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Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Comprendre l’UMTS pour s’ypréparer
Philippe Picard12 octobre 2001
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes
� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)
�Le business�Marché et usages�Economie
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
2G 2.5 G 3G
GSMSMS
WAP
GPRSEDGE
UMTS
Licence+
RéseauxTerminauxServices
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Références� Sites utiles
� www.tmforum.org� www.art-telecom.fr� www.idate.fr� www.etsi.org� www.durlacher.com� www.nokia.com
Schémas et informations empruntés à:� Actes 3GM, Cannes, Fevrier 2001 [1]� TMF Forum et OVUM [2]� Publications ART [3]� UIT (ITU): site IMT2000 [4]� CDMA Development Group [5]� UMTS Report, Durlacher [6]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
La mobilité globale
Ci après on ne traitera pas des 2 extrêmes, satellite et RLE radio (hyperlan ou 802.11)
[4]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Télécom: Quelques Notions Utiles�Numérisation, échantillonnage�Bauds, bits/s�Réseaux Intelligents (IN)�Multiplexage (Fréquences, Temporel) et
accès multiple�Modèles de trafic et Erlang�Cellulaire, plan de fréquences
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
”The telephone would be used only to inform people ofarrival of telegrams.”
Graham Bell , 1876
"I think there is a world market for may be fivecomputers."
Thomas Watson, chairman of IBM, 1943
"640K ought to be enough for anybody."Bill Gates, 1981
“32 bits should be enough address space for Internet”Vint Cerf, 1977
Soyons indulgents !
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
" Qui a besoin de multimedia mobile ? "X, 2001
" 56 kb/s sont largement suffisants pourl’internet mobile ”
Y, 2001
Soyons indulgents !
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes
� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)
�Le business�Marché et usages�Economie
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Le GSM: Le Vrai Départ De La Mobilité� Avant le GSM, en Europe:
� Des services élitistes +/- associés au téléphone devoiture (coût, poids)
� Technologies analogiques nationales et mal normalisées,donc de petite série et chères
� Etc…� Le GSM: une conception très visionnaire. Il a fallu
tout inventer et tout construire� Une réponse aux demandes latentes et solvables (et
imprévues) du marché professionnel et privé de lamobilité
� Partant d’un parc très limité, il n’y a pas eu deproblème de migration (contrairement aux USA avecl’AMPS)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Le GSM: Une Réussite Européenne (1)� Une initiative essentiellement européenne (CEPT,
ETSI), même si exploitant au mieux les technologiesinternationales du moment;
� Norme adoptée en Europe, Asie (sauf Japon),Afrique, partiellement aux US et Amérique Latine
� Une vraie normalisation (européenne étendue) quispécifie et/ou impacte:
� Fréquences (2 versions: 800 Mhz et 1800 Mhz)� Architecture et protocoles (fixe et radio)� Services génériques� Équipements terminaux
� Norme « just in time » en fonction du meilleur de latechnologie prévisible
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Le GSM: Une Réussite Européenne (2)� Les domaines de réussite:
� Usages� Un vrai marché de service européen unifié� Démocratisation
� individus (taux de pénétration)� Pays (le GSM existe partout)
� Économie� les opérateurs de GSM atteignent au moins
le « petit équilibre »� Retombées industrielles (Nokia, Ericsson,
LHS,…)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Innovations du GSM (très audacieuses dans les 80 ’):
� Cellulaire et numérique� Exploitation systématique des technologies de
Réseau Intelligent du fixe et du RNIS permettant:� Saut de cellule dynamique (Hand-Over)� Itinérance internationale entre réseaux (Roaming)� Personnalisation du service
� Sécurité� Identifiant d’abonné par carte SIM� Cryptage en ligne
� Services nouveaux prévus dès l’origine (SMS, VoiceMail, Data Circuit 9600 b/s)
� Une facturation souple et performante (pré-payé,post-payé, informations instantanées)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Composants du GSM
SIM
ME
BTS
BTS
BSC
BSCMSC
HLRAuCVLR
PSTNISDNetc.
