Cours des réseaux mobiles GSM-GPRS-UMTS-WIMAXhightech.edu/cours/Genie_Informatique/5eme_annee/Mr HAZAOUD... · Bilan de liaison 61 Antenne isotrope 63 Antennes 65 Partage des ressources

Cours des réseaux mobiles GSM-GPRS-UMTS-WIMAX

HAZAOUD High-tec 2009/2010 1



SOMMAIRE PagesSystèmes radiomobile 5GENERALITES SUR LA RADIOMOBILE 6Historique 6Organes de normalisation GSM 7Architecture du réseau GSM 10Station mobile 10Carte SIM 10Typologie des terminaux 11Sous –système radio (BSS) 12Station de base (BTS) 13Architecture de Station de base 13Classement des BTS 14Micro BTS 15Configuration 26Contrôleur de station de base (BSC) 18Configuration du BSC 18Interfaces 20Sous-système réseau (NSS) 21Registre de localisation nominale (HLR) 22Centre de commutation des mobiles (MSC) 22Registre de localisation des visiteurs (VLR) 22Registre d’identités des équipements(EIR) 24Centre d’authentification (AuC) 24Centre d’administration du réseau (NMC) 24Centre d’opération et de maintenance (omc) 25Interfaces entre éléments de NSS 25Services en GSM 26Architecture des protocoles 26Modèle de référence OSI 27Gestion du réseau 33Identité et numéro liés à un abonné 33Confidentialité de l’IMSI 34Authentification de chaque abonné 35Confidentialité des communications 36Gestion des données de sécurité 37Gestion de l’itinérance (Rooming) 40Zone de localisation 40Mise à jour de la localisation 42Recherche d’abonné (procédure de paging) 44Procédure de gestion d’itinérance 45Gestion des appels 49Ingénierie et concept cellilaire 54Distance de réutilisation 55Modèles des cellules 57Interférences 58



Bilan de liaison 61Antenne isotrope 63Antennes 65Partage des ressources radio(canaux physiques) 75Bande allouée au GSM 75Duplexage 76Accès multiple 76Technique d’accès multiple 78Canal physique simplex 79Chine de transmission du signal parole 80Structure du burst 80Canal physique duplex 81Saut de fréquence 83Organisations des trames 86Structure des trames 87Canaux physiques aux canaux logiques 88Définition de la structure multitrame 88Canaux logiques 90Exemple de multiplexage des canaux 94Présentation des canaux de la voie balise 95Canal de synchronisation en fréquence 96Canal de synchronisation en temps 97Canal de diffusion 98Configuration des slots des TRX d’une BTS 99Processus de sélection des cellules 100Critère d’affaiblissement C1 103Critère d’affaiblissement C2 104Optimisation du lien radio 105Contrôle de puissance 107Mode de transmission discontinue 108Exemple de calcul 109Gestion de la mobilité et handover 111Exécution du handover 112Handover subséquent 114Handover sur demande du MSC 115Phases du handover 117GPRS 120Architecture GPRS 121Interface GPRS 122La pile protocolaire 123Activation PDP 124Désactivation PDP 125Canal physique 127Dimensionnement 128Eléments de planification cellulaire 129Configuration des canaux logiques/physiques 131Dimensionnement des canaux dans une cellule 131Dimensionnement des canaux TCH 132



Dimensionnement des canaux SDCCH 133Optimisation de l’emplacement des BSC 133Dimensionnement des interfaces (Abis, Ater et A) 134Exemple de table d’Erlang 135Glossaire 137



SYSTEMES RADIOMOBILES Partie I

GENERALITES SUR LA RADIOMOBILE ARCHITECTURE DU RESEAU GSM SERVICES OFFERTS PAR LE GSM INTERFACE RADIO PROCEDURES UTILISEES EN GSM



GENERALITES SUR LA RADIOMOBILE

Historique de la radio mobile La première génération de la RM était analogique Prédominance militaire et paramilitaire Ressources non partagées Émetteur et récepteurs opèrent sur la même fréquence Problèmes de congestion de fréquences Autres problèmes techniques

1960-70:Augmentation de la demande

Utilisation des ressources partagées Utilisation du concept cellulaire Introduction du Handover

Système de première génération

AMPS Advance Mobile Phone (1979) Bande 800MHz avec 25 M d’abonnés en USA

NMT Nordic Mobile Téléphone 1981 Bande 450 et 900 Mhz avec 18 M d’abonnés

TACS Total Acces Communication System(GB) R-2000 Radio com (1985 France) Bande 450 et 900Mhz.

