rapport umts eric meurisse
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LUMTS et le haut-dbit
mobile
Eric MEURISSE
Fvrier 2007
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SOMMAIRE
Tables des illustrations ............................................................................................................... 3
Contexte ..................................................................................................................................... 4
Historique ................................................................................................................................... 5
1G - NMT ................................................................................................................................ 5
2G - GSM ................................................................................................................................. 5
2.5G GPRS ............................................................................................................................ 6
2.75G EDGE .......................................................................................................................... 7
3G UMTS .............................................................................................................................. 7
3.5G HSDPA ......................................................................................................................... 8
LUMTS ....................................................................................................................................... 9
Prsentation ........................................................................................................................... 9
Plans de frquences ............................................................................................................. 10
Hierarchie des cellules de lUMTS ........................................................................................ 11
Les services de lUMTS ......................................................................................................... 12
Le rseau UMTS .................................................................................................................... 13
Rseau daccs UTRAN ..................................................................................................... 14
Rseau cur..................................................................................................................... 17
Elments communs ...................................................................................................... 18
Le domaine CS .............................................................................................................. 18
Le domaine PS .............................................................................................................. 18
Interface Radio de lUTRAN.................................................................................................. 20
Architecture en couches .................................................................................................. 20
Transport des donnes ..................................................................................................... 22
Les principes du W-CDMA .................................................................................................... 23
CDMA ................................................................................................................................ 23
Contraintes ....................................................................................................................... 27
Leffet near-far ............................................................................................................. 27
Les handovers ............................................................................................................... 29
Le Fast-Fading ............................................................................................................... 30
Les trajets multiples ..................................................................................................... 30
W-CDMA ........................................................................................................................... 31
Multiplexage ................................................................................................................. 31
scrambling .................................................................................................................... 31
Comparaison du W-CDMA avec la 2G .......................................................................... 32
Qualit de service ................................................................................................................. 32
Le HSDPA .................................................................................................................................. 33
Simple volution de lUMTS ................................................................................................. 33
HSDPA vs WiMax .................................................................................................................. 33
Aprs la 3G, la 4G ? .............................................................................................................. 33Sigles ......................................................................................................................................... 34
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CONTEXTE
De nos jours, nous avons faire plusieurs types de rseaux locaux sans-fil et de rseaux
mobiles. Ces deux appellations sont souvent utilises pour signifier la mme chose alors quil
sagit de termes diffrents. La porte des rseaux sans-fil est faible, et ne permettent pasdes dplacements importants. En revanche, les rseaux mobiles proposent une porte plus
consquente, et permettent des utilisations lors de dplacements importants avec une
certaine vitesse.
Le schma ci-dessous prsente les diffrents types de rseaux sans-fil et rseaux mobiles :
Figure 1 Prsentation des diffrents rseaux sans-fil et mobiles
GSM
GPRS
UMTS
HSDPA
Wireless Metropolitan Area Network (WMAN)
Wireless Local Network (WLAN)
Wireless Personal Network (WPAN)
Wireless Wide Area Network (WWAN)
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HISTORIQUE
Cette partie prsente les diffrentes gnrations de la tlphonie mobile. Cela va permettre
de mettre plat les diffrences et ressemblances entre celles-ci.
1G - NMT
Nordic Mobile Telephone (NMT) est une norme de tlphonie mobile spcifie par les
administrations des tlcommunications nordiques partir de 1970. Elle a t mise en
service en 1981 en rponse la congestion des rseaux de tlphonie mobiles existants
cette poque (ARP sur la frquence 150 MHz en Finlande et MTD sur la frquence 450 MHz
en Sude, en Norvge et au Danemark). Ce rseau de premire gnration a t ouvert dans
des pays tels que la Sude, le Danemark, la Norvge, do le nom de Nordic dans son
appellation.
Cette norme est base sur une technologie de tlphonie analogique sans-fil. Sa technologie
de modulation radio est similaire celle utilise par les stations radio FM.
Avantages Inconvnients
Premiers radiotlphones analogiques sans-fil Taille imposante des quipements
Pas de confidentialit des communications
Rseaux saturs
2G - GSM
Global System for Mobile communication (GSM) est la norme de tlphonie mobile de
seconde gnration dveloppe partir de 1990. Cette technologie reprsente la premire
technologie de tlphonie numrique sans fil. En 1992, le GSM est utilis dans 7 pays
europens.
