Le centre dโauthentification
ย ย ย ย ย ย ย ย ย Lorsquโun abonnรฉ passe une communication, lโopรฉrateur doit pouvoir sโassurer quโil ne sโagit pas dโun usurpateur. Le centre dโauthentification remplit cette fonction de protection des communications. Pour se faire, les normes GSM prรฉvoient deux mรฉcanismes :
๏ญ Premiรจrement, le chiffrement des transmissions radio. Notons quโil sโagit dโun chiffrement faible, qui ne rรฉsiste pas longtemps ร la crypto-analyse.
๏ญ Deuxiรจmement, lโauthentification des utilisateurs du rรฉseau au moyen dโune clรฉ Ki, qui est ร la fois prรฉsente dans la station mobile et dans le centre dโauthentification. Lโauthentification sโeffectue par rรฉsolution dโun dรฉfi sur base dโun nombre M gรฉnรฉrรฉ alรฉatoirement et envoyรฉ au mobile.
๏ญ A partir de ce nombre, un algorithme identique (algorithme A3) qui se trouve ร la fois dans la carte SIM et dans lโAuC produit un rรฉsultat sur la base de la clรฉ Ki et du nombre M.
๏ญ Dรจs lors, lorsquโun VLR obtient lโidentifiant dโun abonnรฉ, il demande au HLR du rรฉseau de lโabonnรฉ le nombre M servant au dรฉfi et le rรฉsultat du calcul afin de le comparer ร celui qui sera produit et envoyรฉ par le mobile. Si les rรฉsultats concordent, lโutilisateur est reconnu et acceptรฉ par le rรฉseau.
Les รฉquipements du rรฉseau UMTS
La mise en place du rรฉseau UMTS implique la mise en place de nouveaux รฉlรฉments sur le rรฉseau.
Le NodeB Le Node B est une antenne. Repartis gรฉographiquement sur lโensemble du territoire, les Nodes B sont au rรฉseau UMTS ce que les BTS sont au rรฉseau GSM. Ils gรจrent la couche physique de lโinterface radio. Il rรฉgit le codage du canal, lโentrelacement, lโadaptation du dรฉbit et lโรฉtalement. Ils communiquent directement avec le mobile sous lโinterface dรฉnommรฉe Uu.
Le Radio Network Controller Le RNC est un contrรดleur de Node B. Le RNC est donc lโรฉquivalent de BCS dans le rรฉseau GSM. Le RNC contrรดle et gรจre les ressources radio en utilisant le protocole RRC (Radio Ressource Control) pour dรฉfinir les procรฉdures et communication entre mobiles et le rรฉseau. Le RNC sโinterface avec le rรฉseau pour les transmissions en mode paquet et en mode circuit. Le RNC est directement reliรฉ ร un Node B, il gรจre alors :
๏ญ Le contrรดle de charge et de congestion des diffรฉrents Node B.
๏ญ Le contrรดle dโadmission et dโallocation des codes pour les nouveaux liens radio (entrรฉe dโun mobile dans la zone de cellules gรฉrรฉes โฆ).
Il existe deux types de RNC :
๏ญ Le Serving RNC qui sert de passerelle vers le rรฉseau.
๏ญ Le Drift RNC qui a pour fonction principale le routage des donnรฉes.
NB : lโensemble Node B et des RNC constitue lโรฉquivalent de la sous architecture BSS vue prรฉcรฉdemment en rรฉseau GSM. En rรฉseau UMTS, on parlera de sous architecture UTRAN.
La carte USIM La carte USIM assure la sรฉcuritรฉ du terminal et la confidentialitรฉ des communications. Des algorithmes de cryptage ร clรฉs publiques sont utilisรฉs. Un certain nombre de possibilitรฉs sont prรฉvues pour les cartes USIM de troisiรจme gรฉnรฉration. Par exemple, la dรฉtection des fausses stations de base, lโutilisation des clรฉs de cryptage plus longues ou encore la protection des donnรฉes dโidentitรฉ de lโabonnรฉ et de son terminal.
