Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS

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1 Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 26 octobre 2006 Table des matières Contexte Principales caractéristiques d un réseau GSM GPRS Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck

2 Historique 1982 : création du Groupe Spécial Mobile (GSM) par la CEPT (Conférence Européenne ds administrations des Postes et des Télécommunications) 1987 : choix technologiques : type de modulation, codage de canal, codage de la parole 1991 : première communication GSM expérimentale GSM devient Global System for Mobile Communications 1991 : adaptation des spécifications pour des systèmes fonctionnant dans la bande des 1800 [MHz] 1994 : déploiement du premier réseau GSM en Belgique fin 2000 : 5 millions d utilisateurs en Belgique Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 1

3 Contexte Données Voix Télécommunications Mobilité FIG. 1: Principaux pôles de développement en télécommunications. Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 2

4 Principales caractéristiques du GSM Types de partage des ressources : spatial temporel (Time Division Multiplexing ou TDM) fréquentiel (Frequency Division Multiplexing ou FDM) Architecture complètement spécifiée et application systématique de la signalisation sémaphore CCITT No7 (SS7) Identité et sécurité Diversité de services : voix, données, fax, messagerie,... Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 3

5 Le concept cellulaire - Partage dans l espace FIG. 2: Figure représentant un motif élémentaire et un ensemble de motifs. Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 4

6 Le concept cellulaire - Partage dans l espace FIG. 2: Figure représentant un motif élémentaire et un ensemble de motifs. Un cellule se caractérise par : sa puissance d émission, la fréquence de porteuse utilisée pour l émission radio-électrique Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 4

7 Antenne GSM Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 5

8 Antenne GSM (station de métro Rogier, Bruxelles) Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 6

9 Canal physique Combinaison d un multiplexage fréquentiel (FDMA) et d un multiplexage temporel (TDMA). Multiplexage fréquentiel Aussi, si on indique par F u les fréquences porteuses montantes et par F d les fréquences porteuses descendantes, les fréquence porteuse sont : F u (n) = 890, 2 + 0, 2 (n 1) [MHz] (1) F d (n) = 935, 2 + 0, 2 (n 1) [MHz] (2) où 1 n 124. Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 7

10 Multiplexage temporel Chaque canal de communication est divisé en 8 intervalles de temps de 0, 577 [ms] chacun. Definition 1. [Trame] Ainsi, on définit une trame élémentaire de 8 intervalles pour une durée de 8 0, 577 = 4, 615 [ms]. Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 8

11 Typologie des paquets (bursts) burst d accès TB 41 bits de synchro 36 bits chiffrés TB GP de 68,25 bits burst de synchronisation TB chiffrés 39 bits 64 bits de synchro chiffrés 39 bits TB GP burst normal TB 57 bits 1 26 bits chiffrés 1 57 bits TB GP burst de correction de fréquence TB 142 bits fixes (tous à 0) TB GP burst de bourrage TB 142 bits prédéfinis TB GP FIG. 3: Structures des 5 types de burst définis par la norme GSM. Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 9

12 Hiérarchie de trames Hypertrame Supertrame 51 Supertrame 26 Multitrame 26 Multitrame Trame Signal level [db] Slot 148 bits =0.428 ms bits =0.577 ms temps [ms] FIG. 4: Organisation des multiples de trames. Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 10

13 Le saut de fréquences (ou Frequency Hopping) porteuse C3 porteuse C2 Fréquences porteuse C1 porteuse C0 slot trame TDMA Canal physique sans saut de fréquences temps FIG. 5: Principe du saut de fréquence. Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 11

14 Synthèse des principales caractéristiques du GSM GSM DCS-1800 Bande de fréquences ( ) 890, [MHz] [MHz] Bande de fréquences ( ) 935, [MHz] [MHz] Nombre d intervalles de temps 8 8 par trame TDMA Écart duplex 45 [MHz] 95 [MHz] Rapidité de modulation 271 [kb/s] 271 [kb/s] Débit de la parole 13 [kb/s] 13 [kb/s] Débit maximal de données 12 [kb/s] 12 [kb/s] Accès multiple Multiplexage fréquentiel et temporel Multiplexage fréquentiel et temporel Rayon de cellules 0,3 à 30 [km] 0, 1 à 4 [km] Puissance des terminaux 2 à 8 [W] 0,25 et 1 [W] TAB. 2: Comparaison des systèmes GSM et DCS Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 12

15 Schéma simplifié de l architecture du réseau Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 13

16 Le téléphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module) Paramètres Données administratives PIN/PIN2 Données liées à la sécurité Clé K i Données relatives à l utilisateur IMSI MSISDN Données de roaming TMSI Données relatives au réseau Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code Commentaires Mot de passe demandé à chaque connexion Valeur unique, connue de la seule carte SIM et du HLR Numéro international de l abonné Numéro d appel d un téléphone GSM Numéro attribué temporairement par le réseau à un abonné Identifiants du réseau mobile de l abonné Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 14

17 Traitements effectués sur les signaux de parole Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 15

18 Caractéristiques : type de connectivité : GPRS (General Packet Radio Service) mode de transmission par paquet (et non pas en mode circuit) connexion permanente gestion complexe du partage des ressources regroupement de plusieurs unités temporelles, attribuées à un ou plusieurs utilisateurs multiplexage statistique entre les utilisateurs débit : jusqu à 160 [kb/s] mais limité par les ressources disponibles Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 16

19 Bibliographie Gunnar HEINE, Holger SAGKOB, GPRS : Gateway to Third Generation Mobile Networks, Artech House, Joachim TISAL, Le réseau GSM, Dunod, Principes de base du réseau GSM et des transmissions GPRS M. Van Droogenbroeck 17

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