Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE Mohamed Moussaoui

(1)

HAL Id: cel-00665854

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Submitted on 2 Feb 2012

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Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE

Mohamed Moussaoui

To cite this version:

Mohamed Moussaoui. Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE. Engineering school.

Réseau UMTS et ses évolutions: UMTS/HSxPA/3LTE, La première École de Printemps sur ”Réseaux sans Fils et Technologies Émergentes”. 16 Mars 2010. Marrakech, 2011, pp.76. �cel-00665854�

(2)

1

Le réseau UMTS et ses évolutions:

UMTS/HSxPA/3LTE

Prof:Mohamed Moussaoui

Email:[email protected]

Adresse: Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tanger Route Ziaten, B.P:1818, Tanger Principale

La Première Edition de l’Ecole de Printemps

« les Réseaux sans fil et Technologies Emergentes »

15-17 Mars 2010, Marrakech, Maroc

(3)

Sommaire

• La standardisation

• L’architecture de l’UMTS (Release 99)

• L’interface radio de l’UTRA-FDD (Release 99)

• Évolutions de l’UMTS

– Evolutions de la Release 4, 5 et 6

• Évolution de réseau d’accès

– HSDPA – HSUPA

• 3GPP Long Term Evolution: 3LTE

(4)

3

Les origines de L’UMTS

Des perspectives prometteuses

Les systèmes de téléphonie cellulaire connaissent depuis quelques années un développement sans précédent dans le monde

Les évolutions de la norme GSM vers les services de données type paquet ouvre le champ à des applications nouvelles

Des systèmes incompatibles

Des différences importantes sur le segment radio (pas d’itinérance universelle)

Vers une norme commune

Forte volonté de la part des opérateurs de définir une norme commune

Japon Amérique du nord

Continent américain, Asie Mondiale

Utilisation

25khz 30khz

1250khz 200khz

Espacement porteuses

800/1400 800/1900

800/1900 900/1800/1900

Bande de fréquence (MHz)

TDMA TDMA

CDMA TDMA/FDMA

Méthodes d’accès

OQPSK DQPSK

BPSK/OQPSK GMSK

Modulation

PDC IS-136

IS-95 GSM

Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

(5)

La famille IMT2000

DECT TDMA

IS136

GSM cdmaOne

IS95

Multi-carrier TDMA

Single carrier TDMA

DS-CDMA TDD-Mode CDMA

Multi-carrier CDMA

2G

IMT2000

DECT UWC136 UTRA-FDD UTRA-TDD

WCDMA

cdma2000 1x 3x Famille

TDMA

Famille

CDMA

(6)

5

La normalisation

3GPP 3GPP 3GPP2 3GPP2 UWCC UWCC ITU

IMT2000 ITU IMT2000

ETSIETSI T1T1 TTCTTC TTATTA CWTSCWTS ARIBARIB TIATIA

DECT

UTRA-TDD

UTRA-FDD

CDMA 2000

UWC-1 36

Europe Etats-Unis Japon Corée Chine Japon

(7)

La structure du

TSG TSG

GSM EDGE Radio Access

Network GSM EDGE Radio Access

Network

Terminals Terminals

Services &

System Aspects Services &

System Aspects Core

Network Core Network Radio Access

Network Radio Access

Network

3GPP

a pour objectif de spécifier les services usager et

l’architecture générale du réseau UMTS

Est en charge des protocoles du contrôle d’appel et de

services

supplémentaires, ainsi que l’interconnexion

avec les réseaux extérieurs

a pour responsabilité » la définition des protocoles et

l’architecture du réseau d’accès de l’UMTS

a pour objectif de définir la structure de la carte USIM, et les fonctions et les tests de conformance

des terminaux UMTS

TSG (Technical Specification Groups)

(8)

7

Les objectifs de l’UMTS

Support Multimédia

Passerelle Internet Serveur

Passerelle RTCP

Serveur Réseau Internet RTCP

Interface Radio Visiophonie

Transfert de messages

Navigation Internet Réseau UMTS

Débits supportés

144 kbit/s en environnement rural extérieur 384 kbit/s en environnement urbain extérieur 2 Mbit/s indoor (mobilité réduite)

