umts-limoges

5/9/2018 umts-limoges - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/umts-limoges 1/89

NORTEL NETWORKS CONFIDENTIAL

UMTS

P.Lescuyer 04/Oct/02



P.Lescuyer - UMTS - 1

UMTS – plan

• 1- Les origines

• 2- Architecture et concepts de l’UMTS

• 3- Le réseau d’accès

• 4- La gestion des usagers• 5- Le futur de l’UMTS




UMTS – plan

• 1- Les origines• L’IMT-2000

• Les objectifs de l’UMTS

• Les fréquences

• Les applications type

• 2- Architecture et concepts de l’UMTS

• 3- Le réseau d’accès

• 4- La gestion des usagers• 5- Le futur de l’UMTS


http://slidepdf.com/reader/full/umts-limoges 4/89P.Lescuyer - UMTS - 3

IMT-2000 objectifs

• International Mobile Telecommunication: supporté par l’ITU

• IMT-2000 is a service developed for the purpose of enabling

users to use cellular phone services with one handset

wherever and whenever they are, using a common

frequency and unified technology standard .

• IMT-2000 will realize high-speed, wireless multimedia

service providing wider roaming services globally.



Les soumissions à l’IMT-2000Description Type Origine

UWC-136 Universal Wireless Communications Terrestre TIA

WIMS Wireless Multimedia and Messaging Services Terrestre TIA

W-CDMA CDMA large bande Nord Américain Terrestre T1P1

cdma2000 CDMA large bande (basé sur l'IS-95) Terrestre TIA

SAT-CDMA Réseau de satellites en orbite basse Satellite TTA

DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications Terrestre ETSI

TD-SCDMA Time-Division Synchronous CDMA Terrestre CATT

SW-CDMA Satellite Wideband CDMA Satellite ESA

SW-CTDMA Satellite Wideband Hybrid CDMA/TDMA Satellite ESA

ICO RTT Réseau de satellites en orbite moyenne Satellite ICO

W-CDMA CDMA large bande Terrestre ARIB

CDMA II Asynchronous DS-CDMA Terrestre TTA

CDMA I Multiband Synchronous DS-CDMA Terrestre TTA

UTRA Universal Terrestrial Radio Access Terrestre ETSI

Horizons Horizons Satellite System Satellite Inmarsat



3GPP versus 3GPP2Principales différences

3GPP 3GPP2

Date de création Janvier 1999 Janvier 1999

Technologie UMTS CDMA2000

Organismes affiliés ETSI (Europe)TTA (Corée)

TTC (Japon)

ARIB (Japon)

T1 (USA)

TIA (USA)TTA (Corée)

TTC (Japon)

ARIB (Japon)

CWTS (Chine)

Type de réseau cœur MAP (GSM) ANSI-41

Technologie du réseau

d'accès

UTRAN:

DS-W-CDMA (FDD)

TD/CDMA (TDD)

DS/MC-W-CDMA

(IS-95)




UMTS – les objectifs

• UMTS: Universal Mobile Telecommunication System• Débits usager supérieurs

• Compatibilité avec les services GSM et GPRS

• Assurer la mobilité entre GSM et UMTS• Améliorations fonctionnelles (QoS, Multiservice,…)




Les technologies 2GGSM IS-95 IS-136 PDC

Modulation GMSK BPSK/OQPSK DQPSK OQPSK

Méthode d'accès TDMA/FDMA CDMA TDMA TDMA

Bande de fréquence (MHz) 900/1800/1900 800/1900 800/1900 800/1400

Espacement entre porteuses 200 KHz 1250 KHz 30 KHz 25 KHz

Utilisation Mondiale

Continent

américain

Asie

Amérique du

NordJapon




Les débits (théoriques) du GSM

Phonie

SMS

Internet Vidéo

Multimédia

Base

GSM

HSCSD

EDGE

E-GPRS

GPRS

Débits

220 Kb/s

115 Kb/s

14.4 Kb/s

9.6 Kb/s

20011990 1999




La part des technologies 2GMillions d'abonnés

(Juillet 2001)

564

81

600

400

200

10055

IS-136 PDC IS-95 GSM




UMTS – La norme d’aujourd’hui

• La version 99 de la norme intègre presque tousles services GSM:

• Voix, GPRS, chiffrement, services supplémentaires

• Avec en plus:• Des débits plus élevés

» 144 Kbits/s en environnement rural extérieur

» 384 Kbits/s en environnement urbain extérieur

» 2 Mbits/s pour des faibles distances à mobilité réduite

• Le support du mode classe A (Circuit et Paquet simultanés)• Le support de la QoS (Quality of Service)




