LE SYSTEME GSM
GENERAL
La spécification du système GSM a été entamée en 82 par un groupe de travail (Groupe Spécial Mobile) au sein du CEPT (Conférence européenne des postes et télécommunications), un organisme européen de standardisation qui regroupait les administrations des PTT de plus de 20 pays.
En ’88 fut crée l’ETSI (European Telecommunication Standard Institute) vers lequel a été transféré la plupart des activités techniques de standardisation du CEPT, dont le GSM. Contrairement au CEPT, l’ETSI ne se limite pas aux administrations, mais inclus des membres de l’industrie, des groupes d’utilisateurs et des opérateurs.
Le système a été rendu opérationnel en ’92.
La définition du système GSM qui s’est étalée sur une dizaine d’années a donné lieu à une spécification de quelque 5000 pages.
Le terme GSM signifie Global System for Mobile communications.
Dès le départ, l’objectif était de réaliser un système permettant d’accéder au PSTN (Public Switched Telephony Network), offrant le Roaming à travers l’Europe (lorsqu’il se déplace à l’étranger, un abonné d’un réseau national donné doit être en mesure d’accéder au service avec son terminal mobile) et offrant un niveau de sécurité (confidentialité) suffisant (c’est à dire permettant l’encryption).
Par rapport à un réseau d’accès de télécommunication câblé, deux différences majeures sont à noter :
o La mobilité de l’abonné implique que le point d’accès de celui ci au réseau n’est pas fixe, ce qui pose le problème du routage des appels vers les abonnés.
Ce qui est du domaine du Mobility Management (MM).
o La liaison entre le terminal d’abonné et l’infrastructure fixe n’est pas permanente et est sujette à des fluctuations de performances. Ce qui est du domaine du Radio Resource Management (RRM).
RESEAUX CELLULAIRES
Les deux problèmes principaux à prendre en compte dans le cadre de la transmission radio sont :
o Les contraintes de propagation des ondes électromagnétiques qui font que la puissance du signal de réception décroît proportionnellement à la quatrième puissance de la distance qui sépare le récepteur de l’émetteur.
o La bande de fréquence allouée au système qui est limitée : le nombre de communications radio pouvant être prises en charge par une station fixe est limité.
Pour faire face à ces deux contraintes, la zone à couvrir est décomposée en cellules dont la couverture radio est assurée par une station de base (BTS pour Base Tranceiver Station). Chacune d’elle se voyant attribuer un ensemble de fréquences, différent de celui de ses voisines.
Les fréquences allouées à une cellule peuvent être réutilisées quelque cellules plus loin, à une distance suffisante pour que l’interférence entre deux cellules utilisant les mêmes fréquences soit inférieure à un seuil d’acceptabilité.
Un groupe de cellules devant utiliser chacune des fréquences différentes est appelé cluster. Un cluster peut alors être reproduit indéfiniment tout en assurant un niveau d’interférence acceptable.
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La forme hexagonale des cellules est théorique. En pratique, la forme des cellules dépendra entr’autre des propriétés de propagation et donc de la topographie du terrain ainsi que des possibilités pratiques d’installation des sites de transmission radio.
Le nombre d’appels simultanés par km2 par MHz peut être augmenté en diminuant la taille des cellules. En effet, admettons qu’un cluster soit constitue de 7 cellules, si N porteuses sont allouées à l’ensemble du système, chaque cellule du système se voit attribuer N/7 porteuses qui pourront être utilisées pour l’ensemble des appels ayant lieu dans la zone correspondant à la surface de la cellule.
Par contre, pour une couverture donnée, le coût de l’infrastructure est proportionnel au nombre de cellules c'est à dire, inversement proportionnel à leur surface.
La taille d’une cellule peut aller de typiquement 300 m à 35 km. En pratique, les cellules plus petites seront utilisées en zone urbaine où la densité d’appels est plus élevée et les plus grandes cellules seront utilisées en milieu rural.
