Memoire Online - Etude portant sur la transmission des signaux multimedia dans un reseau de telephonie mobile de la 3ème generation « cas de routage de données et de la voix dans le réseau UMTS »

ETUDE PORTANT SUR LA TRANSMISSION DES SIGNAUX MULTIMEDIA DANS UN RESEAU DE TELEPHONIE MOBILE DE LA 3^ème GENERATION

Travail de fin de cycle présenté et défendu en vue de l'obtention de grade d'Ingénieur Technicien.

Nous remercions dans un premier temps, notre Dieu le Tout Puissant, Créateur de cieux et de la terre, qui nous a accordé le souffle de vie afin d'arriver au terme de notre cycle de formation, que l'honneur et la gloire Lui soient rendus.

Nous tenons à remercier la Direction Générale et le corps professoral de l'Ecole Supérieure des Métiers d'Informatique et de Commerce pour avoir assuré notre formation et pour tous les services qu'ils nous ont rendus.

Nous remercions nos parents, particulièrement notre grand père Mvubu Muaka Elie qui n'a sans cesse lâché de nous soutenir durant toute la période de notre formation, que le Dieu de paix de le lâche jamais.

Nos sincères remerciements à notre Directeur Monsieur Shico ZANDI MANGUMBE pour tous ses efforts qu'il a fournis afin d'orienter ce travail malgré ses multiples occupations, que le Dieu Tout Puissant lui donne tout ce qu'il aura besoin.

Nous remercions particulièrement notre très chère mère Esther BINDA MVUBU, pour son immense amour envers nous, sa soutenance financière, matérielle et morale n'a pas été loin de nous, que le Dieu de gloire, Créateur de l'Univers lui accorde une bonne et longue vie.

Nous tenons à remercier et à témoigner toute notre reconnaissance à tous ceux qui nous ont soutenus de près ou de loin durant toute la période de notre formation, particulièrement notre oncle Carlito NSITU MVUBU.

INTRODUCTION GENERALE

L'histoire de la téléphonie mobile (numérique) débute réellement en 1982. En effet, à cette date, le Groupe Spécial Mobile, appelé GSM , est créé par la Conférence Européenne des administrations des Postes et Télécommunications (CEPT) afin d'élaborer les normes de communications mobiles pour l'Europe dans la bande de fréquences de 890 à 915 MHz pour l'émission à partir des stations mobiles et 935 à 960 MHz pour l'émission à partir de stations fixes.

Les années 80 voient le développement du numérique tant au niveau de la transmission qu'au niveau du traitement des signaux, avec pour dérivés des techniques de transmission fiables, grâce à un encodage particulier des signaux préalablement à l'envoi dans un canal, et l'obtention de débits de transmission raisonnables pour les signaux (par exemple 9, 6 kilobits par seconde pour un signal de parole).

Ainsi, en 1987, le groupe GSM fixe les choix technologiques relatifs à l'usage des télécommunications mobiles : transmission numérique, multiplexage temporel des canaux radio, chiffrement des informations ainsi qu'un nouveau codage de la parole. Il faut attendre 1991 pour que la première communication expérimentale par GSM ait lieu. Au passage, le sigle GSM change de signification et devient Global System for Mobile communications et les spécifications sont adaptées pour des systèmes fonctionnant dans la bande des 1800 MHz.

Après le GSM, nous voyons l'arrivée de GPRS, de EDGE qui sont des services et technologies ajoutées au GSM, et après ceux-ci, il y a tant d'autres technologies qui sont aujourd'hui présentes au monde.

Le réseau téléphonique est un réseau qui a pour rôle de faire la transmission à distance de la voix humaine.

Mais avec le temps, nous constatons que malgré la transmission de la voix humaine, ce même réseau téléphonique ne se limite plus seulement à faire la transmission de la voix mais aussi de signaux multimédia, tels que : la vidéo, les images, la voix, le texte et ainsi de suite. Avec ces multimédias, nous voyons plusieurs services qui sont maintenant disponibles au réseau téléphonique tels que : la visioconférence, le fax, la navigation sur Internet, la vidéo à la demande, le commerce électronique, les E-mails, les jeux interactifs et ainsi de suite.

Sur ce, il existe tant de technologies du réseau téléphonique au monde qui ont des caractéristiques qui se diffèrent les unes des autres.

Dans cette optique, nous sommes poussés à nous poser tant de questions, telles que :

· Est-ce que tous ces réseaux sont capables de transmettre des signaux multimédia ?

· Quel est le réseau qui est capable de faire la transmission de signaux multimédia ? ;

· Pourquoi toutes les technologies du réseau téléphonique ne supportent-elles pas la transmission de ces genres de signaux ?

Voyant les questions évoquées ci-dessus, nous nous sommes poussés à dire, pour qu'un réseau téléphonique prenne en charge tous les services ci-haut mentionnés et tant d'autres, ce réseau doit avoir une largeur de bande passante élevée ainsi qu'un débit suffisant capable de supporter tous les signaux multimédia lors de la transmission.

Toujours dans le but de répondre aux questions posées, nous disons que le réseau UMTS est un réseau téléphonique de la 3^ème génération, et nous pensons que ce réseau sera pour nous une solution donnée pour toutes les questions ci-haut posées.

Le choix de ce sujet a été motivé vu l'évolution de la science de télécommunications sur les services et les applications multimédias.

Ce sujet a un intérêt non négligeable pour le monde scientifique car il pourra servir de référence pour des futurs chercheurs qui voudront l'améliorer ou travailler dans le même domaine.

Dans le temps, nous avons pris en considération les données allant de décembre 2010 à juin 2011.

Dans l'espace, notre travail ne se limite que sur la transmission de données multimédias dans le réseau téléphonique UMTS.

Pour l'élaboration de ce travail, nous avons utilisé les méthodes ci-après :

· Méthode analytique : Cette méthode est la voie que nous suivons lorsque nous lisons un texte pour découvrir le message nous adressé par l'auteur du texte. Nous lisons attentivement le texte en nous arrêtant à chaque phrase pour en saisir le sens ou le message.^1(*)

· Méthode comparative : elle consiste à comparer et à catégoriser. On peut dire liée à la typologie, la méthode comparative vaut, sur le plan scientifique ce que valent les types qu'elle compare.^2(*)

Concernant les techniques utilisées, nous avons utilisé les techniques documentaires qui sont des procédés opératoires extériorisables et visibles des documents, procédés que manipule le chercheur pour obtenir des informations. A la base de techniques documentaires il y a donc des documents.^3(*)

Hormis l'introduction générale et la conclusion générale, notre travail est divisé en quatre chapitres qui sont :

UIT-T : Union Internationale des Télécommunications - normalisation des Télécommunications

CHAPITRE I : NOTION DE TELEPHONIE MOBILE ET MIGRATION 2G - 3G

I.1. Introduction

La téléphonie mobile est un moyen de télécommunication par téléphone sans fil. Ce moyen de communication s'est largement répandu vers la fin des années 1990.

Grâce à la téléphonie mobile, l'abonné a la possibilité de passer sa communication à n'importe quel endroit (en voiture, en train, à pied...) en état de mobilité ou pas.

Contrairement à la téléphonie fixe qui utilise des câbles pour la liaison entre l'abonné et le réseau, la téléphonie mobile offre les services de la mobilité à un abonné. Et pour passer la communication, l'abonné a maintenant la possibilité de maintenir sa communication tout en se déplaçant.

A travers les services de la mobilité, la ligne d'Abonné qui relie chaque utilisateur au réseau n'est plus assurée par câbles mais plutôt par ondes radioélectriques.

La téléphonie mobile est fondée sur la radiotéléphonie, ce qui veut dire la transmission de la voix s'effectue à l'aide d'onde radioélectrique.

A cet effet, pour chaque communication, une paire de fréquences est attribuée à chaque Abonné pour une communication duplex, c'est-à-dire une fréquence pour l'émission et une autre fréquence pour la réception.

1. Advanced Mobile Phone System (AMPS) : Norme analogique de première génération déployée aux Etats - Unis ;

2. CDMA 2000 : Evolution de troisième génération (3G) du CDMA (incompatible avec l'UMTS) principalement destinée à être déployée en Amérique du Nord ;

4. Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) : Norme dérivée du GSM permettant un débit de données plus élevé pour un utilisateur stationnaire. On le qualifie souvent de 2.75G car l'évolution du GPRS ;

5. General Packet Radio Service (GPRS) : Norme dérivée du GSM permettant un débit de données plus élevée. On le qualifie souvent de 2.5G ;

6. Global System for Mobile Communication (GSM) : Norme numérique (2G) mise au point sur la gamme de fréquence de 900 MHz. Une variante appelée Digital Communication System (DCS), cette norme est particulièrement utilisée en Europe, en Afrique, au Moyen-Orient et en Asie ;

7. Radiocom 2000 : Norme analogique de première génération (1G) déployée en France par France Télécoms ;

8. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) ou Wideband génération du CDMA (incompatible avec le CDMA 2000) ; aussi déployée ailleurs dans le monde, au Canada et aux Etats - unis notamment ;

9. High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) : Evolution de 3G+ ou encore 3,5G ;

10. High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) : Amélioration de la 3G+ (3,75G) pour l'émission de données (téléchargement de données packet du terminal vers l'opérateur).

1) Pour l'établissement de la communication, une paire de fréquences est attribuée à l'Abonné et lui est retirée à la fin de sa session de communication ;

2) Une fois l'Abonné est en communication, il est pris en charge par une cellule et en se déplaçant, il quittera sa cellule pour une autre et à ce moment la nouvelle cellule le prend en charge ; il n'y aura aucune interruption lors du transfert de sa communication vers la nouvelle cellule ; tout ce processus se fait automatiquement ;

3) Lorsqu'une paire de fréquences est allouée à un Abonné, celle-ci peut être réutilisée dans une autre cellule non-adjacente à la première afin d'éviter les interférences.

Les réseaux de téléphonie mobile sont basés sur la notion de cellule, c'est-à-dire des zones circulaires qui se chevauchent afin de couvrir une zone géographique.

· Les macro - cellules : Ce sont des cellules qu'on retrouve dans des zones rurales de faible densité de population, ces cellules ont des tailles qui peuvent atteindre 30km (de 0,5 à 30km) ;

· Les micro - cellules : Ce sont des cellules qu'on retrouve dans des zones urbaines de forte densité de population, ces cellules ont des tailles de quelques centaines de mètre de rayon (de 50 à 500 mètres de rayon) ;

· Les pico - cellules : Ce sont des cellules pour la couverture à l'intérieur des bâtiments (de 5 à 50 mètres de rayon).

Les réseaux cellulaires reposent sur l'utilisation d'émetteur - récepteur central au niveau de chaque cellule appelée « Station de base » (en anglais Base Transceiver Station, notée BTS).

Dans un réseau cellulaire, chaque cellule est entourée de 6 cellules voisines (c'est la raison pour laquelle on représente généralement une cellule par un hexagone). Afin d'éviter les interférences, les cellules adjacentes ne peuvent pas utiliser la même fréquence. En pratique, deux cellules possédant la même gamme de fréquences doivent être éloignées d'une distance représentant deux à trois fois le diamètre de la cellule.

