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Le rรฉseau cลur de lโUMTS
Le rรฉseau cลur regroupe lโensemble des รฉquipements assurant les fonctions de contrรดle de la sรฉcuritรฉ et de gestion de lโinterface avec esl rรฉseaux externes. Cโest ร ce niveau que lโon peut percevoir la modularitรฉ de lโarchitecture dโun rรฉseau UMTS.
Le domaine du rรฉseau cลur peut se diviser en deux s ous rรฉseaux :
– le domaine ร commutation de circuits (CS) qui es t mieux adaptรฉ pour la transmission de la voix et pour les services de type temps rรฉel
– le domaine ร commutation de paquets (PS) qui ass ure la connexion aux rรฉseaux utilisant le protocole IP et aux rรฉseaux X.25. Il est plus appropriรฉ ร la transmission de donnรฉes. [10], [11]
Domaine ร commutation de circuits
– MSC ยซ Mobile Services Switching ยป : Centre de commutation des mobiles qui assure lโinterface avec le rรฉseau cลur pour un mobi le accรฉdant aux services ร commutation de circuits par lโinterface radio. Il gรจre les procรฉdures dโenregistrement des abonnรฉs, leur authentification, la mise ร jour de leur position dans le rรฉseau et la sรฉcurisation de lโaccรจs au systรจme.
– VLR ยซ Visitor Location Register ยป : enregistre une base de donnรฉes oรน est enregistrรฉ la position de lโabonnรฉ et son dรฉplacement dans une zone de localisation qui lui est associรฉe.
– GMSC ยซ Gateway MSC ยป : cโest le MSC qui est interconnectรฉ aux rรฉseaux externes ร commutation de circuit (RTC, RNIS, etc), il fait donc fonction de passerelle en plus des fonctions classiques du MSC ;
– SGSN ยซ Serving GPRS Support Node ยป : il a les mรชmesfonctions que celles du MSC mais dans le domaine paquet ;
– GGSN : il fait fonction de passerelle entre le rรฉseau UMTS et les rรฉseaux externes ร commutation de paquets (Internet, etc)
– HLR : la base de donnรฉes contenant toutes les informations des abonnรฉes (IMSI, ISMSDN,etc)
– AUC : la base de donnรฉes contenant les clรฉs, les algorithmes et les procรฉdures utilisรฉs pour lโauthentification des clients ;
– EIR : la base de donnรฉes contenant les identifiantsdes terminaux (IMEI) elle peut รชtre utilisรฉe pour contenir la liste des terminauxvolรฉs ;
– VHE : ce nโest pas une entitรฉ physique mais plutรดt un concept de portabilitรฉ ร travers les rรฉseaux. Il permettra ร lโutilisateur de retrouver ses servi ces avec la mรชme ergonomie quels que soient sa localisation etle rรฉseau visitรฉ, lui donnant ainsi la sensation de garder au cours de ses dรฉplacements le mรชme environnement de communication que dans sa zone de service habituelle. [10],[11]
Domaine ร commutation de paquets
Le domaine ร commutation de paquets utilise lโarchi tecture GPRS et permet de se connecter ร des rรฉseaux PDP (Packet Data Protocol) tel Interne. Certaines entitรฉs sont communes aux domaines CS et PS.
Le nลud de service GPRS (SGSN pour Serving G PRS Support Node) peut รชtre comparรฉ ร lโensemble MSC/VLR du domaine CS. Le SGSN est en charge de lโacheminement des paquets de donnรฉes depuis et vers la station mobile situรฉedans la zone quโil dessert.
Le nลud passerelle du GPRS (GGSN) joue le rรดle dโin terface entre le rรฉseau fรฉdรฉrateur GPRS intra-PLMN et les rรฉseaux ร commutation de paquets externes. Il est savoir quโun PLMN (Public Land Mobile Network) est un rรฉseau UMTS ou GSM appartenant ร un opรฉrateur agrรฉรฉ.
Ces 2 nลuds sont interconnectรฉs via un rรฉseau fรฉdรฉrateur fondรฉ sur le protocole IP. Il existe aussi un rรฉseau fรฉdรฉrateur inter-PLMN qui connecteentre eux les SGSN et les GGSN de diffรฉrents PLMN.