Mobiles Base Station NetworkStations Subsystem Subsystem
x10^6-7 x10^3 x10^3 / 3
MSC
MSC
BTS Base Transceiver Station VLR Visitors Location RegisterBSC Base Station Controller AuC Authentification CenterMSC Mobile Service Switching Center HLR Home Location Register
x10^2
Cellules
BTSBTS
BTS
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Capacité des cellules
8 IT par trametemporelle
fréquences= < 124 canaux
full duplex
1
122
123124
1 2 8577µs
4,615ms (c.a.d. 216 trames/s)
1 trame GSM
1voie de téléphone est portée par un débit de 13,8 kb/s
Jusqu’à 8 x 124 = 992 canaux logiques. 3 à 4 fois moins dans la réalité (gestion du plan de fréquences)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes
� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)
�Le business�Marché et usages�Economie
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
WAP HSCSD GPRS EDGENiveau fonctionnel Application Liaison Réseau RadioTerminaux impactés Oui Oui Oui OuiModification Systeme Radio (BTS) Non Oui, SW Oui, SW Oui, HWModification Back-Bone Non Oui, SW Oui Oui = GPRSDébit max instantané théorique ns 115 kb/s 115 kb/s 384 kb/sDébit réaliste ns 14.4 kb/s 25 kb/s 50kb/s
Bouygues 3T01 2002 2002 ?Orange 2T00 4T01SFR 2T00 4T01
Plans en France: date officielle d'ouverture
Les étapes d’extensions du GSM
*
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Composants du GPRS
SIM
ME
MSC
HLRAuCVLR
PSTNISDNetc
Mobiles Base Station NetworkStations Subsystem Subsystem
MSC
MSCBTS
BTS
BSC
BSCBTS
BTS
BTS
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Composants du GPRS
SIM
ME
MSC
HLRAuCVLR
PSTNISDNetc.
MSC
MSC
HLRAuCVLR
SGSN
SGSNSGSN
GGSN
IP
Internet
BTS
BTS
BSC
BSCBTS
BTS
BTSPCU
PCU
PCU : contrôleur da paquets associé à chaque BTSSGSN : gère les services dans le centre de commutation (MSC)GGSN : passerelle avec les réseaux IP externes
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Le WAP phase 1 : un peu Bâclé.
IntranetGSM
WAPHTTP
NAS
Circuit 9600 b/sIP
• Des Chaînes de Liaison complexes (similaire à l’accès àInternet via RCTP) + conversion WAP / HTTP
• Des performances médiocres (temps de connexion + débit)
Réseau GSM
InternetWAP
•
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Le WAP + GPRS: un net progrès!
Intranet GPRS
WAPHTTP
Débit ~25 kb/s IP
• Des Chaînes de Liaison plus simples• Des performances améliorées (temps de connexion + débit)
Réseau GSM/GPRS
InternetWAP
GGSN
• •
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes
� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)
�Le business�Marché et usages�Economie
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Pourquoi l’UMTS (1)� On n’arrête pas le progrès:
� Besoin de large bande en data (de N x 10 kb/s àN x 100 kb/s)
� Convergence Internet - Mobiles� Le multimédias numérique mobile
� Un besoin d’étendre le plan de fréquencespour face à la saturation des zones densesdu GSM
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Pourquoi l’UMTS (2)� Des « bonnes fées » pas toujours bien
claires:� Les exclus de la norme GSM qui voulaient une
revanche (USA et surtout Japon)� Des industriels paniqués par l’après « GSM
boom » (Nokia, Ericsson, etc..)� L’UEC à la recherche d’un coup d’éclat: refaire
le coup du GSM en mieux dans un domaine (lesNTIC) où l’Europe est outrageusement dominée
