8, quai du Marché Neuf 75004 Paris

Réseaux GSM

r ~~~ ~ -1 0 HERMES Science Publications, Paris, 1995, 1996, 1997, 1999, 2000 HERMES Science Publications 8, quai du Marché Neuf 75004 Paris ISBN 1 re édition, 2-8660 1-492-8 ISBN 2e édition, 2-86601-558-4 ISBN 3e édition, 2-86601-637-8 ISBN 4e édition, 2-7462-0028-7 ISBN 5e édition, 2-7462-01 53-4 ISSN 1272-0917 Serveur web : http://www. hermes-science.com Catalogage Electre-Bibliographie Lagrange, Xavier*Godlewski, Phi1ippe"Tabbane Sami Réseaux GSM. - 5e édition. - Paris : Hermès Science Publications, 2000 (réseaux et télécommunications) ISBN 2-7462-0153-4 RAMEAU : GSM (radiotéléphonie) radiocommunications mobiles téléphonie mobile publique DEWEY : 621.62 : Physique appliquée. Systèmes, réseaux et services des télécommunications 621.63 : Physique appliquée. Radiocommunications Le Code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5, d'une part, que les << copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective >> et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, << toute représentation ou reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite )) (article L. 122-4). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle.

Réseaux GSM des principes à îa norme 5e édition revue et augmentée Xavier Lagrange Philippe Godlewski Sarni Tabbane

EXTRAIT DU CATALOGUE GÉNÉRAL SDL - modélisation de protocoles et systèmes réactifs, Zoubir MAMMERI, 2000. Les réseaux radiomobiles, sous la direction de Xavier LAGRANGE, 2000. Introduction aux méthodes formelles, 2e édition revue et augmentée, Jean-François MONIN, 2000. Nouveau guide des modems, Daniel BATTU, 2000. Théorie des files d'attente - des chaînes de Markov aux réseaux à forme produit, Bruno BAYNAT, 2000. Réseaux haut débit, 2e édition revue et augmentée, Pierre ROLIN, 1999. Réseaux locaux et Internet - des protocoles à l'interconnexion, 2e édition revue et augmentée, Laurent TOUTAIN, 1999. Les services télécoms, Chantal AMMI, 1999. Technologie des télécoms, 2e édition revue et augmentée, Pierre LECOY, 1999. La concurrence dans les télécoms - stratégies et perspectives, Chantal AMMI, 1998. UNIX - utilisation, administration système et réseau, 3e édition revue et augmentée, Christian PÉLISSIER, 1998. Stratégies des opérateurs de télécoms, Pierre VIALLE, 1998. Principes de commutation numérique - du téléphone au multimédia, Claude RIGAULT, 1998. Introduction aux réseaux, Xavier LAGRANGE, Dominique SERET, 1998. Les réseaux intelligents - ingénierie des services de télécommunication, Simon ZNATY, Marie-Pierre GERVAIS, 1997. Les réseaux synchrones étendus PDH et SDH, Gérard BOUYER, 1997. Réseaux mobiles, Sami TABBANE, 1997. Autoroutes ATM, Jean PELLAUMAIL, Patrice LEGUESDRON, Pierre BOYER, 1997. Câblage haut débit - voix - données - images, Antoine DELAHOUSSE, 1997. Les réseaux - principes fondamentaux, Pierre ROLIN, Gilbert MARTINEAU, Laurent TOUTAIN, Alain LEROY, 1997. Les télécoms mobiles - GSM-DCS, 2e édition revue et augmentée, Bruno SALGUES, 1997. Télécoms sur fibres optiques, 2e édition revue et augmentée, Pierre LECOY, 1997 Architecture des réseaux haut débit - cours, exercices, covrigés, Kim-Loan THAI, Véronique VÈQUE, Simon ZNATY, 1995.