IMT-2000: les fréquences

GSM1800

ITU

USA

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250

MSSA D B BC D CE F A FEMSSReservedBroadcast auxiliary

2165 MHz1990 MHz

1880 MHz 1980 MHz

GSM 1800 DECT MSS

1885 MHz

2025 MHz

2010 MHz

IMT-2000

MSSUMTS

MSSIMT-2000MSSIMT-2000PHS

1 8 9 5

1 9 1 8

BC

1 8 8 5

A A’

2170 MHz

IMT-20002110 MHz 2170 MHz

MSS MSS

CDMATDDWLL

1 9 8 0

FDDWLL

1 9 6 0

1 9 2 0

1 9 4 5

1805 MHz

1 8 6 5

1 8 6 5

1 8 7 0

1 8 8 5

1 8 9 0

1 8 9 5

1 9 1 0

1 9 3 0

1 9 4 5

1 9 6 5

1 9 7 0

1 9 7 5

China

Japan

Europe

CDMAFDDWLL

TDD

UMTSUMTS

PairedSpectrum

UnpairedSpectrum

PCS PCS

MHz

WARC

9

2




IMT-2000 – les services




UMTS – plan

• 1- Les origines

• 2- Architecture et concepts de l’UMTS• Access & Non Access Stratum

• Core et Access Network / PS et CS domain

• Le réseau de transport• La sécurité

• La QoS

• Héritage du GSM

• 3- Le réseau d’accès• 4- La gestion des usagers

• 5- Le futur de l’UMTS




Access Network / Core Network

Internet / RTCP

Réseau Coeur

Iu Réseau UMTS

Réseau d'accès

SRAN UTRANBRAN




Access Stratum – Non Access Stratum

• AS: dépendant de la technologie du réseau d’accès

• NAS UMTS = NAS GSM + évolutions fonctionnelles

Mobile Core Network Access Stratum

Non-Access Stratum

Iu

Prot.

Iu

Prot.

Iu

Prot.

Radio

RRC

RLC

MAC

Prot.

Radio

RRC

RLC

MAC

Access Network

Radio(Uu)




AS/NAS répartition fonctionnelle

• Access Stratum: – Fonction de handover/ mobilité radio

– Gestion des ressources radio

– Chiffrement

– Compression de données• Non Access Stratum:

– Gestion de la signalisation d'appel

– Services supplémentaires (CLIP, CWAIT, HOLD, …)

– Authentification

– Mécanismes de facturation




Architecture: Vue générale

RNC

NodeB

HLR

AuC

EIR

IWF

GMSC

E

F

D

C

G

H

SGSN

GGSN

Gf

InternetGi

GnGr

Gd

Gs

RNC

Iu

Iub

Iu

Réseau d'accès

Réseau coeur

SGSN

Gn

MSC

VLR

B

MSC

VLR

B

Iur

NodeB NodeB

RTCP




Core Network: PS & CS domain• Découpe fonctionnelle identique au GSM

HLR

AuC

EIR

GMSC

F

D

C

H

SGSN

GGSN

Gf

GnGr

Gd

GsMSC

VLR

B

PS domainCS domain

Eléments communs




Modèle en couches – CS plan de contrôle

CC

RLC/MAC

UTRAN RF UTRAN RFUm Iu C/E/F

Mobile UTRAN MSC GMSC

HLR

EIR

RRC

MM

RLC/MAC

RRC

MTP

SCCP

RANAP

MTP

SCCP

RANAP

CC

MM

MTP

SCCP

TCAP

MAP

MTP

SCCP

TCAP

MAP

Réseau d'accès Réseau coeur




Modèle en couches – PS plan de contrôle

RLC

RRC

L1

GMM / SM /

SMS

RRC

MAC

ATM

RANAP

AAL5

Relay

ATM

AAL5

3G SGSNRNSMS

Iu-PsUu

RLC SCCP

Signalling

BearerMAC

L1

Signalling

Bearer

RANAP

SCCP

GMM / SM /

SMS




Modèle en couches – PS plan usager

L1

RLC

PDCP

MAC

IP

Application

L1

RLC

PDCP

MAC

ATM

UDP/IP

GTP-U

AAL5

Relay

L1

UDP/IP

L2

GTP-U

IP

SGSNUTRANUE

Iu-PSUu Gn Gi

GGSN

ATM

UDP/IP

GTP-U

AAL5

L1

UDP/IP

GTP-U

L2

Relay

Réseau d'accès Réseau coeur




Access Network• RNC (Radio Network Controller)