Le protocole utilisรฉ est GTP (GPRS Tunnel Protocol)qui sโappuie sur TCP pour un transport fiable et UDP pour un transport non fiable ainsi que sur le protocole IP pour le routage dans le rรฉseau fรฉdรฉrateur. Pour les รฉchanges de signalisation entre le SGSN et les bases de donnรฉes HLR, VLR, EIR, cโest les mรชmes protocoles utilisรฉs parel MSC dans le domaine CS ร savoir MAP et lโarchitecture de signalisation SS7.
Les protocoles radio
Les protocoles de communication sur lโinterface dโa ccรจs peuvent se distinguer en trois couches :
– La couche physique
– La couche liaison de donnรฉe
– La couche contrรดle de ressources radio (RRC)
Un dรฉcoupage en vertical permet de distinguer le plan de signalisation qui supporte le transfert des messages de signalisation entre le mobile et le rรฉseau et le plan usager qui supporte le transfert des donnรฉes utilisateurs. [9], [15]
les canaux
Les canaux de transport sont le point dโaccรจs aux services de la couche physique tandis que les canaux logiques sont le point dโaccรจs aux services de la couche MAC. Un troisiรจme type de canal existe, ce sont les canaux physiques qui sont les ressources utilisรฉes sur lโinterface radio pour la transmission des informations. [9]
les canaux logiques
Les canaux logiques se divisent en deux :
– les canaux logiques de contrรดle utilisรฉs pour le transfert des informations dans le plan de signalisation
– les canaux logiques de trafic utilisรฉs pour le transfert des informations dans le plan usager
les canaux de transports
Les canaux de transport se divisent en trois :
– les canaux de transport communs utilisรฉs pour le transfert dโinformation dโun ou de plusieurs UE
– les canaux de transport partagรฉs utilisรฉs pour le ransport des donnรฉes de contrรดle ou de trafic uniquement en voie descendante et partagรฉs dynamiquement par diffรฉrents utilisateurs
– les canaux de transport dรฉdiรฉs qui sont des canauxpoint ร point dรฉdiรฉs ร un seul UE et qui transportent des donnรฉes de contrรดle ou de trafic
la couche physique
prรฉsentation
La couche physique fournit le service de transfert dโinformation ร la couche MAC au travers des canaux de transport. En รฉmission, les donnรฉesfournies par la couche MAC sont passรฉes dans une chaรฎne de codage de canal avant dโรชtre transmises sur le mรฉdium physique. En rรฉception, les donnรฉes reรงues sur un canal physique sont passรฉes dans une chaรฎne de dรฉcodage de canal avant dโรชtre remises ร la couche MAC. [9]
fonctionnalitรฉs
La couche physique effectue :
– le codage/dรฉcodage canal pour la protection contreles erreurs sur les canaux de transport
– le multiplexage de plusieurs canaux de transport en un bloc composite CCTrCH (Code Composite Transport Channel) et la rรฉpartition de ce CCTrCH sur un ou plusieurs canaux physiques ; en rรฉception, le CCTrCH est dรฉmultiplexรฉ sur les canaux de transport
– lโadaptation du dรฉbit qui consiste ร rajouter ou ร retirer des bits de protection pour ajuster la taille des donnรฉes ร la capacitรฉ du canal physique
– la modulation et lโรฉtalement de spectre ainsi que leur fonction inverse
– la synchronisation en frรฉquence et en temps
– le contrรดle de puissance en boucle fermรฉe
– lโexรฉcution des mesures et lโindication des rรฉsultats de mesures aux couches supรฉrieures
– le support de la macro-diversitรฉ (un UE peut communiquer avec plusieurs Nลud B en mรชme temps) [9]
Les opรฉrations de la couche physique
contrรดles dโerreurs
Le contrรดle dโerreurs regroupe les fonctions dโajou t du CRC et de codage canal. Il permet de protรฉger les informations contre les erreurs dues ร la transmission sur lโinterface radio. La dรฉtection dโerreurs par CRC (Cycling Redundant Check) est une mรฉthode qui consiste ร ajouter ร chaque bloc de transport des bits de paritรฉ qui permettent de dรฉtecter les erreurs ร la rรฉception tandis que la technique de codage canal produit des bits redondants qui seront utilisรฉs sur lโentitรฉ rรฉceptrice pour corriger les erreurs de transmission.
