Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE

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1 Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE Mohamed Moussaoui To cite this version: Mohamed Moussaoui. Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE. Engineering school. Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE, La première École de Printemps sur Réseaux sans Fils et Technologies Émergentes. 16 Mars Marrakech, 2011, pp.76. <cel > HAL Id: cel Submitted on 2 Feb 2012 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

2 La Première Edition de l Ecole de Printemps «les Réseaux sans fil et Technologies Emergentes» Mars 2010, Marrakech, Maroc Le réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE Prof: Mohamed Moussaoui mohamed.moussaoui@hotmail.fr Adresse: Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tanger Route Ziaten, B.P:1818, Tanger Principale 1

3 Sommaire La standardisation L architecture de l UMTS (Release 99) L interface radio de l UTRA-FDD (Release 99) Évolutions de l UMTS Evolutions de la Release 4, 5 et 6 Évolution de réseau d accès HSDPA HSUPA 3GPP Long Term Evolution: 3LTE 2

4 Les origines de L UMTS Des perspectives prometteuses Les systèmes de téléphonie cellulaire connaissent depuis quelques années un développement sans précédent dans le monde Les évolutions de la norme GSM vers les services de données type paquet ouvre le champ à des applications nouvelles Des systèmes incompatibles Des différences importantes sur le segment radio (pas d itinérance universelle) GSM IS-95 IS-136 PDC Modulation GMSK BPSK/OQPSK DQPSK OQPSK Méthodes d accès TDMA/FDMA CDMA TDMA TDMA Bande de fréquence (MHz) 900/1800/ / / /1400 Espacement porteuses 200khz 1250khz 30khz 25khz Utilisation Mondiale Continent américain, Asie Amérique du nord Japon Vers une norme commune Forte volonté de la part des opérateurs de définir une norme commune 3

5 La famille IMT2000 DECT TDMA IS136 GSM cdmaone IS95 2G Multi-carrier TDMA Single carrier TDMA DS-CDMA TDD-Mode CDMA Multi-carrier CDMA IMT2000 DECT UWC136 UTRA-FDD UTRA-TDD WCDMA cdma2000 1x 3x Famille TDMA Famille CDMA 4

6 La normalisation DECT ITU IMT2000 UTRA-TDD UTRA-FDD CDMA 2000 UWC-136 3GPP 3GPP2 UWCC ETSI T1 TTC TTA CWTS ARIB TIA Europe Etats-Unis Japon Corée Chine Japon 5

7 La structure du TSG (Technical Specification Groups) a pour responsabilité» la définition des protocoles et l architecture du réseau d accès de l UMTS TSG 3GPP Radio Access Network GSM EDGE Radio Access Network Est en charge des protocoles du contrôle d appel et de services supplémentaires, ainsi que l interconnexion avec les réseaux extérieurs Core Network Services & System Aspects Terminals a pour objectif de définir la structure de la carte USIM, et les fonctions et les tests de conformance des terminaux UMTS a pour objectif de spécifier les services usager et l architecture générale du réseau UMTS 6

8 Les objectifs de l UMTS Support Multimédia Débits supportés RTCP Réseau UMTS Passerelle RTCP Serveur Transfert de Passerelle Internet Réseau Internet 144 kbit/s en environnement rural extérieur 384 kbit/s en environnement urbain extérieur 2 Mbit/s indoor (mobilité réduite) Visiophonie Interface Radio messages Navigation Internet Serveur Deux modes: FDD & TDD FDD TDD Dwnlink Les classes de services Uplink La classe A (conversational) La classe B (streaming) La classe C (interactive) La classe D (backgrounde) pour les applications à contrainte temps réel pour les applications de données sensibles aux erreurs de transmission Macro-Cellule Micro-Cellule 7

9 Les fréquences attribuées à la 3 e génération IMT UMTS MHz TDD FDD-UL satellite TDD FDD-DL satellite 160MHz supplémentaires, répartis en 3 bandes: MHz, MHz, MHz 8