Table des matières Avant-propos... 17 Chapitre 1. Introduction a GSM... 19 1.1. Systèmes radiomobiles et concepts cellulaires... 20 1. 1. 1. Stations mobiles et stations de base radio... 20 1.1.2. Interface radio... 20 1.1.3. Itinérance et handover... 21 1.1.4. Systèmes cellulaires et systèmes << sans cordon >>... 21 1.1.5. Déploiement cellulaire... 22 1.2. Le PLMN ou le réseau dédié aux mobiles... 23 1.2.1. Un réseau d accès au réseau téléphonique public... 23 1.2.2. Une signalisation importante... 24 1.3. La normalisation de GSM... 24 1.3.1. Historique de la norme... 24 1.3.2. Structure de I ETSI... 26 1.4. La norme GSM dans le monde... 27 1.5. Principales caractéristiques de GSM... 28 1.5.1. Une approche réseau... 28 1.5.2. Une interface radio élaborée... 29 1 S.3. GSM 900 et DCS 1800... 31 1 S.4. Un système global... 31 Chapitre 2. Les services... 33 2.1. Définition d un PLMN... 33 2.2. Terminal dans le réseau GSM... 34 2.3. Classification des services... 35 2.4. Services supports... 36 2.4.1. Introduction... 36 2.4.2. Liste des services... 38 2.4.3. Interface d accès sur le terminal mobile... 40 2.5. Téléservices... 40 2.5.1. Téléphonie... 40 2.5.2. Messages courts... 40 2.5.3.Fax... 43

6 Réseaux GSM 2.6. Services supplémentaires... 43 2.7. Principales fonctions de sécurité dans GSM... 44 2.8. Commercialisation... 45 2.8.1. Les sociétés de commercialisation de services (SCS)... 45 2.8.2. Tarifs... 46 Chapitre 3. Architecture... 47 3.1. Présentation d'ensemble... 47 3.2. L'architecture canonique... 48 3.3. Architecture matérielle du sous-système radio... 49 3.3.1. Fonctions de la BTS... 49 3.3.2. Fonctions du BSC... 52 3.4. Architecture matérielle du sous-système fixe... 52 3.4.1. Fonctions du HLR... 52 3.4.2. Fonctions du MSC et du VLR... 53 3.5. Sous-système d'exploitation et de maintenance... 53 3.5.1. L'administration de réseau... 53 3.5.2. Architecture du TMN... 54 3.5.3. Fonctions de I'EIR... 54 3.5.4. Fonctions de 1'AUC... 56 3.5.5. Présentation de 1'OMC et du NMC... 56 3.6. Présentation des interfaces... 56 3.7. Architecture en couches du sous-système radio... 57 3.8. Architecture en couches du sous-système fixe... 59 3.9. La station mobile... 59 Chapitre 4. Réseau fixe et signalisation sémaphore... 63 4.1. Connaissances de base sur le RTC... 63 4.1.1. Réseau de distributiodréseau de transmission... 63 4.1.2. Déroulement simplifié d'un appel... 64 4.1.3. Réseau téléphonique international... 64 4.2. Signalisation et réseau sémaphore... 65 4.2.1. Eléments du réseau sémaphore... 66 4.2.2. Modes de fonctionnement... 67 4.2.3. Adressage au sein d'un réseau sémaphore... 68 4.2.4. Structure du réseau SS7 français... 69 4.3. Le SS7 pour les applications téléphoniques... 70 4.3.1.LeMTP... 70 4.3.1.1. MTP niveau 1... 70 4.3.1.2.MTPniveau2... 70 4.3.1.3. MTP niveau 3... 71 4.3.2. Les sous-systèmes utilisateurs... 71 4.3.2.1. Services du SSUTR2... 72 4.3.2.2. Messages du SSUTR2... 72 4.3.2.3. Déroulement d'appel avec SSUTR2... 72 4.3.2.4. Fin de communication avec SSUTR2... 73

