Les Réseaux Mobiles - GSM

Un livre blanc 1 / 21

LES RSEAUX DE TLPHONIE MOBILE

I. LE GSM

Par Michle Germain Prsidente de latelier dcriture de Forum ATENA

Le GSM ? On dira lheure de la 4G que le Professeur Atena ne fait pas dans la modernit mais laissons-lui prendre dans lordre les volutions de la radio mobile, le GSM tant la base de toute la tlphonie mobile, avant daborder les technologies les plus rcentes.

La lecture de ce livre blanc de la collection Professeur ATENA ne requiert aucune base technique. Toutefois, il est conseill de matriser quelques notions de radio, par exemple, lire en prambule le livre blanc Les bases de la radio du Professeur ATENA.

Un livre blanc de Forum ATENA


SOMMAIRE

LES RSEAUX DE TLPHONIE MOBILE ...................................................................... 1

I. LE GSM ................................................................................................................... 1

1. QUEST-CE QUE LE GSM ? .................................................................................... 4

1.1. POURQUOI LE GSM ? ........................................................................................................ 4 1.2. NAISSANCE DU GSM ......................................................................................................... 4 1.3. STRUCTURE DU RSEAU ...................................................................................................... 4 1.4. SERVICES ET TLSERVICES ................................................................................................. 4

2. ARCHITECTURE DUN SYSTME GSM ................................................................... 5

2.1. LE SOUS-SYSTME RADIO .................................................................................................... 6 2.1.1. La BTS .................................................................................................................... 6 2.1.2. La BSC .................................................................................................................... 6 2.1.3. Lantenne................................................................................................................. 6

2.2. LE SOUS-SYSTME RSEAU .................................................................................................. 7 2.2.1. Le MSC .................................................................................................................... 7 2.2.2. Le HLR .................................................................................................................... 8 2.2.3. Le VLR ..................................................................................................................... 8 2.2.4. LAUC ...................................................................................................................... 9

2.3. LE SOUS-SYSTME EXPLOITATION .......................................................................................... 9 2.3.1. LOMC et le NMC ....................................................................................................... 9 2.3.2. LEIR ....................................................................................................................... 9

2.4. LES TERMINAUX ............................................................................................................... 9

3. DFINITION DE LINTERFACE AIR .................................................................... 11

3.1. UTILISATION DES FRQUENCES ........................................................................................... 11 3.2. LE CANAL RADIO ............................................................................................................. 11

3.2.1. Notion de canal radio .............................................................................................. 11 3.2.2. Dfinition des canaux logiques .................................................................................. 11 3.2.3. Affectation des canaux radio aux BTS ........................................................................ 12

3.3. LA CHANE DE CODAGE ..................................................................................................... 12

4. LA GESTION DE LA MOBILIT ........................................................................... 12

4.1. LINSCRIPTION ............................................................................................................... 12 4.1.1. Les zones dinscription ............................................................................................. 12 4.1.2. Linscription dun terminal ........................................................................................ 13 4.1.3. Gestion des appels .................................................................................................. 13

4.2. CONTINUIT DE SERVICE ET HAND-OVER ................................................................................ 13 4.2.1. Le choix dune cellule au dmarrage .......................................................................... 13 4.2.2. La reslection de cellule ........................................................................................... 14 4.2.3. Le handover ........................................................................................................... 14

5. LA SCURIT .................................................................................................... 14

6. LA PLANIFICATION RADIO ............................................................................... 15

6.1. LES GRANDES QUESTIONS ................................................................................................. 15 6.2. INGENIERIE CELLULAIRE .................................................................................................... 16

6.2.1. Taille des cellules .................................................................................................... 16 6.2.2. Implmentation des relais ........................................................................................ 16

6.3. CONFIGURATION DES RELAIS .............................................................................................. 17 6.3.1. Puissance de la BTS ................................................................................................ 17 6.3.2. Capacit de la BTS .................................................................................................. 17

6.4. ALLOCATION DES FRQUENCES............................................................................................ 17 6.5. LES ESSAIS TERRAIN........................................................................................................ 18 6.6. DES COUVERTURES PARTICULIRES ...................................................................................... 18

6.6.1. La superposition de cellules ...................................................................................... 18 6.6.2. La couverture des zones confines ............................................................................ 19

6.7. VIE ET SUPERVISION DU RSEAU ......................................................................................... 19

7. LA SUITE DU GSM ............................................................................................. 19


8. GLOSSAIRE ....................................................................................................... 20

9. BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................... 21

10. A PROPOS DE LAUTEUR ................................................................................ 21


1. QUEST-CE QUE LE GSM ?

1.1. POURQUOI LE GSM ?

Le dbut des annes 1980 fut marqu en France par louverture du rseau radio analogique de 1re gnration (1G) Radiocom 2000. Celui-ci offrait un service de radio tlphonie mobile avec des terminaux lourds et encombrants. Le temps de connexion vers les abonns filaires tait long. Labonnement et les terminaux taient chers. De plus, franco-franais, Radiocom 2000 ntait utilisable qu lintrieur de nos frontires. La situation dans les autres pays tait la mme avec partout des rseaux nationaux incompatibles.

A la mme poque, il fut dcid daller plus loin en ouvrant un service de tlphonie mobile numrique qui rpondrait diffrents objectifs :

- services de tlcommunications compatibles avec ceux des rseaux filaires,

- compatibilit daccs dans tout pays pourvu dun rseau de radiotlphonie,

- localisation automatique des usagers sous la couverture de nimporte lequel de ces rseaux,

- grande varit de terminaux produits par divers industriels,

- cots des terminaux et des abonnements comptitifs,

- volutivit.

Ce fut le dbut des tudes qui aboutirent au GSM.

1.2. NAISSANCE DU GSM

Premire norme de tlphonie cellulaire numrique, le GSM fut dfini par un groupe de travail Groupe Spcial Mobile lanc par la CEPT. La rdaction du standard fut ralise par lETSI et au final, le GSM, devenu Global System for Mobile communications naquit en 1991.

Par opposition aux anciens rseaux analogiques, le GSM fut qualifi rseau de 2me Gnration (2G).

En France, la DRM (Direction des Radiocommunications Mobiles)

des Postes & Tlcommunications ouvrit le rseau Itinris le 1er juillet 1992.

Le GSM connut rapidement un vif succs. Les terminaux tout dabord lourds et encombrants se miniaturisrent et gagnrent en autonomie. Les prix se dmocratisrent.

1.3. STRUCTURE DU RSEAU

Un rseau GSM est de type cellulaire (cf. ), c'est--dire compos dune multitude dmetteurs-rcepteurs radio, chacun dentre eux dfinissant une cellule, soit une zone o le service GSM est accessible aux terminaux qui y sont prsents.

1.4. SERVICES ET TLSERVICES

Tlservices

Si la fonction essentielle du GSM est la communication de phonie, il permet galement lenvoi de

courts messages (SMS) et la transmission de donnes en mode circuit1 9,6 kbits/s.

Services

Pour rpondre aux besoins exprims ci-dessus, le GSM offre un service de communication entre usagers mobiles, et aussi entre usagers mobiles et usagers du rseau tlphonique.

