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            Telephonie Mobile de troisieme generation
                                `
                         De GSM a HSPDA


                            Luc Deneire

                           Departement R. et T.
                          Licence Professionelle


                           Janvier 2008




c Deneire                                               1
`
Table des Matieres




              `
Table des Matieres (1)




                                     Interface Radio                   Gestion de la localisation
                        Cours 1                            ´
                                     Commutation et mobilite                             ´
                                                                       Transfert de donnees / routage
                                                  Cours 2           EDGE
                                                                      Introduction
                                                                      Modulations
                       `
       Table des Matieres                                             Formats
       Plan                                                           Gain du au multi-slot
                                                           ´
                                  GPRS : Gestion de mobilite                           ´
                                                                      Redondance incrementale (RI)
       Historique                   Concepts
            ´
       Le Reseau G.S.M                         ´                ´
                                    Machine d’etat de la mobilite   UMTS : Architecture
          Architecture              GPRS/IMSI Attach                     ´ ´
                                                                      Reference
             ´
          Hierarchie                                ´
                                    Detach demande par la MS          Concepts de Base
          Les mobiles                               ´        ´
                                    Detach demande par le reseau      Architecture et structure de l’UMTS
          L’infrastructure           ´     ´
                                    Securite                          L’interface radio




c Deneire                                                                                                   2
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Table des Matieres




                      ´ ´                       `    ´ ´
                     Telephonie Mobile de troisieme generation
                                Cours 1 : Introduction
                                       G.S.M.


                                     Luc Deneire

                                    Departement R. & T.
                                   Licence Professionelle


                                    Janvier 2008




c Deneire                                                        3
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Table des Matieres


                       `
      Table des Matieres
      Plan
      Historique
            ´
      Le Reseau G.S.M
          Architecture
              ´
          Hierarchie
          Les mobiles
          L’infrastructure
          Interface Radio
          Commutation et mobilite ´
      GPRS
          Cahier des charges
                          ´
          Architecture Reseau
                ´
          le reseau backbone
          La pile de protocole (plan transmission)
      GPRS : Gestion de mobilite  ´
          Concepts
                       ´
          Machine d’etat de la mobilite´
          GPRS/IMSI Attach
                            ´
          Detach demande par la MS
                            ´       ´
          Detach demande par le reseau
c Deneire
             ´
          Securite ´                                 4
Plan




Plan du cours
          `
De G.S.M. a HSDPA




        1. Introduction et G.S.M.
        2. le G.P.R.S. et EDGE
        3. U.M.T.S. principes et interface radio
        4. U.M.T.S. couche physique et protocoles
                                                       ´
        5. U.M.T.S. gestion des appels et de la mobilite




c Deneire                                                  5
Plan




Organisation du cours
Cours magistral + 3 T.P.s




        1. Cours I.U.T. + Professionel
        2. Cours magistral .... trois heures
        3. 3 T.Ps. : pour comprendre
        4. Cours informatif ...
                               ´
        5. Examen (euh ... DS) ecrit individuel sans support :(
            ´ ´
        6. Reference :UMTS, les origines, l’architecture, la norme, Pierre Lescuyer,
           Dunod, Paris, 2002




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Historique




           ´
De Marconi a l’U.M.T.S
Les Temps Hero¨ques
              ı




                              ´              `
               1896 Marconi demontre la premiere transmission sans fils ... voir
                          ´ `
                    un cafe a Biot
                              ´ ´
               1946 Premier Telephone mobile aux U.S. (1 cellule, St Louis,
                    Missouri
                    source :
                    http://www.att.com/attlabs/reputation/timeline/46mobile.html)
                                        ´ ´
               1973 New-York, Premier telephone cellulaire (Martin Cooper,
                    Motorola, vers Joel Engel, Bell Labs)
               1977 Bell Labs construit un proto de systeme cellulaire, Chicago,
                    2000 clients
                                ´        ´               ´
               1981 Premier systeme Europeen, NTM-450, Suede



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Historique




        `    ´ ´
La deuxieme generation




                   `
             4 systemes
                          1.   G.S.M : Global System for Mobile -Europe + Monde
                          2.   D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System)-US
                          3.   Code Division Multiple Access (IS-95) ... US-Qualcomm
                          4.   P.D.C. Personal Digital Cellular - Japon
       GSM Dominant Europe, Monde sauf USA
                Bandes 900 MHz, 1800 MHz (DCS-1800) , 1900 MHz (PCS-1900 ,
                                                       ´
                       USA) 400 MHz (rural) 800 MHz (Amerique du Nord)




c Deneire                                                                              8
Historique




           `
De Marconi a L’U.M.T.S.
2G : le timing




                       ´            ´
                 1982 Debut de la specif GSM (1982-1990)
                       ´
                 1983 Deploiement de AMPS
                 1984 CT-1 (Cordless Telephone, Europe)
                         ´
                 1991 Specification de DECT (Digital European Cordeless
                      Telephone)
                           ´         `
                      portee de 100 a 500 m, 120 canaux, 1.2 Mbit/s en donnees,´
                                  ´
                      voix encryptee, authentification ... se retrouve dans IMT-2000
                       ´        ´
                 1992 Debut du deploiement de G.S.M.
                 1994 DSC-1800




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Historique




           `
De Marconi a l’U.M.T.S.
         `    ´ ´
La troisieme generation




              HSCSD High Speed Circuit Switched Data
                                                    ´        ´
                        Communications de donnees orientees circuit
                        Peut utiliser jusque 4 slots GSM (1 slot = 9,6 ou 14,4
                        Kbps)
                GPRS General Packet Radio Service
                                                    ´       ´
                        Communications de donnees orientees paquet
                        Peut utiliser jusque 8 slots GSM (115 Kbps)
                EDGE Enhanced Data-rates for Global Evolution
                                                ´
                        Modulations d’ordre superieur (plus de bits/symbole)
                        384 Kbps (avec 8 slots)
                                                           ´
                        Modulations adaptatives, ARQ incremental



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Historique




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De Marconi a l’U.M.T.S.
         `    ´ ´
La troisieme generation




              U.M.T.S Universal Mobile TelecommunicationSystem
                                                        `
                          IMT-2000 (www.itu.ch) : appel a propositions pour 1998
                          Objectifs
                                               ´
                               Support multimedia
                                                    ´
                               2 Mbit/s en vitesse reduite
                                                       ´ ´
                               144 kbit/sec en vitesse elevee (¿ 120 km/h)
                               couverture mondiale
                           UMTS Forum en 1996
                           15 propositions en 1998
                                              ´
                           3GPP et 3GPP2 crees en Janvier 1999




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Le Reseau G.S.M
        Architecture




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Le Reseau G.S.M
          ´
        Hierarchie




                     MSC Mobile Switching Center
                      LA Location Area
                     BSC Base Station Controller
                     BTS Base Transceiver Station
      Hierarchie : region MSC ⇐ n Location Areas ⇐ m BSCs ⇐ k BTS
        ´
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Le Reseau G.S.M
          ´
        Hierarchie




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Le Reseau G.S.M
          ´
        Hierarchie




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Le Reseau G.S.M
          ´
        Hierarchie



               `
Trois sous systemes



      Deux composantes
                         L’infrastructure fixe
                         Les mobiles
                          ´                 `
      Infrastructure divisee en 3 sous-systemes
                        1. BSS : Base Station Subsystem ⇒ transmission depuis le
                            mobile vers le NSS
                        2. NSS : Network Switching Subsystem ⇒ Communication
                                                               ´
                            et interconnexion avec les autres reseaux
                        3. OSS : Operational Subsystem ⇒ Administration du
                             ´
                            reseau GSM




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´
Le Reseau G.S.M
        Les mobiles



                     ´                 ´      ´                       ´
Deux composants qui separent la mobilite de l’equipement et la mobilite
de l’utilisateur




      Equipement mobile
                               ´ ´
                           Le telephone s’identifie
                           Adresse : IMEI : International Mobile Equipment Identity
      L’utilisateur mobile : SIM
                             SIM :Subscriber Identity Module (fixe ou non)
                                     ´
                             Identite : IMSI : International Mobile Subscriber Identity
                             Adresse : MSISDN :Mobile Subscriber ISDN Number
                             (no tel)




c Deneire                                                                                 17
´
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Structure du mobile




  MT : Mobile Termination Interface Radio
  TE : Terminal Equipment Interface
                 utilisateur + applis (fax, ...)
  TA : Terminal Adaptor Interface entre MT
                 et divers TE



c Deneire                                          18
´
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         Classe       Puissance Max (W)   Type de terminal
            I                20                ´
                                              vehicule
            II                8                ´
                                              vehicule
           III                5               portable
           IV                 2               portable
            V                0,8              portable




c Deneire                                                    19
´
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l’IMEI : structure et gestion