· L'utilisation de la carte prépayée qui donne à l'abonné la possibilité d'effectuer des appels à partir de son poste téléphonique mobile ;

· L'introduction de la carte SIM (Subscriber Identity Module) qui est le seul trait d'union entre l'abonné mobile et le réseau cellulaire. Le Mobile Station (MS) comprend deux parties essentielles, à savoir :

Le réseau de radiotéléphonie se décompose en trois sous-ensembles, qui sont :

Comme évoqué au point précédent, le réseau GSM est décomposé en trois sous-ensembles, et ces sous-ensembles ont à chacun son rôle ainsi que ses composants.

Il assure les transmissions et gère la ressource radio. Ce dernier est constitué de :

La Station Mobile (MS : Mobile Station) est un équipement terminal muni d'une carte SIM, qui permet à un Abonné d'accéder aux services de télécommunication d'un réseau de téléphone mobile.

Figure I.4. La station mobile constitué de l'équipement mobile et de la carte SIM

Une station de base est un ensemble émetteur - récepteur qui assure la couverture radioélectrique d'une cellule en réseau. Elle joue le rôle d'un relais entre le terminal mobile qui est le MS et le sous-système réseau.

Le contrôleur de Station de base gère une ou plusieurs stations de base et remplit aussi les différentes missions pour les fonctions de communication et d'exploitation.

Le Commutateur (MSC : Mobile Switching Center) assure l'interconnexion du réseau de radiotéléphonie avec le réseau téléphonique public, il effectue les commutations nécessaires pour les mobiles situés dans la zone de location.

Le Commutateur est un noeud important du réseau, il donne accès vers les bases de données du réseau et vers le Centre d'authentification qui vérifie les droits des abonnés. Ce dernier assure aussi l'établissement des communications.

Le HLR ou Home Location Registre est une base de données qui gère les abonnés d'un opérateur. D'autre part, le HLR est une base de données de localisation.

Dans le cas d'implantation, à chaque abonné est associé un HLR unique, de façon indépendante de la localisation momentanée d'un abonné. Le réseau identifie le HLR du numéro d'appel.

Le VLR (Visitor Location Register) est une base de données qui mémorise les informations aux abonnés présents dans la zone géographique du MSC ou la zone de localisation (LA).

Les données mémorisées par le VLR sont similaires aux données du HLR, mais concernant seulement les abonnés mobiles présents dans la zone considérée, le VLR a une information de localisation plus précisé que le HLR.

Le Centre d'authentification (AuC : Authentification Center) mémorise pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les demande de services et pour chiffrer les communications.

Le EIR (EIR : Equipment Identity Register) joue le rôle de base de données des équipements d'abonnés enregistrés sur le réseau et permet aussi d'identifier les terminaux ou de bloquer les appels provenant des terminaux non autorisés, défectueux ou volés.

L'OSS (Operating Sub-system) permet à l'exploitant d'administrer son réseau ou encore l'administration du réseau consiste à évaluer ses performances et optimiser l'utilisation des ressources de façon à offrir un niveau de qualité aux usagers.

· Administration commerciale (déclaration des abonnées, terminaux, facturations) ;

Le Centre d'administration et de maintenance OMC (Operation and Maintenance Center) est décomposé en deux centres, qui sont :

- L'OMC - N : Le Centre d'exploitation et de Maintenance du sous-système réseau (OMC-N : Operation and Maintenance Center - Network) supervise, détecte et corrige les anomalies du NSS) ;

- L'OMC - R : Le Centre d'exploitation et de Maintenance OMC-R (Operation and Maintenance Center - Radio) exploite et maintient le sous - système radio.

Avec le réseau de téléphonie mobile, un abonné qui est en communication effectue un déplacement. Au cours de ce déplacement, il est possible qu'il sorte de sa cellule. Donc, il est nécessaire alors de changer de BTS tout en maintenant sa communication.

En définition, le Hand-Over est le passage d'une BTS à une autre ou encore un transfert intercellulaire c'est-à-dire changement d'une cellule à une autre.

· Comme la zone couverte par une antenne étant limitée, lorsqu'un terminal mobile en déplacement s'approche de la périphérie de sa cellule, la puissance de transmission s'affaiblit ;

· Cet affaiblissement est directement détecté par le réseau et le commutateur ordonne aux cellules environnantes de mesurer le niveau du signal de l'abonne en détresse ;

· Le réseau cherche alors à déterminer quelle BTS convient pour restaurer un signal de qualité optimale et l'abonné sera pris en charge par la cellule ayant mesuré le maximum de niveau possible ;

· Cette opération est imperceptible à l'oreille de l'usager (abonné) et sa durée moyenne est de 20ms ;

· Chaque terminal mobile affiche la qualité de communication avec le réseau ;

· Lors du changement de cellule, le réseau fait remonter l'information pour déterminer la nouvelle BTS ;

· La BTS indique aux équipements du réseau, BTS et MSC, qu'un Hand-Over doit se faire ;

· Le Hand-Over peut entraîner le changement du contrôleur de Station de Base, le BSC, et même du Commutateur mobile, le MSC.^5(*)

Cette fonction permet au système de connaître à tout instant la position d'un abonné, elle est nécessaire pour pouvoir le joindre. Le réseau cellulaire est partagé en zones de localisation. Chaque zone regroupe jusqu'à quelques dizaines de cellules. La méthode de localisation la plus couramment employée est celle de la mise à jour sur changement de zone de localisation. Chaque station de base diffuse périodiquement sur une voie balise le numéro de la zone de localisation à laquelle elle appartient. De son côté, le mobile écoute périodiquement la voie balise et stocke le numéro de la zone de localisation dans laquelle il se trouve. Si le mobile s'aperçoit que le numéro reçu est différent de celui stocké précédemment, il signale sa nouvelle position au réseau. Il existe également une mise à jour de localisation périodique où le terminal émet à intervalles constants des messages au réseau pour lui signaler sa position courante.

La seconde génération de réseau mobile (notée 2G) a marquée une rupture avec la première génération de téléphonie cellulaire grâce au passage de l'analogique vers le numérique.

Grâce aux réseaux 2G, il est possible de transmettre la voix ainsi que des données numériques de faible volume, par exemple des messages textes (SMS, pour Short Message Services) ou des messages multimédia (MMS, pour Multimedia Message Service). La norme GSM permet un débit maximal de 9,6Kbits/s.

Des extensions de la norme GSM ont été mises au point afin d'améliorer le débit. C'est le cas notamment du standard GPRS et EDGE.

L'évolution de la 2G vers la 3G s'est faite par étapes en passant par des systèmes intermédiaires qui sont le GPRS (2,5G) et le EDGE (2,75G).

Le GPRS (General Packet Radio System) représenté par 2,5G permet d'obtenir des débits de l'ordre de 114 à 171,2 Kbit/s.

Beaucoup d'applications informatiques nécessitent des débits importants pour leurs transmissions. Et avec le GSM, la transmission se fait en mode circuit ce qui provoque des inconvénients. Maintenant le GPRS fait la transmission des données en mode paquet.

Le GPRS n'est pas un réseau mobile à part entière comme le GSM mais une couche supplémentaire rajoutée au réseau GSM existant.

- Le GPRS utilise les bandes de fréquences attribuées au GSM ; une bande dans les 900MHz, une autre dans les 1800MHz et une pour les Etats-Unis, dans les 1900MHz ;

- Le GPRS est conçu pour réutiliser au maximum les infrastructures GSM existantes.

La norme EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), présentée comme 2,75G multiplie par quatre les améliorations du débit de la norme GPRS en annonçant un débit théorique de 384Kbit/s ce qui ouvre aussi la porte aux applications multimédias.

Comme le GPRS, l'implantation du EDGE peut être effectuée sur un réseau GSM existant. Le déploiement du EDGE nécessite aussi la mise en place d'une infrastructure réseau basée sur la commutation de paquets et l'introduction de passerelles pour accéder aux réseaux GSM existants en intégrant la modulation 8-PSK (Phase Shift Keying à 8 état) dans les BTS

La 3^ème Génération de téléphonie représentée par 3G offre des débits variables et importants aux utilisateurs de façon à leur permettre de communiquer et de réaliser aisément des applications multimédias telles que la transmission de vidéo, la vidéo - conférence ou l'accès à l'Internet haut débit.

Les réseaux 3G utilisent des bandes de fréquences différentes des réseaux précédents : 1885 - 2025MHz et 2110 - 2200MHz.

La 3G propose d'atteindre des débits supérieurs à 144 Kbit/s. la principale norme 3G utilisée en Europe s'appelle UMTS (Universal Telecommunications System). La technologie UMTS utilise la largeur de la bande passante de 5MHz pour le transfert de la voix et de données avec des débits pouvant aller de 384Kbit/s à 2Mbit/s.

Le tableau suivant récapitule les générations de téléphonie mobile ainsi que leurs débits.

Les applications futures pour la téléphonie mobile vont réclamer une bande passante et un support mieux adapté à leurs besoins en terme de qualité de service, y compris sur l'interface air. Le GPRS est le point de passage naturel de l'évolution GSM et l'UMTS. Lorsque les deux interfaces GSM/GPRS et UMTS/GPRS cohabiteront, la continuité de service sera assurée grâce aux terminaux multi-modes. Des solutions de réutilisation existent pour la protection des investissements. Les différents standards de téléphonie mobile à travers le monde évoluent vers une solution similaire au point de vue de l'interface radio afin de faciliter la compatibilité des différents réseaux de téléphonie mobile.

Pour mettre en place un réseau de la 3^ème génération, un opérateur doit compléter son offre existante par l'apport aux nouveaux services en mode paquet complétant ainsi les réseaux GSM et GPRS.

Le réseau de la 3^ème génération demande l'exploitation de nouveaux matériels comme : la Station Radio de Base, appelé Node B, et le Contrôleur de réseau radio, le RNC (Radio Network Controller). Les modifications matérielles sont importantes, si on veut faire le passage de la 2^ème génération à la 3^ème génération, les investissements en architecture sont conséquents puisque le mode de communication entre les terminaux 3G et les BTS (appelé Node B) est différent.

Dans ce chapitre nous avons énoncé les principes et le fonctionnement des systèmes de téléphonie mobile.

Nous avons également analysé l'évolution des systèmes de téléphonie mobile de la 2G vers la 3G qui s'est effectuée par étapes.

CHAPITRE II : LA COMMUTATION DE PAQUETS ET LA TECHNOLOGIE CDMA

Dans un réseau téléphonique, on parle de la commutation qui est l'ensemble de techniques que l'on met en oeuvre afin de choisir, d'établir, de maintenir et à la fin de libérer les trajets téléphoniques entre les couples d'usagers abonnés au réseau.

Les noeuds qui permettent d'établir les connexions entre les usagers en fonction de leur demande sont les centres de commutation, communément appelés autocommutateurs. Car leur exploitation est maintenant toujours automatique. Les autocommutateurs permettent d'interconnecter, deux à deux, les voies de transmission qui aboutissent en grand nombre à leur accès, qu'il s'agisse de lignes d'abonnés ou de circuits reliant les autocommutateurs entre eux.