Il propose un sous-ensemble des services complmentaires dfinis par le RNIS :

1 Le mode circuit, que lon opposera au mode paquet, utilise de manire exclusive un circuit de communication pendant toute la dure de la

transaction, mme si le dbit ncessaire est infrieur au dbit maximum du circuit. En mode paquet, par contre, un circuit de communication

peut tre partag par plusieurs transactions qui vont pouvoir lutiliser pleine capacit.

Un des premiers mobiles GSM Photo Matra Communications


- renvoi dappel,

- prsentation dappel en instance,

- confrence 3,

- mise en attente (en garde) dun appel,

- prsentation du numro de lappelant,

pour ce qui est des principaux.

Un usager donn peut accder lensemble des services qui lui sont autoriss dans nimporte quelle cellule du rseau, cest ce quon appelle le roaming. Toutefois, dans le monde des oprateurs GSM, le terme de roaming est plutt utilis pour dfinir la capacit qua un usager daccder aux services dun rseau qui nest pas le sien, en particulier ltranger. Ces deux dfinitions sont valables.

Si en cours de communication un usager change de cellule, sa communication est rcupre par la cellule de destination sans que lusager ne ressente la moindre coupure. Cest ce quon appelle le handover.

2. ARCHITECTURE DUN SYSTME GSM

BTS

BSCExploitation

MSC

SS. Exploitation

BSS MSS

OMC

VLR

HLR

VLR

RTCPhonie et signalisation

Signalisation

Architecture dun rseau GSM

Larchitecture dun systme GSM se dcompose en trois sous-systmes :

Le sous-systme radio (BSS)

Il gre la partie radio des communications et se compose dmetteurs-rcepteurs radio (BTS) contrls par une BSC.

Le sous-systme rseau (NSS)

Il gre le traitement des appels, la mobilit et lacheminement de/vers les rseaux filaires. Il se compose de commutateurs radio (MCS) et dun certain nombre de bases de donnes HLR et VLR.

Le sous-systme exploitation

Il contrle les droits daccs au rseau, les droits des usagers et assure linterface homme-machine dexploitation. Il gre aussi le maintien en conditions oprationnelles du rseau et la remonte des alarmes.


2.1. LE SOUS-SYSTME RADIO

2.1.1. LA BTS

La BTS (Base Tranceiver Station) est un ensemble dmetteurs-rcepteurs radio (TRX), sans grande intelligence. Elle gre la couche physique de linterface air :

- codage,

- modulation,

- correction derreurs,

- mesures de signal radio,

- multiplexage

- chiffrement du segment radio avec le mobile, pour garantir la confidentialit de la communication en cas dcoute hertzienne.

La zone de rayonnement de lantenne de la BTS dfinit la cellule.

Chaque TRX gre un canal radio TDMA/8 qui peut supporter 8 communications.

La BTS gre galement linterface et le dialogue avec la BSC.

2.1.2. LA BSC

Chaque BTS est raccorde une BSC, et une seule, au moyen dune liaison filaire MIC. Inversement, une BSC peut raccorder plusieurs BTS. Chaque BSC est galement raccorde un MSC, et un seul.

Contrairement la BTS, la BSC est un organe intelligent.

Elle gre les ressources radio (allocation/dsallocation de canal) au niveau des BTS en fonction de ltablissement et de la libration des communications.

Elle exploite les mesures ralises par les BTS, notamment la mesure du signal radio mis par les mobiles. Cela permet dasservir la puissance mise par le terminal en fonction de sa distance lantenne (plus il est proche, moins sa puissance dmission est importante), et galement de dtecter la ncessit de faire un handover.

Elle assure galement la concentration des communications sur interface avec le MSC.

Le monde tlphonique, gnralement numrique, code la parole sur des circuits 64 kbits/s (un IT MIC supporte un seul circuit de phonie). Un tel dbit nest pas raliste sur linterface air et par consquent,

la BSC gre galement1 le transcodage de la parole 64kits/s de/vers un codage 16 kbits/s utilis entre le BSC et la BTS, afin doptimiser les liaisons MIC entre la BTS et la BSC (un IT MIC supporte quatre circuits de phonie). Ce codage sera ensuite adapt par la BTS 13 kbits/s sur linterface air.

2.1.3. LANTENNE

Noublions pas lantenne qui est le complment naturel de la BTS.

Configuration de couplage

Nous verrons un peu plus loin quune BTS gre souvent plusieurs canaux radio. En toute rigueur, il en faudrait une par canal et par sens (montant descendant). Par chance dingnieux quipements nous en dispensent :

Le duplexeur permet dacheminer les canaux montants et descendants sur une mme antenne.

Le multiplexeur concentre plusieurs canaux sur une mme antenne en les couplant deux deux. Ceci nest pas sans inconvnient, car chaque tage de couplage introduit une perte de quelques dcibels (typiquement 3 dB), ncessitant une augmentation en consquence de la puissance de lmetteur.

Le schma ci-dessous montre une configuration dantenne pour 4 canaux radio. Les metteurs et rcepteurs sont coupls deux par deux sur deux tages (introduisant ainsi une perte de 6 dB). Les branches mission et rception sont renvoyes vers un duplexeur do sort le cble coaxial qui monte lantenne.

1 Gnralement. La norme GSM nimpose rien quant limplantation de cette fonction qui est traditionnellement loge dans la BSC.


Couplage sur antenne des canaux radio

Choix et installation de lantenne

Les rseaux GSM utilisent des antennes omnidirectionnelles (qui rayonnent dans toutes les directions) ou des antennes directionnelles (qui rayonnent dans une direction privilgie), selon les besoins.

Modles dantennes (document Kathrein)

Une antenne est caractrise par un diagramme de rayonnement qui dfinit la forme de son rayonnement dans les trois dimensions. Il sagit de la forme et non de la distance qui, elle, sera fixe par la puissance dmission. Pour connatre la forme de la couverture au sol, il convient de tracer lintersection du graphe avec le plan horizontal et on a de fortes chances de ne rien trouver du tout ! Pour que cette intersection soit non nulle, lantenne est incline sur sa verticale et dans laxe vertical du graphe selon un angle appel tilt.

Une antenne est galement caractrise par son gain, c'est--dire lamplification quelle applique au signal mis ou reu.

2.2. LE SOUS-SYSTME RSEAU

2.2.1. LE MSC

Le MSC est un commutateur radio qui gre lensemble des communications dans le rseau GSM :

- communications entre mobiles,

- communications de/vers le rseau tlphonique,

- communications de/vers dautres rseaux GSM,

- communications de/vers des rseaux de transmission de donnes.


Pour ces trois derniers types de communications, le MSC intgre une fonction de passerelle (gateway) qui assure le passage du monde GSM un monde externe. Chaque passerelle peut ne pas tre prsente dans toutes les MSC du rseau.

Un MSC raccorde plusieurs BTS. Chaque MSC est galement raccorde un autre au moins, ralisant ainsi un maillage des MSC dans le rseau GSM. Ceci permet tout dabord de grer les communications entre des mobiles grs par des BTS raccordes des MSC diffrents, mais aussi, dans le cas des communications vers dautres rseaux, pour une MSC non quipe dun gateway de pouvoir transiter vers une MSC qui en dispose.

Le premier rle du MSC est la gestion des communications :

- rservation de canal radio,

- identification et authentification de lusager (appel sortant),

- localisation de lusager (appel entrant),

- acheminement vers le demand,

- allocation des ressources filaires,

- taxation des appels et des services de donnes.

