Le Système UMTS
Problématique
Nombre d’abonnés mobile dépasse le
nombre d’abonnés fixe en 2004
‡ Plus de 2500 Millions d’abonnés en 2015
‡ Incompatibilités des normes et des
systèmes existants
‡
Incompatibilité des systèmes
‡
Systèmes existants:
„
„
„
PDC (Personal Digital Cellular) et PHS
(Personal Handyphone System) au japan
AMPS (Advanced Mobile Phone service) ou DAMPS, IS95 (cdmaOne)et IS136 utilisé en
Amérique et en Asie
GSM principalement en Europe puis dans la
plus part des pays, souvent en concurrence
avec d’autres systèmes
Systèmes existants
GSM
IS95
IS 136
PDC
Modulation
GMSK
BPSK/OQPS
K
DPSK
OPSK
Méthode
d’acces
TDMA/FDMA
CDMA
TDMA
TDMA
Bande de
fréquence
900/1800/1
900
800/1900
800/1900
800/1400
Espacemen
t porteuses
200Khz
1250Khz
30 Khz
25Khz
utilisation
Mondiale
Continent
américain et
asie
Amérique
du nord
japan
‡
Différences importantes sur le segment
radio
„
„
„
Modulation
Bande de fréquences
etc…
Solution: terminal multi modes
‡ inconvénient: encombrement et coût
supplémentaire
‡ Gestion de l’itinérance n’est pas la même
pour tout les systèmes
‡
normalisation
Les systèmes de 2ième G sont suivis par
des organismes indépendants
‡ Systèmes de 3ième G suivi par l’UIT
ªIMT-2000
‡
ªSupport d’application Multimédias
ªSupport de débit plus élevé (2Mbits/s)
ªItinérance étendu permettant de bénéficier d’une
couverture de service supérieure à celle qui est
actuelle
Propositions
Description
UWC-136
Universal Wireless Communication
terrestre
Origin
e
TIA
WIMS
Wireless Multimédia and messaging service
Terrestre
TIA
WCDMA
CDMA large bande (américain)
Terrestre
T1P1
CDMA200
CDMA large bande (IS95)
Terrestre
TIA
Satellite
TIA
SAT CDMA
Type
DECT
Digital Enhaced Cordless Telecommunication
Terrestre
ETSI
TD-SCDMA
Time Division Synchronious CDMA
Terrestre
CATT
SW-CDMA
Satellite Wideband CDMA
Satellite
ESA
SW-CTDMA
Satellite Wideband Hybrid CDMA
Satellite
ESA
ICORTT
Réseau de satellite en orbite moyenne
Satellite
ICO
WCDMA
CDMA large bande
Terrestre
ARIB
CDMAII
Asynchronious DS-CDMA
Terrestre
TTA
Multiband Synchronious DS-CDMA
Terrestre
TTA
UTRA
Universal terrestrial Radio Access
Terrestre
ETSI
HORIZON
Horizon Satellite
Satellite
inmarsat
CDMAI
Contexte de normalisation
‡
La majorité des propositions sont:
„
„
ª
CDMA
En mode TDD ou FDD
2 regroupements:
3GPP:3rd G partnerShip Prject qui est à
l’origine de l’UMTS dont la définition a hérité
des concepts de norme GSM
ª 3GPP2: crée à la forte inclinaison au GSM du
3GPP
ª
Structure du 3GPP
‡
4 Technical spécification Group (TSG)
„
„
„
„
SA: Service and System Aspect (service
usagers, architecture, sécurité, confidentialité)
CT (Core network and Terminals) définition des
interface avec le terminal
RAN (Radio Access Network) définition de
l’architecture du réseau d’access et des
protocoles
GERAN (GSM EDGE Radio Access Network)
chargé de l’évolution de la partie réseau
d’acces de la norme GSM
Objectif de l’UMTS
‡
Compatibilité avec les systèmes 2G
„
Compatibilité avec les services offerts
‡
‡
‡
„
‡
‡
Transparence du réseau vis-à-vis de l’usager
Support du multimédia
Débits supportés:
„
„
„
‡
Services support
Téléservices
Services supplémentaires
144 kb/s en rural extérieur
384kb/s en urbain extérieur
2 Mb/s en indoor (faible mobilité)
Classes de services
„
„
„
Délai de transfert de l’information
Variation de délai
Tolérance aux erreur
Classe de services
‡
Classe A: conversationnel
„
„
„
‡
Temps de transfert: 100 à 200ms
Taux d’erreur: tolérance de la perception
humaine
Exemple phonie, visiophonie.