Table des matières 7 4.3.2.5. Comparaison ISUP/SSUTR2... 74 4.3.2.6. Mise en œuvre de plusieurs centraux dans l'appel... 75 4.4. Le SS7 pour la signalisation non liée à l'établissement de circuit... 76 4.4.1. Le SCCP... 76 4.4.1.1. Fonction de traduction... 76 4.4.1.2. Classes de service... 78 4.4.1.3. Services orientés connexion... 78 4.4.2. Le TCAP... 79 4.4.2.1. Services offerts... 79 4.4.2.2. Sous-couche composant... 79 4.4.2.3. Sous-couche transaction... 80 4.4.2.4. Exemple de dialogue... 80 4.4.2.5. Utilisation de I'ASN. 1... 82 4.5. Architecture fonctionnelle du NSS d'un PLMN... 82 4.5.1. Interconnexion PLMNRTCP... 83 4.5.2. Présentation générale du protocole MAP... 83 4.6. Synthèse... 85 Chapitre 5. Gestion de l'itinérance. de la sécurité et des appels... 87 5.1. Numérotation liée à la mobilité... 88 5.1.1. IMSI (International Mobile Subscriber Identity)... 88 5.1.2. TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)... 89 5.1.3. MSISDN (Mobile Station ISDN Number)... 89 5.1.4. MSRN (Mobile Station Roaming Number)... 90 5.1.5. Exemple de mise en œuvre des différentes identités dabonnédansgsm... 90 5.1.6. IMEI (International Mobile Equipment Identity)... 91 5.2. Authentification et chiffrement... 92 5.2.1. Confidentialité de l'identité de l'abonné... 92 5.2.2. Principes généraux d'authentification et de chiffrement... 94 5.2.3. Authentification de l'identité de l'abonné... 95 5.2.4. Confidentialité des données transmises sur la voie radio... 96 5.2.4.1. Etablissement de la clé... 96 5.2.4.2. Activation du chiffrement... 96 5.2.5. Gestion des données de sécurité au sein du réseau... 97 5.2.5.1. Gestion de la clé d'authentification Ki... 97 5.2.5.2. Procédure générale de gestion des données... 97 5.2.5.3. Transmission de la clé d'authentification... 98 5.2.5.4. Entités du réseau où sont enregistrées les données desécurité... 98 5.2.6. Autres mécanismes... 99 5.3. Gestion de l'itinérance... 100 5.3.1. Présentation générale... 100 5.3.1. 1. Systèmes sans localisation... 100 5.3.1.2. Utilisation de zones de localisation... 101

8 Réseaux GSM 5.3.2. Gestion de l'itinérance dans GSM... 102 5.3.2.1. Identité d'une zone de localisation... 102 5.3.2.2. Gestion des bases de données (HLR, VLR)... 103 5.3.2.3. Principes de gestion de l'itinérance dans GSM... 104 5.3.2.4. Procédures pour la gestion de l'itinérance dans GSM... 105 5.3.2.5. Mise à jour de localisation internationale... 109 5.3.3. Conclusions sur l'itinérance... 112 5.4. Gestion des appels... 113 5.4.1. Principales entités intervenant dans le contrôle d'appel... 113 5.4.2. Appel sortant... 113 5.4.2.1. Description... 113 5.4.2.2. Utilisation du réseau commuté... 115 5.4.3. Fin de communication... 115 5.4.3.1. Raccroché du mobile... 115 5.4.3.2. Raccroché de l'abonné fixe... 116 5.4.4. Appel entrant... 116 5.4.4.1. Description... 116 5.4.4.2. Intérêt des liaisons sémaphores... 117 5.4.4.3. Utilisation du réseau commuté... 117 5.4.5. Cas particuliers en international... 120 5.4.5.1. Appel sortant international... 120 5.4.5.2. Appel entrant international... 120 5.4.5.3. Appel mobile-mobile... 122 5.4.6. Transmission de tonalités DTMF... 124 5.5. Gestion des services supplémentaires... 124 5.5.1. Principes généraux... 124 5.5.2. Double appel... 125 5.5.3. Renvoi d'appel... 127 5.5.4. Autres services supplémentaires... 128 5.6. Conclusion... 128 Chapitre 6. Ingénierie et concept cellulaire... 129 6.1. Schéma général d'une liaison radiomobile... 129 6.1.1. Présentation... 129 6.1.2. Sensibilité d'un récepteur... 131 6.1.3. Atténuations apportées par les câbles et les coupleurs... 132 6.2. Paramètres fondamentaux d'une antenne... 132 6.2.1. Antenne en émission... 133 6.2.1.1. Gain et diagramme de rayonnement... 133 6.2.1.2. Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente... 134 6.2.1.3. Cas du dipôle élémentaire... 135 6.2.1.4. Antennes des terminaux GSMDCS... 135 6.2.1.5. Antennes des stations de base GSM/DCS... 136 6.2.2. Antenne en réception... 137 6.2.3. Propagation en espace libre... 137