Sa seconde grande fonction est la gestion de la mobilit :

- gestion des inscriptions,

- gestion du handover,

- gestion de la localisation.

Chaque MSC communique avec les deux bases de donnes HLR et VLR.

2.2.2. LE HLR

Le HLR (Home Location Register) est une base de donnes qui centralise les caractristiques et les informations de localisation des usagers du rseau GSM.

Le HLR est thoriquement unique, mais sur de gros rseaux il peut tre fractionn sur plusieurs units. Il contient :

Le numro IMSI didentification internationale de lusager.

Ce numro est interne du rseau et non connu de lusager.

Il est compos de trois champs :

- MCC : code pays (ex. 208 pour la France) sur 3 chiffres

- MNN : code rseau qui identifie loprateur dans le pays (ex. 01 pour Orange) sur 2 ou 3 chiffres selon les pays

- MSIN : numro de lusager dans le rseau sur 10 chiffres ou moins. Ce numro peut selon les rseaux tre prcd de 2 chiffres qui dsignent le HLR de lusager.

Le numro de tlphone international de lusager MSISDN, par exemple 33 6 xx xxx xxx.

Le profil de lusager, c'est--dire le type dabonnement souscrit, droit aux appels internationaux, droit certains services supplmentaires.

Le numro du VLR o lusager est localis (voir ci-dessous).

2.2.3. LE VLR

Le VLR (Visited Location Register) est prsent dans une zone gographique donne, gre par un

MSC1.

Le MSC est raccord au VLR qui le supporte.

Chaque VLR peut communiquer avec le HLR des autres MSC. Il contient les mmes types dinformations que le HLR, mais cette fois relatives aux mobiles physiquement prsents dans la zone gographique contrle par le MSC. En plus, il contient pour chaque mobile :

- un identifiant temporaire TMSI qui sera utilis la place de son numro IMSI, tout le temps quil restera sous contrle du mme VLR,

- sa localisation complte (zone de localisation).

1 Il nest pas interdit davoir un VLR pour plusieurs MSC, mais cest plus rare.


2.2.4. LAUC

LAUC (AUthentication Center) est lunit qui authentifie les mobiles et qui dtient toutes leurs cls dauthentification. Il est associ au HLR.

Le MSC sadresse lui lors dune demande dinscription pour valider laccs du mobile au rseau. Il contient aussi les algorithmes dauthentification et de chiffrement utiliss par le rseau

2.3. LE SOUS-SYSTME EXPLOITATION

2.3.1. LOMC ET LE NMC

Leur rle est de contrler les performances et lutilisation du systme et douvrir une interface homme-machine loprateur responsable de lexploitation du rseau.

Le NMC (Network Management Center) opre de manire centralise. LOMC (Operation and Maintenance Center) effectue une supervision locale des quipements.

Parmi les principales fonctions dadministration, citons :

- la dclaration des abonns et des terminaux,

- la facturation,

- lobservation de trafic et dtection des surcharges,

- la configuration des quipements et des logiciels du rseau,

- la remonte des alarmes,

- etc.

2.3.2. LEIR

LEIR (Equipment Identity Register) est la base de donnes des abonns. Elle est consulte pour sassurer de la lgitimit dun mobile. Cest en particulier dans lEIR que sont identifis les mobiles vols et interdits daccs au rseau.

2.4. LES TERMINAUX

On parlera indiffremment de mobile, de portable, de poste mobile, de terminal

Nous nallons pas nous appesantir, tout le monde en a un dans sa poche, juste rappeler les fondamentaux.

On distingue deux parties :

Lappareil

Il comporte :

- Un metteur-rcepteur qui fonctionne dans les frquences du GSM dans le pays o il sera utilis, voire dans dautres pays en plus.

- Une antenne cache dans la coque de lappareil. Nous en avons termin avec les antennes tlescopiques des premiers appareils.

- Des organes de communication (haut-parleur, micro, clavier, afficheur).

- Du logiciel pour faire marcher tout a.

- Le terminal est identifi par un numro qui lui est propre, unique dans le monde, attribu par le

fabricant et en principe grav dans la marbre de lappareil1. Il est relatif lappareil lui-mme et na rien voir avec labonnement souscrit par lusager et son numro dannuaire.

La puissance dmission est de 2 W en GSM 900 et de 1 W en GCS 1800 (voir ci-dessous), mais il sagit dune puissance maximale, celle-ci tant dautant plus rduite que le mobile est proche du relais.

La carte SIM

Cest elle qui personnalise le mobile en fixant son numro dannuaire (MSISDN) et son identifiant (IMSI). Elle contient aussi des tas dautres choses comme le code PIN de verrouillage du mobile et un espace de stockage pour lannuaire, les messages, etc.

1 Les dernires gnrations implantent cependant ce code unique dans des mmoires, ce qui ouvre la porte modification potentielle.


Une fonction moins connue de la carte SIM est la scurit. Il est vident quon ne communique pas en clair sur un rseau GSM et que les communications sont cryptes entre les mobiles et les relais. Les lments cryptographiques (cls, algorithmes) sont stocks sur la carte SIM.


3. DFINITION DE LINTERFACE AIR

Linterface air est linterface radio qui permet de mettre en relation un relais radio et les postes mobiles.

3.1. UTILISATION DES FRQUENCES

Le GSM fut initialement dfini dans la bande de frquence duplex 900 MHz (890-915/935-960 MHz).

Vu le succs, il fallut ouvrir une seconde bande de frquences duplex 1800 MHz (1710 -1785/1805-1880 MHz) pour absorber le trafic. Cette variante, nomme DCS 1800 (Digital Communication System 1800 MHz), est parfaitement compatible avec le GSM 900 MHz. Ces deux bandes de frquence sont utilises en Europe, en Afrique et en Asie. Les terminaux sont bi-mode pour pouvoir sadapter automatiquement.

Aux tats-Unis et Canada, le GSM utilise des bandes de frquence 500 et 1900 MHz, ce qui le rend de ce fait incompatible avec les terminaux europens, sauf ceux spcialement conus pour cet usage.

Il existe dautres variantes en bande de frquence dans certains pays, mais celles-ci demeurent marginales.

Chaque canal radio occupe une largeur de 200 KHz dans le sens montant et dans le sens descendant avec un cart duplex de 45 MHz dans la bande 900 MHz et de 95 MHz dans la bande 1800 MHz.

3.2. LE CANAL RADIO

3.2.1. NOTION DE CANAL RADIO

Le canal physique

La bande de frquences alloue est dcoupe en canaux duplex de 200 MHz, soit 125 canaux dans la

bande 900 MHz et 375 canaux dans la bande 1800 MHz. Ces canaux sont rpartis entre les diffrents oprateurs. Ce sont des canaux physiques, aussi nomms porteuses.

Revenons sur la notion de canal duplex. Prenons par exemple la bande 900 MHz. Elle utilise les frquences 890-915 MHz dans le sens montant, c'est--dire des terminaux vers le relais, et les frquences 935-960 MHz dans le sens descendant, cest dire du relais vers les terminaux. Toujours dans cette mme bande, sur 25 MHz on dfinit 125 porteuses duplex de 200 kHz. On est ici dans un cas de canaux duplex FDD (Frequency Duplex Distribution).