En France, le GSM fonctionne entre les frquences 900 Mhz et 1800 Mhz.
Le dbit moyen du GSM est similaire celui du FAX, c'est--dire 9,6 kbits/sec.
Avantages Inconvnients
Meilleure qualit dcoute Dbit : envoi de donnes lentes
Taille rduite
Confidentialit des communications
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2.5G GPRS
General Packet Radio Service (GPRS) est une volution importante du GSM. Lobjectif
principal de cette volution est daccder aux rseaux IP.
Dbit thorique est de lordre de 171, 2 kbit/s, et le dbit rel est de lordre de 30 kbit/s.
Le GPRS supporte diffrents niveaux de qualit de service (QoS).
Quatre paramtres dfinissent la qualit de service :
- Classe de priorit- Classe de fiabilit- Classe de dlai / retard- Classe de dbit
Plusieurs nouveauts sont disponibles avec le GPRS :
- Accs au Web- Messagerie lectronique- Transfert de fichier- Commerce lectronique- Services dinformation
Malheureusement, le GPRS na pas t un succs auprs des consommateurs.
Avantages Inconvnients
Dbits Pas daccs lInternet global
Accs WAP (Internet allg) Rseaux GSM dj saturs
Facturation la donne Aucune application dcisive pour le grand public
Connexion permanente possible
Support de plusieurs niveaux de qualit de
service
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2.75G EDGE
Enhanced Data for GSM Evolution (EDGE) a t dvelopp au cours de lanne 2005. Cette
technologie est une volution des technologies GSM et GPRS. Avec des dbits rels de
lordre de 177 kbits/s (3 fois plus que le GPRS), EDGE se place entre le GPRS et la 3G.
EDGE introduit une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK)
HSCSD et GPRS augmentent le dbit GSM
EDGE est utilis comme complment avec HSCSD et GPRS :
- EDGE coupl au HSCSD donne lE-CSD (dbit maximum thorique de 300 kbps)- EDGE couple au GPRS donne le E-GPRS (dbit maximum thorique de 300 kbps)
Avantages Inconvnients
Solution alternative moins onreuse que la 3G Obligation de changer de terminal
Dbits plus levs que le GPRS
3G UMTS
Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) a t dvelopp en 2004 sous sa
premire version Release 99 (R99).
LUMTS fonctionne sur la bande de frquences 1900-2000 MHz et permet un dbit rel de
lordre de 384 kbits/s (8 fois plus rapide que le GPRS).
Avantages Inconvnients
Accs Internet haut-dbit depuis un quipement
mobile ou un ordinateur
Cot
Visiophonie Changement des quipements usagers
Tlvision Arrive du HSDPA
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LUMTS
PRESENTATION
Il existe plusieurs technologies 3G dans le monde. Chacune delles suivent les
recommandations IMT2000. Suivant les continents, la norme utilise est diffrentes :
Europe : UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
Amrique : CDMA-2000
Japon et Core : W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
Chine : TD-SCDMA
Ces normes permettent de transporter les donnes sans-fil haut dbit sur la mmeconnexion. La particularit des technologies 3G est davoir un rseau cur IP.
LUMTS est donc la norme de tlcommunications de troisime gnration utilise en
Europe et est base sur la technologie W-CDMA (utilise au Japon et Core). Elle a t
dveloppe partir de 2004 avec la Release 99 (R99). Sa bande de frquence de
fonctionnement est 1900MHz-2000MHz. Les spcifications techniques de cette norme sont
dveloppes au sein de lorganisme 3GPP.
LUMTS est compatible avec tous les rseaux du monde du fait de la possibilit de roaming
au niveau mondial. Le rseau UMTS ne remplace pas le rseau GSM existant puisque lacoexistence entre ces deux rseaux est possible.
