cours gsm bsic bcch

8/6/2019 Cours Gsm Bsic Bcch

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ENST - 2005 Ph.G. LI M, Ph. M 1

Voie balise en GSM,

canaux de contrle en diffusionPhilippe Godlewski, Li Ming & Philippe Martins

ENST, dep. InfRes2005, v.p.


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?.

La fonctionde voie balise

permet au mobiledun usager en "errance"

de dcouvrir un service

de se reprer dans unsystme

Le petit Poucet grimpa auhaut d'un arbre, pour voir s'il nedcouvrirait rien ; ayant tournla tte de tous cts, il vit unepetite lueur comme d'unechandelle, mais qui tait bienloin, par del la fort.

Charles Perrault

O, le petit Poucet, enroaming(il a perdu sonchemin, he has lost hispath), dcouvre unebalise qui va le guider

Petite lueur sans doute le signal

subit-il une perte de parcours(pathloss) svre

The maximum path loss category

(Category A) is hilly terrain with

moderate-to-heavy tree densities.

[IEEE 802.16.3c-01/29r4]


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Voie baliseLa fonction de voie balise

est indispensable dans un systme cellulaire pour grer le

roaming( lerrance , litinrance),

dans un WLAN, pour montrer la prsence durseau (~ resource discovery).

Elle facilite les handovers(transferts intercellulaires).


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Questions que se pose un nomade En errance (roaming, itinrance) :

O zone-je ? (cf. zone de localisation, LA) En quel tat jerre ? (roaminginternational)

Plus srieusement

Puis-je tlphoner (de quels services je peuxdisposer) ?

De mon rseau nominal (home) ?

Dun rseau visit (visited)? Par quel oprateurvais-je me faire dvorer ?

Dois-je me rinscrire?(le mobile le fait automatiquement)

la voie baliseGSM faciliteles rponses


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Concept de voie balise

La station de base comme phare ou balise : balise analogique / balise logique frquence BCCH (= frquence balise)


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Canaux de contrle en diffusion Dans un systme radio mobile cellulaire, les

canaux de contrle en diffusionpermettent chaque mobile

de dtecter la prsence dun rseau (services GSM)

daccder au systme local en acqurant les paramtres

analogiques et logiques ncessaires

Autres terminologies ~ beacon, voie balise

Analogie avec un phare

pour les bateaux (lighthouse)

Remarque : Contrle Info. utilisateur BCCH CBCH (Cell Broadcast CHannel)


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BS (relais GSM), phare


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Notion de balise Un systme radio mobile a besoin

dun signal de rfrence Ce signal permet au mobile

de dtecter la prsence du systme ;

de choisir la meilleure BS (en franais : station de base ourelais) ; on parle de la meilleure serveuse (best server) ;

de se synchroniser (en temps, en frquence) ;

de connaitre le paramtrage local du systme.

Ce signal est diffus (broadcast) et sert au contrledu systme

il ne vhicule pas, a priori, dinformation utilisateur


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Fonction de voie balise Une fonction voie balise prsente

des aspects analogique par exemple, dtection de signaux tmoignant

dun certain type dactivit

il vit une petite lueur comme d'une chandelle

(activit ~humaine ?) slection dun signal proche (puissant)

synchronisation sur des impulsions

positionnement (cf. LBS)

des aspects plus logiques

acquisition dhorloge, de paramtre,

dadresse ou identits, .

Phareou balise

Acquisitiondun

contexte


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Fonction voie balise en GSM La fonction de balise prsente plusieurs

aspects dans GSM Phare, dtection de ressources, synchronisation, Diffusion de paramtres systme

Elle est ralise dans GSM via

Une porteuse (par cellule),qui ralise la fonction phare

frquence-balise = BCCH frequency

Un canal physique (sur un slot n0) de cette porteuse

qui supporte diffrents canaux logiques dont le BCCH ventuellement dautres canaux phy peuvent tre utiliss

pour raliser la vois balise en supplment du slot 0 )


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La fonction de phare

analogiquesur la porteuse (f 1, sur la fig.)supportant la balise Puissance constante (maximum)