                      IMEI : 15 digits

                                    TAC ( 6 ) — FAC ( 2 ) — SNR ( 6 ) — SP (1)

                           Type Approval Code ; Final Assembly Code ; Serial Number ;
                           Spare Digit
        role de l’IMEI : protection contre le vol et la “panne”
                                                     ´       ´      ´
      EIR : Equipment Identity Register 1 DB par operateur, echangees
                         White list ... OK
                          Black list ... pas OK (sauf urgences)
                          Grey list ... usage interne (pannes, vieux GSMs ...)




c Deneire                                                                               20
´
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                                          ´
l’usager, sa carte SIM et sa confidentialite


                      SIM
                                      ´ `
                                associee a l’utilisateur
                                contient les adresses utilisateur
                                Assure l’authentification et l’encryptage
                                Personalisation (services) et protection
                                (PIN(4-8)/PUK(8))
                      IMSI International Mobile Subscription Identity
                                              ´
                            biunivoque SIM, specifique GSM, 15 digits

                                         MCC (3) — MNC (3) — MSIN (10)
                            MCC : Mobile Country Code ; MNC : Mobile Network Code ;
                            MSIN : Mobile Subscriber Identification Number


c Deneire                                                                             21
´
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                                          ´
l’usager, sa carte SIM et sa confidentialite




                  MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number
                                                                         ´
                          no tel (meme structure que le IMSI sauf MNC : region)
                           ´
                          separation IMSI-MSISDN
                              permet la confidentialite,´
                                                             ´
                              facilite la modification des numeros + routage
                                                                                   `
                              l’association de plusieurs numeros (pour + services) a un
                              utilisateur




c Deneire                                                                                 22
´
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Adresses temporaires




                      TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity
                                     ´                        ´
                              Assigne par la VLR dans une region administrative
                                                                                 ´     ´
                              Transmis sur l’interface radio au lieu de l’IMSI (securite)
                  MSRN Mobile Station Roaming Number
                                    ´
                          Un numero MSISDN avec
                                          ´        ´          ´
                                     le prefixe du reseau visite
                                             ´        ´
                                     un numero donne par la VLR
                                       ´                               ´
                                 Utilise pour router les appels en itinerance




c Deneire                                                                                   23
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



Composants et interfaces




c Deneire                  24
´
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        L’infrastructure



            `
le sous-systeme station de base




                      BTS Base Transceiver Station
                                          ´          ´
                              Emetteur/Recepteur, (de)codage de la voix, adaptation de
                                ´
                              debit
                              Canaux de signalisation
                              fonctions de couches 2 (FEC, LAPDm)
                      BSC Base Station Controller
                              Fonctions de gestion de l’interface radio
                              Allocation des canaux, handover ...
c Deneire                                                                                25
´
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        L’infrastructure



La Station de Base




      Fonctions de la BTS GROS MODEM :
                          ´
            Modulation/demodulation GMSK
            codage de canal
                      ´
            cryptage/decryptage
            formattage (trames, entrelacement, ....)
                                                     ´
            mesures de puissance (RSSI) et d’interference
                             `                            `
      Puissance max de 320 W a 30 mW (900 MHz) et de 20 W a 160 mw (1800
      MHz)




c Deneire                                                                  26
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



Le controlleur de station de base (BSC)




      Fonctions de la BSC COMMUTATEUR/MOBILITE
            Commuter de/vers la MSC vers/de la bonne BTS
            conversion de protocole et de codage (GSM-ISDN)
                                 ´
            Gestion de la mobilite du MS
                 ˆ
            Controle de puissance
c DeneireBSC
      1           pour max 40 BTS                             27
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



NSS : Network Switching Sub-System



            composants
                           MSC (Mobile Switching Center) / GMSC (Gateway MSC)
                           HLR (Home Location Register) / AuC (Authentication
                           Center)
                           VLR (Visitor Location Register)
                           EIR (Equipment Identity Register)
               fonctions
                                ˆ
                           Controle d’appels
                           Gestion d’utilisateurs
                                                        `
      communication entre composants Extensions mobiles a SS7




c Deneire                                                                       28
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



MSC : Mobile Switching Center




              Un commutateur RNIS (canaux 64 kbps)
                                                       ´
              Effectue les taches d’un commutateur de reseau fixe
              En outre, effectue
                      l’allocation des ressources radio
                      la gestion des utilisateurs
                           authentification, association
                           handover
                           paging
                   ´           `
              Un operateur possede de multiples MSCs ...




c Deneire                                                          29
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



HLR : Home Location Register
                    ´         ´
      1 base de donnee par operateur (PLMN)
                                ´
                        dupliquee pour la robustesse
                                                                     ´
                        Possiblement plus d’une HLR pour de grands operateurs
                                                ´
           Contenu infos sur tout usager de l’operateur
                        en permanence
                               IMSI, MSISDN
                               abonnements/services (avec tous les attributs)
                               IMEI
                               infos d’authentification
                           temporairement : infos sur l’endroit ou se trouve l’utilisateur
                                                                 `
                               adresse de la VLR
                               adresse de la MSC
                                                           ´ `     ´
                               adresse MSRN (si pas connecte a l’operateur d’origine




c Deneire                                                                                    30
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



AUC : Authentication Center




            ´          ´ ´ `
      Associe voire integre a la HLR
      Recherche par IMSI
                            ´     ´   `    ´
      Responsable des donnees liees a la securite ´
                              ´     `
                        la cle secrete pour l’authentification
                              ´                    ´
                        la cle d’encryptage utilisee sur le canal radio
                                                             ´
                        les algorithmes poru calculer les cles temporaires
                        (authentification)




c Deneire                                                                    31
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



GMSC : Gateway MSC
                      ´
quand on quitte son operateur




                                          `               ´
            CAR commutateurs fixes ne gerent pas la mobilite
            DOIT interroger la HLR pour localiser le MS




c Deneire                                                     32
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



VLR : Visitor Location Register
      au plus 1 VLR par MSC En general MSC ↔ VLR ; possible 1 VLR pour plusieurs
                                    ´ ´
                    MSCs
                 ´                                       ´
            Entrees Tout utilisateur / MSISDN dans la region de la MSC
                                                       ´
                    Aussi pour les utilisateurs en itinerance
                         ´
           Contenu donnees souscripteur
                                          IMSI, MSISDN
                                                           `
                                          services / parametres
                                                ´
                                          infos equipement utilisateur (IMEI)
                                                ´
                                          donnees d’authentification
                         ´
                    donnees de routage et de localisation
                                          MSRN (Mobile Station Roaming Number)
                                          TMSI (Temporary Mobile Station Identity)
                                          LAI (Location Area Identity)




c Deneire                                                                            33
´
Le Reseau G.S.M
        L’infrastructure



OSS : Operation and Maintenance Subsystem
                         ˆ       ´
      Mesures et controle du reseau
             ´         ´
      Monitore et initie par le centre de maintenance (OMC)
      Fonctions principales:
                                           ´              ´
                           Administration reseau (config, reglages, perfs, stats,
                           maintenance)
                           Commerciales (facturation / accounting)
                                         ´    ´
                           gestion de securite (EIR)




c Deneire                                                                          34
´
Le Reseau G.S.M
        Interface Radio



                   ´
Partie RADIO supposee connue
                     ´
Sinon reprendre la presentation de Giuseppe Bianchi




      Mais quelques rappels de base




c Deneire                                             35
´
Le Reseau G.S.M
        Interface Radio



Rappel du spectre Radio




c Deneire                 36
´
Le Reseau G.S.M
        Interface Radio



Canaux logiques
A vos crayons ...




 c Deneire                37
´
Le Reseau G.S.M
        Interface Radio



               ´
Exemple de procedure avec signalisation




c Deneire                                 38
´
  Le Reseau G.S.M
                                ´
          Commutation et mobilite



            ´
 La couche reseau du GSM
3 sous-couches RR : Radio Resource Management , fournit un
                              lien (communication) entre le MS
                              et le MSC
                                               `
               MM : Mobility Management , gere les bases de
                                    ´
                              donnees de localisation du
                              mobile
                                                         ˆ
               CM : Communication Management , controle la
                              connextion utilisateur
Se base sur la couche de transmission




  c Deneire                                                      39
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



