GSM

TELEPHONIE MOBILE
✔
La téléphonie mobile est une infrastructure de
télécommunication qui permet de communiquer
par téléphone sans être relié par câble à un
central.
TELEPHONIE MOBILE
HISTORIQUE
Première génération
Ericsson 450
Ericsson 900
TELEPHONIE MOBILE
HISTORIQUE
Deuxième génération
✔
La seconde génération de réseaux
mobiles (notée 2G) a marqué une
rupture avec la première génération de
téléphones cellulaires grâce au passage
de l'analogique vers le numérique.
Alcatel 9109HA
TELEPHONIE MOBILE
HISTORIQUE
Deuxième génération avec GPRS
✔
Il permet d'échanger des données à un debit
d'environ 30kbit/s, ce qui a permis l'apparition
du MMS
TELEPHONIE MOBILE
HISTORIQUE
✔
Les technologies 2G, 2.5G et 2.75G utilise le même
réseau, les opérateurs ont simplement ajouté des
modules supplémentaires aux équipements
existants.
TELEPHONIE MOBILE
HISTORIQUE
Troisième génération
✔
La 3G atteint un débit pouvant atteindre 300 Kbit/s
La 3G nécessite l'installation d'un nouveau réseau
avec de nouvelles antennes (appelée NODE B) et
de nouveau contrôleur de station (appelé RNC).
Elle utilise ensuite les modules GPRS existant pour
la connexion à internet.
✔
La 3,5G génération avec HSDPA
Également appelé 3G+,
Elle permet d'atteindre des débits
de l'ordre de 1Mbit/s
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Fonctionnement du réseau GSM
✔
Elle fonctionne sur la gamme de fréquence des 900 MHz.
✔
Une variante appelée DCS (Digital Communication
System) utilise la gamme des 1 800 MHz.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Concept de cellule
✔
Ce que l'on appelle une cellule, c'est la surface sur
laquelle le téléphone mobile peut établir une liaison
avec une station de base déterminée.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
BTS : Appelé plus communément antenne-relais GSM, elle
est en charge de la liaison radio avec les stations mobiles.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
BSC : Le contrôleur de station de base BSC gère un
ensemble de stations de base BTS.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
MSC : Le centre de commutation du service mobile, gère plusieurs
BSC. Il assure la connexion avec d'autre MSC (appels portable <->
portable) ou des poste fixes (appels portable <-> fixe) a travers le
réseau téléphonique.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
VLR : L'enregistreur de localisation des visiteurs. C'est une base de donnée
qui contient des informations concernant les abonnés des mobiles présent
dans la zone gérée par le MSC. Les informations sont effacées lorsque le
mobile quitte cette zone
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
HLR : L'enregistreur de localisation nominal. Il s'agit de la base de
données centrale comportant les informations relatives à tout
abonné autorisé à utiliser le réseau.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
HLR
Le HLR contient les informations caractérisant
l'utilisateur lui-même:
IMSI identifiant de l'utilisateur stocké dans la carte SIM
l'IMEI identifiant du téléphone mobile
MSISDN le numéro de téléphone ( +33 6 xx xx xx xx ).
les services et options souscrits par l'abonné.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
AuC : Le centre d'authentification est associé au HLR, Il permet
d'authentifier la carte SIM dès la mise sous tension du téléphone
mobile. (Evite le clonage de la carte SIM)
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
SMSC: Centre de service de messagerie, gère les
SMS (envoi, réception, mise en attente)
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
EIR : Registre d'identification des Équipements. Il empêche
l’accès aux terminaux blacklisté (mis sur liste noire) pour vol.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Architecture du réseau GSM
✔
RTC: Réseau téléphonique commuté : c'est le réseau
téléphonique français.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Concept de mobilité
✔
Pour établir une communication, il faut savoir dans quelle
cellule l'abonné se trouve.
⇨C'est la fonction de gestion de localisation.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Concept de mobilité
✔
Il doit y avoir continuité de la communication lorsque
l'abonné passe d'une cellule à une autre.
⇨
Transfert inter-cellulaire, communément appelé handover
Couverture radio des
cellules
B
A
Puissance en dB
Cellule A
cellule B
MOBILE
Cellule C
C
Temps
Zone de couverture
de la cellule
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Sécurité de la communication
Authentification de l'abonné avant l'accès à
⇨ une communication (HLR).