Une premire dtection des balisespeut tre fait suivant un critre de puissance

Activit constante (dummy burst) Des bursts sont mis mme quand il ny a pas dinformation Ceci renforce la robustesse de la dtection

Des cellules voisines ont des frquences-balisediffrentes

Broadcast Channelsen GSMf 2 f 3

f 7

f 6

f 1

f 5

f 4


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Frquences, canaux physiques,trames, multitrames

Rappels sur les ressources radio : porteuse = frquence, la porteuse est slotte trame TDMA = 8 slots ; slot ~ canal physique

multitrame 51 organisation de la voie balise (1er survol)


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Porteuses et canaux physiques

200 kHz

1 carrier

f

1 TDMAframe

= (12/13) 5 ms

time slot

f1

Pour raliser la voie balise sur une cellule,on distingue une porteuse (carrier) spcifique (ici f1)et le canal physique quelle supporte sur le slot 0.

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 t


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0 1 7

Multi trame, trame et burst

trame TDMA TDMAframe

Slot, IT

Time Slot

10 10 20 30 40

3 bits 144 bits 3 bits

slot: 156,25 bits (577 s)

8,25 bits (30,46 s)

Multi trame Multi frame (= 51 TDMAframes 235.38 ms ~ s )

Burst

51

burst


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Que supporte la frquence balise ?

B T T T T T T T

F S B F S F S F S F S

B D T D T T T T

51-Multi frame (duration: 51 TDMA frames)

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

Average cell case

1 PhyCh = 1 BCH + CCCH

2 PhyCh = 2(8 SDCCH)

5 PhyCh = 8(TCH)

Small cell case

1 PhyCh = 1 BCH + CCCH +

+ 4 SDCCH

5 PhyCh = 8(TCH)

BCCH

frequency f1

f1or

La frquence balise (ou BCCH)supporte des canaux logiques en diffusion (F, S, B)mais aussi dautres types dinformation

La

solut

ion

Sur le

slot 0,

fr. BCCH


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On rentre dans les dtails

FCCH, not F

SCH, not S

BCCH, not B


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Type de canaux en diffusion Canaux en diffusion

(GSM Broadcast Channels)3 types de canaux (~logiques) FCCH, Frequency Correction SCH, Synchronization

BCCH, Broadcast Control

Remarques CH = channel, CCH = controlCH

Stricto sensu, le FCCH nest pas un canal logique,mais une balise physique cependant, il estsouvent assimil un canal logique.


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FCCH Frequency Correction Channel: permet un

calage sur la frquence de la BS consiste en un burstparticulier mis environ

toutes les ~50 ms

burstcompos de 148 bits 0 mis sur la porteuse f0 : il produit un signal

sinusodal de frquence f0+1625/24 kHz

prsent seulement sur le slot0 de la voie balise


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FCCHLe burstFCCH

mis dans les trames 0, 10, 20, 30 et 40 dunemultitrame 51 trames

mis 5 fois en 235,8 ms, soit environ 20 fois par seconde

la dtection de ce burst(comme celle dun burstSCH)

signifie que le mobile coute (effectivement) une voiebalise

10 10 20 30 40

F FFFF

Figure 1. FCCH dans la multitrame 51 trames


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SCH Synchronisation Channel: fournit aux mobiles

tous les lments ncessaires unesynchronisation complte

Dispose de la squence dapprentissage(longue) de 64 bits

Deux niveaux de synchronisation analogique, fine : top dhorloge (pip)

pour mesurer le TA (Timing Avance, avance en

temps) logique : heure logique locale du rseau

FN (Frame Number)


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SCH Structure du burst

compos de 78 bits de donnes de contrle encods (protgs)

et dune squence dapprentissage

Position dans la multi-trame toujours aprs le burstFCCH

Figure 2. Structure du burstdu synchronisation (source [GSM 05.02])

Bits de donnes

encods

Bits de donnes

encods

Squence tendue

dapprentissage

3 bits 39 bits 64 bits 39 bits 3 bits

slot: 156,25 bits (577 s)

8,25 bits (30,46 s)


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Implantation du SCH dans une multitrame 51

sur les cases (trames) 1, 11, 21, 31, 41(~toutes les 10 trames TDMA : FN0+1+ k 10 )

10 10 20 30 40 50

F FFFFS S S S S

Figure 3. Position de SCH dans une multitrame trame(source: daprs [GSM 05.01])


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SCH, synchro fine Synchronisation fine

Le SCH permet un calage prcis en tempsexcut par le mobile.