RR : Radio Resource Management


       `                         ´
      gere l’admnistration des frequences et canaux Principalement l’interface
                      radio
      Garantit un lien stable en changeant de cellule ⇒ Handover dans le RR (pas
                                                 ´
                      le MM, en effet, la mobilite est vue du point de vue
                                     ´
                      “macro-mobilite”)
             Fonctions
                                  Monitoring du BCCH, PCH
                                  Administration du RACH
                                  Demande / assignation de canaux
                                  controle de puissance de la MS et synchro
                                  Handover
             ´    ´
      RR implemente dans la MS, BTS, BSC, MSC



c Deneire                                                                          40
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



MM : Mobility Management




       `                                                    ´   `           ´
      Gere la localisation de l’utilisateur et les taches liees a la mobilite
             Fonctions
                                  Assigne la TMSI
                                  Localisation de la MS
                                        `
                                  Mise a jour de la localisation
                                  Authentification de la MS
                                                               ´
                                  Identification, association/desassociation de la MS
             ´    ´
      MM implemente dans la MS, MSC




c Deneire                                                                              41
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



CM : Communication Management




           ˆ                             ´
      controle des appels, services supplementaires (SMS, ...)
             Fonctions
                                  Etablissement de l’appel (de ou vers la MS)
                                  gestion des appels d’urgence
                                  Fin d’appel
                                  signalisation DTMF
                                  modification en cours d’appel
             ´    ´
      CM implemente dans la MS, MSC, GMSC




c Deneire                                                                       42
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



                      ´
Les protocoles et les equipements




c Deneire                           43
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



Handover : Principe de base




      Un mobile doit
                                  monitorer la puissance des balises des cellules voisines
                                  garder les infos sur les 6 meilleures cellules
                                  Decoder leur BCCH (FCCH, SCH) pour obtenir leurs
                                        `
                                  parametres
                                      au moins toutes les 5 minutes
                                      BSIC (Base Station Identity Code, dans SCH) au moins toutes
c Deneire                             les 30 secondes                                               44
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite




c Deneire                         45
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



 ´               ´ `
Metriques et hysterese




        RXLEV(n) : Niveau reu (en dBm)
                                   ¸
              ´
       Parametres : Niveau RX et TX min,
                     max
    Infos additionelles : infos temporelles et
                       ´         ´
                     d’etat du reseau
            ´
        Hyster‘ese : de 5-10 dB jusque 30 dB,
                     ´
                     eviter le ping-pong




c Deneire                                        46
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



                     ´
Signalisation et procedure de Handover




                   ˆ             ´
       1. La requete est envoyee au
          commutateur
                               ´
       2. Le commutateur cree la nouvelle
                        ´
          route sur le reseau fixe
       3. Le commutateur envoye la commande
          de handover au mobile
                          `
       4. Le mobile accede au nouveau canal
       5. L’ancien canal et l’ancienne route sont
            ´
          detruits




c Deneire                                           47
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



Location Area et MSC Service Area




c Deneire                           48
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite



       ´
Mobilite –¿ suite GPRS ?




c Deneire                         49
´
Le Reseau G.S.M
                              ´
        Commutation et mobilite




                           ´ ´                       `    ´ ´
                          Telephonie Mobile de troisieme generation
                                        Cours 2 : EDGE
                                            GPRS


                                          Luc Deneire

                                         Departement R & T.
                                        Licence Professionelle


                                         Janvier 2008




c Deneire                                                             50
GPRS
       Cahier des charges




                                                  ´
       Mode Paquet : Offrir une communication donnees en mode paquet sur le
                   GSM
                  ´                           ´
            Haut debit : Offrir un plus haut debit que le 14,4 kbits/s
                Evolutif
                                                          ´
                            Fournir la base de la partie reseau de la 3G
                                                              ´
                            Se marrier avec EDGE pour un debit de 144 kbits/s




c Deneire                                                                       51
GPRS
       Cahier des charges




c Deneire                   52
GPRS
                     ´
       Architecture Reseau



                     ´
Trois nouvelles entites : SGSN / GGSN / BG

       SGSN: Serving GPRS Support Node
                                ˆ
                       Joue le role de la VLR (localisation sur une RA:Routing
                       area)
                                            ´
                       Allocation d’identite temporaire P-TMSI : Packet-TMSI
                       Gestion de mobilite  ´
                       Interfacage et signalisation avec les autres
                              ¸
                                  `
                       sous-systemes
                       Cryptage et compression
                       Gestion de session “paquet”
                       Tunelling de donnees´
       GGSN : Gateway GPRS Support Node
                          ˆ
                       Meme fonction que le GMSC pour le GPRS (vers les
                        ´
                       reseaux “paquet”)
       BG : Border Gateway
                                        ´                              ´
                         Connexion du reseau GPRS-coeur (IP) vers les reseaux
                                     ´
                         interconnectes
c Deneire                                                                        53
GPRS
                     ´
       Architecture Reseau




c Deneire                    54
GPRS
                     ´
       Architecture Reseau




c Deneire                    55
GPRS
           ´
       le reseau backbone




c Deneire                   56
GPRS
       La pile de protocole (plan transmission)




c Deneire                                         57
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Concepts



Fonctions



                    Attach
                                 Qui est le mobile ?
                                 Que sait-il / peut-il faire ?
                    Detach Quitter ...
            Localisation
                                 Ou est le mobile
                                  `
                                      Router vers le MS
                                      Une seule route MS ⇒ SGSN et SGSN ⇒ GGSN
                                 Economiser la batterie de la MS
                                 Minimiser l’utilisation de la radio




c Deneire                                                                        58
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Concepts



                                `
Solutions et contraintes du systeme




                                ´
       Attach et Detach : peu frequents
                           Attach le matin, Detach le soir
                           A priori simple
                           ⇒ Ne doit pas etre optimise
                                           ˆ          ´
                            ´             ´
       Gestion de la mobilite : plus problematique
                                                   ´
                           Changement de cellule frequent (?)
                                            ´
                           L’envoi de donnees en voie montante consomme bcp
                                                       ´
                           Grand nombre de MS attaches au service GPRS !




c Deneire                                                                     59
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Concepts



                ´                     ´
GPRS MM : deux regions selon l’activite du MS
                                    ´                                 ´
       Quand le MS est passif mise a jour quand on change de grande region
                                                   ´
                    (comme en GSM en mode deconnecte)      ´
                                         ´
                         MS est dit en “etat standby”
                         Si la MS bouge bcp, moins de trafic ⇒ OK batterie
                         ⇒ moins de capacite perdue pour la signalisation
                                              ´
                         ⇒ Localisation peu precise
                                                 ´
                         ⇒ Transfert de donnees retarde
                                               ´         ´
                         ⇒ Charge due au paging plus eleve
                                                         ´ ´
                         cellule ≤ RA (Routing Area) ≤ LA (Location Area)
                                  ´      `
       Quand le MS est actif mise a jour a chaque changement de cellule (comme
                    en GSM en mode connecte)     ´
                                         ´
                         MS est dit en “etat Ready”
                                                                     ´
                         OK si la MS bouge peu et recoit bcp de donnees
                                                       ¸
                         ⇒ Localisation precise
                                            ´
                         ⇒ Pas de paging
                         ⇒ Transfert de donnees rapide
                                               ´
                         ⇒ capacite perdue pour la signalisation
                                     ´
                         ⇒ batterie pas OK (mises a jour frequentes)
                                                     `       ´
c Deneire                                                                        60
´
GPRS : Gestion de mobilite
                   ´                 ´
         Machine d’etat de la mobilite




c Deneire                                61
´
GPRS : Gestion de mobilite
         GPRS/IMSI Attach




                           ´                    ˆ
              Informer le reseau que la MS veut etre active
                  ´      ´              ´
              Le reseau verifie l’identite de la MS
                                                                 ´
              Le SGSN charge l’info sur le MS depuis la HLR (si necessaire)
                   `                                              `
              Mise a jour de la MSC/VLR (si connexion IMSI, c’est-a-dire voix/circuit)




c Deneire                                                                                62
´
GPRS : Gestion de mobilite
         GPRS/IMSI Attach




c Deneire                    63
´
GPRS : Gestion de mobilite
                      ´
         Detach demande par la MS




                                ´
              la MS informe le reseau
                  ´        `
              Le reseau libere tous les contextes
                                              `
              La localisation n’est plus mise a jour
                                                  ´
              La MS n’envoie plus de contexte au reseau
                                       ´
              Plus de transfert de donnees de/vers le MS




c Deneire                                                  64
´
GPRS : Gestion de mobilite
                      ´
         Detach demande par la MS




c Deneire                           65
´
GPRS : Gestion de mobilite
                      ´         ´
         Detach demande par le reseau




                         ´ `
              MS mauvais eleve
              Congestion
              Immediate Service Termination (IST) ... mauvais payeur
                                   `
              Rechargement de parametres
              ...