Les classes de services La classe A (conversational) La classe B (streaming) La classe C (interactive) La classe D (backgrounde)

pour les applications à contrainte temps réel

pour les applications de données sensibles aux erreurs de transmission

Deux modes: FDD & TDD

Uplink Dwnlink

Micro-Cellule Macro-Cellule

TDD FDD

(9)

Les fréquences attribuées à la 3 e génération

1900

satellite FDD-DL

TDD satellite

FDD-UL TDD

1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200MHz

1885 2025 2110 2200

UMTS IMT-2000

160MHz supplémentaires, répartis en 3 bandes:

806-960 MHz, 1710-1885 MHz, 2500-2690 MHz

(10)

9

Les concepts de base

le découpage en strates

Non access Stratum

Protocoles Iu

Protocoles radio Protocoles Iu

Protocoles radio

Radio (Uu) Iu

mobile UTRAN CN

Le réseaux UMTS est constitué de deux niveaux:

AS: Access Stratum NAS: Non Acces Stratum

Access Stratum:

Regroupe toutes les fonctions liées au réseau d’accès Les fonctions de gestion des ressources radio

L’UTRAN entièrement inclus dans l’AS

L’AS comprend une partie de l’équipement mobile, Ainsi une partie du réseau cœur (l’interface Iu)

Le découpage en strates (niveaux) permet de séparer des niveaux de services indépendants dans le réseau UMTS

Non Access Stratum

NAS regroupe toutes les autres fonctions du réseau UMTS comme:

Les fonctions d’établissement d’appel: CC (call control) pour les appels circuit, et SM (session mangement) pour les appels paquet.

Les fonctions de gestion de la mobilité en mode veille

(11)

L’architecture de l’UMTS (Release 99)

Node-B

RNC

SGSN GGSN

MSC GMSC

Node-B

RNC Node-B

VLR

EIR HLR

PDN IP PSTN

TRAU

E

C

Gr Gc Gn Gf

F D Gs

E

Gi(IP) IuB

IuB

IuB IuB

IuR Iu-CS

Iu-PS Uu

Réseau cœur: CN

Réseau d’accès: UTRAN

(12)

11

Le réseau d’accès UTRAN

Uu

NodeB

CS demain PS demain

Réseau coeur

Iur

Iub Iu

Réseau d’accès

RNC RNC

Node-B Node-B

(13)

RNC (Radio Network Controler)

RNC

NodeB RNC

Connexion RRC

Iur

Serving RNC Drift/controling RNC

• Il est en charge de l’établissement de la connexion RRC

• Il affecte les ressources radio

• Il gère la le contrôle de la puissance lent

• Il gère la configuration ou reconfiguration de l’interface radio et la mobilité du mobile

• Il comprend des fonctions de combinaison et découpage pour la macrodiversité

(14)

13

MSC

VLR RNC

Notion de support d’accès radio (RAB, Radio access Bearer)

Node-B

Réseau de transport

Support radio (radio bearer) Support radio de transport Iu (Iu transport bearer) Support d’accès radio (RAB, Radio Access Bearer)

MSC

VLR Node-B RNC

Réseau de transport Support à 12,2 kbit/s

Support à 128 kbit/s Support à 12,2 kbit/s

Support à 128 kbit/s

CV ATM permanent Connexion AAL2 établie à la demande

(15)

L’interface radio de l’UTRA-FDD

(16)

15

L’architecture radio

PHY MAC

RLC RLCRLC RLC RLC RLCRLC

RLC

BMC PDCP

PDCP RRC

L3

control

control control

L3

Canaux de transport Canaux logiques

L2/MAC L2/RLC

L2/BMC L2/PDCP

(17)

Plan de contrôle et plan usager

Terminal UTRAN Réseau coeur Iu

Uu

Plan de contrôle Plan usager CM MM SM GMM IP Voix SMS…

Signalisation Données usager

(18)

17

Les canaux

BCCH PCCH DCCH CCCH CTCH DTCH

BCH PCH RACH FACH DSCH DCH

P-CCPCH S-CCPCH PRACH PDSCH DPDCH

Plan de contrôle Plan usager

Canaux Logiques

Canaux de Physiques

Canaux de Transport

(19)

Exemple la phonie

Transcodeur (codage source)

Niveau 1 (codage canal)

Voix numérisée loi A/µ:64/s

4 à 12 kbit/s

Transmission sur l’interface radio

Plage du mode 1 Plage du mode 2

Part du codage du canal La trame de phonie

C/I Qualité

subjectif de la phonie

AMR (Adaptative Multi-Rate):

Lorsque les conditions de transmission sont bons, la part du codage canal peut etre réduite au bénéfice du codage source: privilégier la qualité de phonie

Lorsque les conditions se dégradent, il est alors nécessaire de mieux protéger les données transmises.

