Planification et Ingnierie des rseaux de tlcommunications

Planification et Ingnierie des rseaux de tlcommunications2014

Planification et Ingnierie des rseaux de tlcommunications

SommaireIntroduction gnrale aux rseaux radioChapitre 1: Architecture et planification GSM et GPRS 1 Infrastructure d'un rseau GSM1.1 Prsentation de l'infrastructure d'un rseau1.2 Les quipements d'un rseau GSM1.3 Architecture matrielle du sous systme radio BSS1.4 Architecture matrielle du sous systme fixe NSS1.5 Sous systme d'exploitation et de maintenance OSS1.6 Prsentation des interfaces1.7 Architecture rseau en couches (module OSI)1.8 La station mobile de l'utilisateur final1.9 Architecture du RNIS1.10 Conclusion sur le rseau GSM2 Infrastructure d'un rseau GPRS2.1 Prsentation de l'infrastructure d'un rseau2.2 Les quipements d'un rseau GPRS2.3 Les quipements GSM utilises2.4 Les interfaces rseau GPRS2.5 L'acheminement en mode paquet2.6 Les apports du rseau GPRS2.7 La gestion de l'itinrance2.8 La gestion des sessions2.9 Conclusion sur les rseaux GPRSChapitre 2: Architecture et planification rseau UMTS 3 Infrastructure d'un rseau UMTS3.1 Prsentation de ('infrastructure d'un rseau3.2 Les quipements d'un rseau3.3 Utilisation des architectures rseaux existantes3.4 Les apports du rseau UMTS3.5 Migration vers le tout IP3.6 Partage des infrastructures UMTS3.7 Conclusion sur le rseau UMTSChapitre 3: Architecture et planification rseau HSDPA et HSUPA

Chapitre 4: Architecture et planification rseau radio WiFi IntroductionI.Les rseaux sans fils591.1) Les catgories de rseaux sans fils601.2) Historique62II.Prsentation de WiFi (802.11)Erreur! Signet non dfini.3.1) Les diffrentes normes WiFiErreur! Signet non dfini.3.2) Les quipements WiFiErreur! Signet non dfini.MISE EN uvre DU Wi-FII.Les modes opratoiresErreur! Signet non dfini.1.1) Le mode infrastructureErreur! Signet non dfini.1.2) Le mode ad hocErreur! Signet non dfini.II.Mise en place d'un rseauErreur! Signet non dfini.2.1) Dployer un rseau sans filErreur! Signet non dfini.2.2) Combattre les interfrencesErreur! Signet non dfini.SECURITE: les prcautionsI.Le chiffrementErreur! Signet non dfini.1.1) WEPErreur! Signet non dfini.1.2) WAPErreur! Signet non dfini.1.3) Verrouillez votre rseau !Erreur! Signet non dfini.II.Le piratageErreur! Signet non dfini.2.1) Une nouvelle gnration de hackersErreur! Signet non dfini.2.2) Les risques en matire de scuritErreur! Signet non dfini.III.Les solutionsErreur! Signet non dfini.3.1) Une infrastructure adapteErreur! Signet non dfini.3.2) Eviter les valeurs par dfautErreur! Signet non dfini.3.3) Activer le cryptage WEP ou WAPErreur! Signet non dfini.3.4) Le filtrage des adresses MACErreur! Signet non dfini.3.5) Amliorer l'authentificationErreur! Signet non dfini.3.6) Mise en place d'un VPNErreur! Signet non dfini.3.7) Dfinir des adresses IP fixesErreur! Signet non dfini.3.7) Installer un pare-feuErreur! Signet non dfini.IV.En conclusionErreur! Signet non dfini.

Chapitre 5: Planification et dimensionnement des rseaux radio UTRAN

Chapitre 6: application au dimensionnement et planification radio

ANNEXESI.La technologie employe par le Wi-FiErreur! Signet non dfini.1.1) Les canaux de transmissionErreur! Signet non dfini.1.2) Les technologies de transmissionErreur! Signet non dfini.1.3) Les techniques de modulationErreur! Signet non dfini.1.4) Le WEPErreur! Signet non dfini.II.BibliographieErreur! Signet non dfini.

Introduction gnrale aux rseaux radio

Un rseau radio est un rseau utilisant des onde radio-lectrique de communication entre le terminal ou le poste mobile ou fixe et le nud daccs fixe (appl souvent station terminale ou nud daccs), on parle aussi dun rseau sans fils (en anglais wireless network) est, comme son nom l'indique, un rseau dans lequel au moins deux terminaux peuvent communiquer sans liaison filaire (WiFi, Bluetooth par exmple).

Grce aux rseaux sans fils, un utilisateur a la possibilit de rester connect tout en se dplaant dans un primtre gographique plus ou moins tendu, c'est la raison pour laquelle on entend parfois parler de "mobilit".

Au niveau des rseaux daccs, Les rseaux sans fils ou radio sont bass sur une liaison utilisant des ondes radio-lectriques (radio et infrarouges) en lieu et place des cbles habituels (cbles RLA ou UTP torsads). Il existe plusieurs technologies se distinguant d'une part par la frquence d'mission utilise ainsi que le dbit et la porte des transmissions.

Les rseaux sans fils permettent de relier trs facilement des quipements distants d'une dizaine de mtres quelques kilomtres. De plus l'installation de tels rseaux ne demande pas de lourds amnagements des infrastructures existantes comme c'est le cas avec les rseaux filaires. En contrepartie se pose le problme de la rglementation relatives aux transmissions radio-lectriques. De plus les ondes hertziennes sont difficiles confiner dans une surface gographique restreinte, il est donc facile pour un pirate d'couter le rseau si les informations circulent en clair. Il est donc ncessaire de mettre en place les dispositions ncessaires de telle manire assurer une confidentialit des donnes circulant sur les rseaux sans fils.

Catgories des rseaux radio On distingue habituellement plusieurs catgories de rseaux radio, selon le primtre gographique offrant une connectivit (appel zone de couverture) :a) Rseaux personnels sans fils (WPAN : Wireless Personal Area Network)Le rseau personnel sans fils (appel galement rseau individuel sans fils ou rseau domotique sans fils et not WPAN pour Wireless Personal Area Network) concerne les rseaux sans fils d'une faible porte : de l'ordre de quelques dizaines mtres. Ce type de rseau sert gnralement relier des priphriques (imprimante, tlphone portable, appareils domestiques, ...) ou un assistant personnel (PDA) un ordinateur sans liaison filaire ou bien permettre la liaison sans fils entre deux machines trs peu distantes. Il existe plusieurs technologies utilises pour les WPAN :

La principale technologie WPAN est la technologie Bluetooth, lance par Ericsson en 1994, proposant un dbit thorique de 1 Mbps pour une porte maximale d'une trentaine de mtres. Bluetooth, connue aussi sous le nom IEEE 802.15.1, possde l'avantage d'tre trs peu gourmand en nergie, ce qui le rend particulirement adapt une utilisation au sein de petits priphriques. La version 1.2 rduit notamment les interfrences avec les rseaux Wi-Fi. HomeRF (Home Radio Frequency), lance en 1998 par le HomeRF Working Group (form notamment par les constructeurs Compaq, HP, Intel, Siemens, Motorola et Microsoft) propose un dbit thorique de 10 Mbps avec une porte d'environ 50 100 mtres sans amplificateur. La norme HomeRF soutenue notamment par Intel, a t abandonne en Janvier 2003, notamment car les fondeurs de processeurs misent dsormais sur les technologies Wi-Fi embarque (via la technologie Centrino, embarquant au sein d'un mme composant un microprocesseur et un adaptateur Wi-Fi). La technologie ZigBee (aussi connue sous le nom IEEE 802.15.4) permet d'obtenir des liaisons sans fil trs bas prix et avec une trs faible consommation d'nergie, ce qui la rend particulirement adapte pour tre directement intgr dans de petits appareils lectroniques (appareils lectromnagers, hifi, jouets, ...). Enfin les liaisons infrarouges permettent de crer des liaisons sans fils de quelques mtres avec des dbits pouvant monter quelques mgabits par seconde. Cette technologie est largement utilis pour la domotique (tlcommandes) mais souffre toutefois des perturbations des aux interfrences lumineuses. L'association irDA (infrared data association) forme en 1995 regroupe plus de 150 membres.

b) Rseaux locaux sans fils (WLAN : Wireless Local Area Network)Le rseau local sans fils (WLAN pour Wireless Local Area Network) est un rseau permettant de couvrir l'quivalent d'un rseau local d'entreprise, soit une porte d'environ une centaine de mtres. Il permet de relier entre-eux les terminaux prsents dans la zone de couverture. Il existe plusieurs technologies concurrentes :

Le WiFi (ou IEEE 802.11), soutenu par l'alliance WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) offre des dbits allant jusqu' 54Mbps sur une distance de plusieurs centaines de mtres.

hiperLAN2 (HIgh Performance Radio LAN 2.0), norme europenne labore par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute), permet d'obtenir un dbit thorique de 54 Mbps sur une zone d'une centaine de mtres dans la gamme de frquence comprise entre 5 150 et 5 300 MHz.

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication), norme des tlphones sans fils domestiques. Alcatel et Ascom dveloppent pour les environnements industriels, telles les centrales nuclaires, une solution base sur cette norme qui limite les interfrences. Les points d'accs rsistent la poussires et l'eau. Ils peuvent surveiller les systmes de scurit 24/24h et se connecter directement au rseau tlphonique pour avertir le responsable en cas de problme.

c) Rseaux mtropolitains sans fils (WMAN : Wireless Metropolitan Area Network)Le rseau mtropolitain sans fils (WMAN pour Wireless Metropolitan Area Network) est connu sous le nom de Boucle Locale Radio (BLR). Les WMAN sont bass sur la norme IEEE 802.16. La boucle locale radio offre un dbit utile de 1 10 Mbit/s pour une porte de 4 10 kilomtres, ce qui destine principalement cette technologie aux oprateurs de tlcommunication.

d) Rseaux tendus sans fils (WWAN : Wireless Wide Area Network)Le rseau tendu sans fils (WWAN pour Wireless Wide Area Network) est galement connu sous le nom de rseau cellulaire mobile. Il s'agit des rseaux sans fils les plus rpandus puisque tous les tlphones mobiles sont connect un rseau tendu sans fils. Les principales technologies sont les suivantes : GSM (Global System for Mobile Communication ou Groupe Spcial Mobile) GPRS (General Packet Radio Service) UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution ) Wimax (standard de rseau sans fils pouss par Intel avec Nokia, Fujitsu et Prowim). Bas sur une bande de frquence de 2 11 GHz, offrant un dbit maximum de 70 Mbits/s sur 50km de porte, certains le placent en concurrent de l'UMTS, mme si ce dernier est davantage destin aux utilisateurs itinrants.

Planification et Ingnierie des rseaux de tlcommunications

Chapitre 1: Architecture GSM et GPRS

Cette partie dcrira le fonctionnement des deux architectures rseaux radion GSM et GPRS et montrera que la rvolution des rseaux GSM et GPRS vers le rseau de 3me gnration UMTS.

