wireless networks ir3

5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com

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Les réseaux mobiles etsans fil

Réseaux Cellulaires

Hakim BadisIGM, Université de Paris-Est Marne-la-Vallée

H. Badis. 2007/2008



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Plan de la présentation

Introduction

• Les termes mobile et sans fil sont souvent utilisés pourdécrire les systèmes existants.

• Il est important de distinguer les deux catégories deréseaux.

• Dans les réseaux sans fil, le support de communicationutilise l’interface radio : sans cordon, GSM, IS95, UMTS,etc.

• Un utilisateur mobile est défini théoriquement comme unutilisateur capable de communiquer à l’extérieur de sonréseau d’abonnement tout en conservant une même

adresse : IP Mobile, etc.H. Badis. 2007/2008



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Bluetooth

HiperLAN

Wi−FiGSM

IMT−2000

HomeRF

WWANWLANWPAN

100 Kbit/s à 2 Mbit/s< 1 Mbit/s

Faible cout Faible cout Cout élevé

Jusqu’à 3 KmJusqu’à 60 m

de 11 à 54 Mbit/s

Quelques mètre

Réseaux cellulairesRéseaux locaux sans fil

GPRS

Classification des réseaux sans fil

Une classification selon l’étendue géographique, la topologie et l’infrastructure utilisée.

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Les réseaux cellulaires

H. Badis. 2007/2008



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Le concept cellulaire

• Partager une zone géographique relativement grande,généralement appelée réseau sans fil large (WWAN, pourWireless Wide Area Network) en un certain nombre desous-zones appelées cellules.

• Affecter une bande de fréquences à chacune des cellules.

• Réutiliser chaque bande de fréquences de trafic

suffisamment éloignées. Cet éloignement minimum secalcule en fonction du diamètre de chaque cellule

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• La taille de la cellule est variable suivant le relief, la densitéd’abonnés, …

• Les cellules peuvent être hiérarchiques (macro-cellules,micro-cellules, …).

• Chaque cellule possède un émetteur-récepteur

• Les techniques de multiplexage utilisées sont : FrequencyDivision Multiple Access, Time DMA, Code DMA, etc.

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• On appelle "motif" le plus petit groupe de cellules contenantune et une seule fois l'ensemble des canaux radio.

• Ce motif est répété sur toute la surface à couvrir.

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• Voici un exemple d'allocation de bande de fréquences, dansle sens Mobile-Antenne, sur un motif à 4 :

La bande de 25 MHz est divisée en 4 sous-bandes (B1 à B4) de 6,25 MHzchacune ;

La distance de réutilisation est D = racine carrée(12) * R soir environ 4R ;

Chaque bande est découpée en 31 porteuses espacées de 200 kHz ;

La capacité instantanée de chaque cellule est de 31 porteuses espacées de 200kHz ;

La capacité instantanée de chaque cellule est de 31 * 7 = 217 communicationssimultanées ; si le motif est répété 10 fois, la capacité du système devient 217 *4 * 10 = 9680 communications simultanées.

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Affectation des canaux

• L’allocation fixe des canaux (FCA : Fixed Channel Allocation)

• L’allocation dynamique des canaux (DCA : Dynamic ChannelAllocation)

• L’allocation hybride des canaux (HCA : Hybrid ChannelAllocation)

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Affectation des canaux

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Technique FCA DCA HCA

Avantages - Gestion simple

- Allocation des canauxavec une distance de

réutilisation optimale

- Très bonne performance

quand le trafic est uniforme

- Allocation

dynamique selon la

demande

-Très bonne

performance quand letrafic est non uniforme

- Allie les

performances de

FCA et DCA

Inconvénients

- Pa s de possibilité

d’utilisation d’au tres canaux

qu’à la su ite d’une

replanification

- Mauvaise performance sitrafic non-uniforme

- C omplexité (calcul

des interférences à

l’arrivée de chaque

appel)

- Mauvaiseperformance lorsque

la charge de trafic estélevée

- Trouver la bonne

valeur du seuil (entre

les canaux fixes et

dynamiques)



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Les problèmes de transmission radio

Débit plus faible que celui du filaire.

Les brouillages dus aux interférences : co-canal et adjacent.

Les brouillages dus au bruit ambiant.

les évanouissements (ou fadings) dans la puissance du signal dus aux

nombreux effets induits par le phénomène de multitrajets.

Erreurs de transmission.