Table des matières 9 6.3. Modèles de propagation... 138 6.3.1. Modèle général à trois étages... 139 6.3.2. Modèles macrocellulaires... 140 6.3.2.1. Modèle de Hata... 141 6.3.2.2. Modèle COST 231-Hata... 141 6.3.2.3. Modèle de Walfish-Ikegami... 142 6.3.3. Modèle micro-cellulaire... 142 6.3.4. Propagation à l'intérieur des bâtiments... 143 6.3.5. Analyse des lois de propagation... 143 6.4. Prévision de couverture et équilibrage de liaison... 144 6.4.1. Rappel sur les relations entre champ électrique et puissance... 144 6.4.2. Détermination du seuil de couverture... 146 6.4.3. Equilibrage de la liaison... 147 6.4.4. Bilan de liaison... 147 6.4.5. Utilisation de la diversité... 149 6.5. Réutilisation des ressources... 150 6.5.1. Modèle hexagonal classique... 150 6.5.1.1. Motifs réguliers... 151 6.5.1.2. Systèmes limités par le bruit... 153 6.5.1.3. Systèmes limités par les interférences... 153 6.5.2. Etude du modèle classique... 155 6.5.2.1. Cas des systèmes TDMMDMA... 155 6.5.2.2. Utilisation d'antennes directives... 155 6.5.2.3. Prise en compte de l'effet de masque... 156 6.5.2.4. Prise en compte du bruit et des interférences... 157 6.5.2.5. Prise en compte des canaux adjacents... 157 6.5.3. Aspects pratiques de la planification cellulaire... 159 6.6. Paramètres influençant la capacité... 160 6.6.1. Saut de fréquence... 160 6.6.1.1. Protection contre les évanouissements sélectifs... 161 6.6.1.2. La diversité de brouilleurs... 161 6.6.2. Contrôle de puissance... 163 6.6.3. Transmission discontinue... 164 6.7. Conclusions... 165 Chapitre 7. Transmission sur l'interface radio... 167 7.1. Partage des ressources radio. accès multiple... 168 7.1.1. Partage en fréquence... :... 169 7.1.2. Partage en temps... 169 7.1.3. Implantation du saut de fréquence... 170 7.1.4. Comparaison des techniques de multiplexages... 172 7.2. Duplexage... 173 7.2.1. Séparation des bandes... 173 7.2.2. Canal physique duplex... 173 7.2.3. Numérotation des porteuses... 174 7.2.4. Compensation du temps de propagation aller-retour... 175 7.2.5. Différents sens du mot canal... 176

10 Réseaux GSM 7.3. Chaîne de transmission... 176 7.3.1. Cas de la parole... 177 7.3.2. Transmission de la parole paquétisée... 177 7.3.3. Cas des services de données et de la signalisation... 178 7.3.4. Unités de données considérées dans la chaîne de transmission... 179 7.4. Codage de la parole... 181 7.4.1. Principes généraux... 181 7.4.2. Codage plein taux de la parole... 181 7.4.3. Autres codages... 184 7.4.4. Protection du signal de parole numérisée (plein taux)... 184 7.5. Contrôle d'erreurs... 185 7.5.1. Détection d'erreurs par CRC... 185 7.5.2. L'encodage convolutionnel... 187 7.5.3. Codes utilisés dans GSM... 189 7.5.4. Décodage correcteur d'erreurs par décodage de Viterbi... 189 7.6. Entrelacement... 193 7.6.1. Principe général... 193 7.6.2. Entrelacement pour la parole plein débit... 195 7.6.3. Entrelacement pour les données et pour la signalisation... 196 7.7. Format du burst... 196 7.7.1. Séquence d'apprentissage... 198 7.7.2. Drapeau de préemption (stealing flag)... 199 7.7.3. Chiffrement... 199 7.8. Modulation... 199 7.8.1. Rappels sur les modulations numériques... 199 7.8.2. La modulation GMSK... 202 7.8.3. Démodulation et égalisation... 204 7.9. Performances... 205 7.9.1. Les paramètres essentiels... 205 7.9.2. Dispersion du C/I... 206 7.9.3. Les paramètres rapportés... 209 7.9.4. Exigence de performance des récepteurs... 211 7.10. Conclusions... 214 Chapitre 8. L'interface radio : canaux logiques.... 215 8.1. Structure de l'interface radio... 216 8.1.1. Une interface orientée circuit... 216 8.1.2. Interface radio et modèle en couches... 217 8.2. Les canaux de contrôle logiques... 219 8.2.1. Des canaux physiques aux canaux logiques... 219 8.2.2. Les structures temporelles de la multitrame à l'hypertrame... 220 8.2.3. Classification des canaux logiques... 221 8.3. Canaux dédiés... 223 8.3.1. Présentation et utilisation... 223 8.3.1.1. TCH et SDCCH... 223 8.3.1.2. SACCH... 223 8.3.1.3. FACCH... 224