Chaque canal est dfini par sa frquence mdiane, ou plus couramment par un numro qui reprsente son rang sur le spectre : le canal 890-890,2 MHz est le canal 890,1 MHz ou encore le canal 1.

Le canal logique

Chaque porteuse supporte une trame TDMA avec 8 intervalles de temps (IT ou Time Slot TS) qui sont allous tour tour diffrentes communications. Pour faire simple, un canal 200 MHz supporte simultanment 8 communications. La rptition dans le temps sur une mme porteuse de lIT qui supporte une communication donne constitue un canal logique. Par consquent, la transmission relative une communication donne doit se faire dans la fentre de temps qui correspond lIT allou. Elle nest donc pas continue mais hache, par bursts de 546 s (148 bits).

Pour grer une communication de type tlphonique sans contrainte pour lusager, il faut que chacun puisse parler en mme temps que lautre, ce quon appelle une communication full duplex. Malheureusement, en radio, il est trs difficile de faire les deux en mme temps alors on triche un peu en dcalant les canaux montants et descendants de 3 IT (soit 3x546 s). Le sens montant se prsente en premier et le mobile est en mission. Puis le mobile se retourne pour passer au mode rception 3 IT plus tard quand le sens descendant lui est prsent. Le full duplex se comporte plutt comme un mode half duplex ( lalternat) trs rapide et transparent lusager.

3.2.2. DFINITION DES CANAUX LOGIQUES

Les canaux radio sont affects diffrentes fonctions : transport des communications et transport dinformations de contrle (signalisation).

Nous avons vu ci-dessus un premier type de canal logique, le canal de trafic (TCH Traffic Channel) qui transporte la parole et les donnes de lutilisateur.

Un autre canal logique est la voie balise (CCH Control Channel) qui transporte la signalisation associe aux communications, la gestion de la mobilit et au fonctionnement du relais. Elle est elle-mme dcompose en plusieurs sous-canaux, chacun associ une fonction prcise.


Mais quest-ce quun sous canal ? Certains flux de signalisation ne ncessitent que des changes de faible volume, et il serait vraiment luxueux de prendre tout un canal pour chacun deux. Ils sont donc multiplexs sur un canal unique en utilisant une trame toutes les n trames. On parle alors de multitrame, dfini comme la succession dun IT donn sur des trames successives.

Soucieux de vous pargner des migraines, le Professeur Atena vous fait grce de la description des sous-canaux. Les curieux la trouveront dans des ouvrages dtaills sur le GSM.

3.2.3. AFFECTATION DES CANAUX RADIO AUX BTS

A chaque BTS est affect un nombre de canaux logiques compatible avec le trafic quelle doit assurer. Un de ces canaux est affect la voie balise. Les autres sont des TCH.

Le nombre total de canaux est obligatoirement un multiple de 8, nombre dIT sur le canal physique. Il est de toute faon limit 16 canaux physiques (16x8 canaux logiques, quand mme !) par BTS.

3.3. LA CHANE DE CODAGE

Le traitement de linformation passe par diffrentes tapes :

Le codage de la parole

Cette tape transforme la parole analogique en un signal numrique 16 kbits/s au moyen dun quipement nomm CODEC. Cette opration est bien sr sans objet pour la transmission de donnes.

Lunit est un chantillon de parole de 20 millisecondes qui donne une trame de 260 bits. Les donnes sont injectes par chantillons de 240 bits (on comble 260 avec des bits de contrle).

Le codage canal

Cette opration introduit de la redondance dans la chane numrique que lon veut transmettre. En effet, en radio, il y a des perturbations diverses qui font quil y a de trs forts risques de perte dinformation. Lintroduction de redondance fait que si on perd quelques bits en route, on sera capable de les reconstituer.

La trame code est bien sr plus longue que la trame brute et fait 456 bits.

Lentrelacement

Le codage ci-dessus introduit une redondance autour de chaque bit cod. Pour viter quune grosse perturbation fasse disparatre la fois le bit dorigine et les lments redondants, ceux-ci sont dplacs afin dtre rpartis un peu partout le long de la chane de bits qui constitue linformation. Bien sr, a ne se fait pas nimporte comment, mais selon un algorithme donn, car il faut remettre les choses dans le bon sens larrive !

La longueur de la trame est inchange.

La constitution de la trame TDMA

La trame TDMA contient 148 bits, dont 114 utiles, soit le quart dune trame code. Pour assurer une meilleure fluidit, chaque trame de parole (456 bits) est rpartie non pas sur 4 IT mais sur 8 moiti remplis, soit sur 8 bursts de transmission. Comme en radio on naime pas gcher de la ressource, chaque burst est combin avec un demi-burst des 20 ms prcdentes ou des 20 ms suivantes, afin de transmettre un burst complet.

mission

Les canaux radio sont assembls, dans oublier la voie balise avec ses sous-canaux, pour constituer la multitrame. Celle-ci, une fois module est transmise aux organes metteurs (BTS, antenne).

Le GSM utilise une modulation de phase de type GMSK qui a le double avantage dtre simple et robuste vis--vis des perturbations (voir ).

4. LA GESTION DE LA MOBILIT

4.1. LINSCRIPTION

4.1.1. LES ZONES DINSCRIPTION

La base de tout rseau est la cellule, sur laquelle un mobile doit sinscrire pour tre autoris accder aux services du rseau. Ceci gnre un flux dinformations entre les BTS et les MSC et vu le nombre dusagers du rseau et le nombre de cellules, ceci peut finir par faire beaucoup de volume.


Pour pallier cet inconvnient, plusieurs cellules sont regroupes dans une zone de localisation, qui regroupe quelques cellules, voire quelques dizaines de cellules. Une condition est que toutes les BTS qui dfinissent les cellules de la base de localisation soient rattaches au mme MSC.

Linscription du mobile se fait donc dans la zone de localisation, mais le rseau ne sait pas exactement dans quelle cellule il se trouve, ce qui est gnant pour lui prsenter une communication car celle-ci doit tre achemine vers la BTS o il se trouve et non vers une autre

Donc, quand une communication se prsente pour un usager localis dans une zone de localisation donne, un avis de recherche est diffus sur toutes les cellules de celle-ci. Le mobile qui se reconnait se signale auprs de la BTS qui elle-mme se signale au MSC pour que la communication lui soit achemine.

4.1.2. LINSCRIPTION DUN TERMINAL

Chaque BTS transmet sur la voie balise son identit et lidentit de la zone de localisation laquelle elle appartient. Cette information est supervise par le mobile. Quand il saperoit quil a chang de zone de localisation, il entreprend une opration dinscription auprs de celle-ci.

Linscription commence par une procdure dauthentification qui consiste vrifier lidentit et les droits du mobile : sil est autoris utiliser le rseau, sil nest pas interdit de trafic (mobile vol), etc.

Une fois le mobile authentifi, sa localisation (zone de localisation), deux cas peuvent se produire :

La nouvelle zone de localisation est contrle par le mme MSC que celle quil vient de quitter :

Il suffit de mettre sa localisation jour dans le VLR

La nouvelle zone de localisation est contrle par un autre MSC :

Il faut supprimer les caractristiques du mobile dans le VLR qui contrle la zone de localisation quitte, puis, depuis son HLR, rapatrier les caractristiques du mobile dans le VLR du MSC qui contrle la nouvelle zone de localisation et y stocker sa localisation sous forme de zone de localisation. De mme, dans le HLR, il fait indiquer la localisation sous forme didentit du MSC qui gre le nouveau VLR.

