UMTS. Universal Mobile Telecommunication System. Sommaire. Fabrice WANEGUE. Introduction. L interface radio. Dimensionnement

UMTS Universal Mobile Telecommunication System Fabrice WANEGUE Sommaire Introduction L interface radio Dimensionnement Les évolutions du réseau d accès Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-2

Introduction : sommaire Pourquoi une 3ème génération La Normalisation Du GSM vers l UMTS Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-3 Pourquoi une 3ème 3 génération g? limitation des système de 1 ère génération (1980) : système analogique (NMT ) Équipement mobile cher et encombrant Voix, seul service possible mais de bonne qualité Faible efficacité spectrale Peu d abonnés possibles Mobilité réduite Pas de Roaming international Pas de confidentialité (cryptage) des communications limitation des système de 2ère génération (1990) : système numérique (GSM, IS95 ) Équipement mobile portatif Service voix de très bonne qualité Service de données à faible débit (SMS, GSM < 9.6 kb / s) Grande efficacité spectrale Roaming international Sécurité et confidentialité de l information Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-4

Pourquoi une 3ème 3 génération g? Évolution du Marché : un nombre d abonnés très important! 1,000 800 Fixed (millions) 600 400 Mobile Internet (Fixed/Mobile) 200 0 1996 1998 2000 2002 2004 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-5 Pourquoi une 3ème 3 génération g? De nombreux systèmes de 2 nde génération différents et incompatibles : Existence aux USA d un 3 ème système «PCS 1900» dérivé du GSM Le roaming mondial et la compatibilité impliquent le besoin d un nouveau système et une standardisation mondiale. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-6

Pourquoi une 3ème 3 génération g? La 3 ème génération de mobiles, ce sera plus : d utilisateurs : le nombre de mobiles va dépasser celui des lignes fixes, de débits : transmission de données haut débit en mode paquet (internet...) ou circuit (vidéo...), de services : briques de base pour la création des services, apparition de fournisseurs de services, de mobilité : volonté d une norme mondiale unique, concept de Virtual Home Environment, de licences : implantation possible dans un pays de nouveaux opérateurs. Virtual Home Environment : l abonné va avoir le même environnement quelque soit sa localisation, quelque soit le réseau et quelque soit le mobile. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-7 Pourquoi une 3ème 3 génération g? Par rapport aux nouveaux besoins de capacité, en débit de données, en mobilité et en services, 2 types de solutions sont possibles : Evolution des standards de 2nde génération : Coût limité / Court terme / Compatibilité 2nde génération Création d un standard de 3ème génération : Coût important / Long terme / Hauts débits / Compatibilité 2G-3G Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-8

Pourquoi une 3ème 3 génération g? Évolution du GSM : 1991 : GSM phase 1 1994 : 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 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-9 Pourquoi une 3ème 3 génération g? 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 171.2 kbit / utilisateur en théorie BSS du réseau GSM, et nouveau Core Network en routage de paquets Débits moyens Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-10

Pourquoi une 3ème 3 génération g? 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 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-11 Pourquoi une 3ème 3 génération g? EDGE / UMTS : les différentes stratégies actuelles GPRS EDGE UMTS HSDPA 40 Kb/s Utilisation du spectre GSM 200 Kb/s Utilisation du spectre GSM 384 Kb/s Services voix et data Support de services temps réel Nouveau spectre 4 Mb/s Augmentation de la capacité par 3 Utilisation du spectre UMTS GPRS EDGE & UMTS HSDPA GPRS EDGE HSDPA GPRS UMTS HSDPA EDGE? Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-12

Pourquoi une 3ème 3 génération g? 5 mn Temps de transfert 24 s EDGE environs 5 fois plus rapide que GPRS! 1 mn 20 s 42 s 11 s 7 s Envoi Mail + fichier Word 10 pages Réception Mail + fichier Word 10 pages Ouverture page TF1.fr GPRS EDGE Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-13 Pourquoi une 3ème 3 génération g? EDGE / UMTS : Des performances proches Réseau vers Mobile (descendant) Mobile vers Réseau (ascendant) 384 200 250 32 40 130 16 20 60 100 100 128 GPRS EDGE UMTS 1ère génération GPRS EDGE UMTS 1ère génération Débit moyen Débit max en Kbit/s Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-14

Pourquoi une 3ème 3 génération g? L évolution des technologies Réseau vers Mobile (descendant) Mobile vers Réseau (ascendant) 4000 128 128 1000 100 100 100 32 40 130 200 250 384 16 20 60 GPRS EDGE UMTS HSDPA (1ère génération) GPRS EDGE UMTS HSDPA (1ère génération) Débit moyen Débit max en Kbit/s Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-15 La Normalisation IMT 2000 : International Mobile Telecommunication Initiative de l UIT (Universal Institute of Telecommunication) depuis 1985 Un nouveau système mondial accepté par les principaux équipementiers et opérateurs Norme mondiale pour satisfaire un marché de masse Mobilité universelle Supporter des interfaces multi-média mobiles à haut débit : Environnement incar : 144 kbit / s Environnement piéton : 384 kbit / s Environnement indoor : 2 Mbit / s Une composante satellite est prévue Ouverture commerciale à Tokio le 1er Octobre 2001 par l opérateur NTT-Docomo Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-16

La Normalisation De plusieurs normes «régionales» : Europe (ETSI) Japon (ARIB) USA (T1P1) Systèmes 2G GSM, DECT PHS, PDC D-AMPS, IS95 Études 3G W-CDMA TD-CDMA W-CDMA CDMA 2000 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-17 La Normalisation Vers plusieurs normes mondiales!!! IMT 2000 Terrestrial Radio Interfaces IMT DS IMT MC IMT TC IMT SC IMT FT Directed Spread Multi Carrier Time Code Carrier Single Frequency Time UMTS FDD CDMA 2000, (évolution IS95) UMTS TDD, TD SCDMA UWC 136 (évolution IS36) DECT 6 technologies d accès radio 2 familles dominantes CDMA 2000 et UMTS issues de 2 groupements 3GPP et 3GPP2 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-18

La Normalisation Spectre IMT 2000 : Bandes non appairées Bandes Appairées 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 ITU 1885 MHz 2010 MHz 2110 MHz 2170 MHz IMT 2000 MSS IMT 2000 MSS 2025 MHz Europe 1920 MHz GSM 1800 DECT TDD UMTS FDD MSS TDD UMTS FDD MSS 1805 MHz 1880 MHz 1980 MHz USA 1990 MHz PCS MSS A D B E F C A D B E F C Broadcast auxiliary Reserve 2160 MHz MSS 1885 1895 1918 2170 MHz Japan C PHS IMT 2000 A MSS MSS B IMT 2000 A MSS 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-19 La Normalisation Licences UMTS en Europe : Denmark Sweden Finland UK Netherlands Ireland Germany Belgium Austria Luxembourg Italy France Greece Spain Portugal Switzerland Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-20

La Normalisation UTRA : UMTS Terrestrial Radio Access MSS : Mobile Satellite System Mode FDD dans 2x5MHz W-CDMA dans la bande appariée (2*60 MHz) Mode TDD dans une seule bande 5MHz TD-CDMA dans la bande non appariée (35 MHz) 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200 TDD UL/DL FDD UL MSS UL TDD UL/DL FDD DL MSS DL FDL FUL/DL FUL MODE FDD : Frequency Division Duplex MODE TDD: Time Division Duplex Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-21 La Normalisation 3GPP : 3 rd Generation Partnership Project ARIB : Association of Radio Industries and business CCSA : China Communications Standards Association (Chine) ETSI : European Telecommunication Standards Institute (Europe) TTC : Telecommunication Technology Committee (Japon) TTA : Telecommunication Technology Association (Corée) T1 (USA) Ce groupe de travail a débuté en décembre 1998. Il a pour mission de fournir des spécifications techniques (Réseaux d accès radio, Réseau Cœur, Terminaux, aspects système et service) sur un système mobile 3G reposant sur l UTRA et sur une évolution d un Core Network GSM. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-22

La Normalisation 3GPP : 3 rd Generation Partnership Project Japan USA Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-23 La Normalisation 3GPP : 3 rd Generation Partnership Project Project Co-ordination Group (PCG) TSG GERAN GSM EDGE Radio Access Network TSG RAN Radio Access Networks TSG SA Services & System Aspects TSG CT Core Network & Terminals GERAN WG1 Radio Aspects RAN WG1 Radio Layer 1 specification SA WG1 Services CT WG1 (ex CN1) MM/CC/SM (lu) GERAN WG2 Protocol Aspects RAN WG2 Radio Layer2 spec & Radio Layer3 RR spec SA WG2 Architecture GERAN WG3 Terminal Testing RAN WG3 lub spec lur spec lu spec & UTRAN O&M requirements SA WG3 Security CT WG3 (ex CN3) Interworking with External Networks RAN WG4 Radio Performance & Protocol Aspects SA WG4 Codec CT WG4 (ex CN4) MAP/GTP/BCH/SS RAN WG5 (ex T1) Mobile Terminal Conformance Testing SA WG5 Telecom Management CT WG5 (ex CN5) OSA Open Service Access CT WG6 (ex T3) Smart Card Application Aspects Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-24

Du GSM vers l UMTSl Architecture réseau GSM / UMTS MSC : Mobile services Switching Center EIR : Equipement Identity Register AUC : Authentication Center PSTN : Public Switched Telephone Network GMSC : Gateway MSC HLR : Home Location Register ISDN : Integrated Services Digital Network BSS :Base Station Subsystem MT : Mobile Terminated BTS : Base Transceiver Station BSC : Base Station Controller External Circuit Networks External Packet Networks RNS : Radio Network System UE : User Equipment RNC : Radio Network Controller UTRAN : UMTS Terrestrial Access Network SGSN : Serving GPRS Support Node GGSN : Gateway GPRS Support Node PDN : Packet Data Network Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-25 Du GSM vers l UMTSl Core Network Core Network A A ATM Iu Iu Iur BSC BSC RNC RNC Abis Abis Iub Iub Iub Iub Node B Node B Node B Node B BTS Cells BTS BTS Cells BTS Cells Cells BSS GSM BSS UMTS Réseau de transport ATM Nouvelle interface Iur pour le soft Handover Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-26

Du GSM vers l UMTSl GSM UMTS MS (Mobile Station) UE (User Equipment) BTS - Contrôle des ressources radio - Contrôle du lien radio Node B - Contrôle partiel des ressources radio BSC - Allocation des ressources RNC - Allocation des ressources - Contrôle du lien radio BSS RNS Abis (BTS/BSC) Iub (NodeB/RNC) A (BSC/MSC) Iu (RNC/CN) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-27 Du GSM vers l UMTSl 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) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-28

Du GSM vers l UMTSl Deux fonctions logiques du RNC : serving et drift RNC 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) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-29 Du GSM vers l UMTSl De nouvelles applications : Agenda en-ligne E-Mail / Transmission de fichiers Accès Internet Services d'informations en ligne Clips Vidéo / Conférence vidéo Localisation de véhicules / services de navigation Transaction / E-commerce... Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-30