Table des matières 11 8.3.2. Multiplexage TCH-SACCH... 224 8.3.2.1. Cas du canal de parole plein débit... 224 8.3.2.2. Cas du canal demi-débit... 225 8.3.2.3. Cas des canaux de données... 225 8.3.3. Implantation des canaux FACCH... 225 8.3.4. Multiplexage SDCCH-SACCH... 226 8.4. La voie balise... 227 8.4.1. Le concept de voie balise... 227 8.4.2. Canal FCCH... 229 8.4.3. Canal SCH... 229 8.4.3.1. Le rôle du SCH... 229 8.4.3.2. Structure du burst... 229 8.4.3.3. Place dans la trame... 230 8.4.3.4. Synchronisation fine... 230 8.4.3.5. Données transportées et codage... 231 8.4.3.6. Synchronisation logique... 231 8.4.3.7. Code de couleur BSIC... 231 8.4.4. Canal BCCH... 232 8.5. Les canaux de contrôle commun... 233 8.5.1. Canal RACH... 233 8.5.2. Canal AGCH... 235 8.5.3. Canal PCH... 235 8.5.4. Canal CBCH... 235 8.5.5. Configuration de multiplexage des CCCH... 235 8.6. Scrutation... 237 8.6.1. Scrutation dans la trame TDMA... 237 8.6.2. Scrutation dans les multitrames à 26 et à 5 1... 237 8.7. Canaux logiques : une synthèse... 238 Chapitre 9. Architecture de protocoles pour l'accès au réseau... 243 9.1. Accès numérique au réseau téléphonique : le RNIS... 243 9.1.1. Présentation générale... 243 9.1.2. Couche liaison de données... 244 9.1.2.1. Types de trames... 246 9.1.2.2. Format des trames... 246 9.1.2.3. Procédures de dialogue... 247 9.1.2.4. Multiplexage... 248 9.1.3. Couche réseau... 249 9.1.3.1. Format des messages de niveau 3... 249 9.1.3.2. Déroulement des procédures... 249 9.2. Présentation de la pile de protocoles de GSM... 251 9.3. Architecture en couches sur le mobile... 253 9.3.1. Couche liaison de données sur l'interface radio... 253 9.3.1.1. Format des trames... 253 9.3.1.2. Procédures de dialogue... 255 9.3.1.3. Multiplexage... 255 9.3.1.4. Profils d'utilisation du LAPDm... 255

12 Réseaux GSM 9.3.2. Couche 3 sur l'interface radio... 256 9.3.2.1. Structure générale des messages de niveau 3... 256 9.3.2.2. Couche RR... 257 9.3.2.3. Couche MM... 258 9.3.2.4. Couche CM... 258 9.4. Description de l'interface Abis... 258 9.4.1. Couche physique... 259 9.4.2. Couche liaison de données... 259 9.4.3. Couche réseau... 260 9.5. Description de l'interface A pour la signalisation... 262 9.5.1. Le protocole BSSMAP... 262 9.5.2. Le protocole DTAP... 263 9.5.3. Discrimation BSSMAP-DTAP... 263 9.6. Transcodage de la parole... 265 9.7.Synthèse... 267 Chapitre 10. Procédures de gestion de la ressource radio... 269 10.1. Etat de veille d'un mobile... 269 10.1.1. Processus de sélection de cellule... 269 10.1.1. 1. Constitution d'une liste de voies balises... 269 10.1.1.2. Etude des voies balises candidates... 271 10.1.1.3. Sélection du PLMN... 271 10.1.2. Calage sur une cellule... 272 1 O. 1.2.1. Informations lues... 272 1 O. 1.2.2. Mesures effectuées... 272 10.1.3. Processus de resélection de cellule... 273 1 O. 1.4. Description des critères de sélectiordresélection... 274 10.1.4.1. Critère d'affaiblissement C1... 274 10.1.4.2. Critère de resélection C2... 275 10.1.4.3. Utilisation du critère C2... 275 10.1.4.4. Perte de signalisation descendante... 276 10.2. Gestion physique du lien radio... 276 10.2.1. Contrôle de puissance... 277 10.2.1.1. Déroulement de la procédure... 277 10.2.1.2. Exemple d'algorithme de contrôle de puissance... 277 10.2.2. Mode de transmission discontinue (DTX)... 279 10.3. Gestion des canaux dédiés... 280 10.3.1. Allocation de canaux dédiés... 280 10.3.1.1. Allocation sur demande du mobile... 280 10.3.1.2. Réponse à un appel en diffusion... 283 10.3.2. Libération de canaux dédiés... 284 10.3.2.1. Libération normale... 284 10.3.2.2. Libération sur perte... 286 10.3.3. Activation du chiffrement... 287 10.3.4. Passage d'un canal de signalisation à un canal de trafic... 288