Plus le facteur de réutilisation des fréquences est élevé, plus nombre de cellules dans un cluster est petit, et plus le nombre de fréquences disponibles par cellule est élevé.
Différentes techniques sont mises en œuvre pour réduire le niveau d’interférence et donc accroître le facteur de réutilisation :
o Contrôle de puissance (Power Control) : la puissance d’émission est ajustée dynamiquement à un niveau minimum garantissant une qualité de transmission suffisante (les puissances d’émission seront réduites lorsque le mobile est proches de la station de base, par rapport à celles utilisées lorsque le mobile est en limite de cellule) et ce, indépendamment pour la station de base et pour le mobile.
o Saut de fréquence : il permet la diversité fréquentielle de l’interférence.
L’interférence générée par un mobile est répartie sur un grand nombre de communications dans les clusters adjacents.
o Transmission discontinue : dans le cas de la voix, la puissance transmise est réduite pendant les blancs de parole détectés par le détecteur d’activité vocale (VAD pour Voice Activity Detector) du codeur de voix (Vocoder). Ce qui réduit de typiquement 40% l’interférence générée dans les deux directions, par une communication vocale.
o L’assistance du Handover par le mobile : le Handover est l’opération qui assure le transfert du mobile d’une cellule à une autre en cours d’appel ; pour assister le Handover, le mobile fournit à l’infrastructure des informations concernant la qualité du signal qu’il reçoit des cellules adjacentes. Ceci permet à l’algorithme de Handover de transférer le mobile vers une autre station de base dès que celle ci peut être accédée par le mobile, avec un niveau de puissance inférieur à celui nécessaire pour accéder à la station de base courante.
MODES DE FONCTIONNEMENT
Lorsqu’un appel est en cours, le mobile est connecté au réseau via un canal bidirectionnel point à point appelé canal de trafic. Pour réduire le nombre de porteuses radio nécessaires à satisfaire un nombre donné d’abonnés, un canal de trafic n’est attribué à un mobile que pour la durée d’une communication. Il est relâché dès que la communication est terminée (ceci est très différent des réseaux de téléphonie fixe pour lesquels chaque terminal est connecté en permanence à un commutateur téléphonique, qu’il y ait un appel en cours ou pas).
Lorsqu’un canal de trafic est alloué à un mobile, celui ci est dit être en mode dédié (Dedicated Mode).
Lorsque le mobile est allumé mais qu’il n’est pas en communication, aucun canal de trafic ne lui est attribué et le mobile est dit être en mode veille (Idle Mode). En mode veille, le mobile doit rester en contact avec le réseau pour pouvoir être appelé.
Le passage du mobile de l’état « Idle » à l’état « Dedicated » fait l’objet de la procédure d’accès (voir plus loin).
GESTION DE LA LOCALISATION
Mobile en Idle Mode
Pour qu’un mobile puisse recevoir un appel entrant, le réseau doit savoir dans quelle cellule il se trouve.
Le mobile informe le réseau de tous ses changements de cellule (ou de zone, une zone représentant un groupe de cellules). Lors d’un appel entrant, un message de
« Paging » est envoyé dans la cellule (ou la zone) dans laquelle se trouve le mobile.
Mobile en Dedicated Mode
En raison de la mobilité, le mobile est aussi susceptible de devoir changer de cellule en cours d’appel. (à 60 km/h, dans un réseau dont les cellules ont 1 km de diamètre, le changement de cellule se fait toute les minutes).
Le transfert du mobile d’une cellule à une autre en cours d’appel est assuré par l’algorithme de Handover. Ce dernier détecte la nécessité de devoir changer de cellule et ordonne le basculement de la communication d’un canal dans une cellule vers un autre canal dans l’autre cellule et ce, de manière non perceptible par le mobile.
ROAMING
Des réseaux exploités par différents opérateurs sont susceptibles de pouvoir offrir le service à un utilisateur mobile. La coopération entre différents opérateurs permet
d’offrir à leurs abonnés une couverture beaucoup plus grande que celle qu’ils sont en mesure d’offrir séparément. C’est ce qui est appelé le Roaming. Il permet à un abonné d’un réseau national de bénéficier d’une couverture européenne.
