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23/03/13 fami lle.menot.free.fr /boulot/gsm/Rappor t GSM/rappor tgsm.htm

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SOMMAIRE

1 INTRODUCTION *

2 INFRASTRUCTURE DU RESEAU CELLULAIRE GSM *

2.1 Qu'est ce qu'un rseau cellulaire? *

2.2 Sous-systme radio (BSS) *

2.2.1 Station de base (BTS) *

2.2.2 Diffrents types stations de base *

2.2.3 Contrleur de base (BSC) *

2.3 Sous-systme rseau *

2.3.1 Base de donnes *

2.3.2 Commutateur de services mobiles (MSC-VLR) *

2.4 Interfaces rseau *

3 TRANSMISSION SUR L'INTERFACE RADIO *

3.1 Partage des ressources radio *

3.1.1 Partage en frquence (FDMA) *

3.1.2 Partage en temps (TDMA) *

3.2 Duplexage *

3.2.1 Sparation des bandes *

3.2.2 Canal physique duplex *

3.3 Format du burst *

3.4 Chane de transmission *
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3.4.1 Cas de la parole *

3.4.2 Transmission de la parole paqutise *

3.5 Canaux logiques *

3.5.1 Les canaux de contrle logiques *

3.5.2 Classification et caractristiques *

4 SECURITE *

4.1 Gestion de la scurit du rseau et des appels: *

4.1.1 Numrotation lie la mobilit *

4.1.2 Authentification et chiffrement*

5 CONCLUSION *

6 SOURCES *

6.1 Bibliographie *

6.2 Sites Internet *

7 ANNEXES *

7.1 GLOSSAIRE *

7.2 Graphique des communications passes Val d'Isre sur le rseau SFR*

7.3 Principales caractristiques de la normes *

7.4 Quelques chiffres du march au 30 avril 1999 *

7.4.1 Evolution du nombre d'abonns en France par oprateur*

7.4.2 Chiffres au 30 avril 1999 *

1. INTRODUCTION

Au dbut de notre sicle, le tlphone rvolutionna nos moyens de communiquer permettant enfin de dialoguer longuedistance. Malgr des dbuts difficiles, le tlphone fixe est devenu au mme titre que l'eau courante ou l'lectricit unservice de base. En 1956, le premier rseau franais de tlcommunications mobiles vt le jour sous l'gide de Thomson.Mais la capacit, limite quelques centaines d'abonns le rserve aux seuls ministres et grands patrons. Les annes 80voient natre deux nouveaux rseaux nationaux, Radiocom 2000 de FTM (France Tlcom Mobile) et celui d'une socit

prive (Vivendi ex Compagnie Gnrale des Eaux). Les prix taient alors trs levs malgr la prsence de deuxoprateurs et donc d'une certaine concurrence. En effet ces rseaux ne pouvaient supporter qu'un petit nombre d'abonns:France Tlcom a mme du arrter la commercialisation de Radiocom 2000 pour cause de saturations.

En 1990, l'initiative de la Communaut Europenne, le groupe GSM est cr dans le but d'harmoniser les techniques detlcommunications. Avec les progrs de l'informatique et des codages numriques, une nouvelle rvolution se profile. Latlcommunication mobile allait enfin devenir un service de masse. FTM lance en juillet 1992 le premier rseau GSM enFrance. Alors que les marchs europens s'emballent, la France ne semble pas touche par la vague "mobile". Ce n'est
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qu'une question de temps...

En aot 1998, le rseau de FTM tombe en panne victime de son succs. SFR est galement confronte des problmesde saturation malgr sa politique d'investissement ambitieuse (plus de 3,5 MdF par an). Aujourd'hui avec plus de 13millions d'abonns et l'apparition d'un troisime oprateur (Bouygues Tlcom) les Franais ont aussi t touchs par la"folie des mobiles". La socit SFR a d'ailleurs engrang ses premiers bnfices en 1998: 2 milliards de Francs.Aujourd'hui un tlphone mobile s'achte dans n'importe quelle grande surface. Mais le march n'est pas pour autantsatur: une croissance moyenne de 500 000 nouveaux abonns par mois en fait mme un march ultra porteur; lesoprateurs tudient mme la possibilit d'quiper les enfants de 6 ans.

Ce succs peut s'expliquer grce la normalisation europenne qui permet de rduire considrablement le prix desterminaux (de 20 000F pour Radiocom 2000 500F aujourd'hui), mais surtout grce la baisse du prix descommunications. Ces diminutions sont permises grce aux nouvelles possibilits offertes par les rseaux GSM. En effet dufait de son infrastructure cellulaire le rseau GSM offre de bonnes possibilits d'extension. La transmission numrique surl'interface radio permet elle aussi un taux optimal de transfert de donnes. Enfin la scurit offerte par ces rseaux tantnettement suprieure aux anciens systmes ne peut que rassurer l'utilisateur.

2.

3. INFRASTRUCTURE DU RESEAU CELLULAIRE GSM1. Qu'est ce qu'un rseau cellulaire?

Un rseau cellulaire est un rseau de tlcommunications mobiles qui doit rpondre aux contraintes imposes par la mobilit del'abonn dans le rseau, par l'tendue du rseau et enfin par les ondes radios qui lui sont alloues.

L'onde radio dans le cas d'un rseau cellulaire est le lien entre l'abonn et l'infrastructure de l'oprateur. Comme dans tout rseautlphonique l'change de donnes doit se faire dans les deux sens. Ainsi contrairement la radio FM classique, l'installationd'une antenne mettrice puissante par l'oprateur ne suffit pas raliser un rseau efficace. L'abonn doit aussi mettre: Si onappelle Pe la puissance d'mission d'un metteur et Prla puissance reue par un rcepteur une distance d, les lois de la

propagation des ondes nous disent que:

Cette contrainte impose donc que l'abonn et l'metteur du rseau soient proximit. De plus un oprateur n'a qu'une bande defrquence rduite (bande passante) qui lui est alloue par l'UIT (Union Internationale des Tlcommunications). Si on part du

principe qu'un tlphone = une frquence, l'ensemble des frquences pour tout le rseau GSM franais permettrait de satisfairetout au plus un demi millier d'abonns (capacit thorique du rseau) on en compte plus de treize millions. Il a donc fallu trouverdes astuces pour ouvrir au plus grand nombre ces rseaux. Tout d'abord chaque terminal utilise lors d'une communication unefrquence variable qui lui est attribue par l'oprateur en fonction des ressources disponibles. Mais cette seule astuce ne suffirait

pas satisfaire tous les abonns dans les zones les plus denses. Prenons un exemple: Lyon, il semblerait simple de placer un

metteur dans la tour mtallique de Fourvire: sa position stratgique lui permettrait d'avoir un rayonnement important et decouvrir l'ensemble de l'agglomration Lyonnaise! Seulement il y aurait un problme, comme nous l'avons vu la quantit d'appelest limit: le nombre d'appel simultanment possible sur l'agglomration Lyonnaise serait insuffisant pour satisfaire les abonns.C'est pourquoi on a introduit le concept de cellules.

