Etude d'un réseaux UMTS

Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire Ministre de lenseignement suprieur et de la recherche scientifique

Universit 8Mai 1945 Guelma Facult des sciences et sciences de lingnierie

Dpartement dElectronique et Tlcommunications

Mmoire de fin d'tude Pour lobtention du diplme de Licence Acadmique

Domaine : Sciences et Techniques Filire : Electronique et Tlcommunication Spcialit : Tlcommunication

ETUDE D'UN RESEAU UMTS

Prsent par : AMRANE Mohamed Lamine DJEBALA Hanan

Sous la direction de : M. KHALFALLAOUI Abderrazek

JUIN 2011

Nous tenons remercier ALLAH le tout puissant de nous avoir

accord la sant, le courage ainsi que la volont dentamer et de terminer

notre projet de fin dtude.

Nous adressons nos vifs remerciements aux membres du jury davoir

accept dexaminer et dvaluer notre travail.

Nous remercions profondment notre encadreur M. Khalfallaoui

Abderrazek pour son excellent encadrement, sa vision objective sans

prcdent sur tous les aspects concourants la bonne ralisation de notre

mmoire.

Nous remercions galement tous les professeurs qui sans leur savoir

et leur comptence, nous ne serions pas ce niveau, ainsi que tout le

personnel du dpartement Electronique et Tlcommunications pour les

moyens offerts.

Que tous ceux qui, de prs ou de loin ont contribu llaboration de

ce modeste travail, trouvent ici lexpression de nos sentiments de

reconnaissance et de respect.

Sans Oublier notre Mre : LALGRIE

REMECIEMENT

Amrane Med Lamine

Djebala Hanen

SOMMAIRE Introduction gnrale..1

CHAPITRE CHAPITRE CHAPITRE CHAPITRE IIII :::: GEGEGEGENERALITNERALITNERALITNERALITESESESES

I. Introduction3 I.1 Historique de la tlphonie mobile....3

I.1.1 1er Gnrations 1G ..3

I.1.2 2me Gnration 2G .4 I.1.3 3me Gnration 3G .6 I.1.4 4me Gnration 4G .7

I.2 Gnralit sur lUMTS..8

I.3 Caractristiques d'un systme UMTS...9 I.3.1 Lorganisation frquentielle.....10

I.3.2 Lorganisation temporelle....11 I.4 Ltalement de spectre........11 I.5 Spectre des frquences....12 I.6 Couverture globale de lUMTS...12 I. Conclusion..13 I. Rfrences bibliographiques......13

CHAPITRE IICHAPITRE IICHAPITRE IICHAPITRE II :::: ARCHITECTURE DE LUMTSARCHITECTURE DE LUMTSARCHITECTURE DE LUMTSARCHITECTURE DE LUMTS

II. Introduction..14 II.1 Architecture de lUMTS.14

II.1.1 UE User Equipement....16 II.1.1.1 Protocole dinterface radio Uu...18

II.1.1.1.1 La couche Physique..18 II.1.1.1.2 La couche MAC...18

II.1.1.1.3 La couche RLC.........19 II.1.1.1.4 La couche PDCP..........19 II.1.1.1.5 La couche BMC...19 II.1.1.1.6 La couche RRC........19

II.1.2 UTRAN (UMTS terrastial RAN)....20 II.1.2.1 Radio network controller (RNC).......21 II.1.2.2 Node B...23

II.1.3 CN Core Network..24 II.1.3.1 Domaine commutation de circuits : Domaine CS....25 II.1.3.2 Domaine commutation de paquets : Domaine PS....27

II.1.4 EN External Network28

II.2 Capacit daccs radio des terminaux..29 II. Conclusion..32

II. Rfrences bibliographiques...32

CHAPITRE IIICHAPITRE IIICHAPITRE IIICHAPITRE III :::: WWWW----CDMACDMACDMACDMA

III. Introduction..33 III.1 Prsentation du W-CDMA.....33 III.2 Principe dtalement et dstalement.....34

III.2.1 Ltalement.....34 III.2.1.1 Ltalement par sauts de frquences......34 III.2.1.2 Ltalement par squence directe (DS-CDMA)........35

III.2.2 Le destalement...........36 III.3 Principales caractristiques de W-CDMA..........37 III.4 Les codes d'talement.........37 III.5 Concept du W-CDMA...........39 III.6 Les multiplexages............39

III.6.1 Le FDD-W-CDMA........39 III.6.2 Le TDD-W-CDMA........40 III.6.3 Comparaison entre le mode FDD et le mode TDD.............41

III.7 Les Interfaces Radio W-CDMA....................43 III.7.1 Caractristiques des cellules.......43

III.8 Les principaux avantages du W-CDMA........45 III.9 Les contraintes du W-CDMA........46 III.10 Les Protocoles de linterface radio....47 III. Conclusion.........49 III. Rfrences bibliographiques.........49

Conclusion gnrale.....50

FIGURES Fig.I.1 : Bandes de frquences pour lIMT-2000 Fig.I.2: Utilisation de la Bande de Frquences pour lUMTS Fig.I.3: Structure de trame de lUMTS Fig.I.4 : Allocation du spectre pour les systmes IMT-2000 Fig.I.5: Couverture globale de lUMTS suivant une structure hirarchique de cellules Fig.II.1: Architecture globale du systme UMTS Fig.II.2 : Elment de rseau dun PLMN UMTS Fig.II.3: Protocole dinterface radio Uu Fig.II.4: Architecture UTRAN Fig.II.5: Serving RNC et Drift RNC

Fig.II.6 : Architecture dun Rseau Cur Fig.II.7 : Rseau Externe

Fig.III.1: Technique de sauts de frquences Fig.III.2: ltalement Fig.III.3: dstalement Fig.III.4: Etalement de spectre Fig.III.5: Matrices Hadamard Fig.III.6: mode FDD Fig.III.7: mode TDD Fig.III.8: les Couches interface

TABEAUX Tab.I.1 : Les capacits thoriques de l'UMTS en termes de dbit Tab.II.1 : combinaison de paramtre daccs radio des terminaux pour le dcodage dans le sens descendant Tab.II.2: combinaison de paramtre daccs radio des terminaux pour le dcodage dans le sens montant Tab.III.1: paramtre du mode FDD Tab.III.2: paramtre du mode TDD Tab.III.3: Comparaison entre FDD W-CDMA et TDD TD/CDMA Tab.III.4: Supports de services requis

Chapitre I Introduction

Etude dun Rseau UMTS 1

INTRODUCTION GENERALE

Aujourdhui, tout le monde parle de la tlphonie 3G, ou tlphonie de 3e gnration. Nanmoins, avant darriver la 3G, il y a eu de grandes volutions de la tlphonie mobile.

Tout a commenc avec la tlphonie 0G, ou tlphone radiomobile. Cette

technologie tait surtout prsente dans les voitures avec des systmes embarqus. Lexemple principal est le systme ARP (Auto Radio Puhelin), lanc en Finlande en 1971. Ce sont des tlphones analogiques assez consquents, trs gourmands en nergie et ncessitant une antenne de prs de 1 mtre de long (do lintgration dans les voitures) : ils nauraient jamais pu tre portatifs comme lheure actuelle.

Puis, est apparue la tlphonie 1G. Ctait en quelque sorte une volution de la 0G

puisque maintenant le handover est possible grce une signalisation numrique

(identification sur le rseau). Nanmoins, la transmission de la voix reste analogique et le systme reste avant tout embarqu dans les voitures. Il faudra attendre 1991, date de lancement de Poctel, premier tlphone 1G (21 000 Fr lachat en 1991).

En 1987, la norme GSM voit le jour, mais ce nest que bien plus tard, la fin du XXe sicle, que la technologie GSM va tre exploite. Son principal atout, qui aura fait le succs, cest sa numrisation . En effet, la voix est convertie numriquement et compresse afin de crer un rseau tout numrique . Laire de la tlphonie 2G ne fait que commencer.

Ensuite, vinrent se greffer cette technologie, des amliorations qui ont exploites au maximum la 2G, tant au point de vue quipement, quau point de vue dbits. Seul bmol : les droits de licence qui ont cout cher. Le premier exemple est le GPRS (General Packet Radio System), qui permet d'obtenir des dbits thoriques de l'ordre de 114 kbit/s, plus proche de 40 kbit/s dans la ralit (2,5G). Le deuxime exemple est la norme EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution, prsente comme 2.75G, qui quadruple les amliorations du dbit de la norme GPRS en annonant un dbit thorique de 384 Kbps, ouvrant ainsi la porte aux applications multimdias (en ralit la norme EDGE permet d'atteindre des dbits maximum thoriques de 473 kbit/s, mais elle a t limite afin de se conformer aux spcifications

(IMT2000 et de lITU). Enfin, cela nous amne introduire sur la technologie 3G, savoir lUMTS. Sa bande

de frquence attribue est plus large que celle du GSM et mme si la version actuelle est encore limite 384 Kbps en rception et 64 kbps en mission dans des conditions optimales (en mouvement, le dbit tombe 144 kbps), le dbit thorique maximal pourra atteindre 2 Mbps (en situation fixe).

Chapitre I Introduction


Nous allons tudier larchitecture et le fonctionnement de cette nouvelle technologie et mettre en avant ses atouts. En premire partie, nous verrons un rappel historique dans le monde des rseaux de tlcommunications, on parcourra les rseaux de premire gnration qui taient gnralement analogiques, ensuite les rseaux de la seconde gnration. Qui sont le dpart de la nouvelle gnration UMTS est en terminent par les rseaux de la quatrime gnration. Puis, nous prsentons larchitecture et le fonctionnement du rseau UMTS. Enfin nous terminons par la technique W-CDMA quest utilis dans laccs au rseau UMTS.