Du GSM vers l UMTSl Les classes de services : 3 contraintes : Délais de transfert Applications interactives (ex : jeux), applications temps réel (ex : phonie) Internet (temps de réponse 1 seconde) Variation du délais de transfert Vidéo à la demande, diffusion radiophonique Tolérance aux erreurs de transmission FTP, transactions bancaires, e-commerce Phonie (perception de l oreille humaine tolérante) 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 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-31 Du GSM vers l UMTSl Temps Réel 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 interactifs 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 Transferts FTP ou images Serveur Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-32

Du GSM vers l UMTSl Classe C : INTERACTIVE Dialogue interactif avec un serveur Pas d erreurs de transmission Peu de contraintes sur les délais Non Temps Réel MS Commande Réponse Serveur Navigation Web e-commerce Localisation Classe D : BACKGROUND Infos de priorité + faible qu en classe C MS Données Données Serveur e-mails SMS FAX Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-33 Du GSM vers l UMTSl Classification des services en fonction de la qualité de service : Conversationnal Contraintes temporelles Streaming Interactive Background 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 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-34

Du GSM vers l UMTSl Ingénierie cositing : Pour l UMTS, il y a nécessité de déployer un nouveau système antennaire. Il est cependant difficile de trouver de nouveaux sites : les meilleurs sites sont déjà utilisés et partagés entre les opérateurs, les négociations et installations sont difficiles, les principes de précaution sur l effet des ondes, les coûts de redevance élevés On envisage donc le partage antennaire des sites radio : GSM / DCS / UMTS. DCS DCS + GSM + UMTS 12 12 3 4 56 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-35 Du GSM vers l UMTSl Ingénierie cositing : La densification et le cositing doivent se faire dans le respect des règles de compatibilité électromagnétique (intermodulation, rayonnements parasites ) et de l environnement urbain : Pour limiter les risques de CEM, il faut mettre en place des règles de découplage : H V Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-36

Du GSM vers l UMTSl Ingénierie cositing : intermodulation f IM = ± m.f 1 ± n.f 2 (m et n = 0, +/-1, +/-2, +/-3, ) ; m + n ordre du produit d intermod. La mauvaise réalisation (mauvais ROS, défaut important ) de la chaîne des aériens (feeders, connecteurs) favorisent la naissance de fréquences parasites La densification et le cositing doivent se faire dans le respect des règles de compatibilité électromagnétique (intermodulation, rayonnements parasites ) et de l environnement urbain : IP2 IP3 GSM/UMTS : risque IP4 DCS/UMTS : risque IP3 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-37 Du GSM vers l UMTSl Ingénierie cositing : Mise en place de 2 antennes indépendantes: 2 réseaux séparés, Pas de ré-engineering du réseau existant, Tilt / azimuts indépendants, Règles de découplages applicables, Ajout d une antenne. Mise en place d une antenne dualband : 2 réseaux séparés (sous le même radôme), Pas ré-engineering du réseau existant, Tilt indépendants (électrique variable), Intégration dans l environnement, Azimut dépendant, Recyclage de l antenne existante, Découplage plus délicat (isolation importante). Mise en place d une antenne broadband: 2 réseaux sur une antenne, 2 feeders par secteur, Intégration dans l environnement, Ré-engineering du réseau existant, Découplage très délicat (pas d isolation entre systèmes), Nécessite utilisation de triplexeurs, Même tilt et azimut pour les 2 systèmes. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-38

Du GSM vers l UMTSl Ingénierie cositing : triplexeur Antenne tribande GSM DCS UMTS DCS-GSM-UMTS DCS DCS + GSM + UMTS triplexeur triplexeur triplexeur triplexeur S1 S2 S3 S1 S2 S3 S1 S2 S3 S1 S2 S3 BTS DCS BTS DCS BTS GSM NODE B Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-39 Sommaire Introduction L interface radio Dimensionnement Les évolutions du réseau d accès Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-40

L interface Radio : sommaire Introduction Modes d accès radio Accès Multiple en WCDMA Capacité et Couverture Protocoles Canaux logiques et physiques Récepteur RAKE Fonctionnalités RRM Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-41 Introduction Choix de l UTRA pour l interface Radio : Vote de l ETSI en janvier 1998 pour choisir la technologie d accès radio de l UMTS. Technologie basée sur le CDMA (Code Division Multiple Access) ou AMRC(Accès Multiple par Répartition par Codes) 2 technologies en concurrence : W-CDMA (Wideband - CDMA), TD-CDMA (Time Division - CDMA). Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-42

Introduction Historique du WCDMA : 1949 : Bases du CDMA ; SHANNON & PIERCE 1956 : Brevet RAKE ; PRICE & GREEN 1970 : Applications militaires et maritimes 1978 : Applications cellulaires ; COOPER et NETTLETON 1989 : Technique d accès sans fil CDMA ; QUALCOMM 1994 : Système cellulaire IS95 1995 : 1er standard CDMA large bande 1996 : Lancement commercial du CDMA 2001 : Commercialisation de système CDMA large bande Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-43 Modes d accd accès s radio Synthèse des différents modes d accès radio : Puissance FDMA (analogique) Puissance TDMA (Numérique) Temps 30 KHz User 5 User 4 User 3 User 2 User 1 Un canal est identifié par une fréquence Fréquence Temps User 4 User 3 User 2 User 1 200 KHz Fréquence User 4 User 3 User 2 User 1 Un canal est identifié par une fréquence et intervalle de temps. Le canal est un ensemble d intervalle de temps utilisés par une communication Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-44

Modes d accd accès s radio Synthèse des différents modes d accès radio : Puissance FTDMA (GSM) CDMA (IS95, 3G) Puissance Temps Temps Fréquence Fréquence User 1 & 2 & 3 &... Un canal est identifié par une fréquence et un code par utilisateur Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-45 Modes d accd accès s radio Planification de fréquences : En CDMA, les utilisateurs sont séparés par les codes, la même fréquence peut donc être utilisée pour des cellules adjacentes. Chaque cellule UMTS peut utiliser les mêmes 5 MHz de bande. Il n y a donc plus comme pour le GSM de contrainte de réutilisation fréquentielle. GSM N = 7 UMTS N = 1 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-46

Modes d accd accès s radio En CDMA, 2 modes DUPLEX retenus : Ecart DUPLEX 190 MHz Puissance FDD Temps UL DL 5 MHz 5 MHz fréquence Couverture macrocellulaire et microcellulaire (outdoor) Débit de canal maximum de 384 Kbit / s avec mobilité Service symétriques (voix et services de données à bas et moyen débit en mode symétrique) Aucune synchronisation requise. Puissance TDD Temps DL UL 667 μs Couverture picocellulaire(indoor & hotspot) Débit de canal maximum de 2 Mbit / s sans mobilité Service de données en mode paquet (à haut débit et asymétrique) Synchronisation au niveau trame nécessaire. 5 MHz fréquence Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-47 Modes d accd accès s radio Mode TDD : Fréquence TS 1 TS 15 F0 5 Mhz TS = Time Slot Temps Il offre un transmission duplex TDD (Multiplexage dans le temps) Cette mode offre une asymétrie très large Mais la normalisation du TDD est moins avancé que le FDD, volonté de convergence avec le FDD Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-48

Modes d accd accès s radio Paramètres : Mode FDD Mode TDD Largeur porteuse 5 MHz 5 MHz Débit chip 3.84 Mcps 3.84 Mcps Longueur de trame 10 ms 10 ms Facteur d étalement 4-512 (Downlink) 4-256 (Uplink) 1-16 Scrambling 1 code / 10 ms 1 code / 0.667 ms Modulation QPSK QPSK Synchronisation Node-B Non Oui Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-49 Accès s multiple en WCDMA Technique de l étalement de spectre : dualité temps fréquence NRZ coding s(t) 0 1 0 0 1 0 + a s(t) 0 1 0 0 1 0 + a T 0 Time T 1 Time -a -a Power spectrum a 2 T 0 a 2 T 1 1/T 0 2/T 0 Frequency 1/T 1 2/T 1 Frequency Plus le débit bit est important, plus l énergie sera étalée sur le spectre. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-50

Accès s multiple en WCDMA Technique de l étalement de spectre : transmission x(t) Tbit Data sequence Power spectrum a 2 Tbit = Ebit +a -a Frequency +1 Tchip spreading sequence 1/T bi t Tchip = Echip -1 1/T chip +a -a transmitted sequence a 2 Tchip 1/T chip Data sequence Modulation Transmitted signal Spreading sequence generator Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-51 Accès s multiple en WCDMA Technique de l étalement de spectre : réception x(t) received sequence Power spectrum +a -a a 2 Tchip Frequency 1/T chip +1 Tchip spreading sequence Tchip = Echip -1 +a Tbit Data sequence a 2 Tbit = Ebit 1/T chip -a 1/T bit Received signal Demodulation Data sequence Spreading sequence generator Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-52

Accès s multiple en WCDMA Technique de l étalement de spectre : code de multiplexage Etalement User 1 User 2 User 3 User 4 User 5 Code 1 Code 2 Code 3 Code 4 Code 5 Puissance Signal composite 5 MHz Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-53 Accès s multiple en WCDMA Technique de l étalement de spectre : extraction En utilisant une séquence mathématique appropriée, tout code canal pourra être extrait du signal composite. Puissance non utile provenant des autres sources Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-54

Accès s multiple en WCDMA Synthèse : Émission Canal Réception Puissance Étalement C1 Désétalement C1 C Bande de base fréquence Largeur de bande I Bruit du canal C fréquence porteuse I Bande de base Étalement C2 Désétalement C2 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-55 Accès s multiple en WCDMA Étalement (émission) Code de longueur L Données Chips Débit = D d D chip = D d x L = 3.84 Mchip / s (UTRA) Signal étalé Bande de base fréquence porteuse SF = D chip / D bit = Spreading Factor 5 MHz (UTRA) Plus le débit est élevé, plus l énergie du signal sera étalée sur le spectre. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-56

Accès s multiple en WCDMA Désétalement (Réception) Code de longueur L Signal reçu Code Brouilleur Signal étalé C fréquence porteuse I Bande de base Plus l'étalement est important, plus les brouilleurs sont diminués. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-57 Accès s multiple en WCDMA Notion de Eb/N0 : 1 3 2 4 1 1 3 1 3 2 4 2 4 1 3 1 3 2 4 2 W-CDMA 1 4 TDMA-GSM Puissance Puissance C E b /N o C I N C Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-58

Accès s multiple en WCDMA Notion de Eb/N0 : Puissance Niveau de bruit maximum a 2 Tbit = Ebit Eb/No requis gain Puissance dispo à partager entre utilisateurs Puissance non utile dûe autres sources Echip Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-59 Accès s multiple en WCDMA Notion de Eb/N0 : power control Puissance Eb/No Power control a 2 Tbit = Ebit Niveau de bruit maximum Puissance non utile dûe autres sources Eb/No requis Puissance, Interférences, Capacité. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-60