Il existe deux techniques de codage canal :
– Le codage convolutionnel oรน le codeur quand il reรงo it un bit en sort deux ou trois selon le taux de codage.
– le codage Turbo qui peut รชtre vu comme la concatรฉnation de deux codeurs convolutionnels qui opรจrent en parallรจle. Il permet dโatteindre destaux dโerreurs infรฉrieurs ร 10-5. [7], [9]
Concatรฉnation ou segmentation des blocs detransport
La concatรฉnation et la segmentation des blocs de ransport prรฉparent les donnรฉes pour la phase de codage canal. Lorsque plusieurs blocs de transport dโun mรชme canal de transport sont ร รฉmettre sur un mรชme intervalle de temps (TTI), lesdiffรฉrents blocs sont concatรฉnรฉs en un bloc unique, fourni ensuite en entrรฉe ร la fonction de codage canal.
Egalisation ou adaptation du dรฉbit
Lโรฉgalisation (ou ajustement) permet dโadapter la taille des blocs, en sortie du codage canal, ร la capacitรฉ du canal physique, le nombre de bits nโรฉtant pas forcรฉment รฉgal au nombre de bits dโinformation que peut transporter un canal physique.
Lโadaptation du dรฉbit consiste ร retrancher ou rajouter des bits dans les flots dโinformation de chaque canal de transport. En effet, le dรฉbit dans une trame dโun canal physique est limitรฉ. De plus, au cours dโune connexion, un mรชme canal physique peut convoyer des bits dโinformations issus de diffรฉrents canaux de transports. Il faut donc adapter le dรฉbit ร la sortie de chaque canal de transport. [7], [9]
1er et 2รจme entrelacements
Les fonctions dโentrelacement ont pour but de rendre la rรฉpartition des erreurs plus alรฉatoire et dโaugmenter ainsi les performances du correcteur dโerreurs. Ce procรฉdรฉ consiste ร mรฉlanger une sรฉquence de bits en รฉmission. Il exist2 catรฉgories de techniques dโentrelacement : lโentrelacement par bloc et lโentrelacement conv olutionnel. [7], [9]
Segmentation des trames
Cette fonction a pour but de segmenter la sรฉquence de bits contenue dans un TTI en un nombre entier de trames consรฉcutives.
Multiplexage des canaux de transport
Chaque canal de transport dรฉlivre une sรฉquence binaire codรฉe. Ces sรฉquences sont ensuite concatรฉnรฉes les unes aprรจs les autres pour ne crรฉerquโun flot binaire unique en sรฉrie : le canal de transport composite codรฉ ou CCTrCH. [9]
Segmentation pour le canal physique
Cette fonction est mise en ลuvre lorsque plusieurs canaux physiques sont utilisรฉs pour transporter les donnรฉes dโun CCTrCH particulier. [9]
Etalement et modulation
Ces opรฉrations adaptent les donnรฉes binaires ร la ransmissiont sur lโinterface radio. Lโรฉtalement de spectre va permettre ร plusieurs utilisateurs dโรชtre prรฉsents simultanรฉment sur une mรชme bande de frรฉquence.
La modulation utilisรฉe sera de type QPSK et va permettre la transmission de deux bits par symbole ou, plutรดt de deux chips par symbole puisqu e le signal binaire a dรฉjร รฉtรฉ รฉtalรฉ. [9]
La couche MAC
La couche MAC gรจre lโaccรจs au mรฉdium de transmissio ร travers un ensemble de fonctions :
– lโassociation des canaux logiques avec les canaux de transport
– la commutation, sur ordre de RRC, du type de canal de transport associรฉ ร un canal logique qui permet dโadapter dynamiquement les ressources mobilisรฉes ร lโactivitรฉ de la source du trafic
– le contrรดle du volume de trafic sur chaque canal de transport actif
– la gestion des prioritรฉs entre les diffรฉrents fluxde donnรฉes dโun utilisateur et entre les diffรฉrents utilisateurs sur les canaux communs et esl canaux partagรฉs par lโagencement de leurs trafics
– le multiplexage en รฉmission des donnรฉes de plusieur canaux logiques sur un canal de transport
– le dรฉmultiplexage en rรฉception de plusieurs canauxlogiques supportรฉs par un seul canal de transport
– lโidentification des mobiles lorsquโils utilisent l es canaux de transport communs.
