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-1-
UMTSUMTS
Plan Introduction Services Fréquences Passage à l’UMTS Interface UTRA W-CDMA
-2-
Le monde des mobilesLe monde des mobiles
WORLD MOBILE
SUBSCRIBERS
0'
500'
1000'
1500'
2000'
2500'
1995 2000 2005 2010 2015
REST OF
WORLDASIA
PACIFICNORTH AMERICA
EU15
(SOURCE: UMTS FORUM)
MILLIONS OF
SUBSCRIBERS
-3-
VISION IMT2000VISION IMT2000
I M T - 2 0 0 0 T h e I T U v i s i o n o f g l o b a l w i r e l e s s a c c e s s
i n t h e 2 1 s t c e n t u r y
S a t e l l i t e
M a c r o c e l lM i c r o c e l l
U r b a nI n - B u i l d i n g
P i c o c e l l
G l o b a l
S u b u r b a n
B a s i c T e r m i n a lP D A T e r m i n a l
A u d i o / V i s u a l T e r m i n a l
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UMTSUMTS
198x : concept de l’UMTS, projet RACE 199x : ACTS ; FRAMES & RAINBOW A l’échelle internationale : IMT2000 (UIT) Concept GMN (Global Multimédia Mobility)
Dualité entre réseau d’accès et réseau de transport Spécification d’une interface entre ces 2 réseaux UMTS : UTRA pour l’accès radio Dans un deuxième temps, spécification d’un réseau de transport pour
l’UMTS
GSMDECTISDN
B-ISDNUTRA
GSMISDN
B-ISDNTCP/IPUMTS
Réseau d’accès Réseau de transport
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UMTSUMTS
Services multimédias : pour la mobilité (comme B-ISDN) IP et mode paquet : 384kb/s avec une mobilité complète et 2Mb/s
pour une mobilité limitée Convergence des technologies radio Caractéristiques de l’UMTS
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3GPP3GPP
Japon : ARIB, TTC CHINE : CWTS Corée : TTA Europe : ETSI USA : T1
WG1 : couche 1 WG2 : couches 2 et 3 WG3 : interfaces et O&M WG4 : Paramètres AHG1 : ad-hoc
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UMTSUMTS
Fréquences autour de 2GHz : bande de 230MHz
Bandes appairées (120MHz) : 1920-1980 et 2110-2170 FDD/W-CDMA
Bandes non appairées (50MHz) : TDD/TD-CDMA Satellites (MSS) : 60 MHz
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UMTS/IMT2000UMTS/IMT2000
-9-
UMTSUMTS
Evolution du GSM vers UMTS/IMT2000 Radio
réutilisation de la bande existante création de nouvelles bandes de fréquence
Réseau intégration du mode paquet et de IP
Au niveau mondial Europe : W-CDMA, EDGE, IP dans GSM Japon : W-CDMA, intégration d’IP USA : EDGE, intégration d’IP
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ArchitectureArchitecture
UserEquipment UTRAN Core
NetworkUu Iu
-11-
ArchitectureArchitecture
RNS
RNC
RNS
RNC
CN
Node B Node B Node B Node B
IuCS IuPS
Iur
Iubis
USIM
ME
MS
Cu
Uu
MSCSGSN
Gs
GGSNGMSC
GnHLR
Gr
GcC
D
E
AuCH
EIR
F Gf
GiPSTN
IuCSIuPS
VLRB
Gp
VLRG
BSC
BTSBTS
Um
A
BSC
BTSBTS
Gb
Abis Abis
Um
BSSBSS
SIM
SIM-ME i/f or
MSC
B
PSTN
Iubis
PSTN
-12-
UTRAUTRA
FDD W-CDMA
UP
DOWN
10ms
.
.
.