Chapitre I Gnralits


I. Introduction La communication est lune des richesses les plus fondamentales de toute socit

organise. Dj linvention en 1876 du tlphone a t une avance rvolutionnaire pour homme qui avait dornavant trouv un moyen pour communiquer en temps rel avec des points de lespace de plus en plus lointains, dbarrass de la contrainte dune prsence physique au ct de son interlocuteur. Le dbut des annes quatre-vingt-dix pour voir apparatre les premiers systmes de tlphonie mobile efficaces, conomiques et universels rpondant aux exigences dinterconnexion et de mobilit du monde contemporain. Depuis, lvolution des rseaux mobiles se fait une vitesse cleste passant en une dizaine danne de la deuxime gnration aux rseaux dits de troisime gnrations qui offriront aux usagers non seulement une mobilit et une inter connectivit lchelle plantaire, mais aussi des services comparables ceux offerts par les infrastructures existantes des rseaux doprateurs fixes.

I.1 Historique de la tlphonie mobile

I.1.1 1er Gnrations 1G Les systmes mobiles de la premire gnration, qui font appel la transmission

analogique des communications vocales, ont t lancs au dbut des annes 80. Le service tlphonique mobile avanc (AMPS, Advanced Mobile Phone Service) a vu le jour en 1983 Chicago [1]. Ce systme a recours la technique AMRF (accs multiple par rpartition en frquence) dans la bande de frquences des 800-900MHz (et aprs dans la bande des 1800-2000MHz galement). Le systme AMPS est le systme analogique le plus utilis et occupe le deuxime rang mondial avec quelque 50 millions dabonn, principalement en Amrique du Nord[1]. Les limitations lies au mode AMPS sont une faible capacit dappel, un spectre limit, une communication de donnes inadquate, une confidentialit restreinte et une mdiocre protection contre les fraudes. Le service tlphonique mobile analogique bande troite (NAMPS, Narrowband Analogue Mobile Phone Service) est une solution transitoire qui permet de remdier la faible capacit dappel. Le systme NAMPS couple le traitement vocal avec la signalisation numrique, ce qui multiplie par trois sa capacit. Environ 35 pays, dont les Etats-Unis, utilisent la technique NAMPS[1].

Le systme tlphonique mobile nordique (NMT, Nordic Mobile Telephone) a t conu par des oprateurs de tlcommunications (y compris ladministration des tlcommunications) et des quipementiers des pays nordiques plus dautres pays.

Chapitre I Gnralits


La participation des autres pays dans la conception de NMT sest rvl ultrieurement bnfique pour les quipementiers Nokia et Ericsson, qui comptent parme les premiers fabricants mondiaux de combine mobiles. Le systme NMT a t mis en service en 1981[1], fonctionnant au dbut dans la bande des 450MHz puis dans la bande des 900MHz par suite de contraintes en matire de capacit. A la fin du dernier sicle, Il est encore utilis par environ 4.5 millions de personnes dans environ de 40 pays, notamment les pays nordiques, lAsie, la Russie et dautres pays de lEurope de lEst.

Le systme de communication accs total (TACS, Total Access Communications System) a dabord t exploit au Royaume-Uni en 1985[2]. Il a t conu partir du systme AMPS pour fonctionner la fois dans la bande des 800MHz et celle des 900MHz. Quelques parties de la bande 900MHz sont souvent utilises pour la version dite tendue (ETACS). la fin de 1998, environ 15 millions de personnes dans le monde utilisaient le systme TACS. A ces principales normes viennent sajouter de nombreux systmes exclusifs pour les systmes analogiques de premire gnration et dautres systmes qui ont t peu vendus lextrieur de leur pays dorigine, notamment en France, en Allemagne, en Italie et au Japon.

I.1.2 2me Gnration 2G

Les systmes numriques de deuxime gnration ont t mis au point dans les annes 80, ils ont t commercialiss au dbut des annes 90. Les techniques cellulaires numriques prsentent de nombreux avantages par rapport aux techniques analogiques, le principal atout tant une capacit accrue grce une utilisation plus efficace du spectre radiolectrique. Autre facteur positif, la transmission numrique permet dacheminer non seulement la voix mais aussi des donnes travers le spectre des frquences radiolectriques, prenant en charge des applications telles que le service de mini messagerie (SMS, Short Message Service) et le courrier lectronique. La tlphonie numrique amliore galement la scurit des transmissions de la voix et des donnes, les signaux tant inintelligibles pour les balayeurs MF et le flux binaire pouvant tre aisment chiffr. Enfin, les rseaux numriques sont exploits une puissance plus faible, en effet les combines peuvent dont tre plus compacts et plus lgers ; avec une dure dutilisation plus longue des piles et moins dinquitude pour la sant. Le systme mondial de communication mobile (GSM, Global System for Mobile Communication) a t le premier systme cellulaire numrique commercialement exploit. Le GSM a t mis au point dans le cadre dune initiative politique europenne soutenue par la Commission europenne ainsi que par les exploitants des tlcommunications et les quipementiers dans le but de promouvoir lharmonisation rgionale des rseaux cellulaires.

Chapitre I Gnralits


Labrviation GSM vient lorigine de lexpression Groupe spcial mobile, groupe qui a t constitu au dbut des annes 80 par la Confrence des administrations europennes des postes et tlcommunications (CEPT), organe comprenant les administrations des tlcommunications de 26 pays europens [1]. Le groupe avait pour objet dtablir la spcification dun rseau de communication mobile numrique paneuropen. Fond en 1989, lInstitut europen des normes de tlcommunication (ETSI) a t charg dlaborer la norme GSM. Le systme GSM fait appel la technique AMRT (accs multiple par rpartition dans le temps) et fonctionne dans les bandes de frquences des 900, 1800 et 1900MHz. Loprateur mobile finlandais Radiolinja a cr le premier rseau GSM en 1991. La norme GSM a t adopte par tous les pays europens et a connu autant de succs sur les autres continents. Cest la norme dominante des services cellulaires avec plus de 45% du nombre total dabonns dans le monde en avril 1999[1].

Le systme AMRT IS-136 est la version numrique amliore de la technique analogique AMPS utilise dans les bandes de frquences des 800 et 1900MHz. Initialement appel D-AMPS, ce systme a t mis en service la fin de 1991 pour protger les importants investissements que les fournisseurs de services avaient effectus dans la technologie AMPS. Les oprateurs envisageaient de procder une transition du systme AMPS vers le systme D-AMPS en superposant leurs rseaux existants une architecture AMRT, les mmes

frquences et canaux radiolectriques tant utiliss. Les services numriques AMPS ont t lancs dans quelque 70 pays dans le monde. En mars 1999, prs de 22 millions de combins AMRT taient en circulation, les principaux marchs tant ceux des Amriques et de certaines rgions dAsie.

La norme PDC (communications cellulaires numriques personnelles) est la deuxime norme numrique la plus importante dans le monde en ce qui concerne les systmes mobiles, bien que le systme PDC soit exploit exclusivement au Japon o il a t introduit en 1994. Initialement appel systme JDC (Japan Digital Cellular), le systme PDC, comme les systmes GSM et AMRT IS-136, repose galement sur la technologie des 800 et 1500MHz. En mars 1999, on comptait quelque 41.5 millions dabonns PDC. Le systme PHS (Personal Handyphone System) est un systme numrique utilis au Japon et lanc pour la premire fois en 1995. Il ne sagit ni dune technique cellulaire ni dune technique sans cordon mais dun systme intermdiaire. Le cot des combins, labonnement mensuel et le tarif des communications tant moins levs, ce systme reprsente une alternative moins chre au

cellulaire. Son usage est particulirement intressant dans les zones densment peuples o la technique cellulaire peut poser des problmes, notamment dans les lieux trs frquents tel

Chapitre I Gnralits


que stations de mtro, immeubles de bureaux et galeries marchandes. Le nombre dusagers PSH a rapidement augment dans un premier temps. Toutefois, lorsque les tarifs du cellulaire ont commenc se rapprocher de ceux du PHS, le nombre des abonns a fortement baiss cause de certaines faiblesses du systme, par exemple une couverture moins large (chaque station PHS ne couvrant que 200 mtres environ) et un usage limit dans des vhicules en dplacement. Les fournisseurs de systmes PHS tentent de revenir sur la scne en mettant en avant leur meilleure qualit vocale, leur cot de maintenance plus bas et de nouveaux dbits de donnes plus levs (64 kbits/s). Ont galement t mis en service des tlphones bimode qui permettent la commutation entre le systme PHS et le cellulaire. A la fin de mars 1999, on comptait quelque 5.77 millions dabonns PHS.

I.1.3 3me Gnration 3G

LUIT (Union International Des Tlcommunications), dont lun des rles est dtablir des normes mondiales dans le domaine des tlcommunications, na pas publi de recommandations techniques concernant les systmes mobiles de premire gnration ou de deuxime gnration, ais de nombreuses recommandations traitent de la manire dont ces techniques interagissent avec dautres techniques. Il en rsulte lexploitation de divers rseaux cellulaires mobiles incompatibles. Cela tient principalement au fait que ces systmes cellulaires mobiles taient conus pour rester des rseaux nationaux en matire ditinrance. A la fin des annes 80, lUIT a commenc laborer des systmes de troisime gnration (3G) en portant son attention sur la ncessit dharmoniser, sur le plan mondial, les normes relatives au spectre des frquences radiolectriques et aux interfaces radiolectriques. Compte tenu de la croissance impressionnante du cellulaire mobile, les membres de lUnion ont d entreprendre dlaborer des normes en ce qui concerne les systmes 3G. Les nouveaux principes de transmission et des services de haut-dbits avec HSCSD( High- Speed Circuit-Switched Data), le GPRS( General Packet Radio Service) et le EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution). LUMTS est le successeur du GSM de la troisime gnration qui est retro-compatible avec le GSM[5].