L'oprateur peut rutiliser une frquence dans plusieurs endroits gographiques dans la mesure o il n'y a pas de risqued'interfrences. Chaque zone couverte par un metteur est appel cellule. Leur taille est variable de 200 mtres 20 kilomtres

pour les plus grandes. Deux cellules mitoyennes ne peuvent utiliser deux frquences similaires cause des interfrences.L'oprateur gre ainsi la bande passante qui lui a t allou par l'tat de cellule en cellule. Plus la taille d'une cellule est petite, plusla quantit d'appels passes sur le rseau pour une surface donne est grande. On modlise les cellules par des hexagones, cequi permet de bien visualiser les contacts avec les cellules voisines et donc de limiter les risques d'interfrences.

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Exemples de cellules

Si chaque cellule peut accepter 40 communications en simultan (ce qui quivaut environ 1000 abonns), 300 cellulespermettent de grer un parc de 200 000 abonns.

La prsence d'un grand nombre de cellules lies la mobilit de l'utilisateur implique une des fonctionnalits les plusrvolutionnaires du GSM: le "handover": c'est dire la capacit pour un terminal de changer de cellule et donc de relais demanire tout fait transparente (sans coupure de la communication).

De plus, le rseau GSM est normalis au niveau europen, ce qui permet un abonn de tlphoner hors de son pays (on lesappelle "roamers"). Les accords entre les oprateurs de pays diffrents permettent d'offrir un service mondial sans changer ni sonabonnement, ni son terminal. Par exemple SFR propose de tlphoner dans plus de 67 pays grce l'option "transcontinent".

Un rseau de radiotlphonie peut se dcouper en trois sous-ensembles:

Le sous-systme radio (BSS) qui assure les transmissions et gre la ressource radio,Le sous-systme rseau (NSS) qui comprend l'ensemble des fonctions ncessaires l'tablissement des appels et lamobilit,Le sous-systme d'exploitation (OMC) et de maintenance qui permet l'oprateur d'administrer son rseau. On nedtaillera pas cette partie qui est propre chaque oprateur et qui relve plus du service que de la technique.

1. Sous-systme radio (BSS)

Le sous-systme radio est l'ensemble des constituants du rseau qui gre l'change et la transmission des donnespar la voie hertzienne. Le sous-systme radio est principalement constitu de deux lments: la station de base et lecontrleur de station.

0. Station de base (BTS)

La BTS est un ensemble d'metteurs-rcepteurs. Elle gre les problmes lis la transmission radio (modulation, dmodulation,galisation, codage correcteur d'erreur). Le placement et le type des BTS dterminent la forme des cellules. Elle ralise aussides mesures radio pour vrifier qu'une communication en cours se droule correctement (valuation de la distance et de la

puissance du signal mis par le terminal de l'abonn): Ces mesures sont directement transmises la BSC (cf. 2.2.3).

La rpartition gographique et le type de BTS utilises jouent un rle primordial pour valuer la qualit d'un rseau. La capacitmaximale d'une BTS est de 16 porteuses, c'est dire qu'elle peut supporter au plus une centaine de communications simultanes.Une configuration en zone urbaine est constitue d'une BTS 4 porteuses pouvant couler environ 28 communications. Commenous l'avons vu plus haut la bande passante alloue un oprateur est limite. C'est pourquoi il doit rduire au minimum la

puissance de ses BTS en ville de manire ce qu'elles couvrent une zone la plus restreinte possible. Mais cela entranevidemment une multiplication importante des cots: une BTS cote en moyenne 2 000 000 F!

Ainsi, la rue Mercire Lyon, trs frquente, doit faire l'objet d'une couverture d'une densit exceptionnelle (une BTS couvre250m de la rue). En revanche des zones peu peuples telles que la Lozre auront des BTS couvrant une zone d'un rayon de20kms (si BTS il y a, car ce ne sont pas des zones rentables pour un oprateur). La couverture doit aussi prvoir les migrations

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saisonnires: prenons l'exemple de Val d'Isre (Savoie France). Entre la priode creuse du mois de novembre o seuls leshabitants permanents utilisent le rseau, et la priode charge du mois de fvrier o s'ajoutent les saisonniers et les vacanciers letrafic est multipli par 20 (cf. graphique en annexe 7.2)! Il faut donc installer un rseau supportant la charge maximale. Dans lecas de Val d'Isre le problme se complique cause des roamers. L'oprateur d'un site doit donc prendre en compte demultiples facteurs considrant prioritairement la qualit du service pour effectuer la couverture d'un site.

En dcembre 97, 85% des communications transmises depuis les BTS de Val d'Isre du rseau SFR, ont t passs par desabonns issus d'un rseau tranger. Ce phnomne est essentiellement du au Critrium de la premire neige (course de skiinternationale importante). Le problme se complique particulirement lors de grands vnements en particulier sportifs: le dbutde l't dernier a t sans doute la priode la plus difficile que les oprateurs de tlphone mobile aient connu en France. LaCoupe du monde de football a drain une trs grande quantit de touristes, de journalistes, de sportifs utilisant abondamment lesrseaux GSM. Lors des matches, l'ensemble des BTS couvrant les stades tait satur, les BTS des grandes villes Franaises eten particulier de Paris taient constamment surcharges malgr les importants investissements consentis par les oprateurs pourcet vnement! Une rgle d'or dans le domaine GSM: les prvisions sont toujours sous-estimes.

De plus la croissance des rseaux en terme d'abonns (au premier trimestre 1999, il y a eu 1,3 million d'abonnssupplmentaires en France tous oprateurs confondus) impose une continuelle remise niveau des BTS. La plupart du temps,les oprateurs choisissent d'augmenter la densit les BTS en rduisant leur porte: ce choix impose le redploiement du rseaudj existant.

La variation du trafic au cours de la journe complique encore les tudes d'implantation des BTS. Le nombre d'abonns qu'unoprateur peut supporter dpend du nombre de BTS. Mais, si un abonn est proximit d'une BTS sans utiliser son tlphone,il n'utilise pas la bande passante de la BTS: le problme est de savoir combien d'abonns une BTS peut avoir proximit enoffrant toujours la possibilit d'entamer une conversation. On introduit alors la notion d'erlang: l'unit de trafic appele erlangcorrespond 1 heure de communication. Par exemple, si un abonn a pass 3 communications d'une dure moyenne de 2minutes pendant l'heure charge, l'intensit du trafic gnr par l'abonn sur une BTS est de:

Dans le cas des rseaux GSM, le trafic moyen par abonn est d'environ 0,025 erlangs.

Les modles d'erlang cherchent tre reprsentatifs des appels qu'une BTS subit tout au long d'une journe. Mais plus larecherche est pousse loin, plus les modles sont complexes et leur maniement difficiles. En admettant que lorsqu'une BTS estsature, l'appel est rejet, en supposant que les tentatives d'appels arrivent suivant une loi de Poisson sur la BTS, on peut valuerla quantit d'abonns qu'une BTS peut supporter de la manire suivante:

Soitl le taux moyen des demandes de services (le plus souvent des appels)

Soitm le taux moyen d'activit d'un des S canaux de la BTS

Soit A = l /m le trafic thorique offert (A est en erlang)

La probabilit de l'tat satur et donc de rejet sera donc:

Cette formule nous montre donc que la probabilit de rejet n'est pas une fonction linaire du nombre de canaux decommunications disponibles. L'tude pralable et la dtermination de l et m pour un site donn permet donc de dterminer le

nombre de canaux ncessaires pour une BTS. Plus est petit, meilleure sera la performance du rseau et donc la satisfaction duclient.