• NodeB (équipement de transmission radio)

RNS

RNC

RNS

RNC

Core Network

Node B Node B Node B Node B

Iu Iu

Iur

Iub IubIub Iub




Drift & Serving RNC• Contrainte liée au CDMA (soft handover)

• Notion de point d’ancrage dans l’UTRAN (SRNC)

SRNS

Core Network

Iu

DRNSIur

Cells




Sécurité - généralités

• Authentification – comme en GSM – Vérifier l’identité du mobile

– Pour le mobile: vérifier l’identité du réseau

– Activer le chiffrement et l’intégrité

• Chiffrement – comme en GSM

– Assurer la confidentialité des données usager sur l’interface radio – Et aussi sur l’Iub/Iur pour l’UMTS

• Intégrité – – Assure que la signalisation AS (RRC) et NAS (MM, CC, …) n’a pas

été altérée au cours de la transmission




Random number RAND

XRES

OK

=

CNRadio

Interface

Ciphering key

Ciphering

Command

A3

XRES = eXpected RESponseCK = Ciphering KeyIK = Integrity KeyAUTN = AUthentication TokeN

UE

F 2

USIMG S M

Global GSM MobilityCardThe Smart Card to use

F 3

F 2

F 3

F 3

F 2

K K

F 2

F 3

F 4

F 4

AUTN

CheckAUTN

CK

IntegrityCommand

F 4

F 4

Generate AUTN

Sécurité – AuthentificationAuC

Secret Key KRANDRAND

RES RES

Integrity key

IKCK IK




Sécurité - Chiffrement

DIRECTION

Données usager non chiffrées

BEARER LENGTH

DIRECTIONCOUNT-C COUNT-C

F8CK

KSB

Donnéeschiffrées

BEARER LENGTH

CK F8

KSB

Données usager non chiffrées

xor xor

Emetteur

(mobile ou RNC)

Récepteur

(mobile ou RNC)




Sécurité - intégrité

DIRECTION DIRECTIONCOUNT-I COUNT-I

message

Emetteur

(mobile ou RNC)

Récepteur

(mobile ou RNC)

message MAC-Imessage Comparaison

MAC-I / XMAC-I

F9IK

MAC-I

FRESH message FRESH

IK F9

XMAC-I




Chiffrement & intégrité - réalisation

SRNC

DRNC

Node B Node B Node B

RLC

UM/AM

Ciph

RLC

TM

RLC

AM/UM

Ciph

MAC-d

RLC

MAC-c Ciph

MAC-c or

MAC -sh

RRC Integrity

CCCH DCCH DTCH DTCH




UMTS & QoS – 4 classes de service

Class A

Conversational

Class B

Streaming

Classe C

Interactive

Fax Téléphonievisiophonie

Écoute deMessagerievocale

Ecoute deprogrammesvidéo ou audio

Notificationd'e-mail

Transfer FTPou d'images fixes

Navigation Webe-commerce

Session TelnetJeux interactifs

Le +

Tolérance aux

erreurs de transmission

Le -

Classe D

Background

Le - Le +Contraintes temps réel

UMTS & Q S N i d RAB




UMTS & QoS – Notion de RAB(Radio Access Bearer)

• Indépendance Core et Access Network• L’Access a le choix des paramètres de réalisation du RAB

– Codage canal (convolutif 1/2, 1/3, Turbocode, …)

– Profondeur d’entrelacement (10 à 80 ms) – Configuration des couches radio (transparent, acquitté, …)

– …

• Paramètres de RAB: Traffic class

Maximum bitrate

Delivery order

Maximum SDU size

SDU format information

SDU error ratio

Residual bit error ratioDelivery of erroneous SDUs

Transfer delay

Guaranteed bit rate

Traffic handling priority

Allocation/Retention priority




Transcodeurs

• Objectif: diminuer le débit de la voix sur l’interface radio

• Mode VAD/DTX – En GSM: le transcodeur est dans le réseau d’accès

– En UMTS, il est dans le Core Network

Parole loi A ou µ

x Kb/s < 12,2

8 bits @ 8KHz

64 Kb/s

Transcodeur

Parole

transcodée




Transcodeurs – les modes de codageMode AMR Débit source Classe A Classe B Classe C