La couche RRC gรจre la connexion de signalisation รฉtablie entre lโUTRAN et le mobile, PDCP compresse les en-tรชtes de protocoles des paquets TCP/IP, BMC assure la diffusion de messages usagers sur lโinterface radio pour un service, et RLC assure la transmission fiable dโinformations en provenance du plan usager ou du plan de contrรดle, sur lโinterface radio entre le mobile et lโUTRAN. [9]
Caractรฉristiques techniques du rรฉseau
Mรฉthode dโaccรจs
Le principe de base des rรฉseaux radio mobiles est de partager un ensemble limitรฉ de canaux pour quโun maximum dโutilisateurs puisse lโutiliser simultanรฉment.
Contrairement au GSM oรน les utilisateurs sont sรฉparรฉs par la frรฉquence (FDMA) et en temps (TDMA), lโUMTS utilise le mode dโaccรจs CDMA en identifiant ainsi les utilisateurs par un code.
CDMA
Le CDMA (Code Division Multiple Access) est une technique dโaccรจs multiple grรขce ร laquelle les diffรฉrents utilisateurs peuvent communiquer en mรชme temps dans une mรชme bande de frรฉquences. Cette mรฉthode augmente donc la capacitรฉ du rรฉseau (la frรฉquence nโest plus une ressources rare puisque nous pouvons utiliser une seule frรฉquence pour un rรฉseau UMTS). [7], [8] La distinction entre chaque utilisateur se fait par codes connus exclusivement de lโรฉmetteur et du rรฉcepteur. Cโest ce mode, plus prรฉcisรฉment le WCDMA- (Wideband CDMA) qui est retenu pour le rรฉseau dโaccรจs radio de lโUMTS. Il est ditยซ ร large bande ยป avec une largeur de bande de 5MHz.
Les avantages du CDMA Les avantages sont :
– Gain de traitement plus รฉlevรฉ. En effet, en รฉlargissant la bande, le signal est moins sensible aux interfรฉrences. Cela permet aussi dโaccroรฎtre le nombre dโutilisateurs prรฉsents dans une cellule.
– Possibilitรฉ de transmettre des services ร haut dรฉbit. Avec 5MHz de largeur de bande, on peut atteindre du 2Mbps en dรฉbit.
– Meilleures performances pour dรฉtecter les trajets multiples. En effet, dans un canal de propagation ร trajets multiples, des versions dรฉcalรฉes du signal transmis parviennent ร des intervalles de temps diffรฉrents. Cette propriรฉtรฉ qui รฉtait un inconvรฉnient dans dโautres systรจmes, va รชtre utilisรฉe dans un systรจme CDMA encombinant les signaux pour diminuer le taux dโerreurs et obtenir ainsi de meilleures performances.
– Possibilitรฉ de dรฉploiement dans un spectre de frรฉquences dรฉjร utilisรฉ. Cela consiste ร faire cohabiter un systรจme W-CDMA et un autre systรจme celulaire sur un mรชme spectre de frรฉquences. [10]
Mode dโaccรจs
Selon lโETSI, les deux modes d’accรจs dรฉfinis pour ‘interfacel radio UTRA de l’UMTS sont :
ยท Mode W-CDMA : utilisรฉ en FDD (Frequency Division Duplex) pour les bandes UMTS appairรฉes (2ยด60 MHz).
ยท Mode TD/CDMA : utilisรฉ en TDD (Time Division Duplex) pour les bandes UMTS non appairรฉes (35 MHz).