Classe B: streaming
„
„
„
„
Entre un usager et un serveur (asymétrique)
Délai de transfert peut être long
Variation limité de ce délai
Exemple: VOD, diffusion radiophonique,
application de transfert des images
Classes de services UMTS
‡
Classe C: interactive
„
„
„
„
‡
Dialogue interactif avec un serveur
d’application ou de données
Pas de performance temps réel particulière
Aucune altération de l’information
Exemple: navigation Internet, FTP, ecommerce, etc…
Classe D: Background
„
„
Très proche de la classe C
Priorité des information inférieure à la classe C
Système de 3ième Génération
100.0
1.0
0.1
Réseau filaires
Débit utile (en Mb/s)
10.0
Réseaux
locaux radio
UMTS
Réseaux sans fil
(DECT)
Réseaux cellulaires
(GSM)
0.01
Office
Bâtiment
Intérieur
Immobile
Marche
Extérieur
Vitesse
Véhicule
Objectifs de services pour l’UMTS
‡
‡
‡
‡
Intérieur
mobilité réduite
Extérieur urbain
mobilité réduite
Extérieur rural
grande mobilité
2 Mbit/s
384 kbit/s
144 kbit/s
Services temps réel/circuit et non temps réel/paquet
Différentes qualités de service (BER de 10-3 à 10-6, délai de
30 à 300 ms)
Services asymétriques et à débit variable
Services multiples par utilisateur
2200
2170
2110
2025
2010
1980
1920
1900
1880 MHz
1885
Allocation de spectre pour l’UMTS
Spectre CEPT
UMTS
UMTS
Bandes appairées et non appairée terrestres
Bande non
appairée
Légende:
Bande non appairée
Bande appairée
Applications terrestres
Applications satellites
Concept UTRA de l’ETSI
1900
1920
TDD
UL/DL
1980
FDD UL
2010
MSS
UL
2025
TDD
UL/DL
2110
2170
2200
MSS
DL
FDD DL
FUL/DL
FUL
FDL
Mode FDD
‡
‡
Mode TDD
Mode FDD en W-CDMA pour les bandes appairées (2 x
60 MHz)
Mode TDD en W-TDMA/CDMA pour les bandes non
appairées (35 MHz)
Domaines d’applications des 2
modes UTRA
Satellite
Global
Zone suburbaine
et rurale
Zone urbaine
Intérieur
des
batiments
Macro-Cell
MSS
GSM
Micro-Cell
UTRA/FDD
Pico-Cell
UTRA/TDD
Paramètres de l’UTRA
Mode
Accès multiple
Débit chip
Espacement entre porteuses
Durée d ’une trame radio
Structure d ’une trame
Modulation
Facteurs d ’étalement
Codage canal
FDD
TDD
DS-CDMA
TD-CDMA
3.84 Mchip/s
3.84 ou 1.28 Mchip/s
4.4 à 5 MHz avec un pas de 200 kHz
10 ms
15 time slots par trame radio
QPSK
4 à 512
1 à 16
Pas de codage, codes convolutifs (1/2 ou 1/3),
ou Turbo-codes (1/3)
Architecture générale de réseau 3G
Core Network
Réseau d’acces
BRAN
SRAN
UTRAN
Utilisateurs Mobiles
‡
‡
‡
BRAN: Broaband Radio Access Network: utilisent la technologie
d’acces de type WLAN (hyperlan2 ou IEEE 802.11
SRAN: Satellite RAN
UTRAN: UMTS Terrestrial RAN
Architecture générale de l’UMTS
UE
UTRAN
CN
UTRAN: UMTS Terrestrial RAN
‡ CN: Core Network
‡ UE: User Équipement
‡
Découpage en strates
Non Access Startum
Proto
coles
radio
Proto
Proto
coles
coles
radio
Iu
Acces stratum
Proto
coles
Iu
UTRAN
CN
Mobile
Interface radio Uu
Interface Iu
Découpage en strates
‡
Spécifié par le 3GPP:
„
AS: access stratum
‡
‡
„
Fonction de gestion de ressources radio
Handover
NAS: Non access stratum
‡
‡
‡
Fonction du réseau indépendantes du réseau d’access
Fonction d’établissement d’appel couches CC (call
control pour le mode CS) et SM (session Management
en mode paquets)
Fonction de mobilité en mode de veille (MM et GMM)
Lien entre AS et NAS
‡
‡
AS agit comme un fournisseur de service vis-àvis de NAS
Certain nombre de liens (SAP: Service Access
Point) ont été définis:
„
„
„
SAP GC (général control): regroupe tous les services liés
à la diffusion de l’information (broadcast) ex: trafic
routier, météo, publicité
SAP Nt (Notification): diffusion de l’information vers un
ou plusieurs utilisateurs. Ex: paging, établissement
d’appel de groupe
SAP DC (dédicated control): service destiné à un mobile
particulier telle que échange d’information,
établissement et libération de connexions de
signalisation
Notions de RAB
Le type de service et les caractéristiques
des ressources sont négociés au niveau de
NAS
‡ Le NAS charge le AS d’établir le chemin de
communication dans le réseau d’accès