Amr12-2k 12.2 kbit/s (GSM EFR) 81 103 60

Amr10-2k 10.2 kbit/s 65 99 40

Amr7-95k 7.95 kbit/s 75 84 0

Amr7-40k 7.40 kbit/s (IS-641) 61 87 0

Amr6-70k 6.70 kbit/s (PDC-EFR) 55 79 0

Amr5-90k 5.90 kbit/s 55 63 0

Amr5-15k 5.15 kbit/s 49 54 0

Amr4-75k 4.75 kbit/s 39 56 0




Protocoles réseau UTRAN - modèle

Application

Protocol

Data

Stream(s)

ALCAP(s)

Transport

Network Layer

Physical Layer

Signalling

Bearer(s)

Transport

User

Network

Plane

Control Plane User Plane

Transport

User

Network

Plane

Transport Network

Control Plane

Radio

Network

Layer

Signalling

Bearer(s)

Data

Bearer(s)




Protocoles réseau UTRANMSC / SGSN

RNCRNC

NodeB

RANAP

SCCP

SSCOP

AAL5

AAL5

NBAP

SSCOP

AAL5

RNSAP

SCCP

SSCOP

MSC / SGSN

RNCRNC

NodeB

Iu-FP

AAL2

AAL2

Iub-FP

AAL2

CS domain

Iur-FPGTP

UDP/IP

AAL5

Iu-FP

PS domain

Le plan usagerdu réseau de transport Le plan de contrôledu réseau de

transport




UMTS – plan

• 1- Les origines

• 2- Architecture et concepts de l’UMTS• 3- Le réseau d’accès

• Le CDMA

• Les canaux logiques, de transport, physiques

• Les protocoles de l’interface radio

• 4- La gestion des usagers





Techniques d’accès multiple

Power

F r e q u

e n c y

T i m e

F r e q u

e n c yT i m e

Power

F r e q u

e n c y

T i m e

Power

FDMATDMA

W-CDMA




UMTS: modes TDD et FDD

Duplex Spacing: 190 MHz

FDD

Time

Frequency

Power

5 MHz 5 MHz

Code Multiplex

UL DL

UMTS USER 1

UMTS USER 2

Time

Frequency

Power

TDD

5 MHz

Code Multiplex&

Time Division

666.67 µs

DL

UL

DLDL

UL

UMTS USER 2

UMTS USER 1




CDMA: transmission

Tbit

Tchip

Data sequence

spreading sequence

transmitted sequence

a2Tbit = Ebit

1/Tbit

Tchip = Echip

1/Tchip

Frequency

a2Tchip

1/Tchip

+a

-a

-1

+1

-a

+a

x

=Datasequence

Transmittedsignal

Spreading sequence generator

Modulation

x(t)Power spectrum




CDMA: réception

Power spectrumx(t)

Data sequence

spreading sequence

received sequence

Tchip = Echip

a2Tchip+a

Tbit

Tchip

1/Tchip

-a

x+1

a2Tbit = Ebit

1/Tbit

1/Tchip-1

=+a

-a

Receivedsignal

Datasequence

Spreading sequence generator

Demodulation




Channelization code

• Famille de codes orthogonaux OVSF• (Orthogonal Variable Spreading Factor )

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)

S di F & débi DL




Spreading Factor & débit usager DL

SF1 SF2 SF4 SF8 SF16 SF32 SF64 SF128 SF256 SF512

........................

Signalisation bas débit (1,7 Kb/s)

SMS, mise à jour de localisation

Voix amr 5.15

Canaux communs CPICH et P-CCPCH

Voix amr 12.2

Données à 8Kb/s

Données à 32Kb/s

Données à 64Kb/s

Données à 128Kb/s

Données à 384Kb/s

Données à 2Mb/s

UMTS: Voie réseau vers mobile




UMTS: Voie réseau vers mobile

Scrambling code

Channelization code 1



User 1 signal

User 2 signal

User 3 signal

BTS

UMTS Voie mobile ers résea




UMTS: Voie mobile vers réseau

BTS

Scrambling code 1

User 1 signal

Channelization code

Scrambling code 3

User 3 signal

Channelization code

Scrambling code 2

User 2 signal

Channelization code

Réception multitrajet (rake receiver)




Réception multitrajet (rake receiver)

TX

D(t)

Delay τ0

Delay τ1

C(t-τ0)

(α+β) D(t)

ΣC(t-τ1)

Delay (τ1)

RX

C(t-τn)

Delay (τ0)

Delay (τn)RX

RX

C(t)