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PLANS DE FREQUENCES
Le schma ci-dessous prsente le plan de frquence de la tlphonie de 3me
gnration en
Europe, Japon et Etats-Unis :
Figure 2 Plan de frquences pour la 3G
1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150
Bande de frquence (MHz)
Europe
Japon
USA
DCS 1800 DECT
UMTS
TDD UMTS UMTS
IMT-2000 UMTS
UMTS
TDD
PHS
IMT-2000
TDD
PCS PCS
PCS
unlicensed
2200
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HIERARCHIE DES CELLULES DE LUMTS
Tout comme le rseau GSM, lUMTS est divis en plusieurs cellules de tailles variables.
Chacune dentre elles est prsente en fonction de la densit de population servir et de la
vitesse de mobilit. Laccs par satellite est une extension.
Figure 3 Hirarchie des cellules de lUMTS
Une pico-cellule permet des dbits de lordre de 2 Mbits/s lors dun dplacement de lordre
de 10 km/h (marche pied, dplacement en intrieur, etc.).
Une micro-cellule permet des dbits de lordre de 384 kbits/s lors dun dplacement de
lordre de 120 km/h (vhicule, transports en commun, etc.).
Une macro-cellule permet des dbits de lordre de 144 kbits/s lors dun dplacement de
lordre de 500 km/h (Train Grande Vitesse, etc.).
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LES SERVICES DE LUMTS
Le schma ci-aprs prsente les diffrents services que propose lUMTS. Sur laxe des
ordonnes se trouve le dbit demand pour le service en question. Chacun des services est
regroup par leur type de connexion (bidirectionnel, unidirectionnel, diffusionpoint/multipoint).
Figure 4 Les besoins en dbit des services de lUMTS
I
N
T
E
R
N
E
T
Voix
Vido
confrence
Audioconfrence
Tlmdecine
Tlmesure FaxDiffusion de
donnes
Radiodiffusion
Vido la
demandeTlvision
Bidirectionnel Unidirectionnel Diffusion point/multipoint
Tlchargement
Courrier
lectronique
2.4kbits/s
16kbits/s
1.2kbits/s
9.6kbits/s
32kbits/s
64kbits/s
384kbits/s
2Mbits/s
Dbit demand
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LE RESEAU UMTS
Le rseau UMTS est compos dun rseau daccs UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access
Network) et dun rseau cur.
Figure 5 Architecture globale du rseau UMTS
Uu
Rseau cur
CS domain PS domain
NodeB
NodeB
NodeB
NodeB
Iub
Iur
Rseau daccs
RNC
RNC
Iub
Iub
Iub
Equipement
usager
GMSC
VLR
GGSN
SGSN
EIR
HLR
AuC
Rseaux externes
B
C
D
F
H
Gs
Gn
Gf
Gr
Gd
Elments communs
IuMSC
Iu
InternetGi
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RESEAU DACCES UTRAN
Le rseau daccs UTRAN est dot de plusieurs fonctionnalits. Sa fonction principale est de
transfrer les donnes gnres par lusager. Il est une passerelle entre lquipement usager
et le rseau cur via les interfaces Uu et Iu.Cependant, il est charg dautres fonctions :
- Scurit : Il permet la confidentialit et la protection des informations changes parlinterface radioen utilisant des algorithmes de chiffrement et dintgrit.
- Mobilit : Une estimation de la position gographique est possible laide du rseaudaccs UTRAN.
- Gestion des ressources radio : Le rseau daccs est charg dallouer et de maintenirdes ressources radio ncessaires la communication.
- Synchronisation : Il est aussi en charge du maintien de la base temps de rfrencedes mobiles pour transmettre et recevoir des informations.
Le rseau daccs UTRAN est compos de plusieurs lments : une ou plusieurs stations de
base (appeles NodeB), des contrleurs radio RNC (Radio Network Controller) et des
interfaces de communication entre les diffrents lments du rseau UMTS.
Figure 6 Architecture du rseau daccs
NodeB
NodeB
NodeB
NodeB Iub
Iub
Iub
Iub
Iur
Rseau daccs
RNC
RNC
Equipement
usager Rseau cur
Iu
Uu
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NodeB :
Le rle principal du NodeB est dassurer les fonctions de rception et de transmission radio
pour une ou plusieurs cellules du rseau daccs de lUMTS avec un quipement usager. Le
NodeB travaille au niveau de la couche physique du modle OSI (codage et dcodage). Nous
pouvons trouver deux types de NodeB :
Figure 7 NodeB avec antennes sectorielles
Figure 8 NodeB avec antenne omnidirectionnelle
Les interfaces de communication :
Plusieurs types dinterfaces de communication coexistent au sein du rseau UMTS :
- Uu : Interface entre un quipement usager et le rseau daccs UTRAN. Elle permet lacommunication avec lUTRAN via la technologie CDMA.
