Technique GSM

Structures temporelles du système GSM

Canaux logiques du système GSM

Exemples de configuration de BTS

Gestion des puissances

Le Rx level et les critères C1 et C2

BCCH Allocation List (BA_List)

Calcul de la valeur du Timing Advance

Glossaire

Structures temporelles du système GSM

Chaque porteuse est divisée en intervalle de temps, le plus petit élément de ces structures est le slot, d'une durée de 0,5769 ms il permet de véhiculer avec une périodicité bien définie des éléments d'informations appelés "burst". Les slots ou "Time slot" sont groupés par huit afin de définir l'élément essentiel du système GSM : la trame TDMA, sa durée est de 8 x 0,5769 = 4,6152 ms. Chaque utilisateur utilise un slot par trame TDMA, ces slots sont numérotés avec un indice TN (Time slot Number) allant de 0 à 7. Le système GSM est constitué principalement de canaux logiques, c'est canaux sont la résultante d'une répétition périodique de slots dans la trame TDMA, on l'appel la multi-trame. Tous les canaux logiques n'ont pas les mêmes besoins, certains se contentent de faibles débits alors que d'autres sont beaucoup plus gourmands en ressource. Afin de gérer les débits et de définir une périodicité sur les canaux logiques, on a créé deux structures de Multi-trames. La Multi-trame 26 composé de 26 trames TDMA, d'une durée de 120 ms, et la Multi-trame 51, composée de 51 trames TDMA, d'une durée de 235,8 ms. Pour gérer ces deux multi-trames, on a créé la Super-trame, structure rassemblant 26 Multi-trame 51 ou indifféremment 51 Multi-trame 26. Sa durée est de 6,12 s, mais la Super-trame n'a pas de fonction essentielle, son seul rôle est de contribuer à la définition de l'Hyper-trame. Composé de 2048 super-trames, sa période est de 3h 28mn 53s 760 ms. Elle va servir de base à la création d'un code de temps : "Time code", chaque trame TDMA composant la l'Hyper-trame se voit attribuer un numéro : "Frame Number". Ce compteur va permettre au mobile de se synchroniser finement avec la cellule en se verrouillant dessus, le "Time code" démarre au même instant pour toutes les fréquences d'une même BTS. Le compteur est aussi utilisé pour le chiffrement dans l'algorithme A5.

Canaux logiques du système GSM

On distingue 2 sortes de canaux dans le système GSM, le canal physique et le canal logique. Le premier peut être une porteuse modulée sur une fréquence (ex : le canal 1 duplex sur les fréquences 935,2 / 890,2 MHz ) ou l'association de 2 canaux logiques TCH + SACCH duplex, qui peut être vue comme un circuit téléphonique classique. Le second est une suite de slots de différentes trames TDMA (modulé sur un ou des canaux GSM) qui mis bout à bout, forme un canal logique. On distingue deux types de canaux logiques : les dédiés, qui allouent une ressource réservée à un mobile afin qu'il puisse communiquer avec le réseau, et ceux, dans les deux sens (duplex). Et les non-dédiés qui sont des canaux partagés par plusieurs mobiles, ils sont diffusés à l'ensemble des mobiles en veille dans la cellule. Ces canaux sont unidirectionnels (simplex) et sont tous dirigé dans le sens BTS - Mobile exception fait du canal RACH, qui lui, est dans l'autre sens. Le canal physique supporte plusieurs canaux logiques

Type de canal Canal logique Slot possible

Multi trame

Fonction

Broadcast Channel

Simplex Non-dédiés

FCCH Fréquency Correction CHannel

0 51 Calage fin du mobile sur la fréquence porteuse

SCH Synchronization CHannel

0 51 Synchronisation du mobile avec la cellule

BCCH Broadcast Control CHannel

0 2,4,6

51 Diffusion au mobile des informations de la cellule

Common Control Channel

Simplex Non-dédiés

PCH Paging CHannel

0 2,4,6

51 Canal par lequel le mobile reçoit les appels en provenance du réseau

RACH Random Access CHannel

0 2,4,6

51 Canal par lequel le mobile accède au réseau de façon aléatoire pour répondre ou lancer un appel.

AGCH Access Grant CHannel

0 2,4,6

51 Le réseau communique par ce canal pour informer le mobile par où, quand et comment il doit établir une communication

CBCH Cell Broadcast CHannel

0 1,2,3

51 Diffusion sur ce canal des messages courts de type info routière, météo etc..

Dedicated Control Channel

Duplex Dédiés

SDCCH Stand-Alone Dedicated Control CHannel

0 1 à 7

51 Canal de signalisation, mise à jour de localisation etc...

SACCH Slow Associated Control CHannel

0 0 à 7

51 26

Canal de supervision d'une liaison, control de la puissance, de la qualité, remonté de mesure. Il peut être associé soit à un canal SDCCH (multi-trame 51), soit à un canal TCH (multi-trame 26).

FACCH Fast Associated Control CHannel

0 à 7 26 Canal de supervision d'une liaison, lors d'une communication, il sert à exécuter le Hand-Over, ce canal n'existe que par le vol de slots du canal TCH

Traffic Channel Duplex Dédiés

TCH Traffic CHannel

0 à 7 26 Canal supportant le trafic voix ou data

Exemples de configuration de BTS en mode Full Rate

une BTS avec 1 TRX : 8 TN (Time slot Number) = 7 communications TN 0 pour le FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH et 4 SDCCH et leurs SACCH TN 1 à 7 : 1 TCH et son SACCH par slot une BTS avec 4 TRX : 32 TN = 29 communications TN 0 pour le FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH . 2 TN : 8 SDCCH et leurs SACCH associés par slot 29 TN : 1 TCH et son SACCH par slot

une BTS avec 12TRX : 96 TN = 87 communications TN 0 pour le FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH TN 2 : BCCH, PCH, AGCH et RACH TN 4 : BCCH, PCH, AGCH et RACH TN 6 : BCCH, PCH, AGCH et RACH 5 TN : 8 SDCCH et leurs SACCH associés par slot 87 TN : 1 TCH et son SACCH par slot