La puissance du signal diminue avec la distance, et la puissance utilisée estsévèrement réglementée par les autorités compétentes des pays ;

Les atténuations de puissance du signal dues aux effets de masques

(shadowing) provoqués par les obstacles rencontrés par le signal sur le trajetparcouru entre l’émetteur et le récepteur.H. Badis. 2007/2008



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Base Station (BS) Mobile Station (MS)

multi-path propagation

Path Delay

P o w

e r

path-2

path-2path-3

path-3

path-1

path-1



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Transmitted signal:

Received Signals:Line-of-sight:

Reflected:

Delays



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Panorama et génération

CDMA2000

W-CDMA

2G 2G+ 3G 3G+H. Badis. 2007/2008



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Le système GSM

Un standard européen sous l’égide de la CEPT (Conference ofEuropean Posts and Telecommunications Administrations)

1982 : naissance du Groupe Spécial Mobile ν Définir système de communication pour réseaux de mobiles dans la

bande des 900 MHz

1989 : fondation de l’ Institut Européen de Standardisation (ETSI) ν Le GSM devient le Global System for Mobile Communication

1990 : spécifications GSM900 figées

1992 : Le GSM est utilisé dans 7 pays européensH. Badis. 2007/2008



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Architecture générale d’un réseau

GSMPLMN: Public Land Mobile Network

PSTN: Public Switched Telephone Network PLMN

BSS: Base Station Subsystem

BTS: Base Transceiver StationBSC: Base Station Controller

NSS: Network SubSystem

MSC: Mobile services SwitchedCenter

VLR : Visitor Location RegisterHLR : Home Location RegisterAUC: Authentification CenterEIR : Equipment Identity RegisterMS:Mobile Station

OMC: Operation and maintenance Center

Radio Access Network Core Network

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Architecture vue par le grand public

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MS : Mobile Station

De plus en plus performants : taille, poids et les services radiotéléphonie

Abonnement séparé du terminal

Carte à puce SIM ( Subscriber Identity Module) : – Caractéristiques de l’abonnement – MSISDN (Mobile Station International ISDN Number ) : Numéro international

d’un abonné suivant le plan de numérotation E.164. C’est par ce numéroqu’il peut appeler ou être appelé.

– Identité IMSI (International Mobile Subscriber Identity ) : Identité permanentedu mobile auprès du réseau. Elle n’est pas connue par l'utilisateur.

– Identité TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity ) : Identité temporairedu mobile auprès du MSC.

– Les algorithmes de chiffrement Identité propre au terminal : IMEI (International Mobile Equipment

Identity), allouée lors de sa fabrication

Puissance maximale d’émission de 0.8 à 8 WH. Badis. 2007/2008



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MS : Mobile Station

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Numéro d'identification del'abonné dans le réseau

34567890

HLR 1111

Bouygues Telecom20

France208

Numéro d'identification del'abonné attribué par l’opérateur

0618196578

Orange79

France+33

MSISDNIMSI



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MS : Mobile Station

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Le sous système radio BSS

ν νν ν Gérer l’accès au réseau via l’interface air

Base Station Subsystem Network SubSystem

BSC: Base StationController

BTS: Base Transceiver

Station

MSC(contrôleur)

MS: MobileStation

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Le sous système radio BSS : BTS

Un BTS (Base Transceiver Station): station de base d’émission et deréception

Assure couverture radio d’une cellule (rayon de 200m à ~30 km)

1 à 8 porteuse(s) radio, 8 canaux plein débit par porteuse

Prend en charge: modulation/démodulation, correction des erreurs,cryptage des communications, mesure qualité et puissance de réception

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Le sous système radio BSS : BSC

Un BSC (Base Station Controller) pilote un ensemble de station de base(typiquement ~60).

C’est un carrefour de communication: concentrateur de BTS etaiguillage vers BTS destinataire.

Gestion des ressources radio: affectation des fréquences, contrôle de

puissance… gestion des appels: établissement, supervision, libération des

communications, etc.

Gestion des transferts intercellulaires (handover).

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Le sous système radio NSS

Sous systèmeradio

BSC

BSC

Réseautéléphonique

Commuté (RTC)

Sous système réseau

MSC: Mobile SwitchingCenter

MSC distant VLR

VLR: VisitorLocation Register

HLR: HomeLocation Register

AUC: Authentifica-tion Center

EIR: Equipment Id.Register

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Le sous système radio NSS: MSC

Un MSC (Mobile Switching Center) commutateur numérique en modecircuit

ν Oriente les signaux vers les BSC ν Établi la communication en s’appuyant sur les BD

Assure l’interconnexion avec les réseaux téléphoniques fixes (RTC,RNIS), les réseaux de données ou les autres PLMN.

Assure la cohésion des BD du réseau (HLR, VLR).

