Introduction to UMTS

Cette présentation introduit le système UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), une norme majeure de télécommunications mobiles de troisième génération (3G). Elle s’inscrit dans un cours sur les réseaux mobiles, en exposant les principes, l’architecture, les fréquences utilisées, ainsi que la qualité de service et la relation entre UMTS et la technologie W-CDMA.

Introduction à l’UMTS et contexte mondial

L’UMTS, acronyme de Universal Mobile Telecommunications System, est une norme de téléphonie mobile 3G largement utilisée en Europe. Dans le monde, plusieurs technologies 3G coexistent, toutes conformes aux recommandations IMT-2000, mais adaptées aux régions géographiques :

• Europe : UMTS
• Amérique : CDMA-2000
• Japon et Corée : W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
• Chine : TD-SCDMA

Ces différentes normes répondent aux besoins locaux tout en respectant un cadre international commun.

Plans de fréquences et types de cellules dans l’UMTS

Le réseau UMTS utilise plusieurs types de cellules, adaptées aux vitesses de déplacement des utilisateurs et aux débits nécessaires :

• Pico-cellule : offre des débits d’environ 2 Mbits/s pour des déplacements lents (environ 10 km/h), adaptés à la marche à pied ou aux déplacements en intérieur.
• Micro-cellule : permet des débits autour de 384 kbits/s pour des déplacements plus rapides, jusqu’à 120 km/h, comme en voiture.
• Macro-cellule : assure des débits d’environ 144 kbits/s pour des vitesses très élevées, jusqu’à 500 km/h, par exemple dans un train à grande vitesse.

Architecture générale de l’UMTS

Le réseau UMTS est structuré en deux parties principales :

• Le réseau d’accès UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) qui gère la communication radio avec les utilisateurs.
• Le réseau cœur qui assure la gestion des services et la connexion avec d’autres réseaux.

Le réseau d’accès UTRAN

Le réseau d’accès UTRAN a pour fonction principale de transférer les données générées par les utilisateurs. Il est composé de plusieurs éléments :

• NodeB : stations de base assurant la transmission et la réception radio avec les équipements utilisateurs. Elles opèrent au niveau de la couche physique du modèle OSI, s’occupant du codage et décodage des signaux. Deux types de NodeB existent : avec antennes sectorielles ou antenne omnidirectionnelle.
• RNC (Radio Network Controller) : contrôleurs radio qui gèrent le routage des communications entre les NodeB et le réseau cœur. Ils interviennent aux couches 2 et 3 du modèle OSI, notamment pour le contrôle de puissance et l’allocation des codes.

Le réseau cœur

Le réseau cœur de l’UMTS est composé de plusieurs modules essentiels :

• AuC (Authentication Center) : responsable de l’authentification des abonnés.
• HLR (Home Location Register) : base de données contenant les informations des utilisateurs.
• EIR (Equipment Identity Register) : gère la prévention des vols d’équipements utilisateurs.

Les domaines du réseau cœur

Le réseau cœur est divisé en deux domaines selon le type de service :

• Domaine CS (Circuit Switched) : dédié aux communications traditionnelles, il comprend :
• GMSC (Gateway MSC) : passerelle entre le réseau UMTS et le réseau téléphonique commuté (PSTN).
• VLR (Visitor Location Register) : base de données similaire au HLR, attachée à un ou plusieurs MSC.
• MSC (Mobile-services Switching Center) : centre chargé d’établir la communication avec l’équipement utilisateur.
• Domaine PS (Packet Switched) : dédié aux services à commutation de paquets, il comprend :
• SGSN (Serving GPRS Support Node) : responsable de l’enregistrement des utilisateurs dans une zone géographique (zone de routage RA).
• GGSN (Gateway GPRS Support Node) : passerelle vers des réseaux extérieurs à commutation de paquets, comme Internet.

UMTS et la technologie W-CDMA

L’interface radio de l’UMTS repose sur la technologie W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Cette dernière est une évolution de la technique CDMA (Code Division Multiple Access), plus ancienne. Pour bien comprendre le fonctionnement du W-CDMA, il est donc essentiel de maîtriser les principes de base du CDMA, qui permet à plusieurs utilisateurs de partager la même bande de fréquence en utilisant des codes distincts.

Qualité de service dans l’UMTS

UMTS propose quatre classes de qualité de service adaptées aux différents types d’applications :

• Classe pour services de streaming : assure une bande passante continue et contrôlée, adaptée au transfert de vidéo et audio en temps réel.
• Classe pour échanges interactifs : destinée à la navigation Internet et autres échanges entre l’équipement utilisateur et le réseau.
• Classe pour conversations vocales : garantit une bande passante contrôlée avec un échange interactif pour la voix.
• Classe pour traitements par lots : priorité la plus faible, adaptée aux transferts non urgents.

Conclusion et perspectives

Bien que l’UMTS ait permis des avancées significatives dans la connectivité mobile, ses débits ne sont pas toujours suffisants pour répondre à toutes les exigences actuelles. Des améliorations ont été apportées avec les évolutions 3.5G et 3G++, avant l’arrivée des réseaux 4G, qui proposent des architectures et des performances supérieures. La question se pose alors sur l’architecture spécifique des réseaux 4G, qui succèdent à l’UMTS.

Points clés à retenir

• UMTS est une norme 3G largement utilisée en Europe, basée sur la technologie W-CDMA.
• Le réseau UMTS comprend un réseau d’accès UTRAN (NodeB et RNC) et un réseau cœur avec des modules spécialisés.
• Les cellules UMTS sont classées en pico-, micro- et macro-cellules selon la vitesse de déplacement et le débit.
• Le réseau cœur est divisé en domaine CS (commutation de circuits) et domaine PS (commutation de paquets).
• La qualité de service UMTS est adaptée à différents types d’applications, du streaming à la voix.
• UMTS repose sur la technique W-CDMA, une évolution du CDMA.
• Les évolutions 3.5G, 3G++ et 4G ont amélioré les performances au-delà de celles de l’UMTS.