ª RAB: Radio Access Bearer
‡
ª
ª
Radio Bearer (Mobile-UTRAN)
Iu Bearer (UTRAN-CN)
Les attributs du RAB en UMTS
Classe de service (A,B,C,D)
‡ Débit maximal
‡ Débit garanti
‡ Taille de SDU (ou liste des tailles)
‡ Taux des SDU erronés
‡ Délai de transfert
‡ Priorité
‡ …..
‡
Les attributs du RAB
‡
En fonction des attributs du RAB le réseau
doit effectuer:
„
„
„
„
Le choix du codage canal
Dimensionnement des ressources radio
Allocation des radio Bearer
Configuration des protocole radio
Architecture matérielle du réseau UMTS
PDN
USIM
Node B
SGSN
Iub
SGSN
Node B
Gs
Cu
ME
Gn
Iu
RNC
Iur
Node B
Iub
Gn
Gr
AuC
Iu
RNC
Node B
Gi
GGSN
Gf
HLR
MSC/VLR
EIR
GMSC
E
MSC/VLR
RTCP
Node B
Appelé aussi station de base
‡ Rôle:
‡
„
„
„
„
„
„
Gestion de la couche physique
Codage canal
Entrelacement
Adaptation du débit
Étalement
Contrôle de puissance en boucle fermée
RNC: Radio Network Controller
‡
‡
Rôle: control des ressources radio du l’UTRAN,
gère le protocole RRC qui définit les messages et
les procédures entre le mobile et l’UTRAN
2 types de RNC pour le mobile
„
SRNC: Serving RNC:
‡
‡
‡
‡
„
Gère l’interface Iu avec le réseau Cœur et la signalisation
associé
Gestion des ressources radio
Décision de Handover
Control de puissance
DRNC: Drift RNC: n’importe quel RNC à l’exception du
SRNC, qui contrôle certaine cellules utilisées par le
mobile
Types de canaux UTRAN
UE
Node B
RNC
Canaux logiques
Canaux de transport
Canaux physique
‡
‡
‡
Canaux physique: représente l’existence physique de l’interface Uu entre
le domaine UE et le domaine d’accès
Canaux logiques: différentes taches du réseau et du terminal sont
réalisées à des instant différents. Les canaux logiques matérialisent la
correspondance entre ces taches et les canaux de transport
Le RNC gère les canaux de transport qui transportent le flux
d’informations sur l’interface Uu
Canaux de l’UTRAN
Canaux logiques: services offerts aux
couches supérieures (NAS)
‡ Canaux de transport: indiquent comment
l’information est transportée
‡ Canaux physiques
‡
Canaux de transport et canaux physiques
‡
‡
‡
‡
Les informations générées par les couches hautes sont
transmises sur l’interface air par des canaux de transport
(Transport Channel) qui s’appuient sur différents canaux
physiques (Physical Channel)
Canaux de transport: services de la couche physique au
couches sup. définissent la façon dont les données son
transportées (intervalles, nombre et taille des blocs,…
Chaque canal de transport comporte un indicateur TFI(
transport Format Indicator)
La couche physique combine les information des indicateurs
TFI en un TFCI (Transport Format Combination Indicator)
qui est transporté sur le canal physique de contrôle
Canaux de transport et canaux physique
Bloc transport
TFI
Bloc transport
Bloc transport
TFI
Bloc transport
Couches hautes
TFCI
Canal physique de
contrôle
Codage & Mux
Couche physique
Canal Physique de
données
Canaux de transport et canaux physique
‡
Un canal physique de contrôle avec un ou
plusieurs canaux physique de données
peuvent être codée et multiplexés par la
même entité de traitement pour donner
un canal de transport CCTrCh (coded
Composite Transport Channel)
Cx transport
CCTrCh
Cx physiques
Cx logiques
Canaux de transport
2 types:
‡ Canaux Commun: (Commun Channel):
ressource partagée par différents
utilisateurs d’une même cellule
‡ Canaux dédiés (dedicated Channel):
ressource identifiée par un certain code
ou/et fréquence réservée à un seul
utilisateur
‡
Canaux de transport
‡
‡
‡
RACH: Random Access Channel: canal commun
en UL, il transporte de petits paquets (acces
initial, signalisation non temps réel, info usager
non temps réel)
CPCH: Common Packet Channel: canal Commun
UL il transporte quelques paquets sporadique
FACH: Forward Access Channel: canal commun
en DL pour le transport d’information de contrôle
(ex: réponse à un RACH) ou de données
Canaux de transport
DSCH: Downlink Shared Channel:
transport de signalisation ou d’information
usager dédiées.