Participe à la gestion de la mobilité et à la fourniture des téléservices.

Fournit 3 types de services: ν services de support (transmission données, commutation…) ν téléservices (téléphonie, télécopie…) ν compléments de services (renvoi/restriction d’appels…)

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Le sous système radio NSS: HLR

HLR (Home Location Register): base de données contenant lesinformations relatives aux abonnés

ν données statiques: IMSI, MSISDN, type abonnement… ν données dynamiques: localisation, état du terminal…

Un HLR logique par PLMN. En pratique, plusieurs bases de donnéesredondantes.

Le HLR sert de référence pour tout le réseau.

Dialogue permanent entre le HLR et les VLR.

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Le sous système radio NSS: VLR

VLR (Visitor Location Register) : base de données locale ν En général, un VLR par commutateur MSC

Contient les informations relatives aux abonnés présents dans laLocation Area (LA) associée

ν Même info que dans HLR + identité temporaire (TMSI) + localisation

VLR mis à jour à chaque changement de cellule d’un abonné.

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Le sous système radio NSS: AUC

AUC (AUthentification Center) contrôle l’identité des abonnés et assureles fonctions de cryptage.

Authentification de l’abonné: ν Subscriber Identity Module (carte SIM) contient plusieurs cléssecrètes.

Le HLR consulte l'AUC pour obtenir ces informations lors de la procédured'authentification.

L'AUC est souvent intégré physiquement avec le HLR..

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Le sous système radio NSS: EIR

EIR (Equipment Identity Register) empêche l’accès au réseau auxterminaux non autorisés (terminaux volés).

A chaque terminal correspond un numéro d’identification: le IMEI(International Mobile Equipment Identity).

A chaque appel, le MSC contacte le EIR et vérifie la validité du IMEI.

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Identités

• IMSI : identité invariante de l’abonné (intérieur au net)

• TMSI : identité temporaire (mobile-BTS)

• MSISDN : numéro d’abonné (extérieur)

• MSRN : attribué lors d’un appel (acheminement)

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Identités

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L’interface radio

Technique de multiplexage : F-TDMA

Multiplexage fréquentiel :

Multiplexage temporel d’ordre 8

0 1 2 3 4 5 6 74.62 ms

577 µs

156.25 bit270 kbit/sH. Badis. 2007/2008



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L’interface radio

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L’interface radio

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

Canal 5

Canal 18

2

34

56

7 3

1

2

5

74

6

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L’interface radio

577µs

Frequence(MHz)

4.62ms

Trame TDMA

0 1 2 3 4 5 6 7890.4

890.6

890.8

891.0

Temps

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L’interface radio

GSM : 890 MHz à 915MHz, 935 MHz à 960 MHz

DCS 1800 : 1710 MHz à 1785MHz, 1805 MHZ à 1880 MHz

890 905 915

Voie montante GSM

Operateur 1 Operateur 2 Operateur 3

895

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Timing Advance (TA)

Chevauchement au niveau de la BTS

Compensation de temps de propagation, TA = 2tp

30km == > tp ~ 100 µs

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Burst : paquet transmis pendant 1 slot

0 1 2 3 4 5 6 7

Données

encryptées

Données

encryptées

3 bits 57 bits 1 26 1 57 bits 3 bits

Durée du paquet 546 µs

Sequence d’apprentissage00100 10111 000010 00100 10111

BS

4,62 ms

Intervalle de garde30,4µs ~ 8,25bits

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Les canaux logiques

2 grandes classes de canaux logiques : – les canaux dédiés

– les canaux communs Un canal logique dédié fournit une ressource réservée à un seul mobile(point à point). On lui attribue une paire de slots (montant et descendant)où il est le seul à recevoir et à émettre dans la structure de multitrame.Les canaux dédiés sont duplex.

Un canal logique commun est simplex (attribué sur une voie seulementsuivant les cas) et partagé par un ensemble de mobiles. Dans le sens

descendant, les informations sont diffusées et plusieurs mobiles sont àl'écoute. Ces données peuvent concerner le système dans son ensembleou un mobile en particulier qui, par exemple, peut recevoir un appelentrant. Dans le sens montant, la fonction d'accès multiple est remplie.Chacun peut émettre et les collisions sont résolues par les méthodesclassiques de résolution de contention (Aloha slotté).

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L l i



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Les canaux logiques

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L l i TCH



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Les canaux logiques: TCH

Les canaux de trafic TCH transportent les données utilisateurs.

Le TCH permet de transmettre la parole à: –13 kbps en Full Rate, –12 kbps en EFR et –5.6 kbps en HR

et des données jusqu’à12 kbps mais en grande partie à9 kbps.