1. Diffrents types stations de base

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Il existe diffrents types de BTS proposs pour rpondre aux diffrents besoins tudis ci-dessus. Le rseauSFR en compte plus de 6 000 en France. Ces stations sont conues par diffrents constructeurs quirespectent strictement la norme GSM de manire ce que le matriel de diffrents constructeurs puisse trecompatible. Les BTS sont de puissance variable de manire viter les interfrences entre deux cellules:comme nous le verrons, il est important de rguler la puissance du portable de manire viter ces mmesinterfrences.

0. Les BTS rayonnantes

Elles sont idales pour couvrir les sites o la densit d'abonns est faible. Elles sont situes sur despoints stratgiques (sommets, pylnes). Ces stations mettent dans toutes les directions: ce sont lesstations les plus visibles. Elles couvrent des macrocellules. On en trouve en abondance au bord desautoroutes. Ces BTS ne peuvent pas tre utilises dans les zones de forte densit car elles mettent etoccupent la bande passante du rseau sur une grande distance (jusqu' 20 kms).

1. Les BTS cibls

Elles sont le plus souvent places dans des zones plus forte densit d'abonns que les BTSrayonnantes. On les retrouve en ville par exemple. Elles sont de forme relativement allonge et

permettent d'mettre suivant un angle trs prcis: on peut grce cela rutiliser facilement le mmecanal dans une autre cellule proximit.

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BTS cible sur la tour Cegetel Villeurbanne

2. Les micro BTS

Elles couvrent des zones trs restreintes et sont trs utilises dans les sites o la densit d'abonns est

importante: ce sont les microcellules. On retrouve ce type de couverture dans la rue Mercire Lyon.Leur grande discrtion permet de les installer dans les primtres autour des centres villes. Une bonnetude d'implantation permet avec ce type de BTS de crer une couverture deux niveaux: sur un

premier niveau, les micro-BTS couvrent les 3 premiers mtres grce des metteurs trs cibls. Unsecond niveau (tage plus lev des immeubles) sera couvert par des BTS cibles.

Micro BTS (rue Mercire Lyon)

3. Les amplificateurs de signalCe ne sont pas des BTS proprement dites mais ils permettent de couvrir une autre cellule comme le feraitune vritable BTS. Les amplificateurs de signal captent le signal mis par les BTS, l'amplifient et le

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remettent d'un autre sit. Ils permettent de couvrir une cellule moindre cot. De plus, ces amplificateurs nencessitent aucune connexion vers les BSC, ils peuvent donc tre placs sans contraintes physiques (sommetisol de tous rseaux lectriques et tlcoms). Idals pour couvrir les zones faible densit ou reliefdifficile, ils sont nanmoins trs gourmands en ressource rseau, car la BTS mre doit grer tout le trafic desrmetteurs.

2. Contrleur de base (BSC)

Le contrleur de base (BSC) est l'organe intelligent du sous systme radio. Il a pour fonction de grer la ressource radio. Ilcommande l'allocation des canaux, utilise les mesures effectues par la BTS pour contrler les puissances d'mission du mobile:cette dernire est fonction de la distance mobile metteur de telle manire que la liaison soit toujours de bonne qualit. En ville, siun portable met pleine puissance (2W), il perturbe toutes les cellules aux alentours. La MSC (cf. 2.3.2) par le biais de la BTSenvoie l'ordre de baisser ou d'augmenter la puissance d'mission.

Il gre et prend la dcision de l'excution du handover. De plus c'est un commutateur qui ralise une concentration vers le MSC.

Initialement, les diffrents constructeurs d'infrastructures rseaux n'ont pas eu la mme approche concernant la BSC. Certainsont conu des BSC de faible capacit estimant prfrable de multiplier leur nombre pour minimiser les distances BTS-MSC et

donc rduire les cots d'exploitation des oprateurs. En effet ces liaisons s'effectuent la plupart du temps par le rseautlphonique classique, les oprateurs sont obligs de louer l'oprateur national ces capillaires. Ainsi SFR fait transiter cescommunications par le rseau de France Tlcom et doit donc reverser cette entreprise une partie de son chiffre d'affaire.D'autres ont une autre approche convenant aux zones urbaines o la forte densit par unit de surface ncessite des BSCcapabls d'couler un trafic plus important. La couverture de Lyon ncessite 4 BSC d'un cot moyen de 5 000 000 Fr. On enretrouve environ 500 en France pour la couverture du rseau SFR.

Plusieurs dispositions entre BTS et BSC sont possibles: chane, en toile

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Diffrentes configurations de BTS-BSC; on retrouve sur ce schma les interfaces rseaux dtaills plus loin

1. Sous-systme rseau0. Base de donnes

Les bases de donnes sont les lments qui grent les donnes propres aux abonns (caractristiques,facturation des appels, messagerie, scurit). Elles ont une fonction clef et sont la partie la plus sensible etdonc la mieux protge du rseau.

0. Le HLR

Le HLR ou enregistreur de localisation nominal est la base de donnes qui gre les abonns d'un oprateur donn. Il mmoriseles caractristiques suivantes:

l'identit internationale de l'abonn utilise par le rseau (IMSI): on peut obtenir ce numro en composant sur le clavierd'un portable *#06#,le numro d'annuaire de l'abonn (MSISDN ou numro d'appel),le profil de l'abonnement (services supplmentaires autoriss, autorisation d'appel international).

Ces donnes sont saisies par l'oprateur partir de son systme d'administration. Elles varient peu dans le temps.

D'autre part, le HLR est une base de donnes de localisation. Il mmorise pour chaque abonn le numro du VLR (cf. 2.3.2) o

il est enregistr, mme dans le cas o l'abonn se connecte sur un oprateur tranger (cas des roamers). Cette localisation esteffectue partir des informations mises par le terminal et reue par les BTS travers le rseau.

L'implantation du HLR peut tre centralise ou dcentralise. Dans le premier cas, un HLR peut grer plusieurs centaines demilliers d'abonns et il constitue une machine spcifique. Dans le deuxime cas, il peut tre intgr dans les MSC et les donnesd'un abonn sont alors physiquement stockes sur le MSC o l'utilisateur communique prfrentiellement. Les changes designalisation sont ainsi minimiss. Dans tous les cas d'implantation, chaque abonn est associ un HLR unique, de faonindpendante de la localisation momentane de cet abonn. Le rseau identifie le HLR partir du numro d'appel.

1. Le AuC

Le centre d'authentification AuC, Authentication Centre, mmorise pour chaque abonn une cl secrte utilise pour authentifierles demandes de services et pour chiffrer les communications (cf. 4). Un AuC est en gnral associ chaque HLR. L'ensemblepeut tre intgr dans un mme quipement. Cependant, du point de vue fonctionnel, ils ne font pas partie du mme sous-systme.

