Télécommunications «mobiles»

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1 Télécommunications «mobiles» G. Beuchot 1

2 Présentation G. Beuchot 2 Apparition aux USA en 1940 en Europe vers 1955 (France 1956) Radiocom 2000 : 1986 / NMT450 (SFR): 1989 Type Analogique - bandes 200 et 450 MHz système de première génération abonnés en 1988 Expension: 1990 Ouverture «GSM» (Groupe Spécial Mobiles): 1991 Codage de la parole numérique Multiplexage Temporel (AMRF/AMRT) décidé en : nouveaux abonnés par mois... On ne parlera que des mobiles terrestres et pour mémoire des systèmes pietonniers et avions

3 Différents systèmes G. Beuchot 3 Systèmes pour mobiles terrestres GSM le plus répandu (69 pays en 1995) porteuse à 900 MHz DCS 1800 porteuses à 1800 MHz (Bouygues) Systèmes pietonniers Pointel (Bi-Bop) AMRF (40 canaux) - 6 canaux par relais Voix à 32 kb/s Usage «domestique» DECT 120 canaux :AMRF (10c) * AMRT (12) autocommutateurs privés Systèmes pour avions TFTS (Terrestrial Flight Telecommunication System) AMSS (Aeronautical Mobile Satellite System)

4 GSM: principes MSC (VLR) BTS BSC BSC BTS TPH HLR G. Beuchot 4 BTS BSC BTS couverture du terrain par juxtaposition de cellules MSC (VLR) BSC Une Station de Base par cellule (BTS) Connexion avec les postes mobiles Sous-réseaux arborescents interconnectés par réseau téléphonique Controleurs de stations de base (BSC) 20 à 40 BTS Centre de commutation des services mobiles (MSC) Bases de données BTS Enregistreurs de localisation nominaux (HLR) Home Location Registrer globaux pour plusieurs CSM identité des abonnés coordonnées du CSM actuel de chaque abonné Enregistreurs de localisation visiteurs (VLR) dans les CSM identité et localisation de tous les mobiles dans les cellules rattachées

5 Liaisons avec les mobiles: GSM entre mobile et station de base porteuse dans la gamme des 900 MHz et Pour changer de cellule: Agilité de fréquence deux canaux (un pour chaque sens) séparés de 45 Mhz Multiplexage mixte fréquence / temporel (AMRF/AMRT) : CDMA 124 canaux radio (une paire de fréquence) espacement 200 khz bande passante > 140 khz débit brut = 270,833 kb/s 8 (ou 16) Trames par canal de fréquence soit 1000 ou 2000 canaux... une trame: 577 ms (547,6 ms utile) 8 trames en 4, ms débit utile par canal = 33,78 kb/s G. Beuchot 5

6 Liaison avec les mobiles: DCS 1880 entre mobile et station de base porteuse dans la gamme des 1800 MHz et deux canaux (un pour chaque sens) Multiplexage mixte fréquence / temporel (AMRF/AMRT) 375 canaux radio (une paire de fréquence) espacement 200 khz 8 (ou 16) Trames par canal de fréquence soit 3000 ou 6000 canaux... (zones très urbanisées) codage: voir GSM portée 20 km au lieu de 35 pour GSM G. Beuchot 6

7 Réseau d interconnextion Liaisons des stations de base avec réseau téléphonique Liaisons point à point entre station de base et contrôleurs de stations de base entre contrôleurs et centres de commutation En général liaisons filaires (ou fibres optiques..) les centres de commutations sont reliés au réseau téléphonique terrestre aux bases de données par un réseau de données G. Beuchot 7

8 Codage des informations 8 codage: 156,25 bits en 576,9... ms 3 bits à chaque fin de trame 8,25 bits de garde préambule: 34 bits : 26 bits d égalisation de voie 8 d info (types de trames) TCH (Trafic Channel) : Voix et données normales SACCH (Slow Associated Control Channel) BCCH (Broadcast Control Channel) FCCH (Frequency Correction Channel) SCH (Synchronisation Channel) RACH (Random Acces Channel) (Appel réseau type Aloha) PCH (Paging Channel) (Appel entrant) AGCH (Acces Grant Channel) SDCCH (Stand alone Dedicated Control Channels) données: 114 bits ( 5 sous-trames de 57 bits)

