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La téléphonie mobile est une infrastructure detélécommunication qui permet de communiquerpar téléphone sans être relié par câble à uncentral.
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TELEPHONIE MOBILE
Première génération
TELEPHONIE MOBILEHISTORIQUE
Ericsson 450
Ericsson 900
Deuxième génération
TELEPHONIE MOBILEHISTORIQUE
Alcatel 9109HA
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.
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Deuxième génération avec GPRS
TELEPHONIE MOBILEHISTORIQUE
Il permet d'échanger des données à un debit d'environ 30kbit/s, ce qui a permis l'apparition du MMS
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TELEPHONIE MOBILEHISTORIQUE
Les technologies 2G, 2.5G et 2.75G utilise le même réseau, les opérateurs ont simplement ajouté des modules supplémentaires aux équipements existants.
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Troisième génération
TELEPHONIE MOBILEHISTORIQUE
La 3G atteint un débit pouvant atteindre 300 Kbit/sLa 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 HSDPAÉgalement appelé 3G+,Elle permet d'atteindre des débitsde l'ordre de 1Mbit/s
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Fonctionnement du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
Elle fonctionne sur la gamme de fréquence des 900 MHz.
Une variante appelée DCS (Digital Communication System) utilise la gamme des 1 800 MHz.
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Concept de cellule
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
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.✔
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
BTS : Appelé plus communément antenne-relais GSM, elle est en charge de la liaison radio avec les stations mobiles.✔
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
BSC : Le contrôleur de station de base BSC gère un ensemble de stations de base BTS.✔
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
✔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.
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
✔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
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
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.
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Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
Le HLR contient les informations caractérisantl'utilisateur lui-même:
IMSI identifiant de l'utilisateur stocké dans la carte SIM
l'IMEI identifiant du téléphone mobileMSISDN le numéro de téléphone ( +33 6 xx xx xx xx ).
les services et options souscrits par l'abonné.
HLR
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
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)
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Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
SMSC: Centre de service de messagerie, gère les SMS (envoi, réception, mise en attente)✔
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
EIR : Registre d'identification des Équipements. Il empêche l’accès aux terminaux blacklisté (mis sur liste noire) pour vol.✔
Architecture du réseau GSM
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
RTC: Réseau téléphonique commuté : c'est le réseau téléphonique français.✔
Concept de mobilité
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
Pour établir une communication, il faut savoir dans quelle cellule l'abonné se trouve.✔
C'est la fonction de gestion de localisation.⇨
Concept de mobilité
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
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
MOBILE
Zone de couverture
de la cellule
A
C
B
Puissance en dB
Temps
Cellule A cellule B
Cellule C
Sécurité de la communication
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
Authentification de l'abonné avant l'accès à une communication (HLR).⇨
Le cryptage des communications (chiffrement par l'algorithme A5/1).⇨
Partage des ressources radio
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
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.
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Multiplexage fréquentiel
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
Le GSM opère dans la bande des 900 MHz, où 2 fois 25 MHz de bande ont été alloués.✔
124 Fréquences⇨
Multiplexage temporel (TDMA)
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
Chaque canal est divisé en intervalles de temps (IT) appelés slots durant 0.5769 ms.✔Un slot accueille un élément de signal radioélectrique appelé burst.
✔L’accès TDMA (Time Division Multiple Access) permet de partager un canal entre différents utilisateurs.✔
Multiplexage temporel (TDMA)
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
1010110011110001110000111111001111001011111100111000001111110011111001111110101
Communication numérisée :
1000101010101101010101111010101100110011010111101000101011101010010101010010
Trame TDMA1010110011110001110000111111001111001011111100111000001111110011111001111110011111011011010111011110101101101101111000011111100111100101111110011101111...
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...
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Réutilistation des fréquences
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
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.
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Exemple de motif à 3 cellules
Broadcast Channel et handover
TELEPHONIE MOBILEFONCTIONNEMENT
Chaque BTS émet en permanence des informations sur son canal BCH (Broadcast Channel) appelé aussi voie balise.✔
Il garde aussi en mémoire les fréquences des 7 BCH de puissance inférieure.✔Mise en route du mobile
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).✔
Mise en veille
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).
✔Mobile en communication
Deuxième génération
TELEPHONIE MOBILEEVOLUTION DU GSM ET 3G
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.✔
Occupation des bandes de fréquences
TELEPHONIE MOBILEEVOLUTION DU GSM ET 3G
GSM900 DCS 1800
UMTS (3G)
Le réseau de téléphonie actuel
TELEPHONIE MOBILEEVOLUTION DU GSM ET 3G
Débits moyens des différentes normes
TELEPHONIE MOBILEEVOLUTION DU GSM ET 3G
9 kbit/s
30 kbit/s
100 kbit/s
300 kbit/s
1 Mbit/s
28 Mbit/s
100 Mbit/s
1 Gbit/s
Évolutions futures
Architecture d'un réseau LTE
TELEPHONIE MOBILELA 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.⇨
Terminaux compatible LTE « 4G »
TELEPHONIE MOBILELA LTE ARRIVE ...
IPHONE 4G
HTC EVO 4G
En cours de test sur le réseau LTE de l'opérateur
américain⇨
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