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L l i SDCCH



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Les canaux logiques: SDCCH

Des canaux de signalisation SDCCH transportent les données utilisateurs(SMS) et provenant des couches hautes du système : HO, MOC, MTC,location update.

Le débit du canal SDCCH est plus faible, de l'ordre de 800 bps soit1/12ème de la capacité d'un TCH.

Sur un canal physique, on peut placer soit un TCH et son SACCHassocié, soit 8 canaux SDCCH (SDC) et leurs SACCH associés.

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L l i SACCH



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Plan de la présentationLes canaux logiques: SACCH

Les canaux TCH et SDCCH possèdent chacun un canal associé à faibledébit SACCH. Il faut 480 ms pour avoir une mesure SACCH (456 bits)valable.

Il supporte :- compensation du délai de propagation aller-retour par le

mécanisme de TA (timing advance)- contrôle de la puissance d'émission du mobile- contrôle de qualité du lien radio

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L l i FACCH



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Plan de la présentationLes canaux logiques: FACCH

Son intérêt vient du fait que le SACCH est trop lent et induit un retard del’ordre de la demi-seconde impropre à traiter les actions rapides commel’exécution d’un handover.

Si le canal alloué est un TCH, on suspend dans ce cas d’urgence lesinformations usagers et on vole la capacité ainsi libérée afin d’écouler dela signalisation.

Si le canal dédié est un SDCCH, la FACCH est inutile

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Initialisation du terminal



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Plan de la présentationInitialisation du terminal

Scanne les fréquences disponibles (reçues via FCCH)

Mémorise les 30 plus forts signaux, se synchronise (grâce au

canal SCH) et analyse les infos du réseau (reçues via BCCH) Stocké dans la SIM pour un redémarrage plus rapide. Signalisation périodique pour la localisation (PCH et SDCCH)).

935 960

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Procédures de sécurisation des appels



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ppen GSM

Elles sont mises en place : – lors de l’inscription initiale au réseau. – lors d’un changement de LA. – lors d’une demande de connexion générée par la MS. – lors d’une réponse à un message de paging.

Authentification : Permettent d’assurer la confidentialité et l’authenticitédes échanges entre la MS et le réseau.

Chiffrement : Utilisé pour préserver la confidentialité de la voix, des

données et de la signalisation transférées sur le canal radio.

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Processus d’authentification



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Plan de la présentationProcessus d authentification

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Processus de chiffrement



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Plan de la présentationProcessus de chiffrement

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Appel sortant (1/3)



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Plan de la présentationAppel sortant (1/3)

Composition d’un numéro Envoi d’une demande de connexion (via RACH) Allocation d’un canal dédié de signalisation SDCCH (via AGCH) Procédures d’authentification et d’autorisation d’appel Le réseau route la demande vers la destination

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Appel sortant (2/3)



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PSTN

BTS

1BSC1

MSC

VLR1

MSC

VLR2

LAI 1

MS

A

B

MSISDN

MSISDN (A)CC+ NDC + SN63 2 5113580HLR

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Appel sortant (3/3)



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VLR DBIMSI MSRN Services

Speech

BTS1

BTS2BSC

2

BSC1

MSCVLR1

MSCVLR2

HLR

HLR Enquiry

MS

MS

B

IMSI

B

C

MSISDN

MSISDN (C)CC+ NDC + SN63 918 9499247

IMSI = MCC+MNC+MSIN MSISDN

HLR DBMSISDN IMSI VLR Address Sub. Data63+918+9499247 310+02+1234567890 vlr1 services

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Appel entrant



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Plan de la présentationAppel entrant

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Handover



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Plan de la présentationHandover

Processus qui permet de basculer une communication en cours d’uncanal physique à un autre sans que la qualité du service ne soitdégradée. Le but est d’allouer un autre canal dédié à une MS déjà en

mode dédié Un handover peut se produire pour deux raisons : les mesures ou le

trafic. Différents cas de handover :

- Allocation Intracellulaire (changement de time slot)- Intercellulaire (changement de cellule sur le même BSC)- Intra MSC (changement de cellule sur un BSC différent mais

dans le même MSC)- Inter MSC (changement de cellule sur un MSC différent)- Inter réseau (changement de réseau)

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Handover



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Plan de la présentationHandover

H. Badis. 2007/2008

Limitations de GSM pour le transfertd d é



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Plan de la présentationde données

Débit de transmission limité à 9 kbps.

Temps d’établissement long : 20 ~ 25 s.

Facturation selon le temps de connexion et non pas en fonction duvolume de données transférées.

