Universit AntonineFacult des Ingnieurs en Tlcommunications, Informatique, Rseaux et Multimdias.

Stage Mastre en Entreprise (SME)Discipline : Technologie Mobile 4Gpp.

Implantation du Sy stme U MTS dans linfrastructure G SM & Intgration des infrastructures de UMTS et celle du PSTN

Etudiant :

Rabih SLIM INF867

Responsables : Dr. Joseph FARES Dr. Chady ABOU JAWDE1

A man is what he thinks about all day long Ralph Waldo Emerson

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A Dieu qui a accompagn ma journe avec les bon succs, et qui ma ouvert la porte pour lespoir et la croyance que je suis capable de tous.

Remerciements

A lancien Doyen Dr. Pierre GEDEON, qui ma beaucoup encourag et qui ma aid croire que rien est impossible et au Dr. Paul GHOBRIL le Doyen actuel qui stimule notre esprit scientifique et narrte pas nous inspirer tout en nous traitant comme des fils et des frres et avec une humilit incroyable.

A lassociation de tous les enseignants surtout les enseignants de loption Tlcommunications, Internet et rseau qui nous ont inspir beaucoup et donn la majorit de leur temps pour que nous puisse profiter le mieux de la spcialit OTR, je cite certainement Dr. Joseph FARES qui ma offert lopportunit de faire ce stage durant lt.

A lIngnieur et lami Wadih Aleco HABIB (UPA ALUMNI) qui ma offert lopportunit de travailler avec lui pour la compagnie TELESTEEL qui installe les quipements de la technologie 3G pour la compagnie MTC client de HUAWEI.

A mes parents Antoine & Thrse SLIM et mes frres lIngnieur civil Ramy SLIM, et Joseph SLIM que je souhaite le bonheur et le succs permanent, en plus jaime remercier mon cousin Georges SLIM et sa femme Rita Aziz SLIM, A lAbb Hanna SLIM (R.I.P), mon oncle Joseph SLIM et sa femme Claudine ASMAR, Dr. Rima SLIM, et au Dr. Damian KATTAR, sans vous la traversede cette longue journe tait beaucoup plus difficile.

Jaimerai aussi remercier en plein cur Marie R. AOUN pour avoir me donner le plaisir de sa rencontre, la joie dentendre sa voix douce, un grand motif et de linspiration, ainsi mes amis Mr. Tony FARES, Elie SOUEIDY, Rabih HALLAGE, Mike Bou MADI pour leur support et leur encouragement.3

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Table de matiresINTRODUCTION.....7 Problmatique..8 I- ETUDE THEORIQUE I-1. Problmes de la Communication mobile et leurs solutions..9 I-2. Thories de la Propagation des Ondes.15 I-3. Rseau GSM....19 I-3.a. Base Station Subsystem (BSS).22 I-3.b. Network Switching Subsystem (NSS).26 I-3.c. Operation and Maintenance Subsystem OSS...29 I-3.d. GSM Network Areas ou GSMNA...30 I-3.e. la Station Mobile ou Mobile Station (MS)...31 I-3.f. Les identits et Codes des souscriptions dans GSM.37 I-3.g. Les interfaces ouvertes du BSS39 I-3.h. Les canaux Logiques de contrle ou Logical Control Channels..47 I-3.i. Enregistrement, Authentification et mise jour de la position.49 I-3.j. Hand Over dans GSM...51 I-3.k. Avantages et Inconvnients du GSM...56 II- ETUDE PRATIQUE ET APPLICATION II-1. Rseau GPRS (Global Packet Radio Service)...57 II-1.a. GPRS et Commutation de paquets..57 II-1.b Allocation dynamique et partage des ressources.58 II-1.c Mode daccs, dbit de transfert et taxation.58 II-1.d Codage et Qualit de Service (QoS)....59 II-1.e Infrastructure et Contextes GPRS....59 II-2 Rseau UMTS (Universal Mobile Telecom System)..62 II-2.1 Modes dopration (FDD/TDD)..63 II-2.2 Architecture du rseau UMTS.64 II-2.3 Code Division Multiple Access (CDMA)....67 II-2.4 Hand Over dans UMTS ......71 II-3.A. Planification des sites UMTS.....72 II-3.B. Ingnierie des sites UMTS 74 II-3.1.Guide sur les Antennes RF......75 II-3.2. Mise en place et rglage des paramtres pour Antenne RF78 II-3.3. Mise en place et rglage des paramtres pour le MICROWAVE84 II-3.4. cblage pour les antennes pour les antennes RF et IF....87 II-3.5. Installation du NodeB ou BTS dans GSM..91 II-3.5.a. caractristiques du NodeB ou BTS3900..94 II-3.5.b. unit de Bande de Base ou BBU..945

II-3.5.c. RF/WRFU ou unit de filtrage Radio pour WCDMA.98 II-3.5.d. FAN UNIT ou unit de ventilation..99 II-4. Quelques difficults rencontres dans ce projet ...101 II-5. Intgration des infrastructures, Conclusion et Perspectives pour lavenir...102 III- Rfrences104 IV- Listes des images.108 V- Resum /Abstract .........110

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INTRODUCTIONDue lavancement des technologies mobiles les systmes cellulaires sont entrain dtre convertis de la 2me gnration qui a t dploye au liban durant les annes 90, vers la 3me gnration puis la 4me gnration qui est entrain dtre tudie pour un dveloppement futur. La 2me gnration mobile est une technologie efficace mais elle prsente beaucoup de problmes dont on cite : pour la capacit celle de la 2G est limite par la distance de rutilisation des frquences qui est au moins 4 cellules, ce qui est due au problme dinterfrence, par contre pour la technologie 3G plusieurs cellules voisines peuvent utiliser la mme frquence et linterfrence ne prsente plus un problme tout en augmentant la capacit du rseau. le dbit maximal atteint par les mobiles dans un rseau 2G est de 9.6 kbps, par contre pour le rseau 3G le dbit est 200 fois beaucoup plus grand soit de 1.8 Mbps. du au partage des ressources chaque bande de frquence dans la 2G est subdivise 7 intervalles de temps ou Time Slots, dont chaque TS est allou un appel unique ce qui limite le dbit, mais pour le 3G tous les utilisateurs peuvent utiliser dans une zone la mme frquence, lquipement mobile est identifi selon le code et non pas selon sa position spatio-temporelle. Lvanouissement multivoie prsente un problme srieux pour la technologie 2G en provoquant lattnuation et parfois la perte du signal reu, mais dans 3G lquipement de lutilisateur utilise les signaux parvenant des diffrentes utilisateurs pour construire un signal plus optimal et plus fort. Pour ce qui concerne le HandOver, le basculement dune cellule de service vers une autre cellule ncessite un changement de frquence dans 2G, mais pour 3G le Hand Over reste en connexion avec la cellule source et les autres cellules voisines utilisant la mme frquence et accumule leurs divers signaux pour maintenir une connexion permanente tout en appliquant un changement imperceptible de la cellule. Enfin le GSM 2G supporte par dfaut la transmission de la voix en mode circuit, mais la technologie 3G implmente la mode circuit pour la voix et la commutation en mode paquet pour les donnes avec des dbits de transmission haute vitesse. [1][2][3][4][5][6][7]

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ProblmatiqueEn faite la technologie UMTS (3G) va tre une extension du GSM traditionnel dj install au Liban alors la problmatique simpose durant lintgration de ces 2 nouveaux technologies en laissant les antennes et quelques matriels de la 2G intactes tout en effectuant des changements majeurs et importantes aux quipements des sites et en installant des nouveaux antennes

sectoriels et liens pour supporter la transmission de donnes. Dans ce projet on va parler des aspects thoriques et pratiques des 2 technologies 2G et 3G, on va ensuite dtailler les procdures de planification et dinstallation de la nouvelle technologie UMTS (3G) qui va prendre place comme une extension de la 2G , puis la 2me chose dintrt est dtudier le moyen dintgration entre les 2 infrastructures Mobile et Tlphone fixe (4G), afin de permettre au trafic de donnes dans une cellule capacit engorge dutiliser linfrastructure du tlphone fixe (FTTH) pour circuler vers une autre voie du faisceau hertzien vers labonn, ceci va poser le problme dinstallations des quipements capables de convertir le codage et lencodage des paquets entre les 2 rseaux de nature diffrentes, on note aussi les paquets ddis vers le mme quipement dans la voie descendante Downlink peuvent circuler ou bien sur linfrastructure FTTH, ou bien tre transmise vers une autre cellule diffrente recouvrant la mme zone de service de lquipement mobile.

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I- ETUDE THEORIQUEAvant de se plonger dans les dtails pratiques concernant linstallation et la planification dun rseau mobile, on doit au premier expliquer comment a dbut le rseau mobile surtout pour la technologie de la 2me gnration qui a eu lieu au Liban, ses caractristiques, ses avantages et ses inconvnients, en plus on parle un peu du GPRS qui a commenc voluer cette technologie, ensuite on commence parler thoriquement aussi de la nouvelle technologie 3G (UMTS), qui a rvolutionn le principe de la communication mobile en bouleversant les conventionalits de la communication sans fil, par une nouvelle approche tout en citant les avancements de la communication par paquets qui essaient de remplacer totalement la commutation par mode circuit, en transformant les quipements des terminaux identifis par leur IP et se bnficiant des techniques de routage pour assurer une transmission des donnes et de la voix plus adquate et des hautes vitesses.

I-1. Problmes de la Communication mobile et leurs solutionsI-1.a. Attnuation et perte de route :La perte de route prendra lieu souvent lorsque la distance entre lmetteur et le rcepteur devient trs grande que le signal ne sera plus perceptible par les 2 partenaires de la communication, dautre part une cause majeur de cette perte peut tre lattnuation provoque par les objets ambiants, et les zones couvertes darbres ou bien des btiments, dans ce cas pour viter la rupture de la connexion, lappareil mobile se communiquant doit tre transfre vers une autre cellule de service plus atteignable. Pour lattnuation on cite aussi lattnuation du signal dans les cbles coaxiaux alimentant les antennes sectorielles cause de leur grande longueur ou bien dune mal installation.[8] au dessous on calcule la puissance reue Pr en fonction de la puissance transmise Pt et la constante K, et on remarque quelle est inversement proportionnelle la distance entre metteur et rcepteur d.