1 Infrastructure d'un rseau GSM1.1 Prsentation de l'infrastructure d'un rseauLe rseau GSM a pour premier rle de permettre des communications entre abonnes mobiles (GSM) et abonnes du rseau tlphonique commute (RTC rseau fixe).Le rseau GSM s'interface avec le rseau RTC et comprend des commutateurs.Le rseau GSM se distingue par un accs spcifique : la liaison radio.Le rseau GSM est compose de trois sous ensembles : Le sous systme radio BSS Base Station Sub-system assure et gre les transmissions radios Le sous systme d'acheminement NSS Network Sub System (on parle aussi de SMSS Switching and Management Sub-System pour parler du sous systme d'acheminement). Le NSS comprend l'ensemble des fonctions ncessaires pour appels et gestion de la mobilit. Le sous-systme d'exploitation et de maintenance OSS Operation Sub-System) qui permet l'oprateur d'exploiter son rseau.

Figure1: Sous systmes BSS et NSS du rseau GSM

La mise en place d'un rseau GSM (en mode circuit) va permettre un oprateur de proposer des services de type Voix ses clients en donnant accs la mobilit tout en conservant un interfaage avec le rseau fixe RTC existant.

Figure2: Architecture gnrale du rseau GSM

1.2 Les quipements d'un rseau GSM BTS : Base Transceiver Station (Station de base) assure la rception les appels entrant et sortant des quipements mobiles. BSC : Base Station Controller (Contrleur station de base) assure le contrle des stations de bases. MSC : Mobile Switching Centre (Centre de commutation de mobile) assure la commutation dans le rseau HLR : Home Location Register (Enregistrement de localisation normale). Base de donnes assurant le stockage des informations sur l'identit et la localisation des abonnes. AUC:Authentification Center (centre dauthentification). Assure lauthentification des terminaux du rseau VLR: Visitor Location Register (Enregistrement de localisation pour visiteur). Base de donnes assurant le stockage des informations sur l'identit et la localisation des visiteurs du rseau.

1.3 Architecture matrielle du sous systme radio BSSLe BSS comprend les BTS qui sont des metteurs-rcepteurs ayant un minimum d'intelligence et les BSC qui contrlent un ensemble de BTS et permettent une premire concentration des circuits.1.3.1 Fonctions de la BTSLa BTS est un ensemble d'metteurs-rcepteurs appels TRX. Elle a pour fonction la gestion : des transmissions radios (modulation, dmodulation, galisation, codage et correcteur d'erreurs). de la couche physique des rseaux. de la couche liaison de donnes pour l'change de signalisation entre les mobiles et l'infrastructure rseau de l'oprateur. de la liaison de donnes avec le BSCL'exploitation des donnes recueillies par la BTS est ralise par le BSC.La capacit maximale d'une BTS est de 16 porteuses (limite technique rarement atteinte pour des raisons de fiabilit). Ainsi une BTS peut grer au maximum une centaine de communications simultanes.On distingue deux types de BTS : Les BTS dites normales ' Les micro-BTS'

On distingue ensuite diffrentes classes de BTS normales et micro, en fonction de la nature du rseau (GSM 900 ou DCS 1800) et de la puissance recherche (puissance exprime en W).Les BTS normales sont les stations de base classiques utilises dans les systmes cellulaires avec des quipements complmentaires installes dans des locaux techniques et des antennes sur les toits.Les micro-BTS sont utilises pour couvrir les zones urbaines denses avec des microcellules. II s'agit d'quipements de faible taille, de faible cot qui permettent de mieux couvrir un rseau dense comme le quartier d'une ville forte densit de population.Le rayon d'une cellule varie entre 200m en milieu urbain et 30 km en milieu rural. Une cellule est au minimum couverte par la triangulation de trois BTS.L'exploitation de la BTS se fait soit en local soit par tlcommande au travers de son contrleur de station (BSC).

1.3.2Fonctions du BSCLe BSC est l'organe intelligent du sous systme radio. Le contrleur de stations de base gre une ou plusieurs stations et remplit diffrentes fonctions de communication et d'exploitation. Pour le trafic abonn venant des BTS, le BSC jour un rle de concentrateur. II a un rle de relais pour les alarmes et les statistiques manant des BTS vers le centre d'exploitation et de maintenance Pour le trafic issu du concentrateur, le BSC joue le rle d'aiguilleur vers la station de base destinataire. Le BSC est une banque de donnes pour les versions logicielles et les donnes de configuration tlcharges par l'oprateur sur les BTS.Le BSC pilote enfin les transferts entre deux cellules ; il avise d'une part la nouvelle BTS qui va prendre en charge l'abonne mobile tout en informant le back end system ici le HLR de la nouvelle localisation de l'abonn.Les BTS sont contactes par le centre de maintenance et d'exploitation par le biais des BSC qui jouent ce rle de relais.

1.4 Architecture matrielle du sous-systme fixe NSSLe NSS comprend des bases de donnes et des commutateurs.

1.4.1 Fonctions du HLRLe HLR est une base de donnes de localisation et de caractristiques des abonnes. Un rseau peut possder plusieurs HLR selon des critres de capacit de machines, de fiabilit et d'exploitation. Le HLR est I'enregistreur de localisation nominale par opposition au VLR (voir partie 1.4.3) qui est I enregistreur de localisation des visiteurs.

Le schma ce dessous dcrit les informations gres par le HLR.Une base de donnes qui conserve des donnes statiques sur l'abonne et qui administre des donnes dynamiques sur l e comportement de l'abonn.

Les informations sont ensuite exploites par l'OMC. L'AUC est une base de donnes associe au HLR.

Figure 3: Architecture du sous-systme fixe NSS/GSM

La carte SIM qui transmet deux informations importantes. L'IMSI (International Mobile Subscriber Identity) qui est gre par le HLR (l'IMSI donne des informations sur le rseau d'origine et le pays entre autre) et le KI (cl de cryptage) qui est gr par la base de donnes AUCPrenons un exemple.IMSI + KI : Identification de l'abonn xMSISDN : Numro de tlphone de x (Mobile Station ISDNNumber) Le HLR vrifie que le couple IMSI + KI = MSISDN

Le AUC vrifie que le couple IMSI + KI est valide

Les informations dynamiques relatives l'tat et la localisation d'un abonn sont actualises en permanence. Ces informations sont particulirement utiles lorsque le rseau achemine un appel vers l'abonn.

Le rseau commence par interroger le HLR pour prendre connaissance de la dernire localisation connue, de l'tat du terminal (On / Off) et de la date de ces donnes avant toute action. La mobilit constitue la diffrence essentielle entre le rseau filaire et le rseau de radiotlphonie.Ainsi sur le rseau mobile, l'oprateur doit interroger les diffrentes bases de donnes (HLR) afin de localiser un abonn pour tablir une connexion.

1.4.2 Fonction du MSCLes MSC sont des commutateurs de mobiles gnralement associes aux bases de donnes VLR. Le MSC assure une interconnexion entre le rseau mobile et le rseau fixe public. Le MSC gre l'tablissement des communications entre un mobile et un autre MSC, la transmission des messages courts et l'excution du handover si le MSC concern est impliqu. (Le handover est un mcanisme grce auquel un mobile peut transfrer sa connexion d'une BTS vers une autre (handover inter BTS) ou, sur la mme BTS d'un canal radio vers un autre (handover intra BTS). On parle de transfert automatique inter/intra cellule

Le commutateur est un noeud important du rseau, il donne un accs vers les bases de donnes du rseau et vers le centre d'authentification qui vrifie les droits des abonnes. En connexion avec le VLR le MSC contribue la gestion de la mobilit des abonns ( la localisation des abonns sur le rseau) mais aussi la fourniture de tous les tl services offerts par le rseau : voix, donnes, messageries ... Le MSC peut galement possder une fonction de passerelle,GMSC (Gateway MSC) qui est active au dbut de chaque appel d'un abonn fixe vers un abonn mobile.

Un couple MSC / VLR gre gnralement une centaine de milliers d'abonns. Les commutateurs MSC sont souvent des commutateurs de transit des rseaux tlphoniques fixes sur lesquels ont t implants des fonctionnalits spcifiques au rseau GSM.

1.4.3Fonctions du VLRL'enregistreur de localisation des visiteurs est une base de donnes associe un commutateur MSC. Le VLR a pour mission d'enregistrer des informations dynamiques relatives aux abonnes de passage dans le rseau, ainsi l'oprateur peut savoir tout instant dans quelle cellule se trouve chacun de ses abonns. Les donnes mmorises par le VLR sont similaires aux donnes du HLR mais concernent les abonns prsents dans la zone concerne.

A chaque dplacement d'un abonn le rseau doit mettre jour le VLR du rseau visite et le HLR de l'abonn afin d'tre en mesure d'acheminer un appel vers l'abonn concern ou d'tablir une communication demande par un abonn visiteur.Pour ce faire un dialogue permanent est tablit entre les bases de donnes du rseau.La mise jour du HLR est trs importante puisque lorsque le rseau cherche joindre un abonn, il interroge toujours le HLR de l'abonn pour connatre la dernire localisation de ce dernier, le VLR concern est ensuite consults afin de tracer le chemin entre le demandeur et le demands pour acheminer l'appel.

1.5 Sous systme d'exploitation et de maintenance OSS1.5.1 L'administration de rseauL'administration du rseau comprend toutes les activits qui permettent de mmoriser et de contrler les performances d'utilisation et les ressources de manire offrir un niveau correct de qualit aux usagers.On distingue 5 fonctions d'administrations :

L'administration commercialeLa dclaration des abonns et des terminaux, la facturation, les statistiques ...

La gestion de la scuritLa dtection des intrusions, le niveau d'habilitation ...

L'exploitation et la gestion des performancesL'observation du trafic et de la qualit (performance), les changements de configuration pour s'adapter la charge du rseau, la surveillance des mobiles de maintenance ...

Le contrle de configuration du systmeLes mises niveau de logiciels, les introductions de nouveaux quipements ou de nouvelles fonctionnalits ...

La maintenanceLes dtections de dfauts, les tests d'quipements ...Le systme d'administration du rseau GSM est proche du concept TMN qui pour objet de rationaliser l'organisation des oprations de communication et de maintenance et de dfinir les conditions techniques d'une supervision conomique et efficace de la qualit de service.

1.5.2Architecture de TMN (Tlcommunications Management Network)L'administration des premiers rseaux se faisait de manire individuelle sur chaque quipement partir d'un terminal simple directement connect. Ainsi les fonctions disponibles taient lies la structure matrielle de lquipement. Ce niveau d'administration est encore utilisable mais il est peu peu remplac par des terminaux dplaces et relies aux quipements par l'intermdiaire d'un rseau de donnes. Le rseau X.25 Transpac (rseau lanc par France Tlcom et bas sur la transmission des donnes par paquet) est une option possible.

