Réseaux Mobile. BSS du réseau GSM, Core Network en commutation de circuit

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1 Réseaux Mobile GSM : - Bande de fréquence (Mhz) : 900/1800/ Méthode d accès : TDMA/FDMA - Espacement de porteuse (khz) : Modulation : GMSK - Mode de duplexage : FDD La 3 ème génération de mobile à transmission de données haut débits en mode paquet (internet ) ou circuit (vidéo ). ->Évolution du GSM : 1991 : GSM phase : GSM phase 2 // Half Rate / EFR, SMS, GSM 1800, CLI 1997 : GSM phase 2+ // HSCSD, GPRS 1999 : GSM phase 2.5 // EDGE HSCSD : High Speed Circuit Switched Data GPRS : General Packet Radio Service EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution ->HSCSD : High Speed Circuit Switched Data Nouveau schéma de codage du canal de trafic 14.4 kbit/s par time slot 57.6 kbit / utilisateur en théorie BSS et NSS du réseau GSM, Core Network en commutation de circuit Débits faibles ->GPRS : General Packet Radio Service Nouveau schéma de codage du canal de trafic (CS1 -CS4) 9.6 à 21.4 kbit/s par time slot kbit / utilisateur en théorie BSS du réseau GSM, et nouveau Core Network en routage de paquets Débits moyens -> EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution Nouveau schéma de codage de l information Nouvelle modulation 8 PSK 59.2 kbit/s par time slot 384 kbit / utilisateur en théorie Réseau GPRS et GSM BSS du réseau GSM, Core Network en commutation de circuit Hauts débits ->Évolutions du GSM : (solution court terme) Conservation du même réseau d accès radio Investissement faible, efficacité spectrale moyenne, saturation des réseaux Nouveau Core Network en mode paquet Préparation à la 3ème génération, nouveaux services disponibles

2 La Normalisation ->IMT 2000 : International Mobile Telecommunication..Environnement incar : 144 kbit / s..environnement piéton : 384 kbit / s..environnement indoor : 2 Mbit / s 6 technologies d accès radio -> 2 dominantes : CDMA 2000 et UMTS GSM UMTS MS (mobile Station) UE (User Equipement) BTS - contrôle des ressources radio Node B - Contrôle partiel des - Contrôle du lien radio ressources radio BSC - Allocation des ressources RNC - Allocation des ressources - Contrôle du lien radio BSS RNS Abis (BTS/BSC) Lub (NodeB/RNC) A (BSC/MSC) lu (RNC/CN) ->Deux fonctions logiques du RNC : serving et drift RNC..Serving RNC : Rôle d un RNC entre un utilisateur et l UTRAN. Connexion RRC (Radio Ressource Control) Toujours un et un seul S-RNC pour chaque utilisateur en connexion sur l UTRAN. Fonctionnalités : Terminaison de l interface Iu Contrôle des «bearers» radio & gestion de la ressource radio Contrôle de la mobilité de l utilisateur (soft& hard handover) Sélection des trames en uplink (soft handover) Du GSM vers l UMTS..Drift RNC : Supporte le Serving RNC via l interface Iur lorsque la connexion entre l utilisateur et l UTRAN implique des cellules contrôlées par un RNC différent du Serving RNC. De 0 à 4 Drift RNC par connexion à un instant donné. Fonctionnalités : Routage des blocs de données entre le Serving RNC et ses propres Node B. Allocation des codes de canalisation en downlink et contrôle de puissance de ses Node B. Sélection des trames en uplink (soft handover entre ses propres Node B)

3 GSM vers UMTS 4 classes de service réparties en 2 groupes :..A et B : applications à contraintes temps réel..c et D : données sensibles aux erreurs de transmission Classe A : CONVERSATIONNAL..Bidirectionnelle, liée à la perception humaine..temps de transfert rapides, pas de variation dans les délais..erreurs corrigées par la perception MS <- Phonie, Visio, Jeux interactifsms -> MS, Serveur Classe B : STREAMING..Unidirectionnelle..1 utilisateur + 1 serveur data..délais acceptables mais + longs qu en A (pas d interactivité)..variation du délais faible MS <- Écoute de programmes vidéo, audio -- Serveur Transferts FTP ou images Classe C : INTERACTIVE..Dialogue interactif avec un serveur..pas d erreurs de transmission..peu de contraintes sur les délais MS Commande -> Serveur Navigation Web <- Réponse -- e-commerce Localisation Classe D : BACKGROUND..Infos de priorité + faible qu en classe C MS Donnée -> Serveur SMS <- Donnée -- s FAX Conversationnal + Streaming Interactive Background - Contraintes temporelles Assurer une QoS adaptée au service / Optimiser les ressources??? Pour adapter la connexion, il faut donc connaître les caractéristiques des services :..Voix..LCD : Long Constrained Delay Data (services DATA en mode commutation de circuit) LCD64 ; LCD144 ; LCD384..UDD : Unconstrained Delay Data (services DATA en mode commutation de paquet) UDD 64 ; UDD144 ; UDD384