Accès s multiple en WCDMA Codes de multiplexage : 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-61 Accès s multiple en WCDMA Codes de multiplexage : 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 38400 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 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-62

Accès s multiple en WCDMA Codes de multiplexage : transmission downlink Scrambling code Channelization code 1 BTS User 1 signal Channelization code 2 User 2 signal Channelization code 3 User 3 signal Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-63 Accès s multiple en WCDMA Codes de multiplexage : transmission uplink Scrambling code 1 Channelization code User 1 signal Scrambling code 2 Channelization code User 2 signal BTS Scrambling code 3 Channelization code User 3 signal Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-64

Accès s multiple en WCDMA Code de canalisation : Channelization Code 1 1-1 -1 1 1-1 -1 1-1 1-1 1-1 1-1 * 1-1 -1 1 1-1 -1 1 = 0 + Il n y a pas de corrélation entre les codes. En cas de non respect de l orthogonalité, il y a interférences. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-65 Accès s multiple en WCDMA Utilisation d un arbre générateur de code OVSF : Orthogonal Variable Spreading Factor C4,1= (1 ; 1 ; 1 ; 1) C2,1=(1 ; 1) Voix 12.2 kbps SF 128 Circuit 64 kbps SF 32 C4,2=(1 ; 1 ; -1 ; -1) C1,1=(1) C4,3=(1 ; -1 ; 1 ; -1) Paquet 144 kbps SF 8 Paquet 384 kbps SF 4 C2,2=(1 ; -1) C4,4=(1 ; -1 ; -1 ; 1) SF : Spreading Factor SF = 1 SF = 2 SF = 4 SF = 8 SF = 16 SF = 32 SF = 64 à 512 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-66

Accès s multiple en WCDMA Cscramb Code de Channelization et de Scrambling : Cellule 1 Cscramb Cscramb Cch Cch Node B UE3 Cscramb Cch Cellule 3 UE1 Cscramb Cch UE2 Cellule 2 Cscramb Cch & Cch Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-67 Accès s multiple en WCDMA Ex : transmission downlink du signal User 1 Code 1: C ch (SF= ) User 2 * = + * Code 2: C ch (SF= ) = 1-1 1-1 1 1-1-1 1-1 11-1 1-1 -1 1-1 1 1-1 1 1-1 1 Transmitted Signal (fixed Chip Rate) = 2 0-2 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-68

Accès s multiple en WCDMA Ex : extraction des données en réception 2 Received Signal Code 1 * 0-2 1-1 2 = 0 Soft Bits -2 2 2 0 0 + 2 2 0 0 = 8 + = + = User 1? «1» Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-69 Accès s multiple en WCDMA Ex : extraction des données en réception 2 Received Signal Code 2 * 0-2 1-1 2 = 0 Soft Bits -2 2 2 0 0 + = 4 = + = + = = + = User 2? «1» Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-70

Accès s multiple en WCDMA Usage Longueur Nombre de codes Famille de codes Channelization code UL : - séparaion des canaux (data / contrôle) pour 1 MS,.. - séparation des services DL : - séparation des connexions avec users dans la cell. - séparation des services UL : 4 256 chips DL : 512 chips Nbre de codes sous un scrambling code = Spreading Factor OVSF Scrambling code UL : séparation des MS DL : séparation des secteurs 1 er code : identifier la cellule 2 ème code : augmenter capa cellule UL : 10 ms = 38400 chips 66.7 μs = 256 chips DL : 38400 chips UL : +ieurs millions DL : 512 (64 groupes de 8 codes) Long 10 ms = Gold Codes Short Codes Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-71 Accès s multiple en WCDMA Exemples d allocation de codes : C 8,2 C 8,3 C 4,3 C 8,2 C 4,1 C 8,1 C S2 C 8,2 C S2 C 8,2 C 8,2 C S3 C 4,2 C S4 C S2 C S1 C S1 C S3 pour les canaux descendants 1 code de brouillage C S (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 1codede brouillage C S alloué par le réseau à chaque mobile Chaque mobile peut utiliser la totalité de l arbre OVSF Ici, C 8,2 est utilisé par 2 mobiles d 1 même cellule, mais avec 2 codes de brouillages UL Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-72

Capacité et couverture 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-73 Capacité et couverture Gain de traitement : E N b 0 puissance _ signal = = débit _ binaire puissance _ bruit = = bande _ passante S R N W b E N b 0 = S N Rapport signal à bruit W R b Gain de traitement Ex : (voix) Performance du démodulateur E b /N 0 > 4 db débit : 12.2 kbps Bande passante : 3.84 Mcps Gain de traitement? (315 => 25dB) S / N? (> -21 db) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-74

Capacité et couverture Notion de E b /N 0 SF important Étalement de différentes communications à différents débits dans la même bande : signal composite Désétalement de la communication 1 E b N 0 Spectre initial SF faible Une communication pour un service donné exige un E b /N o minimum. N 0 est la conséquence des puissances d émission pour les autres communication intra et inter cellulaires. Si E b augmente, N 0 pour les autres communications augmentent. Il faut donc un contrôle et une gestion précise des puissances d émission Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-75 Capacité et couverture Relation E b /N 0 et Capacité : E b E b N 0 N 0 Un E b /N 0 requis important implique un niveau de N 0 faible donc un trafic global faible : La capacité diminue Un E b /N 0 requis faible permet un niveau de N 0 important donc un trafic global important : La capacité augmente Par une gestion du contrôle de puissance, on peut maîtriser le niveau du N 0 dû au trafic intra et inter cellulaire. Ainsi on optimise la capacité de la cellule. Pour un service donné, on fixe un E b /N 0 cible. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-76

Capacité et couverture Sources d interférence Uplink : intracellulaire et intercellulaire Au niveau de la station de base, l interférence est liée à l orthogonalité imparfaite des codes de brouillage. Il y a un code de brouillage par mobile. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-77 Capacité et couverture Sources d interférence Downlink : intracellulaire et intercellulaire Interférence intracellulaire : Réception multi-trajet (codes de canalisation). Interférence intercellulaire : Orthogonalité imparfaite des codes de brouillage. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-78

Capacité et couverture Obtention du E b /N 0 cible : Il est obtenu grâce à des simulations et est exprimé en fonction du BER/BLER. Il dépend des paramètres suivants : de l environnement (urbain, suburbain, ), du récepteur (RAKE..), de la vitesse, du nombre d utilisateur, du débit, du contrôle de puissance... Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-79 Capacité et couverture Limite couverture uplink : respiration cellulaire (Cell Breathing) Trafic augmente Interférences augmentent Taille de la cellule diminue pour atteindre le E b /N o cible Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-80

Capacité et couverture Portée de la cellule en fonction des services : Eb/No requis SF = 128 Interference level Eb/No requis SF = 8 Received power Received power UE1 UE 2 Voix 12.2 kbps BTS Plus le SF est important, moins la puissance requise est importante Paquet 144 kbps Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-81 Capacité et couverture Portée de la cellule en fonction des services : Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-82

Capacité et couverture Limites de couverture en Downlink : amplificateur de puissance du Node B 20 W UE4 UE3 UE2 UE4 UE3 UE2 UE1 0 W UE1 L accès à UE 4 est refusé car il n y a pas assez de capacité en puissance. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-83 Protocoles Architecture générale Réseau UMTS séparé en 2 parties : Access Stratum (AS) = accès radio = UTRAN Gestion des ressources radio + des HO Non Access Stratum (NAS) = UMTS Core Network Établissement d appel : CC (circuit), SM (paquet) Mobilité en mode veille : MM (circuit), GMM (paquet) Iu : - accès technos (UTRAN, SRAN) - notion de RAB : description générique canal com. MM,CC,GMM,SM Non Access Stratum Protocoles Radio RRC RLC MAC Protocoles Radio Protocoles Iu RANAP Protocoles Iu Access Stratum Radio Uu Iu AS fournisseur d accès pour le NAS AS, sur demande du NAS, établit connexion et cx de transmission en fn type appel et attributs QoS négociés par MS au niveau du NAS. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-84

Protocoles Notion de RAB : Radio Access Bearer Au niveau NAS, RAB = seule vision (imprécise) qu a le CN du canal de com. RAB = QoS et service demandé pour la communication (négocié entre UE et CN) Au niveau AS, 2 parties : UTRAN ignore ce qui est transporté dans le RAB Le RAB représente un «format» de transport Ses attributs (négociés par MS dans le NAS) Taux d erreur Classe de service (A, B, C, D) Débits maximal et garanti Délais de transfert Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-85 Protocoles Application Application Vue générale piles protocolaires CM MM NON ACCESS STRATUM ACCESS STRATUM CM MM RRC RRC RANAP RANAP RLC MAC RLC MAC Transport Layer Transport Layer Plan usager Plan de contrôle physique physique transport transport Mobile Node-B RNC CN Iub Iu Uu Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-86

Protocoles Les sous-couches CM et MM sont transparentes à l UTRAN. Elles sont identiques à leurs homologues en GSM. CM : Connexion Management -CS- // SM : Session Management -PS- Équivalente à la couche réseau du RNIS entre un poste numérique et son central de rattachement Gère les procédures d appels (CC), messages courts (SMS), services supplémentaires (SS), (SM) session management Négocie avec le Core Network la QoS demandée par l abonné MM : Mobility Management -CS- //PMM : Paquet Mobility Management -PS- Permet à CM de faire abstraction de la mobilité et de la radio et de se ramener au cas d un réseau fixe Gestion des connexions MM ( paire de cuivre reliant MS à son central) Gère la mobilité (mises à jour de localisation ) Assure les fonctions de sécurité (authentification) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-87 Protocoles : interface radio Plan de contrôle Plan usager L3 = Network Layer RRC PDCP BMC L2 = Data Link Layer RLC Canaux logiques MAC Canaux de transport L1= Physique Layer PHY Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-88

Protocoles : interface radio RRC : Radio Ressource Control ~ RR GS Transporte la majorité des messages de signalisation entre le terminal et l UTRAN Transporte tous les paramètres nécessaires à établissement, modification et relâchement des protocoles de niveaux 1 et 2 Établissement, maintien et relâchement d une connexion RRC entre un terminal et l UTRAN Il n y a qu une seule connexion RRC entre le terminal et l UTRAN (même s il existe plus d une connexion de signalisation sur Iu => plusieurs contextes PDP) Ouverture de nouvelles connexions de signalisation Iu (ex : nouvelle demande de contexte PDP) Diffusion des info système du canal logique BCCH Paging Sélection de la 1ère cellule + re-sélection en mode veille Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-89 Protocoles : interface radio RRC : Radio Ressource Control Contrôle : des supports radio (canaux de transport et canaux physiques) Etablissement, reconfiguration, relâchement des supports radio, sur demande des couches hautes Allocation du format des canaux de transport (TFS) Contrôle des mesures effectuées par le terminal Gestion : des ressources radio (attribution de codes ) des fonctionnalités RRM (HO, PC, gestion de la charge, accès en mode paquet ) de la mobilité des usagers en mode connecté Procédure SRNS-Relocalisation Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-90