1.5.3 Fonctions de l'EIR (Equipement Identity register)L'EIR est une base de donnes annexe contenant les identits des terminaux. Un terminal est identifie par un numro de srie dnomm IMEI (IMEI = numro d'homologation (srie). Numro d'identifiant. Numro du terminal). La base EIR est consult lors des demandes de services d'un abonn pour vrifier si le terminal utilise est autoris fonctionner sur le rseau. Ainsi l'accs au rseau peut tre refuse si le terminal n'est pas homologue, si le terminal perturbe le rseau ou si ce mme terminal a fait l'objet d'une dclaration de vol. Dans la ralit ces bases de donnes EIR sont peu utilises faute d'accords entre les oprateurs d'un mme pays. La cration d'une liste noire des terminaux vols pour en interdire leur utilisation pourra dcourager les vols de tlphones portables.

1.5.4Fonctions de l'AUCLe centre d'authentification AUC (AUthentification Center) mmorise pour chaque abonn une cl secrte utilise pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer (crypter) les communications. L'AUC de chaque abonne est associe au HLR. Pour autant le HLR fait partie du sous systme fixe alors que l'AUC est attach au sous-systme d'exploitation et de maintenance . L'AUC avec l'IMSI et le MSISDN fait partie des donnes cl insres dans la carte SIM de chaque abonn.

1.5.5 Prsentation de I'OMC et du NMCDeux niveaux de hirarchie sont dfinis dans la norme GSM. Les OMC (Operations and Maintenance Center) et le NMC (Network and Management Centre).Cette organisation a t dfinie afin de permettre aux oprateurs tlcoms de grer la multiplicit des quipements (metteurs, rcepteurs, bases de donnes, commutateurs ...) et des fournisseurs.Le NMC permet l'administration gnrale de l'ensemble du rseau par un contrle centralis.Les OMC permettent une supervision locale des quipements (BSC /MSC / VLR) et transmettent au NMC les incidents majeurs survenus sur le rseau. Les diffrents OMC assurent une fonction de mdiation.

NB : Plus gnralement dans les schmas prsents dans cette partie, l'OMC dsigne l'ensemble du sous systme d'exploitation et de maintenance (OSS) TMN compris, et ce dans un souci de clart et de simplification des reprsentations graphiques.

1.6 Prsentation des interfacesLes interfaces dsignes par des lettres de A H dans le tableau ci aprs ont t dfinies par la norme GSM. Bien souvent, le dcoupage des fonctions entre les lments du rseau (VLR et MSC) par exemple est effectue par les constructeurs (Ericsson, Nokia ...) qui ne respectent pas forcement celles dfinies dans le tableau.

Deux normes sont nanmoins imposes : L'interface D qui permet au couple MSC/VLR de dialoguer avec le HLR afind'assurer l'itinrance internationale que I'on dnomme roaming . (Un abonn dun rseau camerounais quitte le Cameroun pour se rendre en Espagne et se connecter au rseau espagnol. Ce cas prsent est un cas de roaming). L'interface A qui spare NSS et BSS. Ainsi les oprateurs peuvent avoir un multisourcing de BSC et MSC (avoir plusieurs fournisseurs diffrents pour leur infrastructure).

Linterface Abis supporte les transmissions de communication entre BSC et BTS.En ralit, la plupart des messages de signalisation sont chang entre le BSC ou le MSC et le MS : la BTS na quune simple fonction de relais.

Nom de linterfaceLocalisationUtilisation

UmMS BTSInterface radio

AbisBTS BSCDivers

ABSC MSC Divers

CGMSC HLRInterrogation du HLR pour appel entrant

SM GMSC HLRInterrogation du HLR pour message court entrant

DVLR - HLRGestion des informations d'abonnes et de localisation

VLR - HLRServices supplmentaires

EMSC SM - GMSCTransport de messages courts

MSC MSC Excution des handover

GVLR VLR Gestion des informations des abonns

FMSC - EIR Vrification de l'identit du terminal

BMSC - VLR Divers

H HLR AUC Echange des donnes d'authentification

NB : Le handover est l'ensemble des oprations mises en uvre pour permettre qu'une station mobile puisse changer de cellule sans interruption de service. Cette notion est traite la squence 4 intitul "gestion de la mobilit" de ce cours.

1.7 Architecture rseau en couches (modle OSI)La recommandation GSM tablit un dcoupage des fonctions et une rpartition de celles ci sur divers quipements. La structuration en couches reprend ce dcoupage en respectant la philosophie gnrale des couches du modle OSI.

1.7.1 Couches rseaux gres par le sous systme radio (BSS)Dans le BSS on retrouve les 3 couches de base du modle OSI : La couche physique dfinit l'ensemble des moyens de transmission et de rception physique de l'information. La couche liaison de donnes a pour objet de fiabiliser la transmission entre deux quipements par un protocole. La couche rseau a pour fonction d'tablir, de maintenir et de librer des circuits commuts (voix ou donnes) avec un abonn du rseau fixe. Cette couche est ensuite divise en trois sous couches : La sous couche RR (Radio Ressource) pour les aspects purement radio. Cette couche gre le ltablissement dun canal ddi et le rtablissement des 10 canaux lors du changement de cellules. Il ne peut y avoir quune seule connexion RR active. Cest un pr requis ncessaire avant toute connexion rseau. La sous couche MM (Mobility management) qui assure la gestion de la mobilit ce qui gnre des changes entre la MS et le rseau mise jour de localisation).Elle assure aussi les fonctions de scurit, ce qui va provoquer des changes de messages particuliers lors de la plupart des demandes de services.Cette couche permet la couche CM de faire abstraction des problmes de laspect itinrant et radio de la MS et de se ramener au cas dun accs terminal fixe au rseau RNIS. Une telle connexion est tablit sur demande del la couche CM(sur envoi dappel ou SMS) non pas par envoi de message dtablissement mais implicitement par le premier message CM La sous couche CM (Connection Management). Elle assure la gestion des usagers, lacheminement et ltablissement des appels dun abonn. Elle est dcoupe en quatre entits : L'entitCC (Call Control) qui traite la gestion des connections de circuit avec le destinataire final. L'entit SMS (Short Message Service) qui assure la transmission et la rception de messages courts. L'entit SS (Supplementary Services) qui gre les services supplmentaires. L'entit GCC (Group Call Control) qui a pour objet de contrler les appels de groupes. (Attention seulement tlphone compatible SIM phase 2+) L'entit BCC (Broadcast Call Control) qui a pour objet de contrler les appels diffuss. (Attention seulement tlphone compatible SIM phase 2+)

NB : Une entit de gestion de donnes par paquets devrait galement tre dfinie par la suite Ce sont des premiers pas vers l'approche GPRS.La couche 1 physique et la couche 2 liaison de donnes sont gres dans leur intgralit dans le BSS. En revanche, concernant la couche 3 rseau, seul la sous couche RR est gre au sein du BSS, les sous couches CM et MM ne font que transiter par le BSS sans tre analyses.

1.7.2 Couches rseaux gres par le sous systme fixe (NSS)Le rseau fixe NSS que nous avons vu prcdemment regroupe ensuite les 4 couches complmentaires du modle OSI. Le rseau NSS en GSM est relie et gr avec le rseau RTC (Rseau Tlphonique Commut) rseau de tlphonie fixe initial. Les 4 couches complmentaires sont ainsi regroupes au sein de cet ensemble qui permet de grer les connexions entre abonnes mobiles et abonnes fixes.

1.8 La station mobile de l'utilisateur final1.8.1 Le mobileLe terme station mobile dsigne un terminal quip d'une carte SIM. Chaque terminal reste muni d'une identit particulire IMEI (Voir squence 3 intitul gestion de litinrance de la scurit et des appels dans les rseaux mobile). La norme dfinit pour les terminaux plusieurs classes suivant leur puissance maximale d'mission. En GSM 800, deux catgories, 2W en tlphone mobile portable et 8W en tlphone mobile embarqu dans les vhicules. En DCS 1800, de manire gnrale 1W pour l'ensemble des terminaux.

1.8.2 La carte SIMLa carte SIM telle que dfinit dans la norme GSM permet aux abonnes une mobilit personnelle indpendante du terminal utilise. II existe initialement deux types de cartes SIM : La carte SIM ID-1 : carte la taille d'une carte de crdit. La carte SIM plug in : de petite taille. L'objet de cette carte est d'tre utilise de faon quasi permanente dans un terminal portatif donn.

La carte SIM contient de nombreux paramtres de scurit. Comme toute carte puce elle possde un ensemble de cls permettant de scuriser les tapes de personnalisation par les diffrents intervenants (fabricants, oprateurs, distributeurs, utilisateurs). A chaque intervenant est associe un code, nous connaissons le code PIN compose de 4 a 6 chiffres, galement appel CHIV1.

L'architecture d'une carte SIM est simple, il y a trois parties : La mmoire ROM (Read Only Memory) d'une taille de 16Koctets contient l'OS, des algorithmes et ventuellement des applications spcifiques. Voir NB1 La mmoire EEPROM (E2 PROM Electrical erasable Programmable Read Only Memory) contient tous les champs de la norme GSM et des applications. Sa taille varie entre 8 KO et 64 KO aujourd'hui. La mmoire RAM (Random Access Memory) contient des donnes lies aux applications spcifiques, la taille est rduite, gnralement quelques centaines d'octets.

NB 1 : L'OS de la carte est intgre au sein de la mmoire ROM. Initialement proprit des SIM manufacturers, ces OS taient dvelopps en natif pour le compte des oprateurs.Aujourd'hui les OS tendent tre dvelopps en Java, ce qui ouvre des ouvertures pour des socits souhaitant dvelopper des OS pour le compte de clients. Le SIM manufacturer devient alors un fabricant industriel de cartes qui intgre des donnes (OS) dveloppes pour une tierce partie.NB 2 : Les SIM manufacturers parlent essentiellement de la taille de la E2PROM pour prsenter leurs produits, on parlera ainsi de Cartes 32 Ko, 64 ko ...

L'architecture d'une carte SIM respecte une organisation interne dfinie dans la norme GSM, savoir: .1. La racine est constitue par le dossier matre MF (Master File)2. Le fichier MF peut contenir des fichiers lmentaires EF (Elementary File)3. Le fichier MF contient des rpertoires ddies DF (Dedicated Files) et chaque rpertoire DF peut contenir des fichiers lmentaires EF.

Figure 4: Architecture d'une carte SIM dfinie dans la norme GSM.

1.9 Architecture du RNISLe RNIS (rseau numrique intgration de service) dsigne un rseau tlphonique o laccs et la transmission sont numriques. Il nutilise pas une technique de transmissions diffrentes. Il offre seulement un accs numriques sur le rseau de transmission utilisant la signalisation SS7. Il permet ainsi de proposer des communications numriques de bout en bout et des services supplmentaires.

Laccs au RNIS est structur suivant les 3 couches basses du modle OSI.

Figure 5: Structure du RNIS en 3 couches basses du modle OSI

La couche physique dfinie les caractristiques physiques de la transmission.Une particularit du RNIS est doffrir, non pas un raccordement pour un seul poste, un bus sur lequel on peut connecter plusieurs poste (typiquement cinq poste).Sur ce bus il est possible davoir plusieurs communications simultan (typiquement 2).Cette interface est dsigner par le terme interface S. Au niveau de cette interface, sont multiplex temporairement plusieurs canaux suivant le type de donnes vhicule :

Le canal D supporte principalement la signalisation, tandis que le canal B transporte la voix numrise et les donnes utilisateurs. La couche physique est trs spcifique au RNIS.