Gestion des puissances

Lors d'une communication, le mobile peut effectuer sur demande du réseau, une augmentation ou une diminution de son émission par pas de 2 dBm toutes les 60 ms. Ce changement sur l'initiative du réseau, résulte d'une lecture des remontées de mesures effectuées par le mobile toute 480 ms sur le canal SACCH (soit toutes les 4 multi_trame26 = 104 trames TDMA)

900 MHz

Mesure 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Watts 8 5 3.16 2 1.260 0.794 0.501 0.316 0.199 0.125 0.079 0.050 0.032 0.020 0.012 0.007 0.005 0.003

dBm 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5

1800 MHZ

Mesure 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Watts 1 0.631 0.251 0.398 0.158 0.1 0.063 0.04 0.025 0.016 0.01 0.006 0.004 0.0025 0.0015 0.001

dBm 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

Les résultats des tableaux sont donnés par les relations suivantes : Watt = 10(dBm/10)*0.001 dBm = 10*log(Watt/0.001)

Le Rx level et les critères C1 et C2

Le Rx level, (niveau de réception) est une mesure quantitative du niveau de champ reçu sur le canal BCCH en veille. Le BCCH, est toujours émis à puissance constante depuis

la BTS et il n'est pas soumis au saut de fréquence. C'est la mesure certainement la plus connue des utilisateurs de mobiles, sa visualisation se fait sur un bargraphe indiquant le niveau de réception du réseau. Pour les mobiles pratiquant le "netmonitoring", des chiffres précis donnent l'état de réception de la BTS. En veille, le mobile mesure le champ, en moyennant les 8 "burst" BCCH, de 2 multi-trame_51 reçu. En communication la mesure s'effectue sur les canaux TCH, SACCH, SDCCH et FACCH toutes les 480 ms, comme en veille, il s'agit d'une moyenne des niveaux reçus sur les "Burst" mais sur 4 multi-trame_ 26. Le nombre de "Burst" pris en compte varie s'il s'agit d'un canal Full rate ou Half rate et si le DTX est activé ou non. Pour un canal Full rate et sans DTX le nombre d'échantillons est de 100 "Burst", pour un canal Half rate et sans DTX le nombre est de 52. Lorsque le DTX et le control de puissance sur la voie descendante sont activés, la mesure ne s'effectue plus que sur 12 "Burst" du canal TCH et SACCH. En veille, le mobile va non seulement mesurer la BTS sur laquelle il est campé, mais aussi les BTS aux alentours pour pouvoir préparer le cas échéant la sélection d'une autre BTS. Le réseau fournit au mobile la liste des BTS qu'il doit écouter et mesurer dans une "BCCH allocation list" diffusé sur le canal BCCH de la BTS d'accroche.

Le critère C1 est un paramètre vérifiant que la cellule sélectionnée est toujours parfaitement reçu et qu'elle ne subit pas un affaiblissement trop fort par rapport à d'autres cellules avoisinantes. Pour vérifier cette hypothèse, le critère C1 est composé de 2 parties. Une partie définissant les capacités du mobile et une autre celles de la BTS. L'équation vérifie la liaison descendante et montante. Ce critère s'écrit comme suit :

C1 = (RxLev – RX_Access_Min – MAX (Max_TXPWR_Max_CCH – Max. mobile RF Power,0)

RxLev : Niveau de champs reçu sur le canal BCCH en veille et en communication sur les canaux TCH, SACCH, SDCCH et FACCH (en dbm)

RX_Access_Min : Niveau minimum autorisé par la BTS pour que le mobile puisse s'accrocher à elle (en dbm). Max_TXPWR_Max_CCH : Paramètre fixant la puissance à laquelle le mobile doit émettre lors de l'accès initial à une cellule. Si ce paramètre est supérieur à la classe de puissance du mobile, celui-ci émet à sa puissance maximale (30 dbm pour un 1W, 33 dbm pour un 2W et 39 dbm pour un 8W). Max. mobile RF Power : Puissance maximal avec laquelle le mobile est capable d'émettre vers la BTS, ce paramètre est défini par la classe du mobile (30 dbm pour un 1W, 33 dbm pour un 2W et 39 dbm pour un 8W). Max (X,0) signifie que si X > 0 = X et si X<0 = 0

Exemples :

BTS paramétrée pour des mobiles 2W avec un Rx_Access_Min de -103 dbm et un mobile 2W affichant un RxLevel de -80 dbm C1 = ((-80 dbm) - (-103 dbm)) - Max((33dbm)-(33dbm),0) C1 = (23) - Max(0,0) C1 = 23

BTS paramétrée pour des mobiles 2W avec un Rx_Access_Min de -103 dbm et un mobile 8W affichant un RxLevel de -80 dbm C1 = ((-80 dbm) - (-103 dbm)) - Max((33dbm)-(39dbm),0) C1 = (23) - Max(-6,0) C1 = 23

BTS paramétrée pour des mobiles 8W avec un Rx_Access_Min de -103 dbm et un mobile 2W affichant un RxLevel de -80 dbm C1 = ((-80 dbm) - (-103 dbm)) - Max((39dbm)-(33dbm),0) C1 = (23) - Max(6,0) C1 = 17 Ce qui a pour effet de diminuer artificiellement le Rx_Access_Min à - 97 dbm pour le mobile 2W.

BTS paramétrée pour des mobiles 8W avec un Rx_Access_Min de -103 dbm et un mobile 8W affichant un RxLevel de -80 dbm C1 = ((-80 dbm) - (-103 dbm)) - Max((39dbm)-(39dbm),0) C1 = (23) - Max(0,0) C1 = 23

Le critère C2, appelé critère de re-sélection est implémenté en phase 2. Il a pour fonction de favoriser ou de défavoriser une cellule candidate à la re-sélection pendant un temps donné. Lorsqu'il est présent, le critère C2 remplace le critère C1 pour la re-sélection de cellule, le critère C1 fait partie de l'équation du critère C2 :

Si Penalty_Time < 31 (620s) : C2 = C1 + (Cell_Reselect_Offset - (Temporary_Offset x Penalty_Time)). Si Penalty_Time = 31 (620s) : C2 = C1 - Cell_Reselect_Offset .