‡ BCH: Broadcast Channel: canal de
diffusion d’information dans la cellule
‡ PCH: utilisé pour le paging
‡ DCH: Dedicated Channel: canal
bidirectionnel, dédiés à chaque utilisateur
pour le transport de données usager et
signalisation de couches hautes.
‡
Canaux physiques UL
‡
Dédiés:
„
„
‡
DPDCH (Dedicated Physical Data Channe) pour les infos
de contrôle des couches hautes et les données usagers
DPCCH (dedicated physical Control Channel) pour les
infos de contrôle générées par la couche physqiue
Commun:
„
„
PRACH: Physical Randon Acces Channel pour le
transport du RACH
PCPCH: Physical Common Packet Channel pour le
transport du CPCH
Canaux physiques en DL
‡
Dédiés:
„
‡
DPCH (Downlink Dedicated Physical Channel): pour les
les infos des couches hautes et les données usagers.
Communs:
„
„
CPICH: (Common Pilot Channel) pour l’identification du
code d’embrouillage de la station de base
P-CCPCH: (primary Common Control physical Channel)
pour le trasport du BCH, il est similaire au CPICH mais
sans contrôle de puissance et avec un débit fixe.
suite
‡
‡
‡
S-CCPCH: (Secondary Common Control physical
Channel)pour le transport du FACH et PCH
SCH: (Synchronisation Channel): composé du
PSCH( Primary Synchronisation Channel) pour la
synchronisation du slot du mobile et SSCH
(secondary Synchronisation Channel) pour la
synchronisation de la trame du mobile
PICH: (Paging indicator Channel) pour lr
transport des paging. Toujours associé à un SCCPCH transportant un canal PCH
Correspondance canaux physiques et
canaux logiques
Canaux
de transport
Canaux
physiques
Canaux
de transport
Canaux
physiques
SCH
DCH
DPDCH
DPCCH
CPICH
BCH
P-CCPCH
DSCH
PDSCH
PCH
S-CCPCH
CPCH
PCPCH
FACH
PICH
AP-AICH
RACH
PRACH
CD/CA-ICH
AICH
CSICH
Couche Physique de
l’interface Radio
La technique CDMA
Contrairement au FDMA et TDMA la
séparation des utilisateurs se fait par
codes
‡ La corrélation entre les code doit très
faible voir nulle pour pouvoir faire la
séparation etre les usagers
‡
Fonction de corrélation
Soit S=(S0,S1,……,SN) et T=(T0,T1,………,TN)
L’inter corrélation entre les deux séquence de
longueur j est donnée par:
‡
RS,T=ΣN-1(-1)Si+Ti+j
‡
Dans les systèmes CDMA les codes utilisés
doivent vérifier:
„
„
La fonction d’auto corrélation est maximale pour i=0 et
faible ou négative pour i différent de 0
L’inter corrélation entre codes et faible ou négative
voire nulle dans le cas des codes orthogonaux
Étalement de spectre
‡
‡
‡
‡
‡
‡
DSSS: Direct séquence spread spectrm
Chaque bit de période Tb du signal utile est
découpé en Chips de période Tc pour être étalé
L’étalement se fait par un séquence PN (pseudonoise)
Le débit de Chip en UTRAN est 3,84 Mchip/s
Débit en chip en UMTS est fixe (tous les canaux
sur l’interface radio sont étalés de la même
manière)
SF: spreading factor, ou facteur d’étalement:
Tb/Tc
Propriétés du canal radio
Réflexions multiples sur les
obstacles rencontrés par
l’onde radio
MCOR
MC2D
Ø
Plusieurs trajets entre
l’émetteur et le récepteur
Techniques utilisées pour palier au
dégradation du canal radio mobile
‡
Utilisation de la technique de diversité:
„
„
„
„
„
Diversité
Diversité
Diversité
Diversité
Diversité
en fréquences
en temps
de polarisation
de trajets
spatiale
Combinaison des branches de diversité au
niveau du récepteur
‡ L’UMTS utilise la méthode de combinaison
MCR « Maximum Ratio Combining »
‡
Principe du MCR
Sur chaque branche on obtient des
symbole portant des informations de
phase et d’amplitude.