10 Les concepts de base le découpage en strates Le découpage en strates (niveaux) permet de séparer des niveaux de services indépendants dans le réseau UMTS Le réseaux UMTS est constitué de deux niveaux: AS: Access Stratum NAS: Non Acces Stratum Non access Stratum Access Stratum: Regroupe toutes les fonctions liées au réseau d accès Les fonctions de gestion des ressources radio L UTRAN entièrement inclus dans l AS L AS comprend une partie de l équipement mobile, Ainsi une partie du réseau cœur (l interface Iu) Protocoles radio Protocoles radio Protocoles Iu mobile UTRAN CN Non Access Stratum Radio (Uu) Iu NAS regroupe toutes les autres fonctions du réseau UMTS comme: Les fonctions d établissement d appel: CC (call control) pour les appels circuit, et SM (session mangement) pour les appels paquet. Les fonctions de gestion de la mobilité en mode veille Protocoles Iu 9

11 L architecture de l UMTS (Release 99) Uu Node-B Node-B IuB IuB RNC Iu-CS TRAU MSC VLR F D E C GMSC E PSTN Node-B IuR Gs EIR HLR IuB IuB Iu-PS Gf Gr Gn Gc Gi(IP) Node-B RNC SGSN GGSN PDN IP Réseau d accès: UTRAN Réseau cœur: CN 10

12 Le réseau d accès UTRAN Réseau coeur CS demain PS demain Iu Réseau d accès RNC Iur RNC NodeB Iub Uu Node-B Node-B Node-B Node-B 11

13 RNC (Radio Network Controler) Il est en charge de l établissement de la connexion RRC Il affecte les ressources radio Il gère la le contrôle de la puissance lent Il gère la configuration ou reconfiguration de l interface radio et la mobilité du mobile Il comprend des fonctions de combinaison et découpage pour la macrodiversité Serving RNC RNC Connexion RRC Iur Drift/controling RNC NodeB RNC 12

14 Notion de support d accès radio (RAB, Radio access Bearer) Support d accès radio (RAB, Radio Access Bearer) Support radio (radio bearer) Support radio de transport Iu (Iu transport bearer) CV ATM permanent Connexion AAL2 établie à la demande VLR Node-B RNC Réseau de transport MSC Support à 128 kbit/s Support à 128 kbit/s Support à 12,2 kbit/s Support à 12,2 kbit/s Réseau de transport Node-B RNC MSC VLR 13

15 L interface radio de l UTRA-FDD 14

16 L architecture radio control L3 RRC PDCP L2/PDCP control control PDCP BMC L2/BMC RLC RLCRLC RLC RLC RLCRLC RLC L2/RLC Canaux logiques MAC PHY Canaux de transport L3 L2/MAC 15

17 Plan de contrôle et plan usager Plan de contrôle CM MM SM GMM Plan usager IP Voix SMS Réseau coeur Iu Uu UTRAN Terminal Signalisation Données usager 16

18 Les canaux Plan de contrôle Plan usager BCCH PCCH DCCH CCCH CTCH DTCH Canaux Logiques BCH PCH RACH FACH DSCH DCH Canaux de Transport P-CCPCH S-CCPCH PRACH PDSCH DPDCH Canaux de Physiques 17

19 Exemple la phonie Qualité subjectif de la phonie Transcodeur (codage source) Voix numérisée loi A/µ:64/s Niveau 1 (codage canal) 4 à 12 kbit/s Transmission sur l interface radio Plage du mode 1 Plage du mode 2 C/I La trame de phonie Part du codage du canal AMR (Adaptative Multi-Rate): Lorsque les conditions de transmission sont bons, la part du codage canal peut etre réduite au bénéfice du codage source: privilégier la qualité de phonie Lorsque les conditions se dégradent, il est alors nécessaire de mieux protéger les données transmises. 18