-13-
UTRAUTRA
TDD TD-CDMA
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UTRAUTRA
UMTS Terrestrial RAdio interfaceCritère de
comparaisonMode FDD W-
CDMA Mode TDD TD/CDMADéploiement et couverture grandes cellules petites cellulesServices supportés
services symétriques
mode paquet, asymétrique
Contrôle de puissance contrôle rapide contrôle lentTransfert intercellulaire soft handoff handoff normalComplexité du terminal
débit chip - multipath
nombre de codes - multipath
Synchronisation entre stations de base
pas de synchronisation synchronisation
Planification
en fonction du trafic - pas de plan de fréquence
plan de fréquence - ne varie pas en fonction du trafic
•W-CDMA en FDD pour les bandes appairées
•TD-CDMA en TDD pour les bandes non appairées
-15-
UTRAUTRA
Accès multiple DS-CDMA TDMA et CDMADuplex FDD TDDDébit chip 3,84 Mchip/s 3,84 Mchip/s
Durée de trame 10 ms10ms (16 IT par trame)
Débit variable
facteur d'étalement variable et multicode
multi IT et multicode
Codageconvolutionnel (1/2 -1/3) convolutionnel
-16-
W-CDMAW-CDMA
pas de plan de fréquence ni de réutilisation niveau de puissance dépend du service transfert de paquets sur canaux dédiés ou communs
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W-CDMAW-CDMA
Flexibilité (opérateur) Pas de synchronisation entre les BSs (GPS)
moins cher, surtout pour les environnements indoor Handoff inter-fréquence est prévu Mode TDD : allocation dynamique
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W-CDMAW-CDMA
Canaux Logiques Transport CHannels :
Broadcast CHannel (BCH) Forward Access CHannel (FACH) Paging CHannel (PCH) Random Access CHannel (RACH) Common Packet CHannel (CPCH) Downlink Shared CHannel (DSCH) Dedicated CHannel (DCH)
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W-CDMAW-CDMA
Canaux logiques - canaux physiquesTransport 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 Indication Channel (AICH)
Page Indication Channel (PICH)
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W-CDMA, DownlinkW-CDMA, Downlink
One radio frame, Tf = 10 ms
TPC NTPC bits
Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14
Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..7)
Data2Ndata2 bits
DPDCH
TFCI NTFCI bits
Pilot Npilot bits
Data1Ndata1 bits
DPDCH DPCCH DPCCH
SF = 256/2k SF = 4..256TPC = Transmit Power ControlTFCI = Transport Format Combination Indicator (Rate Information)
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W-CDMA, DownlinkW-CDMA, Downlink
Débit 15-1920kb/s (10-1280 bits par slot) plusieurs connexions pour plus de débit (master-slave)
Etalement et modulation Modulation QPSK : un état = 2 bits Channelization code cch
Cell specific scrambling code cscramb
512 codes de type : cscramb
64 groupes de 8 codes nombre de code : 218 -1=262143, 38400 chips (10 ms)
S -> PDPDCH/DPCCH
P(t)
P(t)
Cos(wt)
Sin(wt)
I
Q
cch cscramb
-22-
W-CDMA, DownlinkW-CDMA, Downlink
Orthogonal Variable Spreading Factor
1,12,2 c
11,1 c
1,11,2 c
1,1,1,11,4 c
1,1,1,12,4 c
1,1,1,13,4 c
1,1,1,14,4 c
SF = 1 SF = 2 SF = 4
La longueur du code n’est pas fixeElle dépend du SF et du débit
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W-CDMA, UplinkW-CDMA, Uplink
SF = 256/2k SF = 4..256TPC = Transmit Power ControlTFCI = Transport Format Combination Indicator (Rate Information)FBI = FeedBack Information
Pilot Npilot bits
TPC NTPC bits
DataNdata bits
Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14
Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..6)
1 radio frame: Tf = 10 ms
DPDCH
DPCCHFBI
NFBI bitsTFCI
NTFCI bits
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W-CDMA, UplinkW-CDMA, Uplink
Uplink : débit 15-960 kb/s (10-640 bits par slot), plusieurs DPDCH pour plus de débit
Deux canaux physiques différents pour le contrôle et les données Modulation QPSK : un état = 2 bits Channelization code cD et cC
Cell specific scrambling code cscramb