(20)

19

Exemple de la phonie

TB 1 TB 2 TB 3

TB 1 TB 2

TB 181 CRC 60

TB 193 8 60

103

103 8 8

303 333 136

294 324 128

147 147 162 162 64 64

147 162 64 147 162 64

TB 1 TB 4

TB 1148 CRC

TB 1164 8

548

548 516

137 137 137 137

137 137

1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 4c 4d

Trame i Trame i+1

10ms 10ms

DCCH Transport block

Ajout du CRC

Ajout des bits de traînée

Codage canal

Adaptation de débit 1er Entrelacement

segmentation Multiplexage des canaux de

transport 2^eentrelacement

(21)

WCDMA

(22)

21

Paramètres de WCDMA

3GPP WCDMA Paramètres

Soft Handover, interfrequency Handover Handover

Open and fast colsed loop (1.5 Khz) Power control

4-256 (uplink), 4-512 (Dwnlink) Spreading factors

Variable spreading and multicode Multirate

Pilot Symbols/ channel Coherent Detection

Conv, Turbo Channel Coding

QPSK modulation

15 Number of slots/ frame

10ms Frame length

0.22 Roll off factor for chip shaping

3.84 Mchip/s Chip rate

5MHz. (nominal) Carier spacing

(23)

Les codes d

Les codes d ’é ’é talement talement

données

Channalization Code

Débit Chip Débit Chip Scrambling Code

1. Codes de canal (channalization code)

– séparer les différentes applications issues d’une même source

Uplink

: le canal de données et de contrôle pour un utilisateur

Downlink:

les connections de

différents utilisateurs dans une cellule

2. Codes de brouillage (Scrambling Codes)

Uplink: Séparation des terminaux Downlink: Séparation des secteurs

(24)

23

Code de canal

(OVSF: Orhogonal Variable Spreading Factor)

SF = 1 SF = 2 SF = 4

Cch,1,0 = (1)

Cch,2,0 = (1,1)

Cch,2,1 = (1,-1)

Cch,4,0 =(1,1,1,1)

Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)

Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)

Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)

bit débit

chip débit N

N T

SF T

bit chip chip

bit ==== ====

==== Débit chip est fixé à 2.84 Mcps

1 C_1,1 =



 





= −











=



 





1 1

1 , 1

1 , 1 1 , 1 1 , 1 2

, 2

1 , 2

C C C C C

C





















=





















+ +

+− +

+ + + +

n n n n

n n

n n n n

C C

C C C C

,2 2 ,2 2

,1 2 ,1 2

2 1 , 2 1

11 ,2 2 1

4 , 2 1

3 , 2 1

2 , 2 1

,1 2 1

: :

:

(25)

40 3 0

40 20 0

.... ....

....

ExOR shift register 1 (41bit)

MSB LSB

shift register 2 (41bit)

0

7 4

+ mod n addition

c_t(n) 1 2 3 5 6

2

mod 2

0

7 4

b_s(n) 1 2 3 5 6

2

mod 2

+

mod 4

multiplication

z_v(n)

0

7 6 5 4 3 2 1

+ mod 4

+3 +3

+2 +3

Mapper S_v(n) Shift suspend after

every 256-th chip cycle

a_r(n)

+ + +

Uplink short scrambling code generator Configuration of uplink long scrambling code generator

17 7 0

.... ....

....

