2-Cours GSM Reseau Et Entites

Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur

Le réseau GSMPartie 2.Le réseau

22Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur

Vue générale

EIRHLR

Réseau GSM d’un autre opérateur

Interface radio

MS (Mobile Station)

PLMN (Public Land Mobile Network)

Réseau dédié aux mobiles (PLMN)

G-MSCVLR

BSS (Base Station Sub-system)Gestion transmission et ressource radio

OSS (Operation Sub-System)Gestion de l’administration du réseau

NSS (Network SwitchingSub-system)Gestion de l’acheminement des appels

Le GSMPartie 2 : Le réseau

I. La station mobile (MS)

MS (Mobile Station)

MS : ensemble de deux éléments physiques

=> Mobilité personnelle : un abonné = une SIM

Terminal(ME: Mobile Equipment)

fournit les capacités radio et logicielles nécessaires à la communicationInutilisable tel quel

Carte à puce(SIM : Subscriber Identity Module)

contient les informations de l'abonné :Identité de l’abonnéCaractéristiques de l’abonnement

Codage voix• Codage canal• Entrelacement• Générations de bursts

Chiffrement Modulation Amplification

Décodagevoix

• Mise en forme données• Désentrelacement• Décodage canal

Déchiffrement Démodulation

Processeur, horloge, carte mère, bus, …

MS (Mobile Station)

Diagramme d’une Station mobile

Carte SIMFonction : contient les informations nécessaires au bon fonctionnement du mobile

IdentitésIMSI (International Mobile Suscriber Identity), unique et universelNuméro d’appel MSISDNTMSI (Temporal Mobile Suscriber Identity), temporaire => itinérance(valable uniquement au sein d’un VLR)

SécuritéCode d’accès personnel (PIN)Clés de chiffrement Kc (cryptage) Clés d’authentification Kiles algorithmes associés

Carte SIM ID-1

Carte SIM Plug-in

IMSI (International Mobile Suscriber Identity)

Numéro d’appel MSISDN (Mobile Station ISDN Number)

Carte SIM

MCC(3 chiffres)

MNC(2 chiffres)

MSIN (10 chiffres max)

CC(2 chiffres)

NDC(3 chiffres)

SN(variable)

[ [ h1 h2 ] [8 chiffres] ]

Fonctionassure la connexion radioélectrique avec le PLMN

Identification : IMEI (International Mobile Equipment Identity)

Propre au constructeur (alcatel, sagem…)Permet de détecter les terminaux indésirables (volés, non homologués, perturbant le réseau…)

Puissance maximale d’émission GSM 900 : 2 W soit 33 dBm (la majorité, Classe 4)DCS 1800 : 1 W soit 30 dBm (la majorité Classe 1)

Terminal (ME)

Numéro d’homologation

Numéro d’usine

Numéro spécifique

Relation entre puissance et portéePortée variable selon l’environnement (plus faible en milieu urbain)Ordre de grandeur (GSM 900) : 2 W quelques kilomètres

Sensibilité minimale63pW (-102dBm) en GSM 900100pW (-100dBm) en DCS 1800

Contrôle de puissancePossibilité de réduire la puissance d’émission sur demande de réseau (par pas de 2dB)Niveau minimal : 3mW (5dBm) en GSM 900 et 1mW (0dBm) en DCS 1800

Terminal (ME)

Contrôle de puissance

FonctionFaire varier la puissance d'émission du mobile et de la BTS en cours de communication afin d'utiliser la puissance la plus faible possible sans altérer la qualité de la communication.

PrincipeMesures effectuées au niveau de la MS et des BTS (tous les 60 ms)Selon les mesures, la BTS réduit sa puissance ou réduit la puissance du mobile par pas de ±2 dB (paramétrables).

IntérêtEconomie de batteries (mobiles).Réduction du taux moyen d'interférences sur le réseau (BTS).

II. Le Sous-système radio (BSS)

G-MSCVLR

Sous-système radio (BSS)

BTS (Base Transceiver Station)Ensemble d’émetteurs/récepteurs (TRX)

BSC (Base Station Controller)Gère les ressources radio d’un ensemble de BTS

BSC MSC

Interface radio

MS NNS

Interface Abis

Interface A

Station de base (BTS)

FonctionGestion de l’émission/réception sur une cellule donnéeallocation des canaux, modulation/démodulation, codage, …Contrôle de la liaison radiomesure la puissance et la qualité des signaux, puis transmet au BSC.