‡ Estimation de la réponse impulsionnelle du
canal par l’estimateur du canal
‡ Faire les corrections sur les différents
signaux
‡
Récepteur en râteau (Rake reciever)
kième Mobile
...
...
Démodulateur
trajet #0
kième antenne
de réception
Sorties
souples
...
...
Démodulateur
trajet #1
...
...
Démodulateur
trajet #(L-1)
Profil
d ’intensité
multitrajet
Récepteur
τ0
τ1
τ L−1
MRC
(MaximumRatio
Combining)
Codes utilisés en UTRAN
‡
Deux types de codes:
„
„
Les codes de canalisation: sont des codes
orthogonaux à facteur d’étalement variable, ils
sont déduit à partir de l’arbre OVSF. Ils
permettent au récepteur de séparer les
signaux émis sur la même fréquence
Les codes de brouillage: appelés aussi Pseudonoise. Utilisé puisque les codes de canalisation
ne permettent pas une orthogonalité parfaite
Les codes de canalisation
‡
Générés à partir de l’arbre OVSF
(Orthogonal Variable Spreading Factor)
Absence de code d’embrouillage
+1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1
...
...
+1, +1, +1, +1
FE = 8
+1, +1, +1, +1, -1, -1, -1, -1
+1, +1
...
...
FE = 4
+1, +1, -1, -1
1
...
FE = 2
+1, -1
...
FE : Facteur d ’étalement
‡
Station de base #i
Les codes de canalisation
garantissent l’orthogonalité à
l ’intérieur de chaque cellule
Arbre OVSF
Non utilisable en UL pour séparer les
usagers. Utilisé uniquement pour séparer
les flux d’un meme mobile (transmission
multicodes)
‡ En DL, les codes sont utilisés pour la
séparation des flux du node vers l’useger
‡
Codes de brouillage
Les codes OVSF ne peuvent pas être
utilisés tel qu’il sont car ne permettent pas
une orthogonalité parfaite
‡ Utilisation des codes de brouillage
(scrambling codes)
‡
„
„
séquences PN caractérisées par une propriété
d’auto corrélation parfaite
Utilisé en UL pour séparer les flux des
différents mobiles. Séquence de 38400 chip
générés à partir de 24 registre à décalage
Codes de brouillage en DL
‡
‡
‡
‡
Les codes PN séparent le signaux des nodes B.
séquences de 38400 chips d’une séquence
générée à partir de 18 registres à décalage
Planification des codes en DL semblable à la
planification FDMA/TDMA
Les codes organisés en 512 groupes de codes
primaire, chaque code primaire comporte 15
codes secondaires
Pour économiser l’énergie des mobiles les codes
primaires sont organisés en 64 groupes de 8
codes primaire chacun
Les codes de brouillage en DL
Voie I
D
D
17
D
17
‡
‡
‡
D
D
D
D
D
D
D
D
15
D
D
15
D
14
D
13
D
12
D
11
D
10
D
D
7
6
D
D
D
D
D
4
D
D
D
D
D
9
8
7
6
5
D
D
0
D
D
D
D
0
Voie Q
L’ensemble des codes d’embrouillage est subdivisé en 512 sousensembles contenant chacun un code d’embrouillage primaire et
15 codes d’embrouillage secondaires
Chaque cellule ne peut utiliser que les 16 codes d’embrouillage (1
code primaire et 15 codes secondaires) de l’un de ces 512 sousensembles
A chaque code d’embrouillage (primaire ou secondaire) sont
associés un code d’embrouillage alternatif gauche et un code
d’embrouillage alternatif droit (pour les trames compressés
éventuellement
Codes de brouillage en DL
Code d’embrouillage 2
Code d’embrouillage 1
Station de base #2
Code d’embrouillage 3
Station de base #1
Station de base #3
‡
Les codes d’embrouillage garantissent
l’ « orthogonalité » entre les différentes cellules
Etalement sur le lien descendant
Données
utilisateur
TFCI
TPC
Kième
Code de
canalisation
1er utilisateur
...
