chap7 gsm esprit
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Houda Khedher 1
Le GSM ( G lobal S ystem for M obile Communications)
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Houda Khedher 2
Chapitre 4
Le système GSM(G lobal S ystem for M obile Communications )
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De quoi allons nous parler?
• Motivations et Historique• Entités de base
• Fonctions des entités
• Services• Interface radio
• Protocoles et Procédures GSM
• Nouveaux services et évolutions• Évolution vers la 3ème génération
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-1 Motivations et Historique
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Motivations (1)
• Demande croissante en communications mobiles• Limitation du nombre de fréquences allouées
• Améliorations techniques
• Norme internationale unique :Compatibilité des équipements + roaming
international
Même terminal utilisable dans tous les pays Intégration des composants Réduction de taille
Économies d’échelle Réduction de coût
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Motivations (2)
• Techniques numériques Capacité plus importante et meilleure qualité de service
• Confidentialité (chiffrement) et sécurité d’accès
(authentification) Principes pour un nouveau système
réutilisation des fréquences et multiplexage(FDMA/TDMA)
transmission numérique (plus grande intégration) Services de type RNIS
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Historique (1)
• 1979: Décision de la WARC 79 d’attribuer la bande des900 MHz aux services mobiles terrestres
• 1982: La CEPT choisit les bandes 890-915 et 935-960
MHz pour un radiotéléphone européen Groupe Spécial Mobi le (GSM) : Normalisation d’un
système cellulaire public de radiocommunications avec lesmobiles à 900 MHz
• 1985-86: Accord quadripartie (France, Allemagne, Italie,Grande-Bretagne) pour promouvoir le numérique etl’ouverture en 1991
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Historique (2)• 1986 : Sous-groupes techniques :
– GSM1 : Services, – GSM2 : Aspects physiques de l’interface radio, – GSM3 : Signalisation, – GSM4 : Services et données.
• Juillet 1987 : Adoption de la norme radio au GSM• Août 1987 : Création du MoU ( Memorandum of Understanding : protocole d’accord) lie les futurs exploitants GSM sur les
principes de développement et d’exploitation du GSM • 1987-88 : Adoption des interfaces réseaux au GSM• 1988 : Transfert de responsabilité de la CEPT à l’ETSI,
participation des industriels• 1991 : 100 recommandations (plus de 5000 pages) sont éditées
en 12 séries
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Historique (3)
• Juillet 1991: Première communication MS GSM abonné RTCP
• Octobre 1991: Première communication GSM avec
handover. Premiers mobiles GSM d’ Alcatel , Motorola et Orbitel
• Décembre 1991: Premiers réseaux expérimentaux(Paris, …)
Juillet 1992: Ouverture commerciale des réseaux(France, Allemagne, …)
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Standards 2G dans le monde
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Les sous-Groupes de Travail GSM
• SGM 1 : Définition des services
• SGM 2 : Interface radio
• SGM 3 : Réseau fixe
• SGM 4 : Services de données• SGM 5 : Universal Mobile Telecommunication System
• SGM 6 : Administration des réseaux
• SGM 7 et 8 : Tests pour la station mobile et sous-systèmeradio
• SGM 9 : Carte SIM
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Entités de base (1)
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Entités de base (2)
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Entités de base (3)
BSC
BSC
BSC
MSC
MSC
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
R
T
C
P
VLR
VLR
HLRBSS NSS
Abis A
B
D
C
E
G
AUC
H
EIRF
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Liste des interfaces
Nom Localisation UtilisationUm MS-BTS Interface radio
Abis BTS-BSC Divers
A BSC-MSC Divers
GMSC-HLR
Interrogation HLR Appel
entrant
SM-GMSC-HLRInterogation HLR SM
entrant
VLR-HLR
Gestion Informations
abonnés
HLR-VLR Services supplémentaires
MSC-SM-GMSC Transport SM
MSC-MSC Exécution de Handover
GVLR-VLR
Gestion Informations
abonnés
F MSC-EIR Vérification terminal
B MSC-VLR Divers
H HLR-AUC Authentification
C
D
E
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La station mobile MS
• Elle se compose de deux entités – Équipement : caractérisé par son IMEI ( International Mobile
Equipement Identity)
• Embarqué : Classe 1 (20W en 900 MHz et 1W en 1800 MHz)
• Portable : Classe 2 (8W en 900 MHz et 0,25W en 1800 MHz)
• Portatif : Classe 3 (5W), Classe 4 (2W), Classe 5 (0,8W)
l
– Carte SIM (Subscriber Identity Module)
• SIM Plug-In (Format carte de crédit), pour les terminaux portables, embarqués et certains portatifs
• Micro-SIM (obtenues en découpant le microprocesseur d’une carteSIM plug-in), pour les terminaux portatifs
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Carte SIM
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Les états d’un mobile en GSM
Mise en routedu mobile
Demande de
connexion (trafic
ou signalisation)
Fin de la connexion (trafic
ou signalisation)
Actif
Veille (idle)
Eteint
Extinction du
mobile ou pannede batterie
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Entités de base
• BSS (Base Station Sub-system) : Soussystème radio – BTS ( Base Transceiver Station)
Station de base• assure la transmission radio entre
mobiles et réseau
– BSC ( Base Station Controller ) :Contrôleur de Station de base
• Organe intelligent du sous système radio• Supervise une ou plusieurs BTS• BSC + BTS associées = sous-système
radio
• NSS (Network Sub-System) : Soussystème réseau – MSC ( Mobile services Switching
Centre)• Commutateur du service mobile,
supervise un ou plusieurs BSC et gère les
appels
– VLR (Visitor Location Register ) : contient les données d’abonnement desusagers localisés dans sa zone.