[9]9

I-1.b. Affaiblissement multivoie :Laffaiblissement multivoie aura lieu lorsque le signal se propageant de la source se rflchit sur plusieurs obstacles avec des angles diffrents, et les obstacles tant ou bien proches ou bien loigns du destinataire, alors lappareil rcepteur ne reoit plus un signal unique, mais un ensemble des signaux en dphasage et en diffrence damplitude, cette diffrence de phase provoque la distorsion et lattnuation du signal acquis par le rcepteur.[9] un des types daffaiblissements multivoies est le Rayleigh Fading, ceci est caractris par une rflexion de londe sur des obstacles proches du rcepteur alors les ondes arrivent uniquement avec une diffrence de phase. pour rsoudre le problme daffaiblissement multivoie on installe une antenne Space D iversity ou Polarization D iversity, mais le second a prouv davoir une meilleure performance dans ce cas.

o Saut de Frquence :Afin de lutter contre laffaiblissement multivoie, on remarque que le phnomne dvanouissement arrive pour diffrentes frquences dans des diffrents milieux, cest pour cela les ingnieurs ont adopt la mthode de Saut de F rquence, ca veut dire que durant la communication, le mobile et le Transciever changent les frquences ascendantes et descendantes afin de minimiser lvanouissement, on a 2 types de saut de frquence, saut de frquence lent ou Slow Frequency Hopping SFH, et le saut rapide Fast Frequency Hopping FFH, le premier type a t trouv plus performant cause de la rduction des intervalles de silence ou Blanking Intervals, qui risquent de provoquer une perte dinformations dans le IT ou Burst, et qui recommande la fonctionnalit de corrlation pour reconnaitre le signal par les 2 points se communiquant. [10] Afin dassurer une bonne synchronisation, un oscillateur de Crystal doit tre embarqu dans lappareil mobile. Le saut de frquence est effectif surtout pour des dbits de transfert relativement petits, le changement de frquences se fait dune manire pseudo-alatoire ce qui rend la communication plus scurise et immune contre le parasitage ou Jamming. Favorable surtout dans les applications militaires.[11]

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Figure I.1 Affaiblissement Multivoie

I-1.c. Attnuation par obstruction:Lattnuation du signal par obstruction, aura lieu lorsque lappareil mobile se dplace entre des obstacles comme les collines, les arbres ou bien les btiments, ceci provoque un ensemble dvanouissements brusques et brefs du signal ce quon appelle Fading Dips.

Figure I.2 Obstruction et Reflexion

o Space Diversity :Pour lutter contre ce problme on devra installer une antenne Space Diversity, qui travaille avec 2 metteurs au lieu d1 seul, cest du fait que la probabilit quun Fading Dip, attaque les 2 antennes en mme temps est trs minime, un autre avantage est davoir une redondance de transmission alors si une antenne tombe en panne lautre restant en fonctionnant nous assure une continuit de transmission, ce qui est crucial pour une antenne servant un Back Bone. On note que lespacement des 2 antennes doit tre /2, alors pour le GSM 1800 MHZ, on a lavantage de raccourcir la distance entre les 2 antennes mais linconvnient est loccupation despace et le risque de destruction durant les orages dhiver.[12]

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o Polarization Diversity :Un autre type dantennes est le Polarization Diversity, ce type est form dune antenne unique a taille modre et caractris par une double polarisation, on note que la polarisation dfini le plan dans lequel vibre le vecteur du champ lectrique E, pour cette antenne les 2 plans forment un angle de 90 degr, cette antenne aussi rduit lespace exige et double la capacit dune cellule, le gain additionnel apport par le Space Diversity, par rapport a ce type est ngligeable, mais en cas dune panne la transmission se rompt dans la zone de sa couverture. Les antennes diversit de polarisation sont effectives pour laffaiblissement multivoie (voire b. A ffaiblissement Multivoie) mais ils prsentent des problmes concernant lintermodulation quand la capacit devient surcharge.[12]

Figure I.3 Space Diversity Figure I.4 Polarization Diversity

I-1.d. Alignement du temps:Chaque station mobile est alloue dans le systme GSM et durant un appel deux bandes de frquences une pour la voie ascendante et lautre pour la voie descendante Uplink e t Downlink et chaque frquence accommode 8 intervalles de temps ou Time Slots TS, et un appel occupe une tranche horaire unique ou un seul intervalle de temps, alors chaque paire de frquences peut servir 8 communications simultanment. Durant un appel le Burst ou le bloc dinformations consacr pour la communication entre 2 terminaux doit arriver pendant le temps rserv pour occuper son exacte tranche horaire, le problme dalignement de temps survient quand le signal prend une plus longue dure dpassant son temps rserv avant datteindre la12

station mobile et sinterfre avec un autre signal dans une tranche horaire ddie une autre communication.[13]

o Avancement du Temps (Time Advance) :Afin de remdier le problme dalignement des intervalles de temps, le mobile envoie vers la station une pulsation contenant la date dmission, la rception la station BTS, compare le temps de rception celui dmission vis au rsultat de calcul la station prvoie que les informations risquent de ne pas atteindre la tranche horaire ddie la communication alors le mobile sera forc de transmettre plus tt, de cette manire le bloc dinformations sera reu dans son domaine temporel correcte.[14]

I-1.e. Dispersion du temps:Ce problme arrive lorsque le signal prvenant de la station metteur-rcepteur BTS, se rflchit sur des obstacles proches de la station mobile et arrive en plusieurs versions, ceci provoque linterfrence des bits, le mobile narrive pas discriminer les bits qui sont errons de ceux qui sont correctes. Ce problme persiste plus dans un rseau GSM que dans un rseau UMTS, parce que le dernier possde lavantage dun rteau ou Rake Receiver, implment dans lappareil mobile qui permet de discriminer les divers signaux par des versions retards du code de rgnration (on va parler sur les dtails dans les parties qui suivent). Dautre part les recherches dans [15] ont dmontr que si la station mobile est trs loigne du BTS et mme si la grande distance provoque lattnuation du signal mais elle engendre des pauvres conditions pour avoir une dispersion du temps, en revanche le signal sera rflchie sur des obstacles plus loigns et ils seront trs attnus dune manire subsidier linterfrence lorsquils se rencontrent au point dacquisition, mais les antennes intelligents directives embarques dans les mobiles peuvent raboutir cette causalit en amplifiant ce signal. Pour corriger les bits errons :

o Egalisation Adaptive (Adaptive Equalization) :Afin de corriger les erreurs dues au problme de dispersion, le BTS ordre le mobile dajouter une squence de bits appele squence de trainage, on note que lensemble de squences est connu simultanment au mobile et la station metteur-rcepteur, larrive des bits si des erreurs ont13

eu lieu dans la squence on suppose que la distorsion a affect simultanment la squence et les informations utiles, en utilisant un Viterbi E qualizer, et tout en prenant avantage de notre connaissance de ce qui a arriv la squence on pourra estimer quels bits dinformations utiles ont t affects et alors rectifier les erreurs. Puisquon parle dune estimation cette solution nest pas prcise 100% mais elle nous apporte un rsultat satisfaisant.

I-1.f. Attnuations multi-causes:Souvent la perte et la dformation des donnes arrivent causes multiples simultanment, dont on a cit dj, alors plusieurs solutions doivent sexcuter ensemble pour reconstruire le signal, on note que le niveau de rception doit tre toujours suprieur ou gal un niveau seuil appel niveau de sensibilit du rcepteur sinon, la transmission risque dtre perdue.

o Correction des erreurs de Transmission : A cause des plusieurs raisons cits dj les bits transmis dans le faisceau hertzien peuvent devenir perdus ou errons, cest pour cela la communication mobile utilise des mcanismes afin de retrouver les informations. Codage du Canal : utilise la mthode de calcul de redondance cyclique ou CRC, cette mthode est efficace pour la correction d1 seul bit, mais seule elle est inadquate car les erreurs peuvent avoir lieu pour une longue dure comme durant une chute de puissance pendant lvanouissement, pour cela elle doit tre implmente avec un autre mcanisme appel Interleaving.[17] Interleaving : Cette mthode relocalise sparment les bits de chaque intervalle de temps afin dviter un grand taux de perte durant lvanouissement, en loignant la position temporelle des bits correspondante chaque Burst, ou bloc dinformations elle emploie une dtection postrieure des erreurs ou Forward Error Check FEC. Le Interleaving, ajoute une latence la dure de transmission cause de lexcution dun algorithme spcial.[16][17]

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I-2. Thories de la Propagation des OndesLe facteur dattnuation est trs critique dans la propagation des ondes radio, le facteur qualit sur bruit (C/N) doit tre acceptable dune manire permettre 2 bouts de se communiquer dune manire adquate. On va parler un peu de la thorie de propagation concernant la polarisation de londe, propagation libre des ondes et propagation terrestre, etc

I-2.a. Polarisation des ondes :La polarisation dfinie le plan de vibration du vecteur champ lectrique E, la polarisation physique de lexcitateur de lantenne affecte la polarisation de londe. On cite que londe peut tre polarise verticalement, horizontalement ou circulairement alors que le champ lectrique vibre respectivement dans un plan vertical, horizontal ou varie sur une trajectoire circulaire. Si dans une vibration circulaire lamplitude varie alors la polarisation devient elliptique.[18]

Figure I.5: Polarisation des Ondes

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I-2.b. Propagation libre et dans lespace:La propagation libre est primordiale surtout pour les ondes dans les bandes millimtriques et centimtriques UHF et VHF, pour permettre une communication sans rupture surtout pour les liens micro-ondes utiliss pour alimenter les sites de communication mobile. Pour ce type de connectivit, et surtout que le faisceau donde est subdivis en plusieurs zones appeles zones de Fresnel, la premire zone doit tre dgage de tout obstacle pour avoir une transmission sans perte en faite cette zone renferme 80% de la puissance totale rayonne. Surtout que pour ces hautes frquences mme les obstacles minimes prsentent des srieux problmes dabsorption.

Figure I.6: zone de Fresnel

Figure I.7: calcul de la zone de Fresnel

Pour trouver la zone de Fresnel, les 2 antennes S et P sont les 2 antennes en lien directe, lquation de la zone de Fresnel est donne par MS+MP=/2 SP+ pour un point M quelconque sur la lobe. On parle aussi de la visibilit optique entre les 2 antennes qui est mme limite cause de larrondissement de la terre, celle-ci est alors calcule par :

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On note quune partie du flux rayonn sera projete vers lespace, alors durant son parcours et puisque lindice de rfraction dans latmosphre dcrois avec laltitude, alors si la frquence est < ou gale la frquence critique 36 MHZ, londe subit un ensemble de rfractions lui ramenant vers la terre. Sinon londe traverse tout latmosphre et ne retourne jamais cest pour cela les communications avec satellites exigent des frquences au-del de 36 MHZ. Finalement on note quune partie des ondes se rflchit sur la terre, et une fraction de cette partie sera mme absorbe surtout si la nature du terrain est mtallique, ce type dondes est appel ondes terrestres. En retournant au sujet des ondes spatiales on note que les couches ionises dans latmosphre jouent le rle dun conducteur en absorbant une partie du flux E.M. tout en la transformant en un courant local. Alors pour calculer lintensit de cette attnuation on se serve de la formule suivante :

Avec A le coefficient de proportionnalit, N la densit des lectrons, le nombre des collisions lectroniques avec les molcules neutres par seconde, la distance traverse

et f la frquence. On remarque que le facteur dabsorption est inversement proportionnel au carr de la frquence pour cela les hautes frquences seront affectes davantage.