En corrlant le burstreu, via un filtre adapt( la squence dapprentissage tendue de 64 bits)

on obtient un top (dhorloge). Remarque : cette squence de 64 bits est unique dans tous

les rseaux GSM

Avant lobservation du burstSCH,

la synchronisation est de lordre de la dizaine de s Aprs lanalyse du burstSCH, la synchronisation est

lordre de la s


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Dtection dun burst SCH

Autocorrelation(MFilter output,

no noise)

Matched Filter outputwith noisy channel

(~CNR < 0 dB)


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SCH : squence dapprentissage La squence dapprentissage longue (64 bits)

pour le SCH (extended training sequence)

[10111001011000100000010000001111001011

0101000101011101100

0011011]

Squences dapprentissage normales (26 bits)pour le BCCH, TCH, , SDCCH, SACH, AGCHTsc(0)=[00100101110000100010010111]

Tsc(1)=[00101101110111100010110111]

Tsc(2)=[01000011101110100100001110]

Tsc(3)=

Tsc(8)=[11101111000100101110111100]

adresse par le BCC (3 bit) du BSCI


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SCH : paramtres transports FN cod en RFN (Reduced Frame Number) :

le RFN, 19 bits, permet de dterminer le FN BSIC (Base Station Identity Code) :

6 bits, permettant de discriminer 2 base stations

utilisant la mme frquence balise (ou freq. BCCH) Mode de transport : codage de canal

codage convolutionnel de taux 1/2

paramtres [RFN, BSIC] (19 + 6 bits) encods sur239 bits, soit 78 bits


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SCH : RFN et synchro logique Le RFN (ReducedFN) et le FN (Frame Number)

RFN est une criture compacte du FN 0 FN < Modulo = 51*26*211

Log2(Modulo) = 22 bits

Il comprend 19 bits (au lieu de 22 : on gagne 3 bits (!))

dcoups en 3 champs Nde la supertrame courante dans lhypertrame, 11 bits

Nde multitrame 51 par rapport la supertrame, 5 bits

3 bits (et non log2(51)= 6) donnant la place du SCH parmi

les 5 places possibles dans la multitrame 51(cest ici quon conomise les 3 bits )

Remarque : Modulo = 2715648 -> 3h 28 min 53.76 s


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SCH : BSIC BSIC (Base Station Identity Code)

Identit locale de la station de base~ code de couleur (color code)le couple (f0, BSIC) permet de dterminer

(localement) une cellule Comprend 6 bits, BSIC = [BCC, NCC]

3 bits (8 valeurs) de BCC (BTS Color Code),

un code reprsentant une station de base 3 bits de NCC (Network Color Code), un code

reprsentant un PLMN ~ coloriage de carte


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SCH : rle du BSIC (partie BCC - 1)

Dans lexemple, les 2 cellules grises ont leur voie balisesur la mme porteuse f1.

Pour les diffrencier, on leur attribue 2 BSIC diffrents

quant au BCC (BCC= 00 et BCC= 22 sur la fig.). A ces 2 valeurs de BSIC, correspondent 2 squences

dapprentissage diffrentes (de 26 bits) pour les burstsdits normaux .

f2

BSIC=0

f3

BSIC=0

f7

BSIC=0

f6

BSIC=0

f1

BSIC=00

f5

BSIC=0

f4

BSIC=0

f7

BSIC=0

f1

BSIC=22

f6

BSIC=2

f2

BSIC=1

f3

BSIC=1

f2

BSIC=2 Figure 4. Utilisation du BSIC(Base Station Identity Code)sur la mme frquence BCCH


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SCH : rle du BSIC (partie BCC - 2)