Pas de souplesse dans l’adaptation du débit.

Interconnexion complexe avec les réseaux paquet.

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é

Solutions proposées pour faireé l l GSM



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Plan de la présentationévoluer le GSM

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Pl d l é i

Le transfert de données en GSM



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Plan de la présentationLe transfert de données en GSM

BSS NSS

Réseau dedonnéesBTS MSC IWF

InterWorkingFunction

IWF (InterWorking Function) : Interface entre réseau GSM et réseauextérieur.

2 modes de fonctionnement :(a) Mode transparent (pas de correction d’erreurs) : conditions favorables (bon

SNR, mobilité restreinte), débit utilisateur théorique : 14,4 kbit/s

(b) Mode non transparent : utilisation d’un protocole de reprise sur erreur RLP(Radio Link Protocol), débit utilisateur théorique : 9,6 kbit/s (taux d’erreur :4/1000)

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Pl d l é t ti

HSCSD : High Speed Circuit SwitchedD t



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Plan de la présentationData

HSCSD : High Speed Circuit Switched Data

Évolution essentiellement logicielle du GSM

Repose sur la possibilité d’allouer simultanément plusieurs canauxphysiques

• Jusqu’à 4 canaux par trame ie 57,6 kbit/s en mode transparent

Peu de succès : seulement utilisé dans ~15 pays

• Allemagne, Autriche, Danemark, Grande Bretagne, Hongrie, Luxembourg,

Suisse

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Pl d l é t ti

HSCSD : High Speed Circuit SwitchedData



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Plan de la présentationData

HSCSD : High Speed Circuit Switched Data

Évolution essentiellement logicielle du GSM

Repose sur la possibilité d’allouer simultanément plusieurs canauxphysiques

• Jusqu’à 4 canaux par trame ie 57,6 kbit/s en mode transparent

Peu de succès : seulement utilisé dans ~15 pays

• Allemagne, Autriche, Danemark, Grande Bretagne, Hongrie, Luxembourg,

Suisse

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Pl d l é t ti

La technologie GPRS



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Plan de la présentationg

GPRS : General Packet Radio Service

Basé sur GSM

Données en mode non connecté, par paquets

Objectif : accès mobile aux réseaux IP

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Avantages du GPRS



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Plan de la présentationg

Débit théorique 171, 2 kbit/s

En pratique plutôt 30 kbit/s

Facturation à la donnée

Connexion permanente possible

H. Badis. 2007/2008


Réseau GPRS



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BTS

BSC MSCInfrarouge

Bluetooth

SGSN

GGSN

SGSN

Réseau IP

Serving GPRS Support Node

Gateway Gprs Support NodeUne connexion IP est allouée de bout en bout

entre le PC et le SGSN. L’adresse IP reste

la même en cas de handoverH. Badis. 2007/2008


Réseau GPRS



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H. Badis. 2007/2008


Exemple de routage



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H. Badis. 2007/2008


Caractéristiques de la technologieGPRS



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Plan de la présentationGPRS

La principale nouveauté est l’allocation dynamique de canal; ce quiautorise des transferts à débit variable.

Le GPRS est capable d’allouer :

– le même time slot à plusieurs utilisateurs

• partage des ressources lors des périodes chargées – plusieurs time slots à un seul utilisateur (maximum 8)

• atteinte de hauts débits (maximum théorique 171,2 kbits/s )

Les canaux UL et DL sont réservés séparément et il est possible que lesservices GPRS et GSM utilisent alternativement le même time slot.

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Modes de codage



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La norme prévoit quatre formats de codage (Coding Scheme) de tramessur la voie radio : CS1, CS2, CS3 et CS4.

Plus un format de codage est résistant aux interférences plus son débitinstantané est faible.

Les phases d’évolution du GPRS – Phase 1: introduction de CS1 et CS2

– Phase 2: introduction de CS3 et CS4

125.6 kb/s15.7 kb/sCS3

171.2 kb/s21.4 kb/sCS4

108.8 kb/s13.6 kb/sCS272.4 kb/s9.05 kb/sCS1

8 slots1 slotCode

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Modes de codage



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Débit utilisateur par format de codage, en fonction du rapport signal/bruit

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GPRS et QoS



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Le GPRS supporte différents niveaux de qualité de service (QoS). Cettecaractéristique permet aux opérateurs de facturer les services GPRSselon le profil de QoS souscrit à l’abonnement.