Cell_Reselect_Offset : Valeur de l'offset permanent ajouté à C1. Temporary_Offset : Offset temporaire servant à défavoriser une cellule le temps du Penalty_Time. Penalty_Time : Durée pendant laquelle le Temporary_Offset va être appliqué.

BTS paramétrée pour des mobiles 2W avec un critère C1 de 23 dbm, un offset de 16 dbm et Temporary_Offset de 60 dbm et un Penalty_Time de 20 secondes.

C2 = C1 + 16 - (60 dbm pendant 20 secondes) Pendant les 20 premières secondes, lorsque la BTS apparaît parmi la liste des cellules voisines, le critère C2 est défini ainsi : C2 = 23 + 16 - 60 soit C2 = -21 dbm ensuite : C2 = 23 + 16 soit C2 = 39 dbm

Le but du Penalty_Time, est de pouvoir défavoriser une cellule par rapport à une autre, afin d'éviter que le mobile ne la sélectionne alors que sa vitesse de déplacement va

faire qu'il va effectuer une re-sélection dans un court laps de temps. Il est souvent utilisé sur des micro-cellules pour que seul les mobiles statiques ou à faibles vitesses les sélectionnent. Un mobile se déplaçant à vive allure engendrerait deux "Hand Over" lors d'une communication alors qu'ils pourraient être évités. Un autre critère joue sur la re-sélection de cellules aussi bien avec les critères C1 que C2, c'est le Cell_Reselect_Hysteresis. Son but est d'éviter les effets "Ping-pong" entre deux cellules n'appartenant pas à la même zone de localisation. Si en veille la bascule entre deux cellules d'une même zone n'a aucune incidence sur le réseau, en revanche elle produit des échanges de signalisation entre le réseau et le mobile entre deux zones différentes. Le Cell_Reselect_Hysteresis va artificiellement déplacer la frontière entre deux cellules. Au lieu d'être centrée entre les deux dans le cas classique, la frontière va se trouver à l'extrême limite de la cellule courante. Ce procédé garantie un faible taux de re-sélection de la cellule précédente, évitant ainsi un trafic inutile; Mais c'est au détriment de l'optimisation de la re-sélection, car la bascule va se produire alors que le Rxlev aura déjà bien chuté. Le Cell_Reselect_Hysteresis n'existe que pour la re-sélection de cellules en veille, car lors d'une communication il y a de toute façon des échanges de signalisations à chaque changement de cellules, qu'elles soit dans la même zone ou non. La cellule courante va se voir attribuer un critère C1 et C2 augmenté de la valeur du Cell_Reselect_Hysteresis, de 2 à 14 dbm supplémentaire par pas de 2dbm. Dans le cadre de la re-sélection classique d'une cellule par un mobile, la bascule ne peut se faire que toutes les 5 secondes au minimum, avec deux cellules de zones différentes venant d'être re-sélectionné par le mobile, le temps d'attente avant re-sélection vers l'ancienne cellule est portée à 15 secondes mais reste à 5 secondes pour les cellules de la même zone.

BCCH Allocation List ou BA_List, (étude réalisée par Olivier Boudot.)

Qu'est-ce qu'une "BA_List" ?

Une fois qu'il est connecté à un réseau GSM, c'est à dire qu'il est "calé" sur la voie balise (encore appelée "BCCH") de la cellule courante, le mobile ne recherche pas en permanence tous les canaux sur lesquels sont susceptible de se trouver d'autres voies balise exploitables dans la zone où il se trouve : En effet, entre les 124 canaux GSM-P et les 50 canaux supplémentaires E-GSM en 900 MHz, mais aussi les 374 canaux GSM en 1800 MHz, le nombre de fréquences à "scanner" serait trop élevé, entraînant une dépense d'énergie conséquente, mais aussi inutile, la quasi-totalité des réseaux ne s'étant vu attribuer qu'une portion réduite du spectre utilisable, correspondant à un nombre limité de fréquences.

Ainsi, il revient à la cellule courante de diffuser une liste limitative de canaux, parmi lesquels le mobile devra rechercher et sélectionner en permanence les six à huit (selon les modèles) meilleures cellules candidates, dans le but d'être à même d'en changer si la nécessité s'en fait sentir (rappelons que la resélection de cellule se fait à l'initiative du

mobile en veille, et à celle du réseau en communication).

C'est cette liste de canaux, diffusée à l'initiative du réseau, que l'on nomme "BA_List" (pour "BCCH allocation list").

Si le mobile se trouve en veille, c'est à travers les SYS_INFO 2, 2bis ou 2ter (en fonction de la ou les bande(s) de fréquences à laquelle/auxquelles appartiennent les canaux considérés) que sera diffusée la BA_List,, via le BCCH (Broadcast Control CHannel).

Si le mobile se trouve en communication, les informations relatives à la BA_List seront transmises par les SYS_INFO 5, 5bis ou 5ter à travers le SACCH (Slow Associated Control Channel) associé au canal dédié (SDCCH – canal de signalisation , ou TCH – canal de parole/de data) par lequel le mobile communique avec le réseau.

Dans l'hypothèse où la BA_List ne correspond pas (ou plus) à l'environnement dans lequel évolue un mobile en déplacement (parce-qu'aucun des canaux qu'elle indique ne correspond à une voie balise exploitable dans la zone dans laquelle il se trouve désormais), le mobile est condamné perdre momentanément le réseau s'il sort de la cellule courante :

- En veille, le mobile opère une "resélection critique", c'est à dire qu'il se met à rechercher rapidement une voie balise appartenant au réseau sur lequel il était préalablement connecté en "scannant" tous les canaux disponibles dans la/les bande(s) de fréquence qu'il supporte (mais pendant ce temps, il ne peut émettre ni recevoir d'appels),

- En communication, le mobile perd progressivement le contact avec la station de base, puis, lorsque la liaison est trop dégradée pour permettre un décodage du signal envoyé par la BTS, il retourne à l'état de veille à l'issue d'un délai fixé par un "timer" interne. En effet, le réseau ne peut initier un handover vers une autre cellule que si cette dernière est reçue par le mobile avec un niveau de champ suffisant, son BCCH étant, en outre, intégralement décodé : Pour ce faire, ladite "cellule candidate" doit avoir été au préalable sélectionnée comme telle par le mobile, ce qui n'est possible que si le n° de canal de sa voie balise correspond à l'un de ceux transmis à travers la BA_List.

