umts-wcdma-gnansounou

5/11/2018 UMTS-WCDMA-GNANSOUNOU - slidepdf.com

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-1-

UMTS

Plan Introduction

Services Fréquences

Passage à l’UMTS

Interface UTRA W-CDMA



-2-

Le monde des mobiles

WORLD MOBILE

0'

500'

1000'

1500'

2000'

2500'

1995 2000 2005 2010 2015

REST OF

ASIA

NORTH AMERICA

EU15

(S OURCE : UMT S F ORUM )

MILLIONS OF

SUBSCRIBERS



-3-

VISION IMT2000

IMT-2000 The ITU vision of global wireless access

in the 21st century

Satellite

MacrocellMicrocell

UrbanIn-Building

Picocell

Global

Suburban

Basic Terminal

PDA Terminal

Audio/Visual Terminal



-4-

UMTS

198x : concept de l’UMTS, projet RACE

199x : ACTS ; FRAMES & RAINBOW

A l’échelle internationale : IMT2000 (UIT)

Concept GMN (Global Multimédia Mobility) Dualité entre réseau d’accès et réseau de transport

Spécification d’une interface entre ces 2 réseaux

UMTS : UTRA pour l’accès radio

Dans un deuxième temps, spécification d’un réseau de transport pour

l’UMTS

GSM

DECT

ISDN

B-ISDN

UTRA

GSM

ISDN

B-ISDN

TCP/IP

UMTS

Réseau d’accès Réseau de transport



-5-

UMTS

Services multimédias :

pour la mobilité (comme B-ISDN)

IP et mode paquet : 384kb/s avec une mobilité complète et 2Mb/s

pour une mobilité limitée

Convergence des technologies radio Caractéristiques de l’UMTS



-6-

3GPP

Japon : ARIB, TTC

CHINE : CWTS

Corée : TTA

Europe : ETSI

USA : T1

WG1 : couche 1

WG2 : couches 2 et 3

WG3 : interfaces et O&M

WG4 : Paramètres AHG1 : ad-hoc



-7-

UMTS

Fréquences autour de 2GHz : bande de 230MHz

Bandes appairées (120MHz) : 1920-1980 et 2110-2170 FDD/W-CDMA

Bandes non appairées (50MHz) : TDD/TD-CDMA

Satellites (MSS) : 60 MHz



-8-

UMTS/IMT2000



-9-

UMTS

Evolution du GSM vers UMTS/IMT2000 Radio

réutilisation de la bande existante

création de nouvelles bandes de fréquence

Réseau intégration du mode paquet et de IP

Au niveau mondial Europe : W-CDMA, EDGE, IP dans GSM

Japon : W-CDMA, intégration d’IP

USA : EDGE, intégration d’IP



-10-

Architecture

User

Equipment UTRANCore

NetworkUu Iu



-11-

Architecture

RNS

RNC

RNS

RNC

CN

Node B Node B Node B Node B

IuCS IuPS

Iur

Iubis

USIM

ME

MS

Cu

Uu

MSC

SGSNGs

GGSNGMSC

GnHLR

Gr

GcC

D

E

AuC

H

EIR

F Gf

GiPSTN

IuCSIuPS

VLR

B

Gp

VLRG

BSC

BTSBTS

Um

A

BSC

BTSBTS

Gb

Abis Abis

Um

BSSBSS

SIM

SIM-ME i/f or

MSC

B

PSTN

Iubis

PSTN



-12-

UTRA

FDD W-CDMA

UP

DOWN

10ms

.

.

.