En ce qui concerne les accès multiples au réseau, les systèmes radio ont deux ressources, la fréquence et le temps. Division par fréquence, de sorte qu'à chaque paire de communications est allouée une partie du spectre pour tous les temps. Division par le temps, de sorte qu'à chaque paire de communications est attribué tous les spectres (ou du moins une grande partie du spectre).

Pour ce qui est de Code Division Multiple Access (CDMA), chaque communication se verra attribuer le spectre entier de tous les temps. Le CDMA est la méthode d'accès au canal qui est utilisé à la 3^ème génération (3G) de la téléphonie mobile.

Dans un réseau de téléphonie mobile, la commutation peut se concevoir de manières différentes : la commutation de circuit qui consiste à offrir à un usager un circuit pour toute la durée de sa communication et la commutation de paquets qui consiste à offrir le service de commutation de paquets ; l'information des sources est fragmentée en blocs élémentaires.

À la commutation de paquets, chaque message est découpé en paquets de petite taille qui sont numérotés pour un réassemblage éventuel. Les paquets circulent dans le réseau et les noeuds de commutation en effectuent le routage et l'hébergement. Sur le tronçon, les paquets se suivent, même s'ils n'appartiennent pas au même message.

Les paquets sont envoyés à leur destination par la meilleure route disponible, puis réassemblés à la réception.

Dans les réseaux de commutation de paquets, les paquets sont acheminés vers leur destination via la route la plus appropriée, mais tous les paquets qui voyagent entre deux hôtes n'empruntent pas la même route, même s'ils font partie d'un même message. Cela garantit presque que les paquets parviendront à destination à des moments différents et dans le désordre.

Les paquets (messages ou fragments de messages) sont acheminés individuellement entre les noeuds sur les liaisons de données qui peuvent être partagées par d'autres noeuds. Contrairement à la commutation de circuits, avec la commutation par paquets, plusieurs connexions aux noeuds sur le réseau partagent la bande disponible.

Pour la communication entre usagers, la commutation est essentielle. Il est en effet, impensable de relier chaque usager à tous les autres. En effet, si l'on voulait relier n stations directement à chacune d'elles, il faudrait établir n(n-1)/2 liaisons ce qui est impensable au niveau planétaire.

On est conduit logiquement à construire les réseaux à partir des noeuds de commutation. Ces noeuds de commutation sont chargés d'acheminer dans la bonne direction les informations qu'ils reçoivent. Cette fonctionnalité est appelée routage.

La commutation de paquets offre le service de datagramme si les paquets arrivent à la destination sans aucune garantie de séquencement. En effet, si les paquets ont pris différents chemins, ils risquent d'arriver dans le désordre.

Dans le service de datagramme, chaque paquet contient l'adresse du destinataire et est acheminé indépendamment des autres paquets avec le risque d'arriver dans le désordre. Bien sûr, si le routage est fixe, les paquets suivant le même chemin, arriveront dans le désordre.

Tous les paquets d'un même message suivent le même chemin défini pour chaque message ; la méthode est similaire à celle de la commutation de circuit. Ici, on parle aussi de service orienté connexion dont les paquets arrivent dans l'ordre d'émission à la station destinatrice.

Dans le service circuit virtuel, les paquets appartiennent à une connexion identifiée par un numéro (numéro de circuit virtuel).

Un paquet d'appel (contenant l'adresse du destinataire) est acheminé via le réseau jusqu'au destinataire. Il va tracer le chemin en laissant à chaque noeud les informations de routage relatives à sa connexion (identifié par un numéro). Le paquet d'appel est confirmé par un autre paquet provenant du destinataire et suivant le chemin tracé.

Les paquets appartenant au circuit virtuel suivent le chemin tracé. Ils ne contiennent plus d'adresse du destinataire mais le numéro de circuit virtuel qui est tracé à chaque noeud.

Un paquet de libération de circuit virtuel est envoyé par un des utilisateurs et enlève toutes les informations relatives à la connexion dans les différents noeuds.

Un paquet (appelé datagramme en anglais) peut contenir plusieurs types de données :

- Certains types de données et de commandes de contrôle (requêtes de service,...) ;

- Des codes de contrôle de session (corrections d'erreur,...) indiquant qu'il faut procéder à une retransmission.

- Des instructions indiquant aux composants du réseau comment transmettre les données ;

- Des instructions indiquant au récepteur comment regrouper les paquets pour réassembler les données originelles,...

Il s'agit des données proprement dites, représentant la partie de l'information ou message à transmettre. La taille de cette section varie en fonction du réseau. Comme les données originelles font souvent plus de 4Ko, les données doivent être découpées en blocs suffisamment petits pour pouvoir être placées dans des paquets. Il faut de nombreux paquets pour transmettre un gros fichier.

La queue contient généralement un élément de contrôle d'erreurs de transmission, appelé CRC (Cyclical Redundancy Check). Le CRC est un nombre, généré par un certain calcul mathématique effectué sur le paquet à la source. Lorsque le paquet arrive à la destination, le calcul est effectué de nouveau. Si les résultats sont identiques, c'est que les données du paquet n'ont pas été déformées lors de la transmission. Si le calcul à l'arrivée diffère de celui du départ, alors les données ont changé au cours de transmission. Dans ce cas, la routine de CRC signale à l'émetteur qu'il faut retransmettre les données.

Il existe plusieurs méthodes de contrôle d'erreurs, la plus simple est le contrôle de parité où l'on compte le nombre des bits à 1 contenu dans la partie « données » du paquet. Si le nombre des 1 est pair on met CRC = 0 est si le nombre des 1 est impair on met CRC = 1.

La plupart des grands réseaux utilisent la technique de transport consistant à paquétiser l'information, c'est-a-dire à regrouper en paquets le flot des débits à transporter. Une information de contrôle est ajoutée au paquet pour indiquer à qui appartient le paquet et à qui il est destiné.

Le paquet peut être défini comme une entité de base acheminée dans les réseaux. Un paquet contient un nombre variable ou fixe d'éléments binaires. Longtemps assez courts, de façon à éviter les erreurs, les paquets se sont allongés à mesure que les taux d'erreurs diminuaient, et ils peuvent atteindre aujourd'hui plusieurs milliers d'octets.

Une fois les paquets prêts, ils sont envoyés vers un premier noeud, le noeud frontière. Ce noeud permet aux paquets d'entrer dans le réseau de l'opérateur. Ils traversent ensuite un réseau maillé, passant de noeud en noeud jusqu'à atteindre le destinataire.

La capacité des lignes qui desservent les noeuds s'exprime en bit par seconde (bit/s). Comme les noeuds actuels permettent de traiter un grand nombre de paquets à la seconde, les capacités des lignes s'expriment en Kilo bit par seconde et Giga bit par seconde.

Un transfert de parole téléphonique par paquets est représenté à la figure II.5. Du téléphone sortent les octets les uns dernière les autres. Les octets sont mis dans un paquet jusqu'à ce que le paquet soit plein ou que l'on puisse attendre plus longtemps. En effet, la parole téléphonique est une application dite temps réel. Cela implique qu'entre le moment du départ de la voix et l'arrivée de cette voix à l'oreille du destinataire ne s'écoulent pas plus de 100ms. C'est le temps maximal pour obtenir une bonne qualité de la communication.

Le CDMA (Code Division Multiple Access) est une technique d'accès multiple grâce à laquelle les différents utilisateurs peuvent communiquer en même temps dans une même bande de fréquences. Elle permet de coder les communications afin que chaque mobile ne reçoive que les conversations qui le concernent. La distinction entre chaque utilisateur se fait par codes connus exclusivement de l'émetteur et du récepteur.

Ainsi, à chaque groupe d'utilisateurs est fourni avec un code unique partagé et il peut y avoir plusieurs utilisateurs avec des codes différents sur le même canal, mais seul groupe d'utilisateurs ayant le même code peut communiquer et se comprendre mutuellement. La caractéristique majeure de cette technologie est qu'elle a permis un certain nombre de signaux de partager la même fréquence.

En effet, si on superpose sur la même porteuse (ou en bande de base, ce qui est moins courant) des signaux codés avec des séquences des codages orthogonales, c'est-à-dire non corrélées entre elles, lorsqu'on cherche à décoder un canal en corrélant le signal reçu avec la séquence attribuée à un canal, les autres signaux, non corrélés, apparaissent comme un bruit de fond et seront éliminés à la régénération.^8(*)

Pour la téléphonie mobile, trois techniques sont utilisables pour faire passer plusieurs canaux sur la même fréquence porteuse : le multiplexage temporel (AMRT, en anglais TDMA), le multiplexage de fréquence (AMRT, en anglais FDMA) et le multiplexage par code (AMRC, en anglais CDMA).

Développé vers les années 1980 pour les télécommunications par satellite, le CDMA étale le spectre au moyen d'un code alloué à chaque communication. Le récepteur utilise ce même code pour démoduler le signal qu'il reçoit et extraire l'information utile. Le code lui-même ne transporte aucune information. Ainsi, les utilisateurs peuvent communiquer simultanément dans une même bande de fréquences.

Tous les systèmes de téléphonie mobile sont définis en fonction des problèmes d'interférences entre les communications des différents usagers du réseau. Ce problème d'interférence peut se résumer de la manière suivante : « comment séparer des signaux simultanés qui occupent, avec le même type de densité spectrale de puissance, une même bande de fréquence ».

Il s'agit donc d'un problème classique de séparation de sources qui ne peut être résolu qu'au moyen de l'adjonction d'hypothèses supplémentaires.

L'UMTS est basé sur un accès en CDMA (Code Division Multiple Access ou AMRC : Accès Multiple à Répartition de Code) qui conduit donc à émettre l'hypothèse selon lequel les signaux des différents utilisateurs, grâce à des séquences différentes qui sont décorrélés entre eux et que le signal interférent se comporte, vis-à-vis du signal utile, comme un bruit additif blanc gaussien.

Cependant, le nombre de signaux interférents à prendre en compte est un paramètre qui peut dépendre de problèmes de synchronisation, d'effets du canal de propagation, du type de services offerts par le réseau, ...

A la différence du GSM qui fait passer les données par une cellule (antenne) divisée en canaux de fréquences différentes, elles-mêmes réparties selon des créneaux de temps, le W-CDMA permet d'envoyer simultanément toutes les données, par paquets et dans le désordre (sur n'importe quelle fréquence), il reste au téléphone à réceptionner les paquets de données et les rassembler.

Dans cette technique à étalement de spectre, tous les terminaux, appelés clients, partagent le même canal radio, reçoivent chacun un code qui leur permet de transmettre sur toute la bande ; l'ensemble est alors mélangé pour constituer le signal à transmettre.

Soient S₁(t) le signal bipolaire utile et C₁(t) le code d'étalement, le signal transmis sera :

Figure II.7 : Diagramme donnant la séquence d'étalement direct à l'émission

La récupération des données de chaque utilisateur à la réception, ne sera possible que si les différentes séquences ont des propriétés particulières, c'est-à-dire que si elles sont orthogonales.

Dans le cas de deux séquences binaires, S₁ et S₂ définies dans un intervalle temporel D, leur produit scalaire est défini par la relation suivante et qui s'annule pour satisfaire la propriété d'orthogonalité :

Après transmission, le récepteur de numéro j recherche le message qui lui est destiné en multipliant U(t) par la séquence locale :

Le signal U(t) reçu est multiplié par la séquence code et le résultat appliqué à un intégrateur remis à zéro à la fin de chaque période bit.