c Deneire                                                              66
´
GPRS : Gestion de mobilite
                      ´         ´
         Detach demande par le reseau




c Deneire                               67
´
GPRS : Gestion de mobilite
                      ´         ´
         Detach demande par le reseau



                       ´                ´          ´
MS purge : lien entre reseau maison et reseau visite




c Deneire                                              68
´
GPRS : Gestion de mobilite
          ´     ´
         Securite




              Authentification
              Signature P-TMSI (Packet Temporary MS Identity)
               ´
              Reallocation de P-TMSI
                  ´
              Portee de l’encryption




c Deneire                                                       69
´
GPRS : Gestion de mobilite
          ´     ´
         Securite



Authentification
Objectifs




                  ´           ´               ´
              Le reseau veut verifier l’identite de la MS
                  ´                       ´
              Le reseau alloue une identite temporaire au MS
                   ˆ               ´                  ´ ´ ´                  ´
              En meme temps, une cle de cryptage est generee dans la MS (le reseau
                 ´ `         ´
              a deja cette cle




 c Deneire                                                                           70
´
GPRS : Gestion de mobilite
          ´     ´
         Securite



Authentification




c Deneire                    71
´
GPRS : Gestion de mobilite
          ´     ´
         Securite



 ´
Reallocation P-TMSI




c Deneire                    72
´
GPRS : Gestion de mobilite
          ´     ´
         Securite



    ´
Portee de l’encryptage




c Deneire                    73
´
GPRS : Gestion de mobilite
          ´     ´
         Securite



 ´                   ´
Verification d’identite




c Deneire                    74
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



Fonctions de localisation




                ´                                 ´
               Selection de cellule et de PLMN (operateur)
               Connaissance de Routing Area (standby) et cellule (ready)
                    `
               Mise a jour de Routing Area, Location Area et cellule
               Fonctionnement :
                       la MS choisit la nouvelle cellule
                       MS compare avec l’ancienne
                            ˆ                      `
                       si meme RA Rightarrow maj de cellule
                               ˆ                        `
                       si pas meme RA Rightarrow maj de cellule + RA
                               ˆ                        `
                       si pas meme LA Rightarrow maj de cellule + RA + LA (si GSM)




c Deneire                                                                            75
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



     `
Mise a jour RA




c Deneire                             76
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



     `
Mise a jour RA+LA




c Deneire                             77
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



Paging d’une MS GPRS




c Deneire                             78
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



Adressage PDP




       contexe PDP (Packet Data Network ?)
       Adressage statique : le HPLMN assigne une adresse permanente
       Adressage dynamique
                        le HPLMN assigne une adresse PDP quand le contexte
                                 ´
                        est active
                        le VPLMN assigne une adresse PDP quand le contexte
                                 ´
                        est active
        ´
       Decision du HPLMN




c Deneire                                                                    79
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



                               ´
Activation de context PDP initie par le MS




                                 ´
               Le MS informe le reseau de la demande d’activation
                       Type de PDP
                       Adresse PDP
                             `               ´
                       Parametres QoS (qualite de service)
                       APN (Access Point Name : GGSN)
                     ´
               SGSN verifie les permissions du MS
                        ´                                ´
               le SGSN selecitonne le GGSN (si pas indique)
                ´
               Negociation de QoS (MS / SGSN / GGSN)




c Deneire                                                           80
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



                                ´
Activation de contexte PDP initie par le MS




c Deneire                                     81
´
GPRS : Gestion de mobilite
         Gestion de la localisation



Autres actions sur le contexte PDP




                                  ´
               Activation par le reseau : rare et dangereux
               Modification de contexte (QoS)
               Desactivation du contexte (non utile/congestion ...) ⇒ plus de transfert




c Deneire                                                                                 82
´
GPRS : Gestion de mobilite
                          ´
         Transfert de donnees / routage



            ´
MS de/vers reseau fixe




c Deneire                                 83
´
GPRS : Gestion de mobilite
                          ´
         Transfert de donnees / routage



MS vers MS




c Deneire                                 84
EDGE
       Introduction




                ´
             Base sur le GPRS
             Phase 1 : jusque 384 kbps
                      GMSK + PSK-8
                      de 8.2 a 59.2 kbps par slot
                      4 type de codage
                        ´                     ´
                      Necessite des amplis lineaires (< 3dB PAPR)
             Phase 2 : Voice over IP




c Deneire                                                           85
EDGE
       Modulations




c Deneire            86
EDGE
       Formats




c Deneire        87
EDGE
       Formats



                                   ´
Ex : Famille A, MCS-9, 8PSK non code, 2blocs/20 ms




c Deneire                                            88
EDGE
       Gain du au multi-slot




c Deneire                      89
EDGE
                      ´
       Redondance incrementale (RI)




                                               ´
            Envoi de redondance uniquement si necessaire
            ARQ dit de type II
            Exemple




c Deneire                                                  90
EDGE
                      ´
       Redondance incrementale (RI)




c Deneire                             91
EDGE
                      ´
       Redondance incrementale (RI)




c Deneire                             92
EDGE
                      ´
       Redondance incrementale (RI)




                          ´ ´                       `    ´ ´
                         Telephonie Mobile de troisieme generation
                                             Cours 3 : UMTS
                                Architecture et Interface radio de l’UTRAN


                                               Luc Deneire

                                              Departement R. & T
                                             Licence Professionelle


                                              Janvier 2008




c Deneire                                                                    93
UMTS : Architecture
          ´ ´
         Reference




       UMTS Les origines, l’architecture, la norme
                             `    ´
       Pierre Lescuyer, deuxieme edition
       Dunod




c Deneire                                            94
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



    ´      ´                                  ´
La Necessite de la 3G, plus qu’une course au debit




                            ´
       Nouveaux services video, Internet, ...
          ´                           `        ´         ´
       Independance de la couche d’acces radio evolutivite
                  Strates
                      RAB : Radio Access Bearer




c Deneire                                                    95
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



 ´          `      ´
Reseau d’acces et reseau coeur




c Deneire                        96
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



 ´
Decoupage en strates




c Deneire                   97
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



 ´
Decoupage en strates

                                    ´       ´          `
       Access Stratum : fonctions liees au reseau d’acces
       Non-Access Stratum : le reste
                         Call Control (circuit)
                         Session Management (paquet)
                         Mobility Management (circuit)
                         GPRS Mobility Management (paquet)
                                                 Access Stratum   Non Access Stratum
          Gestion de la signalisation d’appel                             X
          Authentification                                                 X
          Fonction de Handover                         X
                                      ´
          Gestion des services supplementaires                            X
          Gestion des ressources radio                 X
          Chiffrement                                  X                 (X)
          Compression                                  X                 (X)
            ´
          Mecanismes de facturation                                       X

c Deneire                                                                         98
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



Liens entre AS et NAS




                                                             ´ `
       General Control SAP (Service Access Point) Services lies a la diffustion
                                      ´ ´               ´
                     d’informations (meteo, pub, config reseau, ...)
                                                      `
       Notification SAP diffusion sur l’interface d’acces : paging, appel de groupe
                     (non encore introduit)
                               ´ ´ `
       dedicated control SAP Dedies a un mobile
                                              ´
                          Etablissement et liberation de connexions de
                          signalisation
                           ´            ´                            ´
                          emission et reception de messages supportes par ces
                          connexions (SMS, signaux MM, CC, PMM, SM)



c Deneire                                                                            99
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



Strates SAP et protocoles




c Deneire                   100
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



Notion de RAB (Radio Access Bearer)



       RAB : Vision que le NAS a du canal de communication




c Deneire                                                    101
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



Attributs du RAB



              Classe de service (conversational, streaming, interactive, background)
               ´
              debit maximal
               ´
              debit garanti
              taille des SDU
                               ´
              taux de SDU errones
                              ´
              taux d’erreurs residuel
               ´
              delai de transfert
                     ´
              priorite
                     ´      ´             ´       ´ `      ´
              capacite de preemption, vulnerabilite a la premption




c Deneire                                                                              102
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



Fonctions de l’UTRAN selon les attributs du RAB




              Choix du condage de canal
              Dimensionnement des ressources radio
              Allocation du radio bearer et de l’Iu bearer
              Configuration des protocoles radio
                        ´
       ! Processus non decrit dans la norme




c Deneire                                                    103
UMTS : Architecture
         Concepts de Base



       ´
Zones geographiques

       Service Area Broadcast
          ´                 ´
       base sur les coordonnees GPS (pas les cellules)




c Deneire                                                104
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS




c Deneire                                      105
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