- Iu : Interface entre le rseau daccs UTRAN et le rseau cur de lUMTS. Elle permetau contrleur radio RNC de communiquer avec le SGSN.
- Iur : Interface qui permet deux contrleurs radio RNC de communiquer.- Iub : Interface qui permet la communication entre un NodeB et un contrleur radio
RNC.
RNC :
Le rle principal du RNC est de router les communications entre le NodeB et le rseau cur
de lUMTS. Il travaille au niveau des couches 2 et 3 du modle OSI (contrle de puissance,
allocation de codes).
NodeB
NodeB
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Le RNC constitue le point daccs pour lensemble des services vis--vis du rseau cur.
Exemple :
Lorsquune communication est tablie par un quipement usager, une connexion de type
RRC (Radio Resource Control) est tablie entre celui-ci et un RNC du rseau daccs UTRAN.Dans ce cas de figure, le RNC concern est appel SRNC (Serving RNC). Si lusager se dplace
dans le rseau, il est ventuellement amen changer de cellule en cours de
communication. Il est dailleurs possible que lusager change de NodeB vers un NodeB ne
dpendant plus de son SRNC. Le RNC en charge de ces cellules distantes est appel
controlling RNC . Le RNC distant est appel drift RNC du point de vue RRC. Le drift
RNC a pour fonction de router les donnes changes entre le SRNC et lquipement
usager.
Figure 9 Reprsentation graphique de lexemple de communication
RNC
NodeB
RNC
Serving RNC Drift / Controlling RNC
Connexion RRC
Iur
Iub
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RESEAU CUR
Le rseau cur de lUMTS est compos de trois parties dont deux domaines :
- Le domaine CS (Circuit Switched) utilis pour la tlphonie- Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets.- Les lments communs aux domaines CS et PS
Ces deux domaines permettent aux quipements usagers de pouvoir grer simultanment
une communication paquets et circuits. Ces domaines peuvent tre considrs comme des
domaines de service. Ce type darchitecture permet de pouvoir crer ultrieurement
dautres domaines de service.
Le schma reprsente larchitecture du rseau cur de lUMTS :
Figure 10 Architecture du rseau cur de lUMTS
GMSC
VLR
MSC
CS domain
Elments communs
PS domain
EIR
HLR
AuC
GGSN
SGSN
C
D
BF
Gd
Gr
Gf
Gn
Gs
H
Rseau cur
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ELEMENTS COMMUNS
Le groupe des lments communs est compos de plusieurs modules :
- Le HLR (Home Location Register) reprsente une base de donnes des informationsde lusager suivantes :
o Lidentit de lquipement usagero Le numro dappel de lusagero Les informations relatives aux possibilits de labonnement souscrit par
lusager
- Le AuC (Authentication Center) est en charge de lauthentification de labonn, ainsique du chiffrement de la communication. Si une de ces deux fonctions nest pas
respecte, la communication est rejete. Le Auc se base sur le HLR afin de rcuprer
les informations relatives lusager et pour ainsi crer une cl didentification.-
LEIR (Equipment Identity Register) est en charge de la gestion des vols desquipements usagers. Il est en possession dune liste des mobiles blacklists par un
numro unique propre chaque quipement usager, le numro IMEI (International
Mobile station Equipment Identity).LE DOMAINE CS
Le domaine CS est compos de plusieurs modules :
- Le MSC (Mobile-services Switching Center) est en charge dtablir la communicationavec lquipement usager. Il a pour rle de commuter les donnes.
- Le GMSC (Gateway MSC) est une passerelle entre le rseau UMTS et le rseautlphonique commut PSTN (Public Switched Telephone Network). Si un
quipement usager contacte un autre quipement depuis un rseau extrieur au
rseau UMTS, la communication passe par le GMSC qui interroge le HLR pour
rcuprer les informations de lusager. Ensuite, il route la communication vers le MSC
dont dpend lusager destinataire.