Quatre paramètres définissent la qualité de service :

– Classe de priorité – Classe de fiabilité – Classe de délai / retard – Classe de débit

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Terminaux GPRS



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Plan de la présentation Les terminaux GPRS sont groupés en trois classes dont les

caractéristiques sont les suivantes:

Mobile de classe A - Attachement au GSM et au GPRS.

• Signalisation/connexion GPRS et GSM simultanément

• Données simultanées de Voix et de Paquets• Deux canaux radio sont nécessaires.

Mobile de classe B - Attachement au GSM et au GPRS.

• Signalisation GSM et GPRS simultanément; Connexion GSM ou GPRS

exclusif (Lors d’un appel téléphonique, la connexion GPRS passe à l’état«Busy or Held»)

• Mode Voix et Paquets à l’alternat

• Implémentation complexe Mobile de classe C - Attachement au GSM ou au GPRS.

• Signalisation/connexion GPRS OU Signalisation/connexion GSM

• La commutation entre les deux services est manuelle

• Implémentation simpleH. Badis. 2007/2008


Terminaux GPRS



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L’usage attendu du GPRS est la consultation interactive de serveurs, ellenécessite un débit plus important sur la voie descendante que sur la voiemontante.

La norme spécifie donc sur la voie descendante des contraintes égalesou plus importantes que sur la voie montante. On rencontre donc pluscouramment des classes de type : «2+1», «3+1»ou «4+1».

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Terminaux GPRS



71


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Applications GPRS



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Accès au Web

Messagerie électronique

Transfert de fichier

Commerce électronique

Services d’information – météo,

– résultats sportifs, – trafic routier.

H. Badis. 2007/2008


Applications GPRS



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Accès au Web

Messagerie électronique

Transfert de fichier

Commerce électronique

Services d’information – météo,

– résultats sportifs, – trafic routier.

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Manque de succès commercial



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p

Pas d’applications décisives pour le grand public

Réseaux GSM déjà saturés

Stratégie marketing souvent floue

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EDGE



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EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution

HSCSD et GPRS augmentent le débit GSM

EDGE est utilisé comme complément avec HSCSD et GPRS.

EDGE + HSCSD = ECSD

EDGE + GPRS = E-GPRS

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EDGE



76

p

Introduction d’une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK)

Débit maximum brut théorique : 300 kbps (E-CSD) et 380 kbps (E-GPRS)

I

1 bit par symbole

1

GMSK Modulation

Q

I

3 bits par symbole

(0,1,0)

(0,0,0) (0,1,1)

(1,1,1)

(1,1,0)

(1,0,0)

(1,0,1)

(0,0,1)

EDGE Modulation

0

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EDGE



77

p

182,4kbps553,6kbpsDébit utile dans 8 slot (théorique)22,8kbps69,6 kbpsDébit utile par slot

116348Bits par slot

13Bits par symbole

GMSK8-PSK

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3G



78

p

Transport de données sans fil (voix, multimédia, autres) à haut débit surla même connexion

Possibilité de roaming au niveau mondial, et donc compatibilité entretous les réseaux.

Coexistence avec les réseaux préexistants, en particulier le GSM (du

moins pendant les premières années de l’exploitation).

Un réseau cœur IP (v4, v6).

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3G : les standards



79

Les technologies 3G suivent les recommandations IMT2000 de l’ITU(International Telecommunication Union)

En Europe : UMTS

En Amérique : CDMA-2000 qui est une évolution de CDMAOne

Au Japon et en Corée : W-CDMA

En Chine : TD-SCDMA

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3G : Interfaces radios



80H. Badis. 2007/2008


UMTS



81

UMTS : Universal Mobile Telecommunication System

Les spécifications techniques sont développées au sein du 3GPPP

UMTS est basé sur la technologie W-CDMA (Wideband Code DivisionMultiple Access, multiplexage par code à large bande)

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UMTS : performance



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Couverture de l’UMTS



83

Satellite

MacrocellMicrocell

UrbanIn-Building

Picocell

Global

Suburban

Macro-cellule , 144 kbps, pour 500 km/h

Micro-cellule , 384 kbps, pour 120 km/h

Pico-cellule , 2 Mbps, pour 10 km/h.