Analyse

Ce document a pour but de proposer une analyse de ce que pourrait être la théorie de l'attribution des canaux dans les BA_lists (et ce, après avoir constaté que certaines d'entre-elles, parfois très incomplètes, pouvaient être à l'origine de resélections critiques en veille et de ‘‘dropped calls’’ en communication), en prenant pour modèle de base un motif à 21 voies balise attribuées à des macro-cellules de même taille, soit un motif "théorique" : En effet, dans la pratique, aucun motif n'est réellement régulier et, dans les grandes villes, tous les sites macrocellulaire planifiés n'ont pas encore été installés (il subsiste un certain nombre de "trous" dans lesquels, même si le réseau passe correctement, l'installation d'un site supplémentaire est clairement prévue pour compléter le motif et ainsi assurer une bonne couverture indoor).

Nous avons également choisi ce motif à 21 parce-qu’il n’offre aucune redondance dans les ARFCN des voies balise des premières et secondes cellules adjacentes, mais aussi parce qu’il est proche de celui retenu par France Telecom Mobile dans la majeure partie de la région Languedoc-Roussillon ainsi que dans les bouches du Rhône, soit une région offrant des reliefs varié, alternant zones denses et rurales, où ledit motif va d'ailleurs de pair avec le saut de fréquence synthétisé.

Nous avons donc réalisé ce petit document afin de tenter d'évaluer approximativement le nombre de canaux qu'il serait "souhaitable" de déclarer dans les BA_Lists en fonction de du type de zone à desservir, aucune valeur exacte n'étant bien évidemment préconisée, le nombre précis de fréquences en cause étant appelé à varier, au gré des cas particuliers inhérents à la planification, dans le cadre du déploiement d’un véritable réseau.

Le motif pris en exemple est donc un motif à 21 VB en 900 MHz réparties sur 7 sites macrocellulaires trisectorisés (une couleur par site). Les deux cellules "blanches" – VB 4 et 10 – appartiennent respectivement au premier motif adjacent supérieur gauche et au premier motif adjacent gauche. Elles sont représentées car elles constituent les deuxièmes cellules adjacentes à la VB 11 du site bleu clair, qui fait office de "cellule de référence".

Si l’on décide d’introduire dans la BA_List de la VB 11 ses premières et ses deuxièmes cellules adjacentes, et ce, afin de prévoir le « saut » éventuel, par le mobile, de la première cellule adjacente en veille (ou même en communication, dans un cas de

saturation ponctuelle, par exemple), on obtient donc une BA_List comprenant 18 canaux en tout (21, 5, 8, 15, 7, 16 pour ce qui est des premières cellules adjacentes et 4, 2, 10, 13, 6, 19, 12, 18, 20, 14, 3, 1 pour ce qui est des secondes cellules adjacentes.

Néanmoins, dans le souci de limiter le nombre total de canaux dans la BA_List, sachant que l’utilisation d’aériens directifs sur des sites à-priori trisectorisés (sans doute la configuration la plus répandue en pratique) est de mise dans notre modèle, on peut alors décider de ne pas introduire, dans la BA_List de la cellule courante, les trois "secondes cellules adjacentes arrière". Exit, donc, les canaux correspondants (12, 18 et 20 dans notre exemple). Il est vraisemblable que cette "économie" pourra être réalisé dans un nombre non négligeable de cas. De même, l'introduction de quelques stations bi ou monosectorisées dans le motif pourra également permettre, ponctuellement, de réduire la longueur de certaines BA_Lists.

Cependant, plusieurs exceptions à la limitation du nombre de canaux déclarés doivent être envisagées, par exemple dans la situation, fréquente dans les grandes villes, où la propagation est fortement marquée par la présence de réflexions, provoquant un champ élevé dans la direction opposée au lobe principal de l’aérien directif considéré, mais également dans le cas où l'on observe de fortes différences de PAR entre les cellules d’un même site, ou bien encore dans l’hypothèse où la cellule courante est la seule cellule du site considéré à bénéficier d’un CRO (parce qu’il s’agit par exemple de la cellule 1800 MHz d’un secteur bibande), alors que les deux autres secteurs du même site - premières cellules adjacentes arrière - ne sont que monobande 900 MHz et ne bénéficient d’aucun CRO.

Pour être réellement efficace, selon ce modèle, une BA_List urbaine monobande devrait donc, en principe, comporter entre 15 et 18 canaux en moyenne, hors le cas des VB d’éventuelles micro-cellules du voisinage, selon que l'on compte ou non les trois secondes cellules adjacentes arrière.

Dans l’hypothèse où toutes les stations sont bibande, en reprenant un motif à 21 (au moins) pour planifier les VB 1800 MHz, on doit donc avoir 16 à 19 fréquences de plus dans la BA_List (il faut en effet ajouter la cellule 1800 « jumelle » de la cellule 900 prise comme référence).

Cela conduit donc à des BA_Lists urbaines, pour un réseau intégralement bibande, de 31 à 37 canaux en moyenne, lorsque toutes les premières et secondes cellules adjacentes considérées sont 900/1800, hors présence de micro-cellules, en fonction de la déclaration ou non des trois secondes cellules adjacentes arrière dans chaque bande.

Lorsque le réseau est en cours d'équipement bibande, la longueur des BA_Lists devraient donc , en toute logique, comprendre, dans la plupart des cas, entre 16 et 36 canaux en fonction du niveau d'équipement, et si l'on considère qu'un ou plusieurs secteurs de certains sites – y compris celui dont dépend la cellule courante - peuvent ne pas être "passés" immédiatement en bibande.