Il y a aussi cet autre cas o le mobile change de cellule tout en restant dans la mme zone de localisation. Ceci ne donne pas lieu une nouvelle inscription, puisque vu du VLR il ny a pas de changement.

Une fois ces oprations accomplies, le mobile est prt utiliser les services du rseau.

Il existe toutefois une exception pour les services durgence qui peuvent tre appels mme si le mobile nest pas inscrit. Simple raison de bon sens : on ne va pas attendre que le mobile soit inscrit pour appeler les pompiers sil y a le feu.

4.1.3. GESTION DES APPELS

Appel entrant

Lorsquun appel est destin un mobile, celui-ci est tout dabord dirig vers le MSC qui supporte son HLR. Il y trouve lidentit du MSC qui gre la zone de localisation o est inscrit le mobile ; au passage il vrifie les droits de lusager pour savoir si lappel peut tre accept. Lappel est redirig vers ce second MSC pour interroger le VLR qui va donner lidentit de la zone de localisation sur laquelle lindication dappel va tre broadcaste.

Appel sortant

Le mobile sadresse au MSC qui supporte sa zone de localisation pour vrifier ses droits (souvenons-nous que ses caractristiques ont t rapatries dans le VLR lors de linscription) pour sassurer quil a le droit dtablir lappel.

4.2. CONTINUIT DE SERVICE ET HAND-OVER

4.2.1. LE CHOIX DUNE CELLULE AU DMARRAGE

Lors de sa mise en service, le mobile scrute le spectre radio la recherche dune voie balise avec un signal correct , et se cale sur celle qui donne le meilleur niveau.

Ceci peut prendre un certain temps, et pour aller plus vite, le mobile va dabord rechercher dans lenvironnement o il se trouvait lorsquil a t teint. Pour ce faire, il mmorise sa dernire localisation connue et par l le numro de canal de la dernire voie balise utilise. Lors de la mise sous tension, il essaie de se caler dessus. Sil ne reoit rien ou si le signal est trop faible, il passe au balayage du spectre.

Pour tre valide, la cellule doit aussi :

- appartenir au rseau auquel est abonn lusager (Orange, Bouygues Telecom) ou un rseau partenaire ltranger,


- ne pas tre en surcharge,

- ne pas se trouver dans une liste de localisations interdites (relatives certains abonnements).

Lorsque quil a trouv la cellule de ses rves, le mobile peut sinscrire.

4.2.2. LA RESLECTION DE CELLULE

La reslection de cellule est une opration qui se droule hors communication.

Un mobile est par dfinition mobile, et il nest pas exclu que pendant ses prgrinations il sorte de la cellule. Pour assurer la continuit du service, le niveau du signal radio reu sur la voie balise de la BTS est

contrl par le mobile1 toutes les 5 secondes.

Quand il descend au-dessous dun seuil donn, le mobile va dcider de changer de BTS et part dans lexamen des cellules voisines de sa cellule courante et, si a ne donne rien, lexploration du spectre.

Si au passage il change de zone de localisation, il doit se rinscrire.

4.2.3. LE HANDOVER

Encore plus fort : le mobile change de cellule pendant une communication. Il est exclu de faire une reslection de cellule qui viendrait interrompre la communication en cours. Il est tout aussi exclu de ne rien faire, car la communication serait immanquablement coupe. Le mobile va alors excuter un changement de cellule de manire transparente pour lutilisateur et sans risque de coupure de la communication. Cest ce quon appelle le handover.

Le protocole radio mnage au mobile en communication des instants o il peut effectuer des mesures sur son canal radio et dtecter un affaiblissement du signal ou la dgradation de la qualit de la communication. Il recherche alors une autre solution qui peut tre un handover intercellulaire ou un handover intracellulaire.

Le handover intracellulaire est mis en uvre quand le niveau du signal est suffisant mais que la qualit est mdiocre. Ceci peut tre d des interfrences sur le canal radio utilis. Il suffit, sans changer de cellule, de simplement changer de canal.

Le handover intercellulaire est mis en uvre quand le niveau du signal devient insuffisant. La communication doit alors tre bascule sur la BTS dune cellule voisine. Un handover intercellulaire peut aussi tre dclench par le rseau pour dlester une BTS trop charge.

Le handover revient prparer laccueil du mobile (rservation du canal logique, entre autres). Il ne reste ensuite qu passer la main pour basculer la communication dans un temps trs court, inaudible

par lusager2.

5. LA SCURIT

Les services GSM sont scuriss par diffrents moyens :

La carte SIM

La carte SIM contient les divers identifiants et paramtres de scurit du tlphone. Sans elle, le tlphone est inoprant. Cest elle qui personnalise le tlphone en lui associant un usager et un abonnement de manire unique. Elle est donc propre chaque oprateur, et fournie par lui.

Le code PIN

Le mobile demande un code PIN pour dmarrer aprs sa mise sous tension. Ce code entr par lutilisateur est compar au code PIN stock sur la carte SIM. Il doit imprativement tre initialis lors de la premire mise en service de la carte SIM.

Trois entres errones du code PIN bloquent le tlphone, qui peut toutefois tre dbloqu au moyen dun code PUK fourni par loprateur. Ceci confre lusager une garantie que son appareil, ou plus exactement sa carte SIM, ne peut tre utilis par une personne non autorise.

1 Un mobile qui na rien faire nest jamais inactif. Il tue le temps en coutant la voie balise, ne serait-ce que pour tre averti si un appel

doit lui tre prsent.

2 Dans les tout premiers rseaux GSM, lusager entendait un lger dclic lors du handover. A prsent, cest totalement inaudible, ce qui

permet de parler de seemless handover .


Le verrouillage du tlphone

Si ceci est jug insuffisant, il est possible de verrouiller le tlphone au moyen dun autre code confidentiel, qui ne doit pas tre confondu avec le code PIN. Cest un numro ou un code alphanumrique, initialis une valeur par dfaut indique dans la notice du tlphone.

Contrairement au code PIN, le code de verrouillage agit sur lappareil lui-mme en bloquant les appels, les SMS, laccs au rpertoire enfin tous les services offerts par le tlphone. Et gare aux tourdis, en cas de perte du code de verrouillage, il faut renvoyer lappareil chez son fabricant.

Lauthentification

Nous avons vu que les mobiles sont authentifis ds quils essaient de sinscrire. Ceci permet de filtrer les mobiles qui ne sont pas autoriss accder ce rseau et les mobiles interdits de trafic (voir ci-dessous).

Lauthentification est ralise par une transaction chiffre avec la BTS, au moyen dune cl et un algorithme mmoriss dans le mobile sur la carte SIM et, ct rseau, grs par lAUC.

Le chiffrement des communications

Les communications sont chiffres sur linterface air, c'est--dire entre les BTS et les mobiles. Elles sont par contre en clair dans le rseau dinfrastructure, comme toute communication tlphonique sur un rseau de tlphonie.

Nous avons vu que les cls de chiffrement et les algorithmes sont stocks sur la carte SIM et, ct rseau, grs par lAUC.

Linterdiction de trafic

Ceci concerne essentiellement les mobiles perdus ou vols. Loprateur passe le mobile dans un mode interdit de trafic qui rend sa carte SIM inoprante.