4 Acces multiple en WCDMA.Codes de canalisation Downlink : Dans le sens descendant, les codes sont synchronisés. Ils sont donc orthogonaux, on offre ainsi une capacité maximum. Cependant les multitrajets introduisent la non-orthogonalité des codes..codes de canalisation Uplink : Dans le sens montant, les codes sont générés de manière asynchrone. Les codes ne sont donc pas orthogonaux. On utilise les codes de Canalisation pour séparer les différents canaux physiques transmis par la même cellule ou le même mobile. Ce code est une ressource radio dimensionnante en UMTS..Code de brouillage : Scrambling Code Le Node B reçoit des signaux provenant de plusieurs UEs et inversement. Ils doivent donc être identifiés et séparés. On utilise les codes de Brouillage pour séparer les cellules en DL et les mobiles en UL. C est un code de longueur chips avec une période de 10 ms, construit par combinaison de 2 séquences réelles dans une séquence complexe. Il est décodé par le mobile lors de la procédure de sélection de la cellule. Ce code n est inhérent au système et n a pas d impact sur le dimensionnement dans un premier temps. A un scrambling code est associée la totalité d un arbre OVSF pour les canaux descendants..1 code de brouillage CS (scrambling) par cellule pour garantir l indep. entre canaux de cellules...utilisation de la totalité de l arbre OVSF pour l ensemble des connexions pour les canaux montants..1code de brouillage CS alloué par le réseau à chaque mobile..chaque mobile peut utiliser la totalité de l arbre OVSF..Définition de la capacité : cellule / spectre C est le nombre d utilisateurs simultanés par rapport au débit binaire maximum. En CDMA, elle dépend du niveau d interférence donc du niveau de qualité. La capacité est liée à une gestion précise du contrôle de puissance. Les capacités Uplink et Downlink sont différentes. Eb/No = S/N +W/Rb = Signal/Bruit * Gain de traitement Ex : (voix) Performance du démodulateur Eb/N0 > 4 db débit : 12.2 kbps Bande passante : 3.84 Mcps Gain de traitement? (315 => 25dB) S / N? (> -21 db)

5 Node B : - 17 W/20 W pour les utilisateurs - 3W/20W pour la signalisation Canaux dédiés Uplink (DCH) : DPDCH Data DPCCH -----Pilot TFCI --FBI --TPC Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..6) = 666 µs (577 en GSM) Pour un service à débit variable, le débit du canal DPDCH est indiqué sur le canal DPCCH à travers l indicateur TFCI (Transport Format Combination Indicator), qui n indique que le format de transport de la trame courante (pertes rares et donc limitées à la trame en cours). Les bits PILOT sont utilisés pour l estimation du canal au niveau du récepteur. Les bits TPC (Transmission Power Control) sont utilisés pour pour véhiculer les commandes de contrôle de puissance. Les bits FBI (Feedback Information) sont utilisés quand la diversité de transmission est mise en place sur le sens descendant. Canaux dédiés Downlink (DCH) : DPCCH----DPDCH----DPCCH DPDCH DPCCH TFCI Data TPC Data Pilot Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..7) I l peut être vu comme un DPDCH descendant multiplexé temporellement avec un DPCCH descendant. 1 pour tous le smobiles 2 trames en 1 permet de préserver des codes -> fait perdre du debit Bilan de liaison : Son intérêt : L'équilibrage du bilan de liaison repose sur le principe de réciprocité entre émission et réception. Le mobile est toujours moins puissant et moins sensible que la station de base. On doit s assurer que les atténuations de propagation sur les voies montante (uplink) et descendante (downlink) soient égales. La station de base doit être d'autant plus sensible qu'elle est plus puissante que le mobile...différents paramètres :..Au niveau de l émetteur : PIRE Puissance de sortie ; Gain d antenne ; Pertes feeders..au niveau du récepteur : Sensibilité Densité de bruit thermique ; Facteur de bruit ; Gain d antenne ; Pertes feeders ; Débit information ; Eb / N0 cible..marges d ingénierie : Effet de tête ; Gain de diversité (sens montant) ; Gain de soft Handover ; Marge effet de masque ; Marge d interférences ; Marges de pénétration Attention, toutes les hypothèses qui seront retenues devront être confirmées par les réseaux expérimentaux et les constructeurs!