Table des matières 13 10.4.Lehandover... 289 10.4.1. Définitions... 290 10.4.1.1. Handover inter-cellulaire... 290 10.4.1.2. Handover intra-cellulaire... 290 10.4.1.3. Principales phases de déroulement d un handover... 290 10.4.1.4. Phase préliminaire d observation... 291 10.4.1.5. Ajustement des critères de déclenchement du handover... 292 10.4.2. Exécution du handover... 293 10.4.2.1. Principes généraux du handover inter-cellulaire... 293 10.4.2.2. Détail de la procédure au sein du BSS... 294 10.4.2.3. La procédure de handover intra-msc... 297 10.4.2.4. La procédure de handover inter-msc... 298 10.4.2.5. Fonctionnement des MSC ancre et relais... 302 10.4.3. Handover sur demande du MSC... 303 10.5. Conclusions... 304 Chapitre 11. Réalisation des services de données... 305 11.1. Transmission de données en mode circuit... 305 11.1.1. Eléments mis en œuvre... 305 11.1.2. Etablissement d un appel de données... 306 11.1.3. La transmission de données dans les réseaux fixes... 307 11.1.3.1. Rappel sur la jonction... 307 11.1.3.2. Problème général de l adaptation de débit... 308 11.1.4. Adaptation de débit en mode transparent... 309 11.1.5. Mode non transparent... 315 1 1.1. 5. 1. Cas d un service support asynchrone... 315 11.1 S.2. Cas d un service support synchrone... 317 11.1.6. Protocole RLP... 318 11.1.7. Evolution des services de données... 319 11.2. Service de messages courts... 320 11.2.1. Eléments mis en œuvre... 320 11.2.2. Architecture en couches... 321 1 1.2.3. Procédures de transmission... 322 11.2.4. Transmission sur l interface radio... 327 11.3. Synthèse... 327 Chapitre 12. La carte SIM... 329 12.1. Caractéristiques générales... 329 12.1.1. Formats... 329 12.1.2. Caractéristiques de sécurité... 330 12.2. Cycles de vie d une carte... 331 12.2.1. Distribution des cartes SIM... 331 12.2.2. Personnalisation des cartes SIM... 331 12.2.3. Post-personnalisation des cartes SIM... 332 12.3. Architecture interne... 332 12.3.1. Architecture générale des données d une carte à puce... 332 12.3.2. Architecture des données de la carte SIM... 334 12.3.3. Liste des informations stockées dans la carte SIM... 334

14 Réseaux GSM 12.4. Interfaces... 336 12.4.1. Interface électrique... 336 12.4.2. Protocole d échange... 337 12.4.3. Jeu de commandes... 339 12.4.4. Exemples de dialogues... 340 12.5. Carte SIM pro-active... 340 12.5.1. Principe général d échange des commandes pro-actives... 340 12.5.2. Transfert des messages courts vers la carte SIM... 343 12.5.3. Commandes pro-actives émises par la carte... 343 12.6. Conclusion... 344 Chapitre 13. Densification des réseaux GSM... 347 13.1. Augmentation de la capacité intrinsèque... 347 13.1.1. Motifs fractionnaires... 348 13.1.2. Saut de fréquence synthétisé... 349 13.2. Densification cellulaire... 351 13.2.1. Découpage des cellules... 351 13.2.2. Déploiement microcellulaire et réseaux multicouches... 352 13.3. Réseaux multibandes... 353 13.4. Antennes adaptatives... 355 13.5. Conclusion... 357 Chapitre 14. Fonctionnement de GPRS... 359 14.1. Introduction... 359 14.2. Présentation des services... 361 14.2.1. Types de service... 361 14.2.2. Qualité de service... 361 14.2.3. Techniques d augmentation des débits... 362 14.3. Architecture générale... 364 14.3.1. Entités et interfaces... 364 14.3.2. Principe général d acheminement des données... 367 14.3.3. Architecture en couches... 368 14.4. Gestion de l itinérance... 372 14.4.1. Etats d un mobile... 372 14.4.2. Identités temporaires... 373 14.4.3. Attachement au réseau... 375 14.4.4. Détachement GPRS... 376 14.5. Gestion de session... 377 14.5.1. Notion de contexte PDP... 377 14.5.2. Activation du contexte PDP par un mobile... 378 14.5.3. Activation du contexte PDP par le réseau... 379 14.5.4. Désactivation du contexte PDP... 380 14.5.5. Changement de zone de routage avec un contexte activé... 381 14.6. Echange de données utilisateurs... 384 14.6.1. Niveaux d encapsulation... 384 14.6.2. Couche SNDCP... 384