1. Commutateur de services mobiles (MSC-VLR)

Le MSC, Mobile Services Switching Centre, est parfois appel centre de commutation des mobiles ou commutateur du servicemobile. Il gre l'tablissement des communications entre un mobile et un autre MSC, la transmission des messages courts(message (SMS) sous forme de texte) et l'excution d'un handover entre deux BSC diffrentes. Il dialogue avec le VLR pourgrer la mobilit des usagers: vrification des caractristiques des abonns visiteurs lors d'un appel dpart, transfert desinformations de localisation... D'un cot moyen de 30 millions de francs, leur nombre est beaucoup moins important que lesBSC, on en compte une trentaine pour le rseau SFR en France.

On distingue deux types d'appels au niveau d'un MSC:

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Mobile - mobile: dans ce cas, la MSC tablit une liaison avec une autre MSC.Mobile - rseau fixe RTC: Il doit alors possder une fonction passerelle, GMSC (Gateway MSC), qui est active audbut de chaque appel d'un abonn mobile vers un abonn fixe. Cette fonction est diffrente de la fonction MSC pure,elle pourrait tre implante dans les commutateurs du RTC (rseau classique filiaire, en France, celui de France Tlcom).En ralit, elle est ralise par les MSC pour minimiser l'impact sur le RTC. En effet lorsqu'un mobile se dplace etchange de MSC, la communication doit elle aussi changer de MSC. Le rseau fixe n'a pas t conu pour ce genre detche: dans ce cas l'interconnexion continue avec l'ancien MSC qui tablit lui mme une communication vers la nouvelleMSC dont dpend le mobile.

Le MSC est en gnral coupl avec le VLR (Visitor Location Register), ou enregistreur de localisation visiteur C'est une base dedonnes qui mmorise les informaions aux abonns prsents dans la zone gographique du MSC. Plusieurs MSC peuvent trerelis au mme VLR, mais en gnral, il y en a un seul par VLR.

Les donnes mmorises par le VLR sont similaires aux donnes du HLR, mais concernent seulement les abonns mobilesprsents dans la zone considre. Vient se rajouter l'identit temporaire TMSI (cf. 4.1.1). Le VLR a une information delocalisation plus prcise que le HLR. La sparation matrielle entre VLR et MSC propose par la norme n'est que rarementrespecte. Certains constructeurs intgrent le VLR dans le MSC. Les dialogues ncessaires pour l'tablissement d'appel sontalors simplifis. D'autres tablissent un dcoupage diffrent entre MSC et VLR en utilisant l'approche " rseau intelligent " (cf.glossaire). Le MSC est alors un commutateur pur sans fonction de traitement d'appel. Un quipement, le RCP (Radio ControlPoint), assure les fonctions de commande du MSC et du VLR sans possder de fonction de commutation.

Un ensemble MSC/VLR peut grer plusieurs dizaines de milliers d'abonns pour un trafic moyen par abonn de 0,025 Erlang.Les MSC sont en gnral des commutateurs de transit du rseau tlphonique sur lesquels ont t implantes des fonctionsspcifiques au rseau GSM. La capacit en est fortement rduite, puisqu'un central tlphonique peut grer plusieurs centainesde milliers d'abonns. En effet l'tablissement des communications s'ajoutent les fonctions de rpondeur, de connexion desrseaux numriques (Internet, messagerie lectronique), de contrle des messages courts SMS

1. Interfaces rseau

Les interfaces sont des protocoles permettant de communiquer entre chaque structure du rseau GSM. Elles sont un lmentessentiel dfinit dans la norme GSM car ce sont ces interfaces qui dterminent les interconnexions rseaux au niveauinternational.

Voici le tableau prsentant les interfaces dans un systme GSM:

Nom Localisation Utilisation

Um Terminal - BTS Interface radio (Cf. partie 3)

Abis BTS - BSC Divers (transfert des communications)

A BSC - MSC Divers (transfert de donnes)

B MSC - VLR Divers (transfert de donnes)

C GMSC - HLR Interrogation HLR pour appel entrant

D (1) VLR - HLR Gestion des informations d'abonns et de localisation

D (2) VLR - HLR Services supplmentaires

E MSC - MSC Excution des "handover"

F MSC - VLR Vrification de l'identit du terminal

G VLR - VLR Gestion des informations d'abonns

H HLR - AuC Echange des donnes d'authentification

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L'interface respecter de faon imprative est l'interface D car elle permet un MSC/VLR de dialoguer avec le HLR de toutautre rseau tranger. Sa conformit permet l'itinrance internationale. De mme le respect de l'interface A permet auxoprateurs d'avoir diffrents fournisseurs et de pouvoir changer au fur et mesure du dploiement de leurs rseaux.

En revanche, l'interface B est rarement normalise car comme nous l'avons vu VLR et HLR sont souvent confondus.

1. TRANSMISSION SUR L'INTERFACE RADIO

Linterface radio est une des parties les plus sophistiques du systme; nous allons prsenter les caractristiques de basede cette interface (mthode daccs et technique de transmission) et de montrer les diffrents traitements que subit lesignal utilisateur lors dune communication.

1. Partage des ressources radio

Un systme radio-mobile a besoin dune partie du spectre radio pour fonctionner. Les concepteurs doivent donc

demander une bande de frquence auprs de linstance officielle charge de la gestion du spectre. Pour un systme prtention internationale, la bande est alloue au niveau de lUIT (Union Internationale des Tlcommunications).La bande ddie au systme GSM est de 890 915 MHz pour la voie montante et de 935 960 MHz pour lavoie descendante soit 225 MHz; les bandes de frquence alloues son extension DCS sont de 1710 1785MHz pour la voie montante et de 1805 1880 MHz pour la voie descendante soit 275 MHz.

La bande radio reprsentant une ressource rare, les dfendeurs de la norme doivent lutiliser bon escient et avecparcimonie. Le premier choix architectural a donc t de dcouper le spectre allou pour obtenir des canauxphysiques qui supporteront une communication tlphonique.

1. Partage en frquence (FDMA)

Chacune des bandes ddies au systme GSM est divise en 124 canaux frquentiels d'une largeur de 200kHz. Sur une bande de frquence sont mis des signaux moduls autour dune frquence porteuse qui sigeau centre de la bande. Les frquences sont alloues dune manire fixe aux diffrentes BTS et sont dsignes

souvent par le terme de "porteuses", de plus, il faut veiller ce que deux BTS voisines nutilisent pas desporteuses identiques ou proches.

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2. Partage en temps (TDMA)1. Principe

Chaque porteuse est divise en intervalles de temps appels slots. La dure lmentaire dun slot at fixe pour la norme GSM sur une horloge 13 MHz et vaut:

Tslot= (75/130)10-3s soit environ 0.5769 ms.

Un slot accueille un lment de signal radiolectrique appel burst.

Laccs TDMA permet diffrents utilisateurs de partager une bande de frquence donne. Sur unemme porteuse, les slots sont regroups par paquets de 8. La dure dune trame TDMA est donc:

TTDMA = 8Tslot=4.6152 ms.

Chaque usager utilise un slot par trame TDMA. Les slots sont numrots par un indice TN qui variede 0 7. Un " canal physique " est donc constitu par la rptition priodique dun slot dans la trameTDMA sur une frquence particulire.