Protocoles : interface radio PDCP : Packet Data Convergence Protocol Uniquement dans le plan usager et pour les services du domaine paquet Compresser les entêtes de protocoles des paquets TCP / IP 40 % des paquets IP sont des paquets de contrôle, sans infos usage Ces paquets font 40 octets en IPv4 et 60 octets en IPv6. BMC : Broadcast / Multicast Control Protocol Prise en charge les services de diffusion sur l interface Radio (SMS Cell Broadcast) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-91 Protocoles : interface radio RLC : Radio Link Control utilisée à la fois pour infos utilisateur et contrôle, configurée par la couche RRC Fournit les services (= canaux logiques) Signaling Radio Bearer dans le plan de contrôle Radio Bearer dans le plan usager Segmentation / réassemblage : unité de paquet PDU (Paquet Data Unit) Avec stockage des PDU dans des buffers Assure la fiabilité de la transmission des infos sur l Interface Radio 3 modes possibles, choisis par la couche RRC : Transparent : aucun contrôle ni en-tête -> phonie Sans acquittement : segmentation / concaténation infos -> ex : Cell Broadcast, VoIP, sign. RRC Avec acquittement : contrôle flux + correction erreurs par retransmission -> ex : Web, e-mails Correction d erreurs en mode acquitté Chiffrement pour les modes avec et sans acquittement Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-92

Protocoles : interface radio MAC : Medium Access Control Correspondance canaux logiques / canaux de transport Sélection / modification du format de transport (TF) approprié à chaque canal de transport en fonction du débit instantané Multiplexage / démultiplexage des services (PDU de couche RLC) sur les canaux de transport Gestion : du volume de trafic Comparaison taille PDU de couche RLC (buffers) et volume données du canal de transport de priorité : entre les flux de données au niveau du terminal Entre plusieurs terminaux sur les canaux de transport FACH et DSCH Chiffrement pour le mode transparent Identification des terminaux sur les canaux de transport communs RACH, FACH, CPCH Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-93 Protocoles : interface radio Notion de Transport Format TB = Transport Block = unité de base d échange entre MAC et la couche physique sur le même canal de transport (de la même manière que blocks d infos sur RLC = PDU) TB Size = # de bits dans le TB TBS = Transport Block Set lot de TB transportés entre MAC et la couche physique sur le même canal de transport TBS Size = # de bits dans le TBS TTI = Tansmission Time Interval = intervalle entre 2 TB (10, 20, 40 ou 80 ms) Notion de Transport Format Set Jeu de TF associé à un canal de transport RRC alloue un TFS à chaque canal de transport utilisé lors de la connexion RRC MAC choisit un TF parmi le TFS, et peut changer de TF à chaque TTI débit variable Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-94

Canaux logiques et physiques Au niveau du réseau d accès UTRA, les données générées par les couches hautes sont transmises sur l interface air par des canaux de transport qui s appuient sur différents canaux physiques. = uplink Canal de transport dédié : = downlink Il n existe qu un seul canal de transport dédié, il est noté DCH (Dedicated Channel). Il véhicule les données destinées à un utilisateur donné correspondant au service utilisé, aux informations de contrôle (commande de HO, remontées de mesures ) issues des couches hautes. Canaux de transport commun : 6 types définis pour l UTRA, avec peu de différence avec ceux de la 2 ème génération. Canal BCH : Broadcast Channel Transmission des informations spécifiques au réseau d accès (slots d accès) ou à une cellule. L UE ne peut pas s inscrire dans une cellule s il ne peut pas décoder ce canal. La puissance de ce canal est généralement élevée afin d être captée par l ensemble des utilisateurs de la cellules. Le débit du canal BCH est faible du fait qu il est limité par la capacité des terminaux à décoder le signal. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-95 Canaux logiques et physiques Canaux de transport commun : Canal FACH : Forward Access Channel Canal de transport sens descendant qui véhicule des informations de contrôle aux terminaux localisés dans une cellule donnée. Il peut y avoir plusieurs canal FACH par cellule, dont un avec un débit relativement faible pour qu il puisse être reçu par l ensemble des utilisateurs de la cellule. Il est possible de transmettre des données par paquet sur ce canal. Canal PCH : Paging Channel Canal de transport sens descendant qui véhicule les informations nécessaires à la procédure de paging lorsque le réseau souhaite initier une communication avec le terminal. Canal RACH : Random Access Channel Canal de transport sens montant qui véhicule les informations de contrôle provenant du terminal, telles que les demandes d établissement de connexion. Pour un fonctionnement correct, le canal RACH doit être reçu par la station de base quelque soit la position du mobile dans la cellule. Canal CPCH : Common Packet Channel Canal d'extension du canal RACH qui permet la transmission des données utilisateurs par paquet dans le sens montant. Le canal correspondant dans le sens descendant est le FACH. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-96

Canaux logiques et physiques Canaux de transport commun : Canal DSCH : Downlink Shared Channel Canal de transport sens descendant qui véhicule des informations utilisateurs ou de contrôle dédiées. Il peut être partagé par plusieurs utilisateurs. Il est donc similaire au canal FACH mais du fait qu il utilise le contrôle de puissance, son débit peut varier d une trame à l autre. Du fait qu il puisse ne pas être reçu dans toute la cellule, il est toujours associé à un canal DCH du sens descendant. Les canaux RACH, FACH et PCH sont les 3 canaux communs de transport nécessaires au bon fonctionnement du système. L utilisation des canaux DSCH et CPCH reste «optionnelle». RLC (Radio Link Control) Logical Channels MAC (Medium Access Control) Transport Channels Transport sublayer Physical Channels PHY (PHYsical Layer) Physical sublayer Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-97 Canaux logiques et physiques Les différents canaux de transport s appuient sur différents canaux physiques : Transport Channels BCH Physical Channels Primary Common Control Physical Channel(PCCPCH) FACH PCH RACH DCH DSCH CPCH Secondary Common Control Physical Channel (SCCPCH) Physical Random Access Channel (PRACH) Dedicated Physical Data Channel (DPDCH) Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) Physical Common Packet Channel (PCPCH) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-98

Canaux logiques et physiques canaux logiques SCH CPICH BCH FACH PCH DCH DSCH canaux physiques CCPCH Primaire Secondaire DPDCH DPCCH PRACH DPDCH DPCCH canaux logiques RACH DCH Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-99 Canaux logiques et physiques Canal P-CCPCH : Primary Common Control Physical Channel utilisé pour porter le BCH contenant les informations système. débit fixé à 30 kbit/s, SF 256. Canal S-CCPCH : Secondary Common Control Physical Channel utilisé pour porter le FACH et le PCH. Débit variable pour différents S-CCPCH d une même cellule et d une cellule à l autre. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-100

Canaux logiques et physiques Il existe également des canaux physiques qui ne véhiculent que des informations propres aux procédures de la couche physique et qui sont transmis par chaque station de base : Canal SCH : Synchronisation Channel utilisé dans la procédure de sélection de cellule. Il y a un SCH primaire (P-SCH) et un SCH secondaire (S-SCH). Canal CPICH : Common Pilot Channel utilisé pour permettre au mobile de recevoir une bonne communication avec le réseau. Contient le scrambling code de la cellule c est la référence de phase ; débit fixé à 30 kbit/s, SF 256. Canal AICH : Acquisition Indication Channel utilisé pour informer que le réseau a bien reçu sa demande d accès. Canal PICH : Page Indication Channel utilisé pour informer le mobile qu une information de paging est disponible pour lui sur le S- CCPCH ; débit fixe 30 kbit/s ; SF 256 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-101 Canaux logiques et physiques Canaux physiques sens montant : PRACH : Physical Random Access Channel PCPCH : Physical Common Packet Channel Canaux communs DPDCH : Dedicated Physical Data Channel DPCCH : Dedicated Physical Control Channel Canaux dédiés DPDCH : débit variable, utilisé pour transporter les informations de couches hautes et les données utilisateurs. DPCCH : débit constant, utilisé pour transporter la signalisation nécessaire au contrôle de la couche physique. Ces deux canaux dédiés sont essentiels au support de débits variables au niveau de la couche physique. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-102

Canaux logiques et physiques Canaux dédiés Uplink (DCH) : DPDCH Data N data bits DPCCH Pilot N pilot bits TFCI N TFCI bits FBI N FBI bits TPC N TPC bits T slot = 2560 chips, 10*2 k bits (k=0..6) = 666 μs (577 en GSM) Slot #1 Slot #2 Slot #i Slot #15 T f = 10 ms Frame #1 Frame #2 Frame #i Frame #72 T super = 720 ms Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-103 Canaux logiques et physiques Canaux dédiés Uplink (DCH) : 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-104

Canaux logiques et physiques Modulation et étalement Uplink : Channelization codes (OVSF) c D cos(ωt) DPDCH I c scramb Real p(t) c C I+jQ sin(ωt) DPCCH Q j Imag p(t) Etalement Modulation (BPSK) C c, C d : codes de canalisation OVSF C c : SF = 256 ; 1 seul DPCCH C d : SF = 4 256 ; jusqu à 6 DPDCH C scrambl : code de brouillage spécifique au mobile Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-105 Canaux logiques et physiques Modulation et étalement Uplink : Channelization codes (OVSF) DPDCH gains C ch,d1 G 1 DPDCH 1 (BPSK) DPDCH 3 (BPSK) DPDCH N-1 (BPSK) C ch,d3 C ch,dn-1... G 3 G N-1 Σ I+jQ C scramb 1 code de scrambling par mobile choisi parmi 224. 1 code OVSF par canal de trafic (DPDCH). Allocation des codes contrôlée par le RNC. Longueur du code OVSF dépend du débit DPDCH. DPDCH 2 (BPSK) C ch,d2 G 2 Tous les codes OVSF d un même mobile sont orthogonaux entre eux. DPDCH 4 (BPSK) C ch,d4 G 4 Le nombre de codes OVSF n est pas limitant.... Σ *j C ch,dn G N DPDCH N (BPSK) DPCCH (BPSK) C ch,c Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-106

Canaux logiques et physiques Canaux physiques sens descendant : SCH : Synchronisation Channel CPICH : Common Pilot Channel P-CCPCH : Primary Common Control Physical Channel S-CCPCH : Secondary Common Control Physical Channel PDSCH : Physical Downlink Shared Channel PICH : Page Indicator Channel AICH : Acquisition indication Channel Canaux communs DPCH : Downlink Dedicated Physical Channel Canaux dédiés Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-107 Canaux logiques et physiques Canaux dédiés Downlink (DCH) : il peut être vu comme un DPDCH descendant multiplexé temporellement avec un DPCCH descendant. DPCCH DPDCH DPCCH DPCCH TFCI N TFCI bits Data1 N data1 bits TPC N TPC bits T slot = 2560 chips, 10*2 k bits (k=0..7) DPDCH Data2 N data2 bits Pilot N pilot bits Slot #1 Slot #2 Slot #i Slot #15 T f = 10 ms Frame #1 Frame #2 Frame #i Frame #72 T super = 720 ms Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-108

