Introduction à l'umts

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Gautier Boudreau
il y a 6 ans
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1 Introduction à l'umts

2 Débits élevés: Objectifs 3G 144Kbps : zone rurale. 384Kbps : zone semi-urbaine (vitesse < 120 km/h). 2Mbps : couverture limitée (piétons). Intégration de services: débits multiples. débits variables sur une connexion. Accès paquets efficace. Possibilité d'utilisation de techniques d'amélioration de capacité: détection multi-utilisateurs (MUD), suppression d'interférences. antennes adaptatives. Compatibilité avec les systèmes 2G.

3 Réseau UMTS [Source : ATT Wireless WhitePaper]

4 Interface Radio : Techniques d'accès multiples f Accès FDMA f Accès TDMA f 1 Usager 1 f 2 Usager 2 f f 3 Usager 3 t t code Accès CDMA C1 C2 C3 Usager 1 Usager 2 Usager 3 t f Usager 1 Usager 2 Usager 3

5 Techniques d'accès multiples : rappels

6 Techniques d'accès multiples : rappels

7 Multiplexage sur voie radio Point de basculement entre 2 cellules adjacentes TDD : une seule fréquence alternativement dans chaque sens: flexibilité dans allocation de spectre 1. débits asymétriques 2. synchronisation plus complexe ❶. même point de basculement up/down dans tout le réseau. synchronisation de BS. même niveau d'asymétrie dans tout le réseau. FDD : émission/réception simultanée bien adapté aux débits symétriques 1. allocation de spectre non optimisée ❶. FDD plus avancé que TDD au 3GPP.

8 Etalement de spectre à séquence directe

9 Codes d'étalement Facteur d'étalement ou Spreading Factor (SF): Autocorrélation synchronisation du code. Intercorrélation séparation des canaux: un canal = un code PN.

Séquences PN Code PN: séquence pseudo-aléatoire obtenue à partir d'un registre à décalage n étages. Séquence M: séquence de longueur maximale période de la séquence : N=2 n - 1.

10 Séquences PN Code PN: séquence pseudo-aléatoire obtenue à partir d'un registre à décalage n étages. Séquence M: séquence de longueur maximale période de la séquence : N=2 n - 1. Propriétés des séquences M: le nombre de 1 et de 0 est quasiment identique. la probabilité d'une suite de 1 ou de 0 de longueur N 1 est égale à 2 -N 1. autocorrélation: intercorrélation:

11 Codes orthogonaux Intercorrélation des codes orthogonaux nulle si les codes sont synchronisés: couplage avec un code PN pour la synchronisation. Utilisation de la matrice de Hadamard: construction récursive. 1 ligne de H N = 1 code.

12 Codes orthogonaux de longueur variable (OVSF)

13 Gain de traitement et puissance disponible Exemple SF 8 signal usager à débit + élevé gain de traitement + faible. puissance d'émission + élevée. Exemple SF 4

14 Utilisation des codes Etalement de spectre à séquence directe. UMTS : "Chip Rate" fixe de 3.84 Mcps. (un chip élément de code représentant un bit). IS-95: chip rate fixe de Mcps. CDMA-2000: chip rate variable, multiple de celui utilisé dans IS-95.

15 Codes utilisés dans l'utran Deux types de codes: codes de channelisation OVSF. codes de brouillage. OVSF : "orthogonal variable spreading factor" de type Walsh- Hadamard.

16 Codes de brouillage (1/2) Limites des codes OVSF: pas des séquences pseudo-aléatoires : pas forcément d'étalement de spectre. Orthogonalité seulement pour séquences alignées difficulté liée à la non-synchronisation des mobiles (uplink). nécessité d'un 2 ème type de codes : ceux de "brouillage".

17 Codes de brouillage (2/2) Principe d'allocation : downlink un code de channelisation par canal physique. totalité de l'arbre OVSF disponible. Un code de brouillage par cellule codes de brouillage distinguent les cellules entre elles. 512 codes disponibles contrainte sur planification du réseau (cellules proches codes différents). Principe d'allocation : uplink un code de channelisation par canal physique. Totalité de l'arbre OVSF disponible. Un code de brouillage par mobile codes de brouillage distinguent les mobiles entre eux codes disponibles pas de contrainte sur planification entre mobiles.

18 Système CDMA: Contrôle de puissance chaque usager du réseau est une source d'interférence pour les autres. Ressource partagée : puissance d'émission. Uplink: contrôle de puissance indispensable pour éviter les effets proche-lointain. Downlink: nécessaire pour limiter l'interférence entre cellules.