Si un seul signal est envoyé à la fois, le signal U(t) est binaire et le produit scalaire peut être effectué par intégration.

En définition, cette technologie permet de faire transiter davantage des données simultanément et offre un débit supérieur à ceux permis par le GSM et le GPRS. En théorie, il peut atteindre 2 Mbit/s à partir d'un mobile fixe et 384 Kbit/s en mouvement (train ou voiture) : soit 64 à 128 Kbit/s en émission et 128 à 384 Kbit/s en réception.

Le CDMA est une forme de technologie de transmission à étalement de spectre. Il a un certain nombre de traits distinctifs qui sont essentiels à la diffusion des technologies de transmission du spectre :

Comme d'autres technologies à étalement de spectre, le CDMA utilise une bande passante plus large, il fait la transmission des données. Il en résulte un certain nombre d'avantages, y compris une immunité renforcée aux interférences ou au brouillage, et à l'accès multi-utilisateurs.

Afin d'atteindre la bande passante accrue, les données sont réparties par utilisateur d'un code qui est indépendante des données.

Afin de recevoir les données, le récepteur doit avoir une connaissance du code d'étalement, sans cela, il n'est pas possible de déchiffrer les données transmis, ce qui donne une mesure de sécurité.

L'utilisation des codes d'étalement, qui sont indépendants pour chaque utilisateur ainsi que la réception synchrone permettent à plusieurs utilisateurs d'accéder au même canal en même temps.

Les codes CDMA ne sont pas tenus d'assurer la sécurité d'appel, mais de créer un caractère unique pour permettre l'identification des appels. Les codes ne devraient pas être corrélés à d'autres codes ou de temps version décalée d'elle-même.

Le CDMA utilise des codes uniques de propagation de diffuser les données en bande de base avant la transmission. Le signal est transmis dans un canal, qui est au dessous du niveau bruit. Le récepteur utilise alors un corrélateur à désétaler le signal utile, qui est passé à travers un filtre à bande passante étroite. Un signal indésirable ne sera pas désétalé et ne passera pas à travers le filtre.

Tous les systèmes cellulaires existants utilisent des procédures de transfert intercellulaire qui sont fondées sur la coupure de la liaison entre la cellule d'où vient le mobile et celui-ci simultanément à l'établissement d'une liaison avec une nouvelle cellule. Il en résulte une légère coupure perceptible à l'oreille et surtout un risque non négligeable de perte de la communication en cours.

Le système CDMA fait appel à une autre technique de transfert automatique, que l'on appellera « en douceur » parce qu'elle ne comporte pas de coupure de transmission.

Quand un mobile se trouve sur le point d'effectuer un transfert de cellule, il est suivi par au moins deux cellules. Le transcodeur CDMA compare la qualité des trames reçues par les deux cellules, trame par trame.

Les handovers tendres nécessitent moins de puissance, ce qui réduit la capacité des interférences. Le mobile peut être connecté à plus de deux BTS de la remise « douceur » de transfert est un cas particulier du soft handover où les liaisons radio sont ajoutées et supprimées appartiennent à la même Node B.

Le CDMA est limité des interférences système d'accès multiple. Tous les utilisateurs transmettent sur la même fréquence, les interférences internes générées par le système est le facteur le plus important dans la détermination de la capacité du système et la qualité d'appels.

La puissance d'émission pour chaque utilisateur doit être réduite pour limiter les interférences. Cependant, la puissance devrait être suffisante pour maintenir le nécessaire (rapport signal/bruit) pour une qualité de communication satisfaisante.

Le contrôle de puissance permet d'optimiser la capacité. Il veille à ce que chaque utilisateur émette avec une certaine puissance ou un rapport signal sur bruit suffisant pour garantir un taux d'erreur fixe par trame.

Le contrôle de puissance permet de résoudre dans le CDMA les deux problèmes suivants :

· Le problème de proche ou loin : l'usager proche de la BTS bloquera l'usager loin de la BTS ;

· La limitation par l'interférence : la capacité du système est liée à son propre bruit.

Le principe de base de la radiotéléphonie est celui de la réutilisation des mêmes jeux de fréquences de place en place dans le même réseau, selon un motif de réutilisation. Une fréquence donnée ne peut pas, dans les systèmes traditionnels, être employée dans toutes les cellules, sauf à créer un niveau d'interférences insupportables. Les fréquences doivent être réutilisées selon un motif préétabli et en tenant compte des réalités du terrain.

La planification cellulaire est une opération qui est longue et complexe. Les réseaux analogiques utilisaient des motifs à 12 fréquences, les GSM permettent des motifs plus serrés, comme le motif à 9 ou 3x3, dans lequel les mêmes fréquences sont réutilisées tous les trois groupes de trois cellules colocalisées (tous les trois sites tri sectoriels).

Dans un système CDMA, tous les usagers partagent le même spectre de fréquences radio. La même porteuse radio est utilisée sur toutes les cellules, même celles qui sont adjacentes.

Dans ce chapitre, nous avons énoncé le principe de la commutation ainsi que les différents types de la commutation de paquets.

Nous avons également étudié l'Accès Multiple par Répartition de Code qui est la méthode d'accès au réseau téléphonique utilisée à la 3^ème génération ; ses principaux éléments et son apport au fonctionnement des réseaux téléphoniques.

CHAPITRE III : LE SYSTEME UMTS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT

L'UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) est un système de communication mobile sans fil capable d'être le support, en particulier, de services multimédias, et de combiner d'éléments terrestres et satellitaires.

Ce standard est venu satisfaire le besoin et la demande exigeante des utilisateurs en termes de services offerts. En effet, les usagers de nos jours ne se contentent plus des services vocaux et aux sms mais plutôt désirent accéder à l'information, quelque soit son type, n'importe où et n'importe quand, d'une manière rapide et efficace.

La mise en place d'un réseau UMTS va permettre à un opérateur de compléter son offre existante par l'apport de nouveaux services en mode paquet complétant ainsi les réseaux GSM et GPRS. Le réseau GSM couvre les fonctionnalités nécessaires de type Voix en mode circuit, le réseau GPRS apporte les premières fonctionnalités à la mise en place de services de type Data en mode paquets, et l'UMTS vient compléter ces deux réseaux par une offre de services Voix et Data complémentaires sur un mode paquet.

L'UMTS est ainsi une extension du GPRS et fonctionne également en mode paquet. La vitesse de transmission offerte par les réseaux UMTS atteint 2 Mbits/s. L'infrastructure UMTS permet l'élargissement des fréquences ainsi que la modification du codage des données. Mais les investissements en architecture réseau sont conséquentes puisque le mode de communications entre les terminaux 3G et les BTS (appelé NodeB) est différent. Les modifications matérielles sont très importantes.

Avec l'UMTS on pourra surfer sur Internet, envoyer et recevoir des mails avec des photos en pièces jointes voire des clips vidéo. Le e-commerce va aussi connaître un nouvel essor grâce au paiement sécurisé.

Pour répondre aux besoins des utilisateurs, les objectifs suivants ont été fixés pour l'UMTS lors de la phase de recherche et de normalisation de ce standard.

· Tout d'abord l'UMTS doit supporter des services multimédias large bande qui peuvent atteindre un débit de 2 Mbits/s ;

· Il doit, en plus assurer une comptabilité avec les systèmes 2G en terme de services offerts aux usagers ;

· Un autre objectif très intéressant consiste à offrir un service de mobilité universelle (international Roaming), dépassant les limitations dues à la multiplicité des systèmes et des réseaux ;

Le réseau UMTS se divise en deux domaines : le domaine équipement utilisateur (UE : User Equipment) et le domaine infrastructure.

Le domaine infrastructure comporte deux parties : le réseau d'accès radio (RAN : Radio Access Network) et le réseau coeur (CN : Core Network).

1) L'Equipement mobile (ME : Mobile Equipment) : c'est un terminal radio utilisé pour les communications à travers l'interface Um.

2) L'USIM (UMTS Subscriber Identity Module) : c'est l'équivalent de la carte SIM en GSM. Il fournit l'identité de l'abonné, établit les algorithmes d'authentification, enregistre les clefs d'authentifications et de cryptage.

C'est l'équivalent de la BTS dans le réseau GSM. Ses fonctionnalités principales sont :

Il est aussi responsable du contrôle de puissance en boucle fermée. L'interface mobile/Noeud B est dite interface Um.

Le RNC contrôle les ressources radio de l'UTRAN et gère le protocole RRC (Radio Ressource Control) définissant les procédures et les messages entre le mobile et l'UTRAN. Il est en liaison avec le réseau coeur pour la transmission en mode paquet à travers l'interface lu-PS et en mode circuit à travers l'interface lu-CS.

Le RNC directement lié à un Noeud B par l'interface lub est un CRNC (Controlling RNC), il gère :

- Le contrôle d'admission et allocation des codes pour les nouveaux liens radio qui s'établissent dans les cellules gérées.

Lorsqu'un mobile est lié à des Noeud B contrôlés par différents RNC, deux types de RNC se distinguent :

Le SRNC est le RNC qui fournit la connexion lu pour le mobile vers le réseau coeur. Lorsque le mobile est en situation de soft handover, plus qu'une liaison lub et une liaison lur sont établies. Seul le SRNC fournit l'interface lu vers le CN. Les autres ont pour fonction principale de router les données de façon transparente. Ces RNC sont appelés alors DRNC. La figure suivante illustre le SRNC et le DRNC.

Le réseau coeur est responsable de la commutation et du routage des communications (voix/données) dans le même réseau ou vers les réseaux externes.

Ce domaine permet de gérer les services temps réels tels que les appels téléphoniques, la visioconférence et les applications multimédias. Ces applications exigent un temps de transfert très réduit. Le débit supporté par ce mode peut arriver jusqu'à 384 Kbit/s.

L'infrastructure pour le domaine circuit s'appuie sur un MSC/VLR (Mobile Switching Center/Visitor Location Register) correspondant à un commutateur téléphonique auquel est rattachée une base de données pour les abonnés visiteurs de la zone de service de ce MSC et sur un GMSC (Gateway MSC) pour la commutation vers les réseaux externes tel que les RTCP (Réseau Téléphonique Commuté Public).

Ce domaine traite les services non temps réels tels que le téléchargement des fichiers ou des E-mails, les jeux en réseau, la navigation sur le web... Le temps de transfert pour ce type d'applications n'est pas important. Le débit pourra atteindre 2 Mbit/s.

Le réseau IP est basé sur un SGSN (Serving GPRS Support Node) jouant le même rôle que le MSC/VLR en mode paquet et un GGSN (Gateway GPRS Support Node) pour faire transiter les données vers les réseaux externes de transmission de données, et négocie la qualité de service réseau.

On trouve le HLR (Home Location Register), comme un élément commun aussi bien pour le domaine de paquet que pour le domaine de circuit. Il s'agit d'une base de données contenant les profils et toutes les informations concernant les données.

La spécificité à signaler dans le cadre de l'UMTS est que les interfaces sont ouvertes c'est-à-dire que les équipements de tous les constructeurs peuvent fonctionner et s'interopérer à condition qu'ils respectent la norme.