1980-1990 Évolution technologique Demande et augmentation exponentielles Demande de plus de services génération

la norme GSM(Global System for Mobil communication) La norme GSM remonte aux années 80 Les causes de cette norme

Situation des réseaux cellulaires analogiques en désordre Incompatibilité des réseaux entre eux Limitation des capacités en terme d’abonnés



Définir une Norme unique à bande unique de radio mobile à l’ensemble Europe

Pas de frontière Une grande capacité en terme d’abonnés.

1982: CEPT(Conférence Européenne des Postes et Télécommunications) projette l’étude d’une radio mobile cellulaire Numérique dans la bande 900Mhz

1985 Création du Groupe spécial mobile GSM 1987 Signature d’un protocole d’accord MoU (Memerandom of Understanding) à Copenhague entre 13 pays européens, pour la mise en place d’un système répondant à la norme GSM.

1992 première mise en service 1993 Roaming international entre opérateurs 1994 Norme GSM s’étend à 1800 et 1900Mhz 2000 plus de 250 millions d’utilisateurs

Avantages du réseau GSM Le GSM système numérique utilise efficacement des fréquences duplex

Organes de normalisation

ITU-T

ETSIGroupe Spécial Mobile



Le Gsm offre une qualité de voix meilleure que celle assurée par les systèmes analogiques

La voix est cryptée afin de garantir une bonne sécurité à l’abonné et aux informations transmises

Grâce à sa compatibilité RNIS, le réseau GSM offre de nouveaux services comparés aux services existants

Une grande capacité en terme d’abonnés Le GSM cohabite avec le réseau fixe Le GSM système numérique utilise efficacement des fréquences duplex

Le Gsm offre une qualité de voix meilleure que celle assurée par les systèmes analogiques

La voix est cryptée afin de garantir une bonne sécurité à l’abonné et aux informations transmises

Grâce à sa compatibilité RNIS, le réseau GSM offre de nouveaux services comparés aux services existants

Une grande capacité en terme d’abonnés Le GSM cohabite avec le réseau fixe Le réseau GSM est un système ouvert: possibilité de cœxistence de plusieurs équipements de différents constructeurs

Roaming international est possible dans tous les pays concernés Compétitivité de plusieurs opérateurs dans un même pays. Ceci permet une baisse de tarif de la communication et l’offre de plus de services

Architecture du réseau

2D



Réseau dédié aux mobiles (PLMN)

2D

BSC: Base Station Controller

BTS: Base Transceiver Station

MSC

MS: Mobile Station

BSC

BSC

MSC

(RTC)

VLR

HLR

AuC

EIR

Sous système radio (BSS)

Sous système réseau (NSS)

UM Abis A

Architecture du réseau GSM



Carte SIM Sa fonction est : Mémoriser tout un ensemble de données :

Données relatives à l’abonné : identite internationale IMSI( International Mobile Subscriber Idetity), numéro d’appel MSISDN (Mobile Station Integrated Services Digital Network)

Données de sécurité : Code d’accès personnel (PIN), clé d’authentification Ki, clé de chiffrement (cryptage) Kc, algorithmes D’authentification et de détermination de la clé de chiffrement.