Le Mobile Les technologies de lโinformatique et des tรฉlรฉcommunications se rapprochent par lโintรฉgration de systรจme dโexploitation et dโapplications sur les terminaux UMTS. Les terminaux sโadapteront sur diffรฉrents rรฉseaux et devront รชtre capables de fonctionner sur quatre environnements :
๏ญ Dans une zone rurale,
๏ญ Dans des espaces urbains,
๏ญ Dans un bรขtiment,
๏ญ Avec un satellite.
Le terminal utilisera ainsi les rรฉseaux GSM / GPRS / UMTS pour une couverture nationale tout en faisant appel aux rรฉseaux de satellites pour une couverture mondiale si nรฉcessaire. Le terminal sera รฉquipรฉ dโun navigateur, une รฉvolution du browser WAP prรฉsent dans le systรจme GSM actuel. [5]
La LTE dans le domaine de la tรฉlรฉcommunication mobile
ย ย ย ย ย ย ย ย ย Trois principales organisations dรฉveloppent des standards qui satisferaient aux exigences fixรฉs par lโIMT (International Mobile Communication), la figure 2.01 en donne un aperรงu. [14],[11],[16],[13] Premiรจrement, on retrouve la technologie par la 3GPP qui est actuellement la plus utilisรฉe. En commenรงant par le GSM/GPRS/EDGE pour la ยซ seconde gรฉnรฉration ยป utilisant les technologies dโaccรจs TDMA/FDMA (Time/Frequency Division Multiple Access). Vient par la suite la ยซ troisiรจme gรฉnรฉration ยป caractรฉrisรฉe par lโUMTS et le HSPA faisant introduire le CDMA ou plus prรฉcisรฉment le Wideband-CDMA suite ร sa porteuse ร large bande valant 5MHz. Et finalement lโon retrouve la LTE ayant optรฉ pour lโOFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) qui se trouve รชtre la technologie dโaccรจs la plus dominante sur les derniers nรฉs de standards radio mobile. La LTE sโaccompagne dโune รฉvolution de la partie non radio de lโensemble du systรจme connu sous le nom ยซ System Architecture Evolution ยป soit SAE qui inclue lโEPC (Evolved Packet Core). Le tout constitue lโEPS ou ยซ Evolved Packet System ยป au sein duquel la partie rรฉseau dโaccรจs et cลur rรฉseau fonctionnent tous en commutation de paquets. En second lieu se trouve la sรฉrie de standard 802 de LAN/MAN (Local and Metropolitan Area Network) รฉmergeant de la IEEE. La premiรจre version, le 802.16-2004 a รฉtรฉ restreinte ร lโaccรจs fixe. La suivante le 802.16e commenรงait ร supporter les bases de mobilitรฉ et fut nommรฉe mobile WiMAX. Toutefois, le WiMAX nโa pas en gรฉnรฉral รฉtรฉ conรงu avec la mรชme envergure de mobilitรฉ et de compatibilitรฉ inter-opรฉrateur comme la famille de technologies de la 3GPP. Nรฉanmoins, sa derniรจre version, le 802.16m aurait le mรชme but que le futur successeur de la LTE, la LTEAdvanced. Et pour terminer, les standards dรฉveloppรฉs au sein de la 3GPP2. Basรฉ sur le standard amรฉricain IS95, qui fut le premier ร utiliser la technologie dโaccรจs CDMA. Son successeur, le CDMA2000 fut majoritairement dรฉployรฉ aux USA, Corรฉe et Japon. La standardisation continuait vers des rรฉseaux optimisรฉs ร des usages data (EVDO). Le dernier nรฉ, en comparaison avec la LTE est lโUMB ou ยซ Ultra-Mobile Broadband ยป. Ce dernier utilise une technologie dโaccรจs propriรฉtaire connu sous le nom ยซ Flash OFDM ยป. Le but de lโensemble de ces standards est dโoffrir des expรฉriences similaires ร celles offertes par les rรฉseaux fixes tels lโADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) et le FTTH (Fibre To The Home) aux usagers