1. Interface Um : C'est l'interface radio de l'UMTS. A travers cette interface les mobiles peuvent accéder au réseau ;

2. Interface lub : c'est l'interface entre le Node B et le RNC, c'est l'équivalent de l'interface A-bis en GSM ;

3. Interface lur : C'est une nouvelle interface entre deux RNCs et elle est nécessaire pour le mécanisme du soft handover ;

4. Interface lu : Cette interface permet à l'UTRAN de communiquer avec le réseau coeur. On distingue l'interface lu-CS, entre RNC/domaine circuit et l'interface lu-PS reliant le RNC avec le SGSN.

L'interface radio de l'UMTS doit être conçue pour supporter une large gamme de services différents, avec notamment des débits supérieurs à ceux offerts par le GSM. Les systèmes de 3^ème Génération devront offrir des services à accès circuit ou paquet, avec un débit maximal dépendant de l'environnement et de la vitesse des mobiles. Des services à débit variable et asymétrique (entre liaison montante et descendante) devront être supportés de façon efficace.

En réalité, deux techniques d'accès sont utilisées avec l'UMTS, le W-CDMA et le TD-CDMA. Il est important de comprendre les caractéristiques de base de l'interface radio pour bien planifier un réseau W-CDMA.

La couverture globale de la planète s'organise en une structure cellulaire hiérarchisée qui assurera l'itinérance mondiale. Au sommet de la hiérarchie se retrouvent les satellites qui assurent une couverture sur l'ensemble de la planète.

Le réseau radio terrestre s'occupe de la couverture terrestre selon une répartition hiérarchisée pico, micro et macro cellule. La composante satellitaire sert pour le roaming mondial et pour compléter la couverture par l'UTRAN.

Les pico cellules sont conçus pour la couverture des bâtiments c'est-à-dire en environnement indoor, les microcellules pour les zones urbaines et suburbaines denses et les microcellules assurent la couverture en environnement rural.

Les bandes de fréquences allouées pour l'IMT (International Mobile Telephone) sont 1885 - 2225 MHz et 2110 - 2200 MHz. L'allocation se fait selon le mode duplexage utilisé.

L'UMTS est un système cellulaire de troisième génération qui fait partie de la famille IMT 2000 et dont les spécifications techniques sont développées au sein du 3GPP. L'architecture de ce système est composée essentiellement d'un réseau terrestre d'accès radio, l'UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) et d'un réseau coeur dérivé de celui spécifié pour la phase 2+ du GSM. L'UTRAN utilise deux modes d'accès fondés sur la technologie CDMA large bande :

Pour ce mode, on sépare les fréquences d'émission et de réception. Ainsi, le mobile et le réseau peuvent émettre simultanément et de façon indépendante. Un inconvénient majeur de cette technique consiste à réserver un écart duplex entre les bandes montantes et les bandes descendantes pour séparer les étages de transmission et de réception radio et éviter les brouillages.

En FDD, on alloue la même bande pour les deux sens de communications. Cette technique d'allocation est mieux adaptée pour les applications symétriques. En revanche, lorsque les débits sont asymétriques, ce mode d'attribution n'est pas du tout optimal car elle engendre du gaspillage en termes de spectre.

En TDD, une seule fréquence est utilisée pour les deux sens de communication. Donc nécessairement, les émissions et les réceptions sont séparées dans le temps. Cette technique est efficace en cas de limitation du spectre.

Le mode de TDD possède des adeptes. De plus, des propositions techniques concernant le mode TDD ont été générées du fait qu'un certain nombre d'autorités nationales allocataires de spectre, ont alloué pour chaque opérateur candidat à l'achat d'une licence UMTS en mode FDD, un bout de bande 5 MHz complémentaire supposé servir le TDD.

Les deux modes d'accès doivent être harmoniés pour favoriser la réalisation de terminaux bi-modes TDD/FDD à coûts.

Les figures suivantes montrent le principe et l'allocation du spectre pour les deux modes.

L'organisation temporelle de l'UMTS est basée sur une super trame de 720ms, comportant elle-même 72 trames de 10ms.

Chaque trame de 10ms est divisée en 15 slots. Cette organisation est présentée par la figure III.6.

Dans les différentes formes de normalisation, la technique W-CDMA s'est révélée être celle qui a été adaptée la plus largement pour l'UMTS. C'est ce mode, plus précisément le W-CDMA, qui est retenu pour le réseau d'accès radio de l'UMTS. Il est dit « à large bande » avec une large bande de 5 MHz.

- Un gain de traitement plus élevé. En effet, en élargissant la bande, le signal est moins sensible aux interférences. Cela permet aussi d'accroître le nombre d'utilisateurs présents dans une cellule et de résister aux actes des brouilleurs ;

- La possibilité de transmettre des services à haut débit : Avec 5 MHz de largeur de bade, nous pouvons atteindre un débit de 2 Mbits/s ;

- Meilleures performances pour détecter les trajets multiples. En effet, dans un canal de propagation à trajets multiples, des versions décalées du signal transmis parviennent à des intervalles de temps différents. Cette propriété qui était un inconvénient dans d'autres systèmes, va être utilisée dans un système CDMA en combinant les signaux pour diminuer le taux d'erreurs et obtenir ainsi de meilleures performances ;

- La possibilité de déploiement dans un spectre de fréquence déjà utilisé, qui consiste à faire cohabiter un système W-CDMA et un autre système cellulaire sur un même spectre de fréquences.

Nous pouvons définir le Handover comme étant les moyens de transfert de connexion de l'utilisateur d'un canal radio à d'autres. Cette définition a été formée avant l'avènement de l'UMTS. L'UMTS est venu, cette définition n'était plus valide.

L'objectif principal pour le Handover est de maintenir un appel en cours. Cela est nécessaire car l'utilisateur peut se déplacer (peut être en grande vitesse) et il serait ennuyeux si l'appel continue à baisser lorsque l'utilisateur change d'autres cellules ou zone.

Un soft handover survient entre deux cellules ou des secteurs qui sont supportés par différents Node B d'une même station de base. L'UE transmet ses données vers différents Node B simultanément et reçoit des données de ces différents Node B simultanément.

Dans le sens descendant, les données utilisateur délivrées à l'UE sont émises par chaque Node B simultanément et sont combinées dans l'UE.

Dans le sens montant, les données utilisateur émises par l'UE sont transmises à chaque Node B qui les achemine au RNC où elles sont combinées.

- Softer Handover : lorsqu'un appareil mobile se trouve dans une zone de couverture commune de deux secteurs couverts par la même station de base ;

- Soft Handover : Lorsqu'un appareil mobile se trouve dans une zone de couverture commune à deux stations de base. Les communications du mobile empruntent simultanément deux canaux différents pour atteindre les deux stations de base.

- Hard handover inter-fréquences : permet à un appareil mobile de passer d'une fréquence à une autre ;

- Hard handover inter-systèmes : permet à un appareil mobile de passer d'un système à un autre.

Un mobile s'attache à la station qui lui offre la meilleure qualité du lien radio sur le canal pilote. Quand un mobile passe d'une cellule à une autre, il voit le pilote de la première station s'affaiblir, et celui de la seconde croître progressivement. Lorsque l'intensité de deux pilotes est assez proche, un lien radio est établi avec chacune de deux cellules.

Le mobile est attaché aux deux stations de base en même temps, ce qui permet de combattre les effets d'évanouissement et de masquage par exemple, et de garantir une bonne continuité de service. Le mobile combine les deux signaux qu'il reçoit afin d'en extraire le maximum d'informations.

Dans le sens montant, le mobile est reçu par les deux stations de base et le réseau reconstitue le signal utile en évaluant à chaque instant le meilleur signal reçu sur les deux liens.

En UMTS, le contrôle de puissance est primordial. Sans lui, un seul terminal émettant à une puissance trop élevée pourrait empêcher tous les autres terminaux mobiles de la cellule de communiquer, puis que plusieurs utilisateurs différents émettent dans la même bande de fréquence ; chaque utilisateur peut être une source d'interférence pour les autres.

Il est donc important de mettre en oeuvre un mécanisme qui permet aux terminaux mobiles d'ajuster leur puissance d'émission tout en garantissant une bonne réception de la station de base. Ce problème se pose aussi pour les puissances émises par la station de base pour limiter les interférences. Le contrôle de puissance est donc nécessaire dans les deux sens.

La transmission des signaux dans un canal est caractérisée par des multiples réflexions, diffractions et atténuations du signal. Ces phénomènes sont provoqués par les obstacles rencontrés par les signaux. C'est pour cette raison que ces derniers empruntent des trajets multiples afin d'atteindre leur cible.

Il en résulte que le signal réalise des temps de trajet variable en fonction du chemin emprunté ; il en est de même pour la puissance du signal qui peut varier.

Le récepteur peut recevoir plusieurs fois le même signal décalé ; ce temps de décalage peut varier. Il est donc impératif que le récepteur sache identifier les différentes composantes dans le but de reconstituer les données.

Ces services sont classifiés en fonction de la qualité de service (QoS) et sont formés de quatre classes en fonction de transfert d'informations et des variations du débit au cours du temps. Ces choses peuvent être divisées en deux groupes :

A et B : Conversational et Streaming respectivement pour les applications avec des contraintes temps réel.

C et D : Interactive et Background respectivement pour les applications sensibles aux erreurs de transfert.

Cette phase regroupe tous les services bidirectionnels et les contraintes qui lui sont associées dépendent essentiellement de la réception humaine. Les services représentatifs de cette classe sont, entre autres, la téléphonie, la visiophonie ou les jeux interactifs.

Cette classe regroupe tous les services impliquant un utilisateur et un serveur de données. Elle diffère de la classe A par le fait qu'elle autorise des délais plus importants sans perturber la QoS et ceci est dû au manque d'interactivité entre l'utilisateur et la source de données. Les services représentatifs de cette classe sont, entre autres, les services de vidéo à la demande, la diffusion radiophonique ou les applications de transfert d'images.

Cette classe regroupe tous les services dans lesquels un dialogue interactif entre l'utilisateur et le serveur de données a lieu. Ne requérant pas de performances temps réel comme les classes A et B, pourtant les délais ne doivent pas dépasser l'ordre de la seconde et les informations transmises ne doivent pas être altérées. Les services représentatifs de cette classe sont, entre autres, les messages vocaux, le e-commerce, le transfert de messages électroniques ou le transfert de fichiers.

Cette classe a des caractéristiques proches de celles de la classe C mais les délais peuvent être supérieurs à 10 secondes. Les applications de cette classe sont, entre autres, le transfert de fax, la notification d'arrivée de message électronique ou la messagerie de type SMS.

La figure suivante représente les différents scénarios possibles de migration de la 2^ème à la 3^ème génération.

L'UMTS nous donnera des applications et des services plus rapides, plus sophistiqués, quel que soit le lieu, et même en département, des débits de 2Mbit/s (accès radio dans une « cellule » de zone locale), 144Kbps (pour un déplacement sur n'importe quelle distance) et plus de 2Mbit/s (câblé). Nous avons des applications ou des services tels que :

· L'accès aux services de messagerie vocale, téléphonie vidéo, vidéo conférence (y compris multipartite) téléconférence ;

· Les services « sur demande » - vidéo, audio, journaux, informations sur la bourse, etc. ;

· Services automatisés - télédiagnostic, télésurveillance, télécommande des appareils domestiques etc. ;

· Les applications définies - celles qui peuvent passer sur UMTS, par exemple, les applications des sociétés internes, accessibles aux employés où qu'ils soient ;

· Des éléments câblés radio et satellite pour une couverture globale sans coupure ;

· La capacité de parcourir les réseaux mobiles privés, publics grande distance et satellite.