La couche 2 concerne principalement le canal 2.Elle dfinit un protocole de liaison de donnes entre un terminal tlphonique et point daccs au rseau tlphonique afin dassurer une transmission fiable. Ce protocole est appel LAPD (Link Acces Protocol for the D channel).

La couche 3 plutt trait lapplicatif tlphonique qu une relle couche rseau. Elle soccupe de lchange de messages ncessaires pour assure le service tlphonique. On distingue habituellement au sein de la couche 3, le traitement de lappel lmentaire et les services supplmentaires.La connaissance dtaill du RNIS nest pas indispensable pour comprendre les grandes lignes du GSM, mais elle est utile car de nombreux principe du RNIS t repris dans GSM.

1.10 Conclusion sur le rseau GSMLa mise en place d'un rseau GSM reprsente un investissement considrable.A l'heure actuelle les rseaux GSM ne cessent d'voluer afin d'assurer une qualit de couverture toujours plus importante. La couverture du rseau est assure par la multiplication des ensembles BTS BSC. Nous verrons par la suite que le rseau GSM est une base pour la mise en place des rseaux GPRS et UMTS, mme si pour le rseau UMTS au-del du cot lev d'achat des licences, nous verrons que ('ensemble BTS BSC MSC devra tre chang ou modifi la base.Rappelons ici rapidement qu'une BTS couvre environ 500m de zone en ville et 10 km de zone en campagne. Cela donne un aperu du cot et du temps ncessaires pour la mise en place de la simple architecture technique du mode UMTS. Ci-dessous un rappel de l'architecture GSM, en encadr bleu les lments de couverture, en ellipse bleue les lments de gestion du rseau, en ellipse rouge, les lments du rseau GSM qui seront utiles pour les rseaux GPRS et UMTS.

Figure 6: Elments du rseau GSM utiles pour les rseaux GPRS et UMTS.

2 Infrastructure d'un rseau GPRS2.1 Prsentation de l'infrastructure d'un rseauUn rseau GPRS est en premier lieu un rseau IP. Le rseau est donc constitu de routeurs IP. L'introduction de la mobilit ncessite par ailleurs la prcision de deux nouvelles entits : Le noeud de service le SGSN. Le noeud de passerelle le GGSN. Une troisime entit le BG joue un rle supplmentaire de scurit.

Le rseau GPRS vient ajouter un certain nombre de modules sur le rseau GSM sans changer le rseau existant. Ainsi sont conservs l'ensemble des modules de l'architecture GSM, nous verrons par ailleurs que certains modules GSM seront utilises pour le fonctionnement du rseau GPRS.

La mise en place d'un rseau GPRS va permettre un oprateur de proposer de nouveaux services de type "Data" ses clients. Le GPRS est en mode paquets.

2.2 Les quipements d'un rseau GPRS2.2.1 Le noeud de service (SGSN)Le noeud de service dnomm SGSN (Serving GPRS Support Node) est relie au BSS du rseau GSM. Le SGSN est en connexion avec l'ensemble des lments qui assurent et grent les transmissions radio : BTS, BSC, HLR ...

Le SGSN joue un rle de routeur, il gre les terminaux GPRS prsents dans une zone donne. Le SGSN est le contrleur des terminaux GPRS prsents dans sa zone de surveillance.

2.2.2 Le noeud de passerelle (GGSN)Le noeud de passerelle GPRS dnomm GGSN (Gateway GPRS Support Node) est reli un ou plusieurs rseaux de donnes (Internet, autre rseau GPRS ...). Le GGSN est un routeur qui permet de grer les transmissions de paquets de donnes : Paquets entrants d'un rseau externe, achemines vers le SGSN du destinataire. Paquets sortants vers un rseau externe, manant d'un destinataire interne au rseau.

NB : les termes SGSN et GGSN dsignent des entits fonctionnelles qui peuvent facilement tre implantes dans un mme matriel. L'ensemble des SGSN, des GGSN, des routeurs IP et des liaisons entre quipements est appel rseau fdrateur GPRS. A noter enfin que chaque SGSN et chaque GGSN disposent au minimum d'une adresse IP fixe au sein du rseau.

2.2.3 Le module BG pour la scuritLes recommandations introduisent le concept de BG (Border Gateway) qui permettent de connecter les rseaux GPRS via un rseau fdrateur et qui assurent les fonctions de scurit pour la connexion entre ces rseaux.

Ces BG ne sont nanmoins pas spcifis par les recommandations mais elles jouent le rle d'interface avec les autres PLMN (Public Land Mobile Network) permettant ainsi de grer les niveaux de scurit entre les rseaux (entre 2 rseaux de 2 oprateurs concurrents par exemple)

2.2.4 Le routeur IPL'oprateur peut prendre le parti de grer et d'administrer ses propres routeurs IP afin d'ouvrir le rseau GPRS vers les rseaux de donnes externes.(Voir la partie 2.5 sur l'acheminement des donnes en mode paquet).

2.2.5 Le module PCU sur les BSC et le module CCU sur les BTSLa mise en place d'un rseau GPRS au contraire du rseau UMTS ne ncessite pas de couvrir le territoire avec de nouvelles antennes puisque l'architecture GSM est rutilise. Nanmoins, des modifications sont apportes en ajoutant des composants sur les structures de couverture du rseau GSM. Sur les antennes les BTS est ajoute un module CCU (Channel Codec Unit).Cette entit permet de grer les envois d'informations vers le module SGSN. La norme GPRS introduit galement un quipement appel PCU (Packet Control Unit) gnralement situe sur les BTS (comme sur le schmas ci dessus), les BSC ou le SGSN. Le PCU a pour fonction de grer l'chancier de transmission et l'acquittement des blocs sur les canaux de donnes.

2.2.6Le mobile GPRSL'usage attendu par le rseau GPRS est la possibilit de consulter de manire interactive des serveurs. Cela ncessite donc un dbit plus important sur la voie descendante que sur la voie montante. On parle de mobile multi slot : le terminal doit tre en mesure de recevoir ou de transmettre des informations sur plusieurs intervalles de temps. Le cot engendr par ces contraintes techniques amne l'oprateur proposer ses abonns des terminaux plus onreux. L'oprateur propose gnralement un terminal GSM GPRS capable de grer les communications Voix et Data des dbits acceptables.

2.2.7 La carte SIMLa carte SIM utilise pour l'accs au rseau GPRS est une carte SIM similaire celle requise pour accder au rseau GSM classique. Quelques fichiers sont simplement ajoutes lors de la phase de personnalisation chez le fabricant de cartes.

2.3 Les quipements GSM utilissLe rseau GPRS appuie son architecture sur les lments du rseau GSM. Les BTS et BSC permettent de couvrir un territoire national pour localiser les terminaux. Le MSC et le VLR permettent galement de grer les problmatiques d'itinrance des abonnes sur les rseaux GSM et GPRS. Le SMSC et le GMSC permettent la communication interne au rseau par l'envoi de messages courts destination du terminal GPRS. Le HLR permet de grer les problmatique lies la localisation des individus (en mode GPRS, fournir une carte de la ville o se trouve l'abonn). L'EIR permet de grer les problmatiques lies au terminal vis (est il compatible avec les donnes que le rseau souhaite lui faire parvenir ?)

Le rseau GPRS est totalement dpendant du bon fonctionnement des infrastructures du rseau GSM. Le rseau GSM constitue donc en effet une base pour la mise en place du rseau GPRS.

2.4 Les interfaces du rseau GPRS

Nom de linterfaceLocalisationUtilisationProtocole

UmMS BTSInterface radio

AbisBTS BSCDivers

GbBSC SGSNDivers

GcGGSN - HLRinterrogation HLR pour activation serviceIP / SS7

GdSGSN SMSGMSCEchange de messages courts SS7

GfSGSN EIRVrification de l'identit du terminalSS7

GiGGSN rseau de donnesTransfert de donnes IP

GnSGSN - SGSN Gestion de l'itinrance IP

GpBG - BG Liaison inter-oprateur IP

GrSGSN - HLR la Gestion localisationSS7

GsSGSN MSC/VLRGestion coordonnes itinrance entre GSM et GPRSSS7

L'ensemble des lments GSM et GPRS est associe pour fournir un service GPRS.Deux protocoles sont alors utilises : Le traditionnel protocole IP qui assure une ouverture vers les terminaux fixes extrieurs au rseau (Voir cours sur Normes et protocoles). Le protocole SS7 (Signal Smaphore 7) qui est un protocole interne au rseau GPRS.

2.5 L'acheminement en mode paquetLorsque le mobile transmet des donnes vers un terminal fixe, les donnes sont transmises via le BSS (BTS + BSC) au SGSN qui envoie ensuite les donnes vers le GGSN qui les route vers le destinataire.

Le routage vers des terminaux (terminal mobile vers terminal mobile ou terminal fixe vers terminal mobile) utilise le principe de l'encapsulation et des protocoles tunnels (partie en surligne ment orange sur le schma ci-dessous). Les donnes revues par le GSSN sont transmises au SGSN dont dpend le mobile destinataire.

Ainsi des donnes recueillies en protocole IP de l'extrieur via un routeur IP pourront tre communiques dans des paquets X25 par le principe du tunnel encapsulation dcapsulation. On parle de protocole PDP (Packet Data Protol), l'encapsulation consiste ainsi placer une unit de protocole A dans une unit de protocole B sans que ce dernier ne se proccupe du format des donnes transportes.

2.6 Les apports du rseau GPRSLe GPRS peut finalement tre vu comme un rseau de donnes part entire qui dispose d'un accs radio tout en rutilisant une partie du rseau GSM.

Les dbits prvus permettent d'envisager des applications comme la consultation de sites Internet ou le transfert de fichiers en mode FTP (File Transfert Protocole).

Dans la premire version du GPRS seul un service de transmission de point a point (PTP Point To Point) sera propose. Une information envoye par un terminal vers un terminal.

Les services points multi-points (PTM Point To Multipoint) une information envoye d'un agrgateur de contenu vers 10 0000 terminaux seront ensuite proposs des communauts ou des zones gographiques. On parle de PTP Braodcast.GPRS offre enfin un service de messageries entre les terminaux.

2.7 La gestion de itinranceLa gestion de l'itinrance reprend les principes du rseau GSM avec le regroupement de cellules en zones. Le terminal GPRS peut se trouver dans trois modes :

Etat de repos , le mobile est teint. Etat de surveillance , le mobile est localise au niveau de la zone de routage *.Le mobile peut tre appel par le SGSN. Etat prat , le mobile est localis au niveau de la cellule. Le mobile peut recevoir des informations ; dans cet tat le terminal est localisable la cellule prs.

Une zone de routage est un regroupement de cellules (cellules rseau GSM).

En tat de surveillance puis de prat , le terminal ne monopolise pas de canal radio s'il n'y a pas de transmission ou de rception de donnes.

La base de donnes HLR - en communiquant avec le module SGSN gre les identits des abonns en ajoutant de nouveaux lments par rapport au mode GSM comme le protocole rseau utilise ou le terminal acquis.