20 Exemple de la phonie DCCH Transport block TB 1 TB TB 22 TB 3 TB 14 Ajout du CRC TB 811 CRC TB 1481 CRC Ajout des bits de traînée TB TB Codage canal Adaptation de débit er Entrelacement segmentation 1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 4c 4d Multiplexage des canaux de transport e entrelacement Trame i Trame i+1 10ms 10ms 19

21 WCDMA 20

22 Paramètres de WCDMA Paramètres Carier spacing Chip rate Roll off factor for chip shaping Frame length Number of slots/ frame modulation Channel Coding Coherent Detection Multirate Spreading factors Power control Handover 3GPP WCDMA 5MHz. (nominal) 3.84 Mchip/s ms 15 QPSK Conv, Turbo Pilot Symbols/ channel Variable spreading and multicode (uplink), (Dwnlink) Open and fast colsed loop (1.5 Khz) Soft Handover, interfrequency Handover 21

23 Les codes d éd étalement 1. Codes de canal (channalization code) séparer les différentes applications issues d une même source Uplink : le canal de données et de contrôle pour un utilisateur Downlink: les connections de différents utilisateurs dans une cellule 2. Codes de brouillage (Scrambling Codes) Uplink: Séparation des terminaux Downlink: Séparation des secteurs Channalization Code Scrambling Code données Débit Chip Débit Chip 22

24 Code de canal (OVSF: Orhogonal Variable Spreading Factor) C ch,4,0 =(1,1,1,1) C ch,2,0 = (1,1) C ch,4,1 = (1,1,-1,-1) C ch,1,0 = (1) C ch,4,2 = (1,-1,1,-1) C ch,2,1 = (1,-1) C ch,4,3 = (1,-1,-1,1) SF = 1 SF = 2 SF = 4 C 1,1 = 1 C C 2,1 2,2 C 2 n C 2 n C 2 n n C 2 : C 2 n+ n+ C 2 C = C + 1,1 + 1,2 + 1,3 + 1,4 1, 2 n ,2 n+ 1 1,1 1,1 C C 1,1 1,1 C 2 n C 2 n C 2 n = C 2 n : C 2 n n C 2 1 = 1,1,1, 2,2, 2 n,2 n C C C C C C n,1 2 n,1 2 n, 2 2 n,2 : 2 n, 2 n 2 n,2 n SF T T N N bit débit chip = débit bit bit chip = = Débit chip est fixé à 2.84 Mcps chip 23

25 Code de brouillage (Scrambling code) Configuration of uplink long scrambling code generator Uplink short scrambling code generator MSB shift register 1 (41bit) LSB Shift suspend after every 256-th chip cycle mod 2 c t (n) 2 shift register 2 (41bit) + mod n addition mod b s (n) mod 4 + z v (n) Mapper S v (n) multiplication a r (n) ExOR mod MSB shift register 1 (18 bit) LSB Configuration of downlink scrambling code generator shift register 2 (18 bit) ExOR 24

26 Voie montante (Uplink) Structure de la trame I: data channel données DPDCH SF=4 256 Q: sync & control Symboles pilotes TFCI FBI TPC DPCCH SF=256 tjrs 10bits Slot=0.667ms 2560 chips. Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot i Slot 1 Slot 14 Slot 15 Trame 10 ms Slot Format #i Channel Bit Rate (kbps) Channel Symbol Rate (ksps) SF Bits/ Frame Bits/ Slot N data

27 Channelization codes (OVSF) Voie montante (Uplink) Etalement et modulation DPDCH gains Cch,d 1 β DPDCH 1 (BPSK) Cch,d 3 β 3 DPDCH 3 (BPSK). Σ cos(wt) DPDCH N-1 (BPSK) Cch,d N-1 β N-1 C scramb Real p(t) Cch,d 2 β 2 I+jQ -sin(wt) DPDCH 2 (BPSK) Imag p(t) Cch,d 4 β 4 DPDCH 4 (BPSK) Cch,d N. β N Σ *j DPDCH N (BPSK) DPCCH (BPSK) Cch, c β c Spreading/modulation for uplink DPDCH/DPCCH for user services less than or equal to 1024kbps in the 5MHz band 26

