Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS

Principes de base du réseau GSM et des

transmissions GPRS

M. Van Droogenbroeck 26 octobre 2006

Table des matières

– Contexte

– Principales caractéristiques d’un réseau GSM – GPRS

Historique

– 1982 : création du Groupe Spécial Mobile (GSM) par la CEPT (Conférence Euro-péenne ds administrations des Postes et des Télécommunications)

– 1987 : choix technologiques : type de modulation, codage de canal, codage de la parole

– 1991 : première communication GSM expérimentale

– GSM devient Global System for Mobile Communications

– 1991 : adaptation des spécifications pour des systèmes fonctionnant dans la bande des 1800 [MHz]

– 1994 : déploiement du premier réseau GSM en Belgique – fin 2000 : 5 millions d’utilisateurs en Belgique

Contexte

Télécommunications

Données

Mobilité Voix

FIG. 1: Principaux pôles de développement en télécommunications.

Principales caractéristiques du GSM

– Types de partage des ressources : – spatial

– temporel (Time Division Multiplexing ou TDM)

– fréquentiel (Frequency Division Multiplexing ou FDM)

– Architecture complètement spécifiée et application systématique de la signalisa-tion sémaphore CCITT No7 (SS7)

– Identité et sécurité

Le concept cellulaire - Partage dans l’espace

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FIG. 2: Figure représentant un motif élémentaire et un ensemble de motifs.

Le concept cellulaire - Partage dans l’espace

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FIG. 2: Figure représentant un motif élémentaire et un ensemble de motifs.

Un cellule se caractérise par : – sa puissance d’émission,

Antenne GSM

Canal physique

Combinaison d’un multiplexage fréquentiel (FDMA) et d’un multiplexage temporel

(TDMA).

Multiplexage fréquentiel

Aussi, si on indique par Fu les fréquences porteuses montantes et par Fd les

fré-quences porteuses descendantes, les fréquence porteuse sont :

Fu(n) = 890, 2 + 0, 2 × (n − 1) [M Hz] (1)

Fd(n) = 935, 2 + 0, 2 × (n − 1) [M Hz] (2)

où 1 ≤ n ≤ 124.

Multiplexage temporel

Chaque canal de communication est divisé en 8 intervalles de temps de 0, 577 [ms]

chacun.

Definition 1. [Trame] Ainsi, on définit une trame élémentaire de 8 intervalles pour une durée de 8 × 0, 577 = 4, 615 [ms].

Typologie des paquets (bursts)

3 4 7 1 0 2 5 6 burst d’accès burst normal burst de synchronisation TB TB TB TB TB TB GP de 68,25 bits GP GP 57 bits 1 _chiffrés26 bits 1 57 bits

chiffrés 39 bits 39 bits chiffrés 64 bits de synchro 36 bits chiffrés 41 bits de synchro TB TB GP burst de bourrage

TB 142 bits fixes (tous à 0) TB GP

burst de correction de fréquence

142 bits prédéfinis

FIG. 3: Structures des 5 types de burst définis par la norme GSM.

Hiérarchie de trames

0 1 2 000 000 000 111 111 111 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 46 47 48 49 50 3 4 5 0 1 2 00 00 00 11 11 11 0 1 2 49 50 00 00 11 11 0 1 2 24 25 00000000 00000000 00000000 11111111 11111111 11111111 000 000 000 111 111 111 000000000 000000000 000000000 000000000 111111111 111111111 111111111 111111111 156.25 bits =0.577 ms 148 bits =0.428 ms 0 1 2 24 25 Signal 2043 2044 2045 2046 2047 [dB] temps [ms] level Supertrame 26 Multitrame 26 Hypertrame Supertrame 51 Slot Trame Multitrame 51

Le saut de fréquences (ou Frequency Hopping)

0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 00000000 11111111 0 1

trame TDMA temps

slot

Canal physique sans saut de fréquences Fréquences

porteuse C3

porteuse C2

porteuse C1

porteuse C0

FIG. 5: Principe du saut de fréquence.

Synthèse des principales caractéristiques du GSM

GSM DCS-1800

Bande de fréquences (↑) 890, 2 − 915 [M Hz] 1710 − 1785 [M Hz]

Bande de fréquences (↓) 935, 2 − 960 [M Hz] 1805 − 1880 [M Hz]

Nombre d’intervalles de temps par trame TDMA

8 8

Écart duplex 45 [M Hz] 95 [M Hz]

Rapidité de modulation 271 [kb/s] 271 [kb/s]

Débit de la parole 13 [kb/s] 13 [kb/s]

Débit maximal de données 12 [kb/s] 12 [kb/s]

Accès multiple Multiplexage

fréquentiel et temporel Multiplexage fréquentiel et temporel Rayon de cellules 0, 3 à 30 [km] 0, 1 à 4 [km]

Schéma simplifié de l’architecture du réseau

Le téléphone et la carte SIM (

Subscriber Identity Module

)

Paramètres Commentaires

Données administratives

PIN/PIN2 Mot de passe demandé à chaque connexion

Données liées à la sécurité

Clé Ki Valeur unique, connue de la seule carte SIM et du

HLR

Données relatives à l’utilisateur

IMSI Numéro international de l’abonné

MSISDN Numéro d’appel d’un téléphone GSM

Données de “roaming”

TMSI Numéro attribué temporairement par le réseau à

un abonné

Données relatives au réseau

Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code

Traitements effectués sur les signaux de parole

GPRS (General Packet Radio Service)

Caractéristiques :

– type de connectivité :

– mode de transmission par paquet (et non pas en mode circuit) – connexion permanente

– gestion complexe du partage des ressources

– regroupement de plusieurs unités temporelles, attribuées à un ou plusieurs utilisateurs

– multiplexage statistique entre les utilisateurs – débit :

Bibliographie

– Gunnar HEINE, Holger SAGKOB, GPRS : Gateway to Third Generation Mobile

Networks, Artech House, 2003.

– Joachim TISAL, Le réseau GSM, Dunod, 1999.