I-2.c. Propagation dans les objets et les obstacles:En principe pour que londe puisse traverser un obstacle sans attnuation il faut que la longueur donde de londe soit plus grande ou gale lpaisseur de lobstacle. Cest pour ce raison que la propagation des ondes hautes frquences est beaucoup plus critique et exige une visibilit directe entre les antennes, parce-que mme les feuilles darbres peuvent prsenter un problme important. Les antennes UHF et VHF sont dsormais installs sur les toits des hauts immeubles pour schapper tout blocage du signal. Par contre les ondes basses frquences prsentent lavantage de pouvoir pntrer les zones btis ou boises. Dautre part et puisque la dimension dun diple rayonnant par thorie est gale celle dune demi-longueur donde, alors les hautes frquences

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possdent lavantage davoir des antennes dimensions modres et petites, au contraire des ondes myriamtriques qui servent des dimensions plus grandes. On note que pour un conducteur on parle de la notion dpaisseur de peau ou profondeur de pntration du vecteur champ lectrique lintrieure dun objet conducteur note par , et elle est exprime par la formule suivante :

[19] Avec w la pulsation, la permabilit magntique et la conductivit.

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I-3. Rseau GSM (Global System for Mobile communications)o Introduction lArchitecture du Rseau Mobile :Lunit centrale et de base du systme mobile est la cellule, elle est appele ainsi le BTS ou Base Transceiver St ation, elle possde toutes les fonctionnalits de couverture radio, pour les abonnes et elle est alloue une bande de frquences, qui ne doit pas tre utilise par des cellules voisines. La distance maximale permise entre la cellule et les abonns est de 35 km, en dautres termes cest le rayon maximal de couverture que peut avoir la cellule, mais en ralit la taille de la cellule doit tre ajuste selon la densit des abonns et les caractristiques du terrain. Alors pour une densit populaire trs grande ou pour une zone btie ou prsentant des collines, la zone de couverture dun BTS sera relativement petite. Pour chaque communication ou appel le BTS et le mobile on besoins de 2 paires de frquences une pour la voie ascendante Uplink, du mobile au BTS et lautre pour la voie descendante Downlink, dans le sens inverse. La diffrence entre les 2 frquences dextremit dune seule voie, nous donne la bande passante, alors que la diffrence entre la frquence infrieure dune voie et celle de lautre voie ou direction est appele distance duplex.

Figure I.8: FDMA & TDMA

Le GSM travaille simultanment sur 2 modes FDMA et TDMA, c..d. multiplexage frquentiel et temporel, alors que chaque cellule est alloue un ensemble de frquences et chaque frquence peut servir 8 appels simultanment par distribution temporelle sur des intervalles de temps. Alors la capacit dune cellule est gale 8 fois le nombre de frquences, et on obtient le taux dappels quelle peut supporter. Si on a eu un engorgement de capacit, ou bien une attnuation de la19

puissance de rception, le mobile sera transfr vers une autre cellule, cette procdure est appele Hand-Over.

Figure I.9: Hand-Over

Chaque oprateur est donn un nombre limite de frquences qui doit les distribuer sur toute sa zone de couverture, pour amliorer lemploie des ressources, une mme frquence peut tre utilise plusieurs fois sur la zone de couverture de loprateur condition que la distance entre 2 cellules utilisant cette mme soit suffisante du fait que la proximit provoque linterfrence entre les 2 cellules alors le signal devient distordu, et ceci affecte directement la qualit des appels. La distance minime entre 2 cellules utilisant la mme frquence est appele Distance de Remploie de Frquence ou Frequency Reuse Distance, dans GSM elle est au minimum gale 4 cellules.

Figure I.10: frequency Reuse Distance - distance de remploie de frquences

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o Introduction aux interfaces :Le GSM est subdivis aux 3 sous systmes indpendants et interconnects ensemble par le moyen des interfaces, cest du fait que le GSM est un systme non centralis, alors par exemple les informations de taxation concernant un appel tlphonique dirig par un BTS restent dans le BSC Base Station Controler, li ce BTS. Alors en bref les sous systmes sont : Network Sub System (NSS) : responsable essentiellement du routage et localisation de labonn. Base Station Sub System (BSS) : gestion des ressources et couverture radio. Operation and Maintenance Sub Sy stem (OMS) : Administration et Maintenance du rseau.

Les interfaces sont les suivantes : A-Interface entre NSS et BSS Air Interface ou Um-Interface entre le BTS et la station mobile.

On note que ces interfaces sont ouvertes pour permettre loprateur la possibilit dimplmenter des produits provenant de diffrents fournisseurs.

Figure I.11: Interfaces BSS et GSM

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I-3.a. Base Station Subsystem (BSS)Le BSS est constitu des lments suivants : o Le TransCoder TC o Le Base Station Controler BSC o Le Base Transceiver Station BTS

I-3.a.1 Base Transceiver Station BTS:Le BTS correspond lensemble dmetteurs Rcepteurs ou Transceivers, et les antennes gnralement le BTS est plac au centre dune cellule, plusieurs BTS peuvent tre contrls par un seul BSC, mais chaque BTS couvre une seule cellule et linterface qui relie le BTS au BSC est appele le A-Bis interface. La taille dune cellule est dfinie par la puissance dmission du BTS, le nombre des Transceivers dans un BTS peut tre ajust de 1 jusqu' 16 selon la densit des abonns dans une rgion. Donc les fonctionnalits principales du BTS sont :

o Modulation du signal provenant de lantenne micro-onde, et dans le GSM la modulation utilise est le GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). o Cryptage des communications, et multiplexage temporel et frquentiel. o Alimentation des antennes RF au moyen des Feeders. o Transcodage et adaptation du dbit. o Synchronisation de la frquence durant le Frequency Hopping, et de lintervalle du temps Time Slot TS durant lavancement du temps, ou Time Advancing. o Echantillonnage de la voix par Full Rate ou Half-Rate Codec. o Dcodage, dcryptage et galisation des signaux reus. o Dtection daccs alatoire. o Mesures des rapports de puissance concernant les canaux de la voix ascendante.

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Figure I.12: BTS

Cell ID, Location Area ID LA et Zone de couverture dun BTS :

La cellule est la zone couverte par un seul BTS, elle est en faite affect dune identit qui la discrimine des autres cellules du rseau, cette identit est le CGI ou Cell G lobal I dentity, ou bien identit globale de la cellule. La taille de la cellule dpend de la puissance utilise, la forme de couverture dpend du type dantenne utilis. Le CGI est une identit essentielle pour localiser labonn, mais on dfinit aussi le Location Area LA, qui est une zone couverte par un seul ou plusieurs BTS tous grs par le mme MSC, dans le cas o un abonn est appel il est indispensable que le MSC sache sur quelle LA se trouve labonn pour quil puisse diffuser la signalisation de lappel au moyen du canal correspondant qui est le PCH ou Paging C hannel. Le LA est temporairement mis jour et dans le cas ou la station mobile change sa position cette procdure est appele Location Update, elle est uniquement produite si la station mobile est libre, Idle c.--d. lorsque labonn a une couverture radio et il est inscrit dans le rseau mais il nest pas engag dans un appel. Pour les zones de couverture, le BTS nest pas le centre exact de la cellule que lorsquon parle dune cellule omnidirectionnelle, ce type nest utilis que dans les zones faible densit23

de population. Par contre dans les villes et les zones trop peuples on est besoin des antennes sectorielles et le BTS dans ce cas alimente simultanment trois secteurs par 3 antennes installes sur le mme niveau et chacun servant 120 degr de couverture avec 360 degr en totalit. De mme pour ces rgions quelques zones schappent parfois de lmission et seront considres comme zones noires ou de silence radio, alors pour les servir dune manire adquate on utilise aussi des antennes omnidirectionnelles. Pour les autoroutes surtout que les abonns se dplacent rapidement, 2 antennes seront installes formant un angle 180 degr pour viter les Hand-Over successifs.

Figure I.13: Zones de couverture

Les diffrentes zones de couverture sont subdivises selon leur taille : o Pico-Cellule : limite par des blocs dimmeubles situs en voisinage, ou bien lintrieur d1 seul btiment. Pour la couverture locale et surtout lorsquon a relativement un grand nombre dabonns dans une rgion gographique trs petite, la puissance de rayonnement est minime. o Microcellule : limite par une zone urbaine ou une ville, la distance de couverture est de 300m jusqu' 1 km, pour un ensemble des immeubles situs en voisinage. La puissance de rayonnement est de quelques watts. o Macro cellule: tale vers les zones suburbaines, par consquent la puissance dmission est relativement grande, ce type est gnralement install sur les toits des immeubles pour une large couverture, la puissance moyenne est de 10 w environ. o Et globale qui est couverte par un satellite et non plus par un BTS. [20][21]24

I-3.a.2 Base Station Controller BSC:Le BSC assure le contrle et la gestion des ressources radio pour 1 BTS ou plusieurs BTS, il est lintermdiaire de communication entre le Mobile St ation et le MSC, il convertit le dbit de la voix de 13 kbps utilis sur le lien radio vers 64 kbps compatible avec le rseau fixe PSTN ou Public Switched Telephony Network, le BSC quand mme a pour rle de grer le Hand-Over entre 2 cellules sous son contrle. Durant un appel il contrle et surveille la puissance de transmission entre BSS et la station mobile, en plus il alloue des ressources comme un canal pour le trafic de la voix et ainsi un intervalle de temps dans ce canal sera ddi pour une communication spcifique. Lorsque lappel est termin le BSC libre les ressources, en gnral cest un commutateur haute capacit. Le BSC se communique au MSC par lA-ter Interface. Dautres fonctionnalits sont :

o Rallocation des frquences pour les BTS o Gestion et mesure de puissance des BTS o Mesure de dlai des signaux provenant des stations mobile pour bien affecter lavancement du temps pour le IT o Fournir une interface pour le OMC ou Operation and Maintenance Center. o Contrle du saut de frquences pour lutter contre le Rayleigh Fading.[20]

I-3.a.3 Transcodeur TC:Le transcodeur ou Transcoder, convertit le dbit de la voix parvenant du PSTN ou du MSC en gnral de 64 kbps vers 16 kbps adaptable pour une modulation efficace sur le UM ou Air Interface, inversement les bits parvenant du BTS et dirigs vers le MSC seront convertis du 64 kbps vers 16 kbps.

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I-3.b. Network Switching Subsystem (NSS):Le NSS comme on a dj mentionn a pour but principal, le routage des appels, alors la voix et les donnes commuts en mode circuit, seront dirigs vers un autre abonn se trouvant vers le mme rseau mobile ou bien sur un autre rseau si ncessaire. Le NSS assure la localisation des abonns, leur authentification ainsi que la scurit des donnes. Ces taches seront accomplies en se servant de plusieurs units attaches au NSS, et qui sont : o MSC ou Mobile services Switching Center. o HLR ou Home Location Register. o VLR ou Visitor Location Register. o AUC ou AUthentication Center. o EIR ou Equipment Identity Register.