Table des matières 15 14.6.3. Couche LLC... 385 14.6.4. Transmission vers un abonné GPRS... 387 14.6.5. Transmission par un abonné GPRS... 389 14.7. Schéma général de transmission sur l interface radio... 390 14.7.1. Canal physique... 390 14.7.2. Codage des données... 391 14.7.3. Canaux logiques paquets... 393 14.8. Couches RLC et MAC... 394 14.8.1. Notion de flux de données... 394 14.8.2. Fonctionnement de l entité RLC... 395 14.8.3. Règles d accès pour un flux de données établi... 398 14.8.4. Etablissement d un flux de données montant... 405 14.8.5. Etablissement d un flux de données descendant... 409 14.8.6. Libération de canaux... 411 14.8.7. Gestion des paramètres physiques... 411 14.9. Terminaux multislots... 413 14.10. Conclusion... 414 Chapitre 15. Principes d EDGE... 417 15.1. Modifications de la couche physique... 418 15.1.1. Modulation... 418 15.1.2. Structure du burst... 420 15.2. Circuits à haut débit (ECSD)... 420 15.3. Mode paquet (EGPRS)... 423 15.3.1. Présentations des schémas de modulation et de codage... 423 15.3.2. Principes de l adaptation de lien... 428 15.3.3. Evolution de la couche RLC... 429 15.3.4. Protocoles hybrides... 429 15.4. EDGE Compact... 431 15.5. EDGE phase 2... 433 15.6. Synthèse... 434 Annexe 1. Tableau des identités GSM... 437 Annexe 2. Réseaux intelligents et CAMEL... 439 Annexe 3. Politiques d allocation de canal dédié... 445 Annexe 4. Exemple d algorithme de décision de handover... 451 Annexe 5. Liste des recommandations GSM... 459 Bibliographie... 481 Glossaire... 487 Index... 515

Avant-propos Les systèmes de radiotéléphonie mobile GSM et leur variante DCS sont maintenant connus du grand public dans tout le continent européen. Ils forment une référence au niveau mondial tant sur le plan des concepts que du vocabulaire. Il existe à ce jour peu d ouvrages français présentant les techniques du système GSM. Réseaux GSM-DCS, des principes Ù la norme cherche à combler cette lacune. Il découle de l expérience acquise lors de cours et de sessions de formation continue faits à Paris depuis 1991 à 1 ENST et à Sup Com de Tunis. Il présente les bases nécessaires, précise le langage et les concepts, et les illustre par de nombreux exemples et figures. Les principales caractéristiques de GSM sont exposées et souvent mises en perspective avec les autres systèmes existants. L approche pédagogique qui a guidé l écriture de ce livre est triple. - La première est de présenter certaines notions de base concernant les réseaux téléphoniques, utilisées dans les systèmes radiomobiles modernes. En particulier : notion de service, signalisation sémaphore, accès RNIS. - La deuxième est d illustrer le domaine des communications numériques qui depuis Shannon s est développé notamment dans le contexte satellite. L interface radio de GSM est un cas intéressant d utilisation de techniques de transmission avancées puisqu elle intègre un grand nombre de fonctions : codage de la parole, modulation, égalisation, codage protecteur, décodage de Viterbi, synchronisation, contrôle de puissance, etc. - La troisième est de donner des notions élémentaires sur l ingénierie radio, les bases de la propagation, les principales caractéristiques des antennes, et les différences entre GSM à 900 MHz et DCS à 1800 MHz. La planification cellulaire est en effet un domaine stratégique car elle conditionne fortement la qualité d un réseau.