.... 10 5

shift register 1 (18 bit)

shift register 2 (18 bit)

MSB LSB

Configuration of downlink scrambling code generator

Code de brouillage

(Scrambling code)

(26)

25

Voie montante (Uplink)

Structure de la trame

TPC FBI

TFCI Symboles pilotes

données I: data channel

Q: sync & control

DPDCH DPCCH

Slot=0.667ms 2560 chips

Slot 3 Slot 2

Slot 1 …. Slot i … Slot 1 Slot 14 Slot 15

SF=4256

SF=256 tjrs 10bits

Trame 10 ms

640 640

9600 4

960 960

6

320 320

4800 8

480 480

5

160 160

2400 16

240 240

4

80 80

1200 32

120 120

3

40 40

600 64

60 60

2

20 20

300 128

30 30

1

10 10

150 256

15 15

0

N_data Bits/ Slot

Bits/ Frame SF

Channel Symbol Rate (ksps)

Channel Bit Rate (kbps) Slot

Format #i

(27)

Voie montante (Uplink)

Etalement et modulation

Spreading/modulation for uplink DPDCH/DPCCH for user services less than or equal Σ

DPDCH1 (BPSK)

ββββ

DPDCH3 (BPSK)

DPDCH (BPSK)N-1

.

Channelization codes (OVSF) DPDCH gains

Σ

DPDCH (BPSK)2

DPDCH (BPSK)4

DPDCH (BPSK)N

.

DPCCH (BPSK)

*j

p(t)

p(t) C scramb

Real

Imag

-sin(wt)

I+jQ

C^{ch,d 1}

ββββ³ C^{ch,d 3}

C^{ch,d N-1} ββββ^N-1

C^{ch,d 2} ββββ²

ββββ⁴ C^{ch,d 4}

C^{ch,d N} ββββ^N ββββ^c C^{ch, c}

cos(wt)

(28)

27

Voie descendante (DOWNLINK) Voie descendante (DOWNLINK)

structure de la trame

Slot=0.667ms 2560 chips

Slot 3 Slot 2

Slot 1 …. Slot i … Slot 1 Slot 14 Slot 15

Symboles pilotes données

données TPC TFCI

Trame 10 ms

SF=4512

1280 20480

512 19968

4 1024

2048

640 10240

512 9728

8 512

1024

320 5120

512 4608

16 256

512

160 2560

320 2240

32 128

256

80 1280

320 960

64 64

128

40 640

192 448

128 32

64

40 640

160 480

128 32

64

20 320

192 128

256 16

32

20 320

160 160

256 16

32

10 160

128 32

512 8

16

10 160

96 64

512 8

16

TOT DPCCH

DPDCH

Bits/ Slot Bits/Frame

SF Channel Symbol Rate (ksps) Channel Bit Rate (kbps)

(29)

Voie descendante (DOWNLINK) Voie descendante (DOWNLINK)

Etalement et modulation

Spreading/modulation for downlink DPCH

S/P Cch ,1

DPDCH₁/DPCCH

S/P Cch ,2

DPDCH₂

S/P Cch ,N

DPDCHN

Σ

Σ .

. . .

*j

p(t)

cos(ωt)

sin(ωt) Real

Imag I+jQ

I

Q

C_scramb

(30)

29

Le canal radio-mobile

( ) t = A e δ ( t τ ) + n ( ) t

h

_i

1 N

0

= i

Φ +

i

-

∑

^- ^j ⁱ

Node-B

CDMA asynchrone( Up-link) Multi-Utilisateurs

Effets de canal

Fading

Multi-trajet

interférences entre symboles

Interférences d’accès multiple

(31)

Le canal radio mobile à 2 GHz

Canaux de L’ETSI

Indoor (intra-batiment) Pedestrian(piéton)

Vehicular (à grande vitesse)

1.2 Tc 14 Tc 4.8 Ts 2000ns 3700ns

310ns

=

∆ τ

Indoor A Pedestrian B Vehicular B

(32)

31

correlator

Code generators

Phase retator

Delay Equalizer

Channel esitmator

combiner Rx

Frond End

Matched filter

Finger 1 Finger 2

Finger 3

Timing (finger allocation)

Le récepteur Rake

(33)

Le handover en UMTS

NodeB 2 NodeB 1

DRNC SRNC

Iu

Iur

Iub

Lien 1 Lien 2

Cs C^s

C^s2 Cs1

• Les réseaux CDMA utilisent le soft handover:

la transmission n’est pas interrompue lors du changement de cellule de l’usager.

• La technique de soft handover permet au mobile d’être connecté simultanément à plusieurs stations de base.

