umts - ensat

155
1 L’UMTS et les Technologies émergentes M. Moussaoui [email protected] Ecole Nationale des sciences appliquées, Tanger Université Abdelmalek Essaadi

Upload: anovarebooks

Post on 24-Jun-2015

907 views

Category:

Documents


14 download

DESCRIPTION

Moussaoui Mohammed Eng. PhD.

TRANSCRIPT

Page 1: UMTS - ENSAT

1

L’UMTS et les Technologies émergentes

M. [email protected]

Ecole Nationale des sciences appliquées, TangerUniversité Abdelmalek Essaadi

Page 2: UMTS - ENSAT

2

©

UNIVERSITE

ABDELMALEK

ESSAADI

Dr. M. MoussaouiSpécialité: Télécommunication

ENSA BP : 1818 Tanger Principale – Maroc

E-mail : [email protected]

ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES DE TANGER

UNIVERSITE

ABDELMALEK

ESSAADI

Dr. M. MoussaouiSpécialité: Télécommunication

ENSA BP : 1818 Tanger Principale – Maroc

E-mail : [email protected]

ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES DE TANGER

Page 3: UMTS - ENSAT

3

L’UMTS et les réseaux de 3e génération

M. Moussaoui

Ecole Nationale des sciences appliquées, TangerUniversité Abdelmalek Essaadi

Page 4: UMTS - ENSAT

4

Les origines de L’UMTS

� Des perspectives prometteuses� Les systèmes de téléphonie cellulaire connaissent depuis quelques années un

développement sans précédent dans le monde� Les évolutions de la norme GSM vers les services de données type paquet ouvre le

champ à des applications nouvelles� Des systèmes incompatibles

� Des différences importantes sur le segment radio (pas d’itinérance universelle

� Vers une norme commune� Forte volonté de la part des opérateurs de définir un norme commune

JaponAmérique du nordContinent américain, AsieMondialeUtilisation

25khz30khz1250khz200khzEspacement porteuses

800/1400800/1900800/1900900/1800/1900Bande de fréquence (MHz)

TDMATDMACDMATDMA/FDMAMéthodes d’accès

OQPSKDQPSKBPSK/OQPSKGMSKModulation

PDCIS-136IS-95GSM

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 5: UMTS - ENSAT

5

La place de L’UMTS dans les réseaux de 3 e

génération

• La standardisation de la 3e génération est placée sous la responsabilité de par L’IUT (International Telecommunication Union)

• L’IUT a défini le concept d’IMT-2000 ayant pour objectifs• Le support des applications multimédias• Le support de débit plus élevés (jusqu’à 2 Mbit/s)• Itinérance universelle

GSMUTRA/FDD

IMT-DS

UTRA/TDDIMT-TC

DECT

DECTIMT-FT

ETSI 3GPP CDMA

2000IMT-MC

3 GPP2

IS-136UWC-136IMT-SC

CWTS

Chine

GPRS

8 autres candidates

IS95

ETSI

TIA (USA)

TD-SCDMA

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 6: UMTS - ENSAT

6

L’importance de Normalisation

DS/MC-W-CDMAIS-95

DS-W-CDMA (FDD)TD-CDMA (TDD)

Technologie du réseau d’accès

ANSI - 41GSM-GPRSType de réseau cœur

TIA(USA)TTA(Corée)TTC(Japon)ARIB(Japon)CWTS(Chine)

ETSI (Europe)TTA(Corée)TTC(Japon)

ARIB (Japon)TI(USA)

Organisme affilés

CDMA2000UMTSTechnologie

Janvier 99Janvier 99Date de création

3GPP23GPP

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 7: UMTS - ENSAT

7

La structure du 3GPP

3GPP

SA RANCN T GERANDepuis Août 2000

regroupement 3GPP est constitué de groupes distincts, appelés TSG (Technical SpecificationGroups)

Le 3GP est composé de quatre TSG:

SA (Service and System Aspec): a pour objectif de spécifier les services usager et l’architecture générale du réseau UMTS

CN (Core Network): Est en charge des protocoles du contrôle d’appel et de services supplémentaires, ainsi que l’interconnexion avec les réseaux extérieurs

RAN ( Radio Access Network): a pour responsabilité » la définition des protocoles et l’architecture du réseau d’accès de l’UMTS

T (Terminals): a pour objectif de définir la structure de la carte USIM, et les fonctions et les tests de conformance des terminaux UMTS

GERAN (GPRS EDGE Radio Access Network)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 8: UMTS - ENSAT

8

Les objectifs de l’UMTSCompatibilité avec les systèmes de 2 e génération

On retiendra deux exemples d’évolutions mises en places par les opérateurs GSM, dans le but d’augmenter la capacité d’accueil de leur réseau:

Les réseaux micro-cellulaires

les réseaux bi-bande

Macro-Cellule

Micro-Cellule

Les réseaux microcellulaires

GSM 900 DCS 1800

les réseaux bi-bande

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

La transparence du réseau vis-à-vis de l’usager

Page 9: UMTS - ENSAT

9

Les objectifs de l’UMTSCompatibilité avec les systèmes de 2 e génération

Les réseaux GSM actuellement déployés n’étant pas encore saturés, les opérateurs n’ont pas de raison particulière de précipiter leur passage vers UMTS.

L’aspect des premiers réseaux UMTS déployés:

Une large couverture GSM complétés par quelques îlots UMTS mis en place aux endroits de trafic dense.

Îlot UMTS

Couverture GSM

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

La transparence du réseau vis-à-vis de l’usager

Page 10: UMTS - ENSAT

10

Les objectifs de l’UMTSle support multimédia

Le multimédia est la capacité d’accèpter (pour un terminal) ou délivrer (pour un réseau) simultanément des services de natures différentes.

Exemple: voix, visiophonie, transfert de fichiers ou navigation sur le Web

Passerelle Internet

Serveur

PasserelleRTCP

Serveur

Réseau InternetRTCP

Interface Radio

Visiophonie

Transfert de

messages

Navigation Internet

Réseau UMTS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 11: UMTS - ENSAT

11

Les objectifs de l’UMTSLes débits supportés

Les débits supportés� 144 kbit/s en environnement rural extérieur� 384 kbit/s en environnement urbain extérieur� 2 Mbit/s indoor (mobilité réduite)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 12: UMTS - ENSAT

12

Les objectifs de l’UMTSLes classes de services

Les principales contraintes retenues pour la définition des classes de services de l’UMTS:

� Le délai de transfert de l’information

�La variation du délai de transfert des informations

�La tolérance aux erreurs de transmission

Les quatre classes de services définies dans le cadre de l’UMTS peuvent se répartir en deux groupes:

� Les classes A (conversational) et B (streaming) pour les applications à contrainte temps réel

� Les classes C (interactive) et D (background) pour les applications de données sensibles aux erreurs de transmission

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 13: UMTS - ENSAT

13

Les objectifs de l’UMTSLes classes de services

La classe A (conversational)

Cette classe regroupe tous les services bidirectionnels

Pour ces applications, le temps de transfert de l’information sont limités à des très faibles valeurs (≅100 à 200 ns).

Une qualité de service acceptable en présence d’erreurs de transmission.

PhonieVisiophonie

La classe B (streaming)

ServeurPhonie

Images, vidéo

La classe B a pratiquement les mêmes caractéristiques que la classe A

Le délai de transfert des informations peut être long dans la mesure ou la variation de ce délai reste limitée.

Écoute de programmes vidéo ou audio

Transfert FTP ou d’images fixe

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 14: UMTS - ENSAT

14

Les objectifs de l’UMTSLes classes de services

La classe C (interactive)

Serveur

Commande

Réponse

Un usager entretien un dialogue interactif avec un serveur d’application ou de données

La classe C ne requiert pas de performances temps réel particulière

Il est essentiel pour ce type d’application que l’information ne subisse aucune altération

Navigation sur Internet Transfert des fichiers par FTP Transfert de messages électronique

La classe D (backgrounde)

Serveur

Données

Données

Les caractéristique de la classe D sont assez proches de celles de la classe C

Les informations transmises sont de priorités inférieures à celle de la classe C.

Le transfert de fax notification de message électronique messagerie de type SMS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 15: UMTS - ENSAT

15

Les fréquences attribuées à la 3 e génération

1900

satelliteFDD-DLTDDsatelliteFDD-ULTDD

1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200MHz

1885 2025 2010 2200

UMTS

IMT-2000

Micro-Cellule

Macro-Cellule

TDDFDD

FDD: Frequency Division Duplex ( Un accès WCDMA)TDD : Time Division Duplex ( Un accès TD-CDMA)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

160MHz supplémentaires, répartis en 3 bandes:

806-960 MHz, 1710-1885 MHz, 2500-2690 MHz

Page 16: UMTS - ENSAT

16

Rappels les systèmes de 2 génération (GSM)

M. Moussaoui

Ecole Nationale des sciences appliquées, TangerUniversité Abdelmalek Essaadi

Page 17: UMTS - ENSAT

17

Le réseau GSM

Duplexage en fréquence (FDD : frequency division duplexing)

Accès partagé en temps : TDMA

1 canal en fréquence = 1 porteuse = 1 fréquence1 canal physique = 1 slot par trame1 canal logique = n canaux physiques (ex n=1; n=0,5; n=4,…)

canaux fréquentiels : 124c, 200kHz; 271kb/sectrames de 8 slots

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 18: UMTS - ENSAT

18

Les services du GSM

GSM

GPRS

HSCSDEDGE

9.6 Kbit/s

14.4 Kbit/s

115 Kbit/s

171 Kbit/s

384 Kbit/s

1990 1997 2001

� HSCSD: high Speed Circuit Switched (14,4 kbit/s/solt)

� GPRS: General Packet Radio Service (21,4 kbit/slot)

� EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution (43,2 kbit/slot)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 19: UMTS - ENSAT

19

L’abonné et le Terminal GSM

Carte SIM Mobile equipment Mobile Station

+

L’identification de L’abonné: IMSI( International M obile Station Identity)

MCCDe 0 à 999

MNCDe 0 à 99

MSINDe 0 à 9 999

MCC (Mobile Country Code) MNC (Mobile Network Code) MSIN (Mobile Station Identification Number)

L’abonné et la carte SIM

L’identification du terminal: IMEI (International M obile Station Equipment Identitiy)

TACDe 0 à 999 999

FACDe 0 à 99

SNRDe 0 à 9 999

TAC (Type Approval Code) FAC (Final Assembly Code) SNR (Serail Number)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 20: UMTS - ENSAT

20

L’architecture du réseau GSM

BTS

BSC MSC GMSC

GGSNSGSN

VLREIR AucHLR

A

GbGn

H

Abis

Um

PacketnetworkRNIS/RTCP

Packetnetwork

Datanetwork(Internet)Gi.IP

Firewall

Gi

BSC

BTS

BTS

A

Le GSM est divisé en deux parties

� Le réseau cœur, NSS: Network Sub-System

� Le réseau d’accès, BSS: Base Station Sub-System

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 21: UMTS - ENSAT

21

Le réseau d’accès GSM: BSSBase Station Sub-System

BSS est la partie du réseau qui gère

• L’interface et les ressources allouées sur l’interface radio

• La gestion de la mobilité de l’usager: il s'agit de la fonction de handover

BTS

BSC

Um

BTS

BSC: Base Station ControllerLe BSC est l’equipement qui contrôle une ou plusieurs BTS, ces fonctions principales:� Le routage de l’appel entre la BTS et le MSC� L’allocation des resources utilisées sur l’interface radio� Le contrôle de la BTS

BSC Motorola

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Abis

Page 22: UMTS - ENSAT

22

Le réseau d’accès GSM: BSSBase Station Sub-System

BTS: Base Transceiver Station

La BTS est l’équipement de transmission radio du réseau GSM, elle effectue différente opérations, dont:

� Le codage/décodage des inforamtions transmises sur ’interface radio

� La modulation/démodulation

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 23: UMTS - ENSAT

23

Le réseau cœur GSM: NSSNetwork Sub-System

le réseau cœur est la partie du réseau qui gère l’ensemble des abonnés et les services fournis aux abonnés.