� Des « grands argentiers » nationaux à l’affûtd’une bonne aubaine en « surfant sur la bulleInternet »
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
IMT 2000: très complexe « machin »
Global Collaboration
3GPPGSMMAP
ANSI-41
3GPP2
OHG
(ITU Recommendations))
ITU Membership
3GPartnership
Projects
OperatorsHarmonization
Group
Industry Fora:Networks:
UWCC
WP-CDMA
cdma2000
DECT
EP
DECT
TD-SCDMA
3G.IPIP
UWC-136TCP/IP
Satellites IMT-2000
NormalisationDe l’UMTS:C’est le 3GPPQui aCanalisé lesTravaux
[4]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Terminologies des Normes 3G� La richesse de la terminologie traduit la
compétition entre les « bonnes fées »et l’IMT-2000 est un sur-ensemble deversions incompatibles de normespour les mobiles 3G à base de CDMA� W-CDMA (Wideband CDMA). 2 versions:
� UMTS (ETSI/UEC: Universal Mobile TelephonySystem)
� FOMA (Japon: Freedom of Mobile MultimediasAccess)
� Cdma2000 : version US, évolution naturellede CdmaOne (fréquences non UIT)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Réseau d’accès UMTS : principes de l’UTRAN
� Deux modes principaux:� FDD (Frequency Division Duplex, ou « full duplex »): pour
Macro et Micro cellules. Version déployée en phase 1.� TDD (Time Division Duplex, ou « half duplex »): pour
Micro et Pico cellules� Une gestion unifiée de l’accès radio, l’UTRAN par
CDMA: tous les canaux utilisent le même spectre etles trames sont codées/décodées par mécanisme deconvolution (ou auto corrélation)
� Débit trame ou « Chip Rate » de 3,84 Mcps (~3,84 MBauds)
� Trames de durée de 10 ms (soit 38400 bits par trame) etdivisée en 15 slots (soit 2560 bits par slot)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Le CDMA : Les Avantages� Efficacité spectrale
(bits/Hz ou Erlangpar km²)
� Gestion du saut decellule (hand over)
� Gestion du plan defréquences
� Efficacité de laconcentration detrafic
[5]
FDMA
CDMA
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
UMTS: une norme évolutive� Release 99 (en cours d’implémentation)
� W-CDMA (version UMTS du CDMA)� Réseau fixe dual (IP- GPRS + circuits en téléphonie)
-------------------------------------------------------------------------------� Release 4 (un « clean » de la version 99)
� SyncML (protocole de synchronisation)� RTP pour le streaming MPEG-4� Précisions (géolocalisation, QoS, messagerie
multimédias)-------------------------------------------------------------------------------� Release 5
� Réseau tout IP (en collaboration avec IETF):généralisation d’IP V6 et/ou SIP (Session Initiation:protocole pour le streaming sur IP)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
GSM (2G/2.5 G) �UMTS 3G : ce qui change
R99/V4 V5Taille 0,2 à 30 kmFréquences (Mhz) 900/1800Multiplexage FDMA & TDMADonnées IP EncapsuléTéléphone Circuits RNISData IP Intranet IP
Syst d'Information BillingZones ruralesVillesZones denses, mobilité faible
Evolution permanente (IP, kiosque, etc..)
Cellules Radio
N x (10 x m) à N x km
CDMA (modes FDD & TDD)
Débit Données maxi théoriques 115 kb/s
144 kb/s384 kb/s
2 Mb/s
Natif
IP V6 unifiéCœur de Réseau IDEM 2.5 + ATM
1920 - 1980 et 2110 - 2170
Domaine GSM + GPRS (2.5 G)
UMTS (3G)
Pour chaque migration, les terminaux sont concernés. Il faudra desterminaux multimodes GSM 900/1800 + WAP + GPRS + UMTS FDD ..