Les concepteurs de GSM ont prvus la possibilit de nallouer un utilisateur quun slot toutes les 2trames TDMA. Cette allocation constitue un canal physique demi-dbit par opposition au canal pleindbit dfini prcdemment.

2. Implantation du saut de frquenceLoption du saut de frquence lent (SFH) semble tre intressante pour augmenter la capacit du systme GSM.Le saut de frquence permet de lutter contre les vanouissements slectifs, cest--dire une diminution momentanede la puissance de londe radiolectrique lors de la rception, grce la diversit en frquences. Habituellement lesaut est activ lorsque la charge du rseau devient importante, il doit alors apporter un accroissement notable des

performances.

Lorsque le saut de frquence lent est activ, un canal physique ne sige pas sur une seule frquence mais utilise unensemble de porteuses.

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2. Duplexage1. Sparation des bandes

Dans le systme GSM le duplexage se fait en frquence. La bande totale alloue au systme est divise endeux sous-bandes dgale importance; lintervalle frquentiel qui les spare nest pas attribu au systme. Ce

partage entre les bandes montantes (mobile rseau) et les bandes descendantes (rseau mobile)facilite le filtrage et la sparation des voies. Dans GSM lcart duplex vaut D Wduplex=45 MHz, et dans le

cas de DCS1800 il vaut D Wduplex=95 MHz.

2. Canal physique duplexUn canal simplex se rapporte un slot par trame TDMA sur une porteuse (en labsence de saut de frquence). Un

canal physique duplex correspond deux canaux simplex. Si la porteuse supportant la voie descendante est fd , lavoie montante est sur la frquence fu:

fu = fd - D Wduplex

Un canal physique correspond la ressource radio quil faut utiliser pour supporter une communicationtlphonique.

Dans le systme GSM un mobile met et reoit des instants diffrents. Au niveau du mobile, lmission et la

rception sont dcales dans le temps dune dure de trois slots, mais pour conserver la mme numrotation Tn de0 7 de slots, la synchronisation de la trame TDMA montante est aussi dcale de 3Tslot. Ce dcalage permet

de simplifier le filtre duplex prsent dans chaque mobile. Son rle se rduit rejeter le signal provenant duneventuelle autre BTS mettant pendant une phase de rception du mobile.

3. Format du burst

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Le format dun burst normal est donn par cette figure , cest le type le plus couramment utilis, il permet detransmettre 114 bits. On remarque quil y a une priode de garde de 30.5 s correspondant la diffrence dedure entre un burst et un slot, ce dlai sert compenser les temps de transmission entre le mobile et la station de

base.

4. Chane de transmission1. Cas de la parole

La chane de transmission qui correspond la transmission du signal de la parole est dcrite par la figuresuivante:

Daprs la thorie des tlcommunications, la transmission dune source dinformation sur un canal doitmettre en uvre un codage de source (compressif) et un codage de canal (protecteur) efficaces. Lestechniques cryptographiques permettent dassurer un service de confidentialit sur un canal de transmissiondiffusant o des coutes indiscrtes peuvent tre entreprises.

2. Transmission de la parole paqutiseOn peut prsenter dune faon synoptique les diffrents traitements que subit une trame de 20 ms de parole :

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Le signal analogique de parole, dans le cas du signal tlphonique ordinaire, peut tre vu comme une fonction dutemps x (t) avec un spectre limit la bande [300 Hz , 3400 Hz]. Il est dcoup en intervalles jointifs de dure 20ms. Chaque intervalle est numris, comprim (par le codec de parole), protg pour aboutir une trame code,appele bloc, de 456 bits. Le codage seffectue paquet par paquet et cette paquetisation introduit un dlai de 20ms. En effet pour traiter un morceau de 20 ms il faut lavoir reu compltement.

Une fois obtenu le bloc de parole numris, comprim et protg, il faut le transmettre. Pour cela on a recours lentrelacement. On peut prendre lexemple des 456 bits de la trame code de la parole : ces bits sont brasss etdiviss enIgroupes oIreprsente le degr dentrelacement. Ici,Ivaut 8 on va donc transmettre les 456 bits en578 bits. Ces huit demi-burst sont numrots de 0 7. Chaque sous-bloc est associ avec un sous-bloc de la

trame de parole prcdente (pour les sous-blocs 0, 1, 2 et 3) ou de la trame suivante (pour les sous-blocs 4, 5, 6et 7).

5. Canaux logiques

Linterface radio est le maillon faible de la chane transmission. Il faut prvoir un certain nombre de fonctions decontrle de nature varie pour que le mobile se rattache une station de base favorable, pour tablir unecommunication, pour surveiller son droulement et assurer des commutations de cellules en cours decommunication. Ces autres fonctions engendrent des transferts de donnes: informations systme, relevs demesures, messages de contrles. Plusieurs canaux logiques ont t dfinis pour les diffrents types de fonction.

Linterface radio permet doffrir un certain nombre de tuyaux numriques:

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1. Les canaux de contrle logiques

Sur une paire de frquence, un slot parmi 8 est allou une communication avec un mobile donn. Cette paire de slots forme uncanal physique duplex. Ce dernier forme la base de deux canaux logiques ; dabord le TCH (Trafic CHannel) qui porte la voienumrise, mais aussi un petit canal de contrle, le SACCH ( Slow Associated Control Channel) qui permet principalement lecontrle des paramtres physiques de la liaison.

Dune manire plus gnrale, il faut prvoir une multitude de fonctions de contrle, en particulier :

diffuser des informations systme (cf. Broadcoast Control CHannels)prvenir les mobiles des appels rentrant et faciliter leur accs au systme (cf. Common Control Channel)contrler les paramtres physiques avant et pendant les phases actives de transmission (cf. FACCH, SCH et SACCH)fournir des supports pour la transmission de signalisation tlphonique (cf. SDCCH).

1. Classification et caractristiques

TYPE NOM FONCTION DEBIT

Broadcoast CHannel :

BCH

( )

Frequency CorrectionCHannel : FCCH

Calage sur frquenceporteuse

148 bits toutes les 50ms

SynchronisationCHannel : SCH

Synchronisation (entemps) + Identification

148 bits toutes les 50ms

Broadcoast ControlCHannel : BCCH

Information systme 782 bit/s

Common ControlChannel :

CCCH

( )( )

Paging CHannel : PCH Appel du mobile

456 bits parcommunication

Random AccessCHannel : RACH

Accs alatoire dumobile

pour effectuer uneopration sur le rseau

36 bits par messages

Access Grant CHannel

: AGCH

Allocation de

ressources

456 bits par message

dallocation

Cell BroadcoastCHannel : CBCH

Messages courts(SMS) diffuss

(informations routires,mto)

Dbit variable

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Dedicated ControlChannel

Stand-AloneDedicated Control

CHannel : SDCCH Signalisation 782 bit/s

Slow AssociatedControl CHannel :

SACCH

Supervision de la ligne

382bit/s pour de laparole

391 bit/s pour lasignalisation

Fast AssociatedContol CHannel :

FACCH

Excution du handover 9.2 kbit/s ou 4.6 kbit/s

Trafic CHannel

TCH

Trafic CHannel forcoded speech :

TCH

Voix plein/demi dbit13 kbit/s (plein dbit)

5.6 kbit/s (demi-dbit)

Trafic CHannel fordata Donnes utilisateur

9.6kbit/s, 4.8 kbit/s

ou 2.4 kbit/s

1.2. SECURITE

1. Gestion de la scurit du rseau et des appels:

Lintroduction de la mobilit dans les rseaux GSM a ncessit la cration de nouvelles fonctions par rapport aux rseaux fixesclassiques. Le systme doit pouvoir connatre tout moment la localisation dun abonn de faon plus ou moins prcise. En effet,

dans un rseau fixe, un numro correspond une adresse physique fixe (une prise de tlphone), alors que pour le rseau GSM,le numro dun terminal mobile est une adresse logique constante laquelle il faut associer une adresse physique qui varie au grdes dplacements de lusager du terminal. La gestion de cette itinrance ncessite la mise en uvre dune identificationspcifique de l'utilisateur.