28 Voie descendante (DOWNLINK) structure de la trame données TPC TFCI données Symboles pilotes SF=4 512 Slot=0.667ms 2560 chips. Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot i Slot 1 Slot 14 Slot 15 Trame 10 ms Channel Bit Rate (kbps) Channel Symbol Rate (ksps) SF Bits/Frame Bits/ Slot DPDCH DPCCH TOT

29 Voie descendante (DOWNLINK) Etalement et modulation DPDCH 1 /DPCCH S/P C ch,1... Σ I C scramb Real p(t) cos( ωt) DPDCH DPDCH N S/P S/P C ch,2 C ch,n... Σ Q *j I+jQ Imag p(t) sin( ωt) Spreading/modulation for downlink DPCH 28

30 Le canal radio-mobile CDMA asynchrone( Up-link) Multi-Utilisateurs Effets de canal Fading Multi-trajet interférences entre symboles Interférences d accès multiple Node-B + Φ () ( ) () ht = N1 - j i i=0 Ae i δt -τ i +nt 29

31 Le canal radio mobile à 2 GHz Canaux de L ETSI Indoor (intra-batiment) Pedestrian(piéton) Vehicular (à grande vitesse) τ = Indoor A Pedestrian B Vehicular B 310ns 3700ns 2000ns 1.2 Tc 14 Tc 4.8 Ts 30

32 Le récepteur Rake Matched filter Rx Frond End Finger 3 Finger 2 Finger 1 correlator Phase retator Delay Equalizer Code generators Channel esitmator combiner Timing (finger allocation) 31

33 Le handover en UMTS Les réseaux CDMA utilisent le soft handover: la transmission n est pas interrompue lors du changement de cellule de l usager. Iu La technique de soft handover permet au mobile d être connecté simultanément à plusieurs stations de base. SRNC L ensemble des liens radio utilisés simultanément entre le réseau et le mobile est appelé active set Iur DRNC L algorithme utilisé par le SRNC pour la gestion de l active set: Ec/N0 Cellule voisine n Ajout dans l active set Lien 1 NodeB 1 Cs Cs1 Cs NodeB 2 Cs2 Iub Lien 2 S1 T add S2 T sup Retrait de l active set 32

34 Évolutions de l UMTS 33

35 3GPP Specifications Releases Rel 99 Rel 4 Rel 5 Rel 6 Rel 7 Rel 8 UMTS FDD NGN FDD repeaters 1.28Mcps TDD HSDPA IMS HSUPA MBMS HSPA+ i.e. MIMO, CPC, DL 64-QAM, UL 16-QAM LTE 3GPP Release 34

36 Evolutions de la Release 4 (NGN: Next Generation Network) Uu MGW Nb MGW Iu-CS Node-B IuB Mc Mc PSTN UTRAN Node-B IuB RNC Iu(RANAP) Iu-PS MSC Serveur F Gs EIR MAP Nc GMSC Serveur MAP HLR Réseau de signalisation sémaphore n 7(SS7) Gf Gr Gc A bis Gb Gn Gn(IP) BTS GERAN BTS A bis BSC SGSN 3G IP CN GGSN 3G PDN IP 35

37 Evolutions de la Release 5 (IMS) (IMS: IP Multimedia Sub-system) Uu MGW MGW Iu-CS Node-B IuB Mc Mc PSTN IuB RNC Iu(RANAP) MSC Serveur Nc MAP GMSC Serveur S-CSCF I-CSCF Application Servers UTRAN Node-B Iu-PS Gs F EIR MAP HSS IMS Gf Gr Gc P-CSCF A bis Gb Gn Gi(IP) BTS BTS A bis BSC SGSN 3G/2G GGSN 3G PDN IP GERAN 36