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 EVOLUTIONS DU SYSTEMES RADIO MOBILE
1.1 Les diffรฉrentes phases dโรฉvolution de la technologie mobile
1.1.1 Les organismes de normalisation
1.1.2 Les diffรฉrentes phases dโรฉvolution du systรจme radio mobile
1.2 Architecture gรฉnรฉrale du rรฉseau 3G UMTS ยซ Universal mobile for Telรฉcommunications system ยป
1.2.1 Structure Logique dโun rรฉseau UMTS
1.2.2 Les protocoles radio
1.2.3 Les opรฉrations de la couche physique
1.2.4 La couche MAC
1.2.5 Caractรฉristiques techniques du rรฉseau
1.3 Le contrรดle de puissance
1.4 Les problรจmes majeurs de lโUMTS
1.4.1 Interfรฉrences intra et extracellulaire
1.4.2 Une couverture insuffisante et terminale peu nombreux
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 ASPECTS TECHNIQUES DE LA TECHNOLOGIE HSDPA
2.1 Introduction
2.1.1 Signification du HSDPA
2.1.2 Prรฉsentation gรฉnรฉrale
2.1.3 Architecture de Protocole
2.2 La technique dโaccรจs W-CDMA
2.2.1 Notions de base
2.2.2 Etalement de spectre par sรฉquences directes
2.2.3 Codes dโรฉtalement
2.3 Aspects Techniques de la Technologie HSDPA
2.3.1 Mรฉcanisme de retransmission hybride HARQ
2.3.2 Modulation et codage adaptatifs
2.3.3 Canaux HSDPA
2.3.4 Ordonnancement rapide (Fast Scheduling)
2.4 Fonctionnement de la couche physique
2.4.1 Lโordonnanceur dans le Node B
2.4.2 Identification des paramรจtres HS-DSCH
2.4.3 Communication des paramรจtres au terminal
2.4.4 Dรฉcodage des informations de contrรดle
2.4.5 Envoi dโun ACK ou NACK
2.5 Spรฉcificitรฉ du mobile HSDPA
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 CAPACITE DU HSDPA SELON LA TECHNIQUE DE SEQUENCEMENT ET DIMENSIONNEMENT
3.1 Introduction
3.2 Formulation mathรฉmatique du dรฉbit selon la technique de sรฉquencement
3.2.1 La technique de sรฉquencement ยซย Fair Time/Resourceย ยป
3.2.2 La technique de sรฉquencement ยซ Fair Throughput ยป
3.2.3 La technique de diffรฉrentiation des services avec prioritรฉ ยซ Prioritized Differentiated Services Scheduling ยป
3.2.4. La technique de diffรฉrentiation pondรฉrรฉe des services: ยซย Weighted Differentiated Services Schedulingย ยป ou ยซย Weighted Round Robin (WRR)ย ยป
3.3 Cas de trafic uniforme dans la cellule
3.4 Dimensionnment de la technique HSDPA
3.4.1 Dรฉtermination de la taille de la cellule en fonction de la technique de sรฉquencement envisagรฉe
3.2 Modรฉlisation mathรฉmatique de la distribution du CQI avec effet de masque
3.3 Organigramme proposรฉ pour le dimensionnement du HSDPA
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4 SIMULATION DโUN SYSTEME DE TRANSMISSION NUMERIQUE BASE SUR LA TECHNOLOGIE HSDPA
4.1 Chaรฎne de transmission numรฉrique classique
4.1.1 Introduction
4.1.2 La source
4.1.3 Le codeur de source
4.1.4 Le codeur de canal
4.1.5 Modulateur numรฉrique
4.1.6 Le canal de transmission
4.1.7 Dรฉmodulateur numรฉrique
4.1.8 Le dรฉcodeur et destinataire
4.2 Modulations numรฉriques
4.2.1 Modulations numรฉriques classiques
4.2.2 Modulation par dรฉplacement de phase en quadrature (QPSK)
4.2.3 Modulation dโamplitude en quadrature (QAM)
4.3 Simulation dโune chaine de transmission numรฉrique basรฉe sur la technologie HSDPA
4.3.1 Schรฉma bloc de transmission (Simulink)
4.3.2 Initialisation et simplification
4.3.3 Descriptions de chaque bloc
4.3.4 Rรฉsultats de la simulation
4.4 Performance SER ยซ Symbole Error Rate ยป thรฉorique vs pratique
4.4.1 Pour la modulation QPSK
4.4.2 Interprรฉtation
4.4.3 Pour la modulation 16-QAM
4.4.4 Interprรฉtation
4.5 Conclusion
CONCLUSION
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE
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