Architecture en couches / circuit




c Deneire                                      106
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



Architecture en couches / paquet




c Deneire                                      107
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



Notion de domaine




c Deneire                                      108
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



           ´              ´ ´
Notion de reseau coeur integre




c Deneire                                      109
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



Fonctions de niveau 2 et transcodeur




c Deneire                                      110
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



    ´          `
Le reseau d’acces




c Deneire                                      111
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



RNC : Radio Network Controller



                                            ´
       Fonctions : relocation, macrodiversite




c Deneire                                       112
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



NodeB




       plus ou moins BTS




c Deneire                                      113
UMTS : Architecture
         Architecture et structure de l’UMTS



   `
modele logique du NodeB




c Deneire                                      114
UMTS : Architecture
         L’interface radio



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c Deneire                      115
UMTS : Architecture
         L’interface radio



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c Deneire                    116
UMTS : Architecture
         L’interface radio



             ˆ
Plan de controle et plan usager




c Deneire                         117
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Couches suivant les plans de communication




c Deneire                                    118
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Les canaux logiques




       Liste ...




c Deneire                    119
UMTS : Architecture
         L’interface radio



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                                   Liste ...



c Deneire                                      120
UMTS : Architecture
         L’interface radio



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       Liste ...




c Deneire                    121
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Correspondance entre les types de canal




c Deneire                                 122
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Etapes du codage de la parole




c Deneire                       123
UMTS : Architecture
         L’interface radio



                                            `
Exemple de codage AMR (Adaptive Multi-Rate) a deux modes




c Deneire                                                  124
UMTS : Architecture
         L’interface radio



La voix sur les canaux transport




c Deneire                          125
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Modes AMR




c Deneire                    126
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Exemple de TFS pour le transport de la voix




c Deneire                                     127
UMTS : Architecture
         L’interface radio



La couche RRC
Une connexion RRC et deux connexions CN domain




c Deneire                                        128
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Etats de la connexion mobile-UTRAN




c Deneire                            129
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Etats de la connexion RRC




c Deneire                    130
UMTS : Architecture
         L’interface radio



URA et couverture cellulaire




c Deneire                      131
UMTS : Architecture
         L’interface radio