τ0

τ1

τn

αD(t)

βD(t)

BTS

UE

Les canaux de l’interface radio




Les canaux de l’interface radio

• Canaux logiques – Services offerts aux couches supérieures: Non Access Stratum ou L3 (RRC)

• Canaux de transport – Comment l’information est transportée

• Canaux physiques

CCtrCH

Canaux

physiques

Canaux de

transportCanaux

logiques

E l d l h i




Example de canal physique• DPCH =

DPCCH: Dedicated Physical Control Channel

+ DPDCH: Dedicated Physical Data Channel

Une trame radio = 10 ms

TPC

NTPC bits

Slot 0 Slot 1 Slot i Slot 14

Tslot = 2560 chips

Données 2

Nd2 bits

DPDCH

TFCI

NTFCI bits

Pilote

Np bits

Données1

Nd1 bits

DPDCH DPCCH DPCCH

Exemple de Transport Channel




Exemple de Transport Channel

• Transport de la voix: – 3 classes de bits A, B, C

– 8 modes vocodeur Attribute Value

Class A Class B Class CDynamic part Transport Block Size 81

6575

6155554939

1039984

8779635456

60400

00000

Transport Block Set Size Same as the transport block sizes

Semi-static part Transmission Time Interval 20 msType of channel coding Convolutional coding

code rates 1/3 1/2 None

CRC size 8 0 0

Ratio after rate matching 0.5 to 1




Correspondance entre canaux

BCH PCH DSCHFACHRACH DCH

BCCH DCCH CCCHPCCH DTCH

Canaux de

transport

CTCH

DPDCHPRACHP-CCPCH S-CCPCH PDSCHCanaux

physiques

Canaux

logiques

Correspondance

effectuée par la

couche MAC

Correspondance

effectuée par la

couche PHY

Plan de contrôle Plan usager

Protocoles de l’interface radio




Protocoles de l’interface radio

U-plane informationC-plane signalling

PDCPPDCP

Radio

Bearers

L3

RLC RLCRLC

RLCRLC

RLCRLC

RLC

LogicalChannels

Transport

Channels

PHY

L2/MAC

L1

L2/RLC

MAC

BMC L2/BMC

L2/PDCP

RRC

I t f di RRC




Interface radio: RRC

Radio Resource Control

• Principales fonctions – Gestion de la connexion mobile-UTRAN

– Configuration des ressources radio

– Gestion des procedures de handover

– Gestion des états RRC




Les états RRC – Le GSM aujourd’huiStandbyStandby

ConnectedConnected

IdleIdle

ReadyReady

Fin temporaire detransmission

Reprise detransmission

IdleIdle

Activation du

service

Désactivation du

service Activation du

service

Désactivation du

service

Etats de la connexion RR

(CS domain)

Etats de la session GPRS

(PS domain)

Les états RRC convergence CS et PS




Les états RRC – convergence CS et PS

Establish RRCConnection

Release RRCConnection

UTRA RRC Connected ModeUTRA:Inter-RATHandover

GSM:Handover

Establish RRCConnection

Release RRCConnection

URA_PCH CELL_PCH

Establish RR Connection

Release RR Connection

Idle Mode

Camping on a UTRAN cell Camping on a GSM / GPRS cell

GPRS Packet Idle Mode

Cell reselection

CELL_DCHout of

service

in

service

CELL_FACH

out of service

inservice

out of service

inservice

GSM

Connected

Mode

GPRS

Packet

Transfer

Mode

Release of

temporary

block flow

Initiation of

temporary

block flow

Les états RRC – Utilisation




• Intermédiaire entre l’état de veille et l’état connecté sur ressource dédié – URA ( Utran Registration Area): groupe de cellules

– Analogie avec Les zones de localisation en mode veille

• Convergence avec le caractère “always-on” de GPRS

Canal de transport

montant

Canal de transport

descendant

Contrôle de

la mobilité

Niveau

d'activité

CELL_DCH DCH DCH Réseau+++

---

CELL_FACH RACH FACHMobile ou

réseau

CELL_PCH

-

PCH Mobile

URA_PCH

-

PCH Mobile

Idle

- -

Mobile NS

Interface radio: PDCP




Interface radio: PDCP

Packet Data Convergence Protocol

• Compression des entêtes IP

– RFC1144: Van Jacobson – RFC3095: ROHC

• Histogrammes des tailles des datagrammes IP:40%

10%≈7% ≈7%

≈40 octets 552 octets 576 octets ≈1500 octets

Interface radio : RLC




Interface radio : RLC

Radio Link Control• 3 modes: UM, AM, Tr

• Principales fonctions: – Segmentation and reassembly

– Concatenation.

