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8/2/2019 Architecture GSM

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Principes de fonctionnement du rseau GSM

Table des matires

Principales caractristiques Larchitecture du rseau et les lments Le canal physique Les protocoles La typologie des paquets (bursts)

Principes des tlcommunications analogiques et numriques (version 3.36) M. Van Droogenbroeck 192


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Le concept cellulaire

5

2 3

46

7

5

23

46

7

5

23

46

7

5

23

46

7

1

11

1

FIG. 79: Figure reprsentant un motif lmentaire et un ensemble de motifs.

Un cellule se caractrise : par sa puissance dmission, par la frquence de porteuseutilise pour lmission radio-lectrique et par le rseauauquel elle est interconnecte.



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Estimation du rapport de puissance porteuse bruit

Signaux perturbateurs :

1. Les interfrences de puissance totale I qui sont dues aux signaux mis par lesautres stations :

(a) Les interfrences co-channel qui sont dues aux signaux mis par les autresstations de base utilisant la mme frquence.

(b) Les interfrences de canaux adjacents dues aux signaux mis par les stationsde base utilisant des frquences voisines.

2. Le bruit, de puissance N, provenant principalement du bruit de fond du rcepteur.

Ds lors, on a le rapportC

N+ I

(235)



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Synthse des principales caractristiques du GSM

La norme GSM prvoit que la tlphonie mobile par GSM occupe deux bandes de

frquences aux alentours des 900[MHz] :1. la bande de frquence 890 915[MHz] pour les communications montantes (du

mobile vers la station de base) et

2. la bande de frquence 935 960[MHz] pour les communications descendantes(de la station de base vers le mobile).



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Comparaison des normes GSM et DCS-1800

GSM DCS-1800

Bande de frquences () 890, 2 915[MHz] 1710 1785 [MHz]Bande de frquences () 935, 2 960[MHz] 1805 1880 [MHz]Nombre dintervalles de tempspar trame TDMA

8 8

cart duplex 45 [MHz] 95 [MHz]

Rapidit de modulation 271[kb/s] 271 [kb/s]Dbit de la parole 13 [kb/s] 13 [kb/s]Dbit maximal de donnes 12 [kb/s] 12 [kb/s]Accs multiple Multiplexage

frquentiel ettemporel

Multiplexagefrquentiel et

temporel

Rayon de cellules 0, 3 30 [km] 0, 1 4 [km]Puissance des terminaux 2 8 [W] 0, 25 et 1 [W]

TAB. 8: Comparaison des systmes GSM et DCS-1800.



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Architecture du rseau

Larchitecture dun rseau GSM peut tre divise en troissous-systmes :

1. Le sous-systme radio contenant la station mobile, la station de base et soncontrleur.

2. Le sous-systme rseau ou dacheminement.

3. Le sous-systme oprationnel ou dexploitation et de maintenance.



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!

!

" "

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# #

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%

%

&'()0 0

1 1 23

456 67 7

8

89

9

@AB BC C DE

FGH HI I

P

P

P

Q

Q

Q

RSTUV VW W XY

ab bc c

d

de

e

fgh hi i pq

rst tu u

v

v

v

v

w

w

w

w

xy

jk

lm

n no o

BTS

BTS

BTS

BSC

AuC

BSC

MSC

VLR

VLR

HLR

MSCBSC

BTS

OMC

FIG . 80: Architecture du rseau GSM.Principes des tlcommunications analogiques et numriques (version 3.36) M. Van Droogenbroeck 198


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Le sous-systme radio

Le sous-systme radio gre la transmission radio. Il est constitu de plusieurs enti-

ts dont le mobile, la station de base (BTS, Base Transceiver Station) et un contrleur de station de base (BSC, Base Station Controller).



