Soutenance mémoire
Avec l’avènement des réseaux de troisième génération et la conception des réseaux de quatrième génération, le déploiement des services s’avère d’une importance cruciale pour les réseaux mobiles. En effet, les réseaux actuels sont en train d’´evoluer vers une architecture où différents types de services avec des exigences en qualité de service différentes coexistent. Parmi les services proposés par les opérateurs, nous relevons un service indispensable au bon fonctionnement des réseaux mobiles: la mobilité. La fourniture du service de mobilité constitue l’élément clé dans les communications sans fil et fait toute l’originalité des réseaux mobiles.
LES RESEAUX UMTS
L’UMTS est présenté comme la troisième révolution de l’information après la télévision et l’Internet. L’UMTS ne se limite pas au transfert de la voix : il permet également d’offrir une large gamme de services multimédia. Dans ce chapitre, nous présentons l’architecture du réseau UMTS et nous détaillons les différents services offerts par ce réseau. Mais avant d’aborder ce sujet, on va essayer de définir le terme handover et on va parler un peu de l’évolution des réseaux cellulaires qui ont précédés l’UMTS.
Handover
Le handover est par définition le transfert automatique intercellulaire. Il permet d’éviter les coupures de communication en bordure de cellule et réduit significativement l’interférence crée dans le réseau.
Les différentes phases d’évolution de la technologie mobile
Les organismes de normalisation
Si les organismes de régulation se chargent de la gestion du spectre, les techniques de communications utilisant ce spectre ne sont standardisées ni par ces organismes, ni par les opérateurs directement. En lieu et place, ce sont des instances scientifiques qui se chargent d’élaborer des scénarios, des spécifications, et finalement des standards, qui sont par la suite approuvés par les autorités. Les organismes de normalisation régissent les standards qui sont utilisés par exemple par les fabriquant de téléphones portables ou d’autres systèmes sans-fil. Ces organismes réunissent des groupes de travail qui ont pour objectif de déterminer les techniques de communications à utiliser, ainsi que les nombreux paramètres associés : les protocoles, les formats de trame, les modes de fonctionnement possibles, etc. Ces organismes, souvent en concurrence, coexistent sur le plan international, régional, ou local. On peut citer l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) au plan international, et au plan européen, l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Prenons l’exemple de la forme d’onde de la 3G (3ème Génération) en Europe. C’est le standard UMTS soutenu par l’ETSI qui a été choisi. Par ailleurs, plusieurs organismes régionaux peuvent créer des partenariats pour des projets d’envergure. Par exemple, en décembre 1998, l’ETSI s’est associé à différents partenaires dans le cadre du projet 3GPP (Third Generation Partnership Project), avec pour objectif de produire uniquement des spécifications techniques pour la 3G (bâtie sur l’infrastructure réseau 2G existante) et pour l’UTRA (une évolution de la 3G supportant des débits plus élevés). La standardisation se fait en dehors de la juridiction du 3GPP, par le biais des partenaires du projet, au niveau de leur autorité régionale respective. Les projets permettent donc de fournir des spécifications techniques et d’être mieux entendu, du fait du groupement d’organismes. De plus, on améliore la cohérence et la lisibilité des positions défendues par une région donnée.
Les différentes phases d’évolution de la technologie mobile
Le réseau 1G
Communication sur onde porteuse qui utilise la transmission analogique .Le réseau 1G (1ère génération) a été proposée sous le nom de Radiocom 2000 Jusqu’aux années 1990. Les plus important systèmes sont AMPS « Advanced Mobile Phone System » aux Etats-Unis ainsi qu’en Europe norme NMT « Nordic Mobile Telephone » basées sur la technologie FDMA (Frequency Division Multiple Access) autour de la bande 400Mhz . Les systèmes analogiques sont apparus ayant comme service unique la voix, on ne peut pas faire de transmission de données. C’est la première génération qui présentait beaucoup d’inconvénients :
• Une efficacité spectrale limitée ;
• Sensibilité aux bruits
• Cout et poids du mobile
• Mobilité réduite ;
• Manque de sécurité des communications (on ne peut pas crypter)
• Qualité des informations (la variation de l’amplitude est difficile à régénérer)
• Normes incompatibles (AMPS, NMT) .
Ainsi donc, Le matériel ne bénéficiait pas des avancées technologiques d’aujourd’hui ; les problématiques de poids, d’encombrement, et d’autonomie étaient pénalisantes pour une application mobile. La solution a donc tout naturellement trouvé un débouché dans les transports, conciliant mobilité et source d’énergie. Le réseau a rapidement disparu après l’avènement du GSM, réseau de seconde génération.