18 Réseaux GSM La cinquième édition traite de GPRS et d EDGE. Prévu pour l année 2000, GPRS permet d accéder aux services internet à des débits de plusieurs dizaines de kbitls. Grâce à l utilisation d une modulation de plus grande efficacité spectrale, EDGE permettra d augmenter les débits à quelques centaines de kbith. Le système EDGE a été reconnu par l Union internationale des télécommunications comme système IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) et peut donc être considéré comme système de troisième génération. Ce livre s adresse aux étudiants de maîtrise ou d école d ingénieurs aussi bien qu aux professionnels désirant avoir une vue globale du système. Il contient des éléments de cours de dernière année d école d ingénieur et suppose quelques connaissances préalables dans les domaines des communications et des réseaux téléinformatiques (transmissions numériques, principe de l architecture en couches, protocoles de liaisons de données) qui sont maintenant acquises dans de nombreux cursus. La norme GSM représente un ensemble de documents de plus de 10 O00 pages. Comme toute norme, sa prétention est de spécifier d une manière non ambiguë un système plutôt que d offrir un exposé pédagogique. Son abord est souvent ardu et la description de certaines fonctionnalités est disséminée sur plusieurs spécifications. Les différents chapitres ne suivent pas le découpage de la norme et constituent, autant que possible, des exposés autonomes. Ils ne sont certes pas indépendants et certaines redondances ont été tolérées pour faciliter la lecture et éviter les allers et retours entre chapitres. Le plan d ensemble de cet ouvrage est présenté à la fin du chapitre 1. Nous tenons à remercier tous ceux qui, lors de discussions courtes ou conséquentes et souvent passionnées, nous ont permis d augmenter nos connaissances sur les systèmes radiomobiles ou téléphoniques : Wessam Ajib, Olivier Beaujard, Philippe Bertin, Jérôme Brouet, Philippe Chailley, Alain Charbonnier, Toufic Chébaro, Gérard Cohen, Jean-Louis Dornstetter, Maurice Gagnaire, S téphane Guérin, Bij an Jabbari, Andris Kienitz, Vinod Kumar, Edouard Issenmann, Armand Lévy, Michaël Liem, Philippe Martins, Nicolas Moreau, Christophe Mourot, Jean-Gabriel Rémy, François de Ryck, Rémi Thomas, Sonia Tabbane, Laurent Tourmouche, Alistair Urie et Didier Verhulst. Nous remercions tout spécialement Michel Mouly et Marie-Bernadette Pautet, auteurs d un excellent ouvrage en anglais qui fait référence. Lors de leurs interventions à 1 ENST, ils ont su communiquer leur connaissance approfondie du système et l enthousiasme qui a présidé à sa définition. Comme nous l annoncions en 1995 lors de la première édition de cet ouvrage, posséder un terminal GSM ou DCS est aussi banal en 2000 qu avoir un magnétoscope. L utilisation des réseaux va encore s accroître dans les années à venir. Nous espérons que ce livre sera une aide et un compagnon utile pour tous ceux qui sont impliqués dans le développement du réseau ou d applications qui l utilisent. Philippe GODLEWSKI, Xavier LAGRANGE, Sami TABBANE

1 1 t Les systèmes de radiotéléphonie mobile GSM sont maintenant une référence au niveau mondial. Or, la norme GSM représente un ensemble de documents de plus de 10 O00 pages d un abord souvent ardu. Réseaux GSM, des principes h la norme présente les bases, le langage et les concepts nécessaires à leur compréhension. Les principales caractéristiques de GSM sont exposées et illustrées par de nombreux exemples et figures. L approche de cet ouvrage est triple. 11 présente les notions introductives des réseaux téléphoniques utilisées dans les systèmes radiomobiles modernes, en particulier la signalisation sémaphore. 11 illustre le domaine des communications numériques dont GSM est un cas d application : codage de la parole, modulation, égalisation, codage protecteur, décodage de Viterbi. Enfin, il donne les éléments de base de l ingénierie radio, domaine stratégique qui conditionne fortenient la qualité de service d un réseau et il expose les différences entre les systèmes GSM à 900 MHz et à 1800 MHz. Cette cinquième édition contient un chapitre sur GPRS et un autre sur EDGE, services de transmission de doniiées appelés à un fort développement car ils permettront, à partir de terminaux portables, d accéder aux services de l internet. Ce livre est une aide pour tous ceux qui développent le réseau GSM ou qui l utilisent et, plus largement, pour ceux qui d6sirerit se familiariser avec les réseaux de radiotéléphonie mobile. Les auteurs Xavier Lagrange, ingénieur de 1 Ecole Centrale de Paris et docteur de 1 Ecole Nationale Supérieure des Téléc.oniniuiiic.ations (ENST), est maître de conférences au département Réseaux et Services Multimédias de 1 ENST Bretagne. Il est responsable du mastère Rkseaux et Services Mobiles. Philippe Godlewski, ingénieur ENST et docteur de l université Paris VI, est responsable du groupe de recherche sur les i.adioconiniunications du département Informatique et Réseaux et du mastsre radio-mobile de I ENST. Sami Tabbane, ingénieur de I Ecole des Mines de Paris et docteur de l ENST, est directeur des études à 1 Ecole Supérieure des Communications de Tunis.!