Si plusieurs micro-cellules ont également été installées dans la zone considérée, les BA_Lists les plus longues susceptibles d'être rencontrées sur des cellules appartenant à une couche macrocellulaire bibande devraient donc pouvoir tourner autour de 37 à 43 canaux, contre 21 à 24 canaux seulement en cas de couche macrocellulaire

monobande, si l’on considère que, pour les VB des micro-cellules, majoritairement planifiées en dehors du motif macrocellulaire à 21, la déclaration de 6 fréquences supplémentaires est en moyenne suffisante (sauf dans quelques cas ponctuels, par exemple en présence de micro-cellules indoor elles-mêmes bibande et/ou si la zone considérée est exceptionnellement dense).

Dans les zones urbaines très denses (en prenant exemple sur la vingtaine de micro-cellules Orange présentes dans, ainsi qu’autour de la gare Montparnasse à Paris), on peut en effet penser qu’en moyenne une demi-douzaine de micro-cellules, indoor comme outdoor, dont les voies balise sont exclusivement planifiées sur des fréquences différentes les unes de autres, seront présentes et directement exploitables dans la zone à l’intérieur de laquelle la macro-cellule prise comme référence sera susceptible d’être prioritairement sélectionnée en veille ou en communication.

Dans certains cas, il serait possible d'éviter de déclarer certains canaux correspondant à des VB de micro-cellules : Prenons l’hypothèse d’une micro cellule B présente dans le sous-sol d’un centre commercial disposant d’une micro-cellule A destinée à la couverture du rez-de-chaussée (on considère que la couche macrocellulaire ne couvre pas totalement ledit centre, même au rez-de-chaussée, avec un signal de puissance ou de qualité suffisants) : Il paraît alors inutile de déclarer B dans la BA_List de la couche macrocellulaire si B ne peut être exploitée avant que le mobile ne soit au préalable passé dans la zone couverte préférentiellement par A.

Pour ce qui est de la BA_List des micro-cellules elles-mêmes, la situation risque d’être fort variable en fonction de la localisation de ces dernières... On peut toutefois supposer que les BA_Lists moyennes, pour ce qui est des micro-cellules, pourraient tourner autour de 15 à 20 canaux, si la micro-cellule considérée se trouve entourée de macro-cellules quasiment toutes bibande, le principe étant alors de prendre en compte les VB 900 et 1800 de la macro-cellule "parapluie" sous laquelle se trouve installée la micro-cellule prise comme référence, puis les VB 900 (et éventuellement 1800) des six macro-cellules adjacentes à ladite macro "parapluie", plus environ cinq canaux supplémentaires correspondant aux VB des micro-cellules voisines planifiées sur des canaux différents, à quoi il conviendrait d'ajouter encore un ou deux canaux, si l'on est en présence de micro-cellules indoor bibande.

Dans la cas d’une micro-cellule installée dans un sous-sol, on pourrait, inversement, envisager une BA_List réduite à... un seul canal (cas d'une micro-cellule installée au fin fond d'un centre commercial souterrain, et n'étant en "contact" qu'avec la micro "d'à-côté" ou "d'au-dessus").

Hors des ville, lorsque les BTS sont relativement éloignées les unes des autres, il paraît alors possible, dans les zones plates essentiellement, de ne déclarer, dans meilleur des cas, à l'intérieur de la BA_List de chaque cellule, que les premières cellules adjacentes (à condition de n’en sauter aucune) de chaque bande, soit :

- Pour un réseau monobande rural (ou composé de sites radio travaillant des bandes différentes, sans jamais que les sites fonctionnant dans l'une ou l'autre bande ne coïncident physiquement) : 6 canaux au minimum, ce chiffre pouvant convenir à une majorité de cellules implantées dans les zones plates et peu denses.

Dans la pratique, il sera sans doute nécessaire de déclarer également plusieurs secondes cellules adjacentes, voir même un peu plus, dans le cas de sites "parapluie" installés sur des points hauts très dégagés. On pourrait alors, dans certains cas particuliers, se retrouver avec des BA_Lists pouvant comporter jusqu'à 25 canaux environ, notamment sur certaines cellules omnidirectionnelles dont la zone de service recouvre plusieurs séries de cellules "secondaires" dont le rayon d'action est moins important.

Dans les zones périurbaines, il existe aussi, parfois, ce genre de cellules "parapluie" englobant tout ou partie de la zone de service de cellules plus petites (sans nécessairement que ces dernières soient des micro-cellules, bien que l’on en trouve dans certains hypermarchés, là où le trafic attendu rend malaisé l'utilisation de simples dispositifs d'amplification). Dans cette hypothèse, il serait sans doute préférable de déclarer également certaines secondes cellules adjacentes (arrière ou non) ayant la portée la plus importante, et susceptibles d’être exploitées dans la zone de service même de la cellule courante, soit :

- Pour un réseau monobande périurbain : 12 canaux en moyenne, en déclarant une seconde cellule adjacente sur deux,

- Pour un réseau bibande périurbain : 18 à 19 canaux en moyenne, selon que la cellule prise comme référence possède ou non une "jumelle" dans l'autre bande, le taux d'équipement bibande n'étant alors que de 50% environ (en effet, tous les secteurs, même sur un site donné, ne sont pas forcément prévues pour être passées en bibande compte tenu des forts différentiels, en terme de volume de trafic, que sont susceptibles d'écouler certaines cellules voisines situées à la marge des agglomérations).

Enfin, dans le souci de laisser toute latitude au réseau pour initier des handovers dans les configurations les plus diverses entre cellules partageant tout ou partie de leurs zones de service (en cas de déplacement de la MS, et/ou dans le but d'affiner la gestion de la répartition de la charge du trafic au sein d'une zone déterminée, etc.), il nous paraît souhaitable que les données relatives aux BA_Lists, et diffusées par le SYS_INFO 5/5bis/5ter en communication, soient les plus complètes possibles, et, de ce fait, puissent éventuellement comporter un nombre de canaux supérieur à celui fourni à travers le SYS_INFO 2/2bis/2ter en veille.