224 court et 224 long Les PDDCH supplémentaires seront transmis sur I ou Q cscramb court = cI + jcQ, cI et cQ sont de longueur 256
cscramb long 38400 chips (10 ms)
*j
P(t)
P(t)
cD
cC
I
Q
I+jQ
Cscramb
(long ou court)
Real
Imag
Cos(wt)
Sin(wt)
DPDCH
DPCCH
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W-CDMAW-CDMA
Common Physical Channels même format que les canaux dédiés différence : taux fixe (pas de TFCI), pas d’indication pour le contrôle
de puissance deux types de canaux
primary CCPCH : envoyés à tout le monde (BCH) secondary CCPCH : FACH et PCH. Multiplexage temporel sur CCPCH pour envoyer les FACH et les
PCH. Les informations concernant les canaux secondaires pour le
partage entre FACH et PCH (nombre de trames) sont envoyées sur un BCH
différence entre primary et secondary CCPCH : le débit Fixe pour primary (30 kbps) dépend de la cellule
-26-
W-CDMAW-CDMA
Data18 bits
Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14
Tslot = 2560 chips , 20 bits
1 radio frame: Tf = 10 ms
(Tx OFF)
256 chips
Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14
Tslot = 2560 chips, 20*2k bits (k=0..6)
Pilot Npilot bits
DataNdata bits
1 radio frame: Tf = 10 ms
TFCI NTFCI bits
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W-CDMAW-CDMA
Codage et multiplexage services parallèles codage et entrelacement pour chaque canal
et pour le groupe deux méthodes de multiplexage pour les
différents services Avantage Défaut
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W-CDMAW-CDMA
Coding/interleaving
Coding/interleaving
Coding/interleaving
DPDCH#1
DPDCH#2
DPDCH#N
Par
alle
lse
rvic
e
...
TimeMUX
Outercoding/interl.
TimeMUX
Innercoding/interl.
TimeMUXP
aral
lel
serv
ice
DPDCH#1
DPDCH#2
DPDCH#N
...
-29-
W-CDMAW-CDMA
Rate matching (adaptation du débit) Adapter le débit à la capacité du support
physique Uplink
unequal repetition/code puncturing seuil = 20%
Downlink haut débit : unequal repetition/code puncturing faible débit : transmission discontinue (une partie
du slot sera occupée)
-30-
ExempleExemple
Trafic de 8 Kbps
Data (80 bits) CRC (8) Tail (8)
3*96 = 288 bits
Conv. Taux 1/3, Longueur = 9
288*10/9 = 320 bits
Unequal repetition (9/10)
32 Kbps DPDCH
-31-
ExempleExemple
Trafic de 144 Kbps
Data (1800 bits) Tail (8)
3*1808 = 5424 bits
Conv. Taux 1/3, Longueur = 9
5424*320/339 = 5120 bits
Code puncturing (339 -> 320)
512 Kbps DPDCH
Data (1440 bits)
RS, taux = 180/225
-32-
ExempleExemple
Trafic de 480 Kbps
Data (300 bits) Tail (8)
16*2*320 = 5424 bits
Conv. Taux 1/2, Longueur = 9
1024 Kbps DPDCH
CRC + SN (12 bits) 16 blocks par trame
Trafic de 2.4 MbpsData (300 bits) Tail (8)
80*2*320 = 51200 bits
Conv. Taux 1/2, Longueur = 9
5*1024 Kbps DPDCH
CRC + SN (12 bits) 80 blocks par trame
-33-
W-CDMAW-CDMA
Accès aléatoire : slotted aloha Préambule : il existe 16 signatures
chaque signature contient 16 symboles code 256 chips le choix de la signature est aléatoire
Corps du message : contrôle et données Pilot + TFCI (débit du message « données ») le choix du code est identique à celui des canaux dédiés
en uplink
P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15
Preamble
256 chips
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RACHRACH
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14
5120 chips
radio frame: 10 ms radio frame: 10 ms
Access slot #0 Random Access Transmission
Access slot #1
Access slot #7
Access slot #14
Random Access Transmission
Random Access Transmission
Random Access TransmissionAccess slot #8
Message partPreamble
4096 chips10 ms (one radio frame)
Preamble Preamble
Message partPreamble
4096 chips 20 ms (two radio frames)
Preamble Preamble
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W-CDMAW-CDMA
Pilot Npilot bits
DataNdata bits
Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14
Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..3)
Message part radio frame TRACH = 10 ms
Data
ControlTFCI
NTFCI bits