Le cryptage des communications (chiffrement par
⇨ l'algorithme A5/1).
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Partage des ressources radio
✔
La bande radio représente une ressource rare : on a
donc du découper le spectre alloué dans un plan temps /
fréquence pour obtenir des canaux physiques pouvant
supporter une communication téléphonique.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Multiplexage fréquentiel
✔
Le GSM opère dans la bande des 900 MHz, où 2 fois 25
MHz de bande ont été alloués.
⇨ 124 Fréquences
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Multiplexage temporel (TDMA)
✔
✔
Chaque canal est divisé en intervalles de temps (IT) appelés
slots durant 0.5769 ms.
✔
L’accès TDMA (Time Division Multiple Access) permet de
partager un canal entre différents utilisateurs.
Un slot accueille un élément de signal radioélectrique appelé
burst.
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Multiplexage temporel (TDMA)
Communication numérisée :
1010110011110001110000111111001111001011111100111000001111110011111001111110101
1000101010101101010101111010101100110011010111101000101011101010010101010010
Trame TDMA
101011001111000111000011111100111100101111110011100000111111001111100111111001
1111011011010111011110101101101101111000011111100111100101111110011101111...
✔
Ce découpage permet d'augmenter la capacité d'une
bande radio mais une quarantaine de canaux par
opérateurs et 8 slots sur chacun d'entre eux permettrait
un maximum de 300 communications en même temps...
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Réutilistation des fréquences
✔
Lorsqu'on se trouve assez loin d'un émetteur, le signal
envoyé par celui-ci est très faible. On peut alors utiliser la
même fréquence que l'émetteur lointain sans crainte
d'interférences, le signal local étant beaucoup plus puissant
que le signal lointain.
Exemple de motif à 3 cellules
TELEPHONIE MOBILE
FONCTIONNEMENT
Broadcast Channel et handover
✔
✔
Chaque BTS émet en permanence des informations sur son
canal BCH (Broadcast Channel) appelé aussi voie balise.
Mise en route du mobile
Il garde aussi en mémoire les fréquences des 7 BCH de puissance inférieure.
Mise en veille
✔
Toutes les 15 secondes si le signal reçu est fort et toutes les secondes
s’il est faible, le récepteur écoute les balises des cellules voisines pour
détecter un éventuel changement de cellule (handover).
Mobile en communication
✔
Parallèlement à cette activité principale, il écoute périodiquement les
voies balises de la cellule et des cellules voisines pour détecter une
variation de niveau lui indiquant un changement de cellule (handover).
TELEPHONIE MOBILE
EVOLUTION DU GSM ET 3G
Deuxième génération
✔
✔
Le GPRS et l'EDGE sont deux techniques qui ont permis d'augmenter
considérablement les vitesses de transferts de données
Le coût de ces techniques étant faible (utilise l'architecture existante),
le GPRS et l'EDGE ont put être déployé rapidement.
Troisième génération
✔
✔
Elle fonctionne sur la gamme de fréquence 2000MHz.
Le réseau UMTS (3G) a ensuite évolué vers la norme HSDPA. (3G+)
Le coût de l’investissement est moindre puisqu’il s’agit de mises à jour
logicielles.
TELEPHONIE MOBILE
EVOLUTION DU GSM ET 3G
Occupation des bandes de fréquences
GSM
900
DCS 1800
UMTS
(3G)
TELEPHONIE MOBILE
EVOLUTION DU GSM ET 3G
Le réseau de téléphonie actuel
TELEPHONIE MOBILE
EVOLUTION DU GSM ET 3G
Débits moyens des différentes normes
1 Gbit/s
100 Mbit/s
28 Mbit/s
1 Mbit/s
300 kbit/s
100 kbit/s
30 kbit/s
9 kbit/s
Évolutions futures
TELEPHONIE MOBILE
LA LTE ARRIVE ...
✔
Les station de base eNODE B sont directement raccordée
au réseau IP de l'opérateur.
⇨ En quelque sorte, cela revient à faire de la station de base un routeur IP.
Architecture d'un réseau LTE
TELEPHONIE MOBILE
LA LTE ARRIVE ...
Terminaux compatible LTE « 4G »
HTC EVO 4G
IPHONE 4G
⇨
En cours de test sur le réseau LTE de l'opérateur
américain