-13-

UTRA

TDD TD-CDMA



-14-

UTRA

UMTS Terrestrial RAdio interfaceCritère de

comparaison

Mode FDD W-

CDMA Mode TDD TD/CDMA

Déploiement et

couverture grandes cellules petites cellulesServices

supportés

services

symétriques

mode paquet,

asymétrique

Contrôle de

puissance contrôle rapide contrôle lent

Transfert

intercellulaire soft handoff handoff normal

Complexité duterminal

débit chip -multipath

nombre de codes -multipath

Synchronisation

entre stations de

base

pas de

synchronisation synchronisation

Planification

en fonction du

trafic - pas de plan

de fréquence

plan de fréquence - ne

varie pas en fonction

du trafic

•W-CDMA en FDD

pour les bandesappairées

•TD-CDMA en

TDD pour les

bandes nonappairées



-15-

UTRA

Accès multiple DS-CDMA TDMA et CDMA

Duplex FDD TDD

Débit chip 3,84 Mchip/s 3,84 Mchip/s

Durée de trame 10 ms10ms (16 IT partrame)

Débit variable

facteur

d'étalement

variable etmulticode

multi IT etmulticode

Codage

convolutionnel

(1/2 -1/3) convolutionnel



-16-

W-CDMA

pas de plan de fréquence ni de réutilisation

niveau de puissance dépend du service

transfert de paquets sur canaux dédiés ou communs



-17-

W-CDMA

Flexibilité (opérateur) Pas de synchronisation entre les BSs (GPS)

moins cher, surtout pour les environnements indoor

Handoff inter-fréquence est prévu Mode TDD : allocation dynamique



-18-

W-CDMA

Canaux Logiques Transport CHannels :

Broadcast CHannel (BCH)

Forward Access CHannel (FACH)

Paging CHannel (PCH)

Random Access CHannel (RACH)

Common Packet CHannel (CPCH) Downlink Shared CHannel (DSCH)

Dedicated CHannel (DCH)



-19-

W-CDMA

Canaux logiques - canaux physiquesTransport Channels

DCH

RACH

CPCH

BCH

FACH

PCH

DSCH

Physical Channels

Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)

Dedicated Physical Control Channel (DPCCH)

Physical Random Access Channel (PRACH)

Physical Common Packet Channel (PCPCH)

Common Pilot Channel (CPICH)

Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)

Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)

Synchronisation Channel (SCH)

Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)

Acquisition Indication Channel (AICH)

Page Indication Channel (PICH)



-20-

W-CDMA, Downlink

One radio frame, Tf = 10 ms

TPC

NTPC bits

Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14

Tslot = 2560 chips, 10*2k

bits (k=0..7)

Data2

Ndata2 bits

DPDCH

TFCI

NTFCI bits

Pilot

Npilot bitsData1

Ndata1 bits

DPDCH DPCCH DPCCH

SF = 256/2k SF = 4..256

TPC = Transmit Power Control

TFCI = Transport Format Combination Indicator (Rate Information)



-21-

W-CDMA, Downlink

Débit 15-1920kb/s (10-1280 bits par slot) plusieurs connexions pour plus de débit (master-slave)

Etalement et modulation

Modulation QPSK : un état = 2 bits Channelization code cch

Cell specific scrambling code cscramb

512 codes de type : cscramb

64 groupes de 8 codes

nombre de code : 218 -1=262143, 38400 chips (10 ms)

S -> PDPDCH/DPCCH

P(t)

P(t)

Cos(wt)

Sin(wt)

I

Q

cch cscramb



-22-

W-CDMA, Downlink

Orthogonal Variable Spreading Factor

( )1,12,2 −=c

( )11,1 =c

( )1,11,2 =c

( )1,1,1,11,4 =c

( )1,1,1,12,4 −−=c

( )1,1,1,13,4 −−=c

( )1,1,1,14,4 −−=c

SF = 1 SF = 2 SF = 4

La longueur du code n’est pas fixe

Elle dépend du SF et du débit



-23-

W-CDMA, Uplink

SF = 256/2k SF = 4..256

TPC = Transmit Power Control

TFCI = Transport Format Combination Indicator (Rate Information)

FBI = FeedBack Information

Pilot

Npilot bits

TPC

NTPC bits

Data

Ndata bits


Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..6)

1 radio frame: Tf = 10 ms

DPDCH

DPCCHFBI

NFBI bitsTFCI

NTFCI bits



-24-

W-CDMA, Uplink

Uplink : débit 15-960 kb/s (10-640 bits par slot), plusieurs

DPDCH pour plus de débit Deux canaux physiques différents pour le contrôle et les données