• L’ensemble des liens radio utilisés simultanément entre le réseau et le mobile est appelé active set

L’algorithme utilisé par le SRNC pour la gestion de l’active set:

Tsup

S1 S2

Tadd

Ajout dans l’active set

Retrait de l’active set

Ec/N0 Cellule voisine n

(34)

33

Évolutions de l’UMTS

(35)

Rel’99

Rel’99 Rel’4Rel’4 Rel’5Rel’5 Rel’6Rel’6 Rel’7Rel’7 Rel’8Rel’8

UMTS FDD UMTS FDD

NGN repeatersFDD 1.28Mcps

TDD NGN repeatersFDD 1.28Mcps

TDD

HSDPA IMS HSDPA

IMS

HSUPA MBMS HSUPA MBMS

HSPA+

i.e. MIMO, CPC, DL 64-QAM, UL 16-QAM

HSPA+

i.e. MIMO, CPC, DL 64-QAM, UL 16-QAM

LTELTE

3GPP Specifications Releases

3GPP Release

(36)

35

Evolutions de la Release 4

(NGN: Next Generation Network)

Node-B

RNC

SGSN 3G

GGSN 3G

GMSC Serveur MSC Serveur

MGW

EIR HLR

PDN IP PSTN Nc

MAP

Gr Gc Gn Gf

F MAP Gs

Gn(IP) IuB

IuB Iu(RANAP)

Gb Uu

Node-B

MGW

Iu-CS

Iu-PS

BSC BTS

BTS

A bis A bis

GERAN UTRAN

Mc Mc

IP CN

Nb

Réseau de signalisation sémaphore n

7(SS7)

(37)

Node-B

RNC

SGSN 3G/2G

GGSN 3G

GMSC Serveur MSC Serveur

MGW

EIR

MAP

Gr Gc

Gn Gf

MAP F

Gs

Gi(IP) IuB

IuB Iu(RANAP)

Gb Uu

Node-B

MGW

Iu-CS

Iu-PS

BSC BTS

BTS

A bis A bis

UTRAN

Mc Mc

P-CSCF I-CSCF S-CSCF

HSS IMS

Application Servers

Evolutions de la Release 5 (IMS)

(IMS: IP Multimedia Sub-system)

GERAN

(38)

37

Evolutions de la Release 6

(MBMS:Multimedia Broadcast/Multicast Service )

Node-B

RNC

SGSN 3G/2G

GGSN 3G GMSC Serveur MSC Serveur

MGW

EIR

MAP

Gr Gc

Gn Gf

MAP F

Gs

Gi(IP) IuB

IuB Iu(RANAP)

Gb Uu

Node-B

MGW

Iu-CS

Iu-PS

BSC BTS

BTS

A bis A bis

UTRAN

Mc Mc

P-CSCF I-CSCF S-CSCF

HSS IMS

GERAN

^BM-SC(AS) _MBMS

(39)

Evolutions de la Release 6

MBMS:Multimedia Broadcast/Multicast Service

BM-SC(AS)

SGSN GGSN

RNC

NodeB NodeB

BM-SC(AS)

SGSN GGSN

RNC

NodeB NodeB

BM-SC(AS)

SGSN GGSN

RNC

NodeB NodeB

Multi-cast/point-à-point Multi-cast/point-à-point

Avec écoute des cellules voisines broadcast/point-à-multi-point

(40)

39

Évolution de réseau d’accès

(41)

Évolution de l’interface radio

• Release 4: TD-SCDMA

• Release 5: HSDPA (valable à la fois pour le FDD et le TDD)

• Release 6: HSUPA (pour le mode FDD)

• Release 7: HSPA+

• Release 8: 3LTE

(42)

41

Évolution de l’interface radio

~10 ms 50ms (max)

100 ms 150 ms

Latency round trip time

approx

WCDMA (UMTS)

HSPA

HSDPA / HSUPA HSPA+ LTE

Max downlink speed

(bps) 384 k 14 M 28 M 100M

Max uplink speed

(bps) 128 k 5.7 M 11 M 50 M

TTI 10 ms 2 ms 2 ms 1 ms

3GPP releases Rel 99/4 Rel 5 / 6 Rel 7 Rel 8

Approx years of

initial roll out 2003 / 4 2005 / 6 HSDPA

2007 / 8 HSUPA 2008 / 9 2009 / 10

Access method CDMA CDMA CDMA OFDMA / SC-FDMA

(43)

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

(44)

