chap7 gsm esprit

8/18/2019 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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Houda Khedher 3

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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Houda Khedher 4

-1 Motivations et Historique


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Houda Khedher 5

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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Houda Khedher 6

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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Houda Khedher 7

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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Houda Khedher 8

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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Houda Khedher 9

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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Houda Khedher 11

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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Houda Khedher 12

Entités de base (1)


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Houda Khedher 13



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Houda Khedher 14


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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Houda Khedher 15

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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Houda Khedher 16

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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Houda Khedher 18

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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Houda Khedher 19

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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Houda Khedher 20

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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Houda Khedher 21

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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Houda Khedher 22

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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Houda Khedher 23

-3 Fonctions des entités


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Houda Khedher 24

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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Houda Khedher 26


Module d’Interface Usager

Module d’Alimentation

Module de Traitement du

Signal et de Logique

Module Radio


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Houda Khedher 27


• 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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Houda Khedher 29

BTS (1)


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Houda Khedher 30

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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Houda Khedher 31

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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Houda Khedher 32

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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Houda Khedher 33

BTS : Base Transceiver Station


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Houda Khedher 34

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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Houda Khedher 35

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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Houda Khedher 37

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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Houda Khedher 41

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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Houda Khedher 42

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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Houda Khedher 43

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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Houda Khedher 44

-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.

Houda Khedher 45

Services support / Téléservices (1)


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Houda Khedher 46

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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Houda Khedher 47

Services supplémentaires GSM


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Houda Khedher 48

-5 Interface radio

S hé d è d


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Houda Khedher 49

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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Houda Khedher 51

GSM vs DCS 1800


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Canaux GSM

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Canaux DCS

Houda Khedher 53


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Houda Khedher 54

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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Houda Khedher 55

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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Houda Khedher 56

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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Houda Khedher 57

Structure des canaux GSM sur

l’Interface Radio


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Houda Khedher 58

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)

Houda Khedher 60


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Houda Khedher 61

Fréquences/ Canaux


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Houda Khedher 62

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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Houda Khedher 63

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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Houda Khedher 64

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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Houda Khedher 65


• 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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Houda Khedher 66


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Houda Khedher 67


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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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



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70


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

non

dédiés

Canaux

dédiés


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Houda Khedher 72



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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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Houda Khedher 79

( 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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Houda Khedher 81

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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Houda Khedher 82

( 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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Houda Khedher 84

Gestion des appels

Introduction


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Houda Khedher 85

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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Houda Khedher 87

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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Houda Khedher 88

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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Houda Khedher 89

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



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Houda Khedher 90


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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Houda Khedher 91

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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Houda Khedher 92

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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Houda Khedher 94

( )

• 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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Houda Khedher 95

( )


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Houda Khedher 96

-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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Houda Khedher 103

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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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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Objectifs initiaux IMT-2000


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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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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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Houda Khedher 117

Gestion de la localisation

Localisation


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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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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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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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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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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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( )

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).

chap7 gsm esprit

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