Exigences et objectifs de la LTE
ย ย ย ย ย ย ย La LTE devrait rester compรฉtitifs durant au moins les dix prochaines annรฉes, Ainsi les exigences ci-dessous ont รฉtรฉ fixรฉes par la 3GPP [6], [7] :
๏ญ Rapiditรฉ de lโรฉtablissement de la connexion et faible temps de latence pour la transmission,
๏ญ Amรฉlioration du dรฉbit par utilisateur,
๏ญ Amรฉlioration du dรฉbit au bord des cellules, afin dโuniformiser le service fourni,
๏ญ Moindre coรปt par bit, impliquant une meilleure efficacitรฉ spectrale,
๏ญ Grande flexibilitรฉ sur lโusage du spectre, tant pour les nouvelles que les bandes de frรฉquence dรฉjร existantes
๏ญ Architecture rรฉseau simplifiรฉe,
๏ญ Mobilitรฉ garantie mรชme avec les diffรฉrentes technologies dโaccรจs,
๏ญ Raisonnable consommation en รฉnergie du terminal.
Pour atteindre ces objectifs, la LTE a prรฉvu non seulement une รฉvolution sur la partie rรฉseau dโaccรจs mais aussi sur la partie cลur du rรฉseau.
P-GW
ย ย ย ย ย ย ย ย ย Le P-GW (Packet Data Network Gateway) fournit des connexions entre rรฉseau LTE et dโautre rรฉseaux IP, PSTN, non-3GPP. Lโallocation dโadresse IP pour lโUE, filtrage des paquets pour chaque utilisateur (Policy Enforcement Point), et le support de la tarification dโune session sont des autres fonctions du P-GW. P-GW peut se connecter avec les rรฉseaux PSTN et rรฉseaux IP grรขce ร lโIMS, une architecture ยซ overlay ยป par rapport ร LTE, servant ร รฉtablir, modifier et contrรดler des sessions.
Random Access Signal Detection
ย ย ย ย ย ย ย ย ย Le Random Access Channel (RACH) est un canal basรฉ sur la contestation pour la liaison montante initiale, qui est, du mobile de lโutilisateur vers la station de base. Les procรฉdures Physical RACH (PRACH) comme dรฉfinies dans le systรจme 3G sont principalement utilisรฉes pour enregistrer les terminaux aprรจs lโallumage dans le rรฉseau. Dans le rรฉseau 4G, PARCH est chargรฉ de traiter avec les nouveaux objectifs et contraintes. Dans le systรจme de base OFDM, en fait, les messages orthogonaux vont รชtre envoyรฉs, ainsi le dรฉfi majeur dans un systรจme est de maintenir lโorthogonalitรฉ de la liaison montante entre les utilisateurs. Par consรฉquent, la synchronisation dโhorloge et de frรฉquence ร partir des utilisateurs est nรฉcessaire. Un signal de diffusion de la liaison descendante peut รชtre envoyรฉe aux utilisateurs, afin de permettre un calage prรฉliminaire et une estimation de frรฉquence par les mobiles de lโutilisateur, et, par consรฉquente, une coordination et ajustement frรฉquentielle dans la liaison de retour. Le reste de la frรฉquence dรฉsalignรฉe est causรฉ par lโeffet Doppler et ne peut รชtre estimรฉ ni compensรฉ. Dโautre part, lโestimation de rรฉglage fin doit รชtre effectuรฉe par la station de base lorsque les signaux provenant des utilisateurs sont dรฉtectรฉs. Ainsi, lโobjectif principal de PRACH est dโobtenir un temps fin de synchronisation en informant les utilisateurs mobiles comment compenser le retard aller-retour. Aprรจs le succรจs de la procรฉdure dโaccรจs alรฉatoire, en fait, la station de base et le mobile utilisateur devraient รชtre synchronisรฉs avec une fraction de la liaison montante ร prรฉfix cyclique. De cette faรงon, le signal de la liaison montante suivant peut รชtre dรฉcodรฉ correctement et ne peut รชtre interfรฉrรฉ avec les autres utilisateurs connectรฉs aux rรฉseaux.