43

Interface radio de HSDPA

Concepts de HSDPA

Hybrid ARQ

Adaptive Modulation and Coding

Higher Troughput Rates in Dwnlink

Modulation Types - QPSK

- 16-QAM

Transmission and Retransmission Scheduling

in NodeB

(45)

Canaux introduits pour le support du HSDPA

RNC

NodeB

DCH UL/DL user signaling

DCH UL user trafic

HS-DSCH DL user trafic

Configuration des canaux de transport

Node-B

Les canaux HSDPA

HS-PDSCH for data trafic

HS-SCCH signaling part associated to HS-PDSCH

HS-DPCCH Feedback information

Associated DPCH for data, speech + SRB trafic

(46)

45

Structure de la sous-trame HS-PDSCH

TS 6 TS 8 TS 9 TS 10 TS 11 TS 12 TS 13 TS 14 TS 5

TS 4 TS 3

TS 2

TS 1 TS 7 TS 15

TS 1 TS 2 TS 3

Intervalle de temps W-CDMA=1TS=2ms 2560 chips

Sous-trame=1TTI=3TS=2ms 7680 chips

Trame radio WCDMA=5TTI=15TS=10 ms 38 400 chips

(47)

Opération multi-codes

2 ms (3 slots ) Usager 1

Usager 2 Usager 3

SF=16

1 à 15 codes réservés pour HS-PDSCH

(48)

47

Fonctions déplacées

. En HSDPA, l’ordonnancement des paquets est placé dans le Node B afin d’assurer une rapidité de gestion des ressources radio

Node-B RNC

RELEASE 99 Scheduling RLC ARQ

Resource Allocation

RELEASE 5 (HSDPA) RLC ARQ

Resource Allocation

RELEASE 5 (HSDPA) Scheduling

Link Adaptation HARQ

Resource Allocation

(49)

L’ordonnancement rapide

(FAST SCHEDULING)

Méthode de Round-Robin (RR) :

1^er TTI

2^ème TTI

3^ème TTI

Node-B

(50)

49

L’ordonnancement rapide

(FAST SCHEDULING)

L’algorithme « Proportional Fair Scheduling (PF)»

USER 2 Es/N0 USER 1 Es/N0

TTI 1 TTI 2 TTI 3 TTI 4

(51)

0011

0010

0110

0111 0001

0000

0100

0101 1001

1000

1100

1101 1011

1010

1110

1111 00

01 10

11

Adaptation de lien

(AMC: Adaptive Modulation and Coding)

QPSK

16-QAM

(52)

51

Adaptation de lien

14,4 9,6

4,8 960

1 920 1

16-QAM

10,8 7,2

3,6 720

1 440 3/4

16-QAM

7,2 4,8

2,4 480

960 1/2

16-QAM

4,8 3,6

1,6 320

640 1/3

16-QAM

3,6 2,4

1,2 240

480 1/2

QPSK

2,4 1,6

0,8 160

320 1/3

QPSK

1,8 1,2

0,6 120

240 1/4

QPSK

Débit pour 15 codes (Mbit/s) Débit pour 10 codes

(Mbit/s) Débit pour

5 codes (Mbit/s) Débit par code

(kbit/s) Nombre de bits

par code Taux de

codage Modulation

Channel quality information CQI

Data

Node-B

(53)

Adaptation de lien

(54)

53

Technique de retransmission

(HARQ: Hybrid Automatic Repeat Query)

• Algorithme qui combine ARQ et FEC( Forward Error Correction)

• Le décodage FEC est basé sur tous les paquets erronés

• le protocole Stop-and-Wait (SAW)

• deux algorithmes de base:

– Chase Combining

• même bloc de données est envoyé à chaque retransmission

– Incremental Redundancy (IR)

• seulement l’information de redondance est envoyée à chaque retransmission

(55)

Technique de retransmission

(HARQ: Hybrid Automatic Repeat Query)

(56)

55

HSDPA BASIC OPERATION

Node-B UE

MAC-hs

ACK/NACK, CQI

Packet (Re-)/Transmission

ACK/NACK, CQI

HS-SCCH UE1

HS-SCCH (User Packet) ACK/NACK, CQI

HS-SCCH UE2 UE 1

UE 2

UE Scheduling

UE 1 UE 2

User Packet

RNC

(57)

HSUPA

High Speed Uplink Packet Access

(58)