– HLR ( Home Location Register ) :
contient les données d’abonnement desusagers de son réseau.
– AUC ( AUthentication Centre)
– EIR ( Equipement Identity Register )
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Operation Sub-System (OSS)
• L’OSS comprend : – Les centres d’exploitation maintenance (OMC : Operation and Maintenance
Centre)• OMC-R ( Radio)• OMC-S (Switch ou Network )
– Un ou plusieurs Network Management Centres (NMC)• Tous les aspects exploitation maintenance reposent sur le concept de
Telecommunication Management Network (TMN) défini par l’UIT et par laCEPT. Tous les OMCs composent un réseau connecté aux machines de gestionde trafic.
• Fonctions liées à la gestion commerciale ou administrative du réseau :abonnés, terminaux, facturation ( Billing ), comptabilité, statistiques ;
• Gestion de la sécurité ;• Gestion des performances ;• Modification des configurations du réseau ;• Maintenance, gestion des alarmes.
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Operation Sub-System (OSS)Organisation de l’OSS :
1. Équipements d’exploitation et de gestion du réseau, 2. Gestion des abonnements et facturation,
3. Gestion des terminaux mobiles.
OMC-R Gestion desterminaux mobiles
Gestion d’abonnements et facturation
OMC-N
SIMBTS
BTS
BSC
Abis
A
EIR
TRAU
MSC/VLR HLR
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Organisation du réseau
CAACT CT
CTCAA
OMC
MSC/VLR MSC/VLR
BSBS
BS
BSCBSC
BSC
HLR
1 liaison de trafic1 liaison de signalisation
PTSPS
Réseau de télécommunications
Réseau sémaphore n°7
Système cellulaire
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-3 Fonctions des entités
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Fonctions d’un réseau GSM
• Transmission (informations usager et signalisation)
• Gestion des ressources radio (RR): Allocation decanaux
• Gestion de la mobilité (MM): localisation, sécurité
• Gestion des communications (CM): Call control,
Supplementary Services Management, SMS Management
• Exploitation, Administration et Maintenance (OAM)
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Éléments d’une station mobile (1)
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Éléments d’une station mobile (2)
Module d’Interface Usager
Module d’Alimentation
Module de Traitement du
Signal et de Logique
Module Radio
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Éléments d’une station mobile (3)
• Module Radio: émission, réception, modulation, démodulation etsynthèse de fréquence
• Module de Traitement du Signal et de Logique: contrôle lemodule radio, traitement du signal, codage et décodage desinformations, chiffrement, mécanismes de protection et decorrection des erreurs
• Module d’alimentation: interfaces nécessaires avec lesdifférents types de batteries
• Module d’Interface Usager: clavier, écran, signal d’alerte.Contrôlé par un logiciel d’interface Homme-Machine
• Antenne: interne ou externe, permet l’interfaçage physique avec leréseau
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Architecture du sous-système radio GSM
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BTS (1)
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BTS (2)• Bâti dans lequel sont logés des modules électroniques appelés
TRX (Trans-Receiver) : émetteurs-récepteurs
• Zone de couverture = Cellule Gestion de l’émission/réception radio (modulation/
démodulation, égalisation, entrelacement,…) Gestion de la couche physique (multiplexage TDMA, saut de
fréquence lent, codage, chiffrement,…) Gestion de la couche liaison de données (LAPDm)Mesures de la qualité des signaux reçus
Types de BTSs : Standards (20-300 Watts), micro-BTS(0.250-5 Watts)
Valeurs typiques :
De 1 à 7 TRX par secteur en GSM 900.