9 Codage de la voix Débit pour la voix : 13 kb/s Option de phase 2 = 6,5 kb/s: doublera le nombre de canaux... codage avec compression non linéaire: RPE-LPC Regular Pulse Excited- Linear Predictive Coder à partir du signal échantilloné et numérisé on calcule une combinaison linéaire des échantillons précédents G. Beuchot 9 une forme codée du résidu la différence entre signal prédit et échantillon actuel ces paramètres sont transmis par une trame de 260 bits émise toutes les 20ms soit 50*260= b/s ces trames sont protégées par des codes correcteurs d erreurs Codes continus (convolutionnels) + code cyclique pour partie 3 classes plus ou moins sensibles aux bits erronés 1a: 50 bits, 1b:132 bits, 2: 78 bits

10 Protection contre les erreurs Pour audio pas de canal de retour possible 10 isochronisme du flux serait rompu correction directe d erreur classe 1a: 50 bits: code cyclique sur 3 bits détection partie de trame détruite remplacée par équivalent prédit...légérement atténué classe 1a + 1b (+ 4 bits de queue): 189 bits Code de convolution type (1/2) avec containte de longueur 4 chaque bit est codé sur 2 bits en combinaison sur 4 bits en entrée séquence de 378 bits: classe 1 codée classe 1 + Classe 2 (non protégée): 456 bits 8 blocs de 57 bits 20 ms débit: 22,8 kb/s reste 57 bits par trame pour données: 12,35 kb/s

11 Identification des abonnés On n identifie plus le poste terminal mais l abonné luimême 11 code peut aussi chiffrer des données (séquence aléatoire de 114 bits) Carte SIM (Subscriber Identification Module) insérée dans poste mobile contient toutes les informations administratives vérification de la validité code d identification (PIN) Chaque terminal identifié par son IMEI (International Mobile Equipment Identifier) Centre d authentification (AuC) Méthode: SIM et AuC gardent une clé secrète. (algoritme A3) AuC génère un nombre aléatoire qui est envoyé au mobile Le mobile chiffre ce nombre avec la clé et renvoie une réponse signée (SRES) à AuC Si nombre est même que celui calculé appel accepté

12 Itinérance: système cellulaire F1 F2 F3 F1 F2 F3 F1 F2 F3 G. Beuchot 12 F1 F2 F3 F1 F2 Cellule: zône géographique couverte par BTS Cellules se recouvrent avec des plages de fréquence différentes pour ne pas saturer les cellules augmenter le nombre diminuer la puissance, donc la surface 30 km à 1 km en ville... Localisation automatique mobile scrute en permanence les fréquences disponibles choix de la meilleure.. Hand-over changement de cellule automatique et transparent on recherche meilleur canal...

13 Itinérance: système cellulaire (suite) G. Beuchot 13 Itinérance (roaming) changement de réseau (par exemple de pays) identification automatique auprès d un autre opérateur Capacité de localiser un terminal Problème de confidentialité Itinérance provoque le suivi de tous les utilisateurs problème de confidentialité sur l endroit où sont les clients mise à jour : 6 mn projets pour rendre confidentiel Gestionnaire de localisation personnel (HPC) PC branché sur réseau téléphonique... pseudonymes temporaires (PMSI au lieu de IMSI) généré aléatoirement mise à jour pour PMSI diffusion sans stockage de tous les messages de localisation

14 UMTS : Universal Mobile Telecommunications System Bandes passantes de base pour service UMTS partagé par plusieurs utilisateurs (multiplexage) nécessaire: UMTS Forum : 582 MHz en 2005 au total pour mobiles terrestres Europe aujourd hui : 375 MHz pour GSM, DCS1800, DECT, UMTS bandes , , et , (satellites) récupérer Mhz cohabitation avec GSM, GPRS, DECT et liaisons satellites... pour un opérateur : 2*15Mhz en FDD bande apairée (débits symétriques) multiplexage en fréquence duplex 5Mhz en TDD en bandes non-apairées (débits très dissymétrique) multiplexage temporel duplex

15 UMTS : Universal Mobile Telecommunications System -2 Débits 2 Mb/s dans petites cellules locales (bâtiment ) 5 à 6km de rayon à 144 kb/s - vitesse 500 km/h (TGV ) 15 permet des liens de téléphonie fixe en RNIS haut-débit 384 kb/s : cellules de taille moyenne (villes, zones de population dense) 144kb/s (comme RNIS.) : sur grandes cellules (régional) 16 kb/s : sur très grandes cellules (continuité globale) Communications simultanées à la plus basse vitesse (16 kb/s) : 256 par cellule Cellules picocellules : 10 à 50m de rayon pour 2Mb/s vitesse de déplacement maximale : 3 km/h microcellules : 500mde rayon pour 384 kb/s (512 kb/s) - vitesse : 10 km/h 2 à 4 km de rayon pour 144 kb/s (384kb/s) - vitesse 150km/h

16 G. Beuchot 16

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