Généralités sur les réseaux 3e génération (UMTS)

Chapitre 1

Généralités sur les réseaux 3e génération (UMTS)

1. Introduction

Les systèmes de troisième génération sont conçus pour fournir des services multimédias avec une qualité et une couverture meilleures ou comparables à celles offertes par les réseaux de 2ème génération telle que le GSM. L’idée fondatrice du système 3G est d’intégrer tous les réseaux de deuxième génération du monde entier en un seul réseau. Le principe du système est souvent résumé dans la formule anone, anywhere, anytime, signifiant que chacun doit pouvoir joindre ou être joint n’importe où et n’importe quand. Le système doit donc permettre l’acheminement des communications indépendamment de la localisation de l’abonné, que celui-ci se trouve chez lui, au bureau, en voyage... ainsi, ce chapitre propose une description sur ce réseau de point de vue principes de base et architecture.

L'acronyme des systèmes de 3G est l'UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), qui est standardisé par l'organisation 3GPP (3rd Generation partnership project). La majorité des opérateurs des réseaux GSM migrent leurs réseaux vers l'UMTS. Contrairement à l'introduction du GPRS, l'UMTS nécessite une nouvelle infrastructure (nouveaux équipements) et des nouvelles méthodologies de dimensionnement diférentes de celles utilisées en GSM. Cette technologie permet de faire transiter davantage de données et va permettre l’apparition de contenus multimédias sur les téléphones mobiles tel la visiophonie etc... On parlera alors plutôt de terminaux multimédias. Ainsi, en plus de ces évolutions technologiques, la troisième génération doit répondre à la notion de qualité, de variété, de capacité et de couverture.

L’organisme UIT (Union Internationale des Télécommunications) qui règlemente les différents standards de télécommunications au niveau mondial avait pour objectif de définir un standard unique et international pour la troisième génération : l’IMT-2000. Mais cela a échoué puisque pas moins de quinze technologies d’accès radio lui ont été proposées. Au final, seulement 6 technologies d’accès radio terrestre auront été gardées : UTRA/FDD, UTRA/TDD, TD-SCDMA, Cdma2000, UWC-136, DECT. L’UMTS quant à lui regroupe les deux premières technologies.

1.1 Caractéristiques des réseaux 3G/UMTS

L’UMTS, depuis sa première version sortie en 1999, a été sujet à de nombreuses améliorations. En 2001, une interface réseau de type TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) a été ajoutée, offrant un meilleur débit par rapport au TD-CDMA (Time Division-CDMA) de la première version. En conséquence, dans le réseau cœur, la signalisation a été départagée de la transmission de données. En 2002, le support de l’IP (Internet Protocol) au niveau du réseau cœur, de même que le HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), ont été ajoutés. En 2005, le débit en amont (Uplink) sera accru au moyen du mécanisme HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Ces améliorations se rattachent plus précisément au niveau des équipements, de leur performance et des interfaces d’interconnexion. Mais, dans l’ensemble, l’architecture des réseaux UMTS garde une structure inhérente aux réseaux mobiles, composée d’un réseau d’accès et d’un réseau cœur.

1.2 Réseau d’accès 3G/UMTS

L’UTRAN est le nom attribué au réseau d’accès de l’UMTS. Il réalise les transferts de trafic de données et de signalisation entre l’appareil mobile (UE) et le réseau cœur. Il comprend principalement deux entités : le Node B et le RNC, représentées à la figure 1.1. Le Node B établit la connexion de l’utilisateur en transmettant des signaux radio et les flux de données entre l’interface radio et le RNC. Cette opération se réalise au moyen de l’interface Iub reliant ces deux nœuds. Les RNC, quant à eux, font la gestion des ressources radio et des phénomènes de relèves. Ils communiquent entre eux via l’interface Iur et sont reliés aux Node B par l’interface Iub. Ils servent d’intermédiaire entre l’appareil mobile (UE) et le réseau cœur en transitant les informations de voix et de données, respectivement, au moyen des interfaces Iu-cs et Iu-ps de la figure 1.2.

Figure 1.1 Architecture du réseau d’accès de l’UMTS : UTRAN

1.3. Réseau cœur 3G/UMTS

Le réseau cœur, assure suivant le service utilisé, la connexion des terminaux mobiles (UE) au PDN (Packet Data Network) ou au RTPC (Réseau Téléphonique Public Commuté). Un domaine à commutation de paquets, le PS-CN (Packet Switch-Core Network) et un domaine à commutation de circuit, le CS-CN (Circuit Switch-Core Network). Le domaine à commutation de paquets comprend un SGSN (Serving GPRS Support Node) qui se charge du routage des paquets, de l’authentification et du cryptage des informations de l’utilisateur au moyen des données du HLR (Home Location Register). Il comprend également le GGSN (Gateway GPRS Support Node) utilisé comme passerelle pour la commutation de paquets avec les réseaux externes, tels que l’Internet, les LANs, les WANs, les réseaux GPRS, les réseaux ATM. C’est à ce niveau que les procédures de tarification sont établies. Le domaine à commutation de circuit consiste en un MSC (Mobile Service Switching Center) et un GMSC (Gateway Mobile Switching Center). Le MSC est responsable de la signalisation requise pour l’établissement, la fermeture et le maintien des connexions. Il est aussi chargé des fonctions radio telles que, le reroutage d’appels ainsi que l’allocation des canaux radio des appareils mobiles. Le GMSC met en forme, convertit les protocoles employés par le réseau mobile et interagit avec le HLR pour obtenir des informations de routage. Le HLR et le VLR (Visitor Location Register) sont des bases de données situées dans le système domiciliataire de l’utilisateur. Ces bases de données contiennent toutes les informations relatives à l’utilisateur. Ces informations définissent le profil de ce dernier et consistent, entre autres, en un numéro de téléphone, une clé authentification, les services autorisés, les zones de roaming associées aux MSC et les paramètres de localisation du UE tout au long de son parcours.

Figure 1.2 Architecture du réseau cœur de l’UMTS

1.4 Spectre des fréquences

Les

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