Responsable aussi de l’établissement de la communication et assure la liaison entre le réseau GSM et les réseaux extérieurs.

Le service de commutation de paquets a été introduit tardivement dans la norme GSM et porte le nom GPRS

Il existe une symétrie entre les éléments circuits et paquet:

� GMSC et GGSM jouent chacun un rôle de passerelle vers les réseaux extérieurs

� MSC/VLR et SGSN entretiennent chacun une information sur la localisation de l’abonné en mode circuit et paquets

BSC MSC GMSC

GGSNSGSN

VLREIR AucHLR

A

GbGn

H

PacketnetworkRNIS/RTCPPacketnetworkRNIS/RTCP

Packetnetwork

Datanetwork(Internet)Gi.IP

Firewall

Gi

BSC

A

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 24: UMTS - ENSAT

24

Le réseau cœur GSMHLR: Home Location Register

Le HLR est la base de données contenant les informations relatives aux abonnés gérés par l’opérateur

Pour chaque abonné, le HLR mémorise les informations suivantes:– Les informations de souscription– L’identité du mobile, ou IMSI– Le numéro d’appel de l’abonné, ou MSISDN

Le HLR mémorise le numéro de VLR sous le quel l’abonné est enregistré

HLR

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 25: UMTS - ENSAT

25

Le réseau cœur GSMVLR: Visitor Location Register

Le VLR est une base de données attachée à un ou plusieurs MSC

Le VLR enregistre les abonnés qui se trouvent dans une zone géographique donnée, appelée LA (location Area)

� Le mobile doit signaler au VLR le changement de LA

Le VLR contient des données assez similaires à celles du HLR

Le VLR mémorise pour chaque abonné les informations suivantes:– L’identité temporaire du mobile (TMSI)– La zone de localisation (LA) courante de l’abonné

Dans la plupart des réseaux, le MSC et le VLR sont une seul et même équipement.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

LA: location AreaLA: location Area

VLR

Page 26: UMTS - ENSAT

26

Le réseau cœur GSMAuC: Authentification Center

L’AuC est un élément permettant au réseau d’assurer certaines fonctions de sécurité du réseau GSM:

• L’authentification de l’IMSI de l’abonné

• Le chiffrement de la communication

L’AuC est couplé au HLR et contient pour chaque abonné une clé d’identification lui permettant d’assurer les fonctions d’authentification et de chiffrement.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 27: UMTS - ENSAT

27

Le réseau cœur GSMEIR: Equipment Identity Register

L’EIR est un équipement optionnel des réseaux GSM destiné à lutter contre le vol des terminaux mobiles

L’EIR une base de données contenant la liste des mobiles interdits, appelée black list.

NSS

BSS

EIR

Identité du terminal: IMEI

Black Liste

Black Liste

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 28: UMTS - ENSAT

28

Le réseau cœur GSMMSC: Mobile-Services Switching Center

• Le MSC est un commutateur de données et de signalisation, il est chargé de gérer l’établissement de la communication avec le mobile

• Le GMSC est un MSC un peu particulier servant de passerelle entre le réseau GSM et le RTCP• dans le cas d’un appel entrant, l’appel passe par le GMSC, qui effectue une interrogation du HLR

avant de router l’appel vers le MSC dont dépend l’abonné.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

BTS

BTS

BSC

VLR

MSC GMSC

VLREIR AucHLR

A

GSM BSS

Abis

Um PacketnetworkRNIS/RTCP

Page 29: UMTS - ENSAT

29

Le réseau cœur GSMSGSN: Serving GPRS Support Node

• Le SGSN joue le même rôle que le VLR pour la partie GPRS du réseau, c-à-d la localisation de l’abonné sur une RA (routing area).

• Le SGSN effectue une allocation d’identié temporaire: le P-TMSI (Packet-TMSI)• Le GGSN joue le role de passerelle vers les réseaux à commutation de paquets extérieurs

BTS

BTS

BSC GGSNSGSN

EIR AucHLR

Gb

Gn

GSM BSS

Abis

Packetnetwork

Datanetwork(Internet)Gi.IP

Firewall

Um

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 30: UMTS - ENSAT

30

La gestion des appels

La partie GSM-circuit du réseau cœur utilise un protocole de signalisation: MAP (Mobile Application Part)

Basée sur des couches de transport héritées des réseaux fixes SS7( Signalling System n°7): MTP, SCCP, TCAP

Dest Source

GGSN

SGSN

Dest SourceEn-teteGTP

Dest SourceEn-teteSNDCP

Encapsulation GTP

Décapsulation

Encapsulation SNDCP

Décapsulation

Paquet IP

Le GPRS utilise deux tunnels de communication:

Le premier tunnel est utilisé pour transférer les données usager du terminal au SGSN

Le second tunnel sert à transférer les données usager du SGSN au GGSN, point d’accès au réseau IP

Le protocole GTP (GPRS Tunnelling Protocol) est basé sur un transport UDP(TCP) sur IP

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 31: UMTS - ENSAT

31

VLR

La gestion de la mobilitéla mobilité en mode veille

• Le mobile est en veille : sous tension mais non engagédans une communication

• Le mobile doit choisir une seule cellule de référence la plus apte à fournir un service à l’abonné en cas de besoin

LA LA -- 11

LALA-- 22

MSC

Le cas du GSM- circuit

� Le changement de cellules ne sont pas signalés au réseau.

� Tout changement de zone localisation LA doit être indiquéau réseau par le biais d’une procédure appelée: location update. Cette inforamtion est détenue par le MSC/VLR

‘’Location Area Update’’

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 32: UMTS - ENSAT

32

La gestion de la mobilitéla mobilité en mode veille

Le cas du GPRS

� Principes similaires du GSM-Circuit

�L’équivalent GPRS de la LA est la RA: routing Area

�Le SGSN tenant le role du MSC/VLR dans la gestion de la mobilité

VLR

LA LA -- 11

LALA-- 22

MSC

RARA-- 22

RARA-- 11

SGSN

‘’Location Area Update’’

‘’Roting Area Update’’

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 33: UMTS - ENSAT

33

La gestion de la mobilitéla mobilité en mode actif

• Le mode actif correspond à une phase durant laquelle le mobile échange des données utilisateur avec le réseau

Le cas du GSM- circuit

� la mobilité du terminal est entièrement contrôlée par le réseau

�GSM a défini un point d’ancrage dans le réseau qui invariant pendant la durée de la communication

Le cas du GPRS�La mobilité du terminal est gérée soit par le réseau au le terminal

�La gestion de mobilité peu efficace: absence de point d’ancrage de l’architecture GPRS

LALA-- 22

MSC 1

Avant: correspondance IMSI-LA 1

Après: correspondance IMSI-LA 2

LA LA -- 11

Après

Avant

IMSI

BSS1 BSS1

MSC 2

GMSC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 34: UMTS - ENSAT

34

Les principes de l’UMTS

M. Moussaoui

Ecole Nationale des sciences appliquées, TangerUniversité Abdelmalek Essaadi

Page 35: UMTS - ENSAT

35

Les concepts de base

Notions nouvelles par rapport à la norme GSM– Les services supportés: supporter la grande variété de services pressentis pour les

réseaux sans fil– L’indépendance de la couche d’accès radio: une architecture et un découpage fonctionnel

plus ouvert, en séparant les fonctions liées à la technologie d’accès de celle qui ne dépendent pas du mode

d

Réseau d’accès

Réseau Cœur

BRAN UTRANSRAN

Iu

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

L’UMTS est composé de:---- Réseau d’accès: AN (Access Network)---- Réseau cœur: CN ( Core Network)

Iu: l’interface entre le CN et AN capable de connecter de technologies différentes au réseau cœur comme:

---- Le BRAN: Bradband Radio Access Network), réseau d’accès large bande WLAN

---- Le SRAN : Satellite Radio Access Network---- L’UTRAN: le réseau d’accès de l’UMTS

Page 36: UMTS - ENSAT

36

Les concepts de basele découpage en strates

Non access Stratum

Pro

toco

les

Iu

Pro

toco

les

radi

o

Pro

toco

les

Iu

Pro

toco

les

Iu

Radio (Uu) Iu

mobile UTRAN CN

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Le réseaux UMTS est constitué de deux niveaux:� AS: Access Stratum� NAS: Non Acces Stratum

Access Stratum:Regroupe toutes les fonctions liées au réseau d’accèsLes fonctions de gestion des ressources radioL’UTRAN entièrement inclus dans l’ASL’AS comprend une partie de l’équipement mobile, Ainsi une partie du réseau cœur (l’interface Iu)

Le découpage en strates (niveaux) permet de séparer des niveaux de services indépendants dans le réseau UMTS

Non Access StratumNAS regroupe toutes les autres fonctionsdu réseau UMTS comme:

Les fonctions d’établissement d’appel: CC (call control) pour les appels circuit, et SM (session mangement)pour les appels paquet.Les fonctions de gestion de la mobilité en mode veille

Page 37: UMTS - ENSAT

37

Les concepts de basele découpage en strates

XMécanisme de facturation

(X)XCompression

(X)XChiffrement

XGestion des ressources radio

xGestion des services suplémentaire

XFonction de handover

XAuthentification

xGestion de la signalisation d’appel

Non Access Stratum

Access stratum

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 38: UMTS - ENSAT

38

Les concepts de baseLa notion de RAB

La seule vision qu’a le NAS du canal de communication utilisé est le RAB (Radio Access Bearer)Dans l’AS, le RAB est décomposé en deux parties:� Le radio bearer, correspondant au segment « interface radio » du RAB;� L’Iu bearer, correspondant au segment « interface Iu » du RAB