Chapitre I Gnralits


Fig.I.1 : Bandes de frquences pour lIMT-2000[2]

I.1.4 4me Gnration 4G Enfin, maintenant le dveloppement tait arriv la 4eme gnration cause de

dveloppement rapide des services de partage audio/vido (Youtube, Flickr), media streaming (VoIP Voice over IP, Vod Video on Demand), rseaux sociaux (Facebook, MySpace) dans le domaine filaire... gnre de grandes quantits de donnes. Par ailleurs, un large nombre dquipements qui permet daccder aux services sont disponibles aux utilisateurs tels que :

ordinateur portable, PDA Personal digital assistant , smartphone, notebook enabled

modem ... Lutilisateur a donc besoin dutiliser ces services avec la mme exprience sur le domaine sans-fil, en particulier sur les rseaux cellulaires qui permettent lutilisateur dtre connect accder n'importe quand, n'importe o. Ces donnes vont produire un dbit lev sur ces rseaux qui s'intressent principalement au service de voix, pas aux services de donnes [2].

Les services de donnes sont diffrents des services de voix par: le dbit trs variable, la QoS Quality of Service diffrente pour chaque utilisateur/service, l'utilisation frquente de connexion IP. Les quipements ont donc tendance utiliser des connexions natives IP sans traduction et filtrage pour supporter efficacement ces services. Lvolution du coeur des rseaux tlphonies arrive une architecture tout IP qui supporte plus efficacement les

Chapitre I Gnralits


connexions IP et un rseau entirement par commutation des paquets facilite les mcanismes de QoS et lutilisation plus efficace des ressources.

En gnral, LTE (Long Term Evolution) a pour but d'offrir un haut dbit dans le sens montant et descendant, de rduire le dlai d'accs, d'utiliser une bande passante de manire flexible, et d'inter-fonctionner avec les rseaux existants (3GPP 3rd Generation Partnership Project et non-3GPP). Cela permet l'oprateur de fournir des services tels que VoIP, vido-confrence, jeux vido en ligne, IPTV, et l'autre service des donnes interactifs [2].

I.2 Gnralit sur lUMTS

LUniversal Mobile Tlcommunication System (UMTS) est la nouvelle norme de tlphonie mobile, appele aussi tlphonie de troisime gnration ou 3G. Les puristes prfrent utiliser le terme W-CDMA (Wide band Code Division Multiple Access) qui reprend le nom de la technologie dploye en Europe et par certains oprateurs asiatiques. Cette technologie permet de faire transiter davantage de donnes et va permettre lapparition de contenus multimdias sur les tlphones mobiles tel la visiophonie. On parlera alors plutt de terminaux multimdias. Ainsi, en plus de ces volutions technologiques, la troisime gnration doit rpondre la notion de qualit, de varit, de capacit et de couverture.

LUMTS permet des amliorations substantielles par rapport au GSM, notamment : - elle rend possible un accs plus rapide Internet depuis les tlphones portables, par

un accroissement significatif des dbits des rseaux de tlphonie mobile ; - elle amliore la qualit des communications en tendant vers une qualit daudition

proche de celle de la tlphonie fixe ; - elle permet de concevoir une norme compatible lchelle mondiale, contrairement

aux technologies actuelles (les normes utilises aux Etats-Unis et au Japon ne sont pas toutes compatibles avec le GSM) ;

- elle rpond au problme croissant de saturation des rseaux GSM, notamment dans les grandes villes.

Les technologies dveloppes autour de la norme UMTS conduiront une amlioration significative des vitesses de transmission avec des dbits suprieurs 384Kb/s et pouvant aller jusqu 2.000Kb/s (en zone urbaine, avec une mobilit rduite). De tels dbits sont significativement suprieurs ceux permis tant par les rseaux GSM actuels (9,6Kb/s) que par leurs volutions (GPRS 56 Kb/s).

Chapitre I Gnralits


Cette amlioration des dbits est rendue possible par lvolution des technologies radio qui autorise une meilleure efficacit spectrale et lexploitation de bandes de spectre de frquence suprieure celles utilises par la technologie GSM. Alors que les rseaux GSM dploys au cours des dernires annes reposaient sur lutilisation de bandes de frquences autour de 900MHz et de 1800 MHz, la norme UMTS exploitera de nouvelles zones du spectre (notamment les bandes 1920-1980 MHz et 2110-2170 MHz)

Environnement

fixe

Mobilit rduite (~3km/h)

Mobilit moyenne (~120 km/h)

UMTS 2 Mbit/s 384 kbit/s 384 kbit/s

GPRS 171 kbit/s 110 kbit/s 110 kbit/s

Tab.I.1 : Les capacits thoriques de l'UMTS en termes de dbit [2]

I.3 Caractristiques d'un systme UMTS[6]: Depuis 1985, lUnion Internationale de Tlcommunications (UIT ou ITU en anglais)

rflchit un systme de troisime gnration, initialement appel Futur Public Land Mobile Tlphone System FPLMTS, mais actuellement connu sous le nom dIMT 2000. L'ide fondatrice du systme 3G est d'intgrer tous les rseaux de deuxime gnration du monde entier en un seul rseau et de lui adjoindre des capacits multimdia (haut dbit pour les donnes). Le principe du systme est souvent rsum dans la formule anyone, anywhere, anytime , signifiant que chacun doit pouvoir joindre ou tre joint nimporte o et nimporte quand. Le systme doit donc permettre lacheminement des communications indpendamment de la localisation de labonn, que celui-ci se trouve chez lui, au bureau, en avionetc.

Le choix de la technologie 3G prendra en considration des facteurs techniques, politiques et commerciaux.

Les facteurs techniques concernent la fourniture des dbits demands et la performance du rseau. Politiquement, les diffrents organismes de normalisation doivent parvenir un accord et prendre en compte les spcificits rgionales.

Enfin, les investissements engags par les oprateurs dans les systmes existants laisseraient penser quil faut choisir un systme 3G compatible avec les rseaux 2G, tandis que bien sr les constructeurs pencheraient plutt pour un nouveau systme qui leur ouvrirait de belles opportunits commerciales.

Chapitre I Gnralits


Les autres principales caractristiques respecter sont :

- lassurance en mobilit dun dbit de 144 kbits/s (de prfrence 384 kbits/s) partout o le service est assur.

- lassurance dans certaines zones (de mobilit limite) dun dbit de 2 Mbits/s ; - une haute efficacit spectrale par rapport aux systmes 2G ; - une haute flexibilit pour permettre aisment lintroduction de nouveaux services. - Les dbits ont t spcifis partir des dbits proposs par le Rseau Numrique

Intgration de Service (RNIS ou ISDN en anglais): 144 kbits/s qui correspond laccs de base destin au grand public pour le RNIS : 2 canaux B dusager 64 kbits/s + 1 canal D de signalisation 16 kbits/s 384 et 1920 kbits/s qui correspondent laccs aux canaux RNIS de type H0 et H12.

I.3.1 Lorganisation frquentielle : Les bandes de frquences alloues pour lIMT 2000 sont 1885-2025 MHz et 2110-

2200 MHz. LUMTS propose la rpartition suivante :

Fig.I.2: Utilisation de la Bande de Frquences pour lUMTS [1]

La division duplex dans les bandes dite appaires, cest dire 2.60 MHz, est frquentielle. Lcart duplex vaut 190 MHz. On utilise dans ces bandes un accs W-CDMA. La division duplex dans les bandes dite non appaires, cest dire 35 MHz et 15 MHz, est temporelle. On utilise dans ces bandes un accs TD-CDMA.

Les deux modes daccs doivent tre harmoniss pour favoriser la ralisation de terminaux bi-modes TDD / FDD bas cots.

Dune manire gnrale, le mode FDD est bien adapt tous les types de cellules, y compris aux grandes cellules, mais nest pas trs souple pour grer des trafics asymtriques.

Quant au mode TDD, il permet dadapter le rapport de transmission montante/descendante en fonction de lasymtrie du trafic, mais exige une synchronisation des stations de base et nest pas bien adapte aux grandes cellules cause des temps de garde trop importants.

Chapitre I Gnralits


Les deux bandes restantes sont rserves la composante satellitaire de lUMTS, non encore tudie.

I.3.2 Lorganisation temporelle : Lorganisation temporelle de lUMTS est base sur une supertrame de 720 ms,

comportant elle-mme 72 trames.

Fig.I.3: Structure de trame de lUMTS [1]

I.4 Ltalement de spectre Ltalement de spectre se fait en deux tapes. La premire, dite de channelization

ou de spreading , transforme chaque symbole de donnes en un certain nombre de chips. La seconde, dite de scrambling +, sapplique aux chips.

Ces deux tapes sont ncessaires : - pour sparer les diffrentes applications issues dune mme source, utilisation des

squences de Hadamard ; - pour sparer diffrentes stations de bases : - en mode FDD : utilisation des squences de Gold, de priode 10 ms, 3,84Mchips/s ; - en mode TDD : utilisation de codes de longueur 16 ; - pour sparer diffrents mobiles : - en mode FDD : utilisation de squences de Gold longues, de priode 10 ms ou des

squences courtes, de priode 256 chips. - en mode TDD : utilisation de codes de priode de 16 chips et de midambules de

diffrente longueur suivant lenvironnement.

I.5 Spectre des frquences Les bandes de frquences ont t dfinies en 1992 puis retouches en 2000. Les bandes

spectrales pour les composantes terrestres et par satellite des systmes IMT-2000 sont 806-960Mhz, 1710-2020Mhz, 2110-2300Mhz et 2500-2690Mhz.

Chapitre I Gnralits


Fig.I.4 : Allocation du spectre pour les systmes IMT-2000 [3]

I.6 Couverture globale de lUMTS La couverture globale de la plante sorganise en une structure cellulaire hirarchise qui

assurera litinrance (roaming) mondiale. Au sommet de la hirarchie se trouvent les satellites qui assurent une couverture sur lensemble de la plante. Le rseau terrestre radio lui soccupe de la couverture terrestre suivant une rpartition en macro, micro et picocellules. Les macrocellules couvrent les zones suburbaines et rurales, les microcellules les zones urbaines (forte densit dutilisateurs) et les picocellules les zones bien dfinies telles les immeubles, les environnements intrieurs (indoor) [4].