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BTS (3)
• Chaque site radio comporte : – Un pylône, ou un mât sur lequel sont fixées les antennes
– Les équipements radio (TRX) sont abrités généralement au
pied du pylône – La liaison entre les antennes et le TRX est assurée par des
câbles coaxiaux appelés feeder
• Types des antennes: 2 types d’antennes sont déployés dansun réseau GSM – Antennes omnidirectionnelles qui rayonnent dans toutes les directions « de
la même façon » un site radio = cellule
– Antennes sectorielles un site radio = plusieurs cellules
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BTS (4)
• Avantages des antennes sectorielles – Amélioration de la portée sans faire recours à l’augmentation de la
puissance d’émission
– Augmentation de la capacité du réseau
– Augmentation du taux de réutilisation de fréquence• Configuration d’un site radio
– S444 : site à 3 secteurs, dans chaque secteur il y a 4 TRX
– S666 : site à 3 secteurs, chaque secteur comporte 6 TRX
– S22 : site à 2 secteurs, chaque secteur comporte 2 TRX – Un secteur est identifié par l’azimut et le ti lt de ses
antennes
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BTS : Base Transceiver Station
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BSC
• Gestion des ressources radio – Allocation de fréquences organe « intelligent » du BSS
– Contrôle de puissance des mobiles/BTS
– Décision et exécution du handover – Utilisation des mesures provenant des BTS
• Gestion des interfaces : avec le MSC (concentration
du trafic vers le MSC), avec les BTSValeur s typiques : quelques dizaines à quelques centaines de
BTS par BSC (dimensionnement en nombre de TRX)
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TRAU (Transcoder Rate adaptation Unit )
• Question: La voix est codée sur 13 Kbit/s sur l’interfaceradio du GSM mais le réseau fixe gère des circuits de
parole à 64 Kbit/s Où doit être réalisé le transcodage 13 Kbits/s 64
Kbits/s équipements de transcodage: TRAU (Transcoder Rate
Adaptation Unit ) implanté dans le BSS- Fonctionnellement intégré à la BTS
- Localisé en majorité des cas près du MSC (économieen transmission mais signalisation supplémentaire entreBTS et TRAU)
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Le transcodage de la parole
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TRAU (Transcoder Rate adaptation Unit)
BTS
BTS
BTS
BSC
BSC
BSC
TRAU
TRAU
TRAU
MSC
MSC
MSC
16 kb/s
64 kb/s
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Architecture du sous-système réseau GSM
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Entités de base du NSS
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MSC
• MSC (Mobile-services Switching Centre) : supervise unou plusieurs BSC – Gestion des communications entre mobiles et réseau au sol – Transmission des messages courts
– Gestion des handovers – Gestion des mobiles visiteurs avec le VLR – Fonction GMSC (Gateway MSC) : passerelle pour les
appels en provenance du RTCP à destination d’un abonnémobile par exemple
– Interconnexion avec le réseau fixe (fonctions decommutation)Valeurs typiques : quelques milliers à plusieurs centainesde milliers d’usagers par MSC
HLR/VLR
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HLR/VLR• HLR (Home Location Register ) : Base de données mémorisant les
informations de tous les abonnés du réseau
– Informations d’abonnement (statiques) : IMSI, MSISDN, typed’abonnement (restrictions, services supplémentaires, …) – Informations de localisation (dynamiques) : numéro de VLR du mobile
Valeurs typiques : quelques milliers à plusieurs centaines de milliersd’abonnés par HLR
• VLR (Visitor Location Register ) – Base de données mémorisant les données d’abonnement des abonnés
présents dans une zone géographique
– Souvent associée à un MSC – Données : IMSI, MSISDN, TMSI, MSRN, type d’abonnement, zone de
localisation, …
Valeurs typiques : quelques milliers à plusieurs centaines de milliersd’usagers par VLR
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EIR/AUC• EIR (Equipement I denti ty Register )
– Base de données contenant les identités des terminaux (IMEI) – Associée au MSC – Contrôle d’homologation, déclaration de vol,… – Liste:
Blanche: cellulaire homologué fonctionnel
Grise : cellulaire dysfonctionnel Noire : cellulaire volé et interdit d’accès
• AUC (AUthentication Center ) – Mémoriser pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour
authentifier les demandes de services et chiffrer les communications – Associé à chaque HLR
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-4 Services
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Classification des services
Services support :bearer services comprennent l’offre d’une capacité detransmission entre des interfaces utilisateurs définis.