2.8 La gestion des sessionsUn mobile GPRS peut grer diffrents protocoles rseaux; de mme l'usager peut ouvrir plusieurs sessions pour accder plusieurs services simultanment sur un mme terminal.Le rseau GPRS dfinit la notion de contexte PDP o sont enregistres l'ensemble des donnes relatives une session stocke dans le mobile, le SGSN ou le GGSN. Un contexte PDP contient ainsi :

Le type de rseau utilise (X.25, IP ...) L'adresse du terminal retenue L'adresse IP du SGSN grant la zone o se trouve l'individu Le point d'accs au service La qualit de service ngocie

Ainsi lorsque ('abonne au moyen de son mobile appelle plusieurs services, plusieurs sessions sont gnres crant plusieurs environnement PDP.

L'environnement PDP pourra titre cre par le rseau (pour des donnes manant de l'extrieur destination d'un abonne) ou par le terminal (pour des donnes manant de l'abonne vers l'extrieur ou vers un autre abonne).

2.9 Conclusion sur les rseaux GPRSLe service GPRS permet de considrer le rseau GSM comme un rseau transmission de donnes par paquets avec un accs radio et des terminaux mobiles. Le rseau GPRS est compatible avec des protocoles IP et X.25. Des routeurs spcialises SSGN et GGSN sont introduits sur le rseau.La transmission par paquet sur la voie radio permet d'conomiser la ressource radio : un terminal est susceptible de recevoir ou d'mettre des donnes tout moment sans qu'un canal radio soit monopolis en permanence comme c'est le cas en rseau GSM.

Le dbit maximal instantan annonce pour le GPRS est de 171.2 Kbit/s mme s'il est limite a 48 Kbit/s en mode descendant. (Limite actuelle des terminaux GPRS).

La mise en place d'un rseau GPRS permet un oprateur de proposer de nouveaux services de type Data avec un dbit de donnes 5 10 fois suprieur au dbit maximum thorique d'un rseau GSM. (Rappel dbit max. en GSM : 9.6 Kbit/s).Le rseau GPRS constitue finalement une tape vers le rseau UMTS.

Chapitre 2: Architecture et planification rseau UMTS

3 Infrastructure d'un rseau UMTS3.1 Prsentation de l'infrastructure d'un rseauLe rseau UMTS vient se combiner aux rseaux dj existants. Les rseaux existant GSM et GPRS apportent des fonctionnalistes respectives de Voix et de Donnes ; le rseau UMTS apporte ensuite les fonctionnalits Multimdia.

II est important de noter deux lments : Le cot lev de la mise en place d'un systme UMTS (achat licence + modification majeures sinon totales des lments de base du rseau (station / antenne) repartis de manire massive sur un territoire national). La difficult dfinir avec prcision l'architecture d'un futur rseau UMTS dans la mesure le 3GPP et I'UMTS Forum travaillent encore aujourd'hui la dfinition des normes et des spcifications techniques.

La mise en place d'un rseau UMTS va permettre un oprateur de complter son offre existante par l'apport de nouveaux services en mode paquet compltant ainsi les rseaux GSM et GPRS.

3.2 Les quipements d'un rseauLa mise en place du rseau UMTS implique la mise en place de nouveaux lments sur le rseau

3.2.1 Le Node BLe Node B est une antenne. Reparties gographiquement sur l'ensemble du territoire, les Nodes B sont au rseau UMTS ce que les BTS sont au rseau GSM. Ils grent la couche physique de l'interface radio. Il rgit le codage du canal, l'entrelacement, l'adaptation du dbit et l'talement. Ils communiquent directement avec le mobile sous l'interface dnomme Uu.

3.2.2Le RNC (Radio Network Controller)Le RNC est un contrleur de Node B. Le RNC est encore ici l'quivalent du BCS dans le rseau GSM.

Le RNC contrle et gre les ressources radio en utilisant le protocole RRC (Radio Ressource Control) pour dfinir procdures et communication entre mobiles (par l'intermdiaire des Node B) et le rseau.

Le RNC s'interface avec le rseau pour les transmissions en mode paquet et en mode circuit. Le RNC est directement reli un Node B, il gre alors : Le contrle de charge et de congestion des diffrents Node B. Le contrle d'admission et d'allocation des codes pour les nouveaux liens radio (entre d'un mobile dans la zone de cellules gres ...).

II existe deux types de RNC : Le Serving RNC qui sert de passerelle vers le rseau. Le Drift RNC qui a pour fonction principale le routage des donnes.

NB : L'ensemble des Node B et des RNC constitue l'quivalent de la sous architecture BSS vue prcdemment en rseau GSM. En rseau UMTS, on parlera de sous architecture UTRAN.

3.2.3 La carte USIMLa carte USIM assure la scurit du terminal et la confidentialit des communications. Des algorithmes de cryptage des publiques sont utilises. Un certain nombre de possibilits sont prvues pour les cartes USIM de troisime gnration. Par exemple, la dtection des fausses stations de base, l'utilisation des cls de cryptage plus longues ou encore la protection des donnes d'identit de l'abonn et de son terminal.

La carte USIM est l'quivalent en 3G de la carte SIM en 2G. les fabricants de cartes travaillent aujourd'hui sur une carte bi mode GSM / UMTS permettant un accs aux deux rseaux par activation / dsactivation des modes 2G ou 3G.

3.2.4 Le MobileLes technologies de l'informatique et des tlcommunications se rapprochent par lintgration de systme d'exploitation et d'applications sur les terminaux UMTS. Les terminaux s'adapteront sur diffrents rseaux et devront tre capables de fonctionner sur quatre environnements : Dans une zone rurale, Dans des espaces urbains, Dans un btiment, Avec un satellite.

Le terminal utilisera ainsi les rseaux GSM / GPRS / UMTS pour une couverture nationale tout en faisant appel aux rseaux de satellites pour une couverture mondiale si ncessaire. Le terminal sera quipe d'un navigateur, une volution du browser WAP prsent dans le systme GSM actuel.

3.3 Utilisation des architectures rseaux existantesLe rseau coeur de I'UMTS s'appuie sur les lments de base du rseau GSM et GPRS. Il est en charge de la commutation et du routage des communications (voix et donnes) vers les rseaux externes. Dans un premier temps le rseau UMTS devrait s'appuyer sur le rseau GPRS.

Le rseau cur se dcompose en deux parties : le domaine circuit dans un premier temps et le domaine paquet.

3.3.1 Le domaine circuitLe domaine circuit permettra de grer les services temps rels ddis aux conversations tlphoniques (vido-tlphonie, jeux vido, applications multimdia). Ces applications ncessitent un temps de transfert rapide. Lors de l'introduction de I'UMTS le dbit du mode domaine circuit sera de 384 Kbits/s.

L'infrastructure s'appuiera alors sur les principaux lments du rseau GSM : MSC/VLR (bases donnes existantes) et le GMSC afin d'avoir une connexion directe vers le rseau externe.

3.3.2 Le domaine paquetLe domaine paquet permettra de grer les services non temps rels. II s'agit principalement de la navigation sur l'Internet, de la gestion de jeux en rseaux et de l'accs/utilisation des -mails. Ces applications sont moins sensibles au temps de transfert, c'est la raison pour laquelle les donnes transiteront en mode paquet. Le dbit du domaine paquet sera sept fois plus rapide que le mode circuit, environ 2Mbits/s. L'infrastructure s'appuiera alors sur les principaux lments du rseau GPRS : SGSN (bases de donnes existantes en mode paquet GPRS, quivalent des MSC / VLR en rseau GSM) et le GGSN (quivalent du GMSC en rseau GSM) qui jouera le rle de commutateur vers le rseau Internet et les autres rseaux publics ou prives de transmission de donnes.

3.4 Les apports du rseau UMTSLe rseau UMTS permettra l'oprateur de proposer ses abonns des services innovants.

Le GSM rpond aux attentes en terme de communication de type Voix et le rseau GPRS rpondra aux attentes en terme d'change de Data en complment du rseau GSM. L'avnement des rseaux UMTS sera l're du multimdia portable. Nous verrons par la suite quels types de services pourront tre proposs (vido, jeux ...) aux utilisateurs finaux.

3.5 Migration vers le tout IPA terme l'objectif est de faire migrer le rseau cur UMTS vers une solution complte IP (Internet Protocole) condition d'apporter des solutions aux problmes de l'IP en terme de qualit de service (en particulier sur des temps de transfert convenables ...). II y a fort parier que les oprateur migreront vers un rseau unique (domaine paquet et domaine circuit runis) lorsque la Voix pourra tre transmise par le biais du protocole IP.

3.6 Partage des infrastructures UMTSLe partage dinfrastructure consiste en lutilisation des mmes quipements par plusieurs entreprises concurrentes. La dfinition de diffrents niveaux de partage permet de comprendre en quoi une notion de partage peut permettre aux oprateurs tlcoms de diminuer le cot de mise en place du rseau UMTS.

En France par exemple, cinq (5) niveaux de partage avec leur compatibilit rglementaire ont t dfinis :

Niveau 1L'utilisation commune pour plusieurs oprateurs de tout ou partie des lments passifs d'infrastructure : sites, gnie civil, locaux techniques et servitudes, pylnes, alimentation lectrique, climatisation ...

Niveau 2Ce niveau se dfinit par la mise en commun, en complment des lments passifs du site radiolectrique, de l'antenne et de l'ensemble de la connectique associe.

Niveau 3Le partage des stations de base est possible sous respect de deux contraintes Chaque oprateur doit garder le contrle du Node B afin de pouvoir exploiter en toute indpendance les frquences qui lui ont t attribues. L'oprateur reste propritaire des quipements actifs de la station de base, en particulier sur les dispositifs d'mission / rception sur la voie radio.

Niveau 4Le partage des RNC est possible ds lors qu'il s'accompagne du maintien d'un contrle logique sur le RNC de chacun des oprateurs indpendamment l'un de l'autre. L'oprateur reste matre de : L'allocation et de l'optimisation de la ressource radio. La gestion de la mobilit et le contrle des paramtres de handover.Niveau 5II est possible de mutualiser les commutateurs (MSC) et les routeurs (SGSN) du rseau fixe de l'oprateur mais l'ART exclue toute solution sur le partage des infrastructures conduisant une mise en commun des frquences entre oprateurs.

Le partage gographique consiste en une solution o les oprateurs s'accordent sur des dploiements complmentaires dans certaines zones gographiques en mettant en uvre des accords d'itinrance au sein de ces rgions de faon offrir une couverture globale leurs clients. Attention, le partage gographique est possible d'un point de vue rglementaire mais la couverture ainsi induite par itinrance sur le rseau d'un partenaire ne peut tre prise en compte par un oprateur pour remplir ses obligations de couverture.