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UMTS : Accés radio



84

Deux technologies d’accès radio (UTRA –Universal Terrestrial RadioAccess) sont proposées dans l’UMTS

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UMTS : les modes UTRA



85

MSS

DL

FDD

DL

TDD

UL/DL

MSS

UL

FDD

UL

TDD

UL/DL

1900 19801920 2010 2025 2110 22002170

4 porteusesde 5MHZ 12 porteusesde 5MHZ 6 porteusesde 5MHZ 3 porteusesde 5MHZ 12 porteusesde 5MHZ 6 porteusesde 5MHZ

UTRA/FDD (Frequency Division Duplex) : – En France, l’ART a attribué 3 porteuses FDD à chaque opérateur ayant acquis une

licence UMTS – Bien adaptée à des trafics symétriques sur les voies montante et descendante

(transmission de la parole) et à des environnements outdoor avec une grande mobilité. – La technique d’accès multiples utilisée est le W-CDMA

UTRA/TDD (Time Division Duplex) : – En France chaque licence UMTS comprend une porteuse TDD – Bien adaptée à des trafics asymétriques surles voies montante et descendante (services

orientés multimédias) et à des environnements indoor avec une mobilité restreinte. – La technique d’accès multiples utilisées sont : TD/CDMA et TD/SCDMA

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UMTS : les modes UTRA



86H. Badis. 2007/2008


UMTS : présentation du CDMA



87

Plusieurs utilisateurs sur une même onde porteuse

Répartition de l’information radioélectrique émise sur une bande defréquences plus large que l’originelle.

L'intérêt de l’étalement est d'obtenir une meilleure diversité fréquentielle etune sensibilité moindre aux brouilleurs.

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88

DataSignal Spreading

Data

SpreadingCode

TransmittedSignal

SpreadingCode

TransmittedSignal

S(f)

f

S(f)

f

TSymbol

TChip

On appelle gain d'étalement ou Spreading Factor SF la longueur L du code

(= nombre de chips de la séquence de code utilisée) Débit Bit * Longueur du code = Débit Chip L’information résultante est étalée sur une bande passante plus large

(5MHZ)

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89

Le récepteur multiplie la totalité du signal large bande par le même code, ilextrait ainsi du bruit uniquement l’information initiale qui retrouve son débitoriginel

Les données des autres utilisateurs restent étalés.

Plus l’étalement est important, plus les interférences diminuent

De-SpreadSignal

Signal De-Spreading

SpreadingCode

De-SpreadSignal

SpreadingCode at Rx

ReceivedSignal

S(f)

f

S(f)

f

TSymbol

TChip

ReceivedSignal TChip

SpreadingCode at Tx

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S(f)



90

De-Spread

Signal

Signal De-Spreading

SpreadingCode

De-SpreadSignal

SpreadingCode at Rx

ReceivedSignal

S(f)

S(f)

f

TSymbol

TChip

ReceivedSignal

Spreading

Code at Tx f

Brouilleur

Signal étalé

signal

De-spreading Brouilleur

Signal étalé

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R i f U 1



91

m1(t)

c1(t)

m1(t)c1(t)

m2(t)

c2(t)

m2(t)c2(t)

Transmitter for User 1

Transmitter for User 2

SymbolT

0∫ ∫∫ ∫

Receiver for User 1

WirelessChannel

m1(t)c1(t)+m2(t)c2(t)

SymbolT

0

∫ ∫∫ ∫

Receiver for User 2

c1(t)

c2(t)

m1(t)+m2(t)c1(t)c2(t)

m2(t)+m1(t)c1(t)c2(t)

m1(t)+e1(t)

m2(t)+e2(t)

m’ 1(t)

m’ 2(t)

mi(t): Information Message of User ici(t): Spreading code of user iei(t): Interference sensed at receiver of user I

m’ i(t): Message detected at receiver

La valeur de ei(t) depend de la correlationcroisée entre c1 & c2

ei(t)=0 if c1 & c2 sont orthogonals

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92

Corrélation : mesure la manière dont deux variables varient simultanément.Une forte corrélation implique une grande ressemblance.

Auto-corrélation :

Cross-corrélation

Orthogonalité

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93

Codes orthogonaux peuvent être calculé par la matrice Walsh-Hadamard

n n

2n 1n n

H HH where H 1

H H

= == == == =

−−−−

2

1 1

H 1 1

==== −−−−

4

1 1 1 1

1 1 1 1H

1 1 1 1

1 1 1 1

− −− −− −− − ==== − −− −− −− −

− −− −− −− −

c1

c2

c1

c2

c3

c4

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94

Codes orthogonaux peuvent être calculé par l’arbre OVSF (OrthogonalVariable Spreading Factor)

Les codes sont générés selon un arbre

Une modulation avec des codes de longueur variable est possible

1

1,1

1,-1

1,1,1,1

1,1,-1,-1

1,-1,1,-1

1,-1,-1,1

SF=1 SF=2 SF=4 SF=8

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95

Les codes orthogonaux ne sont pas auto-corrélés

Les codes orthogonaux ne sont pas cross-corrélés

Les codes orthogonaux considèrent une synchronisation parfaite !!!