- Le VLR (Visitor Location Register) est une base de donnes, assez similaire celle duHLR, attache un ou plusieurs MSC. Le VLR garde en mmoire lidentit temporaire
de lquipement usager dans le but dempcher linterception de lidentit dun
usager. Le VLR est en charge denregistrer les usagers dans une zone gographique
LA (Location Area).
LE DOMAINE PS
Le domaine PS est compos de plusieurs modules :
- Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est en charge d enregistrer les usagers dansune zone gographique dans une zone de routage RA (Routing Area)
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- Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle vers les rseaux commutation de paquets extrieurs tels que lInternet.
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INTERFACE RADIO DE L UTRAN
ARCHITECTURE EN COUCHES
Linterface radio de lUTRAN est structure en couches dont les protocoles se basent sur les
3 premires souches du modle OSI (respectivement la couche physique, la couche liaison
de donnes et la couche rseau).
Figure 11 - Vue en couches de linterface radio UTRAN
PHY
MAC
RLCRLC
RLCRLC
RLCRLC
RLCRLC
BMC
PDCP
PDCP
RRC
Couche 1
Couche 2 / MAC
Couche 2 / RLC
Couche 2 / BMC
Couche 2 / PDCP
Couche 3 / RRC
Canaux de transport
Canaux logiques
Contrle
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Couche 1 :
Cette couche PHY reprsente la couche physique de linterface radio qui ralise les fonctions
de codage, dcodage, modulation et dentrelacement via W-CDMA.
Couche 2 :
Cette couche est divise en plusieurs sous couches :
- La sous-couche MAC (Medium Access Control) a pour rle de multiplexer les donnessur les canaux de transport radio.
- La sous-couche RLC (Radio Link Control) permet la fiabilit du transport des donnesentre deux quipements du rseau.
- La sous-couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) permet de compresser lesdonnes via des algorithmes de compression. Cela permet dexploiter plus
efficacement les ressources radio. PDCP compresse les en-ttes des paquets TCP/IP
suivant les RFC 1144 et 2507. De plus, cette sous-couche PDCP a aussi pour rle de
rendre indpendant les protocoles radio du rseau daccs UTRAN (sous-couches
MAC et RLC) par rapport aux couches de transport rseau. Ce type darchitecture
permettra lvolution future des protocoles rseaux sans modifier les protocoles
radio de lUTRAN.
- La sous-couche BMC (Broadcast/Multicast Control) est en charge dassurer lesfonctions de diffusion de messages sur linterface radio.
Couche 3 :
Cette couche RRC (Radio Resource Control) gre la connexion de signalisation tablie entre
le rseau daccs UTRAN et lquipement usager, utilise lors de ltablissement ou de la
libration de la communication.
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TRANSPORT DES DONNEES
Suivant le type de donnes transporter, la gestion du transport des donnes est diffrente.
Commenons par dtailler les trames relatives la voix. La couche PDCP nest pas utilise
dans ce type de transport. Les couches MAC et RLC sont employes en mode transparent,
c'est--dire quil ny a pas de segmentation, ni de multiplexage.
En revanche, le transport dun paquet IP, le mcanisme est diffrent. Ce type de paquet N-
PDU (Network PDU) provient du rseau cur de lUMTS destination du rseau daccs
UTRAN. Tout dabord, len-tte de la N-PDU est compress par la couche PDCP. La couche
RLC segmente la PDU ainsi compresse. Un en-tte est alors rajout la RLC-PDU par la
couche MAC lors du multiplexage.
Le schma ci-dessous prsente lencapsulation des paquets qui arrivent au rseau cur de
lUMTS :
Figure 12 Encapsulation des paquets TCP/IP larrive au rseau cur
En-tte
RLCDonnes RLC
En-tte
RLCDonnes RLC
N-PDU
PDCP : Compression den-tte TCP/IP
En-tte
PDCPN-PDU compresse
MAC : Multiplexage
RLC : Segmentation
En-tte
RLCDonnes RLC
En-tte
MAC
En-tte
RLCDonnes RLC
En-tte
MAC
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LES PRINCIPES DU W-CDMA
L'interface radio de l'UMTS se base sur le W-CDMA (Wideband Code Division Multiple
Access). Cependant, le W-CDMA se base sur une technique plus ancienne qui est le CDMA
(Code Division Multiple Access). Afin de comprendre les concepts du W-CDMA, il estimportant de comprendre la technique du CDMA.