– Padding. – Transfer of user data

– In-sequence delivery of upper layer PDUs.

– Duplicate detection.

– Flow control.

– Sequence number check.

– Ciphering.




Interface radio: RLC• Radio Link Control

UTRAN

Transmitting side Receiving side

MS

AM-EntityTransm.

UM-Entity

Transm.

Tr-Entity

Receiv.

Tr-Entity

Receiv.

UM-Entity

Transm.

Tr-Entity

Transm.

UM-Entity

AM-Entity Receiv.

UM-Entity

Receiv.

Tr-Entity

Transmitting side Receiving side

Interface radio: MAC





Medium Access Control• Principales fonctions:

– Conversion canal logique / canal de transport – multiplexage des données sur les canaux de transport

– choix du canal de transport et du format des données transportées

(Transport Format )

– Arbitrage entre les flux d’usagers différents ou d’un même usager






Medium Access Control

MAC-d

FACH RACH

DCCH DTCHDTCH

DSCH DCH DCH

MAC Control

USCH( TDD only )CPCH( FDD only )

CTCHBCCH CCCH SHCCH( TDD only )

PCCH

PCH FACH

MAC-c/sh

USCH( TDD only ) DSCH




Couche physique• Contrôle d’erreur

– Détection d’erreur par CRC

– Codage canal convolutif et turbocode

• Entrelacement – De niveau Transport Block

– De niveau trame

• Rate matching

• Etalement – Channelization code + Scrambling code @ 3,84 Mcps

• Modulation QPSK

Couche physique – exemple de la voix




y

DCH B DCH C DCH (Control)DCH A

81 103 60 96Information data

One frame = 15 slots x 40 bits = 600 bits per frame===> channel rate = 600/10 ms = 60 kbpsSF = 128; 30 ksps x 128 = 3.84 Mcps

CRC +tail bit attachment 89 103 60

Convolutional codingR = 1/3

267 309 180

Rate matching1st interleaving

688

120

360

304

344 344

344 76 344 76 344 76

76

344 76

Radio framesegmentation 344 344 76 76 76

2nd interleaving

28 28Slot segmentation 2828….28 28 28 2828….28 28 28 2828….28 28 28 28….28 28

40 40 40 ….40 40 ……..Physical mapping(including control bits) 40 40 ….4040 40




Code convolutif rendement 1/3

sD D D D D D D D

C0

C1

C2

Entrelacement Transport Block et trame




Entrelacement Transport Block et trame

…

1 0 1 1 0 0 … 0 0 1 1

0 1 1 0 1 1 … 1 0 0 1

0

1

1

0

..

.

0

1

0 1 0 0 1 1 … 1 1 0 1

…

1

1

1

0

..

.

0

1

0

1

1

0

..

.

1

0

1

0

1

1

..

.

0

1

0

1

1

0

..

.

0

1

0

1

1

0

..

.

1

0

1

0

1

1

..

.

0

1

1

1

1

0

.

.

.

0

1

…

1 - Rangement des bits par ligne 2 - Permutation des colonnes 3 - Lecture de la matrice par colonne




UMTS – plan• 1- Les origines

• 2- Architecture et concepts de l’UMTS• 3- Le réseau d’accès

• 4- La gestion des usagers et des appels• Notion de PLMN & carte SIM

• Les zones géographiques

• L’inscription initiale

• L’établissement d’appel

• La gestion de la mobilité intra-UMTS & inter-système





Notion de PLMN - définition• PLMN = Mobile Country Code + Mobile Network Code

• HPLMN = Home PLMN de l’usager (dans la carte USIM)

MCC

De 0 à 999

MNC

De 0 à 99

L'identité du PLMN

USIMIMSI

G S M

Global GSM MobilityCardThe Smart Card to use

HLR




Notion de PLMN - utilisation• Possibilité de PLMN équivalents

– Pour le roaming national (MVNO = Mobile Virtual Network Operator ) – Pour le déploiement de l’UMTS

Opérateur Opérateur

2G

PLMN 1

3G

PLMN 2

Zones de localisation




• Location Area (CS domain) / Routing Area (PS domain)• Compromis taille LA/RA vs engorgement canal PCH