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Table des matiรจres
REMERCIEMENTS
NOTATION ET ABREVIATIONS
1.1 Majuscules latines
1.2 Minuscules grecques
1.3 Majuscules grecques
1.4 Minuscules latines
1.5 Abrรฉviations
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES RESEAUX DE TELECOMMUNICATION
1.1 Le GSM
1.1.1 Les principales caractรฉristiques du GSM
1.1.2 Lโarchitecture du rรฉseau
1.2 Le GPRS
1.2.1 Impact de GPRS sur GSM
1.2.2 Architecture GPRS
1.2.3 Lโacheminement en mode paquet
1.2.4 Les apports du rรฉseau GPRS
1.3 LโUMTS
1.3.1 Les รฉquipements du rรฉseau UMTS
1.3.2 Architecture du rรฉseau UMTS
1.3.3 Les apports du rรฉseau UMTS
1.4 Conclusion
CHAPITRE 2 RESEAU LTE OU 4G
2.1 La LTE dans le domaine de la tรฉlรฉcommunication mobile
2.2 Exigences et objectifs de la LTE
2.3 Caractรฉristique de la LTE
2.3.1 Dรฉbit
2.3.2 Technologie
2.3.3 Connexion
2.3.4 Mobilitรฉ
2.3.5 Coexistence et Interfonctionnement avec la 3G
2.3.6 Flexibilitรฉ dans lโusage de la bande
2.3.7 Support du multicast
2.4 Architecture du rรฉseau LTE
2.4.1 Le SAE
2.4.2 LโE-UTRAN
2.5 Canaux radio de LTE
2.5.1 Canaux logiques
2.5.2 Canaux physiques
2.5.3 Canaux de transport
2.6 Technique dโune liaison LTE
2.6.1 La liaison descendante
2.6.2 La liaison ascendante
2.6.3 Le mode de duplexage
2.6.4 Le codage canal
2.6.5 La technologie ร antennes multiples
2.6.6 Interface radio ร commutation de paquets
2.7 Conclusion
CHAPITRE 3 ADAPTATION LTE POUR RESEAU MOBILE HAUT DEBIT PAR SATELLITE
3.1 Introduction et motivation
3.2 Caractรฉristiques principales de la 3GPP LTE
3.3 Adaptation de la LTE ร la liaison satellite
3.3.1 Entrelacement inter-TTI
3.3.2 Technique de rรฉduction de Peak-to-Average Power Ration (PAPR)
3.3.3 Random Access Signal Detection
3.4 Couche supรฉrieur FEC analysรฉ (UL-FEC)
3.4.1 Prรฉsentation de la couche physique
3.4.2 Technique UL-FEC
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 SIMULATION ET RESULTAT
4.1 Introduction
4.2 Gรฉnรฉration du signal
4.2.2 Diagramme de gรฉnรฉration dโun signal OFDM
4.2.3 Rรฉsultats
4.2.4 Inter-TTI Improvements
4.3 Rรฉduction du PAPR
4.3.1 Diagramme pour la rรฉduction du PAPR
4.3.2 Prรฉsentation des rรฉsultat
4.4 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1 LES INTERFACES DANS LE RESEAU LTE
ANNEXE 2 GENERALITES SUR LES CODES DE REED-SOLOMON
BIBLIOGRAPHIE
FICHE DE RENSEIGNEMENT
RESUME
ABSTRACTS
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