19 Structure des canaux physiques Recherche de cellule initiale: décodage de 3 canaux successifs P-SCH primary synchronisation channel. S-SCH secondary synchronisation channel. CPICH common pilot channel.

20 Synchronisation slot et trame 1 ère phase: synchronisation slot - décodage du P-SCH. 2 ème phase: synchronisation trame - décodage du S-SCH. 3 ème phase: recherche du code primaire de brouillage, cad décodage du CPICH (suite de 10 symboles pilotes prédéfinis).

21 Informations système Canal P-CCPCH: Primary common control physical channel. Canal de transport BCH ( canal balise BCCH en GSM). Contient les informations système (identité réseau, cellule courante : puissance max, structure canaux communs, cellules voisines). Paramètres de codage et d'étalement invariants (pas de contrôle de puissance, SF 256, multiplexé en temps avec SCH).

22 Transport de données (1/3) DPCH : dedicated physical data channel - ressource dédiée à un usager un délai de transmission et un débit constant. 2 sous-canaux physiques : DPDCH (dedicated physical data channel): données usager (voix, messages). données de signalisation issues des couches supérieures. DPCCH (dedicated physical control channel) données de contrôle spécifiques à la couche physique. Bits pilotes. Bits TPC (transmit power control). Bits TFCI (transport format combination indicator). Bits FBI (feedback information - uplink).

23 DPCH downlink: Transport de données (2/3)

24 DPCH uplink: Transport de données (3/3)

25 Traitement de la couche physique : cas général (1/2) canal composite ou CCtrCh

26 Traitement de la couche physique : cas général (2/2) canal composite ou CCtrCh

27 Traitement de la couche physique : exemple phonie

28 Récepteur : "RAKE receiver" [Source UT Dallas]

29 Récepteur : "RAKE receiver" Rotation du signal par le canal (phase et amplitude quelconque). symboles QPSK transportent des informations en phase. énergie séparée sur plusieurs doigts recombinaison ("combining"). Recombinaison corrige la rotation de phase due au canal, et utilise les estimations d'amplitude du canal pour compenser les composantes. [Source UT Dallas]

30 Récepteur : "RAKE receiver" [Source UT Dallas]

31 Récepteur : "RAKE receiver" Récepteur RAKE doit disposer des informations: retards multi-trajets synchronisation en temps et retard ("time-delay"). Phases des composantes multi-trajets synchronisation de la phase porteuse. Amplitudes des composantes multi-trajets "amplitude tracking". nombre de composantes multi-trajets RAKE allocation. Synchronisation "time-delay" : basée sur les corrélations (technique "delay tracking" effectuée par des boucles feedback (PLL, DLL). Les PLL classiques ne peuvent pas être utilisées pour la recherche de phase et d'amplitude de la porteuse (canaux de profil "fading").

32 Récepteur : "RAKE receiver" - implémentation En pratique, les fonctionnalités suivantes sont nécessaires pour la synchronisation du RAKE: Boucle AGC ou "Automatic Gain Control" (pour conserver la gamme dynamique du convertisseur A/D). Boucle AFC ou "Automatic Frequency Control" (pour conserver le décalage de l'oscillateur local). Acquisition et scan de la réponse impulsionnelle du canal (pour effectuer l'allocation des "doigts" du récepteur RAKE). "Channel Delay tracking" (pour ajuster les composantes multi-trajets).

33 Récepteur : "RAKE receiver" - implémentation Fonctionnement linéaire et à large gamme dynamique pour les composantes RF et IF. (large bande de 5MHz et interférences propres au système CDMA). Boucle AGC doit être rapide et précise, afin de préserver le récepteur dans une gamme linéaire. Convertisseurs AD rapides et à haute résolution. (fréquences d'échantillonnage élevées (x10 MHz) et dynamiques élevées (jusqu'à 80dB). Cœur des récepteurs à étalement de spectre : corrélateurs. RAKE requiert 4 corrélateurs pour désétalement et 8 corrélateurs pour la correction de retard.

34 Soft et Hard Handover [Source UT Dallas]

35 Soft et Hard Handover [Source UT Dallas]

36 Soft et Hard Handover [Source UT Dallas]

37 Soft et Hard Handover [Source UT Dallas]

38 Soft et Hard Handover [Source UT Dallas]

39 Soft et Hard Handover [Source UT Dallas]

40 Soft et Hard Handover [Source UT Dallas]

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