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Le tlphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module)

Paramtres Commentaires

Donnes administrativesPIN/PIN2 Mot de passe demand chaque connexionDonnes lies la scurit

Cl Ki Valeur unique, connue de la seule carte SIM et duHLR

Donnes relatives lutilisateur

IMSI Numro international de labonnMSISDN Numro dappel dun tlphone GSMDonnes de roaming

TMSI Numro attribu temporairement par le rseau un abonn

Donnes relatives au rseauMobile Country Code (MCC),Mobile Network Code

Identifiants du rseau mobile de labonn



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Le sous-systme rseau, appel Network Switching Center

(NSS)

Le NSS est constitu de :

Mobile Switching Center (MSC) Home Location Register (HLR) /Authentication Center (AuC) Visitor Location Register (VLR)

Equipment Identity Register (EIR)



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Lenregistreur de localisation nominale (HLR)

Le HLR contient la fois

toutes les informations relatives aux abonns : le type dabonnement, la cl dau-thentification Ki cette cl est connue dun seul HLR et dune seule carte SIM,les services souscrits, le numro de labonn (IMSI), etc

ainsi quun certain nombre de donnes dynamiques telles que la position delabonn dans le rseau en fait, son VLR et ltat de son terminal (allum,teint, en communication, libre, . . .).



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Canal physique

Combinaison dun multiplexage frquentiel (FDMA) et dun multiplexage temporel(TDMA).

Multiplexage frquentiel

Aussi, si on indique par Fu les frquences porteuses montantes et par Fd les fr-quences porteuses descendantes, les frquence porteuse sont :

Fu(n) = 890, 2 + 0, 2 (n 1) [MHz] (236)Fd(n) = 935, 2 + 0, 2 (n 1) [MHz] (237)

o 1 n 124.



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La modulation

La technique de modulation utilise pour porter le signal haute frquence est lamodulation GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

t

t

t

Squence

Aprs XOR

Signal MSK

originale

FIG . 81: Cration dun signal modul par MSK au dpart dun train dimpulsions.



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Multiplexage temporel

Chaque canal de communication est divis en 8 intervalles de temps de 0, 577[ms]chacun.

Definition 40. [Trame] Ainsi, on dfinit une trame lmentaire de8 intervalles pourune dure de8 0, 577 = 4, 615[ms].



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Hirarchie de trames

0 1 2

3 4 5 6 7

0 1 2 43 4746 48 49 50

34

50 1 2

0 1 49 502

0 1 2 24 25

z z z z z z z z z

z z z z z z z z z

z z z z z z z z z

{ { { { { { { { {

{ { { { { { { { {

{ { { { { { { { {

156.25 bits =0.577 ms

148 bits =0.428 ms

0 1 2 24 25

Signal

2043 2044 20452046 2047

[dB]

temps [ms]

level

Supertrame 26

Multitrame 26

Hypertrame

Supertrame 51

Slot

Trame

Multitrame 51

FIG. 82: Organisation des multiples de trames.



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Le saut de frquences ou Frequency Hopping

|

|}

}

~

~

trame TDMA temps

slot

Canal physique sans saut de frquences

Frquences

porteuse C3

porteuse C2

porteuse C1

porteuse C0

FIG

. 83: Principe du saut de frquence.



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Configuration du Frequency Hopping

La configuration des sauts se fait au moyen de paramtres tels que :

le Cell Allocation, la liste des numros des frquences utilises dans une cellule, le Mobile Allocation, la liste des numros des frquences disponibles pour lessauts,

le Hopping Sequence Number, une valeur comprise entre 0 et 63, servant ini-tialiser le gnrateur pseudo-alatoire,

le Mobile Allocation Index Offset, une valeur comprise entre 0 et 63 qui identique

quel dcalage doit tre utilis. Cette valeur de dcalage est convenue linitiali-sation de lappel et elle diffre dun mobile lautre.



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Pile de protocoles

RR

LAPDm LAPD

MICradio

RR

LAPD LAPD

MIC MIC

LAPD

MIC

SSSMSCC

MM

RR

LAPDm

MM

SMSCC SS

radio

AAir Abis

Terminal mobile Station de base CommutateurContrleur de station de base

FIG. 84: Piles de protocoles de diffrents sous-systmes du rseau GSM.



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Typologie des paquets (bursts)

3 4 710 2 5 6

burst daccs

burst normal

burst de synchronisation

TB

TB

TB TB

TB

TB GP de 68,25 bits

GP

GP57 bits 1 1 57 bitschiffrs26 bits

chiffrs39 bits 39 bits

chiffrs64 bits de synchro

36 bitschiffrs41 bits de synchro

TB TB GP

burst de bourrage

TB TB GP142 bits fixes (tous 0)

burst de correction de frquence

142 bits prdfinis

FIG. 85: Structures des 5 types de burst dfinis par la norme GSM.


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