Le NAS ne connaît pas les caractéristique du RABLe RAB est caractérisé que par attributs de qualité de service, négociés entre l’usager et le réseau cœur

Radio Access Bearer

Iu BearerRadio Bearer

Mobile Réseau coeurRéseau d’accès

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 39: UMTS - ENSAT

39

Les concepts de base

• Dans la norme UMTS, le RAB est caractérisé par les attributs suivants:– Classe de service– Débit maximal– Débit garanti– Taille des SDU– Taux de SDU erronnées– Taux d’erreur résideul– Délai de transfert– Priorité

• En fonction de la valeur des ces différents attributs, l’UTRAN doit être en mesure d’effectuer des opérations suivantes:

– Le choix d’un codage canal– Le dimensionnement des ressources radio associée au RAB– L’allocation du radio bearer er l’Iu bearer– La configuration des protocoles radio, en fonction des caractéristiques des SDU qui seront

échangées sur le RAB

Les attributs du RAB

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 40: UMTS - ENSAT

40

L’architecture de l’UMTS

BTS

BTS

BSC

RNC

VLR

NODE B

NODE B

NODE B

RNC

MSC GMSC

GGSNSGSN

EIR

UE(USIM)

TC

AucHLR

A

Gb

Iu

Iu PS Gn

Iu

GSM BSS

Abis

Iub

Iub

USIM & SIM UMTS/GSM

Terminals

Iur

GSM Phase 2+ Core Network

Um

UuUTRAN

PacketnetworkRNIS/RTCP

Packetnetwork

Datanetwork(Internet)Gi.IP

Firewall

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 41: UMTS - ENSAT

41

Réseau cœur

• La notion de domaine– Le CS (Circuit Switched) domain– Le PS (Packet Switched) domain

• Les éléments du réseau cœur– CS domain: MSC, GMSC, VLR– PS domain: SGSN GGSN– Eléments communs: HLR, EIR, AuC

GMSC

VLR

MSC SGSN

GGSN

EIR

HLR

AuC

CS domain PS domain

Eléments communs

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 42: UMTS - ENSAT

42

Réseau Cœur Intégré

SGSN EtatPS

Domaines séparés

UMSC EtatPS

EtatCS

UE EtatPS

EtatCS

UTRAN

MSC/VLR EtatCS

UTRAN

UE EtatPS

EtatCS

Réseau Cœur intégré

Interface Iu

2 Connexions

Interface Radio

1 Connexion RRC

Le gain apporté par le réseau cœur intégré:

Les temps de traitement des procédures de mise à jour de zone localisation sont réduits

Les coûts de la maintenance du réseau sont diminués

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 43: UMTS - ENSAT

43

Les fonctions déplacéesles protocoles de niveau 2

• Le but: Préserver l’indépendance du réseau cœur par rapport à la technologie d’accès

• Certain nombre de fonctions propres au niveau 2 de l’interface radio intégrées dans le SGSN des réseaux 2G, ont été déplacées vers le réseau d’accès de l’UMTS:

– LLC: détection d’erreurs, retransmission et acquittement de trames, chiffrement

– SNDCP: compression d’en-tête IP de la pile GPRS

GGSN

2G-SGSN

BSC

BTS

GGSN

2G-SGSN

RNC

NodeB

3G-UMTS2G-GSM

Réseau cœur

Réseau d’accès

Détection d’erreur

Acquittement

Retransmission

Encryption

Compression d’en-tete IP

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 44: UMTS - ENSAT

44

Les fonctions déplacéesla fonction de transcodage

• Dans l’UMTS, le transcodeur est situédans le réseau cœur

• Le service de téléphonie n’est plus un cas particulier

• L’UTRAN ne connaît que le RAB

MSC

TRAU

BSC

BTS

MSC

TRAU

RNC

NodeB

3G-UMTS2G-GSM

Réseau cœur

Réseau d’accès

Interface IuInterface A

TRAU: Transcoder and Rate Adaptation Unit

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 45: UMTS - ENSAT

45

Réseau d’accès UTRAN

NodeB

RNC

Uu

NodeBNodeB

RNC

NodeB

CS demain PS demain

Réseau coeur

Iur

Iub

Iu

Réseau d’accès

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 46: UMTS - ENSAT

46

RNC (Radio Network Controler)

RNC

NodeB

RNC

Connexion RRC

Iur

Serving RNC Drift/controling RNC

• Une nouvelle interface Iur

• Les fonctions nouvelles du RNC:

� La procédure de relocation

� La gestion de macrodiversité

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 47: UMTS - ENSAT

47

NodeB

• le rôle principale de NodeB est d’assurer les fonctions de réception et transmission radio

• Il est possible de concevoir des NodeBcomportant une ou plusieurs cellules

• On utilise des antennes omnidirectionnelles ou sectorielles

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 48: UMTS - ENSAT

48

Les interfaces du réseau d’accès

• Les interfaces de l’UTRAN:

– Iu entre le RNC et le réseau cœur– Iub entre le RNC et les nodeB– Iur entre RNC

• Chaque interface supporte deux types de protocoles:

– Protocoles AP(Application Protocol):échanges de signalisation entre les équipements

– Protocoles FP(Frame Protocol):utilisés pour transporter les données usager

RNC

NodeB

RNC

CN

Iu-FP

Iub-FPIur-FP

RANAP

RNSAP

NBAP

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 49: UMTS - ENSAT

49

La carte USIMUniversal Subscriber Identity Module

• La carte USIM contient toutes les données relatives à l’abonné parmi les quelles:

– L’IMSI– Le MSISDN– La langue préférée– Les clés de chiffrement – La liste des réseaux interdits– Les identités temporaires de l’usager TMSI et

P-TMSI– LA et RA

• Les conditions d’accès:– ALW (always): l’information est accessible

sans restriction– PIN: l’information n’est accessible qu’une fois

le PIN de l’usager est vérifié– ADM: seul le founisseur de la carte peut

accéder à l’information– NEV: l’information n’est pas accessible

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 50: UMTS - ENSAT

50

L’interface radio de l’UTRAN

M. Moussaoui

Ecole Nationale des sciences appliquées, TangerUniversité Abdelmalek Essaadi

Page 51: UMTS - ENSAT

51

Les techniques de multiplexage sur la voix radio

Usager 2

Usager 1

tempsPuissance

Fréquence

Usager 2

Usager 1

tempsPuissance

Fréquence

Puissance temps

Usager 2

Usager 1

Fréquence

Écart duplex: 190Mhz

Puissance temps

Usager 2

Usager 1

Fréquence

Écart duplex: 190Mhz

FDD:Uplink 1920 MHz - 1980 MHz; Downlink 2110 MHz - 2170 MHz.

Bande passante : chaque fréquence porteuse est située dans le centre d’une bande de 5MHz

Tx-Rx écart duplex : Valeur nominale 190 MHz. Cette valeur peut etre fixe ou variable (minimum 134.8 et maximum 245.2 MHz).

TDD:

Les transmissions Uplink et Downlink partagent la même fréquence

UP/DWL: 1900-1920 MHz et 2010-2025 MHz.

Le mode FDD est mieux adaptés pour les macro cellules

Le mode TDD est mieux adaptés pour les applications de débit asymétrique

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 52: UMTS - ENSAT

52

L’interface Radio

• Le niveau 1 (PHY): la couche physique• Le niveau 2: PDCP, RLC, MAC, BMC• Niveau 3: la couche RRC

L’architecture radio

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

PHY

MAC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

BMC

PDCP

PDCP

RRC

Page 53: UMTS - ENSAT

53

L’architecture radio

Niveau 1: La couche physique réalise les fonctions de :

codage canal

entrelacement

modulation

PHY

MAC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

BMC

PDCP

PDCP

RRC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 54: UMTS - ENSAT

54

L’architecture radio

• Niveau 2: PDCP, RLC, MAC, BMC• RLC: assure le transport fiable des données

entre deux équipements du réseau

• MAC: remplit la fonction de multiplexage des données sur les canaux de transport radio:

– Multiplexage de différents flux de données d’un même utilisateur sur un canal de transport unique

– Multiplexage de flux de données d’utilisateurs différents sur un canal de transport commun

• PDCP: à deux fonctions:– Assure l’indépendance des protocoles radio de

l’UTRAN par rapport aux couches de transport réseau

– Le support d’alogorithmes de compression de données ou d’en-tetes de paquets de données

• BMC: assure les fonctions de diffusion de messages sur l’interface radio

PHY

MAC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

BMC

PDCP

PDCP

RRC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 55: UMTS - ENSAT

55

Plan de contrôle et plan usager

• L’UMTS sépare en deux plans le flux de données qui transitent par l’interface radio

• Le plan usager: regroupe l’ensemble de données qui sont échangées au niveau NAS

• Le plan de contrôle: utilisé pour véhiculer l’ensemble de la signalisation entre le mobile et le réseau

– La signalisation AS: fonctions de l’UTRANd’établissement de connexion RRC

– La signalisation NAS: qui correspond aux couches de protocoles MM, CM, GMM, SM assurant les fonctions d’établissement et de gestion d’appel

Terminal

UTRAN

Réseau coeur

Iu

Uu

Plan de contrôle Plan usager

CM MM SM GMMIP Voix SMS…

Signalisation Données usager

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

RRC

Page 56: UMTS - ENSAT

56

Plan de contrôle et plan usager

PHY

MAC

RLC

RRC

PDCP PDCP

Plan usagerPlan de contrôle

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

La couche RRC fait partie intégrante du plan de contrôle les couche PDCP et BMC s’appliquent seulement aux données du plan usager Les couches RLC et MAC fournissent des services qui s’appliquent à la fois au plan de contrôle et au plan usager

Page 57: UMTS - ENSAT

57

Les canaux

PHY

MAC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

BMC

PDCP

PDCP

RRC

Canaux logiques

Canaux de transport

Canaux physique

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 58: UMTS - ENSAT

58

BCCH PCCH DCCH CCCH CTCH DTCH

Plan de contrôle Plan usager

Canaux Logiques

BCCH(Broadcast Control Channel): utilisé pour la diffusion d’informations de contrôle (system

information). Fourni au mobile en veille des informations lui permettant d’accéder au réseau

PCCH(Paging Control Channel): employé pour l’envoi des messages de paging aux mobiles du réseaux

CCCH(Common Control Channel): utilisé pour envoyer ou recevoir des informations de contrôle de mobiles n’étant pas connectés au réseau

DCCH(Dedicated Control Channel): sert à envoyer ou à recevoir des informations de contrôle d’un mobile connecté au réseau

Les canaux logiques de contrôle

Les canauxles canaux logiques

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 59: UMTS - ENSAT

59

BCCH PCCH DCCH CCCH CTCH DTCH

Plan de contrôle Plan usager

Les canaux logiques de trafic

DTCH (Dedicated Traffic Channel): sert à échanger des données usager avec un mobile connecté au réseau.