...
Séquence d ’embrouillage
(Station de Base)
...
Pilotes
TFCI
TPC
..
.
...
...
Pilotes
Données
utilisateur
1er
Station de Base
Code de
canalisation
Kième utilisateur
Antenne
d’émission
...
Emetteur
kième Mobile
Séquence d’embrouillage
(station de base)
Code canalisation
kième utilisateur
kième antenne
de réception
...
...
Sorties
souples
Détection
données
+
contrôle
Estimation
kième canal
Symboles
pilotes
kième utilisateur
Récepteur
Démodulateur
Décodage
données
kième utilisateur
Décodage
contrôle
kième utilisateur
Désétalement sur le lien descendant
Orthogonalité sur le lien montant
‡
L’orthogonalité sur la lien montant est assurée par des
codes d’embrouillage différents :
„
Chaque mobile possède un code de brouillage.
„
Chaque mobile peut utiliser librement les codes de
canalisation de l’arbre OVSF.
‡
Il existe deux types de codes d’embrouillage :
„
Codes d’embrouillage longs pour garantir la meilleure
orthogonalité.
„
Codes d’embrouillage courts pour permettre une détection
conjointe de tous les mobiles de la cellule.
Etalement sur le lien montant
Emetteur
1er code canalisation
kième utilisateur
...
...
Données kième
utilisateur
Pilotes
kième antenne
d’émission
kième séquence
d’embrouillage
TFCI FBI TP
C
Contrôle kième
utilisateur
...
...
2ième code canalisation
kième utilisateur
kième
mobile
Désetalement sur le lien montant
Station de Basek
ième
Décisions données kième utilisateur
séquence d’embrouillage
Décisions contrôle
kième utilisateur
1er code canalisation
kième utilisateur
Antenne
de réception
...
...
Sorties souples
TFCI FBI TPC
Démodulation séparée
données
+
contrôle
...
...
2ème code canalisation
kième utilisateur
..
.
Récepteur
Estimation
kième canal
Symboles pilote kième utilisateur
Démodulateur
..
.
Contrôle de puissance
Codage des canaux de transport en
UL
CRC
Concaténation/Segmentation de TrBlocs
Traitement au niveau
transport blocks
Codage de canal
...
Egalisation de trame radio
1er entrelacement
Segmentation de trame radio
Adaptation de débit
Multiplexage de TrCHs de QoS différentes
Traitement au niveau
CCTrCh
Segmentation canal physique
2ème entrelacement
Répartition canal physique
Lien montant
Traitement au niveau canal
physique
Codage des canaux de transport en
DL
CRC
Concaténation/Segmentation de TrBlocs
Traitement au niveau
transport blocks
Codage de canal
Adaptation de débit
1ère Insertion de bits d’indication de DTX
1er entrelacement
Segmentation de trame radio
Multiplexage de TrCHs de QoS différentes
2ième Insertion de bits d’indication de DTX
Traitement au niveau
CCTrCh
Segmentation de canal physique
2ième entrelacement
Répartition de canal physique
Traitement au niveau canal
physique
Contrôle d’erreur
‡
‡
Une variété de méthode de contrôle d’erreur, la
sélection est effectuée par l’UTRAN en tenant
compte des RAB
Deux techniques:
„
„
ARQ (Automatic Rpeat Request): fonction implanté au
niveau RLC, à la réception d’une trame erronée le
récepteur soit rejette la trame ou demande sa
retransmission
FEC ( Forward Error Correction): appelé codage canal,
elle produit des bits supplémentaires utilisé au niveau du
récepteur pour corriger les erreur de transmission
Détection par CRC
‡
‡
Pour chaque bloc de données un nombre de bit
égal à la taille du CRC est ajouté
En UTRAN 5 niveaux de détection sont définis, le
choix dépend de la QoS demandée par le RAB
Polynome
Taille du CRC
Gcrc24(D)=D24+D23+D6+D5+D+1
24
Gcrc16(D)=D16+D12+D5+1
16
Gcrc24(D)=D12+D11+D3+D2+D+1
12
Gcrc24(D)=D8+D7+D4+D3+D+1
8
0
Codage des canaux de transport
Type de TrCH
Type de codage
Taux de codage
BCH
PCH
RACH
Codes convolutifs
1/2
CPCH, DCH, DSCH, FACH
1/3 ou 1/2
Codes convolutifs
1/3
Turbo-code
Absence de codage
Codes convolutifs à 256 états
R = 1/2,
1ère
sortie
Entrée
D
D
D
D
D
D
D
D
2ième
sortie
R = 1/3,
1ère
sortie
Entrée
D
D
D
D
D
D
D
D
2ième
sortie