38 Evolutions de la Release 6 (MBMS:Multimedia Broadcast/Multicast Service ) Uu MGW MGW Iu-CS Node-B IuB Mc Mc PSTN IuB RNC Iu(RANAP) MSC Serveur Nc MAP GMSC Serveur S-CSCF I-CSCF Application Servers UTRAN Node-B Iu-PS Gs F EIR MAP HSS IMS Gf Gr Gc P-CSCF GGSN 3G A bis Gb Gn Gi(IP) BTS BTS A bis BSC SGSN 3G/2G PDN IP GERAN BM-SC(AS) MBMS 37

39 Evolutions de la Release 6 MBMS:Multimedia Broadcast/Multicast Service GGSN GGSN GGSN BM-SC(AS) BM-SC(AS) BM-SC(AS) SGSN SGSN SGSN RNC RNC RNC NodeB NodeB NodeB NodeB NodeB NodeB broadcast/point-à-multi-point Avec écoute des cellules voisines Multi-cast/point-à-point Avec écoute des cellules voisines Multi-cast/point-à-point 38

40 Évolution de réseau d accès 39

41 Évolution de l interface radio Release 4: TD-SCDMA Release 5: HSDPA (valable à la fois pour le FDD et le TDD) Release 6: HSUPA (pour le mode FDD) Release 7: HSPA+ Release 8: 3LTE 40

42 Évolution de l interface radio WCDMA (UMTS) HSPA HSDPA / HSUPA HSPA+ LTE Max downlink speed (bps) Max uplink speed (bps) Latency round trip time approx 384 k 14 M 28 M 100M 128 k 5.7 M 11 M 50 M 150 ms 100 ms 50ms (max) ~10 ms TTI 10 ms 2 ms 2 ms 1 ms 3GPP releases Rel 99/4 Rel 5 / 6 Rel 7 Rel 8 Approx years of initial roll out 2003 / / 6 HSDPA 2007 / 8 HSUPA 2008 / / 10 Access method CDMA CDMA CDMA OFDMA / SC-FDMA 41

43 HSDPA High Speed Downlink Packet Access 42

44 Interface radio de HSDPA Concepts de HSDPA Modulation Types - QPSK - 16-QAM Transmission and Retransmission Scheduling in NodeB Higher Troughput Rates in Dwnlink Hybrid ARQ Adaptive Modulation and Coding 43

45 Canaux introduits pour le support du HSDPA HS-PDSCH for data trafic RNC HS-SCCH signaling part associated to HS-PDSCH HS-DPCCH Feedback information Les canaux HSDPA DCH UL/DL user signaling DCH UL user trafic NodeB HS-DSCH DL user trafic Node-B Configuration des canaux de transport Associated DPCH for data, speech + SRB trafic 44

46 Structure de la sous-trame HS-PDSCH Intervalle de temps W-CDMA=1TS=2ms 2560 chips TS 1 TS 2 TS 3 Sous-trame=1TTI=3TS=2ms 7680 chips TS 1 TS 2 TS 3 TS 4 TS 5 TS 6 TS 7 TS 8 TS 9 TS 10 TS 11 TS 12 TS 13 TS 14 TS 15 Trame radio WCDMA=5TTI=15TS=10 ms chips 45

47 Opération multi-codes 2 ms (3 slots ) Usager 1 SF=16 1 à 15 codes réservés pour HS-PDSCH Usager 2 Usager 3 46

48 Fonctions déplacées RELEASE 99 Scheduling RLC ARQ Resource Allocation RNC Node-B RELEASE 5 (HSDPA) RLC ARQ Resource Allocation RELEASE 5 (HSDPA) Scheduling Link Adaptation HARQ Resource Allocation. En HSDPA, l ordonnancement des paquets est placé dans le Node B afin d assurer une rapidité de gestion des ressources radio 47