Téléservices :
Comportent une offre de communication incluant lesterminaux et éventuellement des applications.
Services supplémentaires :
Regroupent toutes les facilités d’utilisation qui peuventêtre offertes en complément des services précédents.
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Services support / Téléservices (1)
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Services support / Téléservices (1)
Services support : décrivent les caractéristiques du canal de transmission établi entreutilisateurs. À chaque service support correspond une capacité de transmission dotée decertaines caratéristiques.
- le débit (1200, 2400, 4800, 9600 bits/s);
- le type d’accès (synchrone, asynchrone); - le mode de transmission;- la configuration (symétrique, asymétrique).
Téléservices : décrivent les principaux services offerts à l’utilisateur par le réseau(téléphonie classique, les appels d’urgence, les messages courts)
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Services supplémentaires GSM
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-5 Interface radio
S hé d è d
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Schéma du sous-système detransmission radio
Bits d’information
(émission)Codageen blocs
Codageconvolutionnel Segmentation Entrelacement
ChiffrementConstitutiondes bursts
Multiplexagedes bursts
Codagedifférentiel Modulation
TransmissionAntenne Interface Radio
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Bandes de fréquence GSM utilisées dans le monde
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GSM vs DCS 1800
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Canaux GSM
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Canaux DCS
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Saut de fréquence
• But:accroître la capacité intrinsèque en diminuant le
brouillage
1 IT d’une même trame transmis de façon alternée sur uncertain nombre de fréquences
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7f1
f2
f3
Paquet émis par le mobile (IT n°3 alloué)
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Contrôle de puissance
• Puissance de l’émetteur (mobile et BTS) ajustée enfonction du niveau de puissance reçu
Réduction diminue le brouillage
Augmentation compense l’affaiblissement Minimiser la consommation des émetteursCauses conduisant à l’augmentation ou la diminution
de la puissance émise Éloignement ou rapprochement d’une MS de sa BTS Augmentation ou diminution du niveau d’interférence sur
le canal radio
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Transmission Discontinue (DTX)
• Dans les communications de parole : Rarement que les deux intervenants parlent en même temps Les caractéristiques de la parole font apparaître des silences entre les mots Le taux d’utilisation du canal de transmission usager est en moyenne de 40% Interrompre l’émission pendant les silences de parole pour diminuer l’énergie émise
sur la voie radio
« La transmission discontinue » ou DTX , Discontinuous transmission
• L’algorithme de détection d’activité vocale (VAD) détermine la nature del’échantillon codé:
L’émetteur n’entre en fonction que le temps nécessaire à la transmission (DTX , Discontinuous transmission)
Bruit ambiant évalué au niveau du mobile et transmission périodique à undébit très réduit d’une trame permettant de régénérer le bruit de fond sur lerécepteur Comfort Noise
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Structure des canaux GSM sur
l’Interface Radio
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Trame GSM
• Canaux physiques: blocs d’information multiplexés dans letemps sur une même porteuse par l’intermédiaire d’une trameTDMA
• TTDMA = 8 IT = 4,6152 ms ; Tslot = 577 μs
0 1 2 3 4 5 6 7
4,6152 ms
3 31 157 5726
Données DonnéesApprentissage
Slot : 577 μs
Délaide
garde
30,46 μs
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Canaux physiques /logiques du GSM (1)
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Canaux physiques /logiques du GSM (2)
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Fréquences/ Canaux
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Canaux, Bursts et Trames (1)
• Technique d’accès multiple : AMRT (accès Multiple àRépartition dans le Temps).
• 1 porteuse (bande de fréquence) Structure de trame à 8 intervalles de temps (IT, time slot ou
slot).Slot : Fenêtre temporelle et fréquentielle, Utilisé pour transmettre des informations (usager ou système). Fréquences centrales des slots : positionnées à des intervalles
de 200 kHz. Durée = 0.577 ms.
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Canaux, Bursts et Trames (2)
• Canal GSM répétitif dans le temps = un slot tous les n trames.