Fig.I.5: Couverture globale de lUMTS suivant une structure hirarchique de cellules [4]

Chapitre I Gnralits


I. Conclusion LUMTS (Universal Mobile for telecommunication system) fait partie des tout

derniers systmes de tlcommunication, il est encore dans sa phase de dveloppement. Grce son haut dbit et la largeur de sa bande de frquence, il est arriv exploiter dune faon trs prometteuse les avantages de la technologie de la 3 me gnration ; ainsi en plus de services traditionnellement connus dans la deuxime gnration ; dautre services imposs par les besoins de lutilisateur ont vu le jour en loccurrence la transmission des images de vido et la consultation sur Internet haut dbit et autres. Dans le chapitre suivant on va prsenter larchitecture et le fonctionnement gnrale dun rseau UMTS.

I. Rfrences bibliographiques : [1] Mmoire fin dtude Mr. KECHKOUCHE Mustapha Etude des services et application offerts par lUMTS ITO Promotion : IGE 24 [2] HARRI HOLMA et ANTTI TOSKALA UMTS les rseaux de troisime gnration Edition O.E.M. 2001

[3] Javier Sanchez & Mamadou Thioune UMTS Edition : Hermes Science. [4] Thse de Rani MAKKE Qualit de Service et Performances des protocoles de transport dans l'UTRAN . Ecole National des Tlcommunications Telecom Paris 2003 [5] http://code.ulb.ac.be/files/Hic2005mastersthesis.pdf

Chapitre II Architecture de lUMTS


I. Introduction Dans ce chapitre on va donner un aperu sur larchitecture du systme UMTS ainsi

quune introduction des lments logiques et leurs fonctionnements, et de diffrentes interfaces. Larchitecture du systme UMTS est similaire celle de la plupart des rseaux de deuxime gnration, voir celle de certains rseaux de premire gnration.

Le dveloppement de lUMTS fut initi par lEurope la fin de lanne 1980, poursuivi lchelle mondiale jusqu' ce jour. LUMTS se voulant tre une norme universelle, des travaux de standardisation seffectuent un niveau mondial au sein du 3GPP Third Generation Partnership Project depuis dcembre 1998. Ce groupe rassemble les organismes de standardisation europen, japonais, amricain, sud-coren et depuis 1999 lorganisme chinois. Lobjectif de ce groupe est de crer un systme cellulaire de troisime gnration utilisant la technologie CDMA large bande (W-CDMA) et permettant linteroprabilit avec le GSM et ses volutions (HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data GPRS General Packet Radio Service et EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution).

En octobre 2001, au Japon, a eu lieu le dploiement commercial du systme FOMA (troisime gnration au Japon) fond pour lessentiel sur les spcifications techniques de lUMTS. Tandis que le systme UMTS a t test pour la premire fois en Europe entre 2001 et 2002 lle de Man et Monaco. Les premiers dploiements commerciaux de l UMTS en Europe (Grande-Bretagne et Italie) ont eu lieu en mars 2003.

II.1 Architecture de lUMTS [1] Le rseau du systme UMTS est compos de plusieurs lments, ces lments sont rpartis en deux groupes. Le premier groupe correspond aux rseaux daccs radio (RAN radio access network ou UTRAN : UMTS terrastial RAN) qui supporte toutes les fonctionnalits radio. Quant au deuxime groupe il correspond au rseau cur (CN core network) qui est responsable de la communication et du routage des communications (voix et donnes) vers les rseaux externes. Pour complter le systme, on dfinit galement le terminal utilisateur (UE user equipment) qui se trouve entre lutilisateur proprement dit et le rseau daccs radio la figure FIG.II.1 prsente larchitecture globale du systme UMTS.



Fig.II.1 : Architecture globale du systme UMTS

Du point de vue de la normalisation et des spcifications, le terminal utilisateur et le rseau daccs radio supportent de nouveaux protocoles qui doivent tre capables de rpondre aux besoins de la nouvelle interface air W-CDMA. En revanche, de nombreuses caractristiques et fonctionnalits du rseau cur proviennent des rseaux GSM. Ce dernier point est un avantage indniable qui permettra de faciliter lintroduction de lUMTS ainsi que le roaming.

Il est courant de regrouper les diffrents lments du rseau UMTS en diffrents sous-systmes. Le systme UMTS est modulaire ; cest dire quil est possible davoir plusieurs lments de rseau du mme type dans le mme rseau. Bien videmment un rseau oprationnel doit comprendre au minimum un lment de chaque type. Notons tout de mme que de fait que certaines fonctionnalits sont oprationnelles les lments correspondant le sont aussi. Le fait de pouvoir dployer plusieurs lments du mme type permet de diviser le systme UMTS en sous-systme qui peuvent soit tre indpendants soit fonctionner en relation avec dautre sous-systme. Il est dusage dappeler de tels sous-systmes PLMN public land mobile network .

Gnralement, un PLMN correspond un oprateur connect dautres PLMN ainsi qu dautre types de rseau tels que les rseaux RTCP (rseau tlphonique commut public) et RNIS (rseau numrique intgration de services) et autres rseaux de transmission de donnes. La figure FIG.II.2 prsente les diffrents lments dun rseau UMTS correspondant un seul oprateur ainsi que les diffrentes interfaces.



Fig.II.2 : Elment de rseau dun PLMN UMTS

II.1.1 UE (User Equipement) :

LUE se compose de deux partis:

Terminal mobile (ME Mobile Equipment) Lquipement mobile est charg de la transmission radio et des procdures associes, il utilise linterface Uu pour la communication radio. Il est encore divis en deux parties : la terminaison mobile (MT : Mobile Termination) et lquipement terminal (TE : Terminal Equipement). [3]

La terminaison mobile assure la transmission de linformation vers le rseau UMTS (ou autre) travers linterface radio et applique les fonctions de modulation, de correction derreurs, dtalement de spectre et dautre encore qui lui sont lintermdiaire dun adaptateur, est la partie de lUE o les donnes dinformation sont gnres en mission ou traites en rception.

Le MT et le TE peuvent faire partie dun quipement unique ou tre spars en deux quipements. Le TE peut tre par exemple, un ordinateur portable et le MT un terminal mobile utilis comme modem. [3]

La carte USIM (UMTS Subscriber Identity Module) [4] est une carte puce qui stocke identit de labonner, les algorithmes et les clefs dauthentification, les clefs de chiffrement que certaines donnes relatives labonnement de lutilisateur qui sont ncessaires au niveau du terminal. LUSIM est une application qui permet labonn daccder aux services souscrits. Elle gre galement les informations associes la souscription de labonn et les procdures dauthentification et de chiffrement. LUSIM rside dans la carte puce (Smart Card) appele UICC (UMS Integrated Circuit Card) Les informations contenues dans lUSIM comprennent :



- des informations permettant lidentification de lUICC: un numro unique associ la carte et son utilisateur.

- la langue ou les langues utiliser.

- le rpertoire des applications. - lIMSI et le(s) MSISDN(s). - les clefs de chiffrage. - les codes pour les appels durgence. - les messages courts et les paramtres associs.

- la liste des services et le nom de ses fournisseurs. - la liste des porteuses utiliser pour la slection dune cellule. Comme en GSM, en UMTS, le numro IMSI (International Mobile Subscriber Identity) permet au rseau didentifier labonn de manire unique. Ce numro nest pas connu de lutilisateur. Pour tre appel, labonn peut se voir attribuer un ou plusieurs numros MSISDN (Mobile Station ISDNNumber), chacun dentre eux peut tre associ aux services, ventuellement personnaliss, auxquels il a souscrit.

Linterface Cu qui correspond linterface lectrique entre la carte USIM et le terminal. Cette interface suit le format standard des cartes puces

Linterface Uu. Il sagit de linterface air W-CDMA grce laquelle le terminal utilisateur a accs la partie fixe du systme. Cette interface est ouverte .ce qui permet de nombreux constructeurs de terminaux de proposer leurs produits sans ncessairement dvelopper leurs propres stations de base.



II.1.1.1 Protocole dinterface radio Uu : [6]

Fig.II.3: Protocole dinterface radio Uu

Le protocole mis en uvre entre un terminal mobile et le rseau daccs radio du systme UMTS est le protocole dinterface radio Uu. Cette interface est compose de plusieurs couches et de canaux :

II.1.1.1.1 La couche Physique : Elle assure les fonctions suivantes :

- le codage/ dcodage canal pour la protection contre les erreurs sur les canaux de transport.

- le multiplexage de plusieurs canaux de transport en un bloc composite.

- ladaptation de dbit qui consiste rajouter ou retirer des bits de projection pour ajuste la taille des donnes la capacit du canal physique.

- la modulation et ltalement de spectre.

- la synchronisation en frquence et en temps.

II.1.1.1.2 La couche MAC : Elle gre laccs au mdium de transmission travers un ensemble de fonctions :



- lassociation des canaux logiques avec les canaux de transport.

- la communication sur ordre de RRC du type de canal de transport associ un canal Logique.

- le contrle de volume de trafic sur chaque canal de transport actif laide des informations fournies par la couche RLC.

- la gestion des priorits entre les diffrents flux de donnes dutilisateurs.

- le multiplexage en mission des donnes de plusieurs canaux logiques sur un canal de transport et dmultiplexage en rception de plusieurs canaux logiques supports par un seul canal de transport.

- lidentification des mobiles lorsquils utilisent les canaux de transport commun.

II.1.1.1.3 La couche RLC :

Elle fournit le service de transfert des units de donnes des couches suprieures (SDU RLC).

II.1.1.1.4 La couche PDCP :

Elle fournit le service de transfert des communications par paquets en sappuyant des services offerts par la couche RLC.

II.1.1.1.5 La couche BMC :

Elle assure du ct de lUTRAN le service de diffusion de messages utilisateur sur linterface radio pour le compte dun centre de diffusion CBC externe lUTRAN et reli au RNC. Du ct du mobile, elle assure la livraison des messages diffuss lutilisateur de la couche.

II.1.1.1.6 La couche RRC :

Elle est la tour de contrle de linterface radio, elle gre la signalisation entre lUTRAN et les mobiles. Cette couche assure les fonctions suivantes :

- la gestion de la connexion RRC. - la gestion des tats de service de RRC. - la diffusion des informations systme.