· Aspect constant du réseau domestique de l'utilisateur (par exemple, environnement du bureau) quels que soient le lieu et le réseau, et même si l'on passe d'un réseau à un autre ;

· Numéro d'utilisateur unique indépendant du réseau et du provider de service ;

· Tous les services requis disponibles sur un seul élément d'équipement utilisateur.

· Un service qui s'adaptera à la vitesse de transmission des données disponibles, par exemple l'utilisateur peut définir des paramètres pour perdre la vidéo mais conserver le son lorsqu'il est en vidéo conférence dans des zones lointaines/encombrées, au cas où la largeur de bande se dégraderait.

L'UMTS donnera à l'industrie un univers de communication nouveau, « ouvert »

· Le travail en équipe, le déploiement de l'UMTS exigera de nouvelles technologies et partenariats, et adressera de nombreuses questions commerciales et de réglementation ;

· La concurrence de nombreux providers fournissant un ensemble de nouveaux services mobiles et avancés ;

· L'intégration en un seul système de services résidentiels, commerciaux et cellulaires ;

· Une convergence plus rapide entre les secteurs des télécommunications, de l'informatique, des médias et du contenu ;

· Un développement rapide des services innovateurs pour les utilisateurs finals - élément clé étant l'environnement domestique virtuel (VHE) ;

· L'UMTS fonctionnera avec les technologies actuelles de seconde génération (partie GSM) permettant aux fournisseurs d'accès de réutiliser leurs investissements existants ;

· Diverses alternatives de facturation (par exemple paiement à l'unité, à la session, au forfait) - c'est une commutation par paquets ;

· Un environnement commun pour le développement, les essais et le déploiement.

· Il améliorera le développement des services de télécommunication dans les pays en développement ;

Dans ce chapitre nous avons fait la présentation du réseau UMTS, son architecture et son fonctionnement. Nous avons également présenté ses différentes parties et ses services offerts.

CHAPITRE IV : LE ROUTAGE DE DONNEES ET DE LA VOIX DANS LE RESEAU UMTS

Le réseau téléphonique est destiné à faire la transmission de la voix, mais avec le temps, ce réseau devient de plus en plus capable de supporter la transmission des signaux de données à faible débit. Cette transmission était devenue possible grâce à l'arrivée du GPRS. A l'arrivée du système UMTS, ce réseau commence à supporter la transmission de signaux de données avec des débits élevés.

Dans le GSM, pour faire passer les données par une cellule, celle-ci est d'abord divisée en canaux de fréquences différentes ; ces canaux aussi sont répartis en intervalle de temps.

Contrairement au GSM, la cellule de l'UMTS n'est pas divisée en canaux de fréquences mais elle est basée sur la méthode d'accès multiple à répartition par code qui permet d'envoyer simultanément toutes les données, par paquets et dans le désordre (sur n'importe quelle fréquence).

Le multimédia concerne tout ce qui a trait à l'utilisation de plusieurs supports d'informations en même temps. L'application multimédia rassemble la voix, les données, l'image et le texte. D'autres propriétés peuvent se rajouter, comme le multipoint, le coopératif, etc. Nous ne nous intéressons qu'aux propriétés du multimédia liées à la communication et non à son traitement dans les équipements terminaux.

Dans les réseaux de la génération bande étroite, les différents médias passaient par des réseaux indépendants. Les difficultés de cette technique venaient de la remise simultanée des différents supports et de la trop grande capacité requise pour le transport de certains médias. Si le problème de débit est en partie résolu avec les réseaux larges bandes et les techniques de compression, restent les problèmes de coopération entre machines terminales et de synchronisation des médias.

Le groupe de normalisation ISO/IEC/JTC1 a effectué un travail important en produisant un ensemble de normes qui prennent de mettre en place des communications multimédias entre utilisateurs. Les principales normes que nous pouvons retenir sont les suivantes :

De son côté, l'UIT-T a normalisé de nombreux assemblages de différents codeurs pour réaliser les équipements terminaux multifonctions.

Le tableau IV.1 récapitule les différentes possibilités d'équipements terminaux multimédias avec les recommandations associées. Le (*) signifie que le codeur correspondant est obligatoire dans l'assemblage.

Il existe des standards UIT-T plus anciens, comme H.100, qui détermine les qualités requises pour le codage de la visiophonie, et H.120, qui recommande la compression pour la faire passer sur un accès primaire. La recommandation H.110 définit les techniques de compression des codecs (codeur-décodeur).

Le codage et la compression sont les deux composantes du succès du multimédia et notamment de l'intégration de la vidéo aux autres applications multimédias. Les progrès réalisés en quelques années sont considérables, et des standards stables se sont mis en place.

Les applications multimédias posent le problème de trouver le meilleur compromis entre complexité et temps réel. On considère que, pour retrouver exactement la qualité du signal original, la compression doit être limitée à un facteur 3. C'est le cas des images dans des applications où la qualité est primordiale.

Ces compressions, qui déforment très légèrement l'image, exploitent les capacités de récupération de l'oeil humain. L'oeil est beaucoup plus sensible à la luminance, ou brillance, des images qu'à la chrominance, ou couleur. On trouve cette caractéristique dans le codage de la télévision haute définition, où la résolution de la luminance repose sur une définition de l'image de 720 points sur 480, alors que le signal de chrominance n'exploite qu'une définition de 360 sur 240 points. De plus, par point, la luminance demande davantage de bits de codage que la chrominance.

Le codage donne naissance à un flot de données irrégulier placé dans un train numérique. Le train numérique est divisé en multi trames de 512 bits. Il démarre par 1 bit pour la synchronisation, qui viennent 493 bits pour les données vidéo et enfin 18 bits pour la correction d'erreur. Le code de détection et de correction des erreurs utilisé est le BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem). En effet, il est souhaitable de récupérer les erreurs quand la compression est importante, car une erreur introduit des erreurs sur l'image suivante et une perte de qualité d'autant plus importante que la compression est forte. Le train numérique est illustré à la figure suivante IV.2.

Le train numérique est multiplexé dans un champ plus vaste, le champ de multiplexage vidéo, qui inclut la synchronisation vidéo, les adressages des macroblocs codés, les indications du type de codage des macroblocs, le pas de quantification, qui permet de réduire ou d'augmenter le débit du codeur suivant l'espace disponible, et les différents codages internes.

Le standard MPEG est sûrement le plus important pour le transport des images animées. Il intervient aussi bien dans la télévision numérique terrestre que dans la transmission de vidéo ou dans le streaming vidéo sur des combinés téléphoniques mobiles.

Comme H.261, le standard MPEG utilise des algorithmes de compression inter et intra-trames. Le débit descend jusqu'à une valeur de 1,5 Mbit/s pour une qualité télévision, avec très peu de perte par rapport à l'image de départ. Cependant pour obtenir une très bonne qualité pour l'image de télévision, il faut prévoir un débit de 4 Mbit/s. beaucoup de FAI qui offrent de la télévision par l'intermédiaire des accès ADSL ont choisi un débit de 3 Mbit/s.

L'oeil n'étant pas sensible des temps inférieurs à 100 ms, il est possible de jouer sur les paramètres du nombre d'image et sur la compression pour diminuer le débit. Bien qu'il permette la diffusion de vidéos de très bonne définition, le standard MPEG-1 est optimisé pour un format de 352 par 240 en 20 images par seconde.

La norme MPEG-2 a été développée en 1994 pour améliorer la transmission des images animées grâce à des images entrelacées. MPEG-2 est optimal pour une dimension de 720 par 480 pixels à 60 images par seconde. Les codecs MPEG-2 audio Layer 3, dits MP3 reste très utilisé, même si l'on peut faire beaucoup mieux aujourd'hui.

Apparu en 1998, le standard MPEG-4 est bien adapté aux bandes passantes très étroites. Il permet de stocker un DVD sur CD-ROM ou de transmettre une vidéo à des débits très faibles, pouvant descendre à 9,6Kbit/s pour s'adapter à la bande du GSM, par exemple. La norme MPEG-4 permet une compression très forte en incluant, le cas échéant, les éléments nécessaires à la reconstruction de l'image à l'autre extrémité.

La norme MPEG-7 a pour objectif de permettre la description des données multimédias et l'ajout d'informations. La dernière norme, le MPEG-21, date du début des années 2000. Il permettra notamment de gérer les droits d'auteur et de protéger la propriété intellectuelle lors de l'échange, de la distribution et de la vente de données numériques.

Le MPEG-2 est aujourd'hui l'un des principaux standards pour la distribution d'images animées.

· MPEG-2-1, qui s'intéresse à la couche système et à la représentation du multiplexage des flux ;

Le multimédia concerne le transport de données en association avec la parole et la vidéo. Le transport de la vidéo est dépendant du type d'application, en particulier si elle est interactive ou non. Dans le cas d'une application interactive, le délai aller-retour est limité à 600 ms. Dans le cas d'une application de vidéo unidirectionnelle, sans voie de retour, le délai peut bien sûr être beaucoup plus long. Il suffit de différer la reproduction des images avec un délai constant, qui peut être de 5 s, voire nettement plus. La seule difficulté dans ce dernier cas est de faire attendre l'utilisateur pendant les quelques secondes nécessaires au départ.

Le débit peut être défini comme étant une quantité d'informations binaires transmises par unité de temps. Le débit théorique maximal de l'UMTS pour les données est de 2 Mbits/s.

Il devient en théorie de faire passer de la voix et même de la vidéo. Néanmoins, cette vitesse de l'UMTS est nettement supérieure au débit de base GSM qui est de 9,6 Kbits/s.

· 144 Kbit/s : En zone rurale ou environnement extérieur pour un utilisateur mobile. Ce débit est disponible pour les environnements dans lesquels l'utilisateur 3G se déplace à une vitesse plus grande jusqu'à 500 Km/h (exemple : train) ;

· 384 Kbit/s : En zone urbaine ou environnement urbain extérieur pour une utilisation piétonne (jusqu'à 120 km/h). Ce débit est disponible pour les utilisateurs qui se déplacent à une vitesse allant jusqu'à 120 Km/h (environnements micro cellulaire et macro cellulaire) ;

· 2 Mbit/s : Proche de l'antenne d'émission de la cellule et en mobilité réduite (depuis un point fixe). Ce débit est disponible avec une vitesse de déplacement plus petite que 10Km/h, (environnements micro cellulaires et pico cellulaires).

En ce qui concerne la bande passante, l'UMTS a une largeur de bande de 5 MHz, supérieure à celles de GSM, GPRS et EDGE, car ces autres technologies n'ont qu'une largeur de bande de 200KHz.

Comme sus-évoqué au chapitre précédent, l'UMTS a deux domaines pour la circulation des informations dans le réseau tel que le domaine de circuit gère les tous les services temps réels.