Sans le BSIC (en fait la partie BCC du BSIC) le mobilene connait pas la squence dapprentissage TSC (sur 26bits) de la cellule.=> Il ne peut pas dmoduler correctement les autres

slots (supportant les autres canaux BC-, P-, T-CH). Le mobile accroch une BS (avec un certain BCC) ne

peut pas saccrocher insidieusement une autre BSproche (mme si elle utilise les mmes frq.)

f2

BSIC=0

f3

BSIC=0

f7

BSIC=0

f6

BSIC=0

f1

BSIC=00

f5

BSIC=0

f4

BSIC=0

f7

BSIC=0

f1

BSIC=22

f6

BSIC=2

f2

BSIC=1

f3

BSIC=1

f2

BSIC=2 Figure 4. Utilisation du BSIC(Base Station Identity Code)sur la mme frquence BCCH


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SCH : rle du BSIC (partie NCC)

La partie NCC du BSIC permet de distinguer logiquement 2 oprateurs GSM de deux

pays limitrophes utilisant les mmes frquences mme si il y a une double "collision" : (1) de fr. BCCHet (2) de la partie BCC du BSIC.

f1

BSIC=0, 2

f1

BSIC=0, 3

Figure 5. Utilisation du BSIC

sur deux PLMN limitrophes


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BCCH BCCH (Broadcast Control Channel) :

diffuse les autres paramtres logiques(ou information systme)caractristiques de la cellule

dbit de 782 bps (config. de base)

Mode de transport Informations "systme" groupes en mots de 23

octets (184 bits utiles) Les 184 bits sont cods en 456 bits

et diviss en 8 demi-blocs de 57 bits Les 8 demi-blocs sont entrelacs sur 4 bursts

normaux (schma classique)


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BCH : les info systme les paramtres de slection de la cellule

(niveau minimal de signal exig, niveau maximal de puissanceautorise)

numro (identifiant) de zone de localisation LAI permettant de prendre la dcision de handovers

les paramtres RACH donnant les rgles daccs alatoire la description de lorganisation des canaux de contrle commun

la description de lorganisation du canal CBCH (Cell Broadcast CH.) les frquences des voies balises des cellules voisines

(~la "description" des cellules voisines) la liste des porteuses alloues la BS (si ncessaire) CI (Cell Identity) (~~BSIC) dautres paramtres ncessaires ( par ex: utilisation du DTX,

du contrle de puissance, etc.)


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BCCH

BCCH Place du BCCH dans la trame

se trouve sur le slot 0 en gnral, possibilit (dutiliser aussi, en supplment)

les slot2, 4, 6.

Place dans la multitrame

10 10 20 30 40 50

F FFFFS S S S S

Figure 6. Position de BCCH dans une multi trame 51.


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Petite synthse

235,8

Priodicit

dubloc(ms)

sur slot 0, 2,

4, 6

sur slot 1, 11,

21, 31, 41

sur slot 0, 10,

20, 30, 40

Place dans la

trameTDMA

147824456184BCCH

017825SCH

00FCCH

Dlai d

lentrelace-ment(ms)

Dbit

dentre(bps)

Nombre de

bursts (entre-lacement)

Taille du

bloccod

Taille du

bloc en bitsutiles

Type

782 ??

Solution := 184 bit /dure_mutitrame__51

= 184 /(51*5*(10^-3)12/13) = 781,7


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Frquence balise, canal physique 0

F S B A F S A A F S A A F S P P F S P P

F S B A F S D0 D1 F S D2 D3 F S A0/A2 A1/A3F S P P

Broadcast Control Common Control Dedicated Control

Typical

cell case

Smal cellcase

La frquence balise (BCCH frequency) supporte aussi descanaux communs, CCCH, et parfois ddis (DCCH)


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Scnario dune premireconnexion

On scrute,

on se synchronise,

on dcode.


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Scnario dune premire connexionLe mobile est allum

Il scrute les bande GSM possibles 900, 1800 (DCS), 1900 (PCS), 850 (AMPS),

dans un ordre adquat (qui peut tre indiqu dans lacarte SIM)

Il classe les bandes suivant la puissance reue Sur une bande ou le signal est puissant

il recherche

un signal slott (TDMA, 4.6154) FCCH (dtection dune frquence pure aprs

dmodulation).