6 ..Débit source : Voix, codec EFR, 12.2 kbit / s Transmission de données en mode circuit, 64 kbit / s Transmission de données en mode paquet, 144 & 384 kbit / s..qualité de transmission pour la voix et le circuit : 1 bit sur 1 million erroné en circuit 64 du fait de l impossibilité de retransmission lié au temps réel. 1 bloc sur 100 erroné en paquet 384 du fait qu une retransmission d un bloc est transparente au niveau de l utilisateur. Sensibilité NodeB : Sensibilité = Sensibilité_récepteur -Gain_antenne + Pertes feeders Comme pour le GSM, les antennes utilisées seront des antennes panneau avec des ouvertures horizontales à 3dB de 70. Le gain sera de l ordre de 18 dbi. Les pertes feeders sont fixées à 3 db. Sensibilité Recepteur : Sensibilité (dbm) = 10*log(kTB) + NF + Eb/No -(Processing Gain) où : 10*log(kT) = -174 dbm / Hz B = bande d étalement = 3840 MHz 10*log (ktb) = Bruit thermique = *log(3.84*106) = dbm NF = facteur de bruit du récepteur en db Eb/No = dépend du service et du canal de propagation Processing Gain = 10log(débit chip / débit source) en db (ex voix :10 log(3840/12.2)=25db) Facteur de bruit des récepteurs : 5 db pour le Node B et 9 db pour l UE Valeur cible Eb/N0 : Urbain dense UL DL Rural UL DL Tx Mobile MS Peak Power (dbm) = 21dBm Calcul du rayon de la cellule : Path Loss (UL)=PIRE_UE -Sensibilité_NodeB + Marges..PIRE de l UE : PIRE = Tx_Power + Gain_antenne -Pertes feeders Comme pour le GSM, le gain d antenne généralement retenu est de 0 dbi, et les pertes feeders sont fixées à 0 db.

7 Effet de tête : Il représente la différence de signal reçu entre un mobile vertical et un mobile placé à proximité de la tête en position utilisateur. Comme pour le 1800, il est de l ordre de 4 db. Pénétration : Les pertes de pénétration traduisent les atténuations d amplitude de l onde lorsque celle-ci entre dans le bâtiment, en fonction de l environnement : 20 db pour les bâtiments en urbain dense 16 db pour les bâtiments en urbain 12 db pour les bâtiments en suburbain 7 db pour les véhicules Gain du Handover : Ce gain provient du fait qu un mobile en bordure de cellule peut communiquer avec plusieurs Node B en même temps. Cela permet ainsi d avoir une communication de bonne qualité à partir de plusieurs liens dégradés (même porteuse). En uplink, le RNC en relation avec les 2 Node B effectue une sélection de lien qui n engendre pas de gain sur l Eb/No. En downlink, le mobile qui est physiquement sur plusieurs liens recombine les signaux. Cela engendre un gain sur l Eb/No d environ 1,5 db pour le mode circuit et 0 db pour le mode paquet. Marge d effet de masque : Cette marge, due aux masques proches du mobile, dépend, d une part, du nombre de liens qui est utilisé pour la liaison et, d autre part, de la qualité de couverture que se donne l opérateur. En uplink, les valeurs typiques généralement retenues pour une qualité de couverture de 95%, est 5 db en zone urbaine et 3 db en zone rurale. En downlink, du fait que la vitesse des mobiles varie, on fixe une marge de 2 db pour les mobiles rapides et 0.5 db pour les mobiles lents. Interférence due à la charge : Marges d interférences Cette marge permet de prendre en compte la variation du niveau de bruit avec la charge de la cellule (limiter l effet de Cell Breathing) et par conséquent de garantir la qualité de couverture. Cette marge intervient sur la liaison uplink dans la mesure où les codes sont désynchronisés, ce qui entraîne des interférences entre les communications : = 10log 10 (1-facteur de charge (50%)) Dans les bilans de liaison urbain, on considère une charge de 50%, soit une marge d interférence de 3dB. Aujourd hui, au-delà d une charge de 50%, les constructeurs n arriveraient pas à gérer le niveau d interférences trop élevé dans la cellule; le système deviendrait alors trop instable. En rural, la couverture devient un élément essentiel face au dimensionnement en trafic, moins critique. On considère ainsi une charge de 25%, ce qui nous permet d augmenter la taille de la cellule puisque la marge à prendre n est plus que de 1.25 db.

8 Total Margin (db) : DL : UL : Bande passante offerte par la cellule : W (LCD/UDD) = Débit*CAF*charge*(1+Pgain/(Eb/No linéaire*caf*f)) Eb/No linéaire = si Eb/No = 6.1 F = 1/(1+f) Ex: W 12.2 = 12.2*75%*50%*(1+((3840/12.2)/4.07*75%*(1/1+0.6)) = 760 kbps Wtot = charge(%)/(distrib des services S(%)/BP services S (kbps)+ distrib des services LCD64(%)/BP services LCD64 (kbps)+ ) Dimensionnement Channel Element : Ex : de table de conversion : Voix.1 CE(a) / TCH 32 kbps.4 CE(a) / TCH 64kbps.4 CE(a) / TCH 144kbps.8 CE(a) / TCH 384kbps.16 CE(a) / TCH Nbre de CE / carte: CE par secteur et par porteuse : overhead + signalisation Dimensionnement Hardware : NB CE (LCD) = traffic/cellule(e )*Nb cell/site TCH CE (table de conversion*) Erlang B 2% NB CE (UDD) = traffic/cellule(mb)*nb cell/site new Nb/( )TCH CE* pipe Erlang B 2%