CTCH(Common Trafic Channel): est un canal unidirectionnel utilisé par le réseau pour envoyer des données usager à un ensemble de mobiles (notament service area broadcast)

Les canauxles canaux logiques

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 60: UMTS - ENSAT

60

Transport Format Set

Canal de Transport

Partie statique

Partie dynamique

Transport Format

Les canaux de Transport représentent le format et la manière dont les informations sont transmises sur l’interface radio

Le canal de Transport est représentatif de la qualité de service (radio bearer)

Pour chaque canal de transport, l’UTRAN associe une liste d’attributs TFS (Transport Format Set) destiné à représenter le format et la manière dont les informations sont transmises sur l’interface radio

Les canauxles canaux de transport

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 61: UMTS - ENSAT

61

TFS ( Transport format set ) :Une liste de différents TF. Chaque liste de TF est utilisé pour l’UTRAN pour choisir à chaque instant le format le mieux adapté

TF( Transport Format ):

Partie dynamique: spécifique à chaque transport format

� Transport format size

� Transport block size

Partie statique : commune à tous les TF

� TTI: Transmission Time Interval

� le type de codage de canal

� la taille de CRC

�Le rendement du codage canal

Canal de Transport

Partie statique

Partie dynamique

Transport Format

Transport Format Set

Canal de Transport

Partie statique

Partie dynamique

Transport Format

Canal de Transport

Partie statique

Partie dynamique

Transport Format

Transport Format Set

Transport Block

Transport Block

Transport Block

Transport Block

Transport BlockTransport Block Size

TTI

Transport Block Set

size

Les canauxles canaux de transport

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 62: UMTS - ENSAT

62

BCH PCH RACH FACH DSCH DCHCanaux de Transport

Les Canaux de Transport DédiésDCH (Dedicated Channel): Seul canal dédié, utilisé dans le sens montant ou descendant

Les Canaux de Transport communs

BCH (Broadcast Channel): un canal de transport unidirectionnel (réseau vers mobile) et à débit fixe

PCH (Paging Channel): un canal de transport unidirectionnel (réseau vers mobile)

RACH (Random Access Channel): un canal de transport unidirectionnel (mobile vers réseau)

FACH(Forward Access Channel): un canal de transport unidirectionnel (réseau vers mobile)

DSCH (Dowlink Shared Channel): une variante du FACH, unidirectionel (réseau vers mobile)

Les canauxles canaux de transport

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 63: UMTS - ENSAT

63

CCTrCH

Canal physique 1

Canal physique 1

Canal de Transport 1

Canal de Transport 2

Canal de Transport 3

Il est possible qu’un canal physique supporte différents canaux de transport ou qu’un canal de transport soit supporté par deux canaux physiques distincts

CCTrCH (Coded Composite Transport Channel):

une notion intermédiaire, est le résultat du multiplexage de différents canaux de transport, peut ensuite supporté par un ou plusieurs canaux physiques sur l’interface.

Les canauxles canaux physiques

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 64: UMTS - ENSAT

64

P-CCPCH S-CCPCH PRACH PDSCH DPDCH Canaux de Physiques

L’UTRAN a défini plusieurs canaux de transport. Seuls les canaux suivants ont la possibilitéde supporter des canaux de transport:

P-CCPCH: Primary Common Control Physical Cannel

S-CCPCH: Secondary Common Control Physical Channel

PRACH: Physical Random Access Channel

PDSCH: Physical Dowlink Shared Channel

DPDCH: Dedicated Physical Data Channel

Les canauxles canaux physiques

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 65: UMTS - ENSAT

65

Transport Channels

DCH

RACH

CPCH

BCH

FACH

PCH

DSCH

Physical Channels

Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)

Dedicated Physical Control Channel (DPCCH)

Physical Random Access Channel (PRACH)

Physical Common Packet Channel (PCPCH)

Common Pilot Channel (CPICH)

Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)

Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)

Synchronisation Channel (SCH)

Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)

Acquisition Indicator Channel (AICH)

Access Preamble Acquisition Indicator Channel (AP-AICH)

Paging Indicator Channel (PICH)

CPCH Status Indicator Channel (CSICH)

Collision-Detection/Channel-Assignment Indicator

Channel (CD/CA-ICH)

Figure: Transport-channel to physical-channel mappi ng

Source 3GPP: TS 25211

Les canauxles canaux physiques

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 66: UMTS - ENSAT

66

Les canauxla correspondance entre les canaux

BCCH PCCH DCCH CCCH CTCH DTCH

BCH PCH RACH FACH DSCH DCH

P-CCPCH S-CCPCH PRACH PDSCH DPDCH

Plan de contrôle Plan usager

Canaux Logiques

Canaux de Transport

Canaux de Physiques

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 67: UMTS - ENSAT

67

Les canauxExemple de la voix

Transcodeur(codage source)

Niveau 1(codage canal)

Voix numérisée loi A/µ:64/s

4 à 12 kbit/s

Transmission sur l’interface radio

Plage du mode 1 Plage du mode 2

Part du codage du canal

La trame de phonie

C/I

Qualitésubjectif

de la phonie

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

AMR (Adaptative Multi-Rate):

Lorsque les conditions de transmission sont bons, la part du codage canal peut etre réduite au bénéfice du codage source: privilégier la qualité de phonie

Lorsque les conditions se dégradent, il est alors nécessaire de mieux protéger les données transmises.

AMR (Adaptative Multi-Rate):

Lorsque les conditions de transmission sont bons, la part du codage canal peut etre réduite au bénéfice du codage source: privilégier la qualité de phonie

Lorsque les conditions se dégradent, il est alors nécessaire de mieux protéger les données transmises.

Page 68: UMTS - ENSAT

68

Les canauxExemple de la voix

Ensemble des modes AMR définis pour l’UMTS:

056394.75Kb/sAmr 4-75k

054495.15Kb/sAmr 5-15k

063555.90Kb/sAmr 5-90k

079556.70Kb/sAmr 6-70k

087617.40Kb/sAmr 7-40k

084757.95Kb/sAmr 7-95k

40996510.2Kb/sAmr 10-2k

601038112.2Kb/sAmr 12-2k

Classe CClasse BClasse ADébit sourceMode AMR

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 69: UMTS - ENSAT

69

Les canauxExemple de la voix

Exemple de configuration des canaux de transport

Code convolutif 1/3Code convolutif 1/3Code convolutif 1/3Code convolutif 1/3Codage canal

160012CRC

4020202020

1486010381Transport block set

3.4kb/S12.2kb/s12.2kb/s12.2kb/sDébit

3XDCCHDTCH (C)DTCH (B) DTCH( A)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 70: UMTS - ENSAT

70

Les canauxExemple de la voix

TB 1 TB 2 TB 3TB 1 TB 2

TB 1 6081 CRC CRC

TB 1 6093 8

103

103 8 8

303 333 136

294 324 128

294 324 128

147 147 162 162 64 64

147 162 64 147 162 64

TB 1TB 4

TB 1148 CRC

TB 1164 8

548

548

516

137 137 137 137

137 137

1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 4c 4d

Trame i Trame i+1

10ms10ms

DCCH

Transport block

Ajout du CRC

Ajout des bits de traînée

Codage canal

Adaptation de débit

1er Entrelacement

segmentation

Multiplexage des canaux de

transport

2e entrelacement

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 71: UMTS - ENSAT

71

Les protocoles radiola couche RRC

• La fonction principale de la couche RRC (Radio Resource Control) est la gestion de la connexion de signalisation entre le mobile et l’UTRAN

NodeB RNC

MSC

SGSN

CS domain

PS domain

Flux 1

Flux 2

1 connexion RRC mobile-SRNC

La connexion RRC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 72: UMTS - ENSAT

72

Les protocoles radiola couche RRC

Cell-DCH

Idle

Cell-FACH

URA-PCH

Cell-PCH

Mobile non connecté

Mobile connecté

Les états de la connexion RRC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 73: UMTS - ENSAT

73

Les protocoles radiola couche RRC

CELL_DCH CELL_FACH CELL_DCH

Chargement d’une page

Chargement d’une page

temps

Débit

Exemple: navigation sur le Web

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 74: UMTS - ENSAT

74

La couche physique de l’interface radio

M. Moussaoui

Ecole Nationale des sciences appliquées, TangerUniversité Abdelmalek Essaadi

Page 75: UMTS - ENSAT

75

La couche physique de l’interface radio

Les principes généraux du CDMA

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 76: UMTS - ENSAT

76

Les techniques d’accès multiple

Fréquence

temps

Fréquence

tempsUsager 1

Usager 2

Usager 3

Usager 1

Usager 2

Usager 3

Fréquence

temps

1C

2C

3C

Usager 1

Usager 2

Usager 3

Fréquence

temps

Code

FDMA

TDMACDMA

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 77: UMTS - ENSAT

77

L’étalement de spectre

cNTT =

1+

1−

1+

1−

1−

1+

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 78: UMTS - ENSAT

78

Les propriétés de corrélation

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Les fonctions de corrélation et d’intercorrélation mesurent le degré de différence entre deux signaux

Dans un système CDMA:

� la fonction d’autocorrélation Rs(i) est maximale à τ=0 et faible ou négative lorsque i est différent de 0

� l’intercorrélation est faible ou négative, voir nulle

Exemple: S=(0111001), T=(1101001)

( )iR TS ,

7

3

- 5

-1

7

7 i

( )iR SS ,

( )iR TS ,

7

3

- 5

( )iR TS ,

7

3

- 5

-1

7

7 i

( )iR SS ,

-1

7

7 i

( )iR SS ,

( ) ( )ττ +=∑−

=

nTnSRN

nTS

1

0, )(

Page 79: UMTS - ENSAT

79

Les codes dLes codes d ’é’étalementtalement

données

Channalization Code

Débit Chip Débit Chip

Scrambling Code

1. Codes de canal (channalization code)– séparer les différentes applications issues

d’une même source

� Uplink : le canal de données et de contrôle pour un utilisateur

� Downlink : les connections de différents utilisateurs dans une cellule

2. Codes de brouillage (Scrambling Codes)� Uplink: Séparation des terminaux� Downlink: Séparation des secteurs

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 80: UMTS - ENSAT

80

Voie montante (Uplink)