Exemple d’etat de connexion RRC
Navigation sur le Web




c Deneire                         132

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Mobile

  • 1. ´ ´ ` ´ ´ Telephonie Mobile de troisieme generation ` De GSM a HSPDA Luc Deneire Departement R. et T. Licence Professionelle Janvier 2008 c Deneire 1
  • 2. ` Table des Matieres ` Table des Matieres (1) Interface Radio Gestion de la localisation Cours 1 ´ Commutation et mobilite ´ Transfert de donnees / routage Cours 2 EDGE Introduction Modulations ` Table des Matieres Formats Plan Gain du au multi-slot ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ Redondance incrementale (RI) Historique Concepts ´ Le Reseau G.S.M ´ ´ Machine d’etat de la mobilite UMTS : Architecture Architecture GPRS/IMSI Attach ´ ´ Reference ´ Hierarchie ´ Detach demande par la MS Concepts de Base Les mobiles ´ ´ Detach demande par le reseau Architecture et structure de l’UMTS L’infrastructure ´ ´ Securite L’interface radio c Deneire 2
  • 3. ` Table des Matieres ´ ´ ` ´ ´ Telephonie Mobile de troisieme generation Cours 1 : Introduction G.S.M. Luc Deneire Departement R. & T. Licence Professionelle Janvier 2008 c Deneire 3
  • 4. ` Table des Matieres ` Table des Matieres Plan Historique ´ Le Reseau G.S.M Architecture ´ Hierarchie Les mobiles L’infrastructure Interface Radio Commutation et mobilite ´ GPRS Cahier des charges ´ Architecture Reseau ´ le reseau backbone La pile de protocole (plan transmission) GPRS : Gestion de mobilite ´ Concepts ´ Machine d’etat de la mobilite´ GPRS/IMSI Attach ´ Detach demande par la MS ´ ´ Detach demande par le reseau c Deneire ´ Securite ´ 4
  • 5. Plan Plan du cours ` De G.S.M. a HSDPA 1. Introduction et G.S.M. 2. le G.P.R.S. et EDGE 3. U.M.T.S. principes et interface radio 4. U.M.T.S. couche physique et protocoles ´ 5. U.M.T.S. gestion des appels et de la mobilite c Deneire 5
  • 6. Plan Organisation du cours Cours magistral + 3 T.P.s 1. Cours I.U.T. + Professionel 2. Cours magistral .... trois heures 3. 3 T.Ps. : pour comprendre 4. Cours informatif ... ´ 5. Examen (euh ... DS) ecrit individuel sans support :( ´ ´ 6. Reference :UMTS, les origines, l’architecture, la norme, Pierre Lescuyer, Dunod, Paris, 2002 c Deneire 6
  • 7. Historique ´ De Marconi a l’U.M.T.S Les Temps Hero¨ques ı ´ ` 1896 Marconi demontre la premiere transmission sans fils ... voir ´ ` un cafe a Biot ´ ´ 1946 Premier Telephone mobile aux U.S. (1 cellule, St Louis, Missouri source : http://www.att.com/attlabs/reputation/timeline/46mobile.html) ´ ´ 1973 New-York, Premier telephone cellulaire (Martin Cooper, Motorola, vers Joel Engel, Bell Labs) 1977 Bell Labs construit un proto de systeme cellulaire, Chicago, 2000 clients ´ ´ ´ 1981 Premier systeme Europeen, NTM-450, Suede c Deneire 7
  • 8. Historique ` ´ ´ La deuxieme generation ` 4 systemes 1. G.S.M : Global System for Mobile -Europe + Monde 2. D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System)-US 3. Code Division Multiple Access (IS-95) ... US-Qualcomm 4. P.D.C. Personal Digital Cellular - Japon GSM Dominant Europe, Monde sauf USA Bandes 900 MHz, 1800 MHz (DCS-1800) , 1900 MHz (PCS-1900 , ´ USA) 400 MHz (rural) 800 MHz (Amerique du Nord) c Deneire 8
  • 9. Historique ` De Marconi a L’U.M.T.S. 2G : le timing ´ ´ 1982 Debut de la specif GSM (1982-1990) ´ 1983 Deploiement de AMPS 1984 CT-1 (Cordless Telephone, Europe) ´ 1991 Specification de DECT (Digital European Cordeless Telephone) ´ ` portee de 100 a 500 m, 120 canaux, 1.2 Mbit/s en donnees,´ ´ voix encryptee, authentification ... se retrouve dans IMT-2000 ´ ´ 1992 Debut du deploiement de G.S.M. 1994 DSC-1800 c Deneire 9
  • 10. Historique ` De Marconi a l’U.M.T.S. ` ´ ´ La troisieme generation HSCSD High Speed Circuit Switched Data ´ ´ Communications de donnees orientees circuit Peut utiliser jusque 4 slots GSM (1 slot = 9,6 ou 14,4 Kbps) GPRS General Packet Radio Service ´ ´ Communications de donnees orientees paquet Peut utiliser jusque 8 slots GSM (115 Kbps) EDGE Enhanced Data-rates for Global Evolution ´ Modulations d’ordre superieur (plus de bits/symbole) 384 Kbps (avec 8 slots) ´ Modulations adaptatives, ARQ incremental c Deneire 10
  • 11. Historique ` De Marconi a l’U.M.T.S. ` ´ ´ La troisieme generation U.M.T.S Universal Mobile TelecommunicationSystem ` IMT-2000 (www.itu.ch) : appel a propositions pour 1998 Objectifs ´ Support multimedia ´ 2 Mbit/s en vitesse reduite ´ ´ 144 kbit/sec en vitesse elevee (¿ 120 km/h) couverture mondiale UMTS Forum en 1996 15 propositions en 1998 ´ 3GPP et 3GPP2 crees en Janvier 1999 c Deneire 11
  • 12. ´ Le Reseau G.S.M Architecture c Deneire 12
  • 13. ´ Le Reseau G.S.M ´ Hierarchie MSC Mobile Switching Center LA Location Area BSC Base Station Controller BTS Base Transceiver Station Hierarchie : region MSC ⇐ n Location Areas ⇐ m BSCs ⇐ k BTS ´ c Deneire 13
  • 14. ´ Le Reseau G.S.M ´ Hierarchie c Deneire 14
  • 15. ´ Le Reseau G.S.M ´ Hierarchie c Deneire 15
  • 16. ´ Le Reseau G.S.M ´ Hierarchie ` Trois sous systemes Deux composantes L’infrastructure fixe Les mobiles ´ ` Infrastructure divisee en 3 sous-systemes 1. BSS : Base Station Subsystem ⇒ transmission depuis le mobile vers le NSS 2. NSS : Network Switching Subsystem ⇒ Communication ´ et interconnexion avec les autres reseaux 3. OSS : Operational Subsystem ⇒ Administration du ´ reseau GSM c Deneire 16
  • 17. ´ Le Reseau G.S.M Les mobiles ´ ´ ´ ´ Deux composants qui separent la mobilite de l’equipement et la mobilite de l’utilisateur Equipement mobile ´ ´ Le telephone s’identifie Adresse : IMEI : International Mobile Equipment Identity L’utilisateur mobile : SIM SIM :Subscriber Identity Module (fixe ou non) ´ Identite : IMSI : International Mobile Subscriber Identity Adresse : MSISDN :Mobile Subscriber ISDN Number (no tel) c Deneire 17
  • 18. ´ Le Reseau G.S.M Les mobiles Structure du mobile MT : Mobile Termination Interface Radio TE : Terminal Equipment Interface utilisateur + applis (fax, ...) TA : Terminal Adaptor Interface entre MT et divers TE c Deneire 18
  • 19. ´ Le Reseau G.S.M Les mobiles Classe Puissance Max (W) Type de terminal I 20 ´ vehicule II 8 ´ vehicule III 5 portable IV 2 portable V 0,8 portable c Deneire 19
  • 20. ´ Le Reseau G.S.M Les mobiles l’IMEI : structure et gestion IMEI : 15 digits TAC ( 6 ) — FAC ( 2 ) — SNR ( 6 ) — SP (1) Type Approval Code ; Final Assembly Code ; Serial Number ; Spare Digit role de l’IMEI : protection contre le vol et la “panne” ´ ´ ´ EIR : Equipment Identity Register 1 DB par operateur, echangees White list ... OK Black list ... pas OK (sauf urgences) Grey list ... usage interne (pannes, vieux GSMs ...) c Deneire 20
  • 21. ´ Le Reseau G.S.M Les mobiles ´ l’usager, sa carte SIM et sa confidentialite SIM ´ ` associee a l’utilisateur contient les adresses utilisateur Assure l’authentification et l’encryptage Personalisation (services) et protection (PIN(4-8)/PUK(8)) IMSI International Mobile Subscription Identity ´ biunivoque SIM, specifique GSM, 15 digits MCC (3) — MNC (3) — MSIN (10) MCC : Mobile Country Code ; MNC : Mobile Network Code ; MSIN : Mobile Subscriber Identification Number c Deneire 21
  • 22. ´ Le Reseau G.S.M Les mobiles ´ l’usager, sa carte SIM et sa confidentialite MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number ´ no tel (meme structure que le IMSI sauf MNC : region) ´ separation IMSI-MSISDN permet la confidentialite,´ ´ facilite la modification des numeros + routage ` l’association de plusieurs numeros (pour + services) a un utilisateur c Deneire 22
  • 23. ´ Le Reseau G.S.M Les mobiles Adresses temporaires TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity ´ ´ Assigne par la VLR dans une region administrative ´ ´ Transmis sur l’interface radio au lieu de l’IMSI (securite) MSRN Mobile Station Roaming Number ´ Un numero MSISDN avec ´ ´ ´ le prefixe du reseau visite ´ ´ un numero donne par la VLR ´ ´ Utilise pour router les appels en itinerance c Deneire 23
  • 24. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure Composants et interfaces c Deneire 24
  • 25. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure ` le sous-systeme station de base BTS Base Transceiver Station ´ ´ Emetteur/Recepteur, (de)codage de la voix, adaptation de ´ debit Canaux de signalisation fonctions de couches 2 (FEC, LAPDm) BSC Base Station Controller Fonctions de gestion de l’interface radio Allocation des canaux, handover ... c Deneire 25
  • 26. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure La Station de Base Fonctions de la BTS GROS MODEM : ´ Modulation/demodulation GMSK codage de canal ´ cryptage/decryptage formattage (trames, entrelacement, ....) ´ mesures de puissance (RSSI) et d’interference ` ` Puissance max de 320 W a 30 mW (900 MHz) et de 20 W a 160 mw (1800 MHz) c Deneire 26
  • 27. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure Le controlleur de station de base (BSC) Fonctions de la BSC COMMUTATEUR/MOBILITE Commuter de/vers la MSC vers/de la bonne BTS conversion de protocole et de codage (GSM-ISDN) ´ Gestion de la mobilite du MS ˆ Controle de puissance c DeneireBSC 1 pour max 40 BTS 27
  • 28. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure NSS : Network Switching Sub-System composants MSC (Mobile Switching Center) / GMSC (Gateway MSC) HLR (Home Location Register) / AuC (Authentication Center) VLR (Visitor Location Register) EIR (Equipment Identity Register) fonctions ˆ Controle d’appels Gestion d’utilisateurs ` communication entre composants Extensions mobiles a SS7 c Deneire 28
  • 29. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure MSC : Mobile Switching Center Un commutateur RNIS (canaux 64 kbps) ´ Effectue les taches d’un commutateur de reseau fixe En outre, effectue l’allocation des ressources radio la gestion des utilisateurs authentification, association handover paging ´ ` Un operateur possede de multiples MSCs ... c Deneire 29