Canaux logiques et physiques Modulation et étalement Downlink : SF = 4 512 (contre 256 en UL) Plusieurs DPCH peuvent être transmis en parallèle, mais tous auront le même SF cos(ωt) I p(t) DPDCH/DPCCH S P c ch c scramb sin(ωt) Q p(t) c ch: channelization code Etalement c scramb: scrambling code p(t): pulse-shaping filter (root raised cosine, roll-off 0.22) Modulation (QPSK) C ch code de canalisation OVSF Les codes utilisés pour le canal pilote et le canal de diffusion BCH sont les mêmes pour toutes les cellules. Les codes utilisés pour le paging sont indiqués dans le BCH. C scrambl : code de brouillage de la cellule Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-109 Canaux logiques et physiques Modulation et étalement Downlink : DPDCH 1 /DPCCH DPDCH 2.... DPDCH N S/P S/P S/P C ch,1 C ch,2 C ch,n...... Σ Σ I Q *j I+jQ C scramb 1 code de scrambling par BTS choisi parmi 512 (à planifier). Décodé par le mobile lors de la procédure de sélection de la cellule. Plusieurs codes de brouillage peuvent être utilisés par cellule : Codage Primaire : CPICH (pilote), P-CCPCH ; les autres canaux descendants utilise des code de brouillage primaire ou secondaire. 1 code OVSF par canal de trafic (DPDCH). Longueur du code OVSF dépend du débit DPDCH. Tous les codes OVSF d une même cellule sont orthogonaux entre eux. Le nombre de codes OVSF peut devenir limitant. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-110

Canaux logiques et physiques Débits utiles et transmis : Débits UpLink DownLink Utile (kbit/s) DPDCH (kbit/s) DCH (ksymbol/s) Spreading Factor Voix 12.2 60 60 64 DCH 64 64 240 240 16 DCH 128 128 480 480 8 DCH 384 384 960 960 4 Voix 12.2 42 30 128 DCH 64 64 210 120 32 DCH 128 128 432 240 16 DCH 384 384 912 480 8 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-111 Récepteur RAKE Récepteur RAKE : prise en compte des multi-trajets du signal ; gain de micro-diversité Les multitrajets (réflexions, diffusion, diffractions ) du signal radio provoquent des différences d amplitude, de phase ou d angle : retards. Si ce retard est supérieur à la période chip (0.26 μs), les signaux des trajets multiples sont alors équivalent à des signaux interféreurs. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-112

Fonctionnalités s RRM Etats du mobile : Mobile non inscrit (detached) Désinscription Inscription Désinscription Mobile non connecté (mode IDLE) Libération de la connexion Etablissement de la connexion Mobile connecté Etats du mobile : idem GSM Mobility Management en circuit, Packet Mobility Management en paquet. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-113 Fonctionnalités s RRM Sélection du PLMN : 2 modes Mode manuel : Le MS affiche une liste de PLMN (Public Land Mobile Network) disponibles (carte USIM),et tente de s inscrire sur celui que l usager aura choisi. Mode automatique : Le mobile tente de s inscrire à un des PLMNs suivants : (1) Son HPLMN (2) Chacun des PLMN classés dans la carte SIM par type de techno. d accès (GSM ou UMTS). Dans le cas ou MS ne comporte que le mode paquet, il met la priorité aux PLMN UMTS. (3) Un autre PLMN choisi aléatoirement parmi une liste de PLMN de bonne qualité. (4) Les PLMNs restant classés par ordre de qualité. La norme prévoit de pouvoir utiliser 2 PLMN ID différents (1 pour le GSM / 1 pour l UMTS), ou 1 seul PLMN ID GSM / UMTS. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-114

Fonctionnalités s RRM Sélection de cellule : recherche de la cellule initiale Déterminer le «scrambling code» diffusé par le canal pilote CPICH grâce aux canaux de synchronisation P-SCH et S-SCH. En 3 phases : 1. La synchronisation slot : Grâce au code Cp. 2. La synchronisation trame : Grâce au code (Cs,1 Cs,15). 3. La récupération du code primaire. Le mobile peut alors décoder le P-CCPCH (équivalent BCCH GSM), qui contient des informations systèmes (PLMN Identity, etc.), cellule courante, techno.des voisines. Synchro. slot P-SCH Cp Tslot=2560 chips Cp... Cp Synchro. Trame + groupe de scrambling S-SCH 256 chips Cs,1 Cs,2... Cs,15 Le scrambling code CPICH Slot 1 Slot 2... Slot 15 1 trame = 10 ms Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-115 Fonctionnalités s RRM Sélection de cellule : Squal > 0 et Srxlev > 0 Critère S Squal = Qqualmeas - Qqualmin Équiv. Critère C1 GSM Srxlev = Qrxlevmeas Qrxlevmin Pcompensation Squal et Srxlev Qqualmin et Qrxlevmin Critères de qualité et de niveau de la cellule. Qualité et Niveau min requis de la cellule (db) Qqualmeas Qrxlevmeas Mesure du E c /N 0 du CPICH (db). Niveau du CPICH mesuré en FDD ou du RXLEV en GSM (dbm). Pcompensation UE_TXPWR_MAX_RACH P_MAX Max(UE_TXPWR_MAX_RACH - P_MAX,0) (db). Puissance max que peut émettre le mobile sur le RACH (dbm). Puissance max d émission du mobile (dbm) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-116

Fonctionnalités s RRM Re sélection de cellule : Après sélection, MS cherche la meilleure cellule parmi les voisines. Mode hiérarchique (critère H) : l opérateur décide de privilégier certaines cellules par rapport à d autres (ex : GSM/UMTS) Mode non hiérarchique (critère R) : aucune cellule n est privilégiée HCS : Hierarchical Cell Structure Non Mode hiérarchique utilisé Toutes les Cellules environnantes (non priorisées) Oui satisfaisant au critère S Oui Critère H Liste HCS vide Cellules environnantes de priorité max Liste de cellules Prioritaires satisfaisant critère H Non (Liste HCS) Critère R (Resélection) Critère R (Resélection) Critère R (Resélection) Cellule environnante resélectionnée Cellule environnante resélectionnée Cellule de la liste HCS resélectionnée Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-117 Fonctionnalités s RRM Re sélection de cellule : Mode hiérarchique : critère H MS repère les cellules environnantes (contenues dans balise P-CCPCH de cell. courante) Il affecte les priorités transmises par l opérateur Calcule le critère H de la cell. courante et des cellules voisines priorisées Cell. de prio. max. dont le critère H > 0 sont stockés dans la liste HCS : MS appliquera critère R sur cette liste cellule courante : cellule voisine : Hs = Q meas_lev,s Qhcs s Hn = Q meas_lev,n Qhcs n TOn Q meas_lev : mesure de qualité (E c / N 0 ) Qhcs : seuils de qualité fixés par le réseau pour privilégier des cellules par rapport à d autres TOn : composante temporelle ; équiv. en GSM du Temporary Offset * f(penalty_time - t) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-118

Fonctionnalités s RRM Re sélection de cellule : Rs = Q map,s + Qhyst s Rn = Q map,n Qoffset s,n TOn * ( 1 Ln ) pour la cellule courante pour la cellule voisine Ln=0 Ln=1 Sinon Critère R Si critère H pas appliqué Si la cellule courante et la voisine ont la même priorité La cellule ayant le plus grand R sera choisie : Qhyst s permet de privilégier la cellule courante par rapport à la voisine. Qoffset s,n permet de privilégier une voisine par rapport aux autres (équiv. CRO en GSM). TOn permet d appliquer TEMP_OFFSET pendant PENALTY_TIME seconde (ex : permet d éviter qu un mobile rapide resélectionne une micro cellule) : TOn = Temporary_Offset * f ( Penalty_Time - Tn), avec f (t) = 1 si t > 0 et f (t) = 0 sinon TOn Temporary_Offset Penalty_Time Tn Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-119 Fonctionnalités s RRM Re sélection de cellule : Critère R Qmap Qmap Cellule GSM Cellule FDD IE=Ec/N0 IE=RSCP f (RXLEV) Ec/N0 F(RSCP) Mesures GSM ou UTRAN Qmap dépend de la techno de la cellule voisine : Si la voisine est FDD, Qmap prend : - soit la valeur de qualité E b / N 0 mesurée sur le canal CPICH, - soit la valeur du niveau de champ de CPICH (appelé RSCP) Le choix de l une de ces valeur est imposé par un flag du P-CCPCH de la voisine concernée. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-120

Fonctionnalités s RRM Mise à jour de localisation : Réseau découpé en zones de localisation : principe similaire au GSM / GPRS Les zones de localisation circuit LA gérées par un VLR Les zones de routage paquet RA gérées par un SGSN. Une RA est incluse dans une LA Mise à jour de localisation déclenchée Changement de LA Mise à jour périodique (expiration d un timer) VLR 1 SGSN 1 RA1 LA 1 RA1 RA1 RA1 RA1 LA 2 VLR 2 SGSN 2 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-121 Fonctionnalités s RRM Contrôle de puissance : effet proche-lointain (near far) Les mobiles proches créent beaucoup d interférences pour les mobiles éloignés de la station de base. Le contrôle de puissance est donc nécessaire et est mis en œuvre au niveau de l UE, de la Node B et du RNC. C est un ensemble important de fonctionnalités de l accès radio UMTS. En uplink, tous les mobiles doivent être reçus avec la même puissance moyenne. En downlink, il faut minimiser les interférences pour les autres cellules et ainsi maximiser la capacité. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-122

Fonctionnalités s RRM Contrôle de puissance : classes de puissance du mobile UE Power Class Max. Output Power 1 + 33 dbm 2 + 27 dbm 3 + 24 dbm 4 + 21 dbm Les mobiles de classes 3 & 4 seront disponibles dès le départ. Les mobiles de classes 1 & 2 arriveront avec les applications à haut débit. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-123 Fonctionnalités s RRM Contrôle de puissance : Open Loop Power Control Canal d accès (le mobile n est pas connecté) RNC Outer Loop Power Control (Qualité de la communication) Inner Loop Power Control (Qualité de la transmission radio) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-124