Le Roaming n’est possible que grâce à la spécification de l’interface air qui permet à un même mobile de se connecter à des réseaux exploités par différents opérateurs.
Le Roaming induit un problème administratif important concernant la facturation.
SERVICES
Le GSM est un système multiservice pour l’abonné : voix, données (fax, PC, videotext…), messages courts (SMS for Short Message Services) il offre aussi des services supplémentaires : blocage d’appel, redirection d’appel, identification de l’appelant, appel en attente, information de facturation…
SUBSCRIBER IDENTITY MODULE
Un terminal mobile est personnalisé pour un utilisateur donné. Les informations associées à un abonné sont mémorisées dans le SIM. Une fois extraite du mobile, celui ci ne peut être utilisé pour les appels impliquant de la facturation. L’abonné peut personnaliser certaines zones de la SIM.
ARCHITECTURE PHYSIQUE
L’architecture fonctionnelle d’un système s’intéresse à décrire la manière avec laquelle les fonctions du système sont regroupées entre elles, tenant compte des relations qui les lient. Par essence, certaines fonctions sont distribuées sur différents équipements. L’architecture physique quant à elle s’intéresse à décrire comment les différentes fonctions à réaliser sont regroupées physiquement (par quel équipement sont elles exécutées).
L’architecture GSM se décompose principalement en deux entités : le BSS (Base Station Sub-system) et le NSS (Network and Switching Sub-system).
Le BSS fournit et gère les chemins de transmission entre les MSs (mobile Station) et le NSS. Le BSS est constitué de BSCs (Base Station Controller) à chacun desquels est associé un ensemble de BTSs (Base Transceiver Station) qui sont en contact direct avec les mobiles via l’interface radio.
Le BSC est en charge de la gestion de l’ensemble de l’interface radio (via la commande à distance des BTSs et des MSs). Il s’agit principalement de l’allocation et de la désallocation des canaux radio ainsi que de la gestion du Handover.
Le NSS (Network and Switching Sub-system) assure l’établissement des connections entre les utilisateurs mobiles ou entre les utilisateurs mobiles et des utilisateurs hors
réseau GSM. Il contient les fonctions principales de commutation du GSM. La commutation est effectuée par les MSCs (Mobile service Switching Center)
Les MSCs s’interfacent avec les BSCs d’un côté (cet interface est désigné interface A ; l’interface entre les BTSs et les BSCs est appelé l’interface Abis) et avec les réseaux externes de l’autre.
En plus des MSCs, le NSS contient également les bases de données nécessaires aux données d’abonnés et à la gestion de la mobilité.
Les informations pertinentes pour la fourniture du service sont maintenues du coté infrastructure dans la HLR (home location register), quel que soit la localisation de l’abonné. La HLR contient des informations associées à l’abonné ainsi que sa localisation courante. Le HLR est unique au niveau système (bien que pouvant être distribuée sur plusieurs équipements).
Le GSM fait usage d’une autre base de données : la VLR (Visitor Location Register) connectée à un ou plusieurs MSC. Elle est en charge du stockage temporaire des données associées aux abonnés localisés dans la zone de service du MSC correspondant. Elle contient également des informations plus précises que le HLR sur la localisation de l’abonné. Le mobile informe le VLR de ses changements de cellule.
Si le changement concerne deux cellules associées à deux MSC différents, le nouveau VLR en informe le HLR qui demande ensuite à l’ancien VLR de désenregistrer le mobile.
En plus des deux entités citées plus haut (le BSS et le NSS), l’architecture GSM comprends également une troisième entité : l’OSS (Opération and Maintenance Sub- system) dont le rôle est de fournir à l’opérateur les moyens nécessaires lui permettant d’assurer la gestion du réseau (opérer, commander, contrôler, administrer et maintenir le réseau).
INTERFACE RADIO
L’interface radio a dû être complètement spécifié pour assurer la compatibilité entre les mobiles des différents constructeurs et les réseaux des différents opérateurs, afin de permettre le Roaming dans les différent pays.