En guise d'exemple pour le domaine de circuit, nous pouvons voir : les appels téléphoniques, la vidéo conférence et les applications multimédias. Pour toutes ces applications, il exige le temps de transfert très réduit et le débit supporté pour ce mode de transmission peut arriver jusqu'à 384 Kbits/s.

La figure ci-dessus démontre ou illustre les équipements destinés à travailler dans le mode de transfert en temps réel, ce qui veut dire que si l'utilisateur envoie ses données dans le réseau, ces données passeront par différents équipements illustrés à la figure, et, quant au commutateur MSC d'établir la liaison entre les abonnés et la passerelle GMSC fait l'interconnexion des commutateurs des réseaux au cas où le destinataire ne se trouve pas au même réseau.

Le domaine de paquet est différent de celui de circuit parce qu'il traite des services non temps réels tels que le téléchargement des fichiers ou des E-mails, les jeux en réseau, la navigation sur le web... Le temps de transfert pour ce type d'applications n'est pas important et pourra atteindre 2 Mbits/s.

Pour le domaine de paquet, il y a présence de deux dispositifs qui sont absents au domaine de circuit : le SGSN et le GGSN.

Dans un réseau téléphonique, chaque information qui se présente au réseau à travers le réseau d'accès doit avoir un canal pour sa transmission, car l'information (voix/donnée) ne peut pas accéder au réseau s'il n'y a pas un canal.

Pour cela, le réseau de téléphonie mobile a plusieurs canaux destinés à la transmission d'informations.

Deux personnes utilisant leurs téléphones UMTS, elles envoient en même temps, données et de la voix. La bande passante utilisée est large de 5MHz, ce qui permet d'atteindre des débits relativement importants.

En outre, les signaux de données émis par plusieurs utilisateurs peuvent se mélanger sur une même fréquence, sous forme de paquets (c'est le mode paquet). Ces dernières sont étiquetées (on parle de répartition par code), ce qui permet de reconstituer les données à l'arrivée.

Les signaux contenant les données sont transmis sur l'interface Um par des canaux de transport qui s'appuient sur des canaux physiques. Cette couche physique supporte différents débits qui peuvent varier au cours d'une session utilisateur afin d'offrir à celui-ci un service de bande à la demande et la possibilité de multiplexer plusieurs applications simultanées.

Les canaux du réseau d'accès utilisent une trame radio de 10 ms, chaque trame étant elle-même composée de quinze intervalles de temps. Chaque intervalle de temps contient 2 560 éléments de codes.

Il existe deux types de canaux de transport, les canaux dédiés et les canaux communs. Un canal commun est partagé entre plusieurs utilisateurs d'une même cellule alors qu'un canal dédié est propre à un utilisateur donné.

Le réseau UMTS a plusieurs canaux, mais nous allons tenter d'évoquer quelques canaux seulement.

Il existe un seul canal de transport dédié, le DCH (Dedicated Channel), qui véhicule toutes les informations destinées à un utilisateur, données correspondant au service en cours et informations de contrôle de la liaison. Le débit sur le canal de transport varie trame par trame.

Cela diffère du GSM où les données de l'utilisateur sont transportées sur un canal de trafic (TCH), lui-même différent selon qu'il a à transporter la voix ou des données informatiques.

v Broadcast Channel : Le canal de diffusion (BCH) est utilisé pour transmettre des informations au réseau d'accès ou à une cellule particulière. Il doit être décodé par tous les mobiles ;

v Forward Access Channel : Le canal d'accès avancé (FACH) transporte des informations de contrôle destinées aux terminaux d'une cellule donnée, ainsi qu'éventuellement des données utilisateur en mode paquet. Il peut y avoir plus d'un canal FACH par cellule ;

v Paging Channel : Le canal de messagerie (PCH) transporte les informations nécessaires à la recherche d'un terminal par le réseau pour l'établissement d'un appel entrant. Il est transmis dans toutes les cellules d'une zone de localisation ;

v Random Access Channel : Le canal d'accès aléatoire (RACH) est un canal montant, c'est-à-dire émis par le mobile pour transporter les informations de demande d'établissement d'une connexion ;

v Common Packet Channel : Le canal commun de paquets (CPCH) est une extension du RACH pour transmettre des paquets sur le sens montant dans de bonnes conditions de qualité. Contrairement au RACH, le CPCH utilise le contrôle de puissance et un mécanisme de détection de collision des paquets ;

Les canaux de transport s'appuient sur des canaux physiques. En plus des canaux physiques supportent de canaux de transport.

Le canal de transport DCH s'appuie sur deux canaux physiques séparés, DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) qui transporte les données utilisateur et DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) qui transporte les informations de contrôle nécessaires à la couche physique. Seul le débit du canal DPDCH peut varier d'une trame à l'autre.

La couverture 3G du territoire est assurée par un réseau d'antennes qui captent les signaux radio émis par les mobiles. Chaque antenne est reliée à une station de base, appelée Node B en 3G. Et, le rôle de ce Node B est de transformer les ondes radio émises par les mobiles en données capables de transiter sur les réseaux filaires (et inversement) et ce fait est considéré comme étant une concentration de trafic que font les équipements radio pour acheminer les données vers le réseau coeur.

Les Node B sont reliés, le plus souvent, au travers de liaisons 2Mbits/s à un contrôleur, appelé RNC (Radio Network Controller). C'est vers lui que transite la voix et les données.

Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle d'interconnexion entre le réseau paquet mobile (GPRS ou UMTS) et les réseaux IP externes.

Le GGSN transmet le trafic au SGSN actif pour la station mobile (MS) associée à l'adresse du protocole (l' adresse IP par exemple). La structure de données permettant la session entre le SGSN et le GGSN est appelée Contexte PDP (Packet Data Protocol). Une MS peut avoir plusieurs contextes PDP actifs simultanément ou aucun. Le GGSN permet ainsi la mobilité en assurant la transmission des paquets de données vers la MS.

2. il gère la login (identifiant) et password (mot de passe) de l'utilisateur) ;

Le GGSN est chargé de transférer toutes les données d'un réseau vers un autre réseau qui est un réseau externe et se charge aussi de recevoir les données venant des réseaux externes et les acheminer vers le SGSN.

Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est un noeud qui joue le même rôle que le MSC/VLR en mode paquet et gère les terminaux présents dans une zone donnée, c'est-à-dire que c'est un contrôleur qui a pour fonction de vérifier l'enregistrement de données, de les authentifier et d'autoriser les communications.

Le SGSN est un routeur qui gère l'interface avec le réseau de paquets externe via une autre passerelle, le GGSN (Gateway GPRS Support Node) pour les appels sortants (chaque GGSN est identifié par l' Access Point Name fournie dans la demande d'activation du mobile) et vers la station mobile pour les appels entrants. Il maintient les informations identifiant l'abonné et les services utilisés.^13(*)

Le RNC a pour mission principale de gérer la mobilité des utilisateurs et de concentrer le trafic de plusieurs Node B. Une fois les données se présentent dans le réseau et comme elles ne doivent pas faire route ensemble avec la voix, elles se dirigent alors vers le routeur SGSN qui choisit une route appropriée pour chacune d'elles.

Comme évoqué aux points précédents sur les domaines de circuit et de paquet ; après avoir être séparées par le routeur, les données empruntent le domaine de paquet et la voix emprunte le domaine de circuit, et, elles sont envoyées vers les équipements chargés de leur traitement spécifique.

La voix qui sera séparée des données se dirigera vers le MSC (Mobile Switching Center) et celui-ci, qui existe déjà en 2G, transfère la voix et les SMS vers les réseaux de téléphonie fixe et mobile des autres opérateurs, via une passerelle de routage appelé GMSC (Gateway MSC).

En UMTS, comme la voix parvient au MSC en mode paquet, on adjoint à cet équipement une passerelle (Media Gateway) qui permet de repasser en mode circuit utilisé en 2G et en téléphonie fixe. Le MSC prend alors l'appellation de l'UMSC, signifiant qu'il est compatible UMTS. Il prend aussi en charge la visiophonie.

Les données séparées de la voix empruntent la direction de paquet et se dirigent vers le SGSN (Serving GPRS Support Node), déjà utilisé avec le GPRS, et celui-ci transfère ces données en mode paquet vers l'Internet ou encore vers les plates-formes de services MMS (et inversement). Cette mise en relation s'effectue via une passerelle de routage des données appelée GGSN.

Lorsque le mobile transmet des données vers un terminal fixe, les données sont transmises via le réseau d'accès (Station de base + contrôleur de station de base) au SGSN qui envoie ensuite les données vers le GGSN qui les route vers le destinataire.

Le routage vers des terminaux (terminal mobile vers terminal mobile ou terminal mobile vers terminal fixe) utilise le principe de l'encapsulation et des protocoles de tunnel. Les données reçues par le GGSN sont transmises au SGSN dont dépend le mobile destinataire.^14(*)

Le réseau GSM est un réseau qui fonctionne en mode circuit, mais ce réseau pourra aussi faire le passage du mode circuit au mode paquet via la passerelle GMSC.

L'environnement du GSM se présente sous la forme illustrée à la figure IV.8.

Les applications se déroulent sur un serveur, et les utilisateurs y accèdent via une interface hertzienne puis un réseau à commutation de circuits ; ce réseau peut mener directement à un serveur qui gère le portail de l'opérateur mobile. En règle générale, les serveurs que le portable peut atteindre se trouvent sur Internet, ce qui demande la traversée d'un réseau à travers de paquets IP. Entre le réseau à commutation de circuits et le réseau IP, se trouvent des passerelles spécifiques, qui transforment les syntaxes pour les rendre plus condensées. En effet, les débits sur ce réseau sont limités par l'interface radio et par le débit du réseau à commutation de paquets, qui est de 9,6 Kbits/s pour le GSM.

Le serveur est toujours situé sur le réseau IP ou sur le réseau à transfert de paquets, mais la différence fondamentale avec la figure précédente provient de l'existence d'un réseau à transfert de paquets de type relais de trames dans la toute première génération. Les débits augmentent, mais généralement, seuls trois ou quatre slots de temps sur une fréquence donnée peuvent être utilisés en parallèle. Cela porte le débit utile théorique à 3 x 9,6 ou 4 x 9,6 Kbit/s, c'est-à-dire environ 30 ou 40 Kbit/s. ce débit maximal pour les réseaux GPRS ne reste accessible que si l'interface radio est loin d'être saturée. Les applications du GPRS ne sont donc pas fondamentalement différentes des applications construites pour le GSM.

L'environnement UMTS de première génération introduit de nouvelles cellules, avec une interface radio beaucoup plus puissante, et met en place entre la station de base et le réseau coeur, un réseau à commutation de trames. Dans cette première étape, le réseau coeur, ou CN (Core Network), est en fait constitué de deux réseaux, un réseau à commutation de paquets et un réseau à commutation de circuits.

Dans les toutes premières générations de l'UMTS, la parole téléphonique empruntaient les circuits pour être conduite au combiné du destinataire. Maintenant, la parole est mise dans des trames AAL2 pour être transportée dans le réseau à commutation de paquets. Dans cette génération, il y a coexistence du réseau GSM-GPRS et du réseau UMTS. Les terminaux sont bi standards, et la connexion s'effectue sur la cellule disponible.