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Les « goodies » de l’UMTS (cœur de réseau)
� Sécurité� Authentification� Intégrité et chiffrement
� Facturation:� Mesure équitable du trafic IP� Facture du contenu par l’opérateur (type
kiosque)� Messagerie Multimode
� Voix� SMS� Documents
� Localisation
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Les terminaux: une évolution multiple
Téléphone+
SMS
Téléphone + SMS+
Fonctions basiquesPDA
+Modem data + WAP
Téléphone+
SMS + WAP+
Modem Data +Blue Tooth
Carte PCMCIA+
Modem DATA
PDAAvec OScomplet
PCPortable
+
+Stations Spécialisées
Téléphone+
FonctionsPDA
+WAP
+Jeux + MP3
Idem+
MPEG 4
GSM
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes
� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)
�Le business�Marché et usages�Economie
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
L ’UMTS et les autres services de Transport
SERVICE
RNIS
x DSL
WLL (boucle locale radio)
CATV
GSM GSM + GPRS + EDGEUMTS <2005
Coût dvtMobilitéDébit Instantané Débit Moyen Trafic Ouvert Couverture
L ’UMTS n ’est pas le seul service large bande en cours dedéploiement ou prévu chez les Opérateurs Généralistes ouSpécialisés: son avantage distinctif reste la mobilité
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Marché : Acteurs et SegmentsAvec les sigles du e-business, ondistinguera:� B2E: Business to
Employees� B2B: Business to
Business� B2C: Business to
Consumers� C2C: Consumers to
Consumers� B’2C:Business to
Consumers dans ledomaine’’infotainment ’’
E B C
B Intranet, appli-cations
Applications sectorielles, "EDI"
Portail B2C(transaction, CRM)
B'Infos, Jeux, musique, images
C Mails, chats, visiophone
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Marché: les usagesRéseau Data étenduIntranet Mobile (duplication serveurs: mail, annuaire, agenda, infos, etc.)Applications spécifiques (transporteurs, maintenance,
CRM mobile (portails commerciaux)
Transactions (réservations / achats / paiements / etc…)
Mails enrichis, Chat, Forum, Jeux
Visiophone ????
Infos à la « Internet » (News, Bourse, Maps, Trafic, etc…)Jeux (individuels et collectifs)Médias (Clips MP3 et MPEG)
Le rêve de la 3G (voir DOCOMO). Forte dépendance vis à vis des terminaux et des performances du réseau
B2B et B2E
B2C
C2C
B'2C
Les premiers services vont se développer dans les 3 ans qui viennent (WAP + GPRS): fortement dépendants des terminaux, y compris la localisation
Devient mature avec le GPRS. Les offres se développent avec terminaux WAP ou PC light : portail d'entreprise, Applications sectorielles, dont celles liées à la localisation
Les MNO’s offriront eux-même ces services génériques
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Marché Internet Mobile : quel calendrier ?
1995 2000 2005 2010
3 G
2.5 G
2 G
C2C
SMS
FORUMSCHAT
MESSAGERIEMULTIMODE
B2E, B2B VISIOPHONEB2C
CRM
TRANSACTIONS
B’2C
JeuxMP3
MPEG
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Marché: la vision US
[5]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
i-mode: "Un Biz-Model" Transposable ?� Une recette " à la Minitel "
� Un développement à l’abri d’unmonopole de fait (ou du moins positiondominante)
� une facturation adaptée de typekiosque (volume/contenu)
� Des spécifications locales et ferméesanticipant sur les normesinternationales
� Une politique ouverte vis à vis desfournisseurs de services
� Une exploitation du domaine d’excellence del’industrie japonaise (les terminauxmultimédias)
� Un tremplin pour l’assaut du monde avec la3G en cours de lancement (FOMA)
� Une réelle avance sur les nouveaux servicesgrand public multimédias et les jeux [1]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes
� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)
�Le business�Marché et usages�Economie
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
[4]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Calendrier officiel UMTS (ART 01-147 du 30/5/01)
� Ouverture commerciale officielleSFR: mars 2002Orange: juin 2002
� Plans de déploiement (en % de la population)
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
2004 2007 2010
FTM 144 kb/sFTM 384 kb/sSFR 144 / 32SFR 384 / 144
[3]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
� Coûts du réseau de base (hors licence):� Taille des cellules f (topographie, trafic,… )� Stratégie de développement et de migration ou
de coexistence 2G / 3G� Coûts des Terminaux (et politique de
préfinancement)� Chiffre d ’Affaires 3G =
ROI 3G: Nombreux Facteurs d’ Incertitudes
N x ARPU
Nombre d’abonnés 3G
AverageRevenue
PerUser
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
N
Total Mobiles Net
050
100150200250300350400
1995
1997
1999
2001
2003
2005
0%10%20%30%40%50%60%70%80%
V%
Connection(in million)V%
L’UMTS Doit Faire Face à Un Marché Mature
[6]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
ARPUARPU in Europe
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
€ pe
r mon
th
INDIRECTCONTENTDATAVOICESUBSCRIPTION
[6]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Mobile Service Revenue
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
€bn
CONTENT (INDIRECT)CONTENT (DIRECT)DATAVOICESUBSCRIPTION
N x ARPU
[6]
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Des Nouveaux Modèles Économiques ?Il faudra certainement innover:
� Partage d ’infrastructure (et de licence)entre Opérateurs ?