Figure I.14: NSS

I-3.b.1. Mobile services Switching Center MSC:Le MSC assure la commutation digitale des appels entre abonns sur rseau mobile ou fixe, ou bien mme sur les 2 rseaux. Les donnes traites par le Transcodeur arrivent au MSC travers lA-Interface. Alors les fonctionnalits principales du MSC sont les suivantes : o Routage et commutation des donnes et de la voix. o Contrle et maintenance des appels.26

o Envoie des signalisations pour les registres connectes pour la taxation et lauthentification. o Le GMSC ou Gateway-MSC, a pour but de router les appels vers un abonn inscrit dans un autre rseau mobile ou dans un rseau PSTN, en inspectant la base de donnes HLR ou Home L ocation R egister. Il suffit pour un MSC ordinaire dintgrer le logiciel convenable pour quil puisse se comporter comme un GMSC. o Pour bien assurer la surveillance, lauthentification et la scurit, des abonns et des donnes le MSC se servit dun ensemble de registres

I-3.b.2. AUthentication Center AUC:LAUC contient les informations concernant les souscriptions dans GSM, alors il fournit les informations dauthentification, de cryptage et la cl contenue dans le SIM CARD de labonn. Il assure alors le cryptage des communications, pour scuriser confidentiellement chaque abonn et protger le rseau contre les fraudes et les accs non autoriss. Pout permettre un abonn dutiliser le rseau il compare linformation enregistre dans le Subscriber Identity Module ou le SIM, avec celle sauvegarde dans son propre registre, si les 2 informations sont compatibles il aura un accs au rseau, si par exemple le SIM est vol alors la souscription sera dsactive. LAUC est une module connecte la base de donne HLR et elle la fournit des informations dauthentification et les cls de chiffre ou Cyphering Keys. [24]

I-3.b.3. Equipment Identity Register EIR:LEIR est une base de donnes contenant les informations sur la station mobile, en faite chaque quipement est identifi internationalement par une identit unique appele IMEI (International M obile E quipment Identity), cette base de donne est indispensable pour la scurit des quipements mobile, elle permet didentifier un quipement vol et dans ce cas il sera bloqu. On a 3 couleurs chacun indique ltat de la station mobile dune manire diffrente : o Gris : lquipement est suivi.27

o Noir : lEquipment en question est bloqu, (en cas de vol par exemple). o Blanc : lEquipment est valide et oprable. o Le registre EIR est optionnel dans le rseau GSM, et on note que le blocage de lquipement nest pas li au blocage du SIM. [25]

I-3.b.4. Home Location Register HLR:Le HLR base de donnes contenant toutes les informations de souscription dun abonn, elle est connecte au MSC et peut tre intgre ou bien installe comme une unit indpendante. Lorsque le MSC dtecte un abonn dans une zone de couverture cette base de donnes est interroge pour lacquisition des informations ncessaires pour ltablissement, la rception ou la terminaison dun appel. Le HLR se communique au VLR les informations ncessaires pour que ce dernier puisse tablir un profil temporaire contenant des donnes comme la position actuelle du mobile. Si le mobile est dans le Home Area, en dautres mots dans la mme zone du MSC, alors le MSC contacte le HLR pour tablir lappel, sil est dans une autre zone (Roaming) le MSC collecte les informations appropries du Serving V LR, ou bien le Visitor Location Register, contrlant la Location Area, dans laquelle se trouve labonn. Le profil dun abonn dans le HLR comprend, lidentit de labonn, linformation de localisation, les services supplmentaires et linformation de lauthentification. On cite quelques caractristiques du HLR [26] : o Extensibilit et qui est la possibilit dajouter des autres modules HLR, lorsque la capacit de lune est excde. o Support pour le Back-Up des donnes, tolrance des fautes et fiabilit. o Compatibilit avec diffrents types de rseau comme le rseau UMTS. o Bonne performance, et une rcupration rapide des informations. o Capacit enregistrer les donnes pour une authentification efficace.

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I-3.b.5. Visitor Location Register VLR:Le VLR est une base de donne intgre avec le MSC, elle sauvegarde temporairement les informations de souscription dun abonn actif sur le rseau. Le VLR tablit un profil temporaire des souscriptions des abonns se trouvant actuellement dans le Location Area, appartenant une zone servie par ce mme MSC. Pour faire ceci le VLR interroge la base de donnes HLR pour recueillir les informations sur un abonn qui a entr dans la zone de service du MSC, et par la suite il garde une copie des informations se trouvant dans le HLR et il met jour linformation de localisation par un Location Update. De mme le VLR informe le HLR de la nouvelle position de labonn. Aprs cette procdure le VLR peut commencer servir les appels entrant et sortant du client.[22][23][26] Afin de pouvoir router lappel labonn la zone de service du MSC/VLR est aussi enregistre dans le HLR, si le mobile se dplace vers un Location Area diffrent mais contrl par le mme MSC/VLR la mise jour se fait sur le mme MSC, si le mobile se dplace vers une autre zone MSC/VLR diffrente alors la mise jour se fait dans le rseau cur.

I-3.c. Operation and Maintenance Subsystem OSS:A pour rle essentiel, la gestion et ladministration du rseau et la rcupration des fautes et des erreurs, il est form de 2 lments principaux : o Operation and Maintenance Center OMC. o Network Management Center NMC.

I-3.c.1. Operation and Maintenance Center:LOMC est le centre de surveillance et de gestion de tout le rseau GSM, il assure les fonctionnalits suivantes : o La mise jour et/ou bien linstallation du logiciel appropri lors de limplmentation dun nouvel lment dans le BSS.

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o Gestion des pilotes des matriels, configuration des quipements, affectation des nouvelles valeurs pour les paramtres dopration des quipements, comme par exemple la variation de la frquence de rayonnement dune antenne, ou bien le changement de langle de couverture dun secteur. o Contrle et correction des erreurs et des fautes, et gestion des alarmes.

I-3.c.2. Network Management Center NMC:Le NMC assure le contrle de la performance et la surveillance de la qualit du service dans le rseau, les donnes collectes par les logiciels du NMC servent dtecter et analyser les problmes survenant dans la transmission et les connexions. Le NMC rempli les taches suivantes : o Dtection de saturation de la capacit dans une zone de service du rseau. o Surveillance de la qualit des appels, et calcul du ratio de rupture des appels, ou Dropped Call Rate ce phnomne prend place lorsque le mobile narrive plus trouver le TS ddi lui. o Evaluation statistique du temps dlimination des erreurs et des fautes.

I-3.d. GSM Network Areas ou GSMNA:Afin de faciliter la localisation dun abonn dans un rseau, la zone de couverture dun oprateur GSM est subdivise en plusieurs zones de lextrieur vers lintrieur, on commence citer la plus grande zone gnrale qui est le PLMN ou Public Land Mobile Network, qui est lespace de couverture de loprateur, jusqu' la plus petite zone o se situe labonn exactement et qui est la cellule. o Zone de service PLMN : cest la zone de couverture dun seul oprateur, et qui peut contenir plusieurs MSCs.

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o Zone de s ervice MSC/VLR : cest une zone contrle par un seul MSC, qui en son tour est connect plusieurs BSC et chaque BSC contrlant un ensemble de cellules, Le MSC peut tre atteint laide du VLR connect lui. o Location Area LA: cest un groupe de cellules contrles par un ou plusieurs BSC, chaque Location Area possde sa propre identit nomme Location Area Identity ou (LAI) . o La Cellule ou Cell-ID : cest la zone qui est gographiquement inscrite dans toute les zones qui prcdent, sa couverture se fait par un BTS, chaque cellule est identifie uniquement par un CGI ou Cell Global Identity. [27]

I-3.e. la Station Mobile ou Mobile Station (MS) :Larchitecture de lquipement mobile est compose de : o Un microprocesseur programm pour contrler la puissance dmission, excuter un ensemble de calculs et grer les ressources et la mmoire aussi il se communique avec le BSC pour bien grer lopration du Hand-Over. o Un amplificateur de puissance qui est presque la seule module devant ncessairement tre analogique et non pas numrique. o Un metteur et rcepteur ou TRX (Transceiver). o Une Antenne (actuellement micro-ruban grce la croissance des technologies Hyperfrquences).[28]

La station mobile intgre des quipements et des logiciels supportant la communication de la voix et ainsi des donnes. Le logiciel a pour but damliorer la qualit de la voix et de la transmission, il prend en conscience que le mobile utilise en mme temps une puissance suffisante mais lgrement faible surtout que le faisceau lectromagntique risque de provoquer des tumeurs cancreuses.

En GSM la station mobile est forme de 4 composants principaux :31

o Mobile Terminal (MT) : qui offre des programmes de support qui peuvent tre utiliss par nimporte quel service offert par la station, il est quivalent un terminal sur lextrmit dun rseau ou End Point. o Terminal E quipment ( TE) : cest un dispositif de priphrie et il offre des fonctionnalits lutilisateur hors des spcifications et des services du GSM. o Terminal Adapter (TA) : il a pour but de masquer les paramtres radio et leurs caractristiques hors de la vision de lutilisateur. o SIM-Card o u Subs criber I dentity M odule : qui est une bande magntique contenant une mmoire pour la liste des contacts, et des numros didentit comme ladresse numrique de la souscription, et le BSIC ou Base St ation Identity C ode, qui est le numro identificateur de loprateur avec lequel labonn travaille. Chaque quipement possde ainsi un nombre unique international appel IMEI ou International Mobile Equipment Identity.[29] Les fonctionnalits principales du mobile sont les suivantes : Gestion des canaux radio. Gestion de la mobilit. Control du flux de donnes. Protection contre les erreurs sur linterface UM. Modulation et codage de la voix. Etablissement des rapports de mesure pour le lien radio.[30]

I-3.e.1. Subscriber Identity Module (SIM):Le SIM-CARD est un module indispensable pour linscription de labonn dans le rseau, il est caractris par un numro identificateur unique et une fois le mobile est allum lutilisateur est identifi dans le rseau grce ce numro. Le SIM contient aussi un numro appel BSIC ou Base Station Identity Code, qui identifie loprateur qui fournit le service, alors cette identit sauvegarde sur la carte sera compare avec celle envoye par le BTS. Le SIM est transparent la station mobile et travaille indpendamment de elle32

ceci garantit une flexibilit et possibilit dutilisation de cette carte avec nimporte quelle appareil, ainsi la dsactivation du SIM nimplique pas le blocage du mobile et vice versa.