49 L ordonnancement rapide (FAST SCHEDULING) Node-B 1 er TTI 3 ème TTI 2 ème TTI Méthode de Round-Robin (RR) : 48

50 L ordonnancement rapide (FAST SCHEDULING) TTI 1 TTI 2 TTI 3 TTI 4 USER 2 Es/N0 USER 1 Es/N0 L algorithme «Proportional Fair Scheduling (PF)» 49

51 Adaptation de lien (AMC: Adaptive Modulation and Coding) 16-QAM QPSK

52 Adaptation de lien (AMC: Adaptive Modulation and Coding) Modulation Taux de codage Nombre de bits par code Débit par code (kbit/s) Débit pour 5 codes (Mbit/s) Débit pour 10 codes (Mbit/s) Débit pour 15 codes (Mbit/s) QPSK 1/ ,6 1,2 1,8 QPSK 1/ ,8 1,6 2,4 QPSK 1/ ,2 2,4 3,6 16-QAM 1/ ,6 3,6 4,8 16-QAM 1/ ,4 4,8 7,2 16-QAM 3/ ,6 7,2 10,8 16-QAM ,8 9,6 14,4 Node-B Channel quality information CQI Data 51

53 Adaptation de lien (AMC: Adaptive Modulation and Coding) 52

54 Technique de retransmission (HARQ: Hybrid Automatic Repeat Query) Algorithme qui combine ARQ et FEC( Forward Error Correction) Le décodage FEC est basé sur tous les paquets erronés le protocole Stop-and-Wait (SAW) deux algorithmes de base: Chase Combining même bloc de données est envoyé à chaque retransmission Incremental Redundancy (IR) seulement l information de redondance est envoyée à chaque retransmission 53

55 Technique de retransmission (HARQ: Hybrid Automatic Repeat Query) 54

56 HSDPA BASIC OPERATION UE ACK/NACK, CQI Packet (Re-)/Transmission MAC-hs Node-B RNC UE 1 ACK/NACK, CQI HS-SCCH UE1 HS-SCCH (User Packet) ACK/NACK, CQI HS-SCCH UE2 User Packet UE Scheduling UE 2 UE 1 UE 2 55

57 HSUPA High Speed Uplink Packet Access 56

58 Concepts Le HSUPA reprend un certain nombre de concepts développés dans le cadre du HSDPA un lien radio haut débit, dédié à un utilisateur dans le sens montant ; un mécanisme de sélection améliorée de combinaison format de transport (sélection E-TFC) ; un établissement rapide du lien radio sur la voie montante ; une attribution de ressources absolue (absolute grant) et relative (relative grant) ; un intervalle de temps (ou TTI) de 10 ms ou, plus court, de 2 ms afin de réduire les délais de transmission ; un support possible de la macrodiversité (soft handover) ; deux nouvelles couches protocolaires : MAC-e et MAC-es 57

59 Canaux introduits pour le support du HSUPA E-DPDCH for data trafic E-DPCCH signaling part associated to E-DPDCH E-HICH Feedback information Les canaux HSUDPA Node-B E-AGCH E-RGCH 58

60 Structure de la trame E-DPDCH et E-DPCCH Intervalle de temps W-CDMA=1TS=666µs 2560 chips TS 1 TS 2 TS 3 TS 4 TS 5 TS 6 TS 7 TS 8 TS 9 TS 10 TS 11 TS 12 TS 13 TS 14 TS 15 Sous-trame=3TS=2ms trame WCDMA=15 TS=10 ms 59

61 Scheduler pour HSUPA REQ GRANT DATA ACK/NAK Ordonnanceur HSUPA Node-B L ordonnanceur de paquets situé dans la couche MAC-e du Node B coordonne les transmissions des différents terminaux mobiles situés dans une même cellule. 1. UE transmet une demande d ordonnancement (scheduling request) à l ordonnanceur de paquets. 2. le Node B transmet une attribution de ressources SG au terminal mobile afin de lui indiquer la quantité de ressource qu il peut utiliser. 3. Cette indication est ensuite utilisée par l entité de sélection E-TFC du terminal mobile pour sélectionner le format de la transmission des données 60