En complment du blocage de la carte SIM, il est possible de bloquer le tlphone lui-mme en donnant son identifiant physique IEMI loprateur. Ceci a pour but de dissuader les voleurs la tire de drober des appareils pour les revendre.

Linterdiction nest pas irrversible et peut tre annule quand lusager a retrouv son tlphone.

Le masquage des identifiants

Nous avons vu quun identifiant temporaire TMSI est dlivr au mobile lorsquil sinscrit. Cet identifiant est utilis dans toutes les transactions entre le mobile la BTS par souci de confidentialit, afin dinterdire linterception du vritable identifiant IMSI. En fait, lIMSI nest utilis que lors de la mise sous tension du mobile. Ensuite, il ne sera plus identifi que par le TMSI courant attribu linscription lors du dplacement du mobile. La correspondance est gre par le VLR.

6. LA PLANIFICATION RADIO

6.1. LES GRANDES QUESTIONS

Le dploiement dun rseau radio ne se fait pas en dissminant des BTS au petit bonheur la chance, mais en suivant un processus strict de planification radio.

Celui-ci doit prendre en compte un certain nombre de contraintes :

- Le rseau doit couvrir tout le territoire prvu, sans trous .

- La capacit en chaque point du rseau doit tre suffisante pour couler un trafic moyen, sans pour autant tre surdimensionne.

Il va donc falloir prendre en compte la topologie du terrain, la population pour dterminer les besoins en trafic, tout en cherchant minimiser les cots, essentiellement le nombre de BTS.

Un autre problme qui va se poser lors du dploiement est celui de lacquisition des sites. Les antennes sont de prfrence installes sur des points hauts (immeubles, chteaux deau, pylnes). Trouver un site nest pas toujours commode, ceci pour diverses raisons. La premire est quun site est souvent dj utilis par des antennes dautres rseaux et il va falloir sassurer que les antennes du rseau GSM install ne perturberont pas les rseaux dj prsents. La seconde concerne les problmes denvironnement, lis au principe de prcaution vis vis de la nocivit des ondes radio et qui interdit dinstaller des antennes proximit de certains lieux publics.

Lingnierie radio a pour but de fixer un certain nombre de paramtres :

- la position des antennes et leur tilt,

- la puissance des BTS,


- la capacit des BTS (nombre de canaux logiques),

- lattribution des frquences aux BTS (selon le motif cellulaire).

Tous ces lments sont interdpendants et de ce fait, ltude dingnierie va tre un processus itratif dont nous dcrivons ci-dessous les grandes tapes.

6.2. INGENIERIE CELLULAIRE

6.2.1. TAILLE DES CELLULES

Une zone rurale supporte un trafic plus faible quune zone urbaine dense, cest lvidence mme. Pour densifier le trafic sur les zones urbaines, on sera amen dfinir des cellules de petite taille (quelques centaines de mtres au maximum), tandis quen zone rurale, on utilisera de plus grandes cellules, suffisantes pour couler le trafic (jusqu plusieurs dizaines de kilomtres), optimisant ainsi le nombre de BTS.

Les BTS reprsentent une part importante du cot de dploiement dun rseau GSM. La densification par multiplication des BTS nest pas forcment la mthode la plus conomique. Une solution couramment mise en place est la sectorisation qui consiste couvrir une cellule par trois antennes directionnelles couvrant chacune un secteur de 120 et utilisant chacune un tiers des canaux physiques allous la BTS. Outre la rduction du nombre de BTS (et de sites), cette configuration a le double avantage de rduire le risque dinterfrences et de diminuer le nombre de handovers. De plus, si une densification dune zone est ncessaire sur un rseau dj install, cette mthode ne remet pas en cause lingnierie radio.

6.2.2. IMPLMENTATION DES RELAIS

Il faut pour commencer reprer des endroits o pourraient tre installs les relais et faire quelques hypothses.

Une fois un emplacement projet pour un relais, il faut en premier lieu dterminer sa couverture, c'est--dire valuer lespace gographique dans lequel le signal sera reu correctement par les mobiles. La porte dun relais nest pas une science exacte. Elle volue en fonction de la topographie du terrain, plus longue en milieu rural quen milieu urbain. Elle est trs dpendante de la topographie du terrain et des accidents ponctuels (arbres, immeubles).

Un certain nombre de sites sont prslectionns pour couvrir une zone gographique donne. Comme il est hors de question de calculer la main la couverture de chaque relais (et de toute faon ce serait faux), on utilise un simulateur informatique qui travaille partir dune cartographie prcise et jour de la rgion, des caractristiques de puissance des BTS, des caractristiques et du tilt des antennes.

Reprsentation cartographique de la rgion

parisienne.

Rouge : urbain dense

Orange : urbain

Rose : suburbain

Jaune : rural

Vert clair : rural dcouvert

Vert : forts

Bleu : plans deau

La simulation va dterminer une carte de couverture o les diffrentes cellules apparaissent en couleurs diffrencies. Celle-ci met aussi en vidence les trous de couverture.


Carte de couverture

6.3. CONFIGURATION DES RELAIS

Deux lments sont dterminer : la puissance de la BTS et sa capacit.

6.3.1. PUISSANCE DE LA BTS

Elle est tablie en fonction dun bilan de liaison qui prend en compte la puissance mise au niveau de

lantenne, la sensibilit1 des quipements, le gain dantenne, le gain en rception, les diffrentes pertes, et ceci pour le sens montant et le sens descendant et qui donne laffaiblissement maximal autoris sur la liaison.

On dfinit ainsi :

Affaiblissement maximal dans le sens descendant = (puissance de la BTS pertes de la BTS + gain dantenne BTS) - (sensibilit du mobile + pertes du mobile - gain dantenne du mobile)

Affaiblissement maximal dans le sens montant = (puissance du mobile pertes du mobile + gain dantenne mobile) (sensibilit de la BTS + pertes de la BTS gain dantenne gain en rception)

Les deux valeurs trouves doivent tre identiques pour que le bilan de liaison soit quilibr. Cest la garantie quen limite de cellule le mobile pourra tre entendu de la BTS et inversement.

NB :

- Les pertes sont des pertes internes au mobile (cble) ou la BTS (multiplexeur, duplexeur, cble)

- La puissance est celle dveloppe au niveau de lantenne (la PIRE).

- Les gains en rception, au niveau de la BTS sont les gains en puissance apports par un amplificateur bas niveau (LNA) et sil y a lieu par la diversit dantenne.

6.3.2. CAPACIT DE LA BTS

Ceci dfinit le nombre de canaux physiques (autrement dit dIT TDMA) que devra supporter la BTS et qui est li au trafic que doit supporter la BTS. Celui-ci peut tre apprhend en valuant la population fixe, mais il faut galement tenir compte de la population de passage, en particulier dans des zones risquant dattirer de nombreux visiteurs, comme un stade ou un parc dexpositions.

Le calcul du trafic prend en compte le nombre de mobiles dans la cellule et la dure moyenne de la communication. Les lois dErlang sont utilises pour dterminer le nombre de canaux radio TCH, auquel il faut ajouter un canal pour la voie balise. Bien sr ce nombre doit tre un multiple de 8 car il est bien sr impossible de nallouer quun fragment dune trame TDMA.