B timinganalysis


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Scnario dune 1ere connexion (suite) Si il dtecte un FCH, il se cale en frquence

(synchronisation en f)

Il recherche un burst SCHLorsquil en dtecte un : il se synchronise (au "temps de propagation aller" prs)

il acquiert lheure rseau (FN)

Il dcode le BSIC (et connait ainsi la squencedapprentissage de 26 bits utilise dans la cellule)

Il dcode le BCCH obtient des info systme et connaitre loprateur ( home ou visited)

FCCHanalysis

SCHanalysis

BCCHanalysis


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Dtection de Cellule et & BChLa dtection initiale dunecellule GSM fait intervenir

differents tats de sync. Not Sync No FCB (qq 10 s)

FCB detected Frequency sync. SCH decoded (qq 1 s)

RF, BSIC (avec BCC)

BCCH decoded Paramtres de la cellule Connaissance du voisinage

LAI

Not Sync

Slot Sync

(Slot Sync)

No FCB

FCBdetected

(FCB Sync)

No SCH

SCHdecoded

(SCH detec)

No BCCH

BCCHdecoded

MS maycamp onthe cell

FCCHanalysis

SCHanalysis

BCCHanalysis

B timinganalysis

BCCHdecoded


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Scrutation en communication

O le mobile continue scruter,ce qui se passe ailleurs ,

(sans dcoder !),pour assister le systme.


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Scrutation de voie baliseWei Tcheng, sous la dynastie des

Tang, comprenait lui aussi l'erreur

d'un examen unilatral lorsqu'il

disait: Qui coute les deux cts

aura l'esprit clair, qui n'coute

qu'un ct restera dans les

tnbres.

[Le petit livre du prsident Mao]

Prparation dun handover (MAHO, Mobile Assisted HO) Un mobile qui trafique (i.e. en "com") scrute pendant la phase

monitoring dune trame TDMA, la voie balise dune cellulevoisine (frquence indique dans le BCCH de la serveuse). Il

mesure sa puissance. A chaque trame, il fait une mesure de puissance sur une des

diffrentes voisines. Il rapatrie les mesures (aprs moyennage) la serveuse via un canal (SACCH) associ au canal de trafic.

BS

serveuse BS

voisine


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Conclusions La voie balise

Elle est essentielle dans la gestion du roaming(et des HO)

Elle est spcifique dune cellule (phare). Elle utilise une porteuse BCCH frequency.

qui nest pas contrle en puissance(puissance max sur tous les slots : signal constant en puissance)

Elle supporte des canaux logiques qui permettent au mobile dese synchroniser en freq. (FCCH), en temps (SCH) et dacqurirdes info systmes de paramtrage local (BCCH).

Elle est conomique.

Elle occupe relativement peu de bande :(FCCH+SCH+BCCH) ~1/4 canal physique.Dans une cellule typique 4 TRx (i.e. 4 porteuses), cela correspond (1/4)(1/ 8 slots)(1/ 4 porteuses) = 1/128< 1% des ressources radio (temps-frquence).


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Rfrences Norme GSM

05.02 (TS 45.002) ; 05.01 (TS 45.001) Le LIVRE ROUGE :

Xavier Lagrange,Philippe Godlewski,

Sami Tabbane,Rseaux GSM,5e dition revue et augmente,

Editeur: Herms Sciences,et en chinois, chez PHEI (PublishingHouse Of Electronics Industry).

Rseaux GSM

Xavier Lagrange

Philippe Godlewski

Sami Tabbane

HERMES


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Wei Tcheng, sous la dynastie

des Tang, comprenait lui aussi

l'erreur d'un examen unilatrallorsqu'il disait: Qui coute les

deux cts aura l'esprit clair,

qui n'coute qu'un ct restera

dans les tnbres.

Chapitre XXII, Mthodes de pense et de travail.

http://classiques.chez.tiscali.fr/mao/PLR5.html

Le petit LIVRE ROUGE

MAO ZEDONG (ou MAO TSE TOUNG)

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