La définition de l’interface radio a nécessité un effort tout particulier afin d’optimiser l’efficacité spectrale du système (l’efficacité spectrale du système dépend en effet essentiellement de l’interface radio). Celle ci ayant un impact direct sur le nombre de station de base à installer par km2, elle représente un facteur économique clé du système.
Bandes de fréquences
Le système GSM s’est vu attribuer deux sous bandes de 25 MHz autour de 900 MHz, avec un écart duplex de 45 MHz :
o 890 MHz – 915 MHz et 935 MHz – 960 MHz
et deux sous bandes de 75 MHz autour de 1800 MHz, avec un écart duplex de 95 MHz :
o 1710 MHz – 1785 MHz et 1805 MHz – 1880 MHz
L’espacement de fréquence est de 200 kHz.
Accès multiple
La technique d’accès multiple décrit la façon avec laquelle la ressource radio est partagée entre les communications simultanées des différents utilisateurs.
Le choix de la technique d’accès s’est porté sur une combinaison du TDMA et du FDMA. Le FDMA est utilise pour partager le spectre radio entre des cellules voisines (une cellule donnée pouvant se voir attribuer plusieurs porteuses). Les porteuses sont espacées de 200 kHz.
Chacune des porteuses est découpée en intervalles de temps élémentaires de (15/26) ms appelés Time Slots, qui sont partagés entre différentes communications simultanées au sein de la même cellule suivant la technique du TDMA. La trame élémentaire associée à une porteuse donnée consiste en 8 intervalles de temps successifs. La transmission s’effectue par paquets de bits appelés « Bursts », qui sont émis dans les intervalles de temps élémentaires.
Le système est à saut de fréquence (Frequency Hopping) en ce sens que la porteuse peut changer de fréquence pour chaque paquet.
Récepteur
Les porteuses sont modulées en GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).
L’émission et la réception s’effectuent paquet par paquet avec une égalisation adaptée à chaque paquet.
Canaux logiques et canaux physiques
Avant de parler des différents canaux impliqués dans la définition du GSM, il est utile de définir ce qu’est un canal. On distinguera deux types de canaux : les canaux logiques et les canaux physiques.
Un canal logique est un lien permettant le transfert d’informations d’un processus émetteur vers un autre processus destinataire. Ces informations sont en pratique exprimée sous forme de messages construits à partir d’un ensemble de mots issus d’un dictionnaire. Le canal logique est caractérisé par le type de messages échangés et
le dictionnaire utilisé mais non par l’information contenue dans le message ni par le canal physique utilisé pour les véhiculer.
Un canal physique est un lien faisant usage de ressources physiques : temps et fréquence pour transférer des symboles supportant des quantas élémentaires d’information d’un point à un autre. En pratique, les mots échangés via le canal logique sont codés en une succession de symboles qui sont transmis durant un intervalle de temps donné dans une bande de fréquence donnée. Le canal physique est caractérisé par les grandeurs physiques : fréquence porteuse et intervalle de temps cyclique utilisés pour assurer le lien entre l’émetteur et le destinataire mais non par le type de canal logique qui l’utilise ni par les mots échangés à travers celui-ci.
La norme GSM comporte cependant certaines inconsistances vis-à-vis de ces définitions. En effet, un canal est souvent dédié au contenu d’un message particulier.
Structure de trame et canaux utilisés en mode dédié
En cours de communication, un utilisateur se voit attribuer une paire de porteuses : une sur la voie montante (mobile vers base) et une sur la voix descendante (base vers mobile), et sur chacune des porteuses, il se voit attribué un intervalle de temps parmi les 8 que constitue la trame élémentaire de la porteuse en question. Pour une communication donnée, un paquet est donc transmis toute les 8 x (15/26) ms = (120/26) ms, sur chaque porteuse. Le décalage entre la trame élémentaire de la voie montante et celle de la voie descendante est de trois intervalles de temps élémentaires.