� MVNO ’s� « Inter médiateurs » Spécialisés:
� Services de Localisation� e-paiement mobile� Diffuseurs Médias (musique, films)� Éditeurs Spécialisés (jeux, news, etc.…)� etc., etc., etc.,
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
R.O.I.de l ’UMTS: quand ?Cash Flow Cumulé
(5 Md €)
(10 Md €)
?5, 7, 9 ans ?
Licence + Réseau
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
R.O.I.de l ’UMTS: quand ?Cash Flow Cumulé
(7.5 Md €)
?5, 7, 9 ans ?
Réseau (2.5 Md €)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
A suivre…..� Tous ces nouveaux systèmes et services
sont très complexes (l’épaisseur desspécifications est une bonne mesure decette complexité!) et il faut du temps autemps pour passer les étapes (αααα, ββββ, diffusioncontrôlée, diffusion générale).
� Sans attendre l’UMTS:� Le GPRS/GSM va permettre aux applications
Internet mobile B2E de décoller (2002)� Les Opérateurs développent des applications
communicantes enrichies (mail multimodes,localisation)
� Les premiers portails B2C vont se pouvoir sedévelopper et être expérimentés (2002/2003)
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
A suivre…..� l’UMTS accélérera le développement des
applications précédentes en continuité;� La discontinuité vient d’ailleurs:
� Technologie (CDMA, terminaux)� Économie (licences, déploiement d’une
nouvelle infrastructure)� Usages (applications multimédias, etc…)
� La viabilité économique du système reste àêtre trouvée
� Il faut cependant se souvenir que le GSM nes’est pas développé là où on l’attendait! il yaura aussi d’heureuses surprises en 3G!
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Les Trames GSM TDMA
*
Philippe Picard, le 12 octobre 2001
Timeslots1 2 3 4 5 6 7 8
MCS-1 8,4 8,4 16,8 25,2 33,6 42 50,4 58,8 67,2MCS-2 11,2 11,2 22,4 33,6 44,8 56 67,2 78,4 89,6MCS-3 14,8 14,8 29,6 44,4 59,2 74 88,8 103,6 118,4MCS-4 16,8 16,8 33,6 50,4 67,2 84 100,8 117,6 134,4MCS-5 22,4 22,4 44,8 67,2 89,6 112 134,4 156,8 179,2MCS-6 29,6 29,6 59,2 88,8 118,4 148 177,6 207,2 236,8MCS-7 44,8 44,8 89,6 134,4 179,2 224 268,8 313,6 358,4MCS-8 54,4 54,4 108,8 163,2 217,6 272 326,4 380,8 435,2MCS-9 59,2 59,2 118,4 177,6 236,8 296 355,2 414,4 473,6
Higher load -> more fragmentationPoorer terminal timeslot capability
Hig
her l o
ad ->
hig
her in
t er f er ence
Poorer C
overag
e
Low probabilityHigh probability Zero probability
GPRS: 115 kb/s EDGE: 384 kb/sKilling the data rate darlings...
GPRS et EDGE: une capacité statistique
*