4096 chips
P0
P1Pj Pj
Collision ResolutionPreamble
Access Preamble DPCCH
DPDCH
0 or 8 slots N*10 msec
Message Part
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W-CDMAW-CDMA
Avant l’accès aléatoire, le mobile doit : se synchroniser avec la BS (trame et slot) connaître les codes disponibles pour le préambule et le message
(BCH) connaître les signatures et les slots disponibles Paramètres de puissance du signal estimer le “path loss”, le niveau d’interférence sur le uplink et le seuil
C/I (BCH) Fonctionnement :
le mobile sélectionne les codes et le facteur d’étalement (débit) le mobile sélectionne la signature et le slot le mobile envoie le préambule et attend le retour le mobile envoie le burst et attend l’acquittement sur un FACH
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W-CDMAW-CDMA
Allocation des codes Downlink
code canal BCH : même code pour tout le système Secondary CCPCH : diffusé sur BCH dans chaque cellule Canaux dédiés : le réseau détermine le code ; il est envoyé sur le
message “Access grant” (le code peut changer pendant la connexion. Le changement est négocié sur un DCCH
code BS (scrambling code) il est attribué au moment du déploiement du réseau la station mobile obtient ce code par la procédure de recherche de
cellule
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W-CDMAW-CDMA
Allocation des codes Uplink
code canal un code par DPDCH
code BS (scrambling code) primaire
il est attribué au moment du déploiement du réseau
il est envoyé sur le message “Access grant” secondaire
idem
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W-CDMAW-CDMA
Contrôle de puissance Closed-loop
Uplink et downlink Baisser ou augmenter la puissance par étape
Outer loop Uplink et downlink Pour déterminer la valeur de l’étape du “closed-loop”
Open loop Uplink seulement Pour ajuster la puissance sur l’accès aléatoire Estimer le “path loss”, niveau d’interférence sur le uplink (BCH)
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W-CDMAW-CDMA
Synchronisation : non prévue Recherche de cellules :
Primary Synchronisation Channel ; 256 chips ; le même pour toutes les BS Secondary synchronisation Channel ; 256 chips ; 64 groupes de 15 codes
PrimarySCH
SecondarySCH
256 chips
2560 chips
One 10 ms SCH radio frame
acsi,0
acp
acsi,1
acp
acsi,14
acp
Slot #0 Slot #1 Slot #14
i est le numéro du Scrambling Group1..64
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W-CDMAW-CDMA
3 étapes : Synchronisation avec les slots Synchronisation avec la trame et identification du groupe de
code Identifier le code de la BS : cscramb
Tslot
BSiBSj
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W-CDMAW-CDMA
Recherche de cellules 2) Corrélation du Secondary SCH reçu avec tous les SSCH
possibles PSCH nous sert de repère pour le temps et la phase On obtient 16 valeurs Corrélation des valeurs avec toutes les séquences On choisit les pairs qui donne la valeur maximale Par conséquent ; le groupe est identifié ainsi que la synchronisation
avec la trame
2) Corrélation du CPICH avec les “scrambling code” du groupe Identification du cscramb
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W-CDMAW-CDMA
Soft handover Active set : recherche de nouvelles cellules Le mobile reçoit une liste du réseau qui donne
l’ordre de recherche des codes des BS ; la liste est régulièrement changée
Le mobile teste les BCH des cellules recherchées et les compare à des seuils
Il envoie ensuite un rapport au réseau En fonction de ces informations le réseau lui
demande de rajouter ou de supprimer des BS de la liste active
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W-CDMAW-CDMA
Softer handover Inter-frequency handover
Mode sloté
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W-CDMAW-CDMA
Couche RLC/MAC service temps réel ou non contrôle d’erreur (ARQ)
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W-CDMAW-CDMA
Mode paquet : trois méthodes