6.4. ALLOCATION DES FRQUENCES

On ne prend pas des frquences au hasard. En France, les frquences GSM sont rparties par lAutorit de Rgulation (ARCEP) entre les diffrents oprateurs, moyennant le paiement dune licence dexploitation. Les bandes de frquence sont elles-mmes spcifiques.

1 La sensibilit est la puissance minimale que peut recevoir la BTS/le mobile pour que ce signal soit exploitable.


La tranche de spectre alloue est, on la vu, dcoupe en canaux radio physiques (ou porteuses).

Selon sa capacit dtermine ci-dessus, chaque BTS reoit un ou plusieurs canaux (correspondant chacun 8 canaux logiques) qui vont tre choisis afin de raliser un modle cellulaire.

Ceci ne se fait pas nimporte comment car une mme porteuse ne peut pas tre utilise dans des cellules proches. Un certain espace exprim en nombre de cellules, doit tre respect entre deux canaux de mme frquence. Ce nombre est dtermin par le rapport C/I (Signal/interfrence) o I reprsente le niveau dinterfrence de BTS distantes utilisant la mme frquence.

Sur une zone homogne (topographie, trafic) couverte par des cellules de taille identique et par des BTS de mme capacit, les cellules sont rparties selon un motif dfini par le plus petit ensemble de cellules qui utilisent toutes les porteuses ncessaires au fonctionnement des BTS. Les frquences sont alors alloues sur lensemble de la zone en rptant le mme motif (typiquement 9 cellules en GSM).

Malheureusement, il est difficile de considrer un territoire tendu, la France par exemple, comme une zone homogne Le problme se complique avec des cellules de diverses tailles et de diverses capacits. La planification radio pourrait constituer un agrable casse-tte pour occuper les longues soires dhiver au coin du feu, mais il est plus expditif de recourir une nouvelle fois loutil de planification qui, en plus de lemplacement des cellules, va donner la liste des frquences alloues chaque relais.

6.5. LES ESSAIS TERRAIN

La radio est tout ce quon veut sauf une science exacte et aussi sophistiqus que soient les outils de simulation, rien ne vaut pratique par un bon relev sur le terrain.

Un metteur est plac lendroit prvu pour la BTS avec la mme puissance, la mme antenne et cal sur un des canaux de la future BTS. Un rcepteur est plac dans un vhicule qui circule dans la zone couverte par la cellule en mesurant en continu le niveau du signal. Lopration est rpte pour tous les autres canaux radio.

Cette opration met en vidence des zones mal couvertes qui ne sont pas forcement rpertories par la base de donnes topographique (petit tunnel, rue troite). Des corrections peuvent tre apportes en jouant sur lorientation de lantenne, sinon, dautres solutions doivent tre trouves, souvent base de rpteur ou de cble rayonnant (voir ci-dessous).

6.6. DES COUVERTURES PARTICULIRES

6.6.1. LA SUPERPOSITION DE CELLULES

Certaines zones sont difficiles couvrir de manire offrir tous les usagers un service correct. On distingue ainsi plusieurs cas dusages atypiques :

Lintrieur des btiments

Les ondes radio se propagent moins bien lintrieur des btiments qu lextrieur, cest connu, et ce dautant plus que leur frquence est plus leve.

Pour ne pas obliger les usagers sortir sur le trottoir pour tlphoner (encore quils le fassent pour fumer), des picocellules sont installes dans les btiments (immeubles de bureaux, centres administratifs).

Celles-ci dfinissent des cellules trs petites, de lordre de quelques dizaines de mtres, et fonctionnent puissance rduite.

Certains CHSCT se sont mus de la prsence dans les locaux de lentreprise de picocellules qui sont autant de foyers gnrateurs dondes radio et se sont mme opposs leur installation, ceci afin de protger le personnel contre les risques lis lexposition aux ondes lectromagntiques. Il faut toutefois relativiser. A moins de travailler dans un bunker en bton arm, les ondes du rseau GSM public arrivent quand mme pntrer, mais affaiblies. Ceci peut tre suffisant pour tlphoner, se serait-ce quen sapprochant dune fentre. En procdant ainsi, le mobile de lutilisateur, qui se trouve en limite de porte, fonctionne sa puissance maximale et rayonne davantage que la picocellule qui pourrait tre installe au mme endroit.

Les mobiles se dplaant vitesse leve

Ceci concerne en particulier la couverture des autoroutes et lignes de chemin de fer, sur lesquelles des cellules de petites dimensions engendreraient un nombre considrable de handovers. Des macrocellules (de lordre de la trentaine de kilomtres le long de la voie) sont dfinies pour accueillir des usagers.

Les rues commerantes

Les pitons ne se dplacent pas rapidement, mais en ville ils finissent par se trouver trs nombreux dans des rues souvent troites o le risque de dgradation du signal par shadowing et trajets multiples est


lev. Le trafic peut galement y tre trs important voir les abords des grands magasins au moment des soldes. Pour ce type de couverture, on adoptera des microcellules de faible porte (quelques centaines de mtres) avec des antennes places relativement bas (typiquement au niveau des immeubles).

6.6.2. LA COUVERTURE DES ZONES CONFINES

Malgr la meilleure volont du monde, les antennes des BTS sont impuissantes lorsquil sagit de couvrir des zones confines (parkings souterrains, tunnels, mtro, hangars mtalliques) o les ondes ne peuvent pas passer.

Plusieurs mthodes sont envisageables, les plus courantes tant le rpteur et le cble rayonnant..

Le rpteur, rmet le signal reu en le ramplifiant, sans aucun autre traitement. Il doit tre videmment plac un endroit o il reoit encore un peu du signal de la BTS. Des rpteurs sont couramment utiliss pour amliorer une couverture indoor, couvrir un tunnel ( peu prs) droit

Le cble rayonnant (malheureusement assez cher), est notamment utilis pour couvrir des surfaces complexes (parking alvol, tunnel trs sinueux), l o la propagation directe par rpteur nest pas possible.

Rpteur et cble rayonnant

Une solution de plus grande envergure est lantenne DONOR. Elle est utilise pour couvrir de grands espaces o la rception GSM est de pitre qualit, voire nulle (tours dimmeubles, stades). Lantenne est installe lextrieur en un emplacement o elle capte correctement une BTS du rseau. Le signal reu est redistribu par cble ou fibre optique sur des antennes intrieures.

6.7. VIE ET SUPERVISION DU RSEAU

Une fois le rseau install, le travail ne fait que commencer.

Tous les organes du rseau sont superviss dans un centre de contrle national ou rgional o sont mises en vidence les pannes et les surcharges. Les pannes sont rpares et les surcharges rpertories. Une surcharge trop frquente en un point du rseau peut tre significative dune mauvaise adquation par rapport au trafic, souvent due des volutions de la frquentation dun lieu depuis la conception du rseau.

Les plaintes des usagers sont galement rpertories et si ncessaire, des essais terrain sont lancs sur la zone incrimine pour vrifier la qualit de la couverture radio et intervenir le cas chant.

7. LA SUITE DU GSM

Vedette de la fin du 20me sicle, le GSM a rapidement trouv ses limites et volu vers des technologies voix et donnes en mode paquet, avec des dbits accrus pour faire face lexplosion des services Internet.