- la gestion de paging. - la slection de cellule. - la gestion de la mobilit dans lUTRAN. - le contrle des mesures. - la configuration du chiffrement et de lintgrit.

II.1.2 UTRAN (UMTS terrastial RAN) : [1]

Comme le GSM, le rseau UMTS est compos dun rseau cur (CN : Core Network) et dun rseau daccs (AN : Access Network).

Linterface entre le rseau de cur de lUMTS et le rseau daccs, est appel Iu. Cette interface a t dfinie dune manire aussi polyvalente que possible, afin de pouvoir connecter nimporte quel type de rseau daccs de technologies diffrentes (BRAN, SRAN, etc.), au rseau cur de lUMTS. Cette notion est trs importante car elle signifie, que lUTRAN, bien qutant le rseau daccs de lUMTS, nest quune des alternatives daccs la voie radio. LUMTS est donc un systme polyvalent et trs modulable. Si lon regarde de plus prs le fonctionnement interne du rseau daccs UTRAN, on remarque quil est constitu de plusieurs lments, ou modules, qui permettent, dune part, lutilisateur de se connecter au rseau, et dautre part dacheminer les informations vers le cur du rseau de lUMTS.

LUTRAN est un constitu dun ou plusieurs sous-systme RNS (radio network sub system) qui regroupe chacun un RNC et ses Node B associs. Les RNC de diffrents sous-systmes RNS peuvent tre connects entre eux via linterface Iub. Quant aux RNC et aux Node B, ils sont connects via linterface Iub.

Le rseau daccs radio (UTRAN) comporte les lments suivants

Le Node B convertit le flux de donnes entre les interfaces lub et Uu et participe la gestion des ressources radio, notons que le terme Node B provient des spcifications du 3GPP et est quivalent au terme station de base que nous avons utiliss prcdemment.

le RNC (radio controller network) gre les ressources radio de la zone dont il a le contrle, cest--dire les ressources de la zone de couverture de tous les Node B auxquels il est rattach .le RNC est le point daccs pour tous les services fournis par lUTRAN au rseau cur.



Linterface Iur qui permet le soft handover entre des RNC de diffrents constructeurs.

linterface Iub qui relie les Node B au RNC. LUMTS et le premier systme de tlphonie mobile proposer une interface ouverte ce niveau, cela permettront de dynamiser le march et doffrir la possibilit a de nouveau constructeur de se spcialiser dans le dveloppement et la commercialisation de Node B.

Les principales caractristiques de lUTRAN qui conditionnent larchitecture, les fonctionnalits et les protocoles. Ces caractristiques peuvent se rsumer par les quelques points suivants :

- Support de linterface air UTRAN et de ses fonctionnalits. En particulier larchitecture de lUTRAN doit supporter les spcificits du soft handover et de la gestion des ressources radio du W-CDMA

- Mutualisation des supports et de la gestion des domaines circuit et paquet, avec un unique protocole sur linterface air et une unique interface vers le rseau cur.

- Dveloppement dun maximum de similitudes avec le GSM. - Utilisation de la technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode) comme principale

technologie de transport.

Fig.II.4 : Architecture UTRAN

Dtaillons maintenant les deux principaux lments de lUTRAN savoir la node B et le RNC

II.1.2.1 Radio network controller (RNC): [1]

Le RNC (radio network controller) est llment de rseau en charge du contrle des ressources radio de lUTRAN. Il sinterface avec le rseau cur, gnralement un MSC et un



SGSN et il gre le protocole RRC (radio resourse control) qui dfinit les messages et les procdures entre le mobile et lUTRAN. Le RNC est lquivalent du BSC (base station controller) en GSM.

Le RNC qui contrle un Node B, cest--dire le RNC qui est connect directement ce Node B par interface Iub, est appel CRNC (controlling RNC). Le CRNC est responsable du contrle de charge et de contrle de congestion des cellules des diffrents Node B aux quels il est connect. Il est galement en charge du contrle dadmission et de lallocation des codes pour les nouveaux liens radio qui stablissent dans les cellules gres.

Dans le cas ou une connexion entre un mobile et lUTRAN utilises les ressources de plusieurs RNS les RNS impliqus dans cette connexion auront les rles logiques suivants :

SRNC (Serving RNC) : le SRNC et pour un mobile le RNC qui gre la fois linterface Iu avec le rseau cur et la signalisation RANAP associe (RAN Application Part). Le SRNC gre galement le protocole de signalisation RRC entre le terminal utilisateur et lUTRAN, il est de plus en charge du traitement des donnes transmises sur linterface air au niveau de la couche 2. Les oprations de base de gestion des ressources radio, comme la mise en correspondance des paramtres des supports daccs radio avec ceux des canaux de transport de linterface air. Les dcisions de handovers et le contrle de puissance en boucle externe sont excuts au niveau du SRNC. Le SRNC peut tre, dans certains cas, le RNC de certain Node B utilise la connexion entre le terminal et lUTRAN.

DRNC (Drift RNC) : le DRNC peut tre nimporte quel RNC, lexception du SRNC, qui contrle certaines cellules utilises par le mobile. Si ncessaire, le DRNC peut raliser les fonctions de combinaison en macrodiversit dans le sens montant ou linverse dans le sens descendant, les fonctions de splitting . Notons que le DRNC ne gre pas le traitement des donnes du plan utilisateurs, au niveau de la couche 2 mais il route les donnes de faon transparente entre linterface Iub et Iur. Sauf si le terminal utilisateur utilise un canal de transport commun ou partag. A une connexion entre le terminal et lUTRAN, peuvent correspondre plusieurs DRNC mais dans certains cas, il ny a pas de RNC qui joue ce rle logique. Notons quun mme quipement physique RNC supporte gnralement les diffrentes fonctions logiques de CRNC, SRNC et DRNC.



Fig.II.5: Serving RNC et Drift RNC

Le RNC (Radio Network Controller) a une fonction quivalente au BSC des rseaux GSM, cest dire principalement le routage des communications entre le Node B et le rseau coeur dune part, et le contrle et la supervision du Node B dautre part.

Lorsquun mobile est en communication, une connexion RRC est tablie entre le

mobile et un RNC de lUTRAN. Le RNC en charge de cette connexion est appel SRNC

(Serving Radio Network Controler). Lorsque lusager se dplace dans le rseau, il peut tre conduit changer de cellule

(zone active dune antenne Node B) en cours de communication et peut mme se retrouver dans la cellule dun Node B ne dpendant plus de son SRNC. On appelle alors CRNC

(Controlling RNC), le RNC en charge de ces cellules distantes. Dun point de vue RNC, le RNC distant est appel Drift RNC.

Dans ce cas de figure, les donnes changes entre le Serving RNC et le mobile transitent par les interfaces Iur et Iub. Le Conrolling RNC joue donc le rle dun simple routeur visavis de ces donnes.

Si chaque RNC a un rle bien tabli de Controling RNC visavis des quipements

Node B qui lui sont rattachs, il nen va pas de mme des rles Serving et Drift. Ainsi, chaque RNC peut tre la fois Serving et Drift pour des mobiles diffrents , suivant la manire dont les connexions RRC sont tablies. [4]

II.1.2.2 Node B :

La principale fonction du Node B (Ou Station De Base) est de grer la couche physique de linterface air. Il sagit principalement du codage du canal, de lentrelacement, de ladaptation du dbit et de ltalement. Le Node B supporte galement quelques fonctions de gestion des



ressources radio comme le contrle de puissance en boucle ferme. Le Node B est lquivalent de la BTS (Base Transmitter Station) en GSM.

Le terme de Node B a t adopt de faon temporaire au dbut du processus de normalisation puis il na jamais t remplac. [1]

II.1.3 CN (Core Network) :

Le rseau cur (Core Nettwork) est la partie du systme charge de la gestion des appels. Il permet aux abonnes de communiquer lintrieur dun mme rseau de tlphonie mobile et assure linterconnexion de ce dernier avec des rseaux externes, fixes ou mobiles. Il fournit enfin les logiciels dapplication qui permettent, tout en garantissant la scurit des changes, de maintenir la communication, mme lorsque lutilisateur est itinrant. Et il est rparties au

plusieurs lments sont :

Le HLR home location register est la base de donnes de rfrence qui gre lensemble des abonns et leurs profils. Les profils dun abonn regroupent de nombreuses informations telles que son numro de tlphone, les services quil a le droit, dutiliser, les informations relatives aux services supplmentaires tels que les renvois dappel, les restrictions dappel, etc. Ce profil est cr lorsque labonn souscrit un abonnement et est stock tant que son abonnement reste valide. Afin de pouvoir router efficacement les appels entrants, le HLR stocke galement des donnes de localisation de labonn en termes de zone MSC/VLR et/ou de zone SGSN, cest--dire un niveau que lon pourrait qualifier de macroscopique. [1]

Le MSC/VLR (mobile switching centre /visitor location register) correspond au commutateur (MSC) et la base de donnes (VLR) qui fournissent des services circuits un terminal utilisateur prsent dans leurs zone. Le MSC permet la commutation des connexions circuit alors que le VLR contient une copie du profil de labonn et certaines informations plus prciss relatives la localisation de labonn. Il est courant dappeler domaine circuit , la partie du rseau gre par le MSC/VLR. [1]

Le GMSC (Gateway MSC) est un commutateur connect directement aux rseaux externes en mode circuit .toutes les communications entrantes et sortantes, en mode circuit, passent ncessairement par un GMSC. [1]

Les SGSN (Serving GPRS Support Node) possde des fonctionnalits similaires au MSC/VLR mais est utilis pour les communications paquets. La partie du rseau gre par le SGSN est couramment appele domaine paquet . [1]



Les fonctionnalits du GGSN (Gatway GPRS Support Node) sont trs proches de celles du GMSC, mais le GGSN fait partie du domaine paquet et non circuit. Il ne traite donc que des connexions en mode paquet. [1]

Fig.II.6 : Architecture dun Rseau Cur

Linterface air utilis pour relier lUTRAN avec le CN est linterface Iu. similaire aux interfaces A GSM pour le domaine circuit et Gb pour le domaine paquet, linterface Iu est ouverte et permet aux oprateurs demployer des quipements UTRAN et CN de diffrents constructeurs.