Le SIM sauvegarde les informations suivantes : ICCD : cest lidentification internationale du circuit intgr du SIM ainsi lidentification unique du compte de labonn. Elle est forme des sous parties suivantes. o Issuer Identification Number IIN (7 digits) Identificateur de lindustrie MII. Code du pays ou Country Code CC Identification du dlivrateur.

o Individual A ccount I dentification : cest lidentification unique du compte ayant un nombre de chiffres variable. o Nombre d e c alcul d e s quence : calcul en utilisant lalgorithme de Luhn. IMSI o u I nternational M obile Subs criber I dentity : Cest un numro qui distingue labonn non pas uniquement par son adresse numrique mais encore il le discrimine par le code doprateur chez qui la souscription se trouve. IMSI est form des blocs suivants : o Mobile C ountry Code M CC : qui est lidentit du pays dans lequel se trouve le fournisseur du service. o Mobile Network Code MNC : qui est lidentit de loprateur du rseau. o Identificateur de labonn : form gnralement de 10 chiffres. Authentication K ey K i : utilis dans le processus dauthentification de lutilisateur dans le rseau, il assure la fonctionnalit de cryptage pour scuriser le compte. LAI : le SIM sauvegarde ltat du rseau et la position actuelle de labonn laide du Location Area Identity LAI, si le mobile est remis 0, alors il consulte33

la dernire LAI sauvegarde rcemment sur la carte SIM, au lieu de perdre le temps rechercher toute la liste de frquences pour retrouver linformation. Mmoire pour les messages SMS, Advice of Charge et les Contacts : le SIM a pourtant la capacit de sauvegarder la liste des contacts et ainsi les messages courts SMS, ce qui donne lavantage scuriser des informations critiques sparment de la station mobile et si cette dernire tombe en panne ces informations ne seront pas perdus.[31][32][33]

Figure I.15: SIM - Card

I-3.e.2. Contrle de puissance (Mobile Station MS):Afin de maintenir une transmission adquate, la puissance dmission de la station mobile et celle du BTS doit tre continuellement ajuste. Alors le mobile et mme le BTS sont recommands doprer sur une puissance minimale et en mme temps suffisante pour maintenir une connexion permanente jusqu' fermeture de la session. Cest pour cela on dfinit 5 classes de puissance c.--d. 5 niveaux sur lesquels oscille lmetteur de la station mobile, et leurs valeurs sont 0.8, 2, 5, 8 et 20 watts. Chaque pas de variation du gain est de 2 dB, et lquipement est cens de minimiser le rayonnement lorsque les interfrences persistent, et inversement de lui augmenter quand lamplitude du signal reu de la part du BTS tombe au dessous du niveau de sensibilit critique. Lunit du rseau qui prend en charge la dcision de varier la puissance entre mobile et BTS est le BSC,

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cest pour cela le mobile mesure toujours lintensit du signal, et la qualit ( laide du BER ou Bit Error Rate) et communique ces informations au BSC. [34][35]

I-3.e.3 Power Saving Methods ou M thodes dconomisation d nergie (MS):A cot du contrle de puissance, on a dautres mthodes de minimisation de la consommation de la batterie dans lappareil mobile dune part et lintrt principal dans les systmes cellulaires est la minimisation de linterfrence entre 2 stations mobiles utilisant la mme frquence dans 2 cellules distantes dautre part. On a 2 mthodes principales et on cite la transmission discontinue DTX et la rception discontinue DRX :

I-3.e.3.a Discontinuous Transmission DTX:Statistiquement parlant, le temps moyen dutilisation du Traffic Channel ou TCH qui est le canal transmettant le trafic de la voix, est 40% donc on a 60% du temps dans lequel lmetteur est actif sans envoyer du payload ce qui provoque dune part un gaspillage inutile de la puissance de la batterie et dautre part une interfrence non ncessaire aux abonns travaillant sur la mme frquence dans des cellules loignes. Afin de prendre avantage des dures de silence le DTX, teint lmetteur du mobile quand lutilisateur nest pas entrain denvoyer de la parole et le rallume ailleurs, il utilise une fonction appele VAD ou Voice Activity Detection, qui a pour but de dtecter si un signal sonore efficace excite le micro. Due la nature digitale du GSM la priode de silence et lteinte de lmetteur doit ncessairement dclencher dans le rcepteur un trou de silence ou Stop Gap qui a pour but danalyser puis rgnrer le bruit qui a t entendu avant lteinte, ce bruit est entendu par le 2me partenaire de la communication pour quil sassure que la connexion na pas t interrompue. La VAD excute une tache critique, elle doit distinguer entre le bruit externe et la voix qui reprsente les donnes utiles, si la parole est mal interprte comme du bruit lmetteur steint soudainement et brusquement en crtant le discours dune manire agaante ce quon appelle Clipping, dautre part si le bruit est frquemment considr comme de la voix le DTX ne va plus accomplir efficacement sa mission.[36]35

Figure I.16: DTX

I-3.e.3.b Discontinuous Reception DRX:Comme on a vu dj la station mobile utilise une paire de frquence pour transmettre la voix, mais en faite chaque paire de frquence supporte 8 appels simultanment chacun dans un seul intervalle de temps appel encore Physical Channel, donc la station mobile est cense dcouter uniquement le canal physique ddi sa propre communication, pour cela la station entre dans un Sleep Mode, durant les autres intervalles o la consommation nergtique de la batterie reste presque nulle.

Figure I.17: DRX

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I-3.f. Les identits et Codes des souscriptions dans GSM :Pour identifier labonn sur les diffrentes interfaces ouvertes dans GSM, diffrents codes sont utiliss, chacun concerne le besoin datteindre labonn laide dune mthode de recherche hirarchique efficace, partant de lidentit du pays, celle du rseau, la sous identit notant la position gographique de labonn jusqu' la zone de service et lidentit de la cellule. Davantage la ncessit davoir un niveau de scurit diffrent sur diffrentes interfaces impose une diversit de numro didentification quon va citer : o Mobile St ation I SDN num ber ( MSISDN): Cest le numro international qui doit tre excut aprs le prfixe afin dachever un abonn dans un pays tranger, ce numro identifie uniquement labonn du rseau mobile dans le rseau fixe ou PSTN. Il est sauvegard uniquement dans le HLR ou Home Location Register et il est form des sous numros suivants, le code du pays ou Country Code (CC), suivi par le code de la destination du rseau ou National D estination C ode (NDC), le numro du compte ou Subscriber N umber (SN), les 2 premiers digits identifient le HLR o le mobile est surveill.[37] o International Mobile Subscriber Identity (IMSI) : Chaque utilisateur GSM est affect un numro IMSI propre et unique lui dans le rseau, ce numro est lidentificateur absolu qui sera utilis lintrieur. Il est indispensable pour la procdure denregistrement dans la zone PLMN. A la diffrence du MSISDN qui a une longueur de chiffres dynamique, la longueur de lIMSI est fixe et cest lui qui permet labonn de senregistrer dans le rseau. LIMSI est form de lidentificateur du mobile dans le pays ou Mobile Co untry Code ( MCC), lidentificateur du mobile dans le rseau ou Mobile N etwork C ode ( MNC) et finalement le code didentification de lappareil ou Mobile Station Identification Code (MSIN), il est sauvegard sur le SIM, le HLR et le VLR par lequel labonn est entrain dtre servi. o Temporary M obile Subs criber I dentity ( TMSI) :

Pour

une

bonne

confidentialit et scurit des comptes lIMSI nest pas transmis sur linterface radio, alors pour identifier labonn sur le faisceau hertzien le VLR ou Visitor37

Location R egister, gnre le TMSI qui est un identificateur li directement lIMSI. Lidentification par TMSI est temporaire et elle a uniquement une signification locale, c'est--dire cette identit na pas un sens hors de la zone de service o ce trouve la station mobile actuellement. Lattachement du TMSI lIMSI ne prendra lieu quaprs lauthentification de labonn et ce numro change dune faon permanente aprs un intervalle de temps, ou lors de lissue dune mise jour de la position ou Location Update. Le nombre de digits dans le TMSI ne doit pas dpasser lordre 4. o Mobile Subs criber R oaming N umber (MSRN) : afin de router un appel vers labonn le (MSC/VLR) gnre un nombre temporaire, ce numro est uniquement assign dans le cas dun appel et cest le VLR dans lequel se trouve lquipement mobile qui cre ce numro et il est communiqu entre le HLR et le GMSC. Sa structure est la suivante, Country Co de ( CC), Network D estination Code (NDC) et le Subscriber Number (SN). o International Mobile Equipment Identity (IMEI) : Comme dj vu ce numro est unique pour chaque station mobile et sur un niveau international, son avantage rside dans la possibilit de dsactiver sa validit dans le cas du vol. et il est impossible davoir 2 quipements ayant ce mme numro malgr la compatibilit de leurs sries et modles parfois. Le IMEI est subdivis aux sous identits suivantes, code dapprobation ou Type A pproval C ode ( TAC), code dassemblage ou Final A ssembly C ode ( FAC), numro srie ou Serial N umber (SN) et la version du logiciel intgr Software Version Number (SVN). o Location Area Identity (LAI) : pour la localisation de labonn, elle est forme des units, code du pays Mobile C ountry C ode ( MCC), code du rseau fournissant le service labonn Mobile Ne twork Code ( MNC) et code du Location Area ou Location Area Code (LAC). o Cell Global I dentity (CGI) : Ce numro est utilis pour lidentification de la cellule spcifique assurant la couverture radio et la connectivit, il est form du38

Location A rea Identity ( LAI) + lidentit de la cellule ou Cell I dentity ( CI). [38][39] o Base Station Identity Code (BSIC) : linstant de la mise en marche, la station mobile reoit sur plusieurs canaux appels FCCH ou Fast A ssociated C ontrol Channel quon va voir ultrieurement des frquences provenant de plusieurs oprateurs travaillant simultanment dans cette mme zone o se trouve labonn, alors afin de discriminer les frquences qui sont propres loprateur avec lequel labonn est inscrit, le mobile compare le BSIC enregistr sur le SIM avec celui diffus par les cellules, si les 2 numros sont identiques alors le processus denregistrement dans le rseau commence ceci implique que la station a trouv loprateur convenable sinon la procdure recommence de nouveau. o Hand Over Number (HON) : lorsque le mobile se dplace dune zone servi par un (MSC/VLR) une autre et ceci prendra lieu lorsque le BSC ralise selon plusieurs critres quil est meilleur de diriger la couverture du mobile vers une autre cellule, le MSC vers lequel la communication va tre transfre gnre le HON et lenvoie vers le MSC dorigine ou Anchor MSC (AMSC).

I-3.g. Les interfaces ouvertes du BSS: I-3.g.1. Interface Radio Um Interface :Cette interface est situe entre la station mobile et le BTS dont le support est le faisceau hertzien, elle utilise le protocole LAPDM pour la signalisation qui assure les besoins suivants : rdiger des rapports de mesure au BTS, authentification, mise jour de la position, contrle de puissance et le Hand O ver. Ces informations sont envoys dans des blocs appels Bursts, chaque bloc correspond un intervalle de temps ou Time Slot de dure 0.577 ms.