CapacitéVariable selon les zonesInitialement : 16 TrX maximum (+ de 100 communications)

1 TrX 1 paire de fréquences porteuses ( fm ; fd )TDMA ~8 communications simultanées

Pratique : 2 TrX en zone rurale, jusqu’à 6 TrX en zone urbaine

Station de base (BTS)2 Typologies

1. Les BTS normales

Architecture des BTS normales

Emission : dispositifs de couplage superposant les ondes générées par différents TrX (à ≠ fréquences) sur une même antenne

La réception se fait sur la même antenne grâce à des dispositifs de duplexage

Remarque : en pratique d’autres architectures sont possibles, afin de réduire les pertes

TrX 1 TrX 2TX TXRX RX

Coupleur Diviseur

DuplexeurE R

Antenne E / R

Ajout d’une antenne de réception (diversité spatiale)

Principerecevoir 2 copies différentes du signal émis pour palier le problème des évanouissements.

2 techniques de combinaison (une fois les deux signaux reçus)

SWC (SWitching Combining) : sélection du meilleur signalEGC (Equal Gain Combining) : addition des signaux reçus après remise en phase

=> Gain de diversité de l’ordre de 4 à 5 dB en ville.

Classification selon la puissance max d’émission

Sensibilité : 40 pW (-104 dBm)

Numéro de classe GSM 900 DCS 1800

1 320 W / 55 dBm 20 W / 43 dBm2 160 W / 52 dBm 10 W / 40 dBm3 80 W / 49 dBm 5 W / 37 dBm4 40 W / 46 dBm 2,5 W / 34 dBm5 20 W / 43 dBm6 10 W / 40 dBm7 5 W / 37 dBm8 2,5 W / 34 dBm

Station de base (BTS)2. Les Micro-BTS : pour les zones à fortes densités de

trafic. Elles définissent des micro-cellules

Station de base (BTS)2. Les Micro-BTS : pour les zones à fortes densités de

trafic. Elles définissent des micro-cellules

Architecture des micro-BTS

On souhaite limiter les antennes dans les zones à forte densité. => Diversité de polarisation

Puissance d’émission plus faible qu’une BTS normale afin de limiter la portée (quelques centaines de mètres)

Sensibilité moins bonne pour équilibrer la liaison dans le sens montant.

=> Gain de diversité d’environ 2,5 dB

Classification des Micro-BTS (puissance max d’émission)

Sensibilité des Micro-BTS

M1 80 mW / 19 dBm 500 mW / 27 dBmM2 30 mW / 14 dBm 160 mW / 22 dBmM3 10 mW / 10 dBm 50 mW / 17 dBm

M1 -97 dBm / 0,2 nW -102 dBm / 0,06 nWM2 -92 dBm / 0,6 nW -97 dBm / 0,2 nWM3 -87 dBm / 2 nW -92 dBm / 0,6 nW

Configurations diverses

1. Configuration standard :

une antenne omnidirectionnelle par cellule (et donc par site)

=> Zones peu denses

Très utilisée au début du GSM, mais de plus en plus rare

2. Configuration Sectorisée

2 ou 3 BTS donc 2 ou 3 cellules pour couvrir un site

=> Zones très denses

Avantages : Plus de gain dans tous les

azimuts

3. Configuration « parapluie »

Micro-cellules couvrant les zones d’habitation et de bureaux Une Macro-cellule couvre le reste

Trous entre micro-cellulesAutoroute

=> Zones périphériques

Autoroute

Sous-système radio (BSS)

BTS (Base Transceiver Station)Ensemble d’émetteurs/récepteurs (TrX)

BSC (Base Station Controller)Gère les ressources radio d’un ensemble de BTS

BSC MSC

Interface radio

MS NNS

Interface Abis

Interface A

Contrôleur de station de base (BSC)

FonctionGestion des ressources radio des BTS associées.

établissement des appels, libération des ressources à la fin des appels…

Gère les fonctions propres aux communications contrôle de puissance gère l’exécution d’un éventuel handover.