CDMA
Le CDMA (Code Division Multiple Access) est utilis dans de nombreux systmes de
communication. Il permet davoir plusieurs utilisateurs sur une mme onde porteuse. Les
transmissions sont numrises, dites talement de spectre. Ltalement du spectre rend le
signal moins sensible aux fluctuations slectives en frquence. Le signal est ainsi transmis sur
une bande de frquences beaucoup plus large que la bande de frquences ncessaire.
Les avantages :
- Efficacit spectrale- Scurit de la transmission : le signal cod est dtectable comme tant du bruit.- Handover- Gestion du plan de frquences- Concentration de trafic
Principe de ltalement de spectre :
Le W-CDMA ralise un talement de spectre selon la mthode de rpartition par squence
directe (Direct Sequence).
Pour cela, chaque bit de lutilisateur transmettre est multipli (OU exclusif) par un code
pseudo alatoire PN (Pseudo random Noise code) propre cet utilisateur. La squence du
code (constitue de N lments appels "chips") est unique pour cet utilisateur en question,
et constitue la cl de codage. Cette dernire est conserve si le symbole de donne est gal
1, sinon elle est inverse. La longueur L du code est appele facteur dtalement SF
(Spreading Factor).
Si chacun des symboles a une dure Tb, on a 1 chip toutes les Tb/N secondes. Le nouveau
signal modul a un dbit N fois plus grand que le signal initialement envoy par l'usager et
utilisera donc une bande de frquences N fois plus tendue.
Nous avons donc une relation entre le dbit initial et le dbit final du type :
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Remarque : La relation ci-dessus nous permet de dire que plus le facteur dtalement SF est
lev, plus le Dbit Chip sera lev. Cela implique que le dbit de donnes du canal sera
lev. Les canaux dbits variables peuvent tre librs en fonction des besoins de
lutilisateur.
Figure 13Principe de ltalement de spectre
Afin de pouvoir lire le message cod envoy, le rcepteur doit raliser la mme opration.
En effet, ce dernier gnre la mme squence dtalementquil multiplie au signal reu afin
dobtenir les donnes. Les donnes des autres utilisateurs (pas de multiplication avec la
squence dtalement) restent tales.
Codes dtalement
Chaque utilisateur possde un code, il est donc ncessaire de navoir aucune interfrence
entre ceux-ci. Pour cela, nous utilisons des codes orthogonaux dits codes OVSF (Orthogonal
Donnes
Code de longueur
Chips
Bande de base Frquence porteuse
Signal tal
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Variable Spreading Factor Code) afin de modifier le facteur dtalement et de conserver
lorthogonalit des diffrents codes dtalement.
Ces codes sont dfinis par un arbre OVSF o chaque nud possde 2 fils. Les codes des 2 fils
sont issus du code de leur pre commun, c'est--dire que leur code est compos par le code
du pre et de son complmentaire. Larbre des codes OVSF ainsi cr peut tre reprsent
sous la forme de la matrice de Hadamard.
Figure 14 Arbre des codes OVSF
Larbre ci-dessus, nous montre la relation entre le facteur dtalement et le nombre de
codes disponibles pour un talement donn. Il est important de savoir que le facteur
dtalement SF dtermine la longueur du code.
Le nombre de bits dans les trames des canaux ddis pour le transfert des donnes se trouve
par lintermdiaire de la relation suivante :
Comme k est compris entre 0 et 6, les valeurs du facteur dtalement SF peut tre gal 7
valeurs.
k 0 1 2 3 4 5 6
SF 256 128 64 32 16 8 4
Dans un tel arbre, il nest possible dutiliser tous les codes OVSF simultanment. Commenous lavons vu, le code de chaque nud est dtermin en fonction du code du nud pre.
= 1
= 1,1
SF=1 SF=2 SF=4 SF=8
= 1,-1
= 1,1,1,1
= 1,1,-1,1
= 1,-1,1,-1
= 1,-1,-1,1
-
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Cela implique donc que pour une branche, les codes ont une relation entre eux, ce qui
empche lutilisation dautres codes lorsque lun dentre eux est utilis.