Le GSM driva au dbut des annes 2000 vers le GPRS (General Packet Radio Service) qui par agglomration de plusieurs IT permit daccder un dbit thorique de 144 kbits/s (bien moins dans la ralit) et en mode paquet, pour accder Internet. A cette poque, on rflchissait la conception de rseaux de 3me gnration pour des dbits encore plus levs et le GPRS, situ entre la 2me et la 3me

gnration, prit naturellement le qualificatif de 2,5G.

Une volution suivante fut EDGE (Enhanced Data-rates for Global Evolution) qui en utilisant des modulations plus puissantes permit datteindre 384 kbits/s. Situe en dbit entre le GRPS et la 3G, elle fut qualifie 2,75G et est largement utilise par les oprateurs de radiotlphonie.

Arriva la 3G par le standard UMTS avec un dbit offert de 2 Mbits/s. Hlas, la 3G fut son tour bientt dpasse et il fallut encore inventer autre chose. Ce fut HSDPA (3,5G ou 3G+), son tour bientt dtrn par le futur LTE (4G), premier standard implmenter un fonctionnement en IP de bout en bout (lappellation actuelle 4G ntant quune amlioration du 3G+). La 5G est dans les tiroirs avec un objectif 2020.


Fin (provisoire) de lhistoire !

GSM GPRS EDGE UMTS HSDPA LTE LTE-A

2G 2,5G 2,75G 3G 3,5 G 4G 5G

9,6 kbits/s

171 kbits/s

380 kbits/s

2 Mbits/s 7,2 Mbits/s

100 Mbits/s

50 Gbits/s

Le Professeur ATENA se penchera trs prochainement sur cet intressant sujet.

8. GLOSSAIRE

La plupart des dfinitions qui suivent sont extraites du Lexique des TIC de Forum Atena .

Appel entrant Un appel reu par un quipement.

Appel sortant Un appel mis par un quipement

ARCEP Autorit de Rgulation des Communications lectroniques et de la Poste Un organisme franais charg de la rgulation des communications, et entre autres de lattributions des licences radio.

AUC AUthentication Centre Un serveur dauthentification des mobiles.

BSC Base Station Controller La partie dun relais radio, ou une unit ddie, qui contrle plusieurs BTS.

BTS Base Station Controller La partie dun relais radio, ou une unit ddie, qui assure les fonctions dmission/rception envers les terminaux et dfinit une cellule radio.

Burst Llment dinformation transmis dans une trame TDMA, pendant la dure de lIT.

Cellule La zone couverte par le rayonnement lectromagntique d'un relais.

DCS Digital Communication System

Diversit dantenne Une technique consistant utiliser plusieurs antennes en rception afin de maximiser la puissance reue.

EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution L'ultime volution des rseaux radio 2G (2,75G) pour la transmission des donnes avec un dbit de l'ordre dune centaine de kbit/s. Contrairement aux rseaux 3G (UMTS), EDGE est compatible avec l'infrastructure des rseaux GSM 2G.

EIR Equipment Identity Register La base de donnes des usagers dun rseau GSM.

ETSI European Telecommunication Standards Institute Un organisme de standardisation europen. Il a, entre autres, produit les standards Euro-RNIS, DECT, GSM et participe actuellement aux travaux du 3GPP

FDD Frequency Division Duplex Un mode d'organisation de canaux duplex qui occupent deux bandes de frquence respectivement alloues aux canaux descendants et montants. Un canal montant et son homologue descendant sont espacs d'un cart duplex fixe f dont la valeur dpend de la frquence moyenne de la bande de frquences.

GRPS General Packet Radio Service Une technologie radio drive du GSM qui dfinit des rseaux 2,5G pour la transmission de donnes en mode paquet avec un dbit de l'ordre de quelques dizaines de kbit/s.

GSM Global System for Mobile

GSMK Gaussian Minimum-Shift Keying Une modulation drive de PSK qui agit sur la phase de la porteuse.

HLR Home Location Register La base de donnes systme d'un rseau cellulaire (GSM par exemple) qui contient les caractristiques des abonns mobiles du rseau ou d'une partie du rseau ainsi que leur localisation courante.

Hz Herz Une unit de frquence dun signal alternatif qui correspond une alternance par seconde.

IMEI International Mobile Equipment Identity Un numro d'identification unique propre chaque tlphone mobile.

IMSI International Mobile Station Identity Le numro didentification internationale de lusager

LNA Low Noise Amplifier Un amplificateur pour des signaux de trs faible niveau.


MIC Une ligne numrique 2 Mbits/s qui supporte 32 voies codes MIC, standardise G.703 par l'ITU.

Mode circuit Un mode de transmission dans lequel un circuit est conserv pendant toute la dure dune transaction, quelque soit loccupation relle.

Mode paquet Un mode de transmission qui permet l'optimisation des ressources du rseau en noccupant un circuit que le temps denvoi dun paquet de donnes.

MSC Mobile Switching Center Un quipement d'un rseau GSM qui ralise les fonctions de commutateur tlphonique et gre la mobilit et le traitement des appels dans la zone de couverture radio quil supporte.

MSISDN Le numro dannuaire public dun tlphone mobile.

NMC Network Management Centre

OMC Operation and Maintenance Centre

Rseau Cellulaire Un rseau radio dont l'infrastructure est compose de relais et d'organes de commutation interconnects au moyen d'un cur de rseau filaire. Chaque relais dfinit une cellule du rseau. Ce modle permet une optimisation du spectre radio et une augmentation de la capacit de trafic lorsqu'on diminue la taille des cellules.

TDMA Time Division Multiplex Access Une technique de multiplexage qui permet de transporter diffrentes communications sur autant d'intervalles de temps d'un canal radio.

TMSI Temporary Mobile Station Identity Le numro didentification temporaire de lusager avec lequel il sidentifie lintrieur du rseau.

VLR Visited Location Register La base de donnes locale d'un rseau cellulaire (GSM), associe un ou plusieurs relais, qui contient les caractristiques et identifiants extraits du HLR des mobiles prsentement inscrits dans sa zone de comptence.

9. BIBLIOGRAPHIE

Lexique des TIC Edition Forum ATENA

Petite histoire de la radio par Michle Germain Livres blancs Forum ATENA

Les bases de la radio Introduction la radio par Michle Germain Livres blancs Forum ATENA

Rseaux GSM-DCS par Xavier Lagrange, Philippe Godlewski, Sami Tabbane Hermes (1999)

Du tlphone au smartphone par Michle Germain ditions du Puits Fleuri

10. A PROPOS DE LAUTEUR

Michle Germain est ingnieur de lInstitut Suprieur d'lectronique de Paris.

Pour Matra Communication et EADS elle a particip de grands projets de tlphonie et de radiocommunications (Matracom 6500, Radiocom 2000, rseaux PMR).

Elle anime latelier dcriture de Forum ATENA et elle a particip comme co-auteur et coordinatrice la production de plusieurs des ouvrages de la Collection ATENA.

A lISEP, elle a enseign les techniques de radiocommunications professionnelles PMR.

Elle est auteur des livres Informatique et numrique lusage des Seniors et Du tlphone au smartphone (ditions du Puits Fleuri).

Les ides mises dans ce livre blanc nengagent que la responsabilit de leurs auteurs et pas celle de Forum ATENA.

La reproduction et/ou la reprsentation sur tous supports de cet ouvrage, intgralement ou partiellement, est autorise

la condition d'en citer la source comme suit :

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