Les codes orthogonaux disponibles sont limités

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Théoriquement, les séquences aléatoires ont une meilleure auto-corrélation

L’aléatoire parfait n’existe pas!!!!!!!!!!

Les séquences pseudo aléatoires peuvent être générées par des registres

à décalage. Dans ce cas les séquences sont nommées : séquences Gold

La cross-corrélation des séquences Gold n’est pas nulle mais reste limitée

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97

Chaque séquence possède 2n -1 d’un et 2n -1-1 de zéros

Séquence 1: 1111100011011101010000100101100

Séquence 2: 1111100100110000101101010001110Séquence 30: 1000010001000101000110001101011

1 2 3 4 5

54321

31

12

=

−=

N

N n

n=5

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UMTS : W-CDMA



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UMTS : architecture



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UMTS et GSM : architecture

Other nets



100

Node B Node B

RNC

PSTN

BSC

GSMBTS

GSMBTS

PCU

Other nets

GGSN

SGSN

GGSN

SGSNMSCu u

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3,5G : HSDPA

HSDPA pour High Speed Downlink Packet Access



101

HSDPA pour High Speed Downlink Packet Access

HSDPA est un protocole réseau basé sur la couche Internet (IP)permettant d'atteindre des débits de 10-20 Mbits/s, contre pas plus de 2

Mbit/s pour l'UMTS et une latence de 60ms.

Contrairement à l’UMTS, HSDPA fait transiter les flux descendants parpaquet, en s'appuyant directement sur les mécanismes de la couche

Internet (IP).

HSDPA exploite trois grandes méthodes : la modélisation et le codageadaptables (MCA), l'algorithme de communication multi-entrées et multi-sorties (MIMO) et la requête automatique hybride (HARQ).

La prochaine technologie : HSOPA (pour high-speed OFDM packet accesstechnology) ===> 40 Mbits/s et 20ms de latence.

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4G : interopérabilité entre les réseaux



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103H. Badis. 2007/2008





104

véhicule> > 100ms4,8Kbps> 50KmSatellite0

Mobili.LatenceDébitDiam.Classifi.Niv.

Piéton/véhicule100ms100Kbps500mMicrocellules2


véhicule>100ms19,2Kbps50KmMacrocellules0


Bureau/étage

Bâtiment/Campus

Métropolitain

Region

Piéton<<10ms1-50Mbps10mPicocellules0

Piéton<10ms1-2Mbps100mNanoocellules1


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105

Handover VerticalHandover horizontal

UMTS

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Les réseaux locaux sans fil

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Introduction



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Les réseaux locaux sans fil se sont des réseaux géographiquement limités,dans lesquels les terminaux se trouvent tous dans un milieu restreint entaille.

Plusieurs possibilités peuvent être envisagées pour la réalisation de cesréseaux : soit la communication hertzienne s’effectue sur l’ensemble dusite, soit les communications s’effectuent à l’intérieur de petites cellules

reliées entre elles.

Les communications entre les équipements terminaux peuvent s’effectuerdirectement ou par le biais d’une borne intermédiaire.

Les communications entre bornes de concentrations, elles peuvents’effectuer de façon hertzienne ou par câble.

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Introduction



108

Les réseaux locaux sans fil connaissent actuellement d’importantdéveloppement.

Plusieurs gammes de produits sont actuellement commercialisées, etplusieurs tendances se dégagent :

Ceux qui desservent les équipements d’un seul utilisateur (les réseauxpersonnels, ou PAN : Personal Area Network),

ceux qui desservent une entreprise (WLAN) ceux qui connecte des utilisateurs sur une distance métropolitaine (WMAN)

Ces réseaux peuvent atteindre des débits de plusieurs mégabits parseconde, voire de plusieurs dizaines de mégabits par seconde.

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Introduction

C d d bil d i d



109

Ces standards permettent aux mobiles de communiquer entre eux dans unmême réseau d’accès.

Ils ne sont pas prévus généralement pour permettre de passer d’un réseaud’accès à un autre comme les systèmes mobiles cellulaires.

Intérêt principal : offrir par le sans fil les services habituellementaccessibles par voie filaire (Ethernet)

Le câblage n’est plus nécessaire : mise en place d’un réseau dans un bâtimentclassé « monument historique », de courte durée (chantiers, expositions, locaux

loués, formation) Confort d’utilisation : tous les participants d’une réunion sont automatiquement

connectés

Gain en coût pour la mise en place d’un réseau pour tout bâtiment nonpréalablement câblé

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110

Questions??

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wireless networks ir3

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