En conclusion ce partage des infrastructures entre oprateurs tlcoms permet aux oprateurs de rduire les cots d'investissement condition de respecter le Droit des Tlcommunications propre chaque tat. Par ailleurs chaque oprateur devient alors un MVNO (Mobile Virtual Network Operator) sur des infrastructures partages. Cette situation de partage peut galement amener de nouveaux entrants sur le march. Ainsi le cas Virgin Mobile pourrait se multiplier dans le futur

Chapitre IIArchitecture des rseaux Radio 3G UMTSPrsentationIl existe plusieurs technologies 3G dans le monde. Chacune delles suivent les recommandations IMT2000. Suivant les continents, la norme utilise est diffrente:Europe : UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)Amrique : CDMA-2000Japon et Core : W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access)Chine : TD-SCDMACes normes permettent de transporter les donnes sans-fil haut-dbit sur la mme connexion. La particularit des technologies 3G est davoir un rseau cur IP.LUMTS est donc la norme de tlcommunications de troisime gnration utilise en Europe et est base sur la technologie W-CDMA (utilise au Japon et Core). Elle a t dveloppe partir de 2004 avec la Release 99 (R99). Sa bande de frquence de fonctionnement est 1900MHz-2000MHz. Les spcifications techniques de cette norme sont dveloppes au sein de lorganisme 3GPP.LUMTS est compatible avec tous les rseaux du monde du fait de la possibilit de roaming au niveau mondial. Le rseau UMTS ne remplace pas le rseau GSM existant puisque la coexistence entre ces deux rseaux est possible. Plans des frquencesLe schma ci-dessous prsente le plan de frquence de la tlphonie de 3me gnration en Europe, Japon et Etats-Unis :

Figure 2 Plan de frquences pour la 3GHirarchie des cellules de l'UMTSTout comme le rseau GSM, lUMTS est divis en plusieurs cellules de tailles variables. Chacune dentre elles est prsente en fonction de la densit de population servir et de la vitesse de mobilit. Laccs par satellite est une extension.

Figure 3 Hirarchie des cellules de lUMTSUne pico-cellule permet des dbits de lordre de 2 Mbits/s lors dun dplacement de lordre de 10 km/h (marche pied, dplacement en intrieur, etc.).Une micro-cellule permet des dbits de lordre de 384 kbits/s lors dun dplacement de lordre de 120 km/h (vhicule, transports en commun, etc.).Une macro-cellule permet des dbits de lordre de 144 kbits/s lors dun dplacement de lordre de 500 km/h (Train Grande Vitesse, etc.).Les services de l'UMTSLe schma ci-aprs prsente les diffrents services que propose lUMTS. Sur laxe des ordonnes se trouve le dbit demand pour le service en question. Chacun des services est regroup par leur type de connexion (bidirectionnel, unidirectionnel, diffusion point/multipoint).Figure 4 Les besoins en dbit des services de lUMTSLe rseau UMTSLe rseau UMTS est compos dun rseau daccs UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) et dun rseau cur.

Figure 5 Architecture globale du rseau UMTSRseau d'accs UTRANLe rseau daccs UTRAN est dot de plusieurs fonctionnalits. Sa fonction principale est de transfrer les donnes gnres par lusager. Il est une passerelle entre lquipement usager et le rseau cur via les interfaces Uu et Iu. Cependant, il est charg dautres fonctions : Scurit : Il permet la confidentialit et la protection des informations changes par linterface radio en utilisant des algorithmes de chiffrement et dintgrit. Mobilit : Une estimation de la position gographique est possible laide du rseau daccs UTRAN. Gestion des ressources radio : Le rseau daccs est charg dallouer et de maintenir des ressources radio ncessaires la communication. Synchronisation : Il est aussi en charge du maintien de la base temps de rfrence des mobiles pour transmettre et recevoir des informations.Le rseau daccs UTRAN est compos de plusieurs lments : une ou plusieurs stations de base (appeles NodeB), des contrleurs radio RNC (Radio Network Controller) et des interfaces de communication entre les diffrents lments du rseau UMTS.

Figure 6 Architecture du rseau daccsNodeB :Le rle principal du NodeB est dassurer les fonctions de rception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules du rseau daccs de lUMTS avec un quipement usager. Le NodeB travaille au niveau de la couche physique du modle OSI (codage et dcodage). Nous pouvons trouver deux types de NodeB :

Figure 7 NodeB avec antennes sectorielles

Figure 8 NodeB avec antenne omnidirectionnelleLes interfaces de communication :Plusieurs types dinterfaces de communication coexistent au sein du rseau UMTS : Uu : Interface entre un quipement usager et le rseau daccs UTRAN. Elle permet la communication avec lUTRAN via la technologie CDMA. Iu : Interface entre le rseau daccs UTRAN et le rseau cur de lUMTS. Elle permet au contrleur radio RNC de communiquer avec le SGSN. Iur : Interface qui permet deux contrleurs radio RNC de communiquer. Iub : Interface qui permet la communication entre un NodeB et un contrleur radio RNC.RNC :Le rle principal du RNC est de router les communications entre le NodeB et le rseau cur de lUMTS. Il travaille au niveau des couches 2 et 3 du modle OSI (contrle de puissance, allocation de codes).Le RNC constitue le point daccs pour lensemble des services vis--vis du rseau cur. Exemple :Lorsquune communication est tablie par un quipement usager, une connexion de type RRC (Radio Resource Control) est tablie entre celui-ci et un RNC du rseau daccs UTRAN. Dans ce cas de figure, le RNC concern est appel SRNC (Serving RNC). Si lusager se dplace dans le rseau, il est ventuellement amen changer de cellule en cours de communication. Il est dailleurs possible que lusager change de NodeB vers un NodeB ne dpendant plus de son SRNC. Le RNC en charge de ces cellules distantes est appel controlling RNC . Le RNC distant est appel drift RNC du point de vue RRC. Le drift RNC a pour fonction de router les donnes changes entre le SRNC et lquipement usager.

Figure 9 Reprsentation graphique de lexemple de communication Le Rseau cur UMTSLe rseau cur de lUMTS est compos de trois parties dont deux domaines : Le domaine CS (Circuit Switched) utilis pour la tlphonie Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets. Les lments communs aux domaines CS et PSCes deux domaines permettent aux quipements usagers de pouvoir grer simultanment une communication paquets et circuits. Ces domaines peuvent tre considrs comme des domaines de service. Ce type darchitecture permet de pouvoir crer ultrieurement dautres domaines de service.Le schma reprsente larchitecture du rseau cur de lUMTS :

Figure 10 Architecture du rseau cur de lUMTS

Elments communsLe groupe des lments communs est compos de plusieurs modules : Le HLR (Home Location Register) reprsente une base de donnes des informations de lusager : lidentit de lquipement usager, le numro dappel de lusager, les informations relatives aux possibilits de labonnement souscrit par lusager. Le AuC (Authentication Center) est en charge de lauthentification de labonn, ainsi que du chiffrement de la communication. Si une de ces deux fonctions nest pas respecte, la communication est rejete. Le Auc se base sur le HLR afin de rcuprer les informations relatives lusager et pour ainsi crer une cl didentification. LEIR (Equipment Identity Register) est en charge de la gestion des vols des quipements usagers. Il est en possession dune liste des mobiles blacklists par un numro unique propre chaque quipement usager, le numro IMEI (International Mobile station Equipment Identity).Le domaine CSLe domaine CS est compos de plusieurs modules : Le MSC (Mobile-services Switching Center) est en charge dtablir la communication avec lquipement usager. Il a pour rle de commuter les donnes. Le GMSC (Gateway MSC) est une passerelle entre le rseau UMTS et le rseau tlphonique commut PSTN (Public Switched Telephone Network). Si un quipement usager contacte un autre quipement depuis un rseau extrieur au rseau UMTS, la communication passe par le GMSC qui interroge le HLR pour rcuprer les informations de lusager. Ensuite, il route la communication vers le MSC dont dpend lusager destinataire. Le VLR (Visitor Location Register) est une base de donnes, assez similaire celle du HLR, attache un ou plusieurs MSC. Le VLR garde en mmoire lidentit temporaire de lquipement usager dans le but dempcher linterception de lidentit dun usager. Le VLR est en charge denregistrer les usagers dans une zone gographique LA (Location Area).Le domaine PSLe domaine PS est compos de plusieurs modules : Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est en charge denregistrer les usagers dans une zone gographique dans une zone de routage RA (Routing Area) Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle vers les rseaux commutation de paquets extrieurs tels que lInternet.L'interface radio de l'UTRANArchitecture en couchesLinterface radio de lUTRAN est structure en couches dont les protocoles se basent sur les 3 premires souches du modle OSI (respectivement la couche physique, la couche liaison de donnes et la couche rseau).

Figure 11 - Vue en couches de linterface radio UTRANCouche 1 : Cette couche PHY reprsente la couche physique de linterface radio qui ralise les fonctions de codage, dcodage, modulation et dentrelacement via W-CDMA.Couche 2 : Cette couche est divise en plusieurs sous couches : La sous-couche MAC (Medium Access Control) a pour rle de multiplexer les donnes sur les canaux de transport radio. La sous-couche RLC (Radio Link Control) permet la fiabilit du transport des donnes entre deux quipements du rseau. La sous-couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) permet de compresser les donnes via des algorithmes de compression. Cela permet dexploiter plus efficacement les ressources radio. PDCP compresse les en-tetes des paquets TCP/IP suivant les RFC 1144 et 2507. De plus, cette sous-couche PDCP a aussi pour rle de rendre indpendant les protocoles radio du rseau daccs UTRAN (sous-couches MAC et RLC) par rapport aux couches de transport rseau. Ce type darchitecture permettra lvolution future des protocoles rseaux sans modifier les protocoles radio de lUTRAN. La sous-couche BMC (Broadcast/Multicast Control) est en charge dassurer les fonctions de diffusion de messages sur linterface radio.Couche 3 : Cette couche RRC (Radio Resource Control) gre la connexion de signalisation tablie entre le rseau daccs UTRAN et lquipement usager, utilise lors de ltablissement ou de la libration de la communication.Transport des donnesSuivant le type de donnes transporter, la gestion du transport des donnes est diffrente.Commenons par dtailler les trames relatives la voix. La couche PDCP nest pas utilise dans ce type de transport. Les couches MAC et RLC sont employes en mode transparent, c'est--dire quil ny a pas de segmentation, ni de multiplexage.En revanche, le transport dun paquet IP, le mcanisme est diffrent. Ce type de paquet N-PDU (Network PDU) provient du rseau cur de lUMTS destination du rseau daccs UTRAN. Tout dabord, len-tte de la N-PDU est compress par la couche PDCP. La couche RLC segmente la PDU ainsi compresse. Un en-tte est alors rajout la RLC-PDU par la couche MAC lors du multiplexage.Le schma ci-dessous prsente lencapsulation des paquets qui arrivent au rseau cur de lUMTS :

Figure 12 Encapsulation des paquets TCP/IP larrive au rseau curLes principes du W-CDMAL'interface radio de l'UMTS se base sur le W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Cependant, le W-CDMA se base sur une technique plus ancienne qui est le CDMA (Code Division Multiple Access). Afin de comprendre les concepts du W-CDMA, il est important de comprendre la technique du CDMA.CDMALe CDMA (Code Division Multiple Access) est utilis dans de nombreux systmes de communication. Il permet davoir plusieurs utilisateurs sur une mme onde porteuse. Les transmissions sont numrises, dites talement de spectre. Ltalement du spectre rend le signal moins sensible aux fluctuations slectives en frquence. Le signal est ainsi transmis sur une bande de frquences beaucoup plus large que la bande de frquences ncessaire.Les avantages : Efficacit spectrale Scurit de la transmission : le signal cod est dtectable comme tant du bruit. Handover Gestion du plan de frquences Concentration de traficPrincipe de ltalement de spectre :Le W-CDMA ralise un talement de spectre selon la mthode de rpartition par squence directe (Direct Sequence). Pour cela, chaque bit de lutilisateur transmettre est multipli (OU exclusif) par un code pseudo alatoire PN (Pseudo random Noise code) propre cet utilisateur. La squence du code (constitue de N lments appels "chips") est unique pour cet utilisateur, et constitue la cl de codage. Cette dernire est conserve si le symbole de donne est gal 1, sinon elle est inverse. La longueur L du code est appele facteur dtalement SF (Spreading Factor).Si chacun des symboles 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.Nous avons donc une relation entre le dbit initial et le dbit final du type :

Figure 13 Principe de ltalement de spectreRemarque : La relation ci-dessus nous permet de dire que plus le facteur dtalement SF est lev, plus le Dbit Chip sera lev. Cela implique que le dbit de donnes du canal sera lev. Les canaux dbits variables peuvent tre librs en fonction des besoins de lutilisateur. Afin de pouvoir lire le message cod envoy, le rcepteur doit raliser la mme opration. En effet, ce dernier gnre la mme squence dtalement quil multiplie au signal reu afin dobtenir les donnes. Les donnes des autres utilisateurs (pas de multiplication avec la squence dtalement) restent tales.