LA1

RA1RA5

3G_SGSN 3G_SGSN

RA3RA2 RA4

3G_MSC / VLR 3G_MSC / VLR 3G_SGSN

LA3LA2




Au démarrage…• A la mise sous tension du mobile:

– Recherche du PLMN de plus haute priorité (HPLMN, …) – Recherche de la meilleure cellule

– IMSI ATTACH (pour le CS domain) / Packet ATTACH (PS domain)

• Puis … – Recherche périodique de la meilleure cellule – Re-sélection éventuelle

– Mise à jour de localisation (LA/RA)

Inscription CS / mise à jour de LA

SRNS HLR




SRNSUMSC/

3G-MSC

HLR

2. LA Update Request (IMSI/TMSI)

1. RRC connectionestablishment

3. Security Functions

4. Update Location

5. Insert Subscriber Data

5. Insert Subscriber Data Ack

6. Update Location Ack

7. Location Update Accept (new LAI, new TMSI)

8. TMSI Reallocation Complete (new TMSI)

9. Release9. RRC Connection Release

SRNS VLR

Etablissement d’appel CSDestination

exchange




SRNS VLR

1. CM service request

2. Authentication Procedure

1. Process access request

UMSC/3G-MSC

2. Process access request ack2. CM service accept2. Ciphering Procedure

3. Setup 4. SIFOC

5. Complete call5. Call Proceeding

5. RAB Assignment Request5. RB Setup

5. RB Setup comp

5. RAB Assignment Response 6. IAM (ISUP)

6. ACM (ISUP)6. Alert

6. Connect6. ANM (ISUP)

6. Connect ack

Appel PS – contexte PDP




• Le contexte PDP (Packet Data Protocol ): – La qualité de service associée à la session => attributs du RAB (Radio

Access Bearer ) alloué par l'UTRAN

– L'APN ( Access Point Name) => l'identifiant du réseau PDP externe auquelle mobile souhaite accéder.

– L'adresse PDP (PDP address) du terminal. Dans le cas d'un réseau externeInternet, il s'agit d'une adresse IPv4 ou IPv6

• Négocié entre le réseau et l’usager en fonction desparamètres de l’abonnement

PDP address

123.125.12.45

RNS

SGSN GGSN 1

GGSN 2

Gi

Gn

Iu

APN 1

ISP1.mcc.gprs

APN 2

ISP2.mcc.gprs

1 2

Contextes PDP

Réseau IP 1

Réseau IP 2

Appel PS - établissement

SRNS




1. Activate PDP Context Request(NSAPI, TI, PDP Type, PDP address, QoS requested, APN)

SRNS

3G-SGSN 3G-GGSN

2. Radio Access Bearer setup

3. Create PDP Context Request

4. Create PDP Context Response

5. Activate PDP Context Accept

Soft handover - principes




Ec /I

o(dB)

-25 -15 -10 0

TrafficDPDCH

+DPCCH

PilotCPICH

PilotCPICH

PilotCPICH

MeasurementReport

PilotCPICH

ServingRNC

Ec desired pilot alone

Energy of

IoTotal energyreceived

Soft handover - architecture

Iu




Iu

Iur Serving

RNCDriftRNC

UE

Iub

Node BServing RNS Node BDrift RNS

DL

UL

Soft handover – ajout d’une brancheServingNode B D ift




Serving

RNC

1. RNSAP Radio Link Addition2. NBAP Radio Link Setup

3. NBAP Radio Link Setup Response

4. RNSAP Radio Link AdditionResponse

5. Iur Bearer Setup5. Iub Bearer Setup

6. Node B - SRNC Data Transport Bearer Sync.

7. RRC Active Set Update on DCCH

[Radio Link Addition]

8. RRC Active Set Update Complete on DCCH

Node B

Drift RNSDriftRNC

Decision to set upnew Radio Link

3’. Start RX

6’. Start TX

Mobilité entre UMTS et GSM/GPRS

• Principes:




p – Mode connecté UMTS vs Mode non connecté GPRS – Le point d’ancrage pour le CS domain: MSC d’origine (Anchor MSC)

– Pas d’ancrage dans le PS domain

– traduction RANAP/BSSMAP effectuée par le MSC 3G

2G_SGSN3G_SGSN

BSS

HLR

(1)(2)