62 Adaptation de lien Nombre de codes facteur d étalement Modulation, codage et taux de codage Nombre de bits par intervalle de temps W-CDMA (ou TS) Nombre de bits pour un TTI de 2 ms (3 TS) Nombre de bits pour un TTI de 10 ms (15 TS) Débit maximum (kbit/s) 1 SF 256 QPSK, turbocodage, 1/ SF 128 QPSK, turbocodage, 1/ SF 64 QPSK, turbocodage, 1/ SF 32 QPSK, turbocodage, 1/ SF 16 QPSK, turbocodage, 1/ SF 8 QPSK, turbocodage, 1/ SF 4 QPSK, turbocodage, 1/ SF 4 QPSK, turbocodage, 1/ SF 2 QPSK, turbocodage, 1/ , SF SF 4 QPSK, turbocodage, 1/ ,

63 Hybrid-ARQ/ Macro-diversité RNC Node-B Node-B NAK DATA DATA ACK 62

64 3LTE 3GPP Long Term Evolution 63

65 Introduction La standardisation 3GPP a commencé les travaux sur l'évolution de la technologie cellulaire 3G avec un atelier qui a eu lieu à Toronto au Canada en Novembre Les spécifications de base de la LTE sont incluses dans la Release 8 Objectif Réduction des coûts par bit, Services évolués en provisionnement - plus de services à moindre coût avec une meilleure expérience utilisateur, Souplesse d'utilisation des bandes de fréquences existantes et nouvelles, Architecture simplifiée, interfaces ouvertes, Autoriser une consommation raisonnable de l énergie du terminal. 64

66 Architecture LTE PSTN Application Servers IMS (IP Multimedia Subsystem) IMS HSS Internet MME S-GW/P-GW MME S-GW/P-GW SAE (System Architecture Evolution) or EPC (Evolved Packet Core) - MME (Mobility Management Entity) - Serving Gateway (S-GW) S1 S1 enb S1 X2 S1 enb E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) X2 X2 enb 65

67 Architecture LTE enb All radio interface-related functions MME Manages mobility, UE identity, and security parameters. S-GW Node that terminates the interface towards E-UTRAN. P-GW Node that terminates the interface towards PDN. MME S-GW/P-GW enb S1 S1 X2 X2 MME S-GW/P-GW S1 X2 S1 enb enb enb: E-UTRAN NodeB MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gateway P-GW: PDN (Packet Data Network) Gateway 66

68 Architecture LTE GERAN UTRAN SGSN HSS S3 S6a S1-MME MME PCRF UE LTE -Uu EUTRAN S1-U S10 S11 S4 Serving SAE Gateway S5 S7 PDN SAE Gateway SGi Rx+ Operator s IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) 67

69 Interface Radio LTE Parameter Details Peak downlink speed 100 (SISO), 172 (2x2 MIMO), 326 (4x4 MIMO) 64QAM (Mbps) Peak uplink speeds (Mbps) 50 (QPSK), 57 (16 QAM), 86 (64 QAM) Data type All packet switched data (voice and data). No circuit switched. Channel bandwidths (MHz) 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 Duplex schemes Mobility Latency Spectral efficiency Access schemes Modulation types supported Channel coding Adaptive modulation and coding H-ARQ FDD & TDD 0-15 km/h (optimised), km/h (high performance) Idle to active less than 100ms Small packets ~10 ms Downlink: 3-4 times Rel 6 HSDPA Uplink: 2-3 x Rel 6 HSUPA OFDMA (Downlink) SC-FDMA (Uplink) QPSK, 16QAM, 64QAM (Uplink and downlink) Convolutional coding and turbo coding DL/UL modulations: QPSK, 16QAM, and 64QAM Convolutional code and Rel-6 turbo code mobility support, rate control, security, and etc 68