Deux types de canaux physiques :
Canaux à fréquence fixe.Canaux à saut de fréquence.
Deux types de canaux logiques :
Canaux de contrôle pour la transmission de signalisationCanaux de trafic pour le transfert des informations.
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Canal physique duplex
Ce décalage permet de rejeter le signal provenant d’une éventuelle autre stationProche émettant pendant une phase de réception du mobile
Structure temporelle et bursts (1)
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Structure temporelle et bursts (1)
• Trames regroupées en multitrames (26 pour le trafic et 51 pour la signalisation), puis en supertrames et enfin enhypertrames
Différents bursts:
bursts normaux: 2 blocs de 57 bits d’information, séparés par uneséquence d’apprentissage nécessaire à la reconnaissance del’information utile, des bits d’entête et des temps de garde
bursts de correction de fréquence: 142 bits à 1, pour ajuster lessynthétiseurs des récepteurs
bursts de synchronisation: séquence de synchronisation de 64 bits (synchronisation au bit près) + informations sur l’identité de laBTS + informations sur les ITs utilisés dans la trame
burst d’accès: émis par un mobile pour accéder au réseau
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Structure temporelle et bursts (2)
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Structure temporelle et bursts (3)
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 24 25 0 1 2 49 50
0 1 2 25
0 1 2 49 50
0 1 2 1322 1323 1324 1325
Hypertrame = 2048 supertrames (3 heures, 28 minutes, 53 secondes, 760 msec)
Supertrame = 26 * 51 multitrames (6.12 sec)
Multitrame à 26 trames (120 ms) Multitrame à 51 trames (235.8 msec)
Trame TDMA (4.6152 ms)
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Canaux logiques du GSM
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Canaux logiques du GSM
CCCH: Common Control Channel
Prévenir les mobiles des appels entrants
Faciliter leurs accès au système
Envoi de message court
Allocation d’un canal dédié pour identifier le mobile,l’authentifier et déterminer sa demande
Allocation de ressources
UL Risque de collision !Accès Partagé : Slotted ALOHA
Burst de taille réduite pour réduire ce risque
Houda Khedher
Canaux logiques du GSM
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Canaux logiques du GSM
BCH: Broadcast Channel
Permet à un mobile de se raccorder en permanence à la
station de base la plus favorable.
Propre à chaque BTS Fréquence particulière appartenant à l’ensemble des
fréquences allouées à la BTS.
Le mobile mesure sur cette voie le niveau du signal reçu de
la BTS.
Voie Balise
Houda Khedher
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Canaux logiques du GSM
Canaux
non
dédiés
Canaux
dédiés
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Canaux logiques du GSM
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Pile protocolaire du GSM (2)
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Pile protocolaire du GSM (3)
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Houda Khedher 76
-6 Procédures GSM
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Identification
Houda Khedher 77
Identification
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Houda Khedher 78
Identification
• IMSI ( International Mobile Subscriber Identity) : identifiant
unique de l’abonné dans le monde GSM • TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity): identité propre
à un VLR permet d’identifier de façon temporaire lesutilisateurs dans ce VLR
• MSISDN ( Mobile station International ISDN Number ):identité de l’abonné visible dans le monde téléphonique
• MSRN ( Mobile Station Roaming Number ): identité permettantl’acheminement des appels entre le MSC passerelle vers leréseau téléphonique public et le MSC courant du mobile
• IMEI ( International Mobile station Equipment Identity):identifie non plus l’abonné mais le terminal mobile.
IMSI (I nternational M obile S ubscriber I dentity)
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( y)
• Identifie chaque usager, - International et invariant dans le temps,
• On évite de le transporter sur l’interface radio, • Identifie l’abonné et permet de l’appeler (si TMSI non disponible). • Mobile Country Code (MCC) : pays de l’abonné. • Mobile Network Code (MNC) : PLMN nominal de l’abonné.
• Mobile Subscriber Identification Number (MSIN) : identifiel’abonné mobile à l’intérieur du réseau GSM.
MCC MNC MSIN
NMSI
IMSI NMSI : National MSI
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MSISDN (Mobile Subscriber ISDN)
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MSISDN (M obile S ubscriber ISDN )
• Numéro RNIS (Mobile Station ISDN),
• Identifie l’abonné pour le «monde extérieur», • Numéro composé par une personne désirant joindre un
abonné mobile.• Country Code (CC) : code du pays où la MS est
enregistrée,• National (significant) Mobile Number : composé du
National Destination Code (NDC) et du Subscriber Number (SN).