Calcul de la valeur du Timing Advance

Timing advance max 233µs, codé sur 63 valeurs 233/63 = 3.698412698 ms aller et retour, ou 0.000003698412698 mètres/s Vitesse de la lumière : 299793000 mètres/s 299793000 x 0.000003698412698 = 1108.758238 mètres aller et retour

soit 1108.758238/2 = 554.3791119 mètres aller.

Glossaire

AGCH Access Grant Channel. Canal descendant utilisé par le réseau pour indiquer au mobile l'allocation d'un canal dédié (numéro de porteuse, numéro de slot, description du hopping ainsi que le paramètre TA).

BA BCCH Allocation List. Liste des fréquences BCCH des cellules voisines de la cellule de service. Le mobile doit essayer de les écouter et de les décoder afin de les positionner dans sa liste de cellules voisines susceptibles d'être sélectionnées en veille ou en communication.

BCC BTS Color Code. Numéro attribué à la BTS pour la différencier d'une autre utilisant le même canal FCN. Le BCC et le NCC forme le BSIC.

BCCH Broadcast Control Channel. Canal sur lequel sont diffusées régulièrement des informations de la cellule vers le mobile en veille. Le BCCH n'est pas affecté par le hopping et il est transmis à puissance constante. Il permet d'effectuer des mesures de puissance en veille (barrettes de réception du mobile). Il diffuse des infos sur les règles d'accès à la cellule courante et aux cellules voisines (niveau de puissance minimal et maximal, numéro de zone de localisation, les numéros FCN des cellules voisines, le CID de la cellule). Ces informations sont transmises par les "SYS_INFO". Le BCCH est pratiquement toujours transmis sur le slot 0.

BSIC Code regroupant le BCC et le NCC, il sert à différencier 2 BTS utilisant le même canal FCN.

BS_PA_MFRMS Paging Multiframes ou Paging Repeat Period (2 ~ 9). Nombre de "multi-trame_51", pendant lesquels le mobile espace son écoute du canal "PCH" (Paging Channel). Il sert aussi à définir la valeur du DSF/DSC puisqu'il est obtenu par la relation : 90 / PRP. Si PRP = 5 alors DSF = 18

BTS Base Transeiver Station. Équipement comprenant l'antenne et les émetteurs / récepteurs radio.

Burst Élément d'information transmis dans un slot.

C1 Critère d'affaiblissement. Ce critère a pour objet de s'assurer qu'une communication entre le mobile et la BTS serait possible aussi bien dans le sens mobile - BTS que dans le sens inverse. Le critère C1 est lié à l'affaiblissement de la liaison, il indique que les niveaux de champs sont suffisants mais n'assure pas que la qualité d'une communication est acceptable. Le mobile doit aussi écouter le canal PCH pour en évaluer la qualité (mesure DSC / DSF).

C2 Critère de re-sélection de cellules. C2 = C1 + différents paramètres de contrainte. Pour la re-sélection de cellule, le mobile utilise le critère C2. il peut comporter une composante temporelle (Penalty time, Temporary Offset, et Cell Reselect Offset) afin de défavoriser une cellule pendant un temps donné. La re-sélection de cellule en mode veille est toujours à l'initiative du mobile.

CI Ciphering. Chiffrement de la communication ou de la signalisation.

CBCH Cell Broadcast Chanel. Canal descendant sur lequel sont diffusés des messages courts spécifiques. (météo, info routières, etc...)

CBA / CBQ Cell_ Bar Access et Cell_ Bar Qualify. Combinaison de deux paramètres fixant l'accès et la re-sélection d'une cellule.

Cell_ Bar Access Cell_ Bar Qualify Priorité de sélection

de la cellule. Statut de re-sélection

de la cellule.

0 0 normal normal

1 0 barred barred

0 1 low normal

1 1 low normal

Le mobile ne pourra sélectionner que les cellules "normal", les "barred" lui seront interdites et les "low" ne seront sélectionnables que si aucune autre cellule "normal" est présente pour un accès initial au réseau. Deux sémantiques identiques sont utilisées pour définir une priorité basse "low", ceci est dû au fait que l'opérateur peu par l'une d'elle, définir une priorité "low" pour des mobiles phase 2 et rester "normal" pour les mobiles phase 1. Pour la re-sélection de cellules, seul l'état "normal" ou "barred" existe.

Call Control Contrôle et gestion du traitement des appels.

CCCH Common Control Chanel. Canal de contrôle commun. il se compose du PCH, AGCH, CBCH et du RACH.

CID Cell Identity. Numéro d'identité de la cellule dans la zone de localisation.

CRO Cell Reselect Offset. (0 ~ 126, 0 = 0 dbm, 1= 2 dbm etc...) Paramètre permettant de favoriser une cellule dans le processus de re-sélection. La BTS indique au mobile que la cellule possède un C2 = au C1 + le CRO. Exemple C1 de 20 et CRO de 16 : C2 = C1 + CRO de 16 dbm donc C2 = 36. Comme le mobile sélectionne les cellules ayant le C2 le plus fort, la cellule pourvu d'un CRO à plus de chance d'être sélectionnée que celles qui en sont dépourvues.

DTX Discontinuous Transmission. Processus qui permet de ne pas transmettre d'information lorsque l'interlocuteur est silencieux. Ceci permet d'économiser la batterie du mobile, des ressources radio et de diminuer les interférences. On estime en moyenne à 60% le temps de silence dans une conversation

DSC / DSF Downlink Signal failure Counter. Compteur de burst non-décodés sur le canal PCH. Paramétrable (45, 30, 22, 18, 15, 12, 11 et 10) pour chaque cellule, la valeur est diffusée sur le canal BCCH. Cette mesure est effectuée lorsque le mobile est en veille, si la valeur DSC tombe à 0, une autre cellule est re-sélectionnée. Il permet aussi de connaître la valeur du PRP, puisque PRP = 90 / DSF

EFR / DHR Enhanced Full Rate. Type de codage améliorant sensiblement la qualité de la communication. Le débit reste identique au Full Rate : 13 Kbit/s. La bande passante audio est de : 300~3400 Hz Les recherches d'améliorations des codeurs étaient portés à l'origine sur la possibilité de transmettre en Half- rate avec un rendu sonore équivalent au Full-Rate, mais les recherches ont dévié sur un codeur capable d'améliorer le son par rapport au Full-Rate. L'Etsi s'est appuyé sur les recherches de l'université de Sherbrooke, au Québec et de Nokia pour normaliser le codeur EFR. Il a été d'abord introduit aux USA pour permettre aux réseaux GSM 1900 d'offrir une qualité comparable aux nouveaux réseaux utilisant la technologie CDMA.