70 Structure de la trame LTE-FDD (DL/UL) Frame: 10 ms Sub-frame: 1ms (TTI) Time-Slot: 0.5 ms OFDM symbols per sub frame: 7 (short CP), 6 (long CP) 10ms 1ms (i.e. TTI) Frame SF0 SF1.. SF5.. SF9 0.5ms TS0 TS1 TS2 TS3.. TS10 TS11.. TS18 TS19 OFDM Symbol1 OFDM Symbol2 OFDM Symbol3 OFDM Symbol4 OFDM Symbol5 OFDM Symbol6 OFDM Symbol7 DL Sub-frame OFDM Symbol1 OFDM Symbol2 OFDM Symbol3 OFDM Symbol4 OFDM Symbol5 OFDM Symbol6 OFDM Symbol7 UL Sub-frame 69

71 OFDM: Principe Systèmes OFDM subdivisent la BP en plusieurs sous-porteuses étroites (15Khz). Chaque sous-porteuse est modulée à l'aide de niveaux variables de modulation QAM, i.e. QPSK, QAM, 64 QAM. Chaque symbole OFDM est précédé d'un préfixe cyclique (CP), OFDM (i.e. 3GPP LTE) Long symbol duration Data bits QAM S 1, S 2, S n S/P From 1.4MHz To 20MHz Inconvénients: Sensibilité aux erreurs de fréquence porteuse PAPR* élevé 70

72 LTE OFDMA OFDMA régime de multiplexage en LTE downlink. Puissance Usager 4 Usager 3 Temps Usager 2 Usager 1 N-OFDM Symbol duration Sub-carrier spacing = f Fréquence Bandwidth En OFDMA, les utilisateurs se voient attribuer un nombre précis de sous-porteuses pour un time slot prédéterminé, appelées PRBs, (Physical Resource Blocks). La Répartition des PRBs est géré par une fonction de planification à la station de base. 71

73 LTE OFDMA One downlink slot, T slot PRBs couvrent un time slot et sont composés de 12 sous-porteuses, indépendamment de la bande passante globale du signal. Bandwidth canaux (MHz) Resource block DL symb RB BW N N resource elements Nombre de PRBs Number of occupied subcarriers IDFT(Tx)/DFT(Rx) size subcarriers N DL BW N RB BW subcarriers Resource element DL N symb OFDM symbols 72

74 LTE SC-FDMA OFDM: envoi de données en parallèle sur plusieurs sous-porteuses PAPR élève. SC-FDMA: envoi de données en série sur une même porteuse bien adapter aux exigences de la LTE en uplink Zéros M-1 X0, X1,., XN-1 Serial To Parallel N-DFT Sous-porteuses M- IDFT Parallel to- Serial X 0, X 1,., X M-1 Zéros 0 73

75 High speed / Low latency Data-modulation schemes: Adaptive Modulation & Coding (AMC) DL: QPSK, 16-QAM, 64-QAM UL: BPSK, QPS, 16-QAM Turbo & convolution coding Frame duration = 10ms / TTI = 1ms H-ARQ Scheduler Packet transmission RLC ACK R5 on the HS-DSCH channel The erroneous block is stored for recombination H-ARQ NACK H-ARQ Re- Tx H-ARQ ACK Serving RNC Node-B UE Combi ning Rx packet s Packet transmission enode-b H-ARQ NACK H-ARQ Re-Tx H-ARQ ACK Combin ing Rx packets UE LTE H-ARQ The RTT is shorter due to enode- B concentration 74

76 Vue globale WiMAX e-2005 WiMAX m OFDM All-IP MIMO AAS OFDM All-IP MIMO AAS CDMA2000 EV-DO Rev.A IP transport EV-DO Rev.C (UMB) OFDM All-IP MIMO AAS HSDPA / HSUPA HSPA+ 3G LTE IP Transport MIMO All-IP OFDM All-IP MIMO AAS Beyond Les clefs: OFDM, All-IP, MIMO & AAS 75

77 Merci Questions? 76