3ième
sortie
Turbo-code PCCC à 8 états
D
Entrée
D
1ère sortie
2ème sortie
D
Entrelaceur
interne du
turbo-code
3ème sortie
D
D
D
Terminaison
du treillis du
turbo-codeur
Fonction de transfert G(D) = [1, (1 + D + D3) / (1 + D2 + D3)]
Performances : BER
1,E-01
Recommended Turbo Code Frame=3072 bits
Recommended Turbo Code Frame=2048 bits
Recommended Turbo Code Frame=1024 bits
Bit Error Rate
1,E-02
Recommended Turbo Code Frame=512 bits
Convolutional g1(D)=561 g2(D)=753
1,E-03
1,E-04
1,E-05
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
Ebi/No (dB)
Comparaison du BER des turbo-codes et des codes convolutifs
de taux de codage 1/2 sur un canal gaussien
Performances : BLER (ou FER)
Frame Error Rate
1,E+00
1,E-01
1,E-02
Recommended Turbo Code Frame=3072 bits
Recommended Turbo Code Frame=512 bits
Conv. g1(D)=561 g2(D)=753 Frame=3072 bits
Conv. g1(D)=561 g2(D)=753, Frame=512 bits
1,E-03
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6 1,8 2,0
Ebi/No (dB)
2,2
2,4
2,6
2,8
Comparaison du FER des turbo-codes et des codes convolutifs
de taux de codage 1/2 sur un canal gaussien
Concaténation-segmentation des
transport bloc
‡
‡
‡
Le but de cette opération est de préparer les
données pour la phase de codage canal
Lorsque plusieurs transport blocks d’un même
canal de transport sont à émettre sur un même
intervalle de temps (TTI), les différents blocs
sont concaténés en bloc unique fourni ensuite en
entrée à la fonction codage canal
pour limiter cette fonction ce bloc est segmenté
lorsque sa taille dépasse 504 bits pour un codage
convolutif et 5114 pour les turbo codes
Adaptation du débit
Les canaux physiques offrent un nombre
de bits fixe par trame qui ne correspond
pas forcément au à la taille des paquets.
‡ Le réseau choisi un code dont le SF est le
plus proche du débit demandé
‡ La fonction d’adaptation du débit est
réalisée au niveau de chaque canal de
transport, et doit tenir compte des blocs
qui seront multiplexés sur le CCTrCh
‡
Entrelacement
Entrelacement sur les bits du transport
block après codage canal et avant le
découpage en segments
‡ Entrelacement au niveau des trames
avant le découpage en slots
‡ Principe:
‡
„
„
„
Écriture ligne par ligne
Permutation de colonne suivant un ordre
donné
Lecture colonne par colonne
Étalement et modulation
‡
‡
‡
‡
‡
‡
‡
Les bits DPDCH sont multiplexés temporellement
avec les bits DPCCH
Ensuite codé par un codeur NRZ
Puis séparer les bits pairs des bits impairs sur
deux branches I et Q
Les bits des deux banches sont ensuite codés par
le code OVSF, puis avec un code de brouillage
complexe Cs=CS1+jCS2
Multiplication des S=SI+jSQ par Cs=CS1+jCS2
Débit obtenu 3,84Mc/s
Application d’une modulation QPSK
Structure des canaux physiques
‡
Un canal physique est décrit au moyens
des fonctions de base mises en œuvre
dans le mobile et le réseau:
„
„
„
„
„
Recherche de cellule initiale (CPICH, P-SH, SSCH)
Lecture des informations systèmes (PCCPCCH)
Diffusion de message de paging (S-CCPCH)
L’émission des appels (RACH, AICH)
Échange de données (DPCH)
Recherche d’une cellule initiale
‡
Canaux intervenants: P-SCH, S-SCH,
CPCICH
Slot # 0
CPICH
SCH
primaire
SCH
secondaire
Slot # 1
Slot # 14
2560 Chips (0.667 ms)
a cp
a cp
a cp
a csi,1
a csi,2
a csi,15
256 Chips
Longueur de trame (10 ms)
Structure du SCH
‡
Le canal SCH primaire est constitué d’ un code hiérarchique non
modulé de 256 chips identique pour toutes les cellules
‡
Le code de synchronisation primaire (PSC) cp est transmis au
début de chaque time slot
Le SCH secondaire est constitué de la transmission répétitive
d ’une séquence de 15 codes modulés de 256 chips chacun
Les codes de synchronisation secondaires (SSC) sont transmis en
parallèle avec les codes de synchronisation primaires
Il y a 64 canaux SCH secondaires indiquant 64 groupes de code
d ’embrouillage différents.