Le réseau 2G : GSM, GPRS et EDGE
Il est marqué par l’explosion des normes numériques avec un rôle prépondérant de l’Europe et du GSM pour remédier à la transmission analogique. Le développement des cellulaires de seconde génération fut dirigé par le besoin d’améliorer la qualité de transmission, d’augmenter les capacités du système ainsi que la couverture du réseau. Les mobiles sont moins cher et moins encombrants en plus d’une amélioration nette côté sécurité. Les systèmes numériques (ou 2ème génération) sont apparus dès le début des années 90 avec :
• Le GSM en Europe ;
• IS-95 (cdmaOne) et IS-136 (TDMA system) aux Etats-Unis
• PDC au Japon .
a. Le GSM
Le GSM (Global System for Mobile communications) est le système qui a permis l’accès à la téléphonie mobile grand public. Classiquement, dans le réseau GSM, les différents utilisateurs communiquent à tour de rôle, ils ont donc un slot de temps réservé : c’est la technique d’accès multiple à répartition dans le temps (AMRT). De plus, les utilisateurs communiquent non pas sur une fréquence fixe, mais sur plusieurs fréquences car le GSM dispose de 124 fréquences porteuses de 200 kHz chacune, totalisant une bande de 25 MHz. À chaque slot correspond une fréquence : c’est la technique de saut de fréquences, pour limiter les erreurs de transmission. Les bandes occupées par le GSM sont 890 – 915 MHz pour la voie montante, et 935 – 960 MHz pour la voie descendante. La liaison est donc full-duplex, car les deux communications peuvent se faire au même instant sur deux bandes de fréquences distinctes.
Le GSM a aussi été transposé autour de 1800 MHz donnant lieu aux systèmes bi-bande (uplink : 1710 – 1785 MHz, downlink : 1805 – 1880 MHz). Avec la croissance des abonnées la capacité des réseaux 2G n’est plus suffisante, la mobilité à l’échelle mondiale n’est pas toujours garantie en plus d’une limite des offres de services. La saturation diminue mais le nombre d’abonnés augmente d’où le problème de saturation persiste encore. Son débit relativement faible de 9,6 kbit/s l’établit à des services de voix, même si il a également popularisé le SMS. Il y a monopolisation de ligne par l’utilisation de la technique de commutation de circuit.
Pour contrecarrer ces insuffisances, 2 solutions peuvent être adoptées :
• Au cours terme : le passage vers une technologie 2.5G (GPRS, EDGE) avec un cout d’évolution minime.
• A long terme : la conception complète d’un nouveau standard (UMTS) avec un cout élevé mais une large panoplie de service .
b. Le GPRS et l’EDGE
Les limitations en termes de débit du GSM ont conduit les professionnels à adopter de nouvelles techniques optimisant les infrastructures existantes tout en minimisant le nombre de nouveaux équipements à installer pour développer le service de transmission des données. Dans ce contexte s’est développé le GPRS (General Packet Radio service), qui introduit la communication par paquets pour les données, dérivé du modèle de communication IP. À la différence du GSM, le GPRS ne réserve pas de slots de temps par utilisateurs de manière fixe. Au contraire, plusieurs de ces slots peuvent être alloués à un mobile selon la disponibilité de la station de base. L’optimisation permet d’atteindre des débits maximums réels de 50 kbit/s. Le but de cette nouvelle technologie est de permettre la transmission des données dans des conditions suffisantes (pour permettre d’accéder à Internet depuis son terminal sans subir les temps de chargement des pages Web). Le GPRS s’appuie sur une nouvelle infrastructure réseau qui prend en charge l’acheminement des données les plus volumineuses. Elle fonctionne donc en parallèle du réseau GSM classique. En conséquence, la voix conserve le mode de transmission GSM. Cette nouvelle architecture mixte GSM et GPRS est également appelée 2.5G au sens où elle améliore la 2G existante sans toutefois bouleverser son infrastructure.