Modulation QPSK : un état = 2 bits

Channelization code cD et cC

Cell specific scrambling code cscramb

224 court et 224 long Les PDDCH supplémentaires seront transmis sur I ou Q

cscramb court = cI + jcQ, cI et cQ sont de longueur 256

cscramb long 38400 chips (10 ms)

*j

P(t)

P(t)

cD

cC

I

Q

I+jQ

Cscramb

(long ou court)

Real

Imag

Cos(wt)

Sin(wt)

DPDCH

DPCCH



-25-

W-CDMA

Common Physical Channels même format que les canaux dédiés

différence : taux fixe (pas de TFCI), pas d’indication pour le contrôle

de puissance

deux types de canaux

primary CCPCH : envoyés à tout le monde (BCH)

secondary CCPCH : FACH et PCH.

Multiplexage temporel sur CCPCH pour envoyer les FACH et les

PCH.

Les informations concernant les canaux secondaires pour le

partage entre FACH et PCH (nombre de trames) sont envoyées

sur un BCH

différence entre primary et secondary CCPCH : le débit Fixe pour primary (30 kbps)

dépend de la cellule



-26-

W-CDMA

Data

18 bits


Tslot = 2560 chips , 20 bits


(Tx OFF)

256 chips


Tslot = 2560 chips, 20*2k bits (k=0..6)

Pilot

Npilot bitsData

Ndata bits


TFCI

NTFCI bits



-27-

W-CDMA

Codage et multiplexage services parallèles

codage et entrelacement pour chaque canalet pour le groupe

deux méthodes de multiplexage pour les

différents services Avantage

Défaut



-28-

W-CDMA

Coding/

interleaving

Coding/

interleaving

Coding/

interleaving

DPDCH#1

DPDCH#2

DPDCH#N

P a r a

l l e l

s e r v

i c e

...

Time

MUX

Outer

coding/interl.Time

MUX

Inner

coding/interl.

Time

MUX P a r a

l l

e l

s e r v

i c e

DPDCH#1

DPDCH#2

DPDCH#N

...



-29-

W-CDMA

Rate matching (adaptation du débit) Adapter le débit à la capacité du support

physique

Uplink unequal repetition/code puncturing

seuil = 20%

Downlink haut débit : unequal repetition/code puncturing

faible débit : transmission discontinue (une partie du

slot sera occupée)



-30-

Exemple

Trafic de 8 Kbps

Data (80 bits) CRC (8) Tail (8)

3*96 = 288 bits

Conv. Taux 1/3, Longueur = 9

288*10/9 = 320 bits

Unequal repetition (9/10)

32 Kbps DPDCH



-31-

Exemple

Trafic de 144 Kbps

Data (1800 bits) Tail (8)

3*1808 = 5424 bits


5424*320/339 = 5120 bits

Code puncturing (339 -> 320)

512 Kbps DPDCH

Data (1440 bits)

RS, taux = 180/225



-32-

Exemple

Trafic de 480 Kbps

Data (300 bits) Tail (8)

16*2*320 = 5424 bits


1024 Kbps DPDCH

CRC + SN (12 bits) 16 blocks par trame

Trafic de 2.4 MbpsData (300 bits) Tail (8)

80*2*320 = 51200 bits


5*1024 Kbps DPDCH

CRC + SN (12 bits) 80 blocks par trame



-33-

W-CDMA

Accès aléatoire : slotted aloha Préambule : il existe 16 signatures

chaque signature contient 16 symboles

code 256 chips le choix de la signature est aléatoire

Corps du message : contrôle et données Pilot + TFCI (débit du message « données »)

le choix du code est identique à celui des canaux dédiésen uplink

P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15

Preamble

256 chips



-34-

RACH

#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14

5120 chips

radio frame: 10 ms radio frame: 10 ms

Access slot #0 Random Access Transmission

Access slot #1

Access slot #7

Access slot #14

Random Access Transmission

Random Access Transmission

Random Access TransmissionAccess slot #8

Message partPreamble

4096 chips10 ms (one radio frame)

Preamble Preamble

Message partPreamble

4096 chips 20 ms (two radio frames)