De plus, l'emploi dun canal radio rend les communications vulnrables aux coutes et aux utilisations frauduleuses

Le systme GSM a donc recours aux procds suivants :

authentification de chaque abonn avant de lui autoriser laccs un service,utilisation dune identit temporaire,

chiffrement (ou cryptage) des communications.1. Numrotation lie la mobilit

Le systme GSM utilise quatre types dadressage lis labonn :

LIMSI (identit invariante de labonn) nest connu qu lintrieur du rseau GSM ; cette identit doit rester secrteautant que possible, aussi, GSM a recours au TMSI,Le TMSI est une identit temporaire utilise pour identifier le mobile lors des interactions Station Mobile / Rseau.

A lintrieur dune zone gre par un VLR, un abonn dispose dune identit temporaire. Le TMSI, cod sur 4 octets, estattribu au mobile de faon locale, cest--dire uniquement pour la zone gre par le VLR courant du mobile. Le TMSI est

utilis pour identifier le mobile appel ou appelant lors de ltablissement dune communication.

Le MSISDN est le numro de labonn ; cest le seul identifiant de labonn mobile connu lextrieur du rseau GSM,Le MSRN est un numro attribu lors de ltablissement dun appel. Sa principale fonction est de permettrelacheminement des appels par les commutateurs (MSC et GMSC).

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Exemple de mise en uvre des diffrentes identits dabonn dans GSM lors dun appel entrant:

1. Authentification et chiffrement

A cause de lutilisation du canal radiolectrique pour transporter les informations, les abonns sont particulirement vulnrables :

la possibilit dutilisation frauduleuse de leur compte par des personnes disposant de mobiles "pirates", qui se prsententavec lidentit dabonns autoriss, la possibilit de voir leurs communications coutes lors du transit des informations sur le canal radio.

Le systme GSM intgre donc des fonctions de scurit visant protger la fois les abonns et les oprateurs :

confidentialit de lIMSI,authentification dun abonn pour protger laccs aux services,confidentialit des donnes usager,confidentialit des informations de signalisation.

1. Confidentialit de lidentit de labonn

Il sagit dviter linterception de lIMSI lors de son transfert sur la voie radio par des entits nonautorises. Ainsi, il devient difficile de suivre un abonn mobile en interceptant les messages designalisations changs.

Le meilleur moyen dviter linterception de lIMSI est de la transmettre le plus rarement possible.Cest pourquoi le systme GSM a recours au TMSI et cest le rseau qui gre des bases de donneset tablit la correspondance entre IMSI et TMSI. En gnral, lIMSI est transmise lors de la misesous tension du mobile et ensuite les TMSIs successives du mobile seront transmises. Ce nest quencas de perte du TMSI ou lorsque le VLR courant ne la reconnat pas (par exemple aprs une panne)que lIMSI peut tre transmise.

Lallocation dune nouvelle TMSI est faite au minimum chaque changement de VLR, et suivant lechoix de loprateur, chaque intervention du mobile. Son envoi la station mobile a lieu en modechiffr.

2. Principes gnraux dauthentification et de chiffrement

Pour mettre en uvre les fonctions dauthentification et de chiffrement des informations transmises sur la voie radio, GSM utilise

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les lments suivants :

des nombres alatoires RAND,une cl Ki pour lauthentification et la dtermination de la cl Kc,un algorithme A3 fournissant un nombre SRES partir des arguments dentre RAND et de la cl Ki,un algorithme A8 pour la dtermination de la cl Kc partir des arguments dentre RAND et Ki,un algorithme A5 pour le chiffrement / dchiffrement des donnes partir de la cl Kc.

A chaque abonn est attribu une cl Ki propre. Les algorithmes A3, A5 et A8 sont quant eux les mmes pour tous les

abonns dun mme rseau.

Lutilisation de ces diffrents lments pour la mise en uvre des fonctions de scurit peut tre schmatise par la figuresuivante:

1. Authentification de lidentit de labonn

Lauthentification de lidentit de labonn peut tre exige du mobile par le rseau chaque mise jour de localisation, chaque tablissement dappel et avant dactiver ou de dsactiver certains services supplmentaires. Dans le cas o la procduredauthentification de labonn chouerait, laccs au rseau est refus au mobile.

Le droulement global de la procdure est le suivant :

le rseau transmet un nombre alatoire RAND au mobile ;la carte SIM du mobile calcule la signature de RAND grce lalgorithme A3 et la cl Ki. Le rsultat calcul, not SRES,est envoy par le mobile au rseau ;le rseau compare SRES au rsultat calcul de son cot. Si les deux rsultats sont identiques, labonn est identifi.

Ce droulement peut tre schmatis par la figure suivante :

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1. Confidentialit des donnes transmises sur la voie radio

La confidentialit des donnes permet dinterdire linterception et le dcodage des informations pardes entits non autorises ; elle sert plus particulirement protger les lments suivants : IMEI(identit du terminal), IMSI (identit de labonn) et numro appelant ou appel. Cette confidentialitest obtenue grce au chiffrement des donnes. Elle ne concerne que les informations circulant surlinterface Station Mobile / BTS.

La procdure de chiffrement fait intervenir les lments suivants : lalgorithme de chiffrement, le modedtablissement de la cl de chiffrement et le dclenchement des processus de chiffrement /dchiffrement chaque bout de la liaison.

0. Etablissement de la cl

Les informations transmises sur les canaux ddis sont chiffres grce la cl Kc calcule

partir du nombre alatoire RAND et de lalgorithme A8 selon la figure suivante :

1. Activation du chiffrementLalgorithme A5 est implant dans la BTS. Lactivation se fait sur demande du MSC mais le dialogueest gr par la BTS. On peut noter que ce chiffrement ne peut tre activ ds les premiers messagesmais se fait aprs une procdure dauthentification puisquil ncessite la connaissance de la cl Kc par

le mobile.

2. Gestion des donnes de scurit au sein du rseau0. Gestion de la cl dauthentification Ki

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La cl Ki est attribue lusager, lors de labonnement, avec lIMSI. Elle est stocke dans lacarte SIM de labonn et dans lAUC au niveau du rseau. Afin de limiter les possibilits de

lecture de la cl Ki, celle-ci nest jamais transmise travers le rseau, ni sur linterface radio, nientre les quipements fixes.