3G_MSC / VLR 2G_MSC / VLR

RNS

Handover GPRS vers UMTS (1) - PS




2. GMMRouting AreaUpdate Request

ServingRNS

UE

3G_SGSN3G_SGSN 2G_SGSN2G_SGSN

HLR

4. SecurityFunctions

3. GTP SGSNContext Request

3. GTP SGSNContext Response

UMTSUMTSGPRSGPRS

BSS

1. Decision toperform HO

to GSM

Handover GPRS vers UMTS (2) - PS




UMTSUMTS

UE

3G_SGSN3G_SGSN

HLR

GGSNGGSN

5. RANAP RABAssignment

Request 5. RANAPRAB

AssignmentResponse

6. GTP:UpdatePDP context

Request

6. GTPResponse

2G_SGSN2G_SGSN

GPRSGPRS

ServingRNS

BSS

Handover UMTS vers GSM (1) - CSVLRVLR




1. RANAPRelocation

Required

2. MAP Prepare HO Request

3. BSSMAPHO Request4. BSSMAP

HO RequestAck

5. MAP Prepare HO Response

6. ISUP IAM7. ISUP ACM

8. RANAPRelocationCommand

9. RRCHO Command

MSC

UE

VLRVLRVLR

GSMGSMUMTSUMTS

UMSC

ServingRNS

BSS

3. AllocateRadio

Resources

1. Decision to

perform HOto GSM

Handover UMTS vers GSM (2) - CS




10. Layer 1HO Access

10. BSSMAPHO Detect

13. RRCHO Complete

12. ISUP ANM

11. MAP PROCESS ACCESSSIGNALING Request

14. BSSMAPHO Complete

15. MAP SEND END

SIGNAL Request16. RANAPRelease

Command17. RANAPReleaseComplete

GSMGSMUMTSUMTS

UMSC MSC

ServingRNS BSS

UE

Handover UMTS vers GSM (1) - PS




2. GMMRouting Area

Update Request

BSS

UEUE


4. RANAP SRNSContext Request 4. RANAP SRNS

Context Response

5. GTP SGSNContext Response

7. GTP SGSN

Context Ack.

HLR

6. SecurityFunctions

UMTSUMTS GPRSGPRS

ServingRNS

1. Decision toperform HO

to GPRS

Handover UMTS vers GSM (2) - PS




BSS

UE


8. RANAP IuRelease Command

HLR

8. RANAP IuRelease Complete GGSNGGSN

9. GTP:Update

PDP contextResponse

9. GTP:Update

PDP contextRequest

10. MAPUpdate location

11. GMMRaouting Area

Update Request

UMTSUMTS GPRSGPRS

ServingRNS

Mobilité intersystème et QoS paquet




• Traduction des attributs du contexte PDP entreGSM/GPRS et UMTS

• Exemple:

Traffic class Interactive 1, 2, 3 Delay class

Background 4

Traffic handling priority 1 1 Delay class

2 2

3 3

SDU error ratio 10-6 1, 2 Reliability class

10-4 3

10-3 4, 5

GPRSGPRSUMTSUMTS

Nécessité du Compressed Mode




• Coût d’une double chaine de réception – Pour la réception simultanée du GSM et de l’UMTS/FDD

– Ou de 2 fréquences UMTS FDD

• Mesure du GSM1800 en cours d’émission FDD

GSM 1800 DL TDDDECT FDD UL

1805MHz 1880MHz 1900MHz 1920MHz 1980MHz

Compressed mode - méthodes




• 3 méthodes• SF reduction

• Puncturing

• Higher layer scheduling

• Possibilité de création de trous de 3 à 14 slots

...

une trame

...

∆P

(a)

(b)

La facturation - architecture• BC: Billing Center




• CGF: Charging Gateway Function• CDR: Call Detail Record

GMSC

SGSN

GGSN

CDR

MSC

BCCGF

Domaine PS Domaine CS

Réseau d'accès

Internet RTCP

CDR

CDR

CDR

La facturation – exemple de roaming




RTCP

GMSC

BC

HLR GMSC

BC MSC

1

1

2

3 3

4

4 PLMN x

PLMN y

5- Le futur de l’UMTS




• HSDPA (High Speed Downlink Access)

• IMS (IP Multimedia Subsystem)• MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service)

• UTRAN sur IP

1994 1995 1996 ... 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Phase 1

R3

specifications GSM/UMTS NAS …

Phase 2 Phase 2+

R4 R5 R6 …

GSM ->

UMTS ->

Pour aller plus loin…




• UMTS Les Origines, l’architecture, la norme – 2è ed. – P.Lescuyer / Dunod

• Principes de radiocommunication de troisième génération – T.Lucidarme / Vuibert

• http://www.3gpp.org

umts-limoges

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