La dernière étape de l'arrivée de l'UMTS est illustrée à la figure IV.11.

Cette étape ultime pour aboutir à l'environnement UMTS consiste à remplacer le réseau à commutation de trames ATM par un réseau à transfert de paquets IP. Ce réseau est en fait le réseau IP de l'opérateur, servant aussi bien aux connexions fixes qu'aux connexions mobiles. Toutes les applications sont transportées à l'intérieur des paquets IP, que ce soit les données, la parole ou la vidéo.

L'augmentation des débits de la technologie UMTS a pour origine les améliorations HSDPA, HSUPA et HSOPA.

Dans ce chapitre nous avons pu présenter le routage de données et de la voix dans le réseau UMTS, les débits utilisés et les équipements chargés de faire cette transmission de paquets.

Nous avons également effectué une étude sur le réseau UMTS et les autres réseaux tels que le GSM et le GPRS, et ensuite nous avons présenté les étapes de transition du réseau GSM vers le réseau UMTS.

CONCLUSION GENERALE

La transmission des signaux multimédia désigne un transfert d'informations de type voix, image vidéo, texte... d'un point à un autre mais à travers le réseau de télécommunications. Cette étude sur la transmission des signaux multimédia nous a conduits à étudier comment la téléphonie mobile qui ne faisait que la transmission de la voix sera à mesure de faire aussi la transmission des données.

Notre étude est allée plus loin jusqu'à faire une étude comparative entre le réseau UMTS et les autres, tels que : le GSM, le GPRS ainsi que le EDGE. A travers cette étude, nous avons relevé les différents débits et les largeurs de bande passante de ces réseaux. En le faisant, nous avons constaté qu'au fur et à mesure la technologie avance, la largeur de bande et les débits de ces réseaux augmentent. Par là, nous constatons que le réseau GSM a un faible débit de 9,6Kbits/s avec une largeur de bande de 200KHz ; le GPRS a un débit de 171,2Kbits/s qui est un peu supérieur par rapport au GSM mais la bande passante reste toujours la même ; le EDGE arrive avec un débit de 384Kbits/s, ce débit est supérieur par rapport au GSM et le GRPS, malgré cela, sa bande passante n'est pas aussi augmenté. Arrivé au réseau UMTS, nous constatons que ce dernier a aussi un débit supérieur aux autres, un débit de 2Mbits/s et la largeur de sa bande passante est allée jusqu'à 5MHz. Voyant cela, nous disons que le réseau UMTS est déjà à mesure de faire cette transmission des signaux multimédia sans contrainte.

A travers l'étude ci-haut mentionnée, nous disons pour qu'un réseau de téléphonie mobile soit à mesure de transmettre les signaux multimédia, il doit avoir un débit élevé ainsi que la largeur de bande passante élevée capable de prendre en charge toutes les applications multimédias, telles que : le E-commerce, la visiophonie, la vidéo à la demande, le fax, les jeux interactifs, la navigation sur Internet, les E-mails, transfert de fichiers et tant d'autres.

Nous osons croire que ce travail de fin de cycle a apporté une lumière au problème de transmission des signaux multimédias et nous restons ouverts à toutes suggestions qui pourront enrichir d'avantage.

BIBLIOGRAPHIE

1. AWAK'AYOM A., Cours de méthodes et techniques de recherche scientifique, G2, Toutes les facultés, Université Technologique Bel Campus, Kinshasa, 2010-2011.

2. MUKENDI NTAMBWE T., Cours de méthodes de recherche scientifique, L1 et L2, MARCOP, ESMICOM, Kinshasa, 2010 - 2011.

3. ZANDI, S., Cours de téléphonie fixe et mobile, G1 informatique (TR), ESMICOM, Kinshasa, 2009-2010.

EPIGRAPHE..........................................................................................

DEDICACES.....................................................................................................

REMERCIEMENTS....................................................................................

INTRODUCTION GENERALE......................................................................

1. Bref historique..................................................................................

2. Problématique..............................................................................

3. Hypothèse ........................................................................................

4. Choix et intérêt du sujet........................................................................

5. Délimitation du sujet..............................................................................

6. Méthodes et techniques utilisées..........................................................

7. Subdivision du travail...........................................................................

LISTE DES ABREVIATIONS........................................................................

CHAPITRE I : NOTION DE TELEPHONIE MOBILE ET MIGRATION 2G - 3G............

I.1. Introduction............................................................................................

I.2. De la téléphonie fixe à la téléphonie mobile.............................................

I.2.1. La Radiotéléphonie................................................................................

I.2.2. La radiocommunication par téléphone mobile....................................

I.3. Le concept cellulaire................................................................................

I.3.1. Principe.................................................................................................

I.3.2. Les cellules................................................................................

I.4. Le Standard GSM................................................................................

I.4.1. Caractéristiques........................................................................

I.4.2. Architecture du réseau GSM..............................................................

I.4.2.1. Constitution...............................................................................

I.4.2.2. Fonctionnement du réseau GSM.................................................

I.4.3. Le Hand-Over...............................................................................

I.4.4. L'itinérance...............................................................................

I.5. Migration 2G - 3G...............................................................................

I.5.1. La 2ème Génération de téléphonie mobile.................................

I.5.2. Etapes de transition : GPRS et EDGE................................................

I.5.2.1. Le GPRS...................................................................................

I.5.2.2. Le EDGE...................................................................................

I.5.3. La 3ème Génération de téléphonie mobile...................................

I.5.4. Processus de migration du GSM vers l'UMTS.................................

I.5.5. Principe de passage 2G - 3G.....................................................

I.6. Conclusion..................................................................................

CHAPITRE II: LA COMMUTATION DE PAQUETS ET LA TECHNOLOGIE CDMA....

II.1. Introduction..................................................................................

II.2. Commutation de paquets.............................................................

II.2.1. Principe de commutation.............................................................

II.2.2. Types de commutation de paquets....................................................

II.2.2.1. Le Datagramme.............................................................................

II.2.2.2. Le Circuit Virtuel.............................................................................

II.2.3. Structure des paquets......................................................................

II. 2.4. Le transport des données......................................................................

II.3. La technologie......................................................................................

II.3.1. Principe de fonctionnement du CDMA.................................................

II.3.2. Le mécanisme d'accès CDMA...........................................................

II.3.3. Les principaux éléments de CDMA....................................................

II.3.4. Codes......................................................................................

II.3.5. Codage......................................................................................

II.3.6. Transfert intercellulaire « en douceur » ........................................

II.3.7. Commande de puissance...........................................................

II.3.8. Le contrôle de puissance...........................................................

II.3.9. Suppression de la planification cellulaire........................................

II.4. Conclusion.........................................................................................

CHAPITRE III : LE SYSTEME UMTS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT...................

III.1. Introduction.....................................................................................

III.2. Présentation du réseau UMTS............................................................

III.2.1. Objectifs de l'UMTS.........................................................................

III.2.2. Architecture de l'UMTS............................................................

III.2.3. Constitution et fonctionnement du réseau UMTS........................

III.2.3.1. L'Equipement Utilisateur............................................................

III.2.3.2. Le réseau d'accès.......................................................................

III.2.3.3. Le réseau Coeur (CN) ............................................................

III.2.3.4. Les interfaces.......................................................................

III.3. Etude de l'interface radio UMTS............................................................

III.3.1. Caractéristiques.......................................................................

III.3.2. Couverture globale de l'UMTS............................................................

III.4. L'organisation en fréquence et en temps....................................

III.4.1. L'organisation fréquentielle............................................................

III.4.1.1. Mode FDD (Frequency Division Duplex) ....................................

III.4.1.2. Mode TDD (Time Division Duplex) ...................................................

III.4.2. L'organisation temporelle............................................................

III.5. Le W-CDMA (Wide Band CDMA) ...................................................

III.6. Le Handover...................................................................................

III.6.1. Le Soft Handover..........................................................................

III.6.2. Le Hard Handover..........................................................................

III.7. Macro - diversité...................................................................................

III.8. Le contrôle de puissance....................................................................

III.9. Les trajets multiples....................................................................

III.10. Services de l'UMTS....................................................................

III.10.1. La classe A (Conversational) ...................................................

III.10.2. La classe B (Streaming) ....................................................................

III.10.3. La classe C (Interactive) ....................................................................

III.10.4. La classe D (Background) ....................................................................

III.10. Les scénarios de migration 2G vers la 3G...................................................

III.11. les applications sur UMTS....................................................................

III.12. Conclusion......................................................................................

CHAPITRE IV : LE ROUTAGE DE DONNEES ET DE LA VOIX DANS LE

RESEAU UMTS..........................................................................

IV.1. Introduction......................................................................................

IV.2. Données multimédias..........................................................................

IV.2.1. Le multimédia et la vidéo..........................................................................

IV.2.2. Codage et compression ..........................................................................

IV.2.3. MPEG (Moving Pictures Expert Group) .........................................................

IV.2.4. Le transport de la vidéo ..........................................................................

IV.3. Les débits et la largeur de bande passante UMTS....................................

IV.4. Les domaines de transmission UMTS.........................................................

IV.4.1. Le domaine de circuit..........................................................................

IV.4.2. Le domaine de paquets..........................................................................

IV.5. Routage de données et de la voix.........................................................

IV.5.1. Accès des données dans le réseau.........................................................

IV.5.1.1. Canaux de transport ..........................................................................

IV.5.1.2. Canaux de transport et canaux physiques

IV.6. Concentration de trafic ..........................................................................

IV.7. La Passerelle GGSN..........................................................................

IV.8. Le Routeur SGSN..........................................................................

IV.9. Routage des données et de la voix.....................................................

IV.9.1. Transfert de la voix..........................................................................

IV.9.2. Transfert de données..........................................................................

IV.10. L'acheminement en mode paquet.....................................................

IV.11. Les réseaux de l'Internet mobile .....................................................

IV.11.1. Le réseau GSM..........................................................................

IV.11.2. Le réseau GPRS..........................................................................

IV.11.3. Le réseau UMTS..........................................................................

IV.12. Conclusion..........................................................................................

CONCLUSION GENERALE......................................................................

BIBLIOGRAPHIE......................................................................................

III

* ¹ AWAK'AYOM A., Cours de méthodes et techniques de recherche scientifique, inédit, G2, Toutes les facultés, Université Technologique Bel Campus, Kinshasa, 2010 - 2011, P.37

* ² MUKENDI NTAMBWE T., Cours de méthodes de recherche scientifique, inédit, L1 et L2, MARCOP, ESMICOM, Kinshasa, 2010 - 2011, P.16.

* ⁴ ZANDI, S., Cours de téléphonie fixe et mobile, inédit, G1 informatique (TR), ESMICOM, Kinshasa, 2009-2010, P.46

* ⁸ Lecoy, P. : Principes et technologies des télécoms, Paris, Hermès, 2005, P.152.

* ¹⁴ GIRODON S. : Réseaux GSM, GPRS et UMTS, www.girodon.com, 2001-2002, document en PDF, p.16-17.

Etude portant sur la transmission des signaux multimedia dans un reseau de telephonie mobile de la 3ème generation « cas de routage de données et de la voix dans le réseau UMTS »

SECTION INFORMATIQUE