CC NDC CSN
IMEI (I nternational M obile E quipment I dentity)
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( q p y)
• TAC (Type Approval Code) : codé sur 6 chiffres
fourni au constructeur après agrément,• FAC ( Final Assembly Code) : codé sur 2 chiffres
identifiant l’usine de fabrication,
• SNR (Serial Number ) : codé sur 6 chiffres, librementaffecté par le constructeur,
• SP (Spare) : 1 chiffre réservé.
TAC FAC SNR SP
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Gestion des appels
Introduction
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Introduction
MSISDN MSISDN
IMSI
MSRNMSRN
MSRN TMSI ou IMSI
Posteappelant
GMSC HLR MSC/VLR MS
Identités utilisées lors d’un appel entrant
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Appel sortant (1)
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Appel sortant (1)
Procédure : La MS demande une ressource radio sur le canal d’accès
(RACH) de sa cellule,
Le BSS la lui alloue, La MS envoie alors sa demande de service en incluant son
identité,
Le VLR vérifie l’identité de la MS qui peut alors envoyer sademande de connexion au MSC,
Allocation d’un canal de trafic et établissement de lacommunication
Appel entrant international (1)
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pp ( )• Éléments supplémentaires :
PTS internationaux CI (Centre International) Passerelles : réseau PLMN/réseau sémaphore réseau national/réseau international
Interconnexion des réseaux sémaphores
MobileApplication
Part
MobileApplication
Part
TCAP
SCCP
TCAP
SCCP
(passerelle)SCCP
(passerelle)SCCP
MTPréseau national 1
MTPréseau international
MTPréseau national 2
A l t t i t ti l (2)
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Appel entrant international (2)Soit F (abonné fixe par exemple) dans le pays P1. F souhaite joindre un
abonné mobile M du pays P1 se trouvant à cet instant là dans le pays P2.
Déroulement
(a) Appel routé au HPLMN de M(b) Le GMSC établit une liaison sémaphore jusqu’au HLR de M
(c) Le HLR de M interroge le VLR courant de M(d) Le VLR courant de M envoie MSRN au HLR qui le renvoie au
GMSC(e) Le GMSC établit une liaison téléphonique vers le VMSC à travers
RTC
(f) Le VMSC demande à son VLR les informations concernant M(g) M est recherché dans toutes les cellules de sa zone de localisation(h) Le mobile répond : connexion établie entre mobile et réseau
Appel entrant international (3)
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Appel entrant international (3)
PTS
PTS
HLR GMSC
CAA
CI
CI
CAA
CAA
VLR
VMSCBTS/BSC
h PLMN2
PLMN1 Pays P1
Pays P2
a
a
d c
dc
e
bf
g e
A l t t i t ti l (1)
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Appel sortant international (1)
Abonné mobile M d’un pays P1 localisé dans le pays P2 désirantétablir une communication avec un abonné fixe F du pays P1
Différentes étapes
Localisation et authentification réalisées avant l’appel
M tape le numéro et la MS envoie ces informations au MSC MSC interroge VLR courant de M pour droits d’accès
MSC alloue un canal de trafic au mobile
Établissement de l’appel avec le réseau extérieur MSC établit l’appel à travers un des CAA auquel il est relié.Appel routé dans le réseau fixe vers un CI de départ à partirduquel il est routé vers le pays P1
A th tifi ti (1)
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Authentification (1)
• Peut être déclenchée à tout moment par le réseau
• Le réseau connaît la clé individuelle d’authentification Ki et l’algorithme d’authentification A3 contenus dans laSIM
En utilisant un nombre aléatoire RAND généré par le
réseau, le mobile calcule la réponse signée SRES obtenueavec Ki et A3. Le réseau exécute le même calcul etcompare les réponses
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Chiffrement (1)
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( )
• But : garantir une confidentialité totale des informations
transmises sur la voie radio.• Le mobile calcule la clé de chiffrement K c avec K i et
l’algorithme A8 et le nombre aléatoire RAND
Chiffrement (2)
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( )
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-7 Nouveaux services et Évolutions
Transfert de données en GSM (1)
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Transfert de données en GSM (1)BSS NSS
Réseau dedonnées
BTS MSC IWF
InterWorking
Function
• IWF (InterWorking Function) : Interface entre réseau GSM et réseau
extérieur• Entrelacement plus profond que pour la voix• 2 modes de fonctionnement :
• Mode transparent :• pas de correction d’erreurs
• conditions favorables : bon SNR, mobilité restreinte• débit utilisateur théorique : 14,4 Kbits/s
• Non transparent :• utilisation d’un protocole de reprise sur erreurs RLP (Radio Link Protocol)
• débit utilisateur théorique : 9,6 kbit/s
Le transfert de données en GSM (2)