FACCH Fast Associated Control Channel. Canal de contrôle associé (TCH) rapide. Utilisé particulièrement pour le Hand-over, il utilise les ressources du TCH pour transmettre ses infos de signalisation lors d'une communication.

FCCH Frequency Correction Channel. Canal permettant à un mobile de se caler sur la fréquence nominale d'une BTS. Il n'est présent que sur le slot 0 de la voie balise.

FCN Frequency Chanel Number. Numéro désignant une porteuse de façon unique dans le système GSM.

FH Fréquency Hopping. Saut de fréquence lent, Processus par lequel l'émetteur et le récepteur changent de fréquence à chaque nouvelle trame TDMA (217 fois par seconde). Il est mis en oeuvre afin d'obtenir une diversité de fréquences et de brouilleurs permettant de calibrer le système sur un cas moyen plutôt que le pire. C'est lorsque le mobile est à l'arrêt ou à faible allure que le hopping apporte toute son efficacité.

FN Frame Number. Numéro de trame TDMA dans l'hyper-trame. il sert de base à la création d'un code de temps : "Time code". Ce compteur va permettre au mobile de se synchroniser finement avec la cellule en se verrouillant dessus, le "Time code" démarre au même instant pour toutes les fréquences d'une même BTS. Le compteur est aussi utilisé pour le chiffrement dans l'algorithme A5.

Hand Over Mécanisme grâce auquel le mobile peut transférer sa communication d'une BTS à une autre. Le Hand Over est toujours à l'initiative du réseau.

HSN Hopping Sequence Number. Nombre entier (0 ~ 63) servant à la

définition du saut de fréquence lent.

IMSI International Mobile Subscriber Identity. Identité internationale d'un

abonné inscrite dans la carte Sim.

LAC Location Aera Code. Zone de localisation au sein du PLMN.

LAI Location Aera Identfication. (Identification d'une zone de localisation dans le monde. Les codes MCC et NCC y sont présents.

MAIO Mobile Allocation Index Offset. Tout comme le HSN, il entre dans la

définition du Saut de fréquence en indiquant au mobile la valeur de décalage pour effectuer le saut.

Max_TXPWR _Max_CCH

Max_TXPWR_Max_CCH (0 ~ 31) (Pour connaître les valeurs en dbm se

référer au tableau RxLev)

Paramètre fixant la puissance maximum à laquelle le mobile doit émettre lors de l'accès initial à une cellule.

MCC Mobile Country Code. Code du Pays dans le plan GSM (208 pour la

France). le MCC est présent dans l'IMSI et le LAI.

MM Mobility Management. Partie de la couche réseau qui gère les

aspects d'itinérance et de sécurité.

MNC Mobile Network Code. Indicatif d'un PLMN au sein d'un pays. 01 pour

Itineris, 10 pour SFR et 20 pour Bouygues Telecom. Ce code est présent dans l'IMSI et le LAI.

NCC Network Colour Code. Composant le BSIC, il permet de différencier 2

PLMN grâce à des BSIC différents.

PCH Paging Channel. Canal logique supportant l'ensemble des appels en diffusion. lorsque le réseau désire communiquer avec un mobile, elle diffuse l'identité du mobile sur un ensemble de cellules d'une zone de localisation via le PCH. Le mobile lui répond par le canal RACH. Le canal PCH peut avoir 2 configurations, le mode "full", le canal est divisé en sub groupe (2 à 9) et le mode "third" de 1 à 3 sub groupe. Le PCH supporte l'appel de 4 mobiles dans le même message.

PenlT Penalty Time. (0 ~ 31, 0 = 20s, 1= 40s etc... et 31 = réservé pour indiquer que le "CRO" sera soustrait au lieu d'être additionné pour un temps infinie et que le "TO" sera ignoré ) Valeur de temps pendant lequel un critère C2 d'une cellule est défavorisé de la valeur du paramètre "TO". La valeur va de 20 secondes à 600 secondes.

PLMN Public Land Mobile Network. Réseau GSM géré par un opérateur.

PLU Period Location Updating. (0 ~ 255) Période donnée définissant le

moment où le mobile doit signaler sa présence au réseau afin de vérifier qu'il est toujours présent. La PLU va de 6 min à 25H 30 min par périodes de 6 minutes, de plus une valeur infinie est possible pour permettre d'annuler la procédure de mise à jour, elle est remise à 0 après l'émission ou la réception d'un appel, un envoi ou la réception d'un SMS ou du changement de zone de localisation. la valeur de la PLU est diffusée sur le canal BCCH.

Porteuse Fréquence sur laquelle est transmise un signal modulé. Les porteuses GSM sont espacées de 200 KHz

PRP Voir BS_PA_MFRMS

RACH Random Access Channel. Canal de contrôle partagé par un ensemble de mobiles et leur permettant de se signaler au réseau pour demander un service particulier (localisation, envoi de SMS, appel d'urgence, appel normal, etc).

RLF / RLT Radio Link Failure counter. Compteur de burst non-décodés sur le canal SACCH. Paramétrable (64 à 4). Cette mesure est effectuée lorsque le mobile est en communication. Si la valeur RLF tombe à 0, la communication est coupée.

RR Radio Ressource management. Partie de la couche réseau qui gère

la ressource radio : allocation de canal, Hand Over et chiffrement.

RXLEV Received Signal level. Mesure quantitative d'1/2 seconde, effectuée

par le mobile du niveau de champ reçu sur un canal. La mesure est codée sur 64 niveaux par pas de 1 dBm : 0 à 63 (>-110 à -48 dBm). Le Nokia Net monitor donne ces valeurs directement en dBm.