Codes dtalement :Chaque utilisateur possde un code, il est donc ncessaire de navoir aucune interfrence entre ceux-ci. Pour cela, nous utilisons des codes orthogonaux dits codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor Code) afin de modifier le facteur dtalement et de conserver lorthogonalit des diffrents codes dtalement.Ces codes sont dfinis par un arbre OVSF o chaque nud possde 2 fils. Les codes des 2 fils sont issus du code de leur pre commun, c'est--dire que leur code est compos par le code du pre et de son complmentaire. Larbre des codes OVSF ainsi cr peut tre reprsent sous la forme de la matrice de Hadamard.

Figure 14 Arbre des codes OVSFLarbre ci-dessus, nous montre la relation entre le facteur dtalement et le nombre de codes disponibles pour un talement donn. Il est important de savoir que le facteur dtalement SF dtermine la longueur du code.Le nombre de bits dans les trames des canaux ddis pour le transfert des donnes se trouve par lintermdiaire de la relation suivante :

Comme k est compris entre 0 et 6, les valeurs du facteur dtalement SF peut tre gal 7 valeurs. k0123456

SF25612864321684

Dans un tel arbre, il nest possible dutiliser tous les codes OVSF simultanment. Comme nous lavons vu, le code de chaque nud est dtermin en fonction du code du nud pre. Cela implique donc que pour une branche, les codes ont une relation entre eux, ce qui empche lutilisation dautres codes lorsque lun dentre eux est utilis.

Figure 15 Utilisation des codes OSVFLa figure ci-dessus nous indique que le code est utilis, ce qui empche tous les autres codes de la mme branche dtre utiliss. Cette rgle impose une contrainte forte sur les disponibilits des canaux pour le haut-dbit, ce qui implique que le nombre dutilisateurs simultans en tlchargement de donnes est limit.ContraintesIl existe certaines contraintes quant lutilisation de cette technologie.L'effet near-farOn parle deffet near-far lorsquun appareil mobile met une puissance trop leve qui empche tous les autres appareils mobiles du voisinage. Lappareil mobile forte puissance blouit son entourage. Prenons par exemple un appareil mobile metteur se trouvant au pied de la station de bases et dautres appareils mobiles en priphrie dont leur puissance qui arrive au pied de la station de base est affaiblie par la distance. Ces dernires seront masques par le signal de lmetteur puissant. Pour remdier ce problme, il est possible de mettre en place un systme de contrle de puissance. Le systme de contrle rapide en boucle ferme (Closed-loop Power Control) a t retenue pour le W-CDMA. Ce systme permet la station de base de raliser des estimations rgulires (1500 fois par seconde pour chaque mobile) du rapport signal interfrence (Signal to Interference Radio) en les comparants avec la valeur du rapport signal interfrence du destinataire. Si lestimation de cette valeur est suprieure la valeur du destinataire, la station de base demande lappareil mobile concern de rduire sa puissance dmission ou de laugmenter.Le contrle de puissance permet la station de base de recevoir les signaux de mme puissance. Ce mcanisme permet de prendre en compte tout type de variation daffaiblissement.Le schma ci-dessous illustre ce phnomne de near-far. En effet, nous avons 3 quipements mobiles qui sont connects la mme station de base. Cependant, du fait de leur distance celle-ci, leur puissance est diffrente larrive du signal la station de base.

Figure 16 Effet Near-FarLes deux schmas ci-dessous prsentent les puissances reues par la station de base sans et avec contrle de puissance :Sans contrle de puissance

Figure 17 Comparaison des puissances sans contrle de puissanceAvec contrle de puissance

Figure 18 Comparaison des puissances avec contrle de puissance

Les handoversLes appareils mobiles permettent de communiquer en mouvement. Cela implique quil arrive que ceux-ci se retrouvent dans une zone de chevauchement de deux cellules. Il ne faut en aucun cas couper une communication. Il existe plusieurs sortes de handovers : Softer handover : lorsquun appareil mobile se trouve dans une zone commune de deux secteurs couverts par la mme station de base. Soft handover : lorsquun appareil mobile se trouve dans une zone de couverture commune deux stations de base. Les communications du mobile empruntent simultanment deux canaux diffrents pour atteindre les deux stations de base.

Figure 19 Exemple de soft handover Hard handover inter-frquences : permet un appareil mobile de passer dune frquence une autre. Hard handover inter-systmes : permet un appareil mobile de passer dun systme un autre

Figure 20 Exemple de hard handoverLe fast-fadingOn appelle Fast-Fading lannulation de deux ondes dphases dune demi-longueur et ayant emprunt plusieurs parcours.Prenons comme exemples deux ondes ayant une diffrence de longueur gale une demi-longueur donde ; elles arrivent pratiquement au mme moment au rcepteur. Leur dphasage dune demi-longueur fait quelles sannulent cet instant. Cela est du aux diffrents parcours emprunts par les ondes. Lautre facteur dune telle annulation est le fait que le rcepteur soit immobile ou se dplace faible vitesse.Cependant, il est possible de remdier ce problme par lintermdiaire de protocoles de codage, dentrelacement et de retransmission qui ajoutent de la redondance et de la diversit temporelle au signal. Ainsi, malgr les attnuations des signaux, le rcepteur sera apte rcuprer les donnes envoyes. De plus, il est possible de recombiner lnergie du signal en utilisant de multiples rcepteurs corrlation. Ces derniers corrigent tous les changements de phase ou damplitude.Les trajets multiplesLa transmission des signaux dans un canal est caractrise par de multiples rflexions, diffractions et attnuations du signal. Ces phnomnes sont provoqus par les obstacles rencontrs par les signaux. Cest pour cette raison que ces derniers empruntent des trajets multiples afin datteindre leur cible. Il en rsulte que le signal ralise des temps de trajet variables en fonction du chemin emprunt ; il en est de mme pour la puissance du signal qui peut varier. Le rcepteur peut recevoir plusieurs fois le mme signal dcal. Ce temps de dcalage peut varier de 2 s en ville 20 s dans des zones vallonnes. Il est donc impratif que le rcepteur sache identifier et sparer les diffrentes composantes dans le but de reconstituer les donnes. W-CDMALe W-CDMA se base sur le CDMA mais utilise une bande passante plus large ce qui implique des dbits suprieurs. MultiplexageLe W-CDMA propose deux types de multiplexage : le FDD (Frequency Division Duplex) et le TDD (Time Division Duplex).Le multiplexage de type FDD utilise une bande passante de 5 Mhz pour le dbit descendant, et une bande passante de 5 Mhz pour le dbit montant. Le dbit maximal support par un seul code est de 384 kbit/s. Afin de pouvoir supporter un dbit de 2 Mbit/s, plusieurs codes sont ncessaires.Le multiplexage de type TDD n'utilise qu'une seule bande passante de 5 Mhz divise en portions de temps (time slot) utilisables aussi bien pour le dbit montant que pour le dbit descendant. Elle comprend donc une composante TDMA (Time Division Multiple Access) en plus de la sparation par code. Cela permet dobtenir une large gamme de dbits de services en allouant plusieurs codes ou plusieurs intervalles de temps un utilisateur.ScramblingLe scrambling, ralis par lmetteur, permet de sparer les diffrents signaux dune mme station de base ou dun mme terminal sans modifier ni le dbit, ni la bande passante. Cela permet dtaler un signal par plusieurs metteurs avec le mme code dtalement sans compromettre la dtection des signaux par le rcepteur. Il existe un arbre de codes dtalement pour chaque code de scrambling, ce qui permet aux metteurs dutiliser leurs arbres de codes indpendamment.

Figure 21 Le mcanisme de scramblingRelations entre le code dtalement et le code de scrambling :FonctionnalitsCode dtalementCode de scrambling

Famille de codesOVSFGold

UtilisationDbit montant : Sparation des canaux de donnes d'un mme terminal.Dbit descendant : Sparation des connexions des diffrents utilisateurs d'une mme cellule.Dbit montant : Sparation des terminaux.Dbit descendant : Sparation des cellules.

Comparaison du W-CDMA avec la 2GLe W-CDMA est dot de nombreux avantages par rapport aux technologies utilises dans la seconde gnration (2G) de tlcommunications mobiles.La scurit est nettement amliore. En effet, le signal, peru comme un bruit, est cod par une squence connue uniquement par lmetteur et le rcepteur.La sensibilit aux interfrences extrieures est rduite puisque les brouilleurs sont rduits lors du destalement. Plusieurs metteurs peuvent partager la bande passante. Cela permet dobtenir des dbits suprieurs, en plus dtre variables. De plus, ce partage vite le multiplexage existant en 2G.La qualit de serviceLUMTS propose 4 classes de qualit de services selon les applications : La classe Conversational qui permet aux conversations vocales de proposer une bande passante contrle avec change interactif en temps rel avec un minimum de dlai entre les paquets. La classe Streaming qui permet aux services de streaming de fournir une bande passante continue et contrle afin de pouvoir transfrer la vido et laudio dans les meilleures conditions. La classe Interactive destine des changes entre lquipement usager et le rseau comme la navigation Internet qui engendre une requte et une rponse par le serveur distant. La classe Background, qui affiche la plus faible priorit, permet des transferts de type traitements par lots qui ne demandent pas de temps rel et un minimum dinteractivit (envoi et rception de messages lectroniques).