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Le transfert de données en GSM (2)
• Débit de transmission limité à 9,6 Kbps• Temps d’établissement long (20 à 25s)
• Facturation selon le temps de connexion et non pas en fonction du volumede données transférées
• Pas de souplesse dans l’adaptation du débit
• Interconnexion complexe avec les réseaux paquet
… et les opérateurs demandent
Une utilisation efficace de la ressource radio (débit à la demande)
Un accès simplifié aux réseaux paquet (Internet) Plus d’utilisateurs desservis classés selon leurs besoins de transfert (QoS)
Évolution du GSM
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Évolution du GSM
HSCSD
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HSCSD
• HSCSD : H igh Speed Circuit Switched Data
• Proposé principalement par Nokia. Spécification finalisée en 1999.• Évolution essentiellement logicielle du GSM
• Repose sur la possibilité d’allouer simultanément plusieurs canaux physiques dans
la limite des slots disponibles (8 14,4 Kbps théorique) (38,4 Kbps en pratique)
• Allocation de ressources radio à la demande. Configurations asymétriques (n ITs
sur le canal montant et m ITs sur le canal descendant).
• Pas de support de données multimédia
• Ligne monopolisée dans tout le réseau pour un trafic de données de nature très
sporadique
• Tarif fonction de la durée, pas de la quantité de données transférées
HSCSD : payer tous les canaux utilisés !!!
• Peu de succès : seulement utilisé dans ~15 pays
• Allemagne, Autriche, Danemark, Grande Bretagne, Hongrie, Luxembourg,
Suisse…
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Types de services
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Types de services
• GPRS propose 2 catégories de services – PTP : Point-To-Point
• Sans connection : – Web, Mail, …
• Avec connection :
– Telnet, validation de carte de credit, …
– PTM : Point-To-Multipoint• Multicast Service (PTM-M) :
– New, diffusion de la météo, … • Group Call Service (PTM-G)
– Vidéoconférence
Architecture GPRS
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Architecture GPRS
De GSM à GPRS
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De GSM à GPRS
Elément Software HardwareMS upgrade upgrade
BTS upgrade No change
BSC upgrade PCU interfaceMSC / VLR upgrade No change
HLR Upgrade No change
SGSN New NewGGSN New New
• SGSN : Serving GPRS Support Node
• GGSN : Gateway GPRS Support Node
EDGE
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Houda Khedher 105
• EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Évolution • Objectifs
Modulation à plus forte efficacité spectrale et pour la transmission de
données à haut débit
Technique d’adaptation de lien pour optimiser le taux de codage enfonction des conditions de propagation
Application : trafic GPRS (E-GPRS : Enhanced-General Packet Radio
Service ) et HSCSD (ECSD : Enhanced Circuit Switch Data )
Principe d’EDGE
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Principe d EDGE
EDGE (1)
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Houda Khedher 107
EDGE (1)
Modification au niveau du réseau
BTS : ajout/remplacement de cartes et/ou mise
à jour logicielle
BSC : mise à jour logicielle
EDGE (2)
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Houda Khedher 108
EDGE (2)
Algorithme d’adaptation de lien
Principe : sélectionner le schéma de modulation et de codagele mieux adapté aux conditions radio rencontrées par le mobile
en regard de la qualité de service requise sur la liaison
en cas de conditions favorables : un ensemble modulation-codage efficace, offrant une protection réduite, est utilisé
en cas de conditions difficiles : un schéma de modulation-codage robuste est préférable
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Réseaux de technologies 2G, 2.5G, 2.75G et 3G
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Houda Khedher 110
Réseau Débit Type de commutation Evolutions d’infrastructures parrapport au GSM
GSM (2G) 9,6 kb/s Circuit
GSM (2G) 14,4 kb/s Circuit
HSCSD(2.5G)
56 kb/s Circuit haut débit
GPRS(2.5)
112 kb/s Paquet Évolution logicielle, mise en placed’un réseau dorsal IP, évolution duréseau d’accès et des terminaux
EDGE(2.75G)
300 kb/s Paquet haut débit Évolutions des stations de base(changement de la modulation) et
des terminaux au niveau matérielUMTS(3G)
2 Mb/s Paquet très haut débit Modification de toutel’infrastructure radio (spectre defréquences plus large etmodification du codage de
données), réseau que des terminaux
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 111
-8 Évolution vers la 3ème génération
Systèmes de troisième génération
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Houda Khedher 112
Systèmes de troisième génération
• UMTS ( ETSI ) : Universal Mobile TelecommunicationsSystem.