Preamble Preamble



-35-

W-CDMA

Pilot

Npilot bits

Data

Ndata bits


Tslot = 2560 chips, 10*2k

bits (k=0..3)

Message part radio frame TRACH = 10 ms

Data

ControlTFCI

NTFCI bits

4096 chips

P0

P1

P j P j

Collision Resolution

Preamble

Access Preamble DPCCH

DPDCH

0 or 8 slots N*10 msec

Message Part



-36-

W-CDMA

Avant l’accès aléatoire, le mobile doit :

se synchroniser avec la BS (trame et slot)

connaître les codes disponibles pour le préambule et le message

(BCH)

connaître les signatures et les slots disponibles

Paramètres de puissance du signal

estimer le “path loss”, le niveau d’interférence sur le uplink et le seuil

C/I (BCH)

Fonctionnement :

le mobile sélectionne les codes et le facteur d’étalement (débit)

le mobile sélectionne la signature et le slot

le mobile envoie le préambule et attend le retour

le mobile envoie le burst et attend l’acquittement sur un FACH



-37-

W-CDMA

Allocation des codes Downlink

code canal BCH : même code pour tout le système

Secondary CCPCH : diffusé sur BCH dans chaque cellule

Canaux dédiés : le réseau détermine le code ; il est envoyé sur le

message “Access grant” (le code peut changer pendant la

connexion. Le changement est négocié sur un DCCH

code BS (scrambling code) il est attribué au moment du déploiement du réseau

la station mobile obtient ce code par la procédure de recherche de

cellule



-38-

W-CDMA

Allocation des codes Uplink

code canal un code par DPDCH

code BS (scrambling code) primaire

il est attribué au moment du déploiement du

réseau il est envoyé sur le message “Access grant”

secondaire

idem



-39-

W-CDMA

Contrôle de puissance Closed-loop

Uplink et downlink

Baisser ou augmenter la puissance par étape

Outer loop Uplink et downlink

Pour déterminer la valeur de l’étape du “closed-loop”

Open loop Uplink seulement

Pour ajuster la puissance sur l’accès aléatoire

Estimer le “path loss”, niveau d’interférence sur le uplink (BCH)



-40-

W-CDMA

Synchronisation : non prévue

Recherche de cellules : Primary Synchronisation Channel ; 256 chips ; le même pour toutes les BS

Secondary synchronisation Channel ; 256 chips ; 64 groupes de 15 codes

Primary

SCH

SecondarySCH

256 chips

2560 chips

One 10 ms SCH radio frame

acsi,0

acp

acsi,1

acp

acsi,14

acp

Slot #0 Slot #1 Slot #14

i est le numéro du

Scrambling Group

1..64



-41-

W-CDMA

3 étapes : Synchronisation avec les slots

Synchronisation avec la trame et identification du groupe de

code Identifier le code de la BS : c

scramb

Tslot

BSiBS j



-42-

W-CDMA

Recherche de cellules 2) Corrélation du Secondary SCH reçu avec tous les SSCH

possibles PSCH nous sert de repère pour le temps et la phase

On obtient 16 valeurs Corrélation des valeurs avec toutes les séquences

On choisit les pairs qui donne la valeur maximale

Par conséquent ; le groupe est identifié ainsi que la synchronisation

avec la trame

2) Corrélation du CPICH avec les “scrambling code” du groupe Identification du c

scramb



-43-

W-CDMA

Soft handover Active set : recherche de nouvelles cellules

Le mobile reçoit une liste du réseau qui donne

l’ordre de recherche des codes des BS ; la liste estrégulièrement changée

Le mobile teste les BCH des cellules recherchées et

les compare à des seuils

Il envoie ensuite un rapport au réseau En fonction de ces informations le réseau lui

demande de rajouter ou de supprimer des BS de la

liste active



-44-

W-CDMA

Softer handover

Inter-frequency handover

Mode sloté



-45-

W-CDMA

Couche RLC/MAC service temps réel ou non

contrôle d’erreur (ARQ)



W-CDMA

Mode paquet : trois méthodes

umts-wcdma-gnansounou

Documents