57

Concepts

Le HSUPA reprend un certain nombre de concepts développés dans le cadre du HSDPA

• un lien radio haut débit, dédié à un utilisateur dans le sens montant ;

• un mécanisme de sélection améliorée de combinaison format de transport (sélection E-TFC) ;

• un établissement rapide du lien radio sur la voie montante ;

• une attribution de ressources absolue (absolute grant) et relative (relative grant) ;

• un intervalle de temps (ou TTI) de 10 ms ou, plus court, de 2 ms afin de réduire les délais de transmission ;

• un support possible de la macrodiversité (soft handover) ;

• deux nouvelles couches protocolaires : MAC-e et MAC-es

(59)

Canaux introduits pour le support du HSUPA

Node-B

Les canaux HSUDPA

E-DPDCH for data trafic

E-DPCCH signaling part associated to E-DPDCH

E-HICH Feedback information

E-AGCH

E-RGCH

(60)

59

Structure de la trame E-DPDCH et E-DPCCH

TS 6 TS 8 TS 9 TS 10 TS 11 TS 12 TS 13 TS 14 TS 5

TS 4 TS 3

TS 2

TS 1 TS 7 TS 15

Intervalle de temps W-CDMA=1TS=666µs 2560 chips

Sous-trame=3TS=2ms

trame WCDMA=15 TS=10 ms

(61)

Scheduler pour HSUPA

1. UE transmet une demande d’ordonnancement (scheduling request) à l’ordonnanceur de paquets.

2. le Node B transmet une attribution de ressources SG au terminal mobile afin de lui indiquer la quantité de ressource qu’il peut utiliser.

3. Cette indication est ensuite utilisée par l’entité de sélection E-TFC du terminal mobile pour sélectionner le format de la transmission des données

Node-B

Ordonnanceur HSUPA

L’ordonnanceur de paquets situé dans la couche MAC-e du Node B coordonne les transmissions des différents terminaux mobiles situés dans une même cellule.

REQ GRANT

DATA ACK/NAK

1

2

3

(62)

61

Adaptation de lien

5,76 · 10³ 57 600

11 520 3 840

QPSK, turbocodage, 1/2 2×SF 2 + 2×SF 4

3,84 · 10³ 2×19 200

2×3 840 2×1 280

QPSK, turbocodage, 1/2 2×SF 2

1 920 2×9 600

2×1 920 2×640

960 9 600

1 920 640

480 4 800

960 320

240 2 400

480 160

120 1 200

240 80

60 600

120 40

30 300

60 20

15 150

30 10

Débit maximum (kbit/s) Nombre de bits pour

un TTI de 10 ms (15 TS) Nombre de bits pour

un TTI de 2 ms (3 TS) Nombre de bits par

intervalle de temps W-CDMA (ou TS) Modulation, codage et

taux de codage Nombre de codes ×

facteur d’étalement

(63)

Hybrid-ARQ/ Macro-diversité

Node-B

RNC

Node-B

DATA NAK

DATA ACK

(64)

63

3LTE

3GPP Long Term Evolution

(65)

Introduction

La standardisation

• 3GPP a commencé les travaux sur

l'évolution de la technologie cellulaire 3G avec un atelier qui a eu lieu à Toronto au Canada en Novembre 2004.

• Les spécifications de base de la LTE sont incluses dans la Release 8

Objectif

• Réduction des coûts par bit,

• Services évolués en provisionnement - plus de services à moindre coût avec une

meilleure expérience utilisateur,

• Souplesse d'utilisation des bandes de fréquences existantes et nouvelles,

• Architecture simplifiée, interfaces ouvertes,

• Autoriser une consommation raisonnable de l’énergie du terminal.

(66)

65

Architecture LTE

eNB eNB

eNB

S1 S1

X2

X2 X2

MME S-GW/P-GW

E-UTRAN

(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)

IMS

(IP Multimedia Subsystem)

PSTN

HSS

IMS

Internet

SAE (System Architecture Evolution) or EPC (Evolved Packet Core)

•- MME (Mobility Management Entity) - Serving Gateway (S-GW)

(67)

Architecture LTE

• eNB

– All radio interface-related functions

• MME

– Manages mobility, UE identity, and security parameters.

• S-GW

– Node that terminates the interface towards E-UTRAN.