Ceci permet entr’autre de partager les ressources de traitement du mobile entre la transmission et la réception.
Les paquets d’une communication donnée sont regroupés par blocs de 26 paquets. Le 26 ième, transmis toute les 26 x (120/26) ms = 120 ms, constitue un canal physique particulier qui est attribué au canal logique SACCH (Slow Associated Control Channel) réservé à de la signalisation (messages destinés à la gestion du système). Le 13 ième n’est pas utilisé. Les autres constituent un canal physique attribué au canal logique TCH (Traffic Channel) dédiés à la transmission de la voix ou des donnés utilisateur.
Le TCH est un canal bidirectionnel destiné au transfert de la voix codée à un taux de 13 kbps ou de données à 12 kbps, 6 kbps ou 3,6 kbps. Il est attribué à un utilisateur pour la durée de la communication et est relâché dès que celle ci est terminée.
Le SACCH est un canal bidirectionnel de signalisation qui permet d’échanger des informations (entr’autre, des mesures de la qualité de réception et des informations permettant de préparer le Handover) entre le mobile et la station de base, en cours de communication.
Les canaux TCH et SACCH sont toujours attribues conjointement. Lorsqu’ils sont attribués à un mobile, celui ci est dit être en mode dédié (Dedicated Mode).
Le 13 ième paquet d’un bloc de 26 n’étant pas utilisé, le mobile dispose à ce moment d’une fenêtre temporelle approximativement équivalente la durée de deux trames
élémentaire [(2 x 8) - 1] x (15/26) ms = (225/26) ms pendant laquelle il peut recevoir des informations diffusées par les stations de base avoisinantes et effectuer des mesures de qualité de transmission radio pour préparer le Handover.
Un type particulier de canal logique de signalisation qui permet l’échange d’informations entre un mobile et la base en mode dédié est le FACCH (Fast Associated Control Channel) il est supporté via le canal physique obtenu en remplaçant un paquet normalement attribué au TCH par un paquet de signalisation.
Ceci se fera soit pour la signalisation qui a lieu alors que l’échange de la voix ou des données utilisateur n’a pas encore lieu, tel que celle destinée à identifier l’abonné ou à établir ou à clôturer l’appel, ou pour la signalisation pour laquelle le temps de réponse du SACCH est trop long, tel que celle destinée à l’exécution du Handover. Les paquets alloués au FACCH sont distingués de ceux alloués au TCH par une étiquette appelée le « Stealing Flag ».
Les canaux alloues à un mobile spécifique pour un temps détermine sont appelés
« Dedicated Channels ».
Structure de trame et canaux utilisés en mode veille
En mode « Idle », le mobile doit rester en contact avec le réseau pour pouvoir recevoir des appels via les messages de « Paging ». Il doit en outre informer le réseau de ses changements de cellule (ou de zone) pour que les messages de « Paging » puissent être envoyés dans la cellule (ou la zone) adéquate.
Pour pouvoir communiquer avec une station de base, un mobile doit être synchronisé avec cette station de base. Pour se faire, chaque station de base diffuse (Broadcast) une référence de fréquence appelée FCCH (Frequency Correction Channel) et une référence de temps appelée SCH (Synchronisation Channel).
Le mobile a également besoin de recevoir des informations spécifiques aux stations de base. Entr’autre, pour pouvoir les identifier (dans la plupart des cas en effet, un mobile peut recevoir et potentiellement être reçu par plusieurs cellules qui peuvent appartenir à différents réseaux). Ces informations sont diffusées par les stations de base via le canal logique BCCH (Broadcast Control Channel).
Enfin, la station de base doit pouvoir également diffuser les messages de « Paging » et aussi envoyer des messages d’allocation de canal en réponse à des demandes d’accès émanant du mobile. Ces deux types de message seront émis par la station de base via un canal logique commun appelé PAGCH (Paging and Access Grant Channel).
Les canaux FCCH, SCH, BCCH et PAGCH sont exclusivement unidirectionnels descendants (base vers mobile).