Dans le rseau cur, on distingue deux sous-rseaux ou domaines : le domaine CS (Circuit-Switched) et le domaine PS (Packet Switched) qui ont pour fonction dassurer la communication de circuits et la communication de paquets.

II.1.3.1 Domaine commutation de circuits : Domaine CS [6] Le domaine CS assure la connexion un rseau RNIS (bande troite) et est mieux adapt pour la transmission de voix et pour les services de type temps rel.

Pour tablir une communication ; la procdure dappel dun poste tlphonique dun rseau externe, une connexion CS doit dabord tre faite. LUE signale, pour ce faire, au MSC quelle ncessite une connexion CS un numro particulier. Le MSC consulte le profil de lutilisateur dans le VLR pour dterminer si lutilisateur a la permission dappeler le numro. Si lappel est permis, le MSC vrifie sil dispose de circuits disponibles et si lUTRAN dispose de ressources pour supporter la communication. Si cest le cas, il tablit la connexion CS de lUE, par linterface air, passant par lUTRAN jusquau MSC du CN. Le MSC commute alors lappel au GMSC, qui se charge de la commutation dans le rseau externe CS.



Le rseau externe CS effectue alors les fonctions de commutations ncessaires pour diriger lappel la destination.

Quand la communication est termine, le MSC et le GMSC produisent un Call Detail Record (CDR). Le CDR contient les informations concernant lidentit des parties appelante et appele, les ressources utilises, etc. et est transmis au serveur de facturation.

Pour la rception de communication; procdure dappel de lUE depuis un rseau externe, la procdure est diffrente. Dabord, lappel est rout travers le rseau externe vers le GMSC. Le GSMC dtermine alors le HLR contenant le profil de lutilisateur appel sur base de son numro de tlphone. Le HLR connat la location area de lUE (un ensemble de cellules dans lesquelles lUE est susceptible de se trouver et dtre appele), et est de ce fait capable denvoyer une requte de numro indiquant le MSC de destination au VLR responsable de cette location area. Le VLR renvoie le numro du MSC, et le HLR transmet alors le numro au GMSC. Le GMSC est maintenant capable de router lappel jusquau MSC. A partir du VLR, le MSC connat le RNC responsable de la location area de lUE appele et peut ds lors demander ce RNC ltablissement dun canal vers lUE. Le RNC signale alors lappel lUE dans la dernire location area connue et tablit une connexion lUE travers le Node B quand lUE rpond lappel. Quand la liaison de transmission est tablie, lUE se met sonner. Quand lutilisateur dcroche, la communication est commute par la liaison tablie.

Quand la connexion de signalisation pour les services CS est ferme, lors de la clture de communication ou lors dun dfaut de liaison radio, lUE peut tre ordonne par le rseau de passer en mode inactif CS. Alternativement, lUE peut passer en tat dtach soit sur ordre du rseau soit par lutilisateur.

Si la connexion de signalisation des services CS est ferme, lUE passe de ltat connect CS ltat inactif CS. Le rseau arrte le traage de localisation de lUE et lUE coute le canal de diffusion des cellules. Tant que lUE reste dans la mme location area, la situation demeure inchange. Si lUE se dplace dans une nouvelle location area, il informe le MSC de son changement de localisation. La mise jour de localisation est stocke dans le HLR et copie dans le VLR attache au MSC.

Si lutilisateur dsire effectuer un appel, lUE passe en tat de connexion CS et effectue la procdure dtablissement de communication. Sil ya une communication entrante pour lUE, le RNC le signale lUE. Quand lUE rpond, le RNC tablit la connexion et lUE se met sonner. Quand lutilisateur dcroche, la communication est commute.



II.1.3.2 Domaine commutation de paquets : Domaine PS [6] Le domaine PS sappuie sur larchitecture du rseau fdrateur GPRS. Il assure la

connexion aux rseaux utilisant le protocole IP (Internet, Intranet) et aux rseaux X.25. Il est appropri la transmission de donnes.

Pour tablir une communication, une connexion PS doit tre tablie. LUE active dabord le contexte PDP (Packet Data Protocol) dans le GGSN. Un contexte PDP est un ensemble de paramtres dfinissant les rseaux de paquets quun utilisateur peut employer pour transmettre des donnes. La liste des contextes PDP permis pour lutilisateur est stocke dans le HLR. Pour activer le contexte PDP, lUE tablit une connexion par le RNC jusquau SGSN et envoie un message de requte dtablissement de connexion un rseau PS externe. Le SGSN transmet la requte au GGSN, qui interroge alors le HLR pour vrifier si lutilisateur est autoris accder aux rseaux PS externes. Si lutilisateur est autoris, le GGSN active le contexte et informe lUE en incluant une adresse IP. Lactivation du contexte cre un tunnel IP fixe vers lequel les paquets de donnes sortants sont envoys au RNC et transmis ensuite au GGSN. Le GGSN commute alors lappel dans le rseau PS externe, qui effectue les fonctions de commutation ncessaires pour diriger lappel destination. Le tunnel est actif jusqu ce que lUE dsactive le contexte soit en fermant lapplication soit en se dconnectant du SGSN.

Le SGSN est inform continuellement de la routing area actuelle de lUE (la routing area est lquivalent PS de la location area). Si lUE change de routing area pour une area avec un nouveau SGSN responsable de cette area, la route dans le GGSN est adapte cette area. Grce la requte au HLR, le SGSN et le GGSN sont conscients de la qualit de service (QoS) demande pour le transfert de paquet et sont capables dtablir un chemin de transfert de paquet conformment la QoS dsire.

Les catgories de QoS pour les connexions PS sont conversationnel (voix), streaming (streaming vido), interactif (navigation web) et background (transfert de fichier, emails). Quand la communication est termine, le SGSN gnre un enregistrement de facturation sur base du contexte PDP et lenvoie au serveur de facturation. Pour recevoir un appel PS, un autre processus est requis. Dabord, lappel entrant est rout travers le rseau PS externe jusquau GGSN. Le GGSN dtermine alors le HLR dans lequel le profil de lutilisateur appel est stock sur base de son numro de tlphone. Le GGSN interroge ensuite le HLR et dtermine si lUE est attache au rseau et a activ un contexte PDP. Si lUE nest pas attach au rseau, lappel est rejet. Si lUE est attache au rseau mais ne dispose pas dun contexte PDP, lUE doit tre localise et recevoir un signal dactivation de contexte PDP. Le HLR



connat la routing area de lUE. Il connat galement le SGSN responsable de lUE. Le GGSN obtient cette information et vrifie le profil de lutilisateur dans le HLR concernant lattachement au rseau de lUE et le statut du contexte PDP. Le GGSN est prsent capable de router lappel vers le SGSN. Le SGSN connat le RNC responsable de la routing area et demande au RNC dtablir un canal vers lUE. Le RNC appelle lUE dans la dernire routing area connue et tablit une connexion lUE travers le Node B utilis par lUE lors de sa rponse lappel. Une fois la liaison tablie, lUE reoit lappel PS et la communication dbute.

II.1.4 EN (External Network) [7]

Quant aux rseaux externes, ils se scindent en deux catgories

Les rseaux circuits tels que le rseau tlphonique commut public RTCP ou le rseau numrique intgration de service RNIS

Les rseaux paquets tels que le rseau internet et dautres rseaux publics ou privs de transmission de donnes.

Fig.II.7 : Rseau Externe

II-2 Capacit daccs radio des terminaux : [5]

La classification des terminaux utiliss en GSM nest pas applique de la mme manire en UMTS. A la place, un terminal, durant la phase dtablissement dappel, transmet au rseau un ensemble de paramtre dfinissant sa classe. Cela est d au large ventail de capacit et de dbit



des terminaux UMTS, et cela aurait entran la cration dun trop grand nombre de classes. Pourtant pour des raisons pratiques, un certain nombre de classes de rfrence ont t dfinies, mains les terminaux peuvent sen carter.

Le support du facteur dtalement 512 nest pas prvu par dfaut dans aucune des classes. En ce qui concerne les mthodes de codage de canal, le codage Turbo est support par les classes suprieures la classe 32 et pour les dbits suprieur 64 kbit/s. Les paramtres de codage Turbo sont donns dans le tableau Tab.II.1 et le tableau Tab.II.2 Pour le codage convolutif, toutes les classes possdent une valeur de 640bits, pour un instant donn et pour le codage et le dcodage. Cela est ncessaire dans tous les cas pour le dcodage des canaux du diffusion (broadcast), toutes les classes, lexception de la classe 32, supporte au moins 8 canaux de transport parallle.