Une évolution du GPRS a également fait son apparition. C’est la technique EDGE (enhanced Data Rate for GSM evolution). On atteint ici la 2.75G, avec des débits théoriques de 384 kbit/s grâce à un changement de la modulation.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 LES RESEAUX UMTS
1.1 Introduction
1.2 Handover
1.3 Les différentes phases d’évolution de la technologie mobile
1.3.1 Les organismes de normalisation
1.3.2 Les différentes phases d’évolution de la technologie mobile
1.3.2.1 Le réseau 1G
1.3.2.2 Le réseau 2G : GSM, GPRS et EDGE
1.3.2.3 Le réseau 3G : UMTS
1.4 Principes de base du réseau UMTS
1.4.1 Les objectifs de l’UMTS
1.4.2 Les classes de QoS dans le réseau UMTS
1.4.2.1 La classe conversationnelle
1.4.2.2 La classe diffusion
1.4.2.3 La classe interactive
1.4.2.4 La classe tâche de fond
1.5 Organisation fréquentielle
1.6 Architecture du réseau UMTS
1.6.1 L’architecture générale
1.6.2 L’architecture de l’UTRAN
1.6.2.1 Le Node B
1.6.2.2 Le RNC
1.6.2.3 Les interfaces de l’UTRAN
1.6.3 L’architecture du réseau cœur
1.6.3.1 Domaine à commutation de circuits
1.6.3.2 Domaine à commutation de paquets
1.7 Architecture en couche de l’interface Air de l’UMTS
1.7.1 La couche physique
1.7.1.1 Présentation
1.7.1.2 Fonctionnalités
1.7.2 Les opérations de la couche physique
1.7.2.1 Contrôles d’erreurs
1.7.2.2 Concaténation ou segmentation des blocs de transport
1.7.2.3 Egalisation ou adaptation du débit
1.7.2.4 1er et 2ème entrelacements
1.7.2.5 Segmentation des trames
1.7.2.6 Multiplexage des canaux de transport
1.7.2.7 Segmentation pour le canal physique
1.7.2.8 Etalement et modulation
1.7.3 La couche MAC
1.8 Conclusion
CHAPITRE 2 TECHNIQUE D’ACCES WCDMA EN UMTS
2.1 Introduction
2.2 Principe de la méthode CDMA
2.3 Organisation fréquentielle
2.3.1 Le FDD
2.3.2 Le TDD
2.4 Organisation temporelle
2.5 Déploiement
2.6 Caractéristiques du WCDMA
2.7 Principes de l’étalement de spectre et son application en CDMA
2.7.1 Gain de traitement
2.7.2 Le facteur d’étalement
2.7.3 Propriétés de l’étalement de spectre
2.8 DS-CDMA ou Etalement de spectre par séquences directes
2.9 Les avantages du système WCDMA
2.10 Les inconvénients du système WCDMA
2.11 Contraintes du WCDMA
2.11.1 Les trajets multiples
2.11.2 Le fast-fading
2.11.3 L’effet near-far
2.11.4 Le contrôle de puissance
2.12 Les problèmes majeurs de l’UMTS
2.12.1 Interférences intra et extracellulaire
2.12.2 Une couverture insuffisante et terminale peu nombreuse
2.13 Conclusion
CHAPITRE 3 HANDOVER DANS LE RESEAU UMTS
3.1 Introduction
3.2 Notion de handover en UMTS
3.3 Mesures effectuées par la couche physique
3.4 Types de mesures
3.5 Calage sur une cellule
3.5.1 Processus de recherche et de sélection de PLMN
3.5.2 Phases dans la sélection de cellule
3.5.3 Caractéristiques d’une cellule convenable et d’une cellule acceptable
3.6 Processus de resélection de cellule
3.6.1 Règles de mesure pour la resélection de cellule
3.6.2 Etapes dans le processus de resélection de cellule
3.7 Processus de handover
3.7.2 Qualité de signal
3.7.3 Le trafic
3.8 Handover dans le réseau UMTS
3.9 Types de handover en UTRA
3.9.1 Le Hard Handover
3.9.1.1 Principe
3.9.1.2 Problème du Hard handover dans le réseau UMTS
3.9.2 Le soft/softer Handover
3.9.2.1 Principe
3.9.2.2 Exemple d’algorithme de soft handover
3.9.2.3 Différence de temps entre les cellules candidates et la cellule active
3.9.2.4 Contrôle de puissance pendant le soft handover
3.10 Soft handover et couverture
3.11 Soft handover et capacité sur le lien descendant
3.12 Exemple
3.12.1 Classement de cellule au sein de l’UE
3.12.1.1 Le handover intrafréquence
3.12.1.2 Le handover interfréquence
3.12.1.3 Le handover intersystème
3.12.2 Les différentes phases dans une procédure de handover
3.13 Handover intrafréquence
3.14 Handover interfréquence
3.15 Avantages du handover interfréquence
3.16 Handover intersystème entre UTRA et le GSM
3.17 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