Le canal logique qui permet aux mobiles de transmettre leurs demandes d’accès au réseau est le RACH (Random Access Channel). Les mobiles émettent sur ce canal de façon aléatoire. Il en résulte des possibilités de collisions entre les émissions de plusieurs mobiles si ceux ci émettent au même moment.
Le canal RACH est exclusivement unidirectionnels montant (mobile vers base).
Tous les canaux utilisés en mode « Idle » étant chacun destinés à un grand nombre de mobiles, ils sont regroupés sous le terme : canaux communs (Common Channels).
Les canaux communs d’une station de base donnée utilisent une porteuse particulière parmi l’ensemble des porteuses dédiées à cette station de base. La fréquence de cette porteuse est appelée fréquence balise (Beacon Frequency) de la station de base. Sur la porteuse balise, les canaux communs utilisent un intervalle de temps particulier qui constitue la référence des trames élémentaires de 8 intervalles de temps des porteuses de la station de base. La référence de temps complète (au delà de la trame élémentaire) permettant la connaissance de l’organisation cyclique des canaux, est fournie par le SCH.
Les paquets des canaux communs sont regroupés par blocs de 51 paquets dont le dernier n’est pas utilisé. Sur la voie descendante, les paquets numérotés 0, 10, 20, 30 et 40 constituent un canal physique attribué au FCCH. Ceux qui les suivent, numérotés 1, 11, 21, 31 et 41 sont attribués au SCH. Parmi les paquets restants, les 4 premiers sont attribués au BCCH et les autres au PAGCH. Sur la voie montante, tous les paquets sont attribués au RACH.
L’intervalle de temps de référence de la porteuse balise d’une station de base donnée n’est pas soumis au saut de fréquence, ce qui permet à un mobile de se synchroniser sur la station de base et d’émettre des demandes d’accès et de recevoir des appels sans devoir connaître au préalable la séquence de saut de fréquence. De plus, sur tous les intervalles de temps de référence de la porteuse balise, la station de base émet en permanence et avec un niveau de puissance constant et ce, même si aucune information ne doit y être transmise (un paterne de remplissage est alors utilisé). Ceci est nécessaire pour que les mobiles des cellules voisines puissent effectuer les mesures de la qualité du signal qu’ils reçoivent de la station de base considérée.
Les autres intervalles de temps de la porteuse balise sont utilisés pour du trafic normal.
Les cycles de 26 et 51 paquets des canaux dédiés et communs ont été choisis pour ne pas avoir de diviseurs communs, ce qui permet à un mobile en mode dédié de se synchroniser sur une cellule voisine lorsque le FCCH et le SCH de cette cellule apparaissent dans la fenêtre temporelle située entre le 12 ième et 14 ième paquet d’un bloc de 26 paquets des canaux dédiés, et ce, quel que soit la relation quelconque qui existe entre les bases de temps de la cellule utilisée et de ses voisines. Cette pré- synchronisation fait partie de la préparation du Handover.
Types de paquets
Les paquets de bits utilisés pour moduler la phase de la porteuse radio sont généralement constitués d’une partie utile contenant l’information à transmettre, d’une séquence d’apprentissage (Training Sequence), et de bits de garde (Tail Bits) rajoutés au début et à la fin du paquet.
Les bits de garde permettent d’éviter que la perte de performances du démodulateur au début et à la fin d’un paquet n’affecte pas les bits d’information utile.
La séquence d’apprentissage est une séquence de bits connue du récepteur et qui présente de bonnes performances en terme d’autocorrélation. Elle permet au démodulateur d’estimer la réponse du canal de transmission pour le paquet considéré et donc de réaliser une démodulation cohérente dont les performances sont optimales.
Quatre types de paquets ont été définis : l’ « Access Burst », le « S Burst », le « F Burst » et le « Normal Burst ».
L’ « Access Burst » est un paquet court, de 87 bits, qui est uniquement utilisé sur la liaison montante (mobile vers base), pour le premier accès sur le canal RACH, lorsque le processus de « Timing Advance » n’est pas encore opérationnel (voir plus loin).