• P-GW

– Node that terminates the interface towards PDN.

eNB eNB

eNB

S1 S1

X2

X2 X2

MME S-GW/P-GW

eNB: E-UTRAN NodeB

MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gateway

P-GW: PDN (Packet Data Network) Gateway

(68)

67

Architecture LTE

SGi S4

S3 S1-MME

PCRF

S7 S6a

HSS

Operator’s IP Services (e.g. IMS, PSS etc.)

Rx+

S10

UE

GERAN

UTRAN

SGSN

“LTE-Uu”

EUTRAN

MME

S11

Serving S5

SAE Gateway

PDN SAE Gateway

S1-U

(69)

DL/UL modulations: QPSK, 16QAM, and 64QAM Convolutional code and Rel-6 turbo code Adaptive modulation and coding

QPSK, 16QAM, 64QAM (Uplink and downlink) Modulation types supported

Convolutional coding and turbo coding Channel coding

Parameter Details

Peak downlink speed 64QAM (Mbps)

100 (SISO), 172 (2x2 MIMO), 326 (4x4 MIMO) Peak uplink speeds (Mbps) 50 (QPSK), 57 (16 QAM), 86 (64 QAM)

Data type All packet switched data (voice and data).

No circuit switched.

Channel bandwidths (MHz) 1.4, 3, 5, 10, 15, 20

Duplex schemes FDD & TDD

Mobility 0 - 15 km/h (optimised),

15 - 120 km/h (high performance)

Latency Idle to active less than 100ms

Small packets ~10 ms

Spectral efficiency Downlink: 3 - 4 times Rel 6 HSDPA Uplink: 2 -3 x Rel 6 HSUPA

Access schemes OFDMA (Downlink)

SC-FDMA (Uplink)

H-ARQ mobility support, rate control, security, and etc

Interface Radio LTE

(70)

69

Structure de la trame LTE-FDD (DL/UL)

Frame

TS0

SF1

TS1 TS2 TS3

SF0 SF5 SF9

TS10 TS11 TS18 TS19

10ms

1ms (i.e. TTI)

0.5ms

…….. ……..

DL Sub-frame

UL Sub-frame

OFDM Symbol1

OFDM Symbol2

OFDM Symbol3

OFDM Symbol4

OFDM Symbol5

OFDM Symbol6

OFDM Symbol7

OFDM Symbol1

OFDM Symbol2

OFDM Symbol3

OFDM Symbol4

OFDM Symbol5

OFDM Symbol6

OFDM Symbol7

– Frame: 10 ms

– Sub-frame: 1ms (TTI) – Time-Slot: 0.5 ms

– OFDM symbols per sub frame: 7 (short CP), 6 (long CP)

(71)

OFDM: Principe

Systèmes OFDM subdivisent la BP en plusieurs sous-porteuses étroites (15Khz).

Chaque sous-porteuse est modulée à l'aide de niveaux variables de modulation QAM, i.e. QPSK, QAM, 64 QAM.

Chaque symbole OFDM est précédé d'un préfixe cyclique (CP),

OFDM (i.e. 3GPP LTE)

Data bits

QAM

S₁, S₂, … S_n

S/P

Long symbol duration

… From 1.4MHz

To 20MHz

Inconvénients:

• Sensibilité aux erreurs de fréquence porteuse

• PAPR* élevé

(72)

71

LTE OFDMA

Fréquence

Sub-carrier spacing = ∆f

Puissance

Tem ps

N-OFDM Symbol duration

Bandwidth

Usager 1 Usager 2 Usager 3 Usager 4

OFDMA régime de multiplexage en LTE downlink.

En OFDMA, les utilisateurs se voient attribuer un nombre précis de sous-porteuses pour un time slot prédéterminé, appelées PRBs, (Physical Resource Blocks).

La Répartition des PRBs est géré par une fonction de planification à la station de base.

(73)

LTE OFDMA

One downlink slot, T_slot

subcarriersNBWDL

Resource element

OFDM symbols

DL

Nsymb_symb^DL OFDM symbols N

NBWsubcarriersRB

Resource block

RB BW DL symb N

N × BW^RB resource elements

DL symb N

N × resource elements

1200 900

600 300

180 Number of occupied 72

subcarriers

100 75

50 25

15 6

Nombre de PRBs

Bandwidth canaux (MHz) 1.4