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Numrisation de la voix avant mission sur Um : le signal de la voixest essentiellement un signal analogique ayant presque une infinit de valeurs, en faite la voix reprsente la variation de la pression de lair par rapport au temps proximit de loreille et ce processus est dfini par laudition. La transmission de la voix sans numrisation est presque impossible dans les systmes cellulaires pour plusieurs raisons dont on cite: o le multiplexage temporel ne sapplique pas sur un signal analogique.

o Chaque communication seule va utiliser alors 2 frquences et ceci va entrainer un gaspillage de ressources. o Pas de possibilit de correction des erreurs, ce qui va provoquer une dgradation de qualit (les algorithmes de correction ne sappliquent que sur des bits). o Sans numrisation, on perd la scurit et la confidentialit des communications telles quun appel pourra tre cout par une 3me personne. o Mme pour un seul appel, on est besoin dune grande bande de frquence pour accommoder le signal analogique. o Un systme numrique est plus robuste et plus contrlable, le flux de bits peut tre rgnr en restant intacte sans modification de donns par contre le signal analogique peut uniquement tre amplifi et ceci peut provoquer lamplification de la voix utile et du bruit simultanment le signal amplifi peut devenir plus distordu.

Alors afin dassurer un systme effectif et oprable, la voix doit tre numrise, en dautres termes rendu digitale. Puisque le but essentiel de la communication cellulaire est denvoyer la voix humaine on est concern de transmettre la parole dune faon claire et comprhensible beaucoup plus que davoir une bonne qualit, la voix humaine est relativement lente et reste constante presque chaque 20 ms alors pour bien rduire le dbit de donnes on prend un seul chantillon chaque intervalle de 20 ms tout en respectant la loi de Shannon (Fech.=2.Fmax). Les tapes sont les suivantes :40

o Echantillonnage : afin de rduire le nombre de valeurs que possde le signal analogique, lchantillonnage prendre aprs chaque intervalle de temps de dure constante un fragment du signal ce qui reste sera nglig et mis 0, lchantillonnage est un processus critique si la frquence de dcoupage de la voix est trs faible on obtient aprs une bonne compression mais des parties importantes de linformation sera dborde ce qui provoque une distorsion du message, par contre si cette frquence est trs leve le taux de donnes reste dautant grand ce qui va consommer des ressources, le dbit ncessaire la transmission devient proportionnellement grand et le contrle des erreurs sera plus difficile. Donc on a un compromis entre la qualit ncessaire pour reconstruire linformation et la taille. La solution est dutiliser une frquence dchantillonnage plusieurs fois suprieure celle de Shannon. Lchantillonnage se fait laide dun peigne de Dirac qui est un signal dimpulsions priodiques.

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Figure I.18: Echantillonnage

o Quantification :Lchantillonnage de la voix nest pas suffisant pour discrtiser linformation, mme si on utilise les impulsions de Dirac qui dont la largeur est trs raccourcie ne peuvent pas choisir une valeur unique et ponctuelle du signal, dautre part il faut prdfinir une chelle ou niveaux fixe de valeurs pour lequel chaque point de lchantillon prend lun des niveaux. Pour chaque chantillon on prend souvent la valeur moyenne, cette valeur sera altre par le niveau le plus proche, si le pas de quantification est Q, la marge derreur de quantification maximale sera Q/2.

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Figure I.19: Quantification

o Codage : Aprs ltape de quantification les niveaux seront codscomme le montre la figure I.19, aprs la numrisation le nombre de bits peut tre par la mthode de compression. Les sries qui se rptent par redondance seront dfinis par un nombre de bits plus petit. Le codage ajoute aussi des bits pour la correction des erreurs et le dbit aprs le codage sagrandit de 13 jusqu' 22.8 kbps.

o Interleaving : Les bits durant cette tape seront spars sur lespacetemporel cette tape est trs importante pour lutter contre les effets dvanouissement qui surviennent sur le canal radio, lorsque un Fading Dip, prendra lieu il naffecte plus une srie de bits appartenant la mme communication.

o Ciphering : Une tape qui a pour but de scuriser les bits et lacommunication contre les fraudes et laccs non autoris.

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o Burst F ormatting : Cest le paquetage de lensemble des bits dansdes intervalles de temps IT, aprs cette tape le dbit devient 33.8 kbps.

o Modulation et Transmission : mme si le signal est numrique ildoit tre transmis dune manire analogique sur le canal, ltape de la modulation a pour but de porter les bits sur un signal analogue haute frquence dont la porte est suffisante pour atteindre la destination, le type de modulation utilis est le GMSK (Gaussian filter Minimum Shift Keying). Ce type de modulation travaille sur un changement linaire de phase avec un spectre efficace, les bits de transition sont reprsents par une demi-sinusode.[43]

Figure I.20: Modulateur GMSK Schma Bloc

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I-3.g.2. Interface Abis Abis Interface :Cest linterface situe entre le BTS et le BSC, la diffrence dUm qui est sans fil, celle-ci est gnralement lie par un cble et le support est DS-1, ES-1 ou un circuit E1 TDM. Cette interface utilise le protocole LAPD pour la signalisation, la supervision du BTS et la synchronisation du BSC vers le mobile. Le A bis assure le multiplexage de 4 canaux de 16 kbps en un seul canal de dbit de 64 kbps, pourtant aucun multiplexage prendra lieu sur les canaux de 16 kbps ce qui est appel adaptation du dbit ou Rate Adaptation (RA).

I-3.g.3. Interface A A-Interface :Elle assure la communication entre le BSS et le MSC, le but essentiel de cette interface est lallocation des ressources comme les canaux et les intervalles de temps pour les quipements mobiles, ainsi la transition des messages concernant pour grer les Hand-Overs, la signalisation est de type SS7, et on note que le SS7 nest jamais transcod, le transcodage prend uniquement sur le Circuit Switched Data et la voix. Cette interface est 100% standardise, elle a un dbit total de 2048 kbps avec 64 kbps pour chaque IT ou Time Slot, lIT0 est utilis pour la synchronisation, lIT16 pour la signalisation et 30 canaux physiques restant pour le trafic (Systme europen).

I-3.g.4. Interface A-ter A-ter Interface :Cest linterface situe entre le Transcodeur et le BSC, les 4 canaux de 16 kbps provenant du MSC seront multiplexs en un canal de 64 kbps et envoys au BSC. Cest un lien haute vitesse alors 30 canaux de 64 kbps nous donne une connexion entre TC et BSC arrivant jusqu' 2 Mbps.

I-3.g.5. B interface :Elle existe entre le MSC et le VLR, utilisant un protocole appel MAP/B elle permet laccs du MSC aux informations concernant la position dun abonn chaque fois la ncessit exige.

I-3.g.6. C interface:45

Situe entre le HLR et le GMSC ou Gateway M SC, quand un appel est reu partir dun rseau PSTN ou un rseau mobile externe il doit passer travers du GMSC afin de router lappel le protocole utilis est le MAP/C. lorsque la dure de lappel est termin le MSC peut optionnellement envoyer les dtails de la taxation au HLR.

I-3.g.7. D interface:Pour lchange dinformations de localisation entre VLR et HLR, elle utilise le protocole MAP/D.

I-3.g.8. E interface:Elle assure la communication entre plusieurs MSCs pour lchange des informations concernant le Hand Over en utilisant le protocole MAP/E.

I-3.g.9. F interface:Utilise le protocole MAP/F pour changer les informations de ltat de lIMEI de lquipement essayant daccder au rseau, et elle est situe entre MSC et EIR.

I-3.g.10. G interface:Il communique les informations de la nouvelle localisation de labonn, lorsquil se dplace entre 2 zones diffrentes tel que chaque zone est contrle par un VLR appartenant un MSC diffrent. Le protocole est le MAP/G.

I-3.g.11. H interface:Entre MSC et le SMS-G qui est le Gateway du registre des messages courts, le H interface change les SMS entre les 2 registres mentionns prcdemment laide du MAP/H protocol. [40][41][42]

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I-3.h. Les canaux Logiques de contrle ou Logical Control Channels:Afin de transmettre le Payload de labonn ainsi que les donnes de contrle des appels et de gestion des ressources, plusieurs canaux logiques sont utiliss chacune ayant une fonctionnalit bien dfinie. On cite parmi ces frquences, FCCH ou Frequency Correction Channel, SCH ou Synchronization Channel, PCH ou Paging Channel, BCCH ou Broadcast C ontrol C hannel et RACH ou Random A ccess C hannel. Ces frquences sont divises en 2 Catgories, Common C ontrol C hannels qui sont des canaux point multipoint et sont ddis pour le contrle et la surveillance des appels et Dedicated Control C hannels qui sont des canaux utiliss principalement pour grer le trafic de labonn et ils sont point point.

I-3.h.1 Broadcast Control Channel BCCH :Cette frquence diffuse continuellement dans la voie descendante Downlink elle est oriente point multipoints et propage des informations concernant lidentit de loprateur ou BSIC ( Base St ation Identity C ode), des informations sur les squences du saut de frquence Frequency Hopping et des donnes dallocation de frquences.

I-3.h.2 Frequency Correction Channel FCCH :Le FCCH est diffuse priodiquement dans le Downlink, lorsque le mobile sallume, il commence rechercher la frquence ayant la plus forte puissance de rception cette frquence est diffuse par le FCCH, lorsquil la trouve il ajuste son oscillateur pour la frquence du Uplink qui est envoye par ce mme canal.

I-3.h.3 Synchronization Channel SCH :Cette frquence envoie au mobile les informations de synchronisation au premier intervalle de temps ou TS0, pour quil puisse travailler en syntonie avec le BTS. On note que le mobile doit comparer le BSIC se trouvant dans le SIM avec celui diffus par le BTS, sil trouve que les 2 sont diffrents il doit librer le FCCH

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actuel et recommencer la procdure de nouveau avec une frquence diffrente. Cette frquence est aussi point multipoints.

I-3.h.4 Cell BroadCast Channel CBCH:Pour envoyer des informations additionnelles ce canal est optionnel dans le rseau mobile, un tel type dinformations est les coordonnes gographiques comme la latitude, la longitude et la hauteur de labonn partir du niveau de la mre.

I-3.h.5 Random Access Channel RACH:Cest un canal point point diffus par la station mobile vers le BTS pour demander laccs au rseau lorsque labonn est entrain dappeler un numro dun autre abonn sur le mme rseau ou bien sur un rseau diffrent, elle existe uniquement dans la voie ascendante.

I-3.h.6 Paging CHannel PCH:Dans le cas dun appel entrant tous les BTS appartenant la mme zone servie par le MSC/VLR ou se trouve labonn demand actuellement diffuse la frquence PCH pour que le destinataire puisse tre achev, elle est alors point multipoints et existe uniquement dans la direction de la voie descendante.

I-3.h.7 Access Grant CHannel AGCH:Une fois labonn est permis et authentifi daccder au rseau, le BTS commence lallocation des ressources travers le AGCH et lui affecte une frquence consacre au trafic qui est le SDCCH ou Stand al one Dedicated Control Channel. Les 2 sont point point mais le AGCH existe uniquement dans le Downlink, par contre le SDCCH transite dans les 2 directions puisquelle transporte le Payload entre les 2 partenaires de la session dappel.

I-3.h.8 Slow Associated Control Channel SACCH:Cest un canal bidirectionnel point point, il a pour but de circuler les rapports de mesure entre station mobile et BTS, les informations concernant lavancement du

48

temps et le contrle de puissance des metteurs du BTS et du mobile sont aussi envoys sur cette frquence.