• Structure de la trame

• Etalement et modulation

TPCFBITFISymboles pilotes

donnéesI: data channel

Q: sync & control

DPDCH

DPCCH

Slot=0.667ms

2560 chips

Slot 3Slot 2Slot 1 Slot i Slot 15Slot 14Slot 1…. …

cC

scrambCI

Q

I+jQ

DPCCH

cos(ωωωωt)

sin(ωωωωt)

p(t)

p(t)DPDCH

DC

*j

Réel

Imag

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 81: UMTS - ENSAT

81

Voie descendante (DOWNLINK)Voie descendante (DOWNLINK)

Slot=0.667ms

2560 chips

Slot 3Slot 2Slot 1 Slot i Slot 15Slot 14Slot 1…. …

Symboles pilotesdonnéesTPCdonnéesTF1

Trame 10 ms

• Structure de la trame

• Étalement et modulation

cCDPDCH/DPCCH

I

Q

cos(ωωωωt)

sin(ωωωωt)

p(t)

p(t)

S/P scrambC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 82: UMTS - ENSAT

82

Codes de canalOVSF: Orhogonal Variable Spreading Factor

bitdébitchipdébit

N

N

TT

SFbit

chip

chip

bit ============ Débit chip est fixé à 2.84 Mcps

SF = 1 SF = 2 SF = 4

Cch,1 ,0 = (1)

Cch,2,0 = (1 ,1)

Cch,2,1 = (1,-1)

Cch,4,0 =(1,1,1,1)

Cch,4,1 = (1,1,-1 ,-1)

Cch,4,2 = (1,-1 ,1 ,-1)

Cch,4,3 = (1,-1 ,-1,1)

Figure : Code-tree for generation of Orthogonal Var iable Spreading Factor (OVSF) codes

Source 3GPP TS25.213

grand débit ====� petit SF

petit débit =====� grand SFMohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 83: UMTS - ENSAT

83

Codes de brouillage

clong,1,n

clong,2,n

MSB LSB

Figure : Configuration of uplink scrambling sequenc e generator ( source 3GPP TS 25.213 )

Le générateur est composé de 25 registres à décalage

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 84: UMTS - ENSAT

84

L’utilisation des codes dans l’UTRAN

Les propriétés d’intercorrélation entre les séquences OVSF ne sont garanties que lorsqu’elles sont synchronisées

Voie descendante : chaque cellule utilise un code de brouillage propre, garantissant l’indépendance entre les cellules différentes

3,8C2,8C 2,8C

1,4C

3sC

2sC1sC

1,8C

Voie descendante : le réseau alloue à chaque mobile un code de brouillage Cs particulier.

2sC3,8C2,8C 2,8C

1,4C 3sC

4sC

1sC1,8C

2sC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 85: UMTS - ENSAT

85

WCDMA

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 86: UMTS - ENSAT

86

Paramètres de WCDMA

Soft Handover, interfrequency HandoverHandover

Open and fast colsed loop (1.5 Khz)Power control

4-256Spreading factors

Variable spreading and multicodeMultirate

Pilot Symbols/ channelCoherent Detection

QPSKmodulation

15Number of slots/ frame

10msFrame length

0.22Roll off factor for chip shaping

3.84 Mchip/sChip rate

5MHz. (nominal)Carier spacing

3GPP WCDMAParamètres

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 87: UMTS - ENSAT

87

Le canal radio-mobile à 2 GHz

CDMA asynchrone( Up-link)Multi-UtilisateursEffets de canal

� Fading� Multi-trajet� Interférences d’accès multiple

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 88: UMTS - ENSAT

88

Le canal radio mobile à 2 GHz

Canaux de L’ETSI� Indoor (intra-batiment)� Pedestrian(piéton)� Vehicular (à grande vitesse)

1.2 Tc 14 Tc 4.8 Ts

2000ns3700ns310ns=∆τIndoor A Pedestrian B Vehicular B

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 89: UMTS - ENSAT

89

Le récepteur Rake

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 90: UMTS - ENSAT

90

La gestion des appels

Cours 3GM. MoussaouiENSA, Tanger

Page 91: UMTS - ENSAT

91

La Mise sous tension

Dés sa mise sous tension, le mobile effectue un certain nombre d’opérations destinées à sélectionner un réseau et une cellule d’accueil

Ces opérations sont regroupées en trois processus dans le mobile:

La sélection de PLMN (Public Land Mobile Network)

La sélection de cellule

L’inscription au réseau

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 92: UMTS - ENSAT

92

La notion de PLMN

PLMN: un réseau de télécommunication constitué d’un réseau cœur et d’un réseau d’accès, installé et géré par un opérateur

Chaque PLMN dispose d’une identité, composée de deux champs:MCC (Mobile Country code) est le code du pays du PLMN

MNC (Mobile Network Code) permet de différencier les PLMN d’un même pays

Ces deux champs font partie intégrante de l’IMSI

MCCDe 0 à 999

MNCDe 0 à 99

L’identité du PLMN

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 93: UMTS - ENSAT

93

La notion de PLMN équivalents

Dans les réseaux GSM, le fournisseur de services est également possesseur et opérateur de l’infrastructure du réseau

Opérateur 1 Opérateur 2

Infrastructure BInfrastructure A

L’évolution du rôle de l’opérateur

Difficile l’existence de tout autre modèle économique

Les prix extrêmement élevés atteints par certaines licences de réseau de 3eme ont contribué à créer des rapprochements entre opérateurs.

L’émergence d’un nouveau type d’opérateurs: les MVNO

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 94: UMTS - ENSAT

94

La notion de PLMN équivalentsL’évolution du rôle de l’opérateur

Un peu de vocabulaire

Les MVNO (Mobile Virtual Network Operators), ou opérateurs mobiles virtuels

Les MVNO proposent une offre de service en association avec un opérateur de réseau qui possède la licence d’exploitation du spectre radio

Un MVNO peut posséder un partie plus ou moins étendue de l’infrastructurePar exemple le réseau cœur, une partie du réseau d’accès ou uniquement le HLR

Au minimum, un MVNO doit détenir la carte SIM/USIM de se abonnés

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 95: UMTS - ENSAT

95

La notion de PLMN équivalentsUne infrastructure partagée entre plusieurs

fournisseurs de services

Il existe au moins 3 cas de figure dans lesquels des fournisseurs de services peuvent être amenés à partager l’utilisation d’une infrastructure de réseau

1- deux opérateurs UMTS disposent chacun d’une licence UMTS décident de partager l’infrastructure du réseau d’accès

2- deux opérateurs GSM décident d’exploiter conjointement une licence UMTS

3- deux MVNO proposent des services concurrents, basés sur une infrastructure gérée par un troisième acteur

Infrastructure A

Opérateur 2Opérateur 1

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 96: UMTS - ENSAT

96

La notion de PLMN équivalents

Il peut arriver qu’un opérateur GSM ayant acquis une licence UMTS, soit obligé d’utiliser des identités de PLMN différents

Les deux réseaux d’accès de l’opérateur sont considérés comme deux réseaux distincts par les mobiles en mode veille

Deux réseaux distincts gérés par unique opérateur

Infrastructure A

Infrastructure A

Opérateur 1

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 97: UMTS - ENSAT

97

La notion de PLMN équivalents

Pour répondre aux nouveaux besoins des réseaux de 3eme Génération en terme d’indépendance entre opérateur de réseau et fournisseur de services,

La notion de « PLMN équivalents » a été introduite au début de l’an 2000 dans les norme GSM et UMTS

Le principe:La carte USIM (ou SIM)de l’usager n’est pas modifiée et reste attachée à l’opérateur

auprès duquel l’abonnement a été souscrit.

Le réseau indique au mobile lors de la procédure d’inscription au réseau, ou encore àl’occasion d’un changement de zone de localisation, les PLMN que le mobile doit considérer comme équivalents lors de la re-sélection de cellule en mode veille.

PLMN A

PLMN B

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 98: UMTS - ENSAT

98

La sélection du PLMN

Lors de sa mise sous tension le mobile va rechercher les PLMN accessibles par la lecture des canaux balises des cellules environnantes de type UTRAN/FDD

La recherche de la cellule initiale

La procédure d’IMSI attach

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 99: UMTS - ENSAT

99

La recherche de la cellule initiale

Cette recherche est composé de trois phases principales et utilise les propriétés de trois canaux physiques:Le canal de synchronisation primaire P-SCH (Primary Synchronization Channel)Le canal de synchronisation secondaires S-SCH (Secondary Synchronization Channel)Le canal pilote commun CPICH (Common Pilot Channel)

chipsTslot 2560=

...........

pC pC pC

1,isC 2,i

sC 15,isC

Slot 1 Slot 2 Slot 15

256 chips

1 trame=10ms

CPICH

SCH primaire

SCH secondaire

pC kisC ,

Code de synchronisation primaire Code de synchronisation secondaire

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 100: UMTS - ENSAT

100

La recherche de la cellule initialePremière phase: la synchronisation slot

Le canal SCH primaire est constitué d’une suite de 256 chips répétés à chaque occurrence de slot et transmis dans toutes le cellules du réseau UTRAN

P-SCH est caractéristique de toutes les cellules utilisant la technologie d’accès UTRAN-FDD

Lors de sa mise sous tension, le mobile tente d’obtenir la synchronisation slot avec la station de base la plus proche: le P-SCH est reçu avec le pus fort niveau

Comment?: le mobile utilise les propriétés du P-SCH, par corrélation avec une réplique du code Cp utilisé par le réseau,en balayant l’ensemble de la bande de fréquence FDD

chipsTslot 2560=

...........

pC pC pC

1,isC 2,i

sC 15,isC

Slot 1 Slot 2 Slot 15

256 chips

1 trame=10ms

CPICH

SCH primaire

SCH secondaire

chipsTslot 2560=

...........

pC pC pC

1,isC 2,i

sC 15,isC

Slot 1 Slot 2 Slot 15

256 chips

1 trame=10ms

CPICH

SCH primaire

SCH secondaire

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 101: UMTS - ENSAT

101

La recherche de la cellule initiale

Le canal SCH secondaire utilise une séquence constituée de 15 codes secondaires de 256 chips émises par le réseau en synchronisme avec le canal P-SCH:

La norme UTRAN a défini au total 64 séquences , construites de manière à éviter qu’une séquence soit égale à une autre séquence par simple décalage des codes de 256 chips utilisés dans chaque séquence.

le mobile va recherche la séquence utilisée par la cellule identifiée durant la première phase.

Lorsque la séquence est retrouvée, le mobile connaît la synchronisation trame de la cellule, et donc l’instant d’émission des trames des canaux communs de contrôles émis dans la cellule et synchronisés avec le SCH

isC

deuxième phase: la synchronisation trame

( )15,2,1, ,...,, is

is

is CCC

isC

isC

jsC

isC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 102: UMTS - ENSAT

102

La recherche de la cellule initiale

Le canal CPICH (Common Pilot Channel ) est un canal physique commun émis par le réseau dans chaque cellule et composé d’une suite de symboles connus du réseau et du mobile.