1. Entits du rseau o sont enregistres les donnes de scuritLe centre dauthentification AUC stocke lalgorithme dauthentification A3, lalgorithme de gnrationde la cl de chiffrement A8 et les cls Ki des diffrents abonns du rseau GSM.

Le HLR peut stocker plusieurs triplets (Kc, RAND, SRES) pour chaque IMSI.

Dans le VLR plusieurs triplets (Kc, RAND, SRES) sont enregistrs pour chaque IMSI. Les couplesTMSI (ou IMSI) et la cl de chiffrement Kc le sont aussi.

La BTS peut stocker lalgorithme de chiffrement A5 pour les donnes usager et pour les donnes designalisation.

La station mobile contient dans la carte SIM de labonn : lalgorithme dauthentification A3,lalgorithme de chiffrement A5, lalgorithme de gnration des cls de chiffrements A8, la cldauthentification individuelle de lutilisateur Ki, la cl de chiffrement Kc, le numro de squence de lacl de chiffrement et le TMSI.

3. Autres mcanismes

Les mcanismes de scurit mis en uvre dans GSM permettent dobtenir des niveaux de protection trs levs pour le systmeet pour les abonns. En effet il faudrait par exemple plusieurs milliards de couples (RAND, SRES) afin de dterminerlalgorithme A3. Mais aucun systme de scurit n'est fiable 100%. On a donc recours des systmes de scurit internes

propres aux terminaux mobiles. Loprateur du rseau GSM peut vrifier lidentit IMEI dun terminal. Si celle-ci nest pasreconnue par le rseau ou si elle fait partie dune liste de terminaux drobs ou pirates, laccs du mobile au rseau est alorsrefus. Le rseau peut aussi mmoriser lidentit IMSI de labonn utilisant le terminal douteux.

Il est intressant de noter que la carte SIM contient galement des codes personnalisables par lusager et utiliss pour identifier

labonn, tel le code PIN, Personnal Identity Number, demand lutilisateur chaque mise sous tension du terminal. La cartepeut aussi contenir dautres codes selon la volont de lutilisateur, afin dinterdire laccs certains services.

1. CONCLUSION

Le rseau GSM est considr par les spcialistes comme une rvolution dans le domaine des tlcommunications. Cettedeuxime rvolution, aprs celle du rseau analogique Radiocom 2000, a su se faire apprcier du grand public en

proposant une bonne qualit de service un tarif accessible. Actuellement l'extension de la norme dans la bande spectrale

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des 1800 MHz qui se surajoute la bande des 900 MHz laisse encore prsager de beaux jours ce systme. Pourtant

on parle dj de rseaux de 3me gnration.

Ce rseau de 3me gnration pourrait concilier les avantages de deux nouvelles techniques:

- les nano-cellules couvrant la superficie d'un immeuble et bien entendu localises dans des zones trs fortement peuples,

- la couverture satellite en basse orbite pour les zones trs faiblement peuples ou dsertiques.

On peut par exemple citer le projet Iridium financ par un consortium dirig par Motorola qui projette de mettre environ70 satellites en orbite pour assurer une couverture de tlphonie portative au niveau mondial. La tlphonie mobile seraalors rellement devenue universelle, au point que certains pensent dj que les jours du tlphone fixe sont compts

2.3. SOURCES

1. Bibliographie

Collectif, Xavier LAGRANGE, Philippe GODLEWSKI, Sami TABANNE,Rseaux GSM - DCS: des principes la

norme, Paris, HERMES, 1995TISAL Joachim, le radiotlphone cellulaire GSM, Paris, MASSON, 1995TISAL Joachim, GSM: rseau et service, Paris, MASSON, 1997CELLMER Jean,Rseaux cellulaires de radiocommunications mobiles, Techniques de l'Ingnieur E 7360, 1991MAHOUX Frdric, BERKENBAUM Philippe, Le guide Marabout du GSM, 1994Collectif, Revue des tlcommunications d'Alcatel, parution trimestriel

1. Sites Internet

LART publie sur son site les statistiques des rseaux mobiles en France (croissance et parcs mensuels), dans la rubriqueintitule "Observatoire des Mobiles", ainsi que des informations utiles sur l'tat de la rglementation des tlcommunications, en

France et en Europe (textes officiels, ...).

http://www.art-telecom.fr

Les oprateurs signataires de la Charte du GSM (MoU) sont prsents ainsi que des informations sur la norme.

http://www.gsmworld.com

Ce site inclue des informations varies sur le GSM ainsi qu'une liste des questions les plus frquemment poses.

http://www.mobileworld.org

Le site officiel de la socit Alcatel prsente les grandes lignes de la technologie GSM ainsi que sa gamme de produits pouroprateur.

http://www.alcatel.com/telecom/mcd/keytech/

Le site de l'Union Internationale des Tlcommunications.

http://www.itu.int

Le site officiel de SFR.

http://www.sfr.fr

1.2. ANNEXES

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1. GLOSSAIRE

AUC

AUthentication Centre. Centre d'authentification des abonns d'un rseau GSM.

Authentification

Processus permettant au rseau de vrifier qu'un abonn est autoris utiliser le rseau en contrlant la prsenced'une cl secrte dans sa carte SIM.

BSC

Base Station Controller. Contrleur de station de base. Cet quipement commande une ou plusieurs BTS et gre laressource radio (allocation de canal pour un appel, dcision du hand-over).

BSS

Base Station Subsystem. Sous-systme radio compos d'un BSC et d'une BTS. Un BSS dsigne en gnral unBSC et les BTS qui en dpendent. On peut utiliser ce terme lorsqu'on ne s'attache pas au dcoupage prcis desfonctions entre BTS et BSC.

BTS

Base Transceiver Station. quipement compos des metteurs / rcepteurs radio et constituant l'interface entre leBSC et les mobiles.

Burst

lment de signal transmis par un quipement l'intrieur d'un slot en TDMA. La dure du burst normal GSM est148 bits soit 1483/812500s=546s.

Canal logique

Suite de slots ddis une fonction particulire.

Canal physique duplex

Paire de canaux physiques simplex, l'un sur la voie montante l'autre sur la voie descendante.Canal physique simplex

Canal form par un numro de slot dans la trame TDMA sur une frquence donne ou une squence defrquences. On distingue les canaux physiques plein-dbit (1 slot par trame TDMA) des canaux physiques demi-dbit (1 slot toutes les 2 trames TDMA).

Cellule

Ensemble des points o le mobile peut dialoguer avec une station de base donne avec une qualit suffisante.

Chiffrement

Processus permettant de coder les informations transmises de faon ce qu'elles ne soient comprhensibles quepar une entit disposant d'une cl de dchiffrement.

CHV

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Card Holder Verification. Code secret, dfini par l'utilisateur et stock sur la carte SIM, taper sur le mobile pouraccder aux services. ( quivalent au code PIN).

Codec

COdeur DECodeur. Circuit ralisant la conversion d'un signal analogique de parole en une suite de donnesnumriques et rciproquement.

DCS 1800

Digital Cellular System 1800. Systme reposant sur la norme GSM transpose dans la bande de frquence 1800MHz, adapte aux rseaux micro-cellulaires.