I-3.h.9 Fast Associated Control Channel FACCH:Cette frquence a la mme orientation et la mme direction que le SACCH, la fonctionnalit essentielle de ce canal est le contrle du Hand Over et il est ainsi utilis pour librer lappel lorsque la session est termine. [44][45]

I-3.i. Enregistrement, Authentification et m ise j our d e l a position de labonn dans GSM : Accs au Rseau :Pour quun abonn puisse accder un rseau GSM et utiliser ses ressources, il lui faut plusieurs tapes pour senregistrer au PLMN. On sait dj quil commence rechercher la frquence FCCH ayant le signal le plus fort, une fois il la trouv il rgle loscillateur pour la frquence ascendante et aligne son temporisateur avec lIT0 envoy par le SCH et en mme temps il compare le Base Station Identity Code BSIC sauvegard sur le SIM avec celui envoy par le BCCH si les 2 sont compatibles alors il commence recevoir des informations additionnelles sur lidentit du rseau choisi et la cellule de couverture sur ce mme canal.

Location Update :

Ensuite il met jour sa localisation gographique par un Location U pdate et devient dans lIdle M ode. Puis il envoie un message dattachement IMSI, contenant lidentit de la zone LA et son numro international, si ces informations nexistent pas dans le VLR de service, alors ce dernier les retire du HLR. La mise jour de la position gographique de labonn Location U pdate est munie priodiquement et quand labonn change sa localisation ou bien quand il allume son appareil. Afin deffectuer une mise jour ou Location U pdate, le mobile49

envoie un message Location Update Request au VLR qui est entrain de le servir, ce dernier demande le Subscriber I D sauvegard sur le SIM, en utilisant cette identit constitue de lidentit du Location A rea et de lIMSI il demande les donnes dauthentification du centre dauthentification AUC et il forme une identit temporaire TMSI sur laquelle il envoie les donnes de la localisation, ces donnes se sauvegardent sur le SIM et le mobile envoie la fin de ce processus un message Reallocation C omplete au VLR. Pour mieux de scurit le TMSI est change priodiquement et chaque nouvelle rallocation de la station mobile.

Scurit et Authentification :Les 2 parties de lauthentification sont principalement lAUC et la carte SIM, les donnes de cryptage sont excutes par un algorithme spcial appel A3 afin dauthentifier lutilisateur mobile. Les paramtres dauthentification sont appels triplets et ils sont forms de 3 nombres, le RAND qui est un nombre alatoire, le SRES qui est gnr par le A3 et une cl Kc gnr par un autre algorithme A8. LAUC et la station Mobile calculent le SRES partir de lA3 en utilisant le Kc et le RAND si les 2 nombres sont identiques labonn est permis davoir un accs. Les services dans lesquels est inscrit labonn, ainsi que lidentit internationale de lquipement IMEI, seront aussi vrifis. [46][47]

Chiffrage :La scurisation des appels entrants et sortants ncessite que chaque communication ne soit reue et interprte que par le vrai destinataire. Pour cela un algorithme de cryptage A5 prend comme paramtres le numro de la trame et la cl Kc et il forme un chantillon M. M et Kc seront envoys vers le BTS et M vers la station mobile, dans cette dernire M est code en utilisant Kc et le numro de la trame puis envoy au BTS. Rciproquement dans le BTS M est dcod en utilisant le numro de la trame et Kc, si le dcodage est50

accompli sans faillite, un message Ciphering Complete sera envoy au MSC et le Payload transitant entre le mobile et le BTS sera cod.

Gestion de la communication / Contrle dappel :Cette fonctionnalit contrle ltablissement, la gestion et la terminaison des sessions dappel ou dautres services. Afin datteindre un destinataire, lutilisateur dans GSM envoie le MSISDN de lautre partenaire de la communication, forme du code du pays Country Code CC, lidentification de loprateur ou Network D estination C ode NDC et les informations de routage au HLR (la fonctionnalit principale du CM/CC C ommunication Management/Call C ontrol est le routage) aprs, lappel sera transfr au GMSC qui sait quel HLR correspond ce numro. Ensuite le GMSC contacte le HLR pour quil commence router lappel, ce dernier demande les informations du compte du VLR o se trouve la station mobile actuellement. Le VLR alors affecte une identit MSRN temporaire celle-ci sera utilise pour le routage final vers labonn. [48]

I-3.j. Hand Over dans GSM:Pour plusieurs raisons, la couverture radio dune station mobile ne plus tre assure par la cellule qui est entrain de servir labonn qui est engag dans un appel, ceci ncessite le transfert du service vers une autre cellule qui peut tre contrle par le mme BSC ou bien un autre BSC tel que les 2 BSC appartiennent au mme MSC ou bien 2 MSC diffrents, cette procdure est appele le Hand Over, le BSC actuel de service dclenche un processus appel Locating et commence rechercher une autre cellule ayant

meilleurs conditions radio. Lopration prend lieu sans rupture de la communication. Ce Hand Over peut arriver pour 3 raisons majeurs et qui sont :

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Lattnuation de l amplitude du s ignal r eu e t/ou l a d gradation de l a qualit de la transmission, ceci sera dtect grce aux rapports de mesures envoys vers le BSC sur le canal SACCH. Ceci aura lieu lorsque la station mobile devient trop loigne de la cellule de service.

Raisons d e m aintenance : Parfois le Hand Over sera forc par lOSS ou Operation SubSystem pour des raisons de maintenance et de rparation, les abonns servis par une cellule seront transfrs vers une autre.

Sur chargement de Capacit : Dans ce cas la capacit dune cellule devient excde cause du grand taux des abonns en service et de leurs applications, ceci va ncessiter un dbordement, et des abonns doivent tre tirs vers une autre cellule dont le trafic est moindre et dont la puissance du signal est suffisante.

Un Algorithme de prparation du Hand Over prend comme paramtres les rapports de mesure envoys simultanment par la station mobile et le BTS ainsi que des informations provenant du systme. Mais principalement cest le BSC qui prend la dcision et contrle la procdure de transfert vers une autre cellule. Pour une bonne confidentialit du canal et de lappel, le BSC utilise un numro de rfrence appel HON ou Hand Over Number. On cite 3 formes principales du Hand Over dans GSM, lIntra BSC Hand Over, Inter BSC Hand Over et Inter MSC Hand Over. o Intra BSC Hand Over: Ce type de Hand Over aura lieu entre 2 cellules contrles par le mme BSC, le MSC nentre pas en jeu dans ce cas les tapes sont les suivantes :

a) Daprs les rapports de calcul, le BSC ralise quun Hand Over est ncessaire, il envoie alors au nouveau BTS un message contenant le numro de rfrence du Hand Over lui commandant dactiver un52

nouvel Traffic Channel TCH. Lorsque ce canal est affect le nouveau BTS rpond au BSC avec un acquittement. b) A travers le canal FACCH ou Fast Associated Control Channel le BSC envoie un message contenant le numro du HO au mobile lui demandant de verrouiller son oscillateur pour recevoir sur la nouvelle frquence du nouveau BTS.

c) La station mobile rgle son oscillateur sur la nouvelle frquence et travers le FACCH, elle envoie un message appel Hand O ver A ccess Burst H OAB avec le numro du Hand Over, le nouveau BTS vrifie alors le HON et envoie linformation de lavancement du temps au mobile afin de le synchroniser la trame. La station mobile sajuste lIT0 et rpond au BSC par un message Hand Over Complete. d) Finalement la rception du message confirmant la fin de la procdure, le BSC libre lancien canal du trafic TCH.

o Inter BSC Hand Over: Ici le Hand Over se fait entre 2 cellules chacune appartenant un BSC diffrent mais tous les 2 contrls par le mme MSC. Cest lancien BSC qui prend la dcision mais le choix du nouveau TCH se fait laide du nouveau BSC. a) Le BSC 1 ralise que la nouvelle cellule nappartient pas son domaine de contrle alors il envoie un Hand Over Request Message au MSC qui sait quel BSC contrle cette cellule.

b) Le BSC 2 commande lactivation dun canal de trafic au nouveau BTS par un message contenant le numro de rfrence du HO, alors le BTS issue un nouveau canal et envoie un acquittement.

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c) Le BSC 2 demande au mobile de varier vers la nouvelle frquence travers le FACCH de lancien canal. d) La station mobile envoie un Hand Over Access Burst au nouveau BTS avec le HON, ce dernier envoie au mobile les informations du Timing Advance aprs vrification du HON. e) Ensuite la station mobile envoie un Hand O ver Complete M essage lancien BSC, ceci alors est confirm de la terminaison de lopration et commande lancien BTS de librer le TCH, le BTS se conforme avec lordre et acquitte le BSC.

a c e e e b

a

b

d

Inter BSC Hand Over

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o Inter MSC Hand Over: Ce type de Hand Over aura lieu quand les 2 cellules sont connectes 2 BSC diffrents et chaque BSC est contrl par un MSC diffrent. Alors le MSC dans ce cas va jouer un rle important dans ce cas.

a) Le BSC 1 ralise daprs les rapports de mesure, quun Hand Over est ncessaire alors il envoie un Hand Over Request Message au MSC 1 puisque la cellule cible nest pas dans son domaine, lancien MSC ou Anchor M SC ralise que le BSC 2 contrlant la nouvelle cellule appartient un autre MSC ou Target MSC alors il lui envoie un Hand Over Required Message, ce dernier sait quel BSC contrle le nouveau BTS. Un lien de routage alors sera tabli entre les 2 MSC.

b) Le BSC 2 alors active un nouveau TCH dans le BTS 2 par un message contenant le numro de rfrence du Hand Over, ce dernier confirme lactivation par un acquittement.

c) A travers du FACCH ancien le BSC 2 demande au mobile dactiver un nouveau canal et lui informe par un message contenant le HON, afin de router lappel le Target MSC envoie le Hand O ver N umber HON lAnchor MSC. d) La station mobile se rgle la nouvelle frquence et sur ce nouveau canal elle envoie au BTS 2 un Hand O ver A ccess B urst comme dhabitude dans un message contenant le HON, le BTS 2 vrifie le HON et envoie travers du SCH linformation du Timing Advance pour synchroniser lappareil TS0. e) La station mobile envoie un Hand Over Complete Message lAnchor BSC ce dernier sache que lopration est termine avec succs et il

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ordre lancien BTS de librer le TCH, BTS 1 alors dsactive le canal et confirme au BSC avec un acquittement.[49]

a

a c

a

e

e b e e d

Inter MSC Hand Over

I-3.k. Avantages et Inconvnients du GSM:On prsente dans le tableau si dessous quelques avantages et inconvnients dans la technologie GSM. Avantages du GSM Extensibilit vers des technologies plus avances comme UMTS ou 3G. Large couverture avec possibilit, de transition vers autres rseaux. Couverture maximale dune cellule dun rayon de 35 km. Signal plus fort lintrieur des btiments.[61] Inconvnients du GSM Limitations techniques forant un rayon maximal de couverture allant jusqu' 35 km environ. Interfrence avec des appareils lectroniques cause de la forme pulsative du signal. Le progrs de la technologie pose uniquement sur un nombre limit des entreprises ayant tous les droits intellectuels.56

II- ETUDE PRATIQUE ET APPLICATION

Etude Pratique

Au dbut on va introduire les premires pas afin daboutir un rseau de donnes, on parle alors de lintgration entre le rseau GSM et la technologie GPRS, ensuite on va parler de la nouvelle technologie UMTS et surtout de point de vue pratique, comment faire la planification dun rseau de la 3me gnration, la mise en considration des taux dabonns et de la structure gographique des zones afin dassurer une couverture et un service adquats. On va surtout bien se concentrer sur des dtails techniques dinstallation et de maintenances des quipements, des cbles coaxiaux et des antennes en suivant les spcifications mentionnes sur les cartes des sites ou Site Map.