Ces symboles sont embrouillés à l’aide du code primaire de brouillage utilisé par la cellule

Pourquoi chercher le code primaire de bouillage?:ce code est également utilisé par le P-CCPCH pour la diffusion des informations système

dans la cellule.

Il existe 512 codes de bouillage primaires, répartis en 64 groupes de 8 codes.Il existe une relation entre les 64 groupes de 8 codes de brouillage et les 64 séquences

possibles du canal SCH secondaire

Pour trouver le code primaire utilisé, le mobile effectue une corrélation entre les données reçues CPICH de la cellule et chacun des 8 codes possibles.

Troisième phase: la recherche du code primaire de brouillage

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 103: UMTS - ENSAT

103

La recherche de la cellule initiale

La canal primaire P-CCPCH (Primary Common Control Physical channel) est utilisé par le réseau pour diffuser périodiquement dans la cellule des informations sur la configuration du réseau parmi lesquelles:

► Des informations sur le réseau (l’identité du PLMN, etc.).

► Des informations sur la cellule courante (le niveau maximal de puissance autorisé en

émission, la structure des canaux communs, etc. )

► Des informations sur les cellules voisines (fréquence porteuse, code primaire, etc.)► Des information sur les technologies voisines (listes de cellules voisines de type GSM

ou cdma2000, etc.)

La diffusion des informations systèmes

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 104: UMTS - ENSAT

104

La recherche de la cellule initiale

chipsTslot 2560=

données données données...........

pC pC pC

1,isC 2,i

sC 15,isC

Slot 1 Slot 2 Slot 15

256 chips

1 trame=10ms

P-CCPCH

SCH primaire

SCH secondaire

Le P-CCPCH utilise le code OVSF C256,1

N’étant pas transmis durant les 256 premiers chips de chaque slot, le P-CCPCH ne peut transporter que 18 bits d’information par slot

Le débit utile d’un P-CCPCH est de 13Kbits/s.

La capacité de l’équivalent GSM du P-CCPCH est d’environ 780 bits/s.

La diffusion des informations systèmes

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 105: UMTS - ENSAT

105

La sélection du PLMN

Lorsqu’un canal balise GSM ou UTRA/FDD est identifié, le mobile va lire les informations systèmes diffusés sur ce canal pour obtenir l’identifiant du PLMN auquel la cellule est rattachée

La sélection initiale

USIM

▪ HPLMN

▪ PLMN a▪ PLMN b▪

▪ PLMN m▪ PLMN n▪

▪ PLMN x▪ PLMN y▪

Liste de PLMNPréférentiels définspar l’usager

Liste de PLMNPréférentiels définspar l’opérateur

Autre PLMN identifié par le terminal

USIM

▪ HPLMN

▪ PLMN a▪ PLMN b▪

▪ PLMN m▪ PLMN n▪

▪ PLMN x▪ PLMN y▪

Liste de PLMNPréférentiels définspar l’usager

Liste de PLMNPréférentiels définspar l’opérateur

Autre PLMN identifié par le terminal

Si le HPLMN est accessible, le mobile va tenter de s’y inscrire.

Si le mobile ne se trouve pas dans la zone de couverture de son HPLMN, le terminal va chercher les PLMN accessibles parmi la liste préférentielles définie par l’usager et stockée sur la carte USIM

En cas d’échec, le terminal va tenter la même recherche avec la liste préférentielle définie par l’opérateur

Si le résultat est toujours négatif, le mobile va sélectionner le PLMN qui correspond à la cellule la plus favorable du point de vue radio

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 106: UMTS - ENSAT

106

La sélection du PLMN

Ultérieurement, durant l’état de veille, le terminal tentera périodiquement de trouver un PLMN de plus haute priorité que le PLMN sélectionné à la mise sous tension

La période de recherche d’un PLMN de plus haute priorité est fixée par l’opérateur et stockée dans la carte USIM. Elle est non modifiable par l’usager.

Sa valeur se situe entre 6 minutes et 8 heures.

La recherche d’un PLMN de plus haute priorité

PLMN a

PLMN b

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 107: UMTS - ENSAT

107

La recherche des cellules candidates

Tout d’abord le mobile détermine une liste de cellules candidates, ou convenable (suitable)

Une cellule candidate à une éventuelle sélection par le mobile, doit vérifier certaines conditions:

� Elle ne doit pas être interdite (barred)� Elle doit satisfaire le critère radio S.

� Le rapport Ec/N0 du canal CPICH� Le niveau reçu sur le canal CPICH

Le choix de la cellule initiale: le mobile réalise un classement des cellules candidates suivant un critère radio, et choisit la meilleure cellule de la liste ainsi classée

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 108: UMTS - ENSAT

108

La recherche des cellules candidatesle critère S

oncompensatirxlevrxlevmeasrxlev PQQS −−−−−−−−==== min

rxlevmeasQ

minqualqualmeasqual QQS −−−−====

qualmeasQ: la mesure du rapport Ec/N0 du canal CPICHminqualQ

: le niveau minimal de qualité requis dans la cellule

Le critère de qualité de la cellule:

Le critère de niveau de signal reçu de la cellule

minrxlevQ

: la mesure du niveau de signal reçu par le mobile sur le canal CPICH

: le niveau minimal de signal requis dans la cellule

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 109: UMTS - ENSAT

109

Inscription auprès du réseau

Une fois le PLMN et la cellule d’accueil sélectionnés, le mobile va tenter de s’inscrire auprès du PLMN choisi.

Dans les spécifications de l’UMTS cette procédure porte le nom de:

► IMSI attach pour l’inscription au domaine CS;

► UMTS GPRS attach pour l’inscription au domaine PS.

Les principaux protocoles mis en œuvre dans la procédure d’inscription sont les suivants:

► Le protocoles GMM (GPRS Mobility Management), entre le mobile et le SGSN, pour l’inscription au domaine PS.

► Le protocole MM (Mobiltiy Management), entre le mobile et le MSC/VLR, pour

l’inscription au domaine CS

► Le protocole MAP entre les différents nœuds du réseau cœur.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 110: UMTS - ENSAT

110

Exemple

L’inscription au domaine PS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 111: UMTS - ENSAT

111

HLR

MobileRNS

Etablissement de la connexion RRC

GMM Location Attach Request (IMSII) 1

SGSN EIR

La phase 1Une fois la connexion RRC établie entre le mobile et le RNC, la demande d’inscription est émise par le mobile à destination du SGSN, via le RNS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 112: UMTS - ENSAT

112

HLR

MobileRNS

Etablissement de la connexion RRC

GMM Location Attach Request (IMSII) 1MAPS end Authentification Info (IMSI)

MAP send Authentication Info Ack (Vector)

Activation du chiffrement 2GMM Indentity Request

SGSN EIR

GMM Authentification and Chip. Request

GMM Authentification and Chip. Request (RES)

GMM Indentity Response (IMEI)MAP Check IMEI (IEMI)

MAP Check IMEI Ack (IMEI, Status)

La phase 2Le SGSN doit procéder à certaines vérifications, sur la validitéde l’identité de l’usager (IMSI) et l’identité du terminal (IMEI)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 113: UMTS - ENSAT

113

HLR

MobileRNS

Etablissement de la connexion RRC

GMM Location Attach Request (IMSII) 1MAPS end Authentification Info (IMSI)

MAP send Authentication Info Ack (Vector)

Activation du chiffrement 2

3

GMM Indentity Request

GMM Attach Accept (P-TMSI)

SGSN EIR

GMM Authentification and Chip. Request

GMM Authentification and Chip. Request (RES)

GMM Indentity Response (IMEI)MAP Check IMEI (IEMI)

MAP Check IMEI Ack (IMEI, Status)

MAP Update GPRS Location (IMSI)

MAP Insert Subscriber Data

MAP Insert Subscriber Data Ack

MAP Update GPRS Location AckGMM Attach Accept (P-TMSI)

GMM Attach Complete

La phase 3Le SGSN informe le HLR de l’enregistrement du mobile dans sa base de données. En retour, le HLR transmet au SGSN les caractéristiques de l’abonnement souscrit par l’usager.La dernière opération effectuée est l’allocation d’une identité temporaire P-TMSI

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 114: UMTS - ENSAT

114

L’établissement d’appel

Pour faciliter la compréhension des diagrammes d’appel, il est utile de connaître les notion suivantes:

► La notion de contexte PDP► Les différents états du mobiles

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 115: UMTS - ENSAT

115

Notion de contexte PDP

► Le contexte PDP est une particularité du domaine PS► Le contexte PDP (Packet Data Protocol) regroupe l’ensemble des informations

permettant la transmission des données usager entre le mobile, le réseau UMTS et le réseau de commutation de paquets externe (Internet)

Le contexte PDP contient principalement les données suivantes:

► La qualité de service associée à la communication, représentée par les attributs du RAB alloué par l’UTRAN

► L’APN (access Point Name): l’identifiants du réseau PDP externe auquel le mobile souhaite accéder.

► L’adresse PDP (PDP adress) du terminal

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 116: UMTS - ENSAT

116

Notion de contexte PDP

Avant d’initier tout transfert de données en mode PS, le mobile doit nécessairement demander au réseau l’activation d’un contexte PDP, qui devra vérifier la conformitédes attributs du contexte demandé par rapport aux caractéristiques de l’abonnement souscrit par l’usager.

SGSNGGSN 1

GGSN 2

PacketnetworkRéseau IP 1

PacketnetworkRéseau IP 2

PDP address123.125.12.45

RNS

Iu

Gn

APN1 ISP1.mcc.gprs

APN 2 ISP2.mcc.gprs

21

Contextes PDP

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 117: UMTS - ENSAT

117

Les états du mobileen mode CS

En mode CS, le mobile peut prendre trois états:

L’état non inscrit (detached) est l’état d’un mobile éteint

L’état non connecté (idle) correspond au mode veille du mobile, le mobile est sous tension et aucun service n’est actif.

L’état connecté (connected)correspond au mobile en cours de communication

Non inscrit(detached)

Non connecté(idle)

connecté(connected)

désinscription

inscription

désinscription

Libération de la connexion

établissement de la connexion

En mode idle, la mobilité est sous contrôle du mobile au travers de la procédure de resélection de cellule.

En mode connected, la mobilité est sous contrôle du réseau par l’intermédiaire de la procédure de handover

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 118: UMTS - ENSAT

118

Les états du mobileEn mode PS

Le GPRS fonctionne exclusivement en mode non connectéUne fois le mobile inscrit en mode GPRS, les transferts de paquets sont effectués au travers

de sessions appelées TBF (Temporary Block Flow), qui sont établies et libérées lorsque le transfert est terminé.

Le fonctionnement des réseaux UMTS est différent.