Fonctionnalités s RRM Contrôle de puissance : Par pas de 1 ou 2 db ; puissance mobile Max 33 dbm (classe 1) et Min - 44 dbm puissance Node B 43 dbm Open Loop Power Control : minimise l interférence d accès Uplink En UL, la puissance d émission du RACH est calculé d après une estimation du Path Loss Outer Loop Power Control : qualité de la communication En UL, le RNC contrôle l adéquation E b /N 0 cible / BER. En DL, l UE réalise la même chose. L E b /N 0 cible varie avec le débit, la vitesse, l environnement, la technique de diversité Inner Loop Power Control : qualité de la transmission radio En UL et DL, un ordre de contrôle de puissance tous les slots, soit toutes les 666.7 μs (10/15 ms) : 1500 fois par secondes!!! Efficace pour des vitesses inférieures à 50km/h pour contrer les effets du fading rapide (Rayleigh) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-125 Fonctionnalités s RRM Les différents types de Handover : Soft, Softer et Hard Handover Soft et Softer Handover : «Make before Break» Liaison simultanée d un mobile avec 2 ou 3 cellules de même fréquence. Une liaison de mauvaise qualité peut se transformer en plusieurs liaisons de bonne qualité. On constate alors une réduction des interférences, et un gain sur le bilan de liaison de 3 db. Cependant la contrepartie est une consommation plus importante de la ressource Radio. Dans le cas du Softer Handover, lle mobile communique simultanément avec plusieurs cellules d un même Node-B. Dans le sens Uplink, les signaux distincts sont combinés au niveau du récepteur de Rake du Node-B Hard Handover : «Break before Make» Il y a déconnexion du lien radio avant de se connecter à une cellule voisine avec une fréquence différente (en 3G, de 2G / 3G, changement de mode TDD/FDD) C est par conséquent un Handover similaire à celui du GSM. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-126

Fonctionnalités s RRM Les différents types de Handover : Soft, Softer et Hard Handover RNC Softer Handover f2 f1 Soft Handover Hard Handover Softer HO : le Node B fait la recombinaison des liens radio Soft HO : le RNC fait la sélection du meilleur signal Hard HO : changement de canal Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-127 Fonctionnalités s RRM Soft Handover Softer Handover Hard Handover Inter RNC Intra Node B Core Network Core Network Core Network SRNC GSM / GPRS BSS SRNC DRNC SRNC UE Node B Node B Core Network SRNC GSM / GPRS BSS UE UE UE Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-128

Fonctionnalités s RRM Le Soft HO : SHO ; gain de macro-diversité Le mobile est écouté par plusieurs cellules en même temps Amélioration de la qualité : diversité des chemins radio Diminution des interférences : diminution des puissances requises en UL & DL gain de capacité Pour chaque lien radio DL, il faut allouer un code OVSF Le SHO diminue la capacité DL : disponibilité de code OVSF diminution de la puissance disponible Le SHO est incontournable en CDMA, mais il doit être maîtrisé. Il faut optimiser les zones de SHO en maintenant un taux raisonnable de l ordre de 30%. Le SHO est dimensionnant en couverture et en capacité. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-129 Fonctionnalités s RRM Gain de macro diversité Data DL1 Data DL2 Data DL Data UL1 Data UL2 Data UL SRNC Data DL1 Data UL Data UL1 UE Data UL Data UL Data DL2 Node B Data DL1 Data DL2 Data DL2 Data UL2 Data DL Data UL Core Network Node B Data UL2 DRNC Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-130

Fonctionnalités s RRM Algorithme de Handover WCDMA : 3 types d actions : Addition d un lien radio Suppression d un lien radio Remplacement d un lien radio : suppression et addition Paramètres associés : Active set : les cellules de cette liste sont celles qui sont impliquées dans une situation de SHO, c est à dire que toutes ces cellules supportent une ou plusieurs connexions avec un même mobile. Neighbour set : les cellules de cette liste sont celles que le mobile mesure constamment mais pour lesquelles la valeur du E b /N 0 n est pas suffisamment importante pour être ajoutées à la liste active set. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-131 Fonctionnalités s RRM Paramètres : Reporting_range : seuil de SHO Hysteresisevent1A : hysteresis d ajout d une cellule Hysteresisevent1B : hysteresis de suppression d une cellule Hysteresisevent1C : hysteresis de remplacement d une cellule ΔT : période de temps avant de déclencher toute action Best_Pilot_E c /I 0 : plus forte cellule mesurée dans la liste active set Worst_Old_Pilot_ E c /I 0 : plus faible cellule mesurée dans la liste active set Best_candidate_Pilot_ E c /I 0 : plus forte cellule mesurée dans la liste neighbour set Pilot_ E c /I 0 : valeur de E c /I 0 mesurée et traitée d une cellule donnée Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-132

Fonctionnalités s RRM Serving RNC -25-15 -10 0 Measurement Report Traffic DPDCH + DPCCH E c /I o (db) Pilot CPICH Pilot CPICH Pilot CPICH E c Energy of desired pilot alone Pilot CPICH I o Total energy received Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-133 Fonctionnalités s RRM Si Pilot_E c /I 0 > Best_Pilot_E c /I 0 - Reporting_range + Hysteresisevent1A pour une période de temps ΔT, la cellule est ajoutée dans la liste active set (Radio Link Addition) Si la liste active set est pleine et que Best_candidate_Pilot_ E c /I 0 > Worst_Old_Pilot_ E c /I 0 + Hysteresisevent1C pour une période de temps ΔT, la plus faible cellule de la liste active set est remplacée par la plus forte cellule candidate de la liste neighbour set (Combined Radio Link and Removal). Si Pilot_E c /I 0 < Best_Pilot_E c /I 0 - Reporting_range - Hysteresisevent1B pour une période de temps ΔT, la cellule est supprimée de la liste active set (Radio Link Removal) Algorithme de Handover WCDMA Active set max size = 2 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-134

Fonctionnalités s RRM Contrôle de charge : Charge cellule sur l interface Air augmente QoS connexions en cours plus assurée Couverture diminue en dessous de celle planifiée Notion de soft capacity Pour toute nouvelle connexion (y compris soft HO), le RNC vérifie qu elle ne va pas diminuer la couverture Estimation de l augmentation de charge que provoquerait cette nouvelle Niveau connexion, d interférences indépendamment en UL et en DL. La nouvelle connexion est admise si UL et DL sont ok. I threshold Exemple d estimation de la charge : stratégie basée sur la puissance En UL : calcul du niveau d interférence total résultant : ΔI nelle connexion rejetée si I total old + ΔI > I threshold En DL : calcul de la puissance d émission totale résultante : nelle connexion rejetée si P total old + ΔP total > P threshold I total old + ΔI I total old Charge n UL ΔL Exemple d estimation de la charge : stratégie basée sur le débit nelle connexion rejetée si n UL old + ΔL > n UL threshold et n DL old + ΔL > n DL threshold Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-135 Sommaire Introduction L interface radio Dimensionnement Les évolutions du réseau d accès Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-136

Dimensionnement : sommaire Introduction Bilan de liaison Modélisation de la capacité Modélisation du trafic Dimensionnement UTRAN Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-137 Introduction Difficultés Marketing : multiplicité de service Pas de retour d expérience suffisant sur le comportement des abonnées en DATA (WAP et GPRS). Classification des services en fonction de la qualité de service : Conversationnal Contraintes temporelles Streaming Interactive Background 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 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-138

Introduction Difficultés Géo-Marketing : zone géographique et trafic associé Identification difficile des zones à couvrir (urbain dense, urbain, surb-urbain, rural, axes de transport) Type de couverture (indoor, incar, outdoor) Mobilité des clients Evolution du taux de pénétration (taux de pénétration, prévisions et marché) Type de service et trafic correspondant par abonné (profil d abonné) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-139 Introduction Processus de Dimensionnement : Données GéoMarketing couverture/environnement Demande de trafic dans la cellule Modélisation de la capacité WCDMA Bilan de liaison Modélisation de la demande Bande passante offerte par porteuse Couverture Node B Bande passante requise Offre / Demande Nbre de porteuse requise Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-140

Bilan de liaison Intérêt du bilan de liaison : 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. Uplink Node B Downlink UE Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-141 Bilan de liaison 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 ; E b / N 0 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! Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-142

Bilan de liaison Hypothèses : 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 : BER : Bit Error Rate & BLER : Block Error Rate Service Voix Circuit 64 Paquet 144 Paquet 384 BER 10-3 10-6 BLER 10-2 10-2 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-143 Bilan de liaison 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-144

Bilan de liaison Sensibilité récepteur : Sensibilité (dbm) = 10*log(kTB) + N F + E b /N o -(Processing Gain) où : 10*log(kT) = -174 dbm / Hz B = bande d étalement = 3840 MHz 10*log (ktb) = Bruit thermique = -174 +10*log(3.84*10 6 ) = -108.2 dbm N F = facteur de bruit du récepteur en db E b /N o = dépend du service et du canal de propagation Processing Gain = 10*log(débit chip / débit source) en db Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-145 Bilan de liaison Sensibilité NodeB : Si le débit binaire augmente, la sensibilité diminue donc la portée de la cellule va dépendre du type de service : compromis couverture / type de service & nbre de Node B Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-146

Bilan de liaison Sensibilité récepteur : Facteur de bruit des récepteurs : 5 db pour le Node B et 9 db pour l UE Valeur cible Eb/N 0 : L ETSI spécifie à ce jour que les sensibilités doivent vérifier : Node B : -121 dbm pour un service voix 12.2 kbit/s et un BER<10-3 UE : -117 dbm pour un service voix 12.2 kbit/s et un BER<10-3 Dans l état actuel des connaissances, nous fixerons les hypothèses suivants pour E b /N 0 : Environnement Sens Voix Circuit 64 Paquet 144 Paquet 384 Urbain dense UL 3.3 2.2-0.7-0.8 DL 6.1 4.1 4.2 3.2 Rural UL 6.1 3.8 1.3 1 DL 7.9 6.3 5.9 4.9 Valeurs de Eb/No (db) avec diversité UL et sans diversité DL Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-147 Bilan de liaison En environnement rural : Service Voix Circuit 64 Paquet 144 Paquet 384 Sensibilité UL en dbm -122.1-117.2-116.2-112.2 Sensibilité DL en dbm -116.3-110.7-107.6-104.3 La sensibilité du récepteur dépend donc du type de service (inversement proportionnelle au débit) et de l environnement (proportionnelle à la densité de bâti). Ces différences sont liées aux comportements différents des multitrajets selon l environnement : différence d amplitude entre l onde principale et les ondes issues du multitrajet est plus importante en milieu rural qu en milieu urbain. Les délais temporels entre les ondes sont plus longs en milieu rural Ces phénomènes facilitent donc plus la recombinaison des ondes en milieu urbain et permettent une amélioration de la sensibilité. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-148

Bilan de liaison Puissance UE et Node B : Le 3GPP prévoit 4 classes de mobiles : UE Power Class Max. Output Power 1 + 33 dbm 2 + 27 dbm 3 + 24 dbm 4 + 21 dbm Le 3GPP et les constructeurs prévoient une puissance des PA de 20W (43 dbm) : 10% de la puissance totale sera allouée à la synchronisation, 5 % de la puissance totale sera allouée au paging. 85% de la puissance est donc alloué au trafic, et la puissance allouée à un canal de trafic ne peut excéder 50%. La puissance allouée par le Node B à un UE est donc 50% de 85% de la puissance totale, soit 17 W à partager entre les différents utilisateurs. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-149 Bilan de liaison Limites de couverture en Downlink : amplificateur de puissance du Node B 20 W UE4 UE3 UE2 UE4 UE3 UE2 UE1 0 W UE1 L accès à UE 4 est refusé car il n y a pas assez de capacité en puissance. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-150