Le RxLev ne donne pas une valeur absolue, mais une mesure entre deux valeurs.

RXLEV Mesure

0 inférieur à -110 dbm

1 de -110 dbm à -109 dbm

2 de -109 dbm à -108 dbm

~ ~

61 de -46 dbm à -47 dbm

62 de -47 dbm à -48 dbm

63 supérieur à -48 dbm

RX_ACCES_MIN RXlevel_ACCES_MIN ( 0 ~ 63) (Pour connaître les valeurs en dbm se référer

au tableau RxLev). Niveau minimum autorisé par la BTS pour que le mobile puisse s'accroché à elle et entrer en communication avec celle-ci.

RXQUAL Received Signal Quality. Mesure d'1/2 seconde de la qualité du

signal reçu par estimation du taux d'erreur binaire (BER)

SACCH Slow Associated Control Channel. Canal de contrôle lent faible débit (380 bit/s), associé à tout canal dédié (TCH ou SDCCH) permettant d'en effectuée la supervision (contrôle de puissance, gestion du TA, contrôle de qualité du lien radio, remontée des mesures effectuées par le mobile des BTS voisines).

SCH Synchronisation Channel. Canal de synchronisation dont les burst, diffusés par la BTS ont une séquence d'apprentissage (TS). Il permet au mobile de se synchroniser sur la BTS.

SDCCH Stand Alone Dedicated Control Channel. Canal de signalisation dédié (assignation d'un canal TCH, mise à jour de localisation etc..)pendant une période limitée, à un mobile. Sur un canal physique on peut faire passer 1 TCH et son SACCH associé ou 8 SDCCH et leurs SACCH associés.

Slot Intervalle de temps qui peut accueillir un burst. Une Trame TDMA est composé de 8 slots. Un slot a une durée de 0,5769 ms. les slots sont numérotés par un indice TN allant de 0 à 7.

SYS_INFO System Information. Messages envoyés par le réseau en direction des mobiles calés sur une cellule. Principalement envoyés via le BCCH, ils peuvent être aussi pour certain (SYS_INFO 5 et 6), véhiculés par le SACCH. SYS_INFO 1, BCCH : Numéro de canal, bande utilisée, Nbr de canaux sur la cellule, autorisation de l'appel d'urgence, Nbr maximum de tentatives d'accès au canal RACH, cellule autorisée à l'accès et pour quelle classe d'abonnés. SYS_INFO 2, BCCH : Information sur les cellules voisines à écouter par le mobile, leurs fréquences, leurs bandes, leurs nombres, leurs autorisations d'accès ainsi que la répétition du "RACH Parameter " du SYS_INFO 1. Pour des questions de longueur des messages à envoyer, (la bande 1800 comporte beaucoup plus de canaux que la bande 900), le SYS_INFO 2 à été décomposé ainsi : SYS_INFO 2 : 900, 2bis : 1800 et 2ter : 900/1800 SYS_INFO 3, BCCH : Identité de la cellule, code MCC et MNC, LAC, valeur du T3212, valeur du RLF, du "RXlevel_ACCES_MIN", du"cell hysteresis", du "Paging repeat périod", présence du "DTX", de "l'IMSI attach/detach", du "power control", définition du SDCCH : 4 ou 8, ainsi que la répétition du "RACH Parameter " du SYS_INFO 1. SYS_INFO 4, BCCH : Répétition de certains paramètres des SYS_INFO déjà envoyés, auxquels on peut adjoindre des infos sur le "Cell Broadcasting" si la cellule le supporte : table des infos. SYS_INFO 5 , SACCH : Durant une connexion, la BTS informe le mobile par le canal SACCH des fréquences disponibles sur les nouvelles cellules voisines. Informations particulièrement importantes après un "Hand Over" lorsque le mobile n'arrive pas à lire les infos de la nouvelle BTS. Comme pour le SYS_INFO 2, le 5 à été décomposé en 5, 5bis et 5ter. SYS_INFO 6, SACCH : Même principe que le SYS_INFO 5, avec des données supplémentaires. SYS_INFO 7 et 8, BCCH : Exclusivement réservé au GSM 1800, c'est le complément du SYS_INFO 4.

TA Timing Advance. Mécanisme consistant, pour le mobile à anticiper

l'émission du burst pour qu'il soit reçu par la BTS à l'intérieur d'un slot, compte tenu du délai de propagation. Valeur comprise entre 0 et 63. Un Ta a une valeur de 3,69 ms soit 554 mètres environ, l'anticipation maximum étant de 233µs, cela représente une distance max. de 35 Km.

TCH Traffic Channel. Canal de trafic, on distingue les canaux de trafic écoulant ou la voix ou des données. Différent modes de transmission peuvent être mis en oeuvre pour écouler ce trafic.

TDMA Time Division Multiple Acces. Une Trame permet l'accès à différents utilisateurs afin de partager une bande de fréquences. Une trame TDMA est composée de 8 slots numérotés de 0 à 7, pouvant recevoir 7 communications simultanément.

TMSI Temporary Mobile Station Identity. Identité temporaire attribuée par le réseau au mobile, ceci afin de transmettre la véritable identité du mobile (IMSI) le moins souvent possible pour des raisons de sécurité. Normalement c'est seulement à l'allumage du mobile que l'IMSI est transmise afin de se faire attribuer une TMSI.

TS Training Sequence code. Séquence d'apprentissage permettant au mobile de synchroniser finement avec la BTS. Pour éviter d'avoir deux séquences identiques sur des BTS proches, on colorise le code avec la valeur du BCC de la BTS (0 à 7)

TN Time slot number. Numéro de slot dans une trame TDMA.

TO Temporary Offset. (0 ~ 7, 0 = 0 dbm, 1= 10 dbm etc... et 7 =

infinie).Valeur qui va être soustraite temporairement au critère C2 le temps du "Penalty Time". Ce paramètre permet de défavoriser une cellule à la re-sélection pendant un temps donné. L'offset est compris entre 0 et 60 dbm, une valeur infinie peut être appliquée, le critère C2 sera alors toujours d'une valeur négative.