La connexion RRC de l’UTRAN était conçue pour maintenir une connexion mobile -réseau même lorsque aucune donnée n’était transférée.

Dans cet état, la mobilité de l’usager est gérée par le serving RNC

Même dans l’état non connecté idle le mobile reste joignable à partir du réseau s’i dispose d’une adresse PDP.

Dans l’état idle, la mobilité de l’usager est gérée au niveau SGSN par la procédure routingarea update.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 119: UMTS - ENSAT

119

L’établissement d’un appel PS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 120: UMTS - ENSAT

120

HLR

Mobile

SRNS

NodeB

SGSN GGSN

RRC/RACH RRC connextion Request

RRC/FACH RRC connextion Setup

RRC/RACH RRC connextion Setup Complete

RRC/RACH Initial Direct Transfert (Activate PDP context, PS domain)

SCCP CR

SCCP CC

RANAP Initial UE Message (Activate PDP context)

1

Phase 1:

� L’établissement de la connexion RRC

� Le mobile transmit au réseau le message initial Activate PDP context

� Avant de transmettre ce message au réseau cœur, le SRNC établit la connexion SCCP avec le SGSN

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 121: UMTS - ENSAT

121

HLR

Mobile

SRNS

NodeB

SGSN GGSN

RRC/RACH RRC connextion Request

RRC/FACH RRC connextion Setup

RRC/RACH RRC connextion Setup Complete

RRC/RACH Initial Direct Transfert (Activate PDP context, PS domain)

SCCP CR

SCCP CC

RANAP Initial UE Message (Activate PDP context)

GMM Authentification an Ciphering Request

GMM Authentification an Ciphering Response

RANAP Security Mode Command

RRC Security Mode Command

RRC Security Mode Complete

RANAP Security Mode Comlete

1

2

Phase 2:

Le réseau effectue ensuite un certain nombre d’opérations destinées à authentifier l’usager (procédure GMM Autnetification and Ciphering Request ) et sécuriser la transmission (procédure Security Mode Command)

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 122: UMTS - ENSAT

122

HLR

Mobile

SRNS

NodeB

SGSN GGSN

RANAP Security Mode Comlete

3

GTP Create PDP context Request

GTP Create PDP context Response

BANAP RAB assignment Request

NBAP Radio Link Setup Request

NBAP Radio Link Setup Response

RRC Radio Bearer Setup

RRC Radio Bearer Setup Complete

AAL2 ERQ

AAL2 ECF

RANAP RAB assignment Response

GMM Activate PDP Context Accept

Phase 3:

Le SGSN va commander de toutes les ressources nécessaires à la communication pour le réseau cœur, et pour l’UTRAN.

� au niveau du réseau cœur, le tunnel entre le SGSN et le GGSN est établi au moyen de la pocédure Create PDP Context

� au niveau de l’UTRAN, l’allocation des resourcesest commandée par le message RAB Assignment Request .

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 123: UMTS - ENSAT

123

La mise hors tension

� La procédure d’IMSI detach ( ou de GPRS detach) peut etre utilisée par le mobile pour effacer son inscription dans le réseau

� La procédure d’IMSI detach a pour objectif d’effacer les données de localisation liées à l’abonné dans le VLR et d’informer le HLR de la désinscription de l’usager.

� L’opérateur du réseau peut souhaiter ne pas autoriser la procédure d’IMSI detach s’il ne préfère pas supporter la charge de signalisation.

� Chaque VLR disposant de fonction de nettoyage de leur base de données

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 124: UMTS - ENSAT

124

La gestion de la mobilité

Cours 3GM. MoussaouiENSA, Tanger

Page 125: UMTS - ENSAT

125

Introduction

• La position géographique du terminal de l’abonné varie au cours du temps • Il est dont nécessaire d’intégrer au réseau de communication cellulaire des

fonctions de gestion de la mobilité pour assurer une continuité du service • Il est important de gérer la mobilité des usagers d’une manière efficace tant au point

de vue de:– L’usager: les perturbation induites sur le service fourni à l’usager doivent être

aussi faible que possible

– Réseau: les surcroît de charge induit par les fonctions de mobilité ne doit pas perturber le fonctionnement du réseau

• La gestion de la mobilité est séparée en deux parties distinctes:1-Le mode veille, 2- le mode connecté

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 126: UMTS - ENSAT

126

La mobilité en mode veille

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 127: UMTS - ENSAT

127

Introduction

• Les principales fonctions mises en œuvre dans le cadre de la mobilité en mode veille:

� La localisation géographique des usagers en mode veille grâce aux zones de localisation

� Les mécanismes de sélection et de resélection de cellule utilisés par le mobile en mode veille

� La diffusion d’informations système dans les différentes cellules du réseau d’accès

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 128: UMTS - ENSAT

128

Les zones de localisation

• Le réseau est découpé en zones géographiques, appelées zones de localisation

• Le VLR est chargé de la mobilitédans le réseau cœur pour le domaine circuit

• Le SGSN est chargé de la mobilité dans le réseau cœur pour le domaine paquet

• Les zones de localisation du domaine circuit sont appelées LA(Location Area) et celles du domaine paquet sont appelées RA (RoutingArea)

RA 3RA 1

RA 2

RA 1

RA 2

RA 1

LA 1

LA 2

LA 3

VLR 1

SGSN 1

SGSN 2

VLR 2

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 129: UMTS - ENSAT

129

Les zones de localisation

• Une LA peut contenir une ou plusieurs RA

• Une RA appartient à une et une seule LA

• Les RA faisant partie d’une même LA peuvent gérés par des SGSN différents

• Le terminal exécute la mise à jour àchaque changement de zone

• Lors que le réseau souhaite établir un dialogue avec l’un des usager, il diffuse le message paging dans la zone de localisation du mobile concerné

RA 3RA 1

RA 2

RA 1

RA 2

RA 1

LA 1

LA 2

LA 3

VLR 1

SGSN 1

SGSN 2

VLR 2

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 130: UMTS - ENSAT

130

Les zones de localisation

RA 3RA 1

RA 2

RA 1

RA 2

RA 1

LA 1

LA 2

LA 3

VLR 1

SGSN 1

SGSN 2

VLR 2

• Les dimensions géographiques et les emplacements des zones de localisation sont laissés à l’appréciation des opérateurs de réseau

• La taille des zones de localisation correspond àun compromis entre la charge de signalisation et l’encombrement des canaux paging

• Plus les zones de localisation sont réduites, plus le nombre de mises à jour traitées par les réseau sera important , en revanche le nombre de paging sera limité

• Dans le cas de zones plus grandes, la charge sur les canaux de paging du réseau sera d’autant plus fort

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 131: UMTS - ENSAT

131

La mise à jour de la localisation

• Le mobile effectue périodiquement une mise à jour de zone de localisation, même lorsque celle-ci est inchangée

• La période de mise à jour est diffusée sur le canal balise de chaque cellule et fixée par l’opérateur du réseau. Elle peut varier de 6 minutes à 25,5 heures.

• Lorsque le mobile est mis hors service, il doit nécessairement signal son extinction au réseau, afin de mettre à jour les données du VLR

• Lorsqu’un mobile n’a pas confirmé son inscription auprès du VLR depuis un certain temps, il est considéré comme ne faisant plus partie de la zone dans laquelle il était inscrit

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 132: UMTS - ENSAT

132

Mise à jour de location area pour le domaine CS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 133: UMTS - ENSAT

133

VLR HLRVLR

MobileRNS

Nouveau MSC/VLR

Ancien MSC/VLR

Etablissement de la connexion RRC

MM Location Updating Request (ancien TMSI, ancienne LAI)

1

Phase 1

Une fois la connexion RRC établie entre le mobile et le réseau d’accès, la demande de mise à jour de LA est mise à destination du nouveau VLR. Le nouveau VLR peut déterminer la référence de l’ancien VLR grâce à l’identifiant de l’ancienne LA (LA1: Location Area Identifier ) fourni par le mobile.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 134: UMTS - ENSAT

134

VLR HLRVLR

MobileRNS

Nouveau MSC/VLR

Ancien MSC/VLR

Etablissement de la connexion RRC

MM Location Updating Request (ancien TMSI, ancienne LAI)

1

MAP send Identification (TMSI)

MAP send Identification Ack (IMSI, auth)

Fonctions de sécurité (authentification et chiffrement)2

Phase 2

L’ancien VLR est interrogé par le nouveau en vue de récupérer la véritable identité du mobile (IMSI). Le nouveau MSC/VLR peut alors authentifier le mobile à inscrire et passer en mode chiffré.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 135: UMTS - ENSAT

135

VLR HLRVLR

MobileRNS

Nouveau MSC/VLR

Ancien MSC/VLR

Etablissement de la connexion RRC

MM Location Updating Request (ancien TMSI, ancienne LAI)

1

MAP send Identification (TMSI)

MAP send Identification Ack (IMSI, auth)

Fonctions de sécurité (authentification et chiffrement)2

3

MAP Update Location

MAP Cancel Location

MAP Cancel Location Ack

MAP Insert Subscriber Data

MAP Insert Subscriber Data Ack

MAP Update Location Ack

Phase 3

Le nouveau VLR informe le HLR du changement de localisation du mobile. A son tour, le HLR va informer l’ancien VLR, qui supprimera de sa base de données l’enregistrement correspondant à l’abonné. Au cours de cette phase, le HLR fournit au nouveau VLR les informations relatives aux services souscrits par l’abonné, au travers de la procédure Insert Subscriber Data.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 136: UMTS - ENSAT

136

VLR HLRVLR

MobileRNS

Nouveau MSC/VLR

Ancien MSC/VLR

Etablissement de la connexion RRC

MM Location Updating Request (ancien TMSI, ancienne LAI)

1

MAP send Identification (TMSI)

MAP send Identification Ack (IMSI, auth)

Fonctions de sécurité (authentification et chiffrement)2

3

MAP Update Location

MAP Cancel Location

MAP Cancel Location Ack

MAP Insert Subscriber Data

MAP Insert Subscriber Data Ack

MAP Update Location Ack

Libération de la connexion RRC

MM Location Updating Accept (nouveau TMSI, nouvelle LAI)

MM TMSI Relocation complete 4

Iu Release

5

Phase 4

Le mobile est informé du succès de la procédure de mise à jour de LA. Une nouvelle identité temporaire ( TMSI) lui est allouée par le nouveau VLR;

Phase 5

La procédure étant terminée, le MSC demande au réseau d’accès de libérer la connexion mobile-réseau et les ressources utilisées.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 137: UMTS - ENSAT

137

Mise à jour de location area pour le domaine PS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 138: UMTS - ENSAT

138

HLR

MobileRNS

Nouveau MSGSN

Ancien SGSN

Etablissement de la connexion RRC

GMM Location Updating Request (ancien P-TMSI, ancienne RAI)

1

GTP SGSN Context Request (P-TMSI)

GTP SGSN Context Response (IMSI, auth)

Fonctions de sécurité (authentification et chiffrement)2

3

MAP Update GPRS Location

MAP Cancel Location

MAP Cancel Location Ack

MAP Insert Subscriber Data

MAP Insert Subscriber Data Ack

MAP Update GPRS Location Ack

Etablissement de la connexion RRC

GMM RA Location Updating Accept (nouveau P-TMSI, nouvelle RAI)

GMM RA Update complete 4

Iu Release

5

SGSN SGSN

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 139: UMTS - ENSAT

139

La resélection de cellule

• La resélection de cellule est le mécanisme par lequel le mobile en mode veille va être amené à changer de cellule de référence.