  • 30. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure HLR : Home Location Register ´ ´ 1 base de donnee par operateur (PLMN) ´ dupliquee pour la robustesse ´ Possiblement plus d’une HLR pour de grands operateurs ´ Contenu infos sur tout usager de l’operateur en permanence IMSI, MSISDN abonnements/services (avec tous les attributs) IMEI infos d’authentification temporairement : infos sur l’endroit ou se trouve l’utilisateur ` adresse de la VLR adresse de la MSC ´ ` ´ adresse MSRN (si pas connecte a l’operateur d’origine c Deneire 30
  • 31. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure AUC : Authentication Center ´ ´ ´ ` Associe voire integre a la HLR Recherche par IMSI ´ ´ ` ´ Responsable des donnees liees a la securite ´ ´ ` la cle secrete pour l’authentification ´ ´ la cle d’encryptage utilisee sur le canal radio ´ les algorithmes poru calculer les cles temporaires (authentification) c Deneire 31
  • 32. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure GMSC : Gateway MSC ´ quand on quitte son operateur ` ´ CAR commutateurs fixes ne gerent pas la mobilite DOIT interroger la HLR pour localiser le MS c Deneire 32
  • 33. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure VLR : Visitor Location Register au plus 1 VLR par MSC En general MSC ↔ VLR ; possible 1 VLR pour plusieurs ´ ´ MSCs ´ ´ Entrees Tout utilisateur / MSISDN dans la region de la MSC ´ Aussi pour les utilisateurs en itinerance ´ Contenu donnees souscripteur IMSI, MSISDN ` services / parametres ´ infos equipement utilisateur (IMEI) ´ donnees d’authentification ´ donnees de routage et de localisation MSRN (Mobile Station Roaming Number) TMSI (Temporary Mobile Station Identity) LAI (Location Area Identity) c Deneire 33
  • 34. ´ Le Reseau G.S.M L’infrastructure OSS : Operation and Maintenance Subsystem ˆ ´ Mesures et controle du reseau ´ ´ Monitore et initie par le centre de maintenance (OMC) Fonctions principales: ´ ´ Administration reseau (config, reglages, perfs, stats, maintenance) Commerciales (facturation / accounting) ´ ´ gestion de securite (EIR) c Deneire 34
  • 35. ´ Le Reseau G.S.M Interface Radio ´ Partie RADIO supposee connue ´ Sinon reprendre la presentation de Giuseppe Bianchi Mais quelques rappels de base c Deneire 35
  • 36. ´ Le Reseau G.S.M Interface Radio Rappel du spectre Radio c Deneire 36
  • 37. ´ Le Reseau G.S.M Interface Radio Canaux logiques A vos crayons ... c Deneire 37
  • 38. ´ Le Reseau G.S.M Interface Radio ´ Exemple de procedure avec signalisation c Deneire 38
  • 39. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite ´ La couche reseau du GSM 3 sous-couches RR : Radio Resource Management , fournit un lien (communication) entre le MS et le MSC ` MM : Mobility Management , gere les bases de ´ donnees de localisation du mobile ˆ CM : Communication Management , controle la connextion utilisateur Se base sur la couche de transmission c Deneire 39
  • 40. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite RR : Radio Resource Management ` ´ gere l’admnistration des frequences et canaux Principalement l’interface radio Garantit un lien stable en changeant de cellule ⇒ Handover dans le RR (pas ´ le MM, en effet, la mobilite est vue du point de vue ´ “macro-mobilite”) Fonctions Monitoring du BCCH, PCH Administration du RACH Demande / assignation de canaux controle de puissance de la MS et synchro Handover ´ ´ RR implemente dans la MS, BTS, BSC, MSC c Deneire 40
  • 41. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite MM : Mobility Management ` ´ ` ´ Gere la localisation de l’utilisateur et les taches liees a la mobilite Fonctions Assigne la TMSI Localisation de la MS ` Mise a jour de la localisation Authentification de la MS ´ Identification, association/desassociation de la MS ´ ´ MM implemente dans la MS, MSC c Deneire 41
  • 42. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite CM : Communication Management ˆ ´ controle des appels, services supplementaires (SMS, ...) Fonctions Etablissement de l’appel (de ou vers la MS) gestion des appels d’urgence Fin d’appel signalisation DTMF modification en cours d’appel ´ ´ CM implemente dans la MS, MSC, GMSC c Deneire 42
  • 43. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite ´ Les protocoles et les equipements c Deneire 43
  • 44. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite Handover : Principe de base Un mobile doit monitorer la puissance des balises des cellules voisines garder les infos sur les 6 meilleures cellules Decoder leur BCCH (FCCH, SCH) pour obtenir leurs ` parametres au moins toutes les 5 minutes BSIC (Base Station Identity Code, dans SCH) au moins toutes c Deneire les 30 secondes 44
  • 45. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite c Deneire 45
  • 46. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite ´ ´ ` Metriques et hysterese RXLEV(n) : Niveau reu (en dBm) ¸ ´ Parametres : Niveau RX et TX min, max Infos additionelles : infos temporelles et ´ ´ d’etat du reseau ´ Hyster‘ese : de 5-10 dB jusque 30 dB, ´ eviter le ping-pong c Deneire 46
  • 47. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite ´ Signalisation et procedure de Handover ˆ ´ 1. La requete est envoyee au commutateur ´ 2. Le commutateur cree la nouvelle ´ route sur le reseau fixe 3. Le commutateur envoye la commande de handover au mobile ` 4. Le mobile accede au nouveau canal 5. L’ancien canal et l’ancienne route sont ´ detruits c Deneire 47
  • 48. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite Location Area et MSC Service Area c Deneire 48
  • 49. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite ´ Mobilite –¿ suite GPRS ? c Deneire 49
  • 50. ´ Le Reseau G.S.M ´ Commutation et mobilite ´ ´ ` ´ ´ Telephonie Mobile de troisieme generation Cours 2 : EDGE GPRS Luc Deneire Departement R & T. Licence Professionelle Janvier 2008 c Deneire 50
  • 51. GPRS Cahier des charges ´ Mode Paquet : Offrir une communication donnees en mode paquet sur le GSM ´ ´ Haut debit : Offrir un plus haut debit que le 14,4 kbits/s Evolutif ´ Fournir la base de la partie reseau de la 3G ´ Se marrier avec EDGE pour un debit de 144 kbits/s c Deneire 51
  • 52. GPRS Cahier des charges c Deneire 52
  • 53. GPRS ´ Architecture Reseau ´ Trois nouvelles entites : SGSN / GGSN / BG SGSN: Serving GPRS Support Node ˆ Joue le role de la VLR (localisation sur une RA:Routing area) ´ Allocation d’identite temporaire P-TMSI : Packet-TMSI Gestion de mobilite ´ Interfacage et signalisation avec les autres ¸ ` sous-systemes Cryptage et compression Gestion de session “paquet” Tunelling de donnees´ GGSN : Gateway GPRS Support Node ˆ Meme fonction que le GMSC pour le GPRS (vers les ´ reseaux “paquet”) BG : Border Gateway ´ ´ Connexion du reseau GPRS-coeur (IP) vers les reseaux ´ interconnectes c Deneire 53
  • 54. GPRS ´ Architecture Reseau c Deneire 54
  • 55. GPRS ´ Architecture Reseau c Deneire 55
  • 56. GPRS ´ le reseau backbone c Deneire 56
  • 57. GPRS La pile de protocole (plan transmission) c Deneire 57
  • 58. ´ GPRS : Gestion de mobilite Concepts Fonctions Attach Qui est le mobile ? Que sait-il / peut-il faire ? Detach Quitter ... Localisation Ou est le mobile ` Router vers le MS Une seule route MS ⇒ SGSN et SGSN ⇒ GGSN Economiser la batterie de la MS Minimiser l’utilisation de la radio c Deneire 58
  • 59. ´ GPRS : Gestion de mobilite Concepts ` Solutions et contraintes du systeme ´ Attach et Detach : peu frequents Attach le matin, Detach le soir A priori simple ⇒ Ne doit pas etre optimise ˆ ´ ´ ´ Gestion de la mobilite : plus problematique ´ Changement de cellule frequent (?) ´ L’envoi de donnees en voie montante consomme bcp ´ Grand nombre de MS attaches au service GPRS ! c Deneire 59
  • 60. ´ GPRS : Gestion de mobilite Concepts ´ ´ GPRS MM : deux regions selon l’activite du MS ´ ´ Quand le MS est passif mise a jour quand on change de grande region ´ (comme en GSM en mode deconnecte) ´ ´ MS est dit en “etat standby” Si la MS bouge bcp, moins de trafic ⇒ OK batterie ⇒ moins de capacite perdue pour la signalisation ´ ⇒ Localisation peu precise ´ ⇒ Transfert de donnees retarde ´ ´ ⇒ Charge due au paging plus eleve ´ ´ cellule ≤ RA (Routing Area) ≤ LA (Location Area) ´ ` Quand le MS est actif mise a jour a chaque changement de cellule (comme en GSM en mode connecte) ´ ´ MS est dit en “etat Ready” ´ OK si la MS bouge peu et recoit bcp de donnees ¸ ⇒ Localisation precise ´ ⇒ Pas de paging ⇒ Transfert de donnees rapide ´ ⇒ capacite perdue pour la signalisation ´ ⇒ batterie pas OK (mises a jour frequentes) ` ´ c Deneire 60
  • 61. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Machine d’etat de la mobilite c Deneire 61
  • 62. ´ GPRS : Gestion de mobilite GPRS/IMSI Attach ´ ˆ Informer le reseau que la MS veut etre active ´ ´ ´ Le reseau verifie l’identite de la MS ´ Le SGSN charge l’info sur le MS depuis la HLR (si necessaire) ` ` Mise a jour de la MSC/VLR (si connexion IMSI, c’est-a-dire voix/circuit) c Deneire 62
  • 63. ´ GPRS : Gestion de mobilite GPRS/IMSI Attach c Deneire 63
  • 64. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ Detach demande par la MS ´ la MS informe le reseau ´ ` Le reseau libere tous les contextes ` La localisation n’est plus mise a jour ´ La MS n’envoie plus de contexte au reseau ´ Plus de transfert de donnees de/vers le MS c Deneire 64
  • 65. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ Detach demande par la MS c Deneire 65
  • 66. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Detach demande par le reseau ´ ` MS mauvais eleve Congestion Immediate Service Termination (IST) ... mauvais payeur ` Rechargement de parametres ... c Deneire 66