Le code de synchronisation secondaire csi,k transmis au début du
time slot k = 0, 1, …, 14 correspond au groupe de codes
d’embrouillage i = 1, 2, …, 64
Chaque code de synchronisation secondaire est choisi parmi un
ensemble de 16 codes orthogonaux de 256 chips chacun
La séquence du SCH secondaire indique le groupe parmi 64
auquel appartient le code d’embrouillage utilisé sur le lien
descendant par la station de base
Un groupe de codes d ’embrouillage contient 8 codes
d ’embrouillage
‡
‡
‡
‡
‡
‡
‡
Diffusion des information système
‡
Faite par P-CCPCH (Primary Common
Control physical Channel)
„
„
„
„
Diffusion des informations réseau (PLMN,etc…)
Information sur la cellule courante (puissance
canaux communs, etc…)
Informations sur les cellules voisines (
frequence, codes primaires, etc…)
Information sur la tachnologie voisine ( liste
des cellules voisines GSM, cdma 2000, etc…)
Canal P-CCPCH
I-Branch
Q-Branch
Tx
off
Données
0.667 ms, 5120/SF Bits
Slot#1 Slot#2 Slot#3
Slot#15
10 ms
‡
‡
‡
N’est pas transmis durant les premiers256 bits de chaque
slot (S-SCH)
Débit 18bits par slot soit 13,5 kb/s
Le P-CCPCH est un canal à débit fixe et utilise un facteur
d’étalement de 256 et transporte le canal de transport BCH
Le canal de paging
‡
Le canal S-CCPCH (Secondary Common
Control physical Channel) véhicule les
canaux de transport FACH( forward acces
channel) et PCH (paging Channe)
I-Branch
Q-Branch
TFCI
Données
Pilotes
0.667 ms, 5120/SF Bits
Slot#1 Slot#2 Slot#3
Slot#15
10 ms
Le canal S-CCPCH
‡
Contient deux types d’informations:
„
„
Bits de données ou des messages de
signalisation destiné au canal de transport
FACH ou des messages de paging PCH
Des informations de contrôle de la couche
physique: les bits pilotes et TFCI
Le canal DPCH
‡
Transport des données usagers
„
DPDCH: dedicated physical data channel
‡
‡
„
Information usager (voix, message, etc…)
Utiliser pour véhiculer les données en provenance des
couches supérieures
DPCCH: dedicated physical control channel
‡
‡
‡
‡
‡
Spécifique à la couche physique et non transféré au
couches hautes
Bits pilote
TPC: transmit Power control pour le contraole de puissance
TFCI
Etc…
Format DPCH descendant
DPDCH
Branche
en phase
Branche
en quadrature
Données
DPCCH
TFCI
TPC
DPDCH
DPCCH
Données
Pilotes
0.667 ms, 5120/SF Bits
Slot#1 Slot#2 Slot#3
Slot#15
10 ms
Format DPCH montant
DPDCH :
Branche
en phase
DPCCH :
Branche en
quadrature
Données
Symboles pilotes
TFCI
FBI
TPC
0.667 ms, 2560/SF Bits
Slot#1 Slot#2 Slot#3
Slot#15
10 ms