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GSM / CDMA-UMTS ESME-Sudria 2004/2005

Introduction au système GSM


Objectifs d'un système

• Transmettre le maximum de données (Débit ) avec:– Fiabilité maximale (Pe )– Contraintes

• Ressources physiques (Shannon, propagation)• moindre coût (énergétique, complexité)


Gestion de la ressource radio

– Pour transmettre un signal il faut fixer:• quand on transmet ?• sur quelle fréquence ?• avec quelle énergie ?

– Ces choix se font sous contrainte:• de temps• de largeur spectrale disponible• de puissance (répartition entre les utilisateurs)


Rappels sur la propagation


Rappels sur la propagation

• Phénomènes d'évanouissement supposés corrigés par traitements spécifiques de la couche physique:

– saut de fréquence, entrelacement...

• Choses à retenir– puissance reçue proportionnelle à puissance émise ⇒

systèmes linéaires avec plusieurs émetteurs-récepteurs– puissance diminue fortement en fonction de la distance ⇒

au-delà d'une certaine distance, on peut négliger la puissance reçue


Concept cellulaire

– Territoire divisé en cellules– Réutilisation des mêmes canaux de fréquence

dans plusieurs cellules

– 2 objectifs• assurer une couverture• réutiliser la ressource


Bruits et interférences


Planification cellulaire


Modèle de cellule


Types de cellules

– Macro-cellules : zones peuplées

– Micro-cellules : grande densité de population

– Cellules sélectives : zones de couverture particulières (entrée de tunnel)

– Cellules "Umbrella" couverture de plusieurs micro-cellules


Planification cellulaire


Calcul d'interférence


Architecture du système GSM (1/2)


Architecture du système GSM (2/2)

• MS : Mobile Station : c'est le terminal• BSS : Base-Station Subsystem = Sous-système

Radio, constitué de :– BTS : Base Transceiver Station – BSC : Base Station Controller

• NSS : Network and Switching Subsystem = Sous-système Réseau

– élément central : MSC (Mobile services Switching Center)

• OSS : Operation and Support Subsystem


Fonctionnalités du réseau GSM

– Transmission– Gestion des Ressources Radio (RR)– Gestion de la mobilité (MM)– Gestion de la communication (CM)– Opération, Administration et Maintenance

(OAM)


Interface Radio : Techniques d'accès multiples

f

t

Usager 1

Usager 2

Usager 3

f1

f2

f3

Accès FDMA f

tUsager 1Usager 2Usager 3

f

Accès TDMA

f

t

Usager 1Usager 2

Usager 3

code

C3C2

C1

Accès CDMA


Interface Radio : Techniques d'accès multiples/comparaison

• FDMA– simplicité – sensible aux évanouissements – rigidité

• TDMA– souplesse – gain (FDMA) en terme de capacité – nécessité d'égalisation – synchronisation


Interface Radio: Techniques d'accès multiples/cas GSM

f

t

Usager 1f1

f2

f3

Usager 2

Usager 3

TS1 TS7


Paramètres influençant la capacité• Saut de Fréquence : Frequency Hopping (FH)

– Protection contre évanouissements sélectifs.– Diversité de brouilleurs.– Lent (SFH) pour GSM; rapide (FFH) pour systèmes à

étalement de spectre.

• Contrôle de puissance : Transmitter Power Control– Mécanisme dynamique

• Transmission discontinue : DiscontinuousTransmission (DTX)– Utilisation du canal usager : 40% en moyenne


Interface Radio• Spectre : 890-915Mhz (downlink) et 935-960MHz (uplink)• allocation max de 2x25MHz, divisée en fréquences de

200kHz; chaque fréquence divisée en 8 "time slots" ou "canaux"

• Traffic Channels:• allocation d'un canal trafic (TCH) en mode dédié• TCHs définis par leur position au sein d'une multi-trame• TCHs alloués avec un canal dit "Slow Associated Control

Channel (SACCH)• TCHs : transport de data; si signalisation : Fast Associated

Control Channels (FACCH)PhysicalChannel

TCH

SACCH


Interface Radio : « Common Channels »

• Utilisés par le mobile en mode dit « idle » pour accéder au réseau, et en mode « dédié » pour l’écoute des BTS voisines pour les informations de handover.

• Broadcast Control Channel (BCCH) - downlink– Identité, allocations de fréquence, séquences de Hopping… de la

BTS.

• Frequency Correction Channel (FCCH) – downlink• Synchronization Channel (SCH) – downlink

– Alignement du mobile sur la structure de time slot de la BTS.


Interface Radio : « Common Channels »

• Paging Channel (PCH) – downlink– Transport des messages de paging pour les mobiles (appel entrant).

• Access Grant Channel (AGCH) – downlink– Canal de signalisation dédié temporaire (établissement d’une

communication).

• Random Access Channel (RACH) – downlink– Utilisé par le mobile pour envoyer des « access requests »


Chaîne de traitement du signalCodage parole

Codage canal

Entre-lacement

Assemb.burst

Chiffre-ment

Modulation

Décodage parole

Décodage canal

Désentre-lacement

Désassemb.burst

Déchiffre-ment

Démo-dulation


Structure d'un burst

Codage canal (456 bits / 20ms = 22.8 kbps)

Entrelacement

Trame de parole (20ms)

GSM Full-Rate codec (13 kbps = 260bits / 20ms)


Débits

9,6 Kbit/s14,4 Kbit/s

115 Kbit/s

171 Kbit/s

384 Kbit/s

BaseGSM

HSCSD

GPRS

EDGE

1990 1997 2001

PhonieSMS

Internet VidéoMultimedia


Evolutions : AMR• AMR : Adaptative MultiRate – adaptation du débit source

(et donc du schéma de codage) à la qualité du canal.

[Source RYSAVY Research –WhitePaper for 3GAmericas]


Augmentation des débits

• Émission/réception (pour terminaux) sur plusieurs intervalles de temps par trame TDMA.

• Réduction de la protection des données utilisateur.

• Utilisation de modulations d’efficacité spectrale plus grande.


GPRS : General Packet Radio Service

• Architecture en couche• Gestion de sessions• Modification du schéma général de transmission

sur l’interface radio

CRC

redund

code conv punc pi

USF

rN1

k/n

µ

n(N1+µ)/k

n(N1+µ)/k-p


GPRS : General Packet Radio Service

CRC

redund

code conv punc pi

USF

rN1

k/n

µ

n(N1+µ)/k

n(N1+µ)/k-p

Bloc RLC

Bloc data i

USF USF protégé

CRC rbits

N1 k/n Sortie CCV

Bloc encodé

Débitapprox kbps

CS-1 22 o 1813

3 40 224 ½ 456456

9.05

CS-2 32 o 268 6 16 290 ½ 588 13.4

CS-3 38 o 312 6 16 334 ½ 676 15.6

CS-4 52 o 428 12 16 456 1 456 21.4


EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution

• Modulation plus efficace : 8PSK• Multiplication du débit par 3 mais couverture

réduite• Débits prévus:

– 384 kbps (piétons – véhicules lents)– 144 kbps (véhicules rapides)

• Convergence entre IS-136 et GSM


EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution

[Source Ericsson WhitePaper]

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