Il est constitué de 7 « Tail Bits » au début, d’une séquence d’apprentissage de 41 bits, de 36 bits d’information utile et de 3 « Tail Bits » à la fin.
La séquence d’apprentissage est unique pour tous les « Bursts » d’accès. Sa longueur permet au récepteur de la station de base d’effectuer une démodulation correcte alors qu’il ne connait ni le niveau ni l’erreur de temps et de fréquence du signal reçu.
Le « F Burst » et le « S Burst » sont exclusivement utilisés sur la liaison descendante (base vers mobile), pour les canaux FCCH et SCH. Ils permettent l’acquisition par un mobile, de la synchronisation initiale dans une cellule donnée.
Le « S Burst » est un paquet long, de 148 bits, qui est constitué de 3 « Tail Bits » au début, de 39 bits d’information utile, d’une séquence d’apprentissage de 64 bits, de 39 bits d’information utile et de 3 « Tail Bits » à la fin.
La séquence d’apprentissage du « S Burst » est longue pour aider à la synchronisation initiale. Cette séquence est unique pour toutes les cellules (ce qui permet au mobile de ne pas devoir en essayer plusieurs lors de la synchronisation).
Le « F Burst » est un paquet long, de 148 bits, tous égaux à zéro. Il se fait que, tenant compte du type de modulation utilisée (GMSK), le signal modulé résultant consiste en une sinusoide pure destinée à aider le mobile à se synchroniser en fréquence avec la station de base à laquelle il souhaite se connecter.
Le « Normal Burst » est un paquet long, de 148 bits, utilisé dans tous les autres cas. Il est constitué de 3 « Tail Bits » au début, de 58 bits d’information utile, d’une séquence d’apprentissage de 26 bits, de 58 bits d’information utile et de 3 « Tail Bits » à la fin.
La position centrale de la séquence d’apprentissage dans le « Normal Burst » permet une estimation optimale de la réponse du canal pour le paquet. Le standard définit 8 séquences différentes, possédant de bonnes propriétés de corrélation croisée, ce qui permet de décorréler le signale désiré d’un signal perturbateur provenant d’une
communication utilisant la même fréquence dans une autre cellule qui s’est vu attribué une autre séquence d’apprentissage.
GESTION DE LA RESSOURCE RADIO
Le rôle du RR (Radio Resource) est de partager dynamiquement la ressource radio limitée, entre tous les besoins.
Le RR (Radio Resource) établit et désactive les connections entre les mobiles et les MSC pour la durée des appels et ce, en dépit du mouvement des mobiles. Il est entre autre en charge de la gestion du Handover.
Les fonctions du RR sont principalement réalisées par le mobile et le BSC (les fonctions de Handover entre MSCs sont cependant réalisées dans les MSCs).
Handover
L'objectif principal du Handover est d’éviter l’interruption de communication lorsque le mobile passe d’une cellule à une autre. Il a aussi pour objectif de réduire le niveau d’interférence global du réseau en transférant un mobile vers la station de base nécessitant les puissances d’émission les plus faibles. Il permet également de répartir la charge de trafic sur plusieurs cellules dont les couvertures se superposent (partiellement).
Le critère par défaut pour le choix d’une station de base est basé sur la comparaison de la qualité (taux d’erreur) de transmission obtenue dans les deux directions pour les différentes stations de base accessibles par le mobile à un endroit donné.
Le mobile mesure la qualité du signal qu’il reçoit de la cellule à laquelle il est connecté ainsi que celle du signal qu’il reçoit des cellules adjacentes. Une fois par seconde, Il transmet ces informations à l’infrastructure dans le canal SACCH.
La structure de la trame TDMA permet au mobile de se synchroniser sur les stations de base des cellules adjacentes, entre les intervalles de temps d’émission et de réception utilisés dans la cellule en cours. Ceci permet, en cours de communication, de mesurer la qualité de réception dans les cellules adjacentes et de préparer le Handover.