Chapitre 3: Architecture du rseau HSDPA et HSUPA

3.1 Prsentation gnrale du HSDPALe HSDPA est dot , en plus de l'introduction du nouveau canal partage dit HS-DSCH ( High Speed Downlink Shared Channel ) , d'un ensemble de proprits dont leur combinaison permet d'augmenter la capacit du rseau , augmenter le dbit de donnes jusqu' plus de 10 Mbps , et rduire le TTI (intervalle de temps de transmission , nous retrouvons trois techniques fondamentales dpendant de l'tat de canal radio que l'on rsume par les points suivants :

La techniquede modulation et decodage adaptatifs AMC (Adaptative Modulation and Coding) La mthode de retransmission hybriderapideappele H-ARQ (Hybrid Automatic Repeat request) ; Les algorithmes d'ordonnancement rapide de paquets (Fast Packet Scheduling).

Dans le but d'implmenter la technologie HSDPA, trois nouveaux canaux ont t introduits dans les spcifications de la Release 5 : le HS-DSCH, le HS-SCCH et le canal physique HS-DPCCH [3]. Le HS-DSCH (High Speed Downlink Shared CHannel) est un canal partag qui transporte les donnes des utilisateurs sur le lien descendant, avec un dbit pic allant au del des 10 Mbps. Le canal HS-SCCH (High Speed Shared Control CHannel) prend en charge l'information de contrle ncessaire de la couche physique afin de permettre le dcodage des donnes sur le canal HS-DSCH. Enfin, le canal HS-DPCCH (High Speed Downlink Dedicated Physical Control CHannel) transporte l'information de contrle ncessaire sur le lien montant, notamment les acquittements ACK (positifs et ngatifs) ainsi que l'information sur la qualit du lien radio.

Puisque le canal HS-DSCH est partag par plusieurs utilisateurs, il est ncessaire d'avoir une mthode d'ordonnancement pour la rpartition des ressources. Des algorithmes d'ordonnancement rapides permettent de distribuer efficacement les ressources du canal HS-DSCH pour tous les utilisateurs voulant accder au rseau.

3.2 Structure HSDPAComme illustr dans le paragraphe prcdent, HSDPA est base sur un nouveau canal de transport, appel HS-DSCH, qui est partag entre les utilisateurs. L'adaptation rapide de lien tire profit des variations de la puissance de signal reue au mobile, de sorte que chaque utilisateur est servi dans des conditions favorable du fading . La valeur de TTI est alors fixe 2 ms dans la norme 3GPP. Pour viter le retard et la complexit gnre par le contrle de cette adaptation au RNC, le canal de transport de HS-DSCH est termin au NodeB, la diffrence des canaux de transport dans UMTS, qui sont termins au RNC. Pour contrle de l'adaptation rapide de lien combin avec les algorithme et HARQ au NodeB, une nouvelle entit MAC , appele MAC-hs (high speed), a t introduit Node B.

L'architecture gnrale du protocole radio MAC-hs est situ au-dessous de l'entit de MAC-c/s dans le RNC de contrle. Le MAC-c/sh fournit des fonctions HSDPA qui existe dj dans UMTS. MAC-d est encore inclus dans le RNC Serveur. Le protocole de la trame HS-DSCH (HS-DSCH FP) manipule le transport de donnes de S-RNC C-RNC, et entre C-RNC et noeud B. Le 3 GPP propose galement une autre configuration alternative o le S-RNC est directement reli au noeud B

3.3 Architecture de ProtocoleDans la Release 99, tous les canaux de transports sont termins au RNC (Radio Network Controller). Le RNC est l'lment principal dans le RNS (Radio Network Subsystem) qui contrle l'utilisation et la fiabilit des ressources radio. Il existe trois types de RNC : SRNC (Serving RNC), DRNC (Drift RNC) et CRNC (Controlling RNC). La procdure de retransmission pour les paquets de donnes est situe dans le SRNC, qui assure galement le raccordement d'un utilisateur particulier au rseau coeur.

Avec l'introduction de HS-DSCH, une intelligence additionnelle sous forme de couche MAC HSDPA (MAC-hs) est installe dans le Node B. De cette faon, les retransmissions peuvent tre contrles directement par le Node B, ce qui permet une retransmission plus rapide. Avec HSDPA, l'interface Iub entre le Node B et le RNC exige un mcanisme de contrle de flux pour s'assurer que les buffers du Node B sont employs correctement et qu'il n'y a aucune perte de donnes due au dbordement de ces buffers. Bien qu'il y ait ajout une nouvelle fonctionnalit MAC supplmentaire dans le Node B, le RNC maintient toujours les fonctionnalits de Release 99 version 4 de contrle du lien radio (RLC), en s'occupant de la retransmission au cas o la transmission du HS-DSCH du Node B chouerait aprs, par exemple, avoir excd le nombre maximum de retransmission de la couche physique. La fonction principale de la nouvelle couche MAC (MAC-hs) du Node B est d'assurer la fonctionnalit du ARQ (Automatic Repeat Request) et l'ordonnancement aussi bien que la manipulation prioritaire. Semblable au Node B une nouvelle entit MAC, MAC-hs est ajout dans l'architecture de l'UE. La couche MAC-hs de l'UE a la mme fonctionnalit que celle du Node B.

3.3.1 La couche MAC-hs :Comme expliqu prcdemment, dans l'architecture de la version 99 de l'UTRAN, les algorithmes d'ordonnancement et le choix du TF (format de transport) sont excut dans le RNC. Pour HSDPA, il est avantageux de dplacer certaines parties de la fonctionnalit du RNC au Node B, de ce fait on a une nouvelle entit (MAC-hs) est introduit dans le Node B. Le MAC-hs est responsable de l'ordonnancement, du HARQ et du choix format de transfert (TF). Apparemment, quelques amliorations sont ncessaires dans le Node B pour permettre la fonctionnalit de la MAC-hs. Il y a une entit de la MAC-hs dans l'UTRAN pour chaque cellule supportant HS- DSCH. Le MAC-hs est responsable de la manipulation des donnes transmises sur le HS-DSCH. En outre, il est responsable de la gestion des ressources physiques alloues au HSDPA. La MAC-hs reoit les paramtres de configuration provenant des couches plus leves.

Contrle du flux :C'est le complment de la fonction de contrle de flux existant dans le RNC pour les canaux ddis, communs et partags. Cette fonction est utilise pour limiter la latence de signalisation de la couche 2 et pour rduire les donnes rejetes et retransmises en raison de la congestion de HSDSCH.

HARQ : Cette fonction gre la retransmission de paquets dans le cas d'erreurs de transmission.

Schedule/Priority Handling: Cette fonction gre les ressources HS- DSCH entre les entits HARQ et les flux de donnes selon leur priorit.

TFRC slection : C'est pour choisir une combinaison approprie de format de transport et de ressource de Transport (TFRC) pour les donnes transmettre sur le canal HS-DSCH. Dans la section suivante la fonction de deux entits fonctionnelles principales dans la MAC-hs, l'Ordonnanceur et l'unit de HARQ avec la modulation et le codage adaptatif (AMC) sont Expliqus plus loin.

3.4 Canaux HSDPALe HSDPA introduit le canal de transport HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel) comme une volution du canal DSCH de l'UMTS. Ce canal doit coexister avec les canaux dj prsents dans la Release 99 et dans la Release 4 des spcifications techniques du 3GPP . Le HS-DSCH est un canal haut dbit dont le rle est de convoyer l'information du noeud B vers l'UE tout en garantissant la qualit de service requise. Pour transporter les donnes jusqu'au mobile, il fait recours un ou plusieurs canaux physiques HS-PDSCH. Ces canaux sont transmis en utilisant le principe de transmission multicodes. Les canaux HS-PDSCH sont envoys sur l'interface radio sous forme de trame.

CanalHS-DSCHDSCHDownlink DCH

SpecificationReleaseR99R99

Facteur d`etalementfixe 16variable ( 256-4)Fixe (512-4)

ModulationQPSK/16-QAMQPSKQPSK

Controle de puissancePuissance constanteRapide base sur le DCH associeRapide

Schema de Codage canalCodage turboCodage Turbo et convolutionelCodage Turbo et convolutionnel

Comparaison du canal HS-DSCH avec les autres canaux du lien descendant

Le canal HS-SCCH transporte l'information ncessaire la dmodulation de l'information du canal HS-DSCH. L'UTRAN doit allouer un certain nombre de canaux HS-SCCH au plus grand nombre d'utilisateurs soumis un multiplexage de codes.

Dans le cas o il n'y aurait aucune donne sur le canal HS-DSCH, l'utilisation du canal HS-SCCH n'est pas ncessaire. En effet, le trafic d la signalisation doit tre minimis afin de rserver le maximum de ressources aux donnes utiles. Un usager peut avoir recours un maximum de quatre canaux HS-SCCH un temps donn. Chaque bloc HS- SCCH est compos de trois slots et divis en deux parties fonctionnelles, comme l'illustre la Figure 2.6. La premire partie (premier slot) transporte l'information critique dans le temps qui a besoin de dclencher le processus de dmodulation au moment prvu. Les paramtres de la premire partie indiquent: les codes ds-tal. Ceci renvoie aux capacits du terminal dtaler un maximum de 5, 10 ou 15 codes ; le type de modulation utilis : QPSK ou 16QAM.

Les deux autres slots, correspondant la deuxime partie, contiennent des paramtres moins sensibles au temps, tel que le CRC, qui permet de vrifier la validit de l'information du HS-SCCH ainsi que celle duprocessus HARQ. Parmi les paramtres indiqus par cette deuxime partie, nous pouvons trouver : l'information concernant la version de redondance afin de permettre un dcodage russi et la combinaison avec des retransmissions antrieures ; le nombre de processus ARQ pour indiquer quel processus ARQ appartient les donnes ; l'indicateur de premire et dernire retransmission afin de savoir si la transmission doit tre combine avec les donnes existantes dans le buffer (dans le cas o le dcodage chouerait) ou si le buffer doit tre vid et ensuite rempli avec de nouvelles donnes.

Figure 3.1 - Relation du timing entre le canal HS-SCCH et le HS-DSCH

Dans la Figure 3.1, un terminal dispose de la dure d'un seul slot pour dterminer les codes dstaler partir du HS-DSCH. L'utilisation d'un masque spcifique permet au terminal de vrifier si les donnes lui sont destines. Un terminal est capable de grer jusqu' quatre canaux HS- SCCH (la partie 1 de chaque canal). Cependant dans le cas o il y aurait des donnes pour le terminal sur des TTI conscutifs, le HS-SCCH devra tre alors le mme pour ce terminal afin d'augmenter la fiabilit de l'information de signalisation. Ce type d'approche est ncessaire non seulement afin d'viter au terminal de placer dans son buffer des donnes qui ne lui sont pas destines, mais aussi dans le cas o les codes utiliss dpasseraient le nombre maximum pouvant tre trait par le terminal.

Le canal HS-DPCCH doit permettre le transport, sur le lien montant, des acquittements aussi bien positifs que ngatifs pour les retransmissions au niveau de la couche physique ainsi que l'information concernant la qualit du lien radio. Cette dernire sera utilise par l'Ordonnanceur, se trouvant dans le NodeB, pour dterminer quel terminal transmettre et quel dbit. Le HS-DPCCH est donc divis en deux parties comme le montre la Figure 3.2