  • 67. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Detach demande par le reseau c Deneire 67
  • 68. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Detach demande par le reseau ´ ´ ´ MS purge : lien entre reseau maison et reseau visite c Deneire 68
  • 69. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Securite Authentification Signature P-TMSI (Packet Temporary MS Identity) ´ Reallocation de P-TMSI ´ Portee de l’encryption c Deneire 69
  • 70. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Securite Authentification Objectifs ´ ´ ´ Le reseau veut verifier l’identite de la MS ´ ´ Le reseau alloue une identite temporaire au MS ˆ ´ ´ ´ ´ ´ En meme temps, une cle de cryptage est generee dans la MS (le reseau ´ ` ´ a deja cette cle c Deneire 70
  • 71. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Securite Authentification c Deneire 71
  • 72. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Securite ´ Reallocation P-TMSI c Deneire 72
  • 73. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Securite ´ Portee de l’encryptage c Deneire 73
  • 74. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ ´ Securite ´ ´ Verification d’identite c Deneire 74
  • 75. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation Fonctions de localisation ´ ´ Selection de cellule et de PLMN (operateur) Connaissance de Routing Area (standby) et cellule (ready) ` Mise a jour de Routing Area, Location Area et cellule Fonctionnement : la MS choisit la nouvelle cellule MS compare avec l’ancienne ˆ ` si meme RA Rightarrow maj de cellule ˆ ` si pas meme RA Rightarrow maj de cellule + RA ˆ ` si pas meme LA Rightarrow maj de cellule + RA + LA (si GSM) c Deneire 75
  • 76. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation ` Mise a jour RA c Deneire 76
  • 77. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation ` Mise a jour RA+LA c Deneire 77
  • 78. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation Paging d’une MS GPRS c Deneire 78
  • 79. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation Adressage PDP contexe PDP (Packet Data Network ?) Adressage statique : le HPLMN assigne une adresse permanente Adressage dynamique le HPLMN assigne une adresse PDP quand le contexte ´ est active le VPLMN assigne une adresse PDP quand le contexte ´ est active ´ Decision du HPLMN c Deneire 79
  • 80. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation ´ Activation de context PDP initie par le MS ´ Le MS informe le reseau de la demande d’activation Type de PDP Adresse PDP ` ´ Parametres QoS (qualite de service) APN (Access Point Name : GGSN) ´ SGSN verifie les permissions du MS ´ ´ le SGSN selecitonne le GGSN (si pas indique) ´ Negociation de QoS (MS / SGSN / GGSN) c Deneire 80
  • 81. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation ´ Activation de contexte PDP initie par le MS c Deneire 81
  • 82. ´ GPRS : Gestion de mobilite Gestion de la localisation Autres actions sur le contexte PDP ´ Activation par le reseau : rare et dangereux Modification de contexte (QoS) Desactivation du contexte (non utile/congestion ...) ⇒ plus de transfert c Deneire 82
  • 83. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ Transfert de donnees / routage ´ MS de/vers reseau fixe c Deneire 83
  • 84. ´ GPRS : Gestion de mobilite ´ Transfert de donnees / routage MS vers MS c Deneire 84
  • 85. EDGE Introduction ´ Base sur le GPRS Phase 1 : jusque 384 kbps GMSK + PSK-8 de 8.2 a 59.2 kbps par slot 4 type de codage ´ ´ Necessite des amplis lineaires (< 3dB PAPR) Phase 2 : Voice over IP c Deneire 85
  • 86. EDGE Modulations c Deneire 86
  • 87. EDGE Formats c Deneire 87
  • 88. EDGE Formats ´ Ex : Famille A, MCS-9, 8PSK non code, 2blocs/20 ms c Deneire 88
  • 89. EDGE Gain du au multi-slot c Deneire 89
  • 90. EDGE ´ Redondance incrementale (RI) ´ Envoi de redondance uniquement si necessaire ARQ dit de type II Exemple c Deneire 90
  • 91. EDGE ´ Redondance incrementale (RI) c Deneire 91
  • 92. EDGE ´ Redondance incrementale (RI) c Deneire 92
  • 93. EDGE ´ Redondance incrementale (RI) ´ ´ ` ´ ´ Telephonie Mobile de troisieme generation Cours 3 : UMTS Architecture et Interface radio de l’UTRAN Luc Deneire Departement R. & T Licence Professionelle Janvier 2008 c Deneire 93
  • 94. UMTS : Architecture ´ ´ Reference UMTS Les origines, l’architecture, la norme ` ´ Pierre Lescuyer, deuxieme edition Dunod c Deneire 94
  • 95. UMTS : Architecture Concepts de Base ´ ´ ´ La Necessite de la 3G, plus qu’une course au debit ´ Nouveaux services video, Internet, ... ´ ` ´ ´ Independance de la couche d’acces radio evolutivite Strates RAB : Radio Access Bearer c Deneire 95
  • 96. UMTS : Architecture Concepts de Base ´ ` ´ Reseau d’acces et reseau coeur c Deneire 96
  • 97. UMTS : Architecture Concepts de Base ´ Decoupage en strates c Deneire 97
  • 98. UMTS : Architecture Concepts de Base ´ Decoupage en strates ´ ´ ` Access Stratum : fonctions liees au reseau d’acces Non-Access Stratum : le reste Call Control (circuit) Session Management (paquet) Mobility Management (circuit) GPRS Mobility Management (paquet) Access Stratum Non Access Stratum Gestion de la signalisation d’appel X Authentification X Fonction de Handover X ´ Gestion des services supplementaires X Gestion des ressources radio X Chiffrement X (X) Compression X (X) ´ Mecanismes de facturation X c Deneire 98
  • 99. UMTS : Architecture Concepts de Base Liens entre AS et NAS ´ ` General Control SAP (Service Access Point) Services lies a la diffustion ´ ´ ´ d’informations (meteo, pub, config reseau, ...) ` Notification SAP diffusion sur l’interface d’acces : paging, appel de groupe (non encore introduit) ´ ´ ` dedicated control SAP Dedies a un mobile ´ Etablissement et liberation de connexions de signalisation ´ ´ ´ emission et reception de messages supportes par ces connexions (SMS, signaux MM, CC, PMM, SM) c Deneire 99
  • 100. UMTS : Architecture Concepts de Base Strates SAP et protocoles c Deneire 100
  • 101. UMTS : Architecture Concepts de Base Notion de RAB (Radio Access Bearer) RAB : Vision que le NAS a du canal de communication c Deneire 101
  • 102. UMTS : Architecture Concepts de Base Attributs du RAB Classe de service (conversational, streaming, interactive, background) ´ debit maximal ´ debit garanti taille des SDU ´ taux de SDU errones ´ taux d’erreurs residuel ´ delai de transfert ´ priorite ´ ´ ´ ´ ` ´ capacite de preemption, vulnerabilite a la premption c Deneire 102
  • 103. UMTS : Architecture Concepts de Base Fonctions de l’UTRAN selon les attributs du RAB Choix du condage de canal Dimensionnement des ressources radio Allocation du radio bearer et de l’Iu bearer Configuration des protocoles radio ´ ! Processus non decrit dans la norme c Deneire 103
  • 104. UMTS : Architecture Concepts de Base ´ Zones geographiques Service Area Broadcast ´ ´ base sur les coordonnees GPS (pas les cellules) c Deneire 104
  • 105. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS c Deneire 105
  • 106. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS Architecture en couches / circuit c Deneire 106
  • 107. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS Architecture en couches / paquet c Deneire 107
  • 108. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS Notion de domaine c Deneire 108
  • 109. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS ´ ´ ´ Notion de reseau coeur integre c Deneire 109
  • 110. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS Fonctions de niveau 2 et transcodeur c Deneire 110
  • 111. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS ´ ` Le reseau d’acces c Deneire 111
  • 112. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS RNC : Radio Network Controller ´ Fonctions : relocation, macrodiversite c Deneire 112
  • 113. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS NodeB plus ou moins BTS c Deneire 113
  • 114. UMTS : Architecture Architecture et structure de l’UMTS ` modele logique du NodeB c Deneire 114
  • 115. UMTS : Architecture L’interface radio Rappels sur le FDD et le TDD c Deneire 115
  • 116. UMTS : Architecture L’interface radio L’architecture en couches c Deneire 116
  • 117. UMTS : Architecture L’interface radio ˆ Plan de controle et plan usager c Deneire 117
  • 118. UMTS : Architecture L’interface radio Couches suivant les plans de communication c Deneire 118
  • 119. UMTS : Architecture L’interface radio Les canaux logiques Liste ... c Deneire 119
  • 120. UMTS : Architecture L’interface radio Les canaux de transport : format Liste ... c Deneire 120
  • 121. UMTS : Architecture L’interface radio Les canaux physiques Liste ... c Deneire 121
  • 122. UMTS : Architecture L’interface radio Correspondance entre les types de canal c Deneire 122
  • 123. UMTS : Architecture L’interface radio Etapes du codage de la parole c Deneire 123
  • 124. UMTS : Architecture L’interface radio ` Exemple de codage AMR (Adaptive Multi-Rate) a deux modes c Deneire 124
  • 125. UMTS : Architecture L’interface radio La voix sur les canaux transport c Deneire 125
  • 126. UMTS : Architecture L’interface radio Modes AMR c Deneire 126
  • 127. UMTS : Architecture L’interface radio Exemple de TFS pour le transport de la voix c Deneire 127
  • 128. UMTS : Architecture L’interface radio La couche RRC Une connexion RRC et deux connexions CN domain c Deneire 128
  • 129. UMTS : Architecture L’interface radio Etats de la connexion mobile-UTRAN c Deneire 129
  • 130. UMTS : Architecture L’interface radio Etats de la connexion RRC c Deneire 130
  • 131. UMTS : Architecture L’interface radio URA et couverture cellulaire c Deneire 131
  • 132. UMTS : Architecture L’interface radio Exemple d’etat de connexion RRC Navigation sur le Web c Deneire 132