Figure 15 Utilisation des codes OSVF
La figure ci-dessus nous indique que le code est utilis, ce qui empche tous les autres
codes de la mme branche dtre utiliss. Cette rgle impose une contrainte forte sur les
disponibilits des canaux pour le haut-dbit, ce qui implique que le nombre dutilisateurs
simultans en tlchargement de donnes est limit.
= 1
= 1,1
SF=1 SF=2 SF=4 SF=8
= 1,-1
= 1,1,1,1
= 1,1,-1,1
= 1,-1,1,-1
= 1,-1,-1,1
-
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CONTRAINTES
Il existe certaines contraintes quant lutilisation de cette technologie.
LEFFET NEAR-FAR
On parle deffet near-far lorsquun appareil mobile met une puissance trop leve qui
empche tous les autres appareils mobiles du voisinage. Lappareil mobile forte puissance
blouit son entourage.
Prenons par exemple un appareil mobile metteur se trouvant au pied de la station de bases
et dautres appareils mobiles en priphrie dont leur puissance qui arrive au pied de la
station de base est affaiblie par la distance. Ces dernires seront masques par le signal de
lmetteur puissant.
Pour remdier ce problme, il est possible de mettre en place un systme de contrle de
puissance. Le systme de contrle rapide en boucle ferme (Closed-loop Power Control) a
t retenu pour le W-CDMA. Ce systme permet la station de base de raliser des
estimations rgulires (1500 fois par seconde pour chaque mobile) du rapport signal
interfrence (Signal to Interference Radio) en les comparant avec la valeur du rapport signal
interfrence du destinataire. Si lestimation de cette valeur est suprieure la valeur du
destinataire, la station de base demande lappareil mobile concern de rduire sa
puissance dmissionou de laugmenter.
Le contrle de puissance permet la station de base de recevoir les signaux de mme
puissance. Ce mcanisme permet de prendre en compte tout type de variation
daffaiblissement.
Le schma ci-dessous illustre ce phnomne de near-far. En effet, nous avons 3 quipements
mobiles qui sont connects la mme station de base. Cependant, du fait de leur distance
celle-ci, leur puissance est diffrente larrive du signal la station de base.
Figure 16 Effet Near-Far
Mobile 1Mobile 3 Mobile 2
Station de base
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Les deux schmas ci-dessous prsentent les puissances reues par la station de base sans et
avec contrle de puissance :
Figure 17 Comparaison des puissances sans contrle de puissance
Figure 18 Comparaison des puissances avec contrle de puissance
Puissance
1 2 3Mobiles
Avec contrle de puissance
Puissance
1 2 3Mobiles
Sans contrle de puissance
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LES HANDOVERS
Les appareils mobiles permettent de communiquer en mouvement. Cela implique quil arrive
que ceux-ci se retrouvent dans une zone de chevauchement de deux cellules. Il ne faut en
aucun cas couper une communication. Il existe plusieurs sortes de handovers :
- Softer handover : lorsquun appareil mobile se trouve dans une zone commune dedeux secteurs couverts par la mme station de base.
- Soft handover : lorsquun appareil mobile se trouve dans une zone de couverturecommune deux stations de base. Les communications du mobile empruntent
simultanment deux canaux diffrents pour atteindre les deux stations de base.
Figure 19 Exemple de soft handover
- Hard handover inter-frquences : permet un appareil mobile de passer dunefrquence une autre.
- Hard handover inter-systmes : permet un appareil mobile de passer dun systme un autre
Figure 20 Exemple de hard handover
RNC RNC
RNC RNC RNC
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LE FAST-FADING
On appelle Fast-Fading lannulation de deux ondes dphases dune demi-longueur et ayant
emprunt plusieurs parcours.
Prenons comme exemples deux ondes ayant une diffrence de longueur gale une demi-
longueur donde ; elles arrivent pratiquement au mme moment au rcepteur. Leur
dphasage dune demi-longueur fait quelles sannulent cet instant. Cela est du aux
diffrents parcours emprunts par les ondes. Lautre facteur dune telle annulation est le fait
que le rcepteur soit immobile ou se dplace faible vitesse.