Classes (en kbit/s) 32 64 128 384 768 2048

Paramtre de canal de transport

Somme maximum du nombre de bits de tous les blocs de transport reus un instant donn

640

3840

3840

6400

10240

20480

Somme maximum du nombre de bits de tous les blocs de transport reus (utilis le codage Turbo) un instant donn

Non support

3840

3840

6400

10240

20480

Nombre maximum de canaux

CCTrCH simultan /plus forte valeur

avec support du canal PDSCH

1

2/1

2/1

2/1

2

2

Nombre total maximum de blocs de transport reus pendant les TTI qui se terminent au mme instant

8

8

16

32

64

96

Nombre maximum de TFC dans

TFC Set 32

48

96 128 256 1024

Nombre maximum de TF 32 64 64 64 128 256

Paramtre des canaux physiques

Nombre maximum de codes DPCH-PDSCH reus simultanment / plus forte valeur avec support du canal DPCH

1

2/1

2/1

3

3

3

Nombre maximum de bits reus par intervalle de 10ms, issus des canaux physiques (DPCH, PDSCH, SCCP-CH)/ Plus Forte Valeur avec support du canal DSCH

1200 3600/

2400

7200/

4800 19200 28800 57600

support du canal physique DSCH Non Oui/

Non

Oui/

Non

Oui/

Non Oui Oui

Tab.II.1 : combinaison de paramtre daccs radio des terminaux pour le dcodage dans le sens descendant



Classes (en kbit/s) 32 64 128 384 768

Paramtre de canal de transport

Somme maximum du nombre de bits de tous

les blocs de transport mis un instant donn

640

3840

3840

6400

10240

Somme maximum du nombre de bits de tous

les blocs de transport mis (utilisant le codage

Turbo) un instant donn

Non

sup-

port

3840

3840

6400

10240

Nombre total maximum de blocs de

transport mis pendant les TTI qui se terminent

un mme instant

4

8

8

16

32

Nombre maximum de TFC dans le TFC Set 16 32 48 64 128

Nombre maximum de TF 32 32 32 32 64

Paramtre des canaux physique

Nombre maximum de bits DPDCH mis par

intervalle de 10ms 1200 2400 4800 9600 19200

Tab.II.2: combinaison de paramtre daccs radio des terminaux pour le dcodage dans le sens montant

La valeur donne pour le nombre de bits reus un instant donn doit tre convertis en un dbit maximum support en considrant, cet instant donn, la dure dentrelacement ou lintervalle TTI, selon la terminologie du 3GPP. Par exemple, la valeur de 6400 bits pour la classe 384 kbit/s peuvent tre convertie en dbit maximum selon la dure de lintervalle TTI. Si le dbit de lapplication est de 256kbit/s, le nombre de bits par lintervalle de 10ms est par consquent de 2560 bits. Avec des intervalles TTI de 10 ou 20 ms, le nombre de bits par dure dentrelacement reste infrieur 6400 bits. Mais avec un intervalle TTI de 40 ms, la limite de 6400bits est dpasse et le terminal naura pas suffisamment de mmoire pour fonctionner avec cette configuration. De mme, un dbit de 384 kbit/s pourra tre supporte par un terminal de la mme classe avec un intervalle TTI de 10 ms, mais avec un intervalle de 20 ms la limite sera atteinte.

Il est possible pour un terminal dindiquer des valeurs permettant un dbit de 2 Mbit/s avec un intervalle TTI de 80 ms. Les valeurs minimales ont t dtermines par les capacits



ncessaires laccs au systme permettant, par exemple, dcouter le canal BCH ou daccder au canal RACH.

Le principal paramtre dun canal physique est le nombre maximum de bits mis et reus par intervalle de 10ms, cela dtermine quels facteurs dtalement sont supports. Par exemple, une valeur de 1200 bits pour la classe 32 Kbit/s indique que dans le sens descendant, les facteurs dtalement 256, 128, et 64 seront supports tandis que dans le sens montant, la plus petite valeur supporte sera 64. Cette diffrence provient de lutilisation de la modulation QPSK dans le sens descendant et de la modulation BPSK dans le sens montant.

Il existe galement des paramtres qui ne dpendent par une combinaison de rfrence particulire. De tels paramtres peuvent indiquer, par exemple, le support de certaines mthodes de localisation, ou pour la partie purement radio, les bandes de frquences supportes ou la classe de puissance du terminal.

II. Conclusion

Aprs avoir dtaill larchitecture des rseaux de la troisime gnration UMTS o nous avons prsent sa structure globale quest compos de lquipement utilisateur, le rseau daccs radio, et le rseau cur tous ces bloc ont pour rles dassurer la propre fonctionnalit du rseau. LUMTS utilise la technique daccs large bande W-CDMA.

Donc le chapitre suivant a pour but de donner des notions fondamentales de la structure du systme W-CDMA afin de montrer lenvironnement technique adquat qui permet deffectuer une transmission fiable travers un support de transmission.

II. Rfrences bibliographiques : [1] HARRI HOLMA et ANTTI TOSKALA UMTS les rseaux de troisime gnration Edition O.E.M. 2001 [2] Javier Sanchez & Mamadou Thioune UMTS Edition : Hermes Science. [3] Rseaux 3G : Principes, architectures et services de l'UMTS, de Pierre LESCUYER [4] UMTS : Les origines, l'architecture, la norme, Pierre LESCUYER, 2 dition chez Dunod [5] Mmoire fin dtude Mr. KECHKOUCHE Mustapha Etude des services et application offerts par lUMTS ITO Promotion : IGE 24 [6] http://www.univsavoie.fr/enseignement/sfa/desstr/download/umts_interface_radio.pdf [7] http://www.univsavoie.fr/enseignement/sfa/desstr/download/umts_architecture.pdf

Chapitre III W-CDMA


III. Introduction

Le CDMA large bande (W-CDMA) est une extension du concept de CDMA bande troite. Le W-CDMA a t cibl pour la troisime gnration (3G) des systmes de communication comme lUMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems). Les diffrences les plus nettes entre les systmes de troisime gnration et les systmes de deuxime gnration se trouvent dans les protocoles de communication sur linterface daccs. En fait, le CDMA a dj t utilis comme interface daccs dans les systmes de deuxime gnration comme IS-95 qui ont t construits principalement pour fournir des services tels que la parole dans les macro-cellules. Ce systme a t prsent gnralement sous le nom de systme CDMA bande troite. Lvolution du CDMA vers le W-CDMA a t faite pour tenir compte des nouvelles exigences introduites par les systmes de communication 3G. Ces exigences sont principalement dictes par les nouveaux services haut dbit tels que le multimdia, la vidoconfrence, linternet, etc.

Dans ce chapitre nous prsentons la nouvelle technique daccs W-CDMA, les principes dtalement et dstalement, leurs principales caractristiques puis les techniques de multiplexage utilis. On termine par les avantages et les contraintes du W-CDMA.

III.1 Prsentation du W-CDMA :

Le W-CDMA, qui est actuellement employ dans de nombreux systmes de communication, permet un grand nombre d'utilisateurs d'utiliser la mme onde porteuse sans interfrer les uns les autres. Il consiste rpartir l'information radiolectrique mise sur une bande de frquences plus large que celle rellement ncessaire la transmission du signal utile. Ce dernier apparat alors comme un bruit et sa densit spectrale est constante sur l'intgralit de la bande occupe.[2]

Les deux modes de fonctionnement possible, W-CDMA et TD-CDMA utilisent tous les deux un accs CDMA 3.84 Mchips/sec dans une canalisation frquentielle de 5 MHz. Lintrt dune telle largeur de bande est quelle est compatible avec la fourniture de dbits 384 kbits/s, comme requis dans les spcifications de lIMT 2000, voire mme 2 Mbits/s sous certaines conditions. La modulation utilise est la QPSK.[2] Deux options ont t retenues pour le codage de canal :

Chapitre III W-CDMA


Un codeur convolutionnel de taux 1/2 ou 1/3 associ un FEC (Forward Error Correction)

Un turbocodeur, recommand pour les services de trs haute qualit Des tudes sur l'emploi de modulations plus efficaces (ex QAM16) sont actuellement tudies (solutions HSDPA). L'interface radio (aussi nomme interface air) de l'UMTS est base sur le W-CDMA (Wideband Code Distributed Multiple Access), qui elle-mme rutilise largement sur le concept CDMA.

III.2 Principe dtalement et dstalement :[4] III.2.1 Ltalement :

Les deux techniques principales, celle de rpartition par squence directe (Direct Sequence) et celle par saut de frquence (Frequency Hopping).

a. Ltalement par sauts de frquences :

En Ltalement par sauts de frquences, l'information est module en utilisant une modulation bande troite classique. Ensuite la porteuse est dcale un emplacement de la bande disponible en utilisant une squence de frquence pseudo-alatoire. Sur une longue dure, le signal obtenu est large bande. La discrtion est obtenue en gardant secrte la squence pseudo-alatoire. Un brouilleur bande troite n'est gnant que durant l'intervalle de temps o la porteuse se trouve spectralement proche (c'est dire pour une fraction du temps seulement). Dans le cas d'un canal slectif en frquence, les erreurs ne se produisent que sur des blocs de faible dure. Un codage permet alors de corriger l'ensemble de l'information.

Frquence

Th

Fig.III.1: technique de sauts de frquences

Chapitre III W-CDMA


Ltalement par squence directe (DS-CDMA) : Le cas de ltalement (modulation) par squence directe, la porteuse est

successivement module par l'information de dbit D et par un code pseudo-alatoire de dbit beaucoup plus important R. Le W-CDMA faisant appel au DS-CDMA. Il s'agit de multiplier au sens mathmatiques du terme (OU exclusif) chaque bit transmettre par un code pseudo-alatoire PN (Pseudo random Noise code) propre chaque utilisateur. La squence du code (constitue de N lments appels "chips") est unique pour un utilisateur donn, et constitue la clef de codage ; elle est conserve si le symbole de donne valait 1, inverse sinon.

On appelle facteur talement SF (Spreading Factor) la longueur L du code. Si chaque symbole a une dure Tb, on a 1 chip toutes les Tb/N secondes. Le nouveau signal modul a un dbit N fois plus grand que le signal initialement envoy par l'usager et utilisera donc une bande de frquences N fois plus tendue. La relation entre le dbit initial est final est donc :

Dbit Chip = Dbit Bit * SF

Ainsi plus SF est grand, plus le dbit chip (de l'ordre de 3.84 Mcp/s pour le W-CDMA) est grand, et plus le dbit de donnes du canal sera lev. Cela permet de dgager des canaux dbits variables selon les besoins des utilisateurs (bandwidth on demand). Le signal rsultant occupe alors une bande trs importante.

Fig.III.2: ltalement

III.2.2 Le destalement :

Code pseudo- alatoire dbit R

Information utile Train NRZ dbit D

Porteuse

Facteur dtalement

Chapitre III W-CDMA


En rception, pour rcuprer l'information, le rcepteur doit effectuer la mme opration : il gnre la mme squence d'talement est la multipli au signal reu bit par bit; les donnes codes par cette squence sont restaures (puissance spectrale augmente) alors que les donnes des autres utilisateurs restent tals et les brouilleurs dus au canal sont tals, non corrls au signal utile. Ceci permet de diminuer le niveau de bruit pour le signal en bande de base : Plus l'talement est important, plus les interfrences sont limines.