• FPLMTS (UIT ) : Future Public Land MobileTelecommunication System.
• IMT-2000 (UIT ) : International MobileTelecommunication system 2000 (remplace leFPLMTS).
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Objectifs initiaux IMT-2000
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 114
Objectifs initiaux IMT 2000
• Couverture universelle avec roaming inter-réseaux.
• Nombre minimum d’interfaces radio.
• Uniformité des protocoles et interfaces réseau.
Couverture Universelle
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 115
Couverture Universelle
• Roaming inter-réseaux.
• Indoor et Outdoor.
• Professionnel et Résidentiel.
• Mobilité réduite et Mobilité élevée.
• Mobile, Piéton, Fixe, RBL.
Wireless Application Protocol (WAP)
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Houda Khedher 116
• Objectif : permettre l’accès des mobiles à des sites d’information interactifs.
Le WAP ne permet pas une connexion directe à Internet mais seulement à des sites
adaptés conçus par les opérateurs ou par les fournisseurs de services WAP
Donner l’accès aux contenus Internet (contenus téléchargés à partir de sitesInternet) et à des services évolués (messagerie unifiée, services financiers,informations météorologiques, commerce électronique, annuaires)
• WAP définit une couche de protocoles ainsi qu’un environnement d’applications pour le
déploiement de services optimisés pour l’environnement radio-mobile.
Wireless ApplicationEnvironment (WAE)
Encodeurs/Décodeurs
Scripts
Contenu
Client (usager mobile) Passerelle Serveur WAP
Interfaceradio
Internet
DemandeDemande encodée
Réponse encodéeRéponse avec contenu
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 117
Gestion de la localisation
Localisation
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 118
Localisation
• Cellules sont regroupées en zones de localisation.• Chaque VLR contient une ou plusieurs zones de
localisation.• Un mobile sous tension est enregistré dans une zone
de localisation.• Le HLR garde le numéro de VLR où est enregistré le
mobile.
• Le mobile écoute le canal de diffusion. S’il détecte unchangement, il se signale au réseau Mise à jour delocalisation.
Mise-à-jour de localisation périodique
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 119
Mise à jour de localisation périodique
Valeurs possibles : 6 minutes-24 heures (valeur infinie possible pour annuler la m-à-j de localisation périodique). Utilisée pour palier aux pannes éventuelles des HLR et VLR
Procédures IMSI Attach et Detach
• IMSI Attach
• IMSI Detach : Mise hors tension ou retrait de la carte SIM
Recherche d’abonné(paging ) :
TMSI utilisé, si celui-ci est disponible, dans les messages d’avisde recherche, sinon, IMSI
3 cas de m-à-j. de localisation
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 120
3 cas de m à j. de localisation
• inter-VLR avec IMSI (Mise en œuvre lorsquele mobile a perdu son TMSI)
• inter-VLR avec TMSI
• intra-VLR (le mobile change de zone de
localisation sans changer de VLR)
HO GSM (1)
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 121
HO GSM (1)
• HandoverLe mobile doit, au cours d’une communication,changer de canal radio et/ou de cellule.
Causes principales : La qualité du lien radio, Le niveau de champ, L’éloignement de sa station de base, Existence d’un canal radio permettant d’économiser
de la puissance.
HO GSM (2)
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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Houda Khedher 122
O GS ( )
Handover inter-cellulaire- Les mesures montrent un niveau de champ (RXLEV)
et/ou une qualité (RXQUAL) faible sur la cellule
courante et un niveau de champs meilleur sur unecellule voisine.
- Une cellule voisine permet la communication avec un
niveau de puissance plus faible (MS sur le bord de lacellule).
HO GSM (3)
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8/18/2019 Chap7 GSM Esprit
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( )
Handover intra-cellulaire- Handover d’un canal/IT (timeslot) de la cellule
courante vers un autre canal/timeslot de la même
cellule,- Qualité (RXQUAL) faible et niveau de champ
(RXLEV) élevé dans la cellule de service (indique
une dégradation de la qualité due aux interférences).