Cependant, il est possible de remdier ce problme par lintermdiaire de protocoles de
codage, dentrelacement et de retransmission qui ajoutent de la redondance et de la
diversit temporelle au signal. Ainsi, malgr les attnuations des signaux, le rcepteur sera
apte rcuprer les donnes envoyes. De plus, il est possible de recombiner lnergie dusignal en utilisant de multiples rcepteurs corrlation. Ces derniers corrigent tous les
changements de phase ou damplitude.
LES TRAJETS MULTIPLES
La transmission des signaux dans un canal est caractrise par de multiples rflexions,
diffractions et attnuations du signal. Ces phnomnes sont provoqus par les obstacles
rencontrs par les signaux. Cest pour cette raison que ces derniers empruntent des trajets
multiples afin datteindre leur cible. Il en rsulte que le signal ralise des temps de trajet
variables en fonction du chemin emprunt ; il en est de mme pour la puissance du signal
qui peut varier. Le rcepteur peut recevoir plusieurs fois le mme signal dcal. Ce temps de
dcalage peut varier de 2 s en ville 20 s dans des zones vallonnes. Il est donc impratif
que le rcepteur sache identifier et sparer les diffrentes composantes dans le but de
reconstituer les donnes.
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Relations entre le code dtalement et le code de scrambling :
Fonctionnalits Code dtalement Code de scrambling
Famille de codes OVSF Gold
Utilisation Dbit montant : Sparation des
canaux de donnes d'un mmeterminal.
Dbit descendant : Sparation
des connexions des diffrents
utilisateurs d'une mme cellule.
Dbit montant : Sparation des
terminaux.Dbit descendant : Sparation
des cellules.
COMPARAISON DU W-CDMA AVEC LA 2G
Le W-CDMA est dot de nombreux avantages par rapport aux technologies utilises dans la
seconde gnration (2G) de tlcommunications mobiles.
La scurit est nettement amliore. En effet, le signal, peru comme un bruit, est cod par
une squence connue uniquement par lmetteur et le rcepteur.
La sensibilit aux interfrences extrieures est rduite puisque les brouilleurs sont rduits
lors du destalement.
Plusieurs metteurs peuvent partager la bande passante. Cela permet dobtenir des dbits
suprieurs, en plus dtre variables. De plus, ce partage vite le multiplexage existant en 2G.
QUALITE DE SERVICE
LUMTS propose 4 classes de qualit de services selon les applications :
- La classe Conversational qui permet aux conversations vocales de proposer unebande passante contrle avec change interactif en temps rel avec un minimum de
dlai entre les paquets.
- La classe Streaming qui permet aux services de streaming de fournir une bandepassante continue et contrle afin de pouvoir transfrer la vido et laudio dans les
meilleures conditions.
- La classe Interactive destine des changes entre lquipement usager et le rseaucomme la navigation Internet qui engendre une requte et une rponse par le
serveur distant.
- La classe Background, qui affiche la plus faible priorit, permet des transferts de typetraitements par lots qui ne demandent pas de temps rel et un minimum
dinteractivit (envoi et rception de messages lectroniques).
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SIGLES
AuC : Authentication Center
BMC : Broadcast/Multicast Control
CS : Circuit SwitchedE-CSD : Edge Circuit Switched data
E-GPRS : Enhanced GPRS
EIR : Equipment Identity Register
FDD : Frequency Division Duplex
GGSN : Gateway GPRS Support Node
GMSC : Gateway MSC
HLR : Home Location Register
HSCSD : High Speed Circuit Switched Data
IMEI : International Mobile station Equipment IdentityLA : Location Area
MAC : Medium Access Control
MSC : Mobile-services Switching Center
N-PDU : Network PDU
OSI : Open Systems Interconnection
OVSF : Orthogonal Variable Spreading Factor Code
PDCP : Packet Data Convergence Protocol
PS : Packet Switched
PSTN : Public Switched Telephone Network
RA : Routing Area
RLC : Radio Link Control
RNC : Radio Network Controller
RRC : Radio Resource Control
SF : Spreading Factor
SGSN : Serving GPRS Support Node
SRNC : Serving RNC
TDD : Time Division Duplex
UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access Network
VLR : Visitor Location Register