Dans le rcepteur le signal reu est remodul par la mme squence synchronise. Cette opration prend le nom de dstalement puisque la bande du signal obtenu correspond celle de l'information.

Fig.III.3: dstalement

Ce type de dstalement prsente les avantages suivants:

- la densit spectrale du signal transmis est faible car le signal est large bande (ce qui permet la discrtion). - Ici aussi, la discrtion est obtenue en gardant le code d'talement secret.

- Un brouilleur bande troite est tal par le rcepteur, ce qui minimise sa

Puissance aprs filtrage bande troite.

- La tolrance vis vis des multi trajets est obtenue en choisissant des codes prsentant des autocorrlations troites. Les trajets de dlais suprieurs un chip sont facilement limins.

Porteuse Code pseudo- alatoire dbit R

Signal utile

Autre signal tal

Brouilleur

Chapitre III W-CDMA


III.3 Principales caractristiques de W-CDMA :

Les principaux caractristiques du W-CDMA sont : - accs multiple via DS-CDMA (Direct Squence CDMA) - chip rate : 3, 84 Mcps ; bande passante 5 MHz - 2 modes pour sparer uplink et downlink : FDD( 2 x 5 MHz) et TDD (1 x 5 Mhz) - motif de rutilisation : 1 (pour une bande de 5 Mhz)=> facilit de planification - possibilit de dployer plusieurs bandes 5 MHz pour extension de la capacit et rseaux multi-couches.

- BS en mode asynchrone (pas de signal de rfrence comme GPS ncessaire. dbits utilisateurs jusqu 2 Mbit/s et variables sur une connexion (par tranche de 10 ms) => supporte le concept de BoD ( Bandwith on Demand ) et le multiplexage de services . - support de hand-over avec le GSM (=> facilit de dploiement du rseau et de la couverture). - utilise la dtection cohrente bas sur des pilotes (canaux et symboles).

Fig.III.4: Etalement de spectre.

III.4 Les codes d'talement :[1] Pour viter toute interfrence avec les codes des diffrents utilisateurs et diffrencier

des canaux distincts, on se sert de code orthogonal appel codes CDMA ou OVSF

Chapitre III W-CDMA


(Orthogonal Variable Spreading Factor Code). L'utilisation de ces codes permet de modifier le facteur d'talement et de maintenir l'orthogonalit des diffrents codes d'talement mme si ces derniers de longueur diffrente.

Ils viennent d'une famille de codes orthogonaux au sens de la corrlation. Ils peuvent tre dfinis par un arbre gnrateur tel qu'une racine engendre 2 branches. Les codes ports par ces deux branches sont issus du code de la racine. En effet, le code d'une branche est compos par le code de la racine et de son complmentaire. Ce principe permet ainsi de gnrer l'arbre des codes OVSF utiliss pour l'UTRAN, aussi regroups sous la forme de la matrice de Hadamard.

SF=1 SF=2 SF=4 SF=8

Fig.III.5: arbre de code OVSF

De plus, le facteur k, qui dtermine le nombre de bits dans les trames des canaux de ddis au transfert de donnes, vrifie la relation suivante :

SF= 256/2k avec k de 0 6

Cela signifie que SF peut prendre les valeurs : 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256. Cet arbre montre la relation directe entre nombre de codes disponibles pour un talement donn et le facteur d'talement. En effet, le facteur SF dtermine simultanment la longueur du code mais galement le nombre de codes disponibles pour un talement SF.

A cela s'ajoute la ncessite de respecter certaines rgles. En effet, au sein d'une mme cellule, les codes OVSF ne peuvent tre utiliss tous simultanment car ils ne sont pas tous orthogonaux entre eux. Le code d'une branche est fortement li celui de sa racine, ce qui empche de les utiliser simultanment. Donc lorsqu'un code est allou, tous les codes issus de ces branches ne peuvent tre utiliss.

C4,4=(1,-1,-1,1)

C4,3=(1,-1 ,1,-1)

C1,1=(1)

C2,2=(1,-1)

C2,1=(1,1) C4,2=(1, -1,-1,1)

C4,2=(1, 1,-1,-1)

Chapitre III W-CDMA


III.5 Concept du W-CDMA : Le W-CDMA se base largement sur le CDMA, utilisant une plus large bande passante

ce qui permet d'accrotre le dbit. Pour optimiser les ressources radio, il propose deux modes de fonctionnement, selon le type de multiplexage. De plus, outre l'talement (channelisation), le W-CDMA applique une autre opration essentielle, le brouillage (scrambling), et les nouvelles solutions utilisant le domaine spatial (antennes adaptatives) sont l'tude pour amliorer la rception des signaux.[3]

III.6 Les multiplexages :[2] Il existe deux modes de duplexage :

Le mode FDD en W-CDMA pour les bandes appaires (2x 60 MHz), et le mode TDD en W-TDMA / CDMA pour les bandes non appaires (35 MHz).

III.6.1 Le FDD-W-CDMA :(Frequency Division Duplex) Le concept W-CDMA (Wideband CDMA) utilise exactement ce mode avec une

technique dtalement de spectre par squence directe, Ce mode consiste a faire un multiplexage en frquence des deux sens de transmission : Chaque sens de transmission utilise une porteuse distincte. Cette technique utilise donc un dbit chip lev (4,096 Mchip/s), et une bande de frquences importante (4,4 5 MHz), ce qui permet de bnficier dune bonne diversit de frquences dans la plupart des environnements, et de saffranchir des vanouissements lis aux trajets multiples.

Le W-CDMA utilise un facteur dtalement variable (de 4 256) permettant de supporter facilement une large gamme de dbits de services, avec une bonne qualit. Le dbit maximal support par un seul code est de 384 kbit/s. Pour les services plus haut dbit, plusieurs codes sont allous un mme utilisateur et transmis simultanment sur le mme canal radio (par exemple 5 codes sont ncessaires pour supporter le 2 Mbit /s. Ce mode est bien adapt pour tout type de cellule mais nest pas trs souple pour la gestion de trafic asymtrique.

Chapitre III W-CDMA


Accs multiple DS-CDMA

Duplex FDD

Dbit chip 3.84 Mchip/s

Espacement entre porteuse 4.4 5 MHz avec un pas de 200 KHz

Dure trame 10 ms

Dbit variable Facteur dtalement variable est multicode

Facteur dtalement Variable est multicode

Tab.III.1: paramtre du mode FDD

Fig.III.6: mode FDD

III.6.2 Le TDD-W-CDMA : (Time Division Duplex) n'utilise qu'une bande passante de 5 Mhz divise en portions de temps (time slot) ; elle est utilise pour les deux sens. Elle comprend donc une composante AMRT (Accs Multiple Rpartition dans le Temps) fonde sur la trame GSM (qui fait appel au TDMA) en plus de la sparation par code. Ce concept offre une large gamme de dbits de service en allouant plusieurs codes ou plusieurs intervalles de temps un utilisateur. Le dbit de 2 Mbit/s peut galement tre obtenu, mais des raisons techniques et complexes (dues par exemple au dplacement ou au dphasage) limitent le bon fonctionnement de ce systme aux btiments ou aux petites cellules.

Chapitre III W-CDMA


Accs multiple TDMA et CDMA

Duplex TDD

Debit chip 3.84 Mchip/s

Espacement entre porteuses 5 MHz

Structure de trame 15 IT par trame

Etalement Orthogonal

Dure trame 10 ms

Dbit variable Multi IT et multicode

Codage Canal convolutionnel, turbo codes en option

Tab.III.2: paramtre du mode TDD

Fig.III.7: mode TDD

Dans un premier temps, ces deux modes ont t dvelopps sans souci d'harmonisation, mais suite la dcision de l'ETSI, ils devront cohabiter dans un mme terminal et dans un mme service afin de couvrir l'ensemble des services prvus par l'UMTS.

III.6.3 Comparaison entre le mode FDD et le mode TDD :

Le tableau suivant nous permet de comparer les deux modes FDD W-CDMA et TDD TD/CDMA :

Chapitre III W-CDMA


Critre de comparaison Mode FDD W-CDMA Mode TDD TD/CDMA

Dploiement et couverture.

Plus particulirement adapt Aux grandes cellules.

Limit aux petites cellules cause de synchronisation et de

temps de garde.

Services Supports

Plus particulirement adapt aux services symtriques (voix et services de donnes bas et moyen dbit en mode

symtrique).

Plus particulirement adapt aux services de donnes en mode

paquet, haut dbit et asymtrique.

Contrle de puissance Contrle rapide ncessaire pour

linterfrence intra cellulaire.

Contrle lent suffisant grce la

dtection conjointe.

Transfert intercellulaire Le soft handover est obligatoire. Transfert inter cellulaire normal

utilis dans tous les cas

Complexit du terminal

La fonction critique est celle qui assure

le dstament du signal (rcepteur RAKE ). Sa complexit varie

proportionnellement avec le dbit chip et dpend galement des caractristiques de propagation (nombre de multi trajet,

vitesse de variation du canal, etc..)

La fonction critique est la

dtection conjointe, dont la complexit croit avec le nombre de code transmit simultanment sur le mme slot. La complexit croit avec le dbit de service, et

dpend galement des caractristiques de propagation

(retard li aux multi trajets.

Synchronisation entre

stations de base Aucune synchronisation nest requise

Synchronisation au niveau trame requise. Elle devrait tre ralise

sans recours au GPS.

Planification

La couverture dune cellule varie fortement en fonction du trafic support.

La planification doit donc prendre en compte couverture et capacit dans un

mme temps. Pas de plan de frquence.

La couverture dune cellule est peu prs indpendante du trafic support, grce la dtection

conjointe. Couverture et capacit peuvent tre planifis

en deux temps. Plan de frquence ncessaire.

Tab.III.3: Comparaison entre FDD W-CDMA et TDD TD/CDMA

Chapitre III W-CDMA


III.7 Les Interfaces Radio W-CDMA :

Linterface radio est conue

Etude d'un réseaux UMTS

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