II-1. Rseau GPRS (Global Packet Radio Service)Il est important avant de plonger dans le sujet du rseau UMTS ou Universal Mobile Telecommunications System dintroduire la technologie qui a eu lieu avant et qui a bien prpar le chemin aboutissant la conception dun rseau mobile supportant la commutation de circuit ainsi que la commutation de paquets haute vitesse dchange des donnes.

II-1.a. GPRS et Commutation de paquets :Le rseau GPRS ou General Packet Radio S ervice est un rseau qui fournit une connexion IP sans fil ou Wireless IP pour des terminaux adresss par des allocations IP et qui sont en mouvement. Par consquent on est besoin des quipements spciaux pour la commutation et le routage des paquets transitant dans le rseau et cest pour cela le GPRS utilise la commutation en mode paquet la diffrence du GSM. En faite lchange des donnes en mode circuit est beaucoup plus lent et ainsi plus couteux que celui en mode commutation de paquets. [50][51]

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II-1.b Allocation dynamique et partage des ressources :En GSM on ne partage jamais les ressources, et chaque mobile sera allou un circuit qui est un seul TS ou IT dans une paire de frquences et il sera affect lui pendant toute la dure de la communication. Par contre dans GPRS on utilise une sorte de connexion virtuelle et lallocation des ressources sera dynamique et non plus permanente, alors les ressources seront partages et consommes selon le besoin. Un TS peut supporter le trafic plusieurs utilisateurs ou bien un seul utilisateur peut utiliser plusieurs TS, ca dpend de la disponibilit des ressources et des besoins de lutilisateur.

II-1.c Mode daccs, dbit de transfert et taxation:Un quipement mobile se situant dans une zone de service GPRS, se connecte une ou plusieurs PDN ou Packet Data Network, le PDN est le point principal daccs au rseau. Suite une authentification par le rseau pour utiliser le service GPRS laccs un PDN peut tre transparent, c..d. sans authentification par le PDN lui-mme afin de recevoir un adresse IP dune manire dynamique, ou non transparent et dans ce cas labonn doit tre permis daccder au service par le PDN. Au contraire du GSM qui offre un dbit fixe de 9.6 kbps le GPRS offre un dbit de transfert lev arrivant jusqu' 115 kbps et variant selon la ncessit. Limplmentation du systme est besoin des modules pour la commutation des paquets comme des routeurs et des protocoles de routages, mais ces derniers doivent travailler en parallle avec les modules GSM dj mis en place, on note que le GPRS est une extension du GSM et ne constitue pas un rseau unique et indpendant. Ce qui donne au GPRS une grande valeur dimportance est lutilisation intelligente et comprhensible des ressources ce qui rduit leur gaspillage, par consquent la facturation se fait sur le taux de donnes changs durant une communication et non pas sur sa dure. Une foi connect lquipement peut rester sur le rseau.[52]

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II-1.d Codage et Qualit de Service (QoS) :Le c odage dans GPRS est subdivis en 5 catgories de 1 5 selon la qualit de transmission et le taux des erreurs et le type de codage adopt par lquipement de labonn varie dynamiquement selon les conditions de propagation des ondes. Lorsque le signal est soumis des intenses conditions dinterfrence ou dvanouissement alors la dgradation de la qualit ncessite des puissants mcanismes de correction des erreurs, alors le codage utilis devient le CS1, on note quil y a un Trade Off entre la qualit de la connexion et le dbit de transmission donc lorsque le taux des erreurs croit dune manire considrable des forts mcanismes de rectification seront employs aux dtriments de la bande passante et par consquent au dbit de la transmission. Au contraire dans la classe CS5 presque aucune opration de correction des erreurs naura lieu ce qui entraine des dbits plus levs et une connexion plus rapide avec les rseaux des donnes. Le Q oS ou Qualit d e S ervice dispose aussi dun certain nombre de classes qui adressent la qualit de service, en faite la vitesse de transmission des paquets varie selon dautres critres que la robustesse de la connexion elle-mme. On cite parmi ces classes, la classe de la priorit de la session, fiabilit de la connexion et le classe de dlai. [53]

II-1.e Infrastructure et Contextes GPRS :Afin de supporter le rseau de commutation de paquets, linfrastructure GSM dj existante ncessite linstallation des nouveaux quipements. On note que ceci va ajouter des nouveaux types de services comme PTP ou Point To Point et cest lorsque un abonn envoie des donnes vers un autre et les 2 partenaires de la communication sont les seuls qui changent les donnes, lautre service est PTM Point T o M ultipoint ou point multipoints et cest lorsque plusieurs abonnes partagent les donnes dans une seule session. Maintenant on va parler des modules implants dans le rseau GSM pour application GPRS :

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II-1.e.1 Infrastructure: SGSN ou Serving GPRS Support Node : Il relie diffrents units BSC et il est quivalent au MSC et assure ses fonctionnalits analogiquement, il utilise le protocole Frame R elay ou relai des trames. Le SGSN sinstalle cot du MSC et assure les fonctionnalits suivantes :

o Gestion de la mobilit et localisation des abonns. o Authentification des abonns. o Vrification des enregistrements. o Commutation des paquets. GGSN ou Gateway GPRS Support Node: Il prsente une interface de communication avec autres rseaux de donnes, il est comprhensible aux protocoles de routage utiliss dans les autres rseaux et il est responsable la taxation du Payload des abonns. Afin dassurer une scurit des informations transmises le GGSN utilise un Tunneling F unction uniquement lisible par les autres nuds GGSN, ceci est fait laide du protocole GTP ou GPRS Tunneling Protocol. Le tunnel est primordiale pour la scurit, le routage vers lautre abonn, et la signalisation. PCU ou Packet Control Unit: Cest llment analogique au BSC mais ceci assure la fonctionnalit de commutation de paquets, et il simplmente cot du BSC.

OMC-G: Comme lOMC qui est le centre dopration et de maintenance dans le GSM classique, mais celui-ci apporte plus de fonctionnalits ladministration du rseau, comme lallocation et la gestion intelligente de la mobilit et des ressources.60

II-1.e.2 Contextes GPRS :o Contexte de Mobilit MM : Appel aussi Mobility Management, ce contexte prend comme paramtres toutes les informations ncessaires pour grer la mobilit tout en scurisant les donnes. o Contexte de Routage PDP : Nomm aussi Packet Data Protocol, ce contexte renferme les protocoles de routage des paquets, il permet de circuler les informations vers le destinataire en tenant compte de la densit du trafic et de la qualit de la transmission pour ce qui concerne le pourcentage des erreurs ou la perte des donnes. [54]

61

II-2. Rseau UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

Figure II.1: Rseau UMTS

Au contraire du rseau GSM qui existait plut tt et qui utilise un multiplexage temporel et frquentiel pour accommoder le grand nombre dabonnes, la 3me gnration du rseau mobile et qui est le rseau UMTS utilise une approche tout fait diffrente et plus avance que sa latrale. LUMTS utilise un multiplexage daccs selon un code spcial identifiant chaque abonn appart ce type est appel WCDMA ou Wide band Code Division Multiple Access, qui permet daboutir des hauts dbits allant jusqu' 2 Mbps en utilisant la commutation des paquets. Le 3G ressemble par son architecture au rseau GPRS, et il peut tre install en extension au GSM dj existant, mais au contraire du GPRS on ne peut plus utiliser les mme bandes de frquences, car pour supporter les hautes vitesses dchange de donnes des nouvelles frquences plus leves vont tre employes. Dans UMTS lespacement des porteuses est devenu 5 Mhz au lieu de 200 KHz dans GSM, ainsi les nouvelles frquences sont de lordre de 2000 Mhz. Le dbit dans cette nouvelle technologie varie selon la taille de la cellule, et la mobilit de lquipement UE ou User Equipment (Station Mobile d ans GSM), on note pour une pico cellule62

qui assure la couverture de lintrieur des btiments, la mobilit est rduite donc le dbit est maximal et atteint 2 Mbps, pour les microcellules dans les zones urbaines le dbit devient 384 kbps, mais il tombe vers 144 kbps pour les macros cellules dans les zones rurales causes de la grande mobilit [56/p.p.3-4].

II-2.1 Modes dopration :o

FDD ou Frequency Division Duplex :

FDD [56/8]

2 voies unidirectionnelles de transmission une pour le UPLINK lautre pour le DOWNLINK, 2x60 Mhz.

o

Base sur WCDMA. TDD ou Time Division Duplex :

TDD [56/8]

63

Une seule Bande Bidirectionnelle pour les 2 voies ascendante et descendante. Multiplexage temporel dans les 2 sens, montant et descendant le type est le TDCDMA, et aura lieu sur une seule bande de frquence (35Mhz). [56/8]

II-2.2 Architecture du Rseau UMTS:Le rseau UMTS se subdivise en 3 lments principaux : quipement utilisateur ou User Equipment UE, le Radio Network Subsystem RNS et le rseau cur ou Core Network CN.

CN

RNSUTRAN

RNSRNC RNCNodeB NodeB NodeB

RNCNodeB NodeB NodeB

RNCNodeB

NodeB

UE

UE

UE

UE

UE

UE

UE

\ User Equipment UE :

Lquipement de lutilisateur ds les premires migrations dUMTS est devenu un lment principal dans le rseau, en effet les logiciels installs dans les nouveaux appareils sophistiqus ont rendu lUE une partie essentielle du rseau et il est devenu une interface principale pour lutilisateur. La nouvelle modulation WCDMA recommande davoir un amplificateur linaire adapt, et les fonctionnalits de rglage de la puissance de transmission sont devenues plus avances pour bien rduire la consommation de la batterie. Lune des avantages64

du WCDMA est que la distance de remploie de frquences ou FRD Frequency Reuse D istance est gale 1 car au contraire du GSM les cellules voisines peuvent oprer la mme frquence et linterfrence et le Rayleigh Fading ne prsentent plus un problme. La station mobile peut recevoir et transmettre par multivoies vers diffrents BTS, ce qui minimise la puissance requise pour avoir une communication fiable et par la suite rduire lpuisement de l