Ecart duplex

Diffrence de frquence entre la voie montante et la voie descendante. Cet cart est constant pour une bandedonne (45 MHz en 900MHz, 95 en 1800 MHz).

Entrelacement

Principe consistant taler la transmission des symboles cods dans le temps pour amliorer les performances de

correction d'erreur.

FN

Frame Number. Numro de la trame courante dans l'hypertrame dfini pour une BTS et variant de 0 2 715 647.

GMSC

Gateway MSC. MSC passerelle ralisant l'interface entre le PLMN et le RTCP pour les appels destination d'unmobile.

GSM

Global System for Mobile communications (appel initialement Groupe Spcial Mobile). Nom du standardeuropen du systme radio cellulaire numrique.

Handover

Mcanisme grce auquel un mobile peut transfrer sa connexion d'une station de base vers une autre (handoverinter station de base) ou, sur la mme station, d'un canal radio vers un autre (handover intra station de base). Onl'appelle galement Transfert automatique inter / intra cellulaire.

HLR

Home Location Register. Enregistreur de localisation nominal. Base de donnes contenant les profils et leslocalisations grossires d'abonns d'un rseau.

IMEI

International Mobile Equipement Identity. Identit internationale spcifique d'un terminal.

IMSI

International Mobile Stubscriber ldentity. Identit internationale d'un abonn inscrite dans la carte SIM.

Itinrance

Capacit pour un terminal d'tre utilisable en tout point du rseau (roaming). Ce terme a tendance dsignermaintenant la capacit d'un abonn d'un rseau utiliser un autre rseau pour lequel il n'a pas d'abonnement

particulier.

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Macrocellule

Cellule dont le rayon est suprieur au kilomtre.

Microcellule

Cellule dont le rayon est de quelques centaines de mtres.

Mobile

Voir MS.

MS

Mobile Station, Terminal GSM muni d'une carte SIM et susceptible de fonctionner sur un rseau.

MSC

Mobile-services Switching Centre. Commutateur fixe adapt GSM qui permet de grer les appels dparts etarrives.

MSISDN

Mobile Station ISDN Number. Numro international d'un abonn mobile

MSRN

Mobile Station Roaming Number. Numro allou temporairement, permettant par un appel tlphonique ordinairede raliser l'acheminement vers le MSC o se trouve l'abonn mobile demand.

NSS

Network Sub-System. Sous-rseau fixe d'un rseau GSM comportant

principalement des bases de donnes HLR et VLR et des commutateurs

mobiles MSC.

OMC

Operation and Maintenance Centre. Centre d'administration, en gnral associ un sous-systme particulier (parexemple un BSS).

PIN

Personal Identity Number. Ancien nom du CHV Code secret dfini par l'utilisateur et stock sur la carte SIM pouraccder aux services.

PLMN

Public Land Mobile Network. Rseau GSM opr par un oprateur particulier sur un territoire.

Porteuse

Frquence sur laquelle est transmise un signal modul. Les porteuses GSM sont espaces de 200kHz.

Rseau intelligent

Principe constituant sparer les mcanismes de base communs tous les services des procdures spcifiques aurseau tlphonique et les implanter sur des quipements diffrents.

RNIS

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Rseau Numrique Intgration de Service. Un R.N.I.S. tend constituer un rseau dinfrastructure tirant lemeilleur parti des quipements de transmission existants (lignes terminales notamment) et de commutation(lectronique numrique).

Roaming

Voir Itinrance.

RTC

Rseau Tlphonique Commut.

Squence d'apprentissage

Suite dtermine d'lments binaires prsents dans le burst qui possde des caractristiques particulires d'auto-corrlation ; elle permet au rcepteur de se synchroniser sur l'metteur et d'analyser la qualit du signal reu (lasquence d'apprentissage du burst normal a une longueur de 27 bits).

SFH

Slow Frequency Hopping. Saut de frquence lent. Processus par lequel l'metteur et le rcepteur changent defrquence chaque nouvelle trame TDMA. Un canal physique est alors un slot dans la trame TDMA sur unesuccession de frquences.

SIM

Subscriber ldentity Module. Carte s'insrant dans un terminal GSM et contenant toutes les informationsd'abonnement.

Slot

Intervalle de temps lmentaire en TDMA qui peut accueillir un burst.

SMS

Short Message Service. Service bidirectionnel de messages courts

TDMA

Time Division Multiple Access.

Terminal

metteur rcepteur portatif, portable ou mont dans un vhicule susceptible de fonctionner sur un rseau GSM.

TMSI

Temporary Mobile Station Identity. Identit temporaire attribue par le rseau une MS et utilise ensuite pour lestransactions sur voie radio.

UIT

Union Internationale des Tlcommunications.

VLR

Visitor Location Register.

Voie descendante

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Sens de transmission de la BTS vers la MS.

Voie montante

Sens de transmission de la MS vers la BTS.

Zone de localisation

Ensemble de cellules au sein duquel la MS n'enclenche pas de mise jour de localisation et permettant aux

oprateurs de localiser grossirement un abonn.

2. Graphique des communications passes Val d'Isre sur le rseau SFR

3. Principales caractristiques de la normes

Frquence d'mission du terminal vers la station de base 890-915 MHz

Frquence d'mission de la station de base vers le terminal 935-960 MHz

Bande frquence disponible 25+25 MHz

Mode d'accs TDMA/FDMA

Espacement des canaux radio 200 kHz

Ecart du duplex 45 MHz

Nombre de canaux radio par sens 124

Nombre de canaux de parole plein dbit 8

Type de transmission numrique

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Dbit brut d'un canal radio 270 kbit/s

Dbit brut d'un canal de phonie plein dbit 22,8 kbit/s

Dbit d'un codec plein dbit 13 kbit/s

Puissance maximale d'une station mobile 8W

Puissance maximale d'un portatif 2W

Rayon maximum d'une cellule 30 km

Rayon minimum d'une cellule 350 m

Dbit maximal de transmission de donnes 9600 bit/s

Transfert automatique de cellule oui (handover)

ltinrance oui

Carte d'identit d'abonn oui (SIM)

Authentification oui

Chiffrement de l'interface radio oui

Contrle de la puissance d'mission oui

4.5. Quelques chiffres du march au 30 avril 1999

1. Evolution du nombre d'abonns en France par oprateur

2. Chiffres au 30 avril 1999

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RESUME

La rvolution actuelle dans le domaine des tlcommunications entrane un essor considrable des rseaux mobiles. Le systmeGSM offre ses abonns la possibilit de communiquer librement sans les contraintes inhrentes au rseau fixe.

Ce travail sappuie sur une tude des diffrents composants techniques ncessaires lexploitation dun rseau cellulaire dans lebut de comprendre les problmes de transmission, de scurit, et ditinrance qui lui sont lis.

The present revolution in telecommunication is leading to a rapid development of mobile telephone network. The GSM system isoffering to its subscribers the possibility of freely communicating without the constraint inherent to the standard telephonenetwork.

This paper deals with the study of the different technical components necessary to the running of a cellular network in order to

understand transmission, safety, and mobility problems linked to it.

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