• La norme distingue deux cas:– La sélection de la cellule initiale– Les resélections de cellules

• Le mobile peut être amener à resélectionner une nouvelle cellule si:– La cellule courante n’est plus acceptable – Une nouvelle cellule est vue par le mobile comme étant meilleure que la cellule courante

• Le mobile utilise trois mécanismes:– Le critère S (Selection): seules les cellules qui vérifient le critère S sont candidates à une

éventuelle resélection– Le critère R (Ranking): la cellule qui sera celle dont le critère R sera le plus élevé– Un critère de mesure: visant à limiter le temps pendant lequel le terminal devra effectuer

des mesures sur les cellules voisines.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 140: UMTS - ENSAT

140

Le critère de mesure

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Zone de mesure des cellules voisines

Squal<Ssearch

Limite

Squal=Ssearch

• Le but: limiter le temps pendant lequel le mobile va effectuer des mesures sur les cellules voisines.

Page 141: UMTS - ENSAT

141

Le critère R

• Le critère R est utilisé par le mobile pour ordonner la liste de cellules satisfaisant le critère S.

– Pour la cellule courante:– Pour la cellule voisine:

ssmeass QhystQR ++++==== ,

nnsnmeasn TQQoffsetQR −−−−−−−−==== ,,

nmeassmeas QQ ,, , Les mesures de qualité respectivement des cellules courantes et voisines

nsQoffset ,

sQhyst Ce seuil permet de favoriser la cellule courante par rapport aux cellules voisines

Ce seuil permet de favoriser ou de pénaliser les cellules voisines.

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 142: UMTS - ENSAT

142

Le critère R

• TQn Une composante temporelle qui sert à pénaliser la cellule voisine correspondante pendant une durée déterminée.

TQn= TEMP_OFFSETn×W(PENALITY_TIME n-Tn)avec W(x)=0 pour x<0 et W(x)=1 pour x ≥0.

Ts

TEMP_OFFSETs

TQs

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 143: UMTS - ENSAT

143

La mobilité en mode connecté

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 144: UMTS - ENSAT

144

Les Principes de l’UMTS

• En mode connecté, une connexion RRC a été établie entre le mobile le SRNC• Il existe différents états de la connexion RRC, correspondants à différents niveaux d’activité

du mobile

URA updatemobileURA_PCH

cell updatemobileCELL_PCH

handover ou cell updateréseau ou mobileCELLE_FACH

handoverréseauCELL_DCH

Procédure mise en jeuContrôle de la mobilitéÉtat RRC

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 145: UMTS - ENSAT

145

Les Principes de l’UMTSla notion de point d’ancrage: GSM

• La mobilité vue du réseau cœur était caractérisé par deux point:– Dans le cas de CS: l’existence d’un point d’ancrage dans le réseau cœur, correspondant au

MSC/VLR ayant initié l’appel dont la raison d’être liée aux mécanismes de facturation.– Dans le cas PS: l’absence de point d’ancrage, les informations associées sont transférées

de l’ancien SGSN au nouveau

SGSN 1 SGSN 2

BSS 1 BSS 2 BSS 1 BSS 2

GGSN

MSC 1 MSC 2

Avant Après Avant Après

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 146: UMTS - ENSAT

146

Les Principes de l’UMTSla notion de point d’ancrage: UMTS

• La norme UMTS offre la possibilité d’utiliser le RNC comme point d’ancrage de la mobilité dans l’UTRAN

• Le point d’ancrage dans l’UTRAN permet de diminuer la charge de signalisationdans le reseau cœur • L’UTRAN a la possibilité de changer le point d’ancrage de la connexion RRC, en utilisant une

procédure dite de « relocation ».

Serving RNC Drift RNC

RNC 1 RNC 2

NodeB 1 NodeB 2

Avant Après

Iur

Iub

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 147: UMTS - ENSAT

147

Les Principes de l’UMTSla notion de point d’ancrage: UMTS

• Une nouvelle identité temporaire est définie pour référencier les mobiles au niveau du réseau d’accès: le u-RNTI (UTRAN Radio Network Temporary Identity).

• Le u-RNTI est un équivalent du TMSI pour le réseau d’accès. Il est composé de deux champs:

– Le s-RNCID (Rerving Radio Network Temporary Identity ), qui identifie d’une manière unique le SRNC dans le réseau d’accès.

– Le s-RNTI (Rerving Radio Network Temporary Identity), qui identifie d’une manière unique le mobile au niveau du SRNC.

• Le u-RNTI reste en général inchangé pendant la vie de la connexion RRC, sauf en cas de « relocalisation »

S-RNCID12 bits

S-RNTI20 bits

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 148: UMTS - ENSAT

148

Le contrôle de mobilité par le terminal

• Dans les états CELL_FACH , CELL_PCH et URA_PCH de la connexion RRC, la mobilité de l’usager est contrôlée par le mobile, d’une manière identique au mode veille

• Les états CELL_PCH et URA_PCH sont des états « dormants », dans lesquels aucune donnée n’est échangée entre le mobile et le réseau

• En mode CELL_FACH, des données usager peuvent être échangées entre le mobile et le réseau.

• Dans les états CELL_FACH et CELL_PCH , le mobile signale au réseau chaque resélection de cellule en utilisant la procédure de cell update

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 149: UMTS - ENSAT

149

Le contrôle de mobile par le terminal

• L’URA (UTRAN Registration Area) est un regroupement de cellules.

• Les mobiles identifiés par le réseau comme peu actifs ou se déplaçant à grande vitesse pourront être placés dans l’état de connexion URA_PCH

• Dans l’état URA_PCH, le mobile doit signaler tout changement d’URA au SRNC par la procédure de URA update

URA 1

URA 2

URA 3

Remarque:

Le réseau peut demander au mobile d’effectuer une mise à jour périodique même celle-ci reste inchangée

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 150: UMTS - ENSAT

150

Le contrôle de mobile par le terminal

• Dans l’état CELL_PCH, le mobile ne peut pas envoyer de message àdestination de réseau

• Une transition temporaire dans l’état CELL_FACH est donc effectuée durant la procédure de mise à jour de cellule

MobileSRNC

Transition éventuelle dans l’étatCELL_FACH

retour éventuelle dans l’étatCELL_PCH

RRC Cell Update( u-RNTI)

RRC Cell Update Confirm

Exemple de procédure de mise àjour de cellule dans l’état

CELL_PCH

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 151: UMTS - ENSAT

151

Le contrôle de la mobilité par le réseau (handover)

• Dans la technologie GSM, le mobile est en communication avec un seul équipement radio.

• Le changement de cellule se traduit par un basculement de l’ancien canal vers le nouveau canal alloué dans la nouvelle cellule d’accueil du mobile.

• Cette méthode entraîne une coupure de la transmission, de l’ordre de la centaine de millisecondes

• Dans le cas d’une communication de données, il peut arriver qu’un ou plusieurs blocs soient perdus.

• Le protocole RLP (Radio Link Protocol) établi entre le mobile et l’IWF (point d’accès au réseau téléphonique) est appliqué aux services de données en mode non transparent, les données perdues sont retransmises.

Le handover en GSM: Hard Handover

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 152: UMTS - ENSAT

152

Le contrôle de la mobilité par le réseau (handover)

• Les réseaux CDMA utilisent le soft handover: la transmission n’est pas interrompue lors du changement de cellule de l’usager.

• La technique de soft handover permet au mobile d’être connecté simultanément à plusieurs stations de base.

• L’ensemble des liens radio utilisés simultanément entre le réseau et le mobile est appelé active set

NodeB 2NodeB 2

DRNC

SRNC

Iu

Iur

Iub

Lien 1 Lien 2

Cs CsCs2

Cs1

Le handover en UMTS

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 153: UMTS - ENSAT

153

Le contrôle de la mobilité par le réseau (handover)

supTS1

S2addT

Ajout dans l’active set

Retrait de l’active set

Ec/N0 Cellule voisine n

L’algorithme utilisé par le SRNC pour la gestion de l’active set:

• Le mobile mesure le rapport Ec/N0 du canal physique CPICH de chaque cellule voisine.

•La SRNC décide d’ajouter une cellule à l’active set lorsque la mesure dépasse un seuil S1 pendant une durée au moins égale à Tadd secondes.

•À l’inverse, la cellule est retirée de l’active set lorsque le rapport Ec/N0 descend sous le seuil S2 pendant une durée au moins égale à Tsup secondes

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 154: UMTS - ENSAT

154

Exemple: Ajout d’un lien radio de soft handover

Mobile NodeB 2

1RRC Measurement Report

RNSAP Radio Link Addition Request

2

3

NBAP Radio Link Setup Request

RRC Active Set Update

AAL2 ERQ

Iub Iur

DRNC SRNC

NBAP Radio Link Setup Response

AAL2 ERQ

AAL2 ECFAAL2 ECF

RNSAP Radio Link Addition Response

RRC Active Set Update Response

• Sur la base de mesures remontées par le mobile, le SRNC décide d’ajouter un lien dans l’active set entre le mobile et la NodeB 2

• Le SRNC commande ensuite au NodeB 2, par l’intermédiaire du DRNC, d’établire le nouveau lien avec le mobile. Les circuits virtuels correspondants sont également établis sur les interfaces Iub et Iur (EstablishRequest et Establish confirm de la signalisation AAL2).

• Une fois que le lien radio est correctement configuré et que le chemin de transmission sur le réseau terrestre a établis, le SRNC informe le mobile de l’existence du nouveau lien dans l’active set

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

Page 155: UMTS - ENSAT

155

©

UNIVERSITE

ABDELMALEK

ESSAADI

Dr. M. MoussaouiSpécialité: Télécommunication

ENSA BP : 1818 Tanger Principale – Maroc

E-mail : [email protected]

ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES DE TANGER

UNIVERSITE

ABDELMALEK

ESSAADI

Dr. M. MoussaouiSpécialité: Télécommunication

ENSA BP : 1818 Tanger Principale – Maroc

E-mail : [email protected]

ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES DE TANGER