Bilan de liaison Calcul du rayon de la cellule : Path Loss (UL)=PIRE_UE - Sensibilité_NodeB + Marges Du Path Loss, on en déduira grâce à un outil de prédiction de couverture (propagation adaptée à l environnement), le rayon de la cellule et plus généralement la distance inter-site. 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-151 Bilan de liaison Comparaison des tailles de cellules UMTS par rapport au GSM 1800 GSM 1800 - Voix - 1 W référence UMTS - Voix - 125 mw +6 db UMTS - Circuit 64 kbit/s - 125 mw +3 db UMTS - Paquet 144 kbit/s - 125 mw +1.0 db UMTS - Paquet 384 kbit/s - 250 mw +2 db Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-152

Bilan de liaison Marges d ingénierie : 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 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-153 Bilan de liaison Marges d ingénierie : 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 E b /N o. En downlink, le mobile qui est physiquement sur plusieurs liens recombine les signaux. Cela engendre un gain sur l E b /N o d environ 1,5 db pour le mode circuit et 0 db pour le mode paquet. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-154

Bilan de liaison Marges d ingénierie : 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-155 Bilan de liaison Marges d ingénierie : Interférence due à la charge : limite couverture uplink ; respiration cellulaire (Cell Breathing) Trafic augmente Interférences augmentent Taille de la cellule diminue pour atteindre le E b /N o cible Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-156

Bilan de liaison Marges d ingénierie : Interférence due à la charge : 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 : Marge_Interférence(dB) = 10* Log10(1 charge) 100% Charge de la cellule 80% 60% 40% 20% 0% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Marge d'interférence Charge de la cellule (%) 25% 50% 75% 90% Marge d interférence (db) 1.25 3 6 10 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-157 Bilan de liaison Interférence due à la charge : 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. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-158

Bilan de liaison Exemple de marge totale pour les différents services en environnement urbain dense : Margin DL Margin UL Services Voix Circuit 64 Paquet 144 Paquet 384 Services Voix Circuit 64 Paquet 144 Paquet 384 Shadowing (db) : 0.5 0.5 0.5 0.5 Shadowing (db) : 5.0 5.0 5.0 5.0 Body Loss (db) : 4.0 4.0 4.0 4.0 Body Loss (db) : 4.0 4.0 4.0 4.0 Interference margin Interference margin 0.0 0.0 0.0 0.0 (db) : (db) : 3.0 3.0 3.0 3.0 Penetration Factor Penetration Factor 20.0 20.0 20.0 20.0 (db) : (db) : 20.0 20.0 20.0 20.0 Handoff Gain (db) : 1.5 1.5 0.0 0.0 Handoff Gain (db) : 0.0 0.0 0.0 0.0 Total Margin DL Total Margin UL 23 23 24.5 24.5 (db) : (db) : 32 32 32 32 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-159 Bilan de liaison Exemple : synthèse du bilan de liaison UMTS en urbain dense en fonction des différents types de services. Service UMTS Voix Circuit 64 Paquet 144 Paquet 384 Tx Base BS Peak Power (W) for all user : BS Peak Power (dbm) for all user : Cable Loss (db) : Antenna Gain (dbi) : BS Peak EIRP for all user (dbmi): Rx Mobile Eb/No (db) : Rc (kbps) : MS Noise Figure (db) : Source Bit Rate (kbps) : Processing Gain (db) : MS Sensitivity (dbm) : Tx Mobile MS Peak Power (W) : MS Peak Power (dbm) : Connector Loss (db) : Antenna Gain (dbi) : MS Peak EIRP (dbmi) : Rx Base Eb/No (db) : Rc (kbps) : BS Noise Figure (db) : Source Bit Rate (kbps) : Processing Gain (db) : BS Sensitivity (dbm) : Cable Loss (db) : Antenna Gain (dbi) : BS Net Sensitivity (dbm) : Path Loss DownLink Path Loss Max (db) : DownLink Margin (db) : DL PL (db) = DL PL Max DL Margin : UpLink Path Loss Max (db) : UpLink Margin (db) : UL PL (db) = UL PL Max UL Margin : Minimum Path Loss (db) : Delta UL/DL (db) : Maximum Coverage range (m) : PL = 24+38.6*Log10(d) Exemple de carte multi-services Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-160

Modélisation de la capacité Objectif : estimer la limite de capacité du système WCDMA liée aux interférences afin de la comparer avec la bande passante nécessaire pour écouler le type de service demandé. 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 (intra et intercellulaire) donc du niveau de qualité. La capacité est liée à une gestion précise du contrôle de puissance. Les capacités Uplink et Downlink sont différentes. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-161 Modélisation de la capacité Sources d interférence Uplink : intracellulaire et intercellulaire Au niveau de la station de base, l interférence est liée à l orthogonalité imparfaite des codes de brouillage. Il y a un code de brouillage par mobile. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-162

Modélisation de la capacité Sources d interférence Downlink : intracellulaire et intercellulaire Interférence intracellulaire : Réception multi-trajet (codes de canalisation). Interférence intercellulaire : Orthogonalité imparfaite des codes de brouillage. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-163 Modélisation de la capacité Interférence Uplink dûe aux UE intracellulaire : Puissance reçue R b (E b /N 0 ) cible Interférence intracellulaire Signal utile avant désétalement... UE4 UE3 UE2 UE1 Processing gain Gp=W/Rb W Fréquence Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-164

Modélisation de la capacité Capacité pôle Uplink : N pôle = 1 + ( E b PG N 0 )* * F) N pôle : nombre maximum d utilisateur PG : Processing Gain E b /N 0 : valeur pour obtenir une qualité de acceptable de communication v : facteur d activité du canal (0.6 pour de la voix, 1 pour les autres services) F : facteur de réutilisation fréquentiel = (Interf intercellulaire +Interf intracellulaire ) / Interf intracellulaire Ex : voix (12.2 kbit/s) v = 0.6 ; E b /N 0 = 3.3 db = 2.14 F = 1.6 N pôle ( 3840 12.2) = 1 + = 154 2.14*0.6*1.6 En fait on pondère par la charge max. de la cellule : Capacité Uplink = Pôle capacity * charge (50%) Bande passante = N pôle * R b * v Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-165 Modélisation de la capacité Débit Chip / débit bit 3.84 Mcps Processing Gain Type de service / débit : Voix Paquet Circuit Profil Trafic Facteur d activité du canal Modèle de capacité QoS Indicator Eb/No cible Npole Environnement : Indoor Outdoor Incar Interférences Inter / Intra BWpole x Rb x v Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-166

Modélisation de la capacité Un mode de compromis : Capacité / Couverture / Débits A qualité constante : E b W R = N0 ( N 1)* V * F Charge Débit Puissance Rayon & Sensibilité : Compromis Couverture / Capacité Puissance Rayon & Sensibilité : Compromis Couverture / Débit A couverture constante : Charge et/ou Débit Puissance Interférences & Qualité : Compromis Capacité / Débit / Qualité Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-167 Modélisation de la capacité Capacité de la cellule pour un mix de trafic : Si la charge maximale de la cellule est 50%, il faut quantifier la répartition des différents services et déterminer la bande passante globale : W tot 50% % voix % circuit64 % paquet144 % paquet384 + + + +... Wpole _ voix Wpole _ circuit64 Wpole _ paquet144 Wpole _ 384 Si capacité offerte W tot alors le dimensionnement est convenable. Si capacité offerte < W tot alors il faut ajouter une nouvelle porteuse, sinon il faut ajouter de nouvelles NodeB. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-168

Modélisation de la capacité Capacité en Downlink : En downlink, la puissance est une ressource à partager. Différents débits nécessitent différentes puissances. La capacité Downlink est fonction : de la couverture du type de service, du mixte de service, de la distribution géographique des utilisateurs. En downlink, la capacité est aussi limité par l arbre de code OVSF. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-169 Modélisation de la capacité Capacité en Downlink : distribution des utilisateurs La capacité dépend très fortement de la répartition des utilisateurs dans la cellule. Pour optimiser la capacité Downlink, il faut donc placer les NodeB au cœur du trafic. Capacité pôle Downlink : Comme pour l Uplink, le lien radio Downlink répond au même type d équation. Mais du fait de la multiplicité des récepteurs, il n y a pas comme en Uplink de simplification possible... Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-170

Modélisation du trafic L objectif est d estimer la bande passante pour un mix de services : trafic circuit et paquet Différentes qualités de services Différentes heures chargées Différents modes de commutation Modélisation du trafic circuit : utilisation des méthodes utilisées pour le GSM, loi d Erlang B. Modélisation du trafic paquet : utilisation du retour d expérience sur les réseaux GPRS/EDGE afin de convertir le volume de données paquet en une taille de bande passante. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-171 Modélisation du trafic Modélisation du trafic circuit : Bande Passante Facteur d activité du canal TRAFIC ERLANG B Nbre TCH Erlangs QoS, taux de blocage Service, débit Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-172

Modélisation du trafic Speech LCD LCD LCD LCD LCD32 LCD64 LCD144 LCD384 32 64 144 384 BP 10 à 40 % Modélisation du trafic circuit Multiservice : LCD : Long Constrained Delay Data ; LCD32 ; LCD64 ; LCD144 ; LCD384 En réalité, la bande passante totale n est pas égale à la somme des bandes passantes circuit. Afin de ne pas surdimensionner le réseau, on utilise des lois MultiErlang (réduction BP de 10 à 40 %). Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-173 Modélisation du trafic Modélisation du trafic paquet : L ETSI met à disposition différents types de variation de débits sur des sessions internet. On calcule généralement une taille moyenne du pipe basée sur des simulations monoservices. UDD : Unconstrained Delay Data ; UDD 64 ; UDD 144 ; UDD 384 Débit Durée inter-paquets Arrivée des sessions de données Buffer Appel paquet Session Temps Pipe * Kbps Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-174

Modélisation du trafic Modélisation du trafic paquet : Approche de la taille du pipe ; Evaluation de la bande passante optimale pour écouler : différents services usagers, différentes QoS (délais), à une heure chargée, Taille du pipe = somme (% services * Bande passante par services) PIpe (Kbit/s) and Efficiency (%) 120 100 80 60 40 20 Service 32 Kbit/s. pipe at 2 s. Efficiency at 2 S. pipe at 10s. Efficiency at 10 s. Ex 1 : Traffic Demand in the Cell : 150 Mbits UDD 32 with QoS: delay 2s Pipe Size = 70 kbps Efficiency = 62% UDD 32 with QoS: delay 10s Pipe Size = 55 kbps Efficiency = 75% Ex 2 : Demand of 50Mbits for UDD32 and 2,5Mbits for UDD64. QoS= 0,5 s 52,5 Mbits UDD32 : 51Kbps 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 Volume (Mbits) 52,5 Mbits UDD64 : 64Kbps Pipe size : 51,6 Kbps Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-175 Modélisation du trafic Modélisation du trafic paquet : Il est possible de réutiliser une partie de capacité des services LCD («spare capacity») pour les services UDD sans pour autant affecter la Qualité de Service. Total required pipe UDD pipe LCD pipe LCD peak demand % spare capacity LCD average demand Total spare capacity Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-176