Le fait que chaque station de base émette en permanence sur l’intervalle de référence de sa porteuse balise permet de réduire les contraintes sur les instants de mesure des mobiles.
La liste des fréquences des balises associées aux cellules voisines est transmise au mobile par l’infrastructure.
Contrôle de puissance et ajustement de l’instant d’émission
Le RR est également concerné par le « Power Control » et le « Timing Advance ». Le contrôle de puissance se réfère à la possibilité de modifier la puissance d’émission du mobile et de la station de base pour réduire l’interférence globale générée par les stations et donc accroître l’efficacité spectrale du système.
La structure TDMA utilisée par le système GSM nécessite que les paquets issus de mobiles situés à des distances différentes d’une station de base arrivent à celle-ci en synchronisme avec la trame TDMA. Pour ce faire, il y a lieu d’ajuster l’instant d’émission des mobiles par rapport à la structure temporelle de base qu’ils déduisent du signal de réception. L’information d’avance temporelle est transmise au mobile toute les demi secondes par l’infrastructure via le SACCH.
Procédure d’accès
La procédure d’accès concerne la transition du mobile de l’état « Idle » à l’état
« Dedicated ». Elle commence par l’envoi par le mobile, d’un message de requête d’un canal (Channel Request) vers le réseau via le canal RACH. Ce canal est sujet à contention. Le réseau répond alors par un message d’assignement (Channel Assignment) sur le canal PAGCH qui contient l’identification du canal alloué au mobile. Les informations d’initialisation (identité de l’abonné, raison détaillée de la requête, caractéristique du mobile…) sont alors échangées sur le canal dédié alloué.
Procédure de Paging
Lorsqu’un MSC reçoit un appel pour un mobile dont il a la responsabilité, il envoi un message de « Paging » à tout les BSCs contrôlant la région concernée. Les BTS associées à ce BSC font alors suivre la commande de « Paging » vers les mobiles via le canal PAGCH.
GESTION DE LA MOBILITE
Le MM (Mobility Management) est en charge de la gestion des bases de données des abonnés et en particulier de leur localisation. Il assure également la poursuite du mobile lorsque celui-ci n’est pas engagé dans une communication.
Le MM a également en charge la gestion de la sécurité. Les fonctions concernant la sécurité ont pour objectif de protéger le réseau contre les accès non autorisés (via des mécanismes d’authentification de l’abonné) ainsi que d’assurer la confidentialité des appels (via des mécanismes de chiffrement) et la protection de l’identité des utilisateurs.
Les fonctionnalités du MM concernent principalement le mobile (plus précisément, le SIM), le HLR et le MSC/VLR.
COMMUNICATION MANAGEMENT
Les fonctions du CM (Communication Management) consistent en l’établissement, la maintenance et la clôture des appels entre les utilisateurs ainsi que le routage (choix des segments de transmission qui lie les utilisateurs distants et concaténation des segments de transmission à travers les commutateurs).
Le CM peut être décomposé en trois sous domaines : le CC (Call Control) qui concerne la plupart des services (parole et/ou données) en mode circuit (circuit oriented) ; la gestion des SS (Supplementary Services) qui concerne les moyens dont dispose l’utilisateur pour contrôler la manière dont les appels qu’il émet et qu’il reçoit sont traités par le réseau ; et les SMS (Short Message Service) qui concerne le service d’échange de messages courts.
Etablissement d’un appel
Le numéro composé par l’appelant d’un mobile pointe vers le HLR du réseau auquel le mobile est abonné. Et ce, quel que soit l’endroit ou se trouve le mobile. (Cette communication, à charge de l’appelant peut être internationale si l’appel ne s’effectue pas à partir du pays ou l’abonné mobile est enregistré). Le HLR contient les informations nécessaires pour trouver le MSC associé au VLR auquel le mobile est répertorié en temps que visiteur (l’établissement de la connexion entre l’appelant et l’appelé peut donner lieu à une communication internationale, à charge de l’appelé si celui-ci est en Roaming en dehors du pays ou il est enregistré).