Concentre les liaisons vers le centre de commutation mobile (MSC)

CapacitéBSC de faible capacité (peu de BTS)=> minimise les distances BTS-BSC : zones rurales peu peuplées

BSC de forte capacité (beaucoup de BTS)=> zones urbaines à forte densité de trafic

Configurations

BSC BSC

1. En étoile

+ : connexions indépendantes

- : coûts élevés, capacité des liens est sous-exploitée

2. Chaînée

+ : réduction des coûts, optimisation de la capacité des liens- : en cas de problèmes, perte de connexion avec toutes les BTS

Configurations

3. Hybride

+ : réduction des coûts

4. En boucle

+ : meilleure sécurisation du réseau, possibilité de re-routage en cas de problèmes

Nœud de concentration

G-MSCVLR

III. Le Sous-système réseau (NSS)

Sous-système réseau (NSS)

Interface A

HLR : Home Local Registerbase de données qui gère les abonnés d’un plmn

VLR : Visitor Local Registerbase de données qui mémorise les données des abonnés présents dans une certaine zone géographique

MSC : Mobile-services Switching Centergère la commutation des appels

Registre de localisation nominale (HLR)

Fonction

Base de données qui mémorise les caractéristiques des abonnés :

IMSI (identité internationale)MSISDN (numéro de téléphone)Profil de l’abonnement (services souscrits, …)

Mémorise la localisation de chaque abonné.Le numéro de VLR de la zone géographique où est situé l’abonné

Centre de commutation des mobiles (MSC)

Fonction

Établit les communications entre les MS présents dans sa zone de couverture et un autre MSCGère l’exécution d’un handover si une MS change de zone de couvertureSe charge de dialoguer avec le VLR pour gérer la mobilité des abonnés :

vérification du profil des abonnés visiteurs lors d’un appel, transfert des informations de localisation…

Certains MSC sont spécialisés : G-MSC, SM-MSC

Registre de localisation des visiteurs (VLR)

Fonction

Mémorise les données d’abonnement des abonnés présents dans une zone géographique

Mêmes données que dans le HLRLe TMSI valable dans la zone couverte par le VLR

Implantation

Dans la norme : séparation matérielle entre VLR et MSC,Plusieurs MSC peuvent etre liés à un seul VLR

En pratique : VLR intégré dans le MSCSimplification des échanges (pour l’établissement des appels)

G-MSCVLR

IV. Le Sous-système d’exploitation et de maintenance

Sous-système d’exploitation et de maintenance (OSS)

OMC (Operations and Maintenance Centre)Supervisation locale des équipements

OMC-SOMC-R

MSCBSSNSS

NMC (Network Management Centre)Administration générale de l’ensemble du réseau

EIR (Equipment IdentityRegister)BdD annexe contenant les IMEI

AuC (Authentification Centre)BdD annexe contenant les informations de sécurité

Registre d’identités des équipements (EIR)

Fonction

Base de données (BdD) contenant les IMEI.Consultée lors d’une demande de services d’un abonné pour vérifier si un terminal est autorisé sur le réseau.

Cette BdD contient 3 listes :Liste blanche : équipements homologués.Liste grise : équipements perturbant « légèrement » le réseauListe noire : équipements interdits et volés. Possibilité de relever l’IMSI de l’abonné utilisant ce terminal interdit.

Centre d’authentification(AuC)

Fonction

BdD contenant les informations utiles pour la sécurité.une clé (secrète) d’authentification Ki pour chaque abonné, utilisée pour authentifier les demandes de service, et chiffrer les communications.Les algorithmes d’authentification et de chiffrement utilisés sur le réseau.

Implantation

Un Auc est associé à un HLR, généralement couplé dans un seul équipement (securité optimale)

Centre d’administration du réseau (NMC)

Fonction

Administration générale du réseau

L’administration commerciale (déclaration des abonnés, des terminaux, la facturation).La gestion de la sécurité (intrusion dans le réseau)L’exploitation et la gestion des performances (observation du trafic : qualité, charge…)Le contrôle de la configuration du système (amélioration des logiciels et des systèmes, ajout de nouveaux équipements…)La maintenance (tests des équipements).

Centre d’opération et de maintenance (OMC)

Fonction

Supervision locale des équipementsMédiation entre Réseau et NMC.

OMC-R (Radio) : Supervision des données relatives à l’exploitation et la maintenance du BSS : remontée des alarmes, des statistiques…Gère le paramétrage des équipements du BSSContrôle le trafic et la qualité de service

OMC-S (Switch) : Supervision des données relatives à l’exploitation et la maintenance du NSSDétecte et corrige les anomalies

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