Dimensionnement UTRAN Core Network ATM Iu Iu Iur RNC RNC Iub Iub Iub Iub Node B Node B Node B Node B Cells Cells BSS UMTS NodeB RNC Interfaces Iub / Iur / Iu Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-177 Dimensionnement UTRAN Dimensionnement NodeB : Hardware Dimensionning On raisonne toujours en terme de couverture et de capacité, et pour adapter les contraintes de qualité de service, on module sur les NodeB les 3 éléments suivants : La puissance à travers le nombre de PA (Power Amplifier) Le nombre de porteuses au travers du module TRX La capacité de traitement à travers du nombre de Channel Element gérant les codes OVSF. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-178

Dimensionnement UTRAN Dimensionnement NodeB : Architecture opposée à celle du GSM : séparation des fonctions RF et numériques, partage des ressources entre tous les secteurs. TRX1 TRX2 TRX3 TRX4 TRX5 TRX6 TRX7 TRX8 PA PA PA PA PA PA PA PA Coupl. Coupl. Coupl. Coupl. Duplex. Duplex. Duplex. Duplex. secteur 1 secteur 2 CE1 CE2 CEn TRX1 TRX2 TRX3 TRX4 TRX5 TRX6 TRX7 TRX8 TRX9 Coupl. Coupl. Coupl. Coupl. Coupl. Coupl. MCPA MCPA MCPA MCPA MCPA MCPA Duplex. Duplex. Duplex. Duplex. Duplex. Duplex. secteur 1 secteur 2 secteur 3 GSM UMTS Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-179 Dimensionnement UTRAN Dimensionnement NodeB : Grâce au Power Control, la puissance émise est juste suffisante pour satisfaire à la QoS négociée lors de l établissement du Radio Access Bearer. Pour la puissance il y a un compromis entre nombre de PA et Path Loss. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-180

Dimensionnement UTRAN Dimensionnement NodeB : En UMTS, le réseau radio identifie les connexions par le RAB qui les caractérisent. Le concept de RAB permet de définir une panoplie très variée de type de connexion entre l UE et le Core Network, et ainsi mettre en œuvre les ressources nécessaires pour offrir la qualité de service négociée. Pour rappel, attributs d un RAB : Classes de services Débit maximal / Débit garanti Taille des blocs de données utilisateurs /taux de blocs erronés Délai de transfert Priorité L opérateur fixe la correspondance entre les attributs du RAB et la configuration des ressources. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-181 Dimensionnement UTRAN Dimensionnement NodeB : Le nombre de porteuses est fonction de la bande de fréquence UMTS allouée à l opérateur. Lors de l établissement d une communication, un code OVSF est sélectionné dans l arbre CDMA. La gestion des codes est effectuée dans les cartes de traitement du Node B qui gèrent des Channel Elements (CE). Un CE peut être considéré comme une ressource élémentaire. Un CE est la ressource nécessaire à l'établissement d'une communication voix à 12.2 kbps utilisant un code SF128. Plus le débit demandé sera élevé, plus on utilise de ressources ou de Channel Element. Pour un transfert data (CS 64, PS 128 ou 384), le nombre de CE utilisés traduit la partie de l'arbre des codes SF 128 paralysée par l'utilisation de codes plus élevés (SF4, SF16, SF32). La capacité des cartes varie en fonction des fournisseurs. Néanmoins par défaut, le Node B ne dispose pas d un arbre complet de codes. Le nombre de cartes est donc à moduler suivant le trafic que doit gérer le Node B. De plus, ces cartes sont le plus souvent partagées pour tout le NodeB c est à dire pour tous les secteurs et toutes les porteuses. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-182

Dimensionnement UTRAN Dimensionnement Channel Element : Ex de table de conversion : Voix 1 CE / TCH 32 kbps 4 CE / TCH 64kbps 4 CE / TCH 144kbps 8 CE / TCH 384kbps 16 CE / TCH Nbre de CE / carte: 16 16 CE par secteur et par porteuse : overhead + signalisation Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-183 Dimensionnement UTRAN Dimensionnement Channel element : Nombre de TCH pour une demande de mix de trafic circuit Volume (Erlangs or Kbit) Erlang B Nombre de TCH pour une demande de mix de trafic paquet # CS TCH Equivalent circuit bit rate (ETSI recommendation) Volume ( Kbit) Pipe function Required BW (kbps) QoS # PS TCH Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-184

Dimensionnement UTRAN Dimensionnement Channel element : pour chaque service, Nb of of CE =#TCH x conversion factor x (1+SHO factor) SHO factor : proportion d utilisateurs en soft handover Nb Total CE = CE signalisation+overhead +Σ CE per service Nb Total de cartes= Nb Total CE / Nb CE par carte Packet equivalent circuit bit rate following ETSI recommendations considering standard teleservice : UDD 32 not applicable in last recommendations UDD 64 30.4 kbps UDD 144 60.8 kbps UDD 384 243.2 kbps Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-185 Dimensionnement UTRAN Dimensionnement Channel element : exemple de calcul pour une cellule Speech LCD 64 LCD 144 LCD 384 Erl 80 2.4 1.2 0.2 QoS # TCH 92 7 5 2 x 1 x 4 x 8 x 16 # CE 92 28 40 32 UDD 64 UDD 144 UDD 384 Mbit 300 250 700 QoS Bandwidth / 30.4 200 120 / 60.8 / 243.2 400 # TCH 7 2 2 x 4 x 8 x 16 # CE 28 16 32 Nbre CE Total = 16 +(268 * (1+30%))= 365 Nbre total de cartes = 365 / 16 = 23 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-186

Dimensionnement UTRAN Dimensionnement RNC : Nbre cellules (1000-3000) Nbre NodeB / porteuses (200-900) Trafic circuit (Eg) (1000-10000) Trafic data (Mbps) (10-200) Nbre connexions Iu (20) Nbre connexions Iub (100-200) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-187 Dimensionnement UTRAN Dimensionnement interface Iub : Total Traffic = Peak Traffic + % SHO + Overhead + Signalling + O & M + Repetition Traffic ATM Overheads factor (28%) O & M Margin (2%) Peak Traffic Total throughput % SHO (30%) Signalling factor (10%) Repetition (10%) Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-188

Dimensionnement UTRAN Dimensionnement interface Iur : L interface Iur est nécessaire pour transmettre et recevoir le signal d un mobile provenant de 2 node B différents appartenant à 2 RNC, et pour la signalisation inter RNC. Généralement on dimensionne l interface Iur entre 5 et 10% de l interface Iub. Elle dépend du nombre de Node-B connectés au RNC ; 10% pour un RNC connecté à un petit nombre de Node B ; 5% pour un RNC connecté à un grand nombre de Node B. Dimensionnement interface Iu : Elle dépend de l architecture du Core Network et des solutions de transmission utilisées. On dimensionne en prenant compte la somme des demandes de trafic moyennes multiservices et multiutilisateurs, à laquelle on ajoute les overheads ATM, IP... Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-189 Sommaire Introduction L interface radio Dimensionnement Les évolutions du réseau d accès Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-190

Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) HSDPA High Speed Downlink Packet Access La première étape de l évolution UMTS Enhanced Uplink La seconde étape de l évolution UMTS Gel du contenu fonctionnel R99 Peu de changements Rel 4 Rel 5 Enhanced Downlink (HSDPA) Rel 6 Enhanced Uplink & MBMS Rel 7 MIMO Jan 1999 Mars 2000 Mars 2001 Mars 2002 Dec 2004 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-191 Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) POURQUOI? HSDPA : WCDMA Evolué 1 ère phase (3GPP R5) Augmenter le débit Downlink Augmenter la capacité du système Améliorer les temps de latence High Speed Downlink Packet Access POUR QUELLE CLASSE de SERVICE? Interactive Background Streaming Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-192

Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) Fonctionnalités HSDPA Canal de transmission partagé dynamiquement : dans le temps & en codes. Interval de Temps de Transmission court : TTI (2 ms) 2 ms Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-193 Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) Hybrid Automatic Repeat request : retransmission automatique des paquets erronés Incremental Redundancy (IR) Chase combining. Link Adaptation : adaptation de la modulation et du codage canal Fast Scheduling : sélection des utilisateurs (modulation, # codes) toutes les 2 ms. Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-194

Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) Impacts sur l architecture du HSDPA De nouvelles fonctionnalités qui étaient du ressort en R99 du RNC sont définies dans le Node B, pour limiter les impacts sur les terminaux et améliorer les performances du système (réactivité du système). Core Network RNC Hybrid ARQ, Link Adaptation, Scheduling, Iub Transmission : impact sur les interfaces Iub (propre à chaque constructeur). Node B Architecture UTRAN R5 Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-195 Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) 12 catégories de terminaux seront prévues par le standard 5, 10 et 15 codes QPSK seule QPSK & 16 QAM HS-DSCH category Il est fort probable que seuls les terminaux à 5 codes seront disponibles dans un premier temps (au delà changement de structure du récepteur). Maximum number of HS-DSCH codes received L1 peak rates (Mbps) QPSK/16QAM Category 1 5 1.2 Both Category 2 5 1.2 Both Category 3 5 1.8 Both Category 4 5 1.8 Both Category 5 5 3.6 Both Category 6 5 3.6 Both Category 7 10 7.3 Both Category 8 10 7.3 Both Category 9 15 10.2 Both Category 10 15 14.0 Both Category 11 5 0.9 QPSK Category 12 5 1.8 QPSK Débits Max initiaux limités à 1,8 ou 3,6 Mbps!! Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-196

Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) HSUPA : WCDMA Evolué2 ème phase (3GPP R6 en cours) POURQUOI? High Speed Uplink Packet Access FDD Enhanced Uplink Augmenter le débit Uplink Augmenter la capacité du système Améliorer les temps de latence POUR QUELLE CLASSE de SERVICE? Interactive Background Streaming Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-197 Les evolutions du réseau r d accd accès (UTRAN) MBMS : WCDMA Evolué2 ème phase (3GPP R6 en cours) POURQUOI? Multimedia Broadcast and Multicast Services Faire de la diffusion d information (clip vidéo) à un ensemble d abonnés, à partir d une adresse IP «multicast» (adresse de groupe) sur l interface radio. POUR QUELLE CLASSE de SERVICE? Background Streaming en live Universal Mobile Telecommunication System 01/10/05-198