Données relatives au PLMN : liste des PLMN préférentiels par ordre de priorité, identification du PLMN d’origine, fréquences du PLMN

Données relatives à l’itinérance : identité temporaire de l’abonné TMSI, information de la localisation LAI……

CARTE SIM

Station Mobile (MS)



Terminal (ME) Il assure la connexion radioélectrique avec le PLMN IL identifie IMEI(International mobile Equipement Identity) Composition

Numéro d’homologation Numéro d’usine Numéro spécifique

Ces indications sont propres aux constructeurs, peuvent être utilisé pour la détection des terminaux indésirables (volés, non homologués ou perturbant le réseau) Sous-sytème radio (BSS : Base station substem)



Sous –système radio (BSS) Station de base (BTS) Fonction

Gère l’émission-réception sur une zone géographique donnée(cellule): multiplexage temporel TDMA, saut de fréquence, chiffrement des trames, codage canal, modulation, égalisation

Réalise les mesures radio nécessaires pour contrôler le déroulement des communications en cours (niveau de puissance, qualité des signaux) et les transmet au BSC

Capacité Capacité variable, jusqu’à 16 TRX maximum Possibilité d’écouler au plus une centaine de communications simultanées

Un TRX est un émetteur-récepteur capable de gérer une paire de fréquences porteuses GSM (voie montante et descendante)

Un TRX peut gérer 7à8 communications simultanées par multiplexage temporel sur une fréquence porteuse.

En zone rurale 2TRX En zone urbaine de 2 à 6 TRX



Station de base (BTS)

2D

ArchitectureEn émission, des dispositifs de couplage permettent de superposer les

ondes générées par les différents TRX (à différentes fréquences) sur la même antenne

En réception, la même antenne peut être utilisée grâce à des dispositifs de duplexage

Duplexeur

Coupleur Diviseur

TRX1 TRX2TX TXRX RX

Antenne E/r En pratique différentes architectures sont possibles, l’objectif étant de limiter les pertes:

-0.5 db pour duplexeur

-3 db pour un coupleur/divideur











Contrôleur de station de base (BSC





Interfaces



Sous-système réseau (NSS)



Registre de localisation nominale (HLR)

Fonction - Mémorise les caractéristiques quasi-permanente de chaque abonné:

Identité internationale utilisée par le réseau (IMSI) Numéro de téléphone (MSISDN) Profil de l’abonnement (Services autorisés: appel international…)

Ces caractéristiques sont rentrées par l’opérateur à partir de son système d’administration - Mémorise la localisation momentanée de chaque abonné: Numéro du VLR correspondant à la zone géographique courante de l’abonné ( même si l’abonné se connecte sur un PLMN étranger) La mise à jour de la localisation est effectuée à partir des informations émises par la MS à travers le réseau.



Centre de commutation des mobiles (MSC) Centre de commutation des mobiles (MSC) Registre de localisation des visiteurs (VLR) Registre d’identités des équipements (EIR)



Registre d’identités des équipements(EIR)

Fonction Mémorise et classe les IMEI suivant3 listes: Liste blanche : équipements homologués Liste grise: Équipements présentant des dysfonctionnements donc perturbant le réseau Liste noire: Équipements volés et interdits d’accès au réseau

Procédure - Consultation lors des demandes de services d’un abonné pour vérifier

que le terminal est autorisé à fonctionner sur le réseau - L’accès au réseau est refusé si le terminal est dans la liste grise ou noire.

Dans ce cas le réseau peut mémoriser l’identité IMSI de l’abonné qui tente d’accéder de façon frauduleuse.

Remarque : il est possible d’utiliser un terminal homologué sur tout réseau GSM dans le monde. Mais en l’absence de liaison entre les EIR des différents PLMN, la consultation des EIR n’est pas effectuée.

Centre d’authentification (AuC)

Fonction : mémorise des données de sécurité - La clé d’authentification Ki de chaque abonné dur éseau - Les algorithmes d’authentification et d’établissement de la clé de

chiffrement utilisés sur le réseau Implantation

- Association d’un Auc à chaque HLR - Intégration dans un même équipement

Centre d’administration du réseau (NMC)



Centre d’opération et de maintenance (OMC)

Interface B : Divers, non respectée (VLR intégré au msc) Interface C :Interrogation du HLR pour appel ou message court entrant Interface D: Gestion des informations d’abonnés et de localisation Interface E: Exécution des handover, transport des messages courts Interface F MSC-EIR vérification de l’identité du terminal Interface G: Gestion des informations d’abonnés Interface H HLR-AUC échange des données d’authentification

Interfaces entre éléments de NSS

2D

HLR

MSC G-MSC

G

D D

C C

E

B B

VLR VLR



Services en GSM

Les services supports ou bearer services comprenant l’offre d’une capacité de transmission entre des interfaces utilisateurs définis, la transmission est numérique et fonctionne à un debit de 12 ou 13 KBITS/S Les types de services : Circuits de données avec différents débits (entre 300 et 9600 Kbit/s) Accès asynchrone (300-9600 Kbit/s) Accès synchrone (2400, 4800 et 9600Kbit/s) Les téléservices comportent une offre de communication incluant les terminaux et éventuellement des applications : La téléphonie Appel d’urgence (le 112) Messages courts Fax Services supplémentaires regroupent toutes les facilités d’utilisation qui peuvent être offerts en complément des services précédents.(Identification de numéro, renvoi d’appel, double appel, conférence, facturation, restriction d’appel

Architecture des protocoles

Structure du réseau GSM en couches : Respect de la philosophie générale des couches du modèle de référence OSI ( Open System Interconnection) spécifié pour les réseaux de télécommunications par l’ISO

Mais quelques spécifités par rapport à un réseau classique du fait de la mobilité .

Réutilisation d’un certain nombre de protocoles existants : Protocoles du réseau de signalisation sémaphore N°7 (SS7) Développé pour le réseau de téléphonie (RNIS)

C’est un choix des concepteurs de GSM pour réduire les couts de développement.



Modèle de référence OSI Réseau de signalisation sémaphore N°7(SS7)







MTP (Message Transfert Part)

Assure un transfert fiable des messages de signalisation au niveau national Comprend trois couches correspondant aux couches basses du modèle OSI - MTP niveau 1 : définit les caractéristiques physiques d’une liaison sémaphore (une voie MIC à 64 Kbits/s) - MTP2 : définit les fonctions et les procédures de transfert des messages de signalisation de façon à fournir un transfert fiable entre 2 points sémaphores - MTP3 niveau3 : définit les fonctions et les procédures de transfert de message de signalisation de façon à assurer un transfert fiable entre les différents nœuds d’un réseau sémaphore

ISUP (ISDN User Part) Définit les fonctions de signalisation téléphoniques nécessaires pour l’établissement d’appels nationaux et internationaux

SCCP (Signalling Connection Control Part) Offre deux services supplémentaires par rapport au protocole MTP: * L’échange de signalisation pure au niveau international * Un service orienté connexion (échange de signalisation non liées à l’établissement de circuit)

TCAP (Transaction Capabilities Application Part) Facilite les dialogues à travers un réseau indépendamment de l’établissement d’un circuit téléphonique, notament pour l’administration du réseau Architecture de protocoles au sein du NSS Les différents éléments du NSS forment un réseau sémaphore SS7 :

- Signalisation sémaphore bien adaptée aux réseaux mobiles qui gérent des échanges de signalisation fréquents entre les terminaux et l’infrastructure indépendamment de toutes communication

- Elément du réseau SS7 GSM : HLR, MSC/VLR , EIR. • Le HLR et l’EIR ne gérent aucun circuit : ils appartiennnent au

réseau sémaphore • Le MSC/VLR appartient aussi au réseau de transmission GSM



MAP (Mobile Application Part) - Protocole spécifique au GSM spécialisé dans la gestion de la mobilité : il

offre toutes les fonctions de signalisation qui permettent à un mobile d’être itinérant

- Procédure concernées par le MAP : *authentification d’un abonné mobile * mise à jour de localisation d’un mobile * recherche d’un mobile appelé * handover entre 2MSC

Architecture de protocoles au sein du BSS



Gestion du réseau



GESTION DU RESEAU

Identité et numéro liés à un abonné



Confidentialité de l’IMSI



Authentification de chaque abonné



Confidentialité des communications



Gestion des données de sécurité







Gestion de l’itinérance (Rooming) Zone de localisation





Zones de localisation se sont des entités du réseau ou se trouve stockés la LAI

- Chaque MS stocke la LAI de la zone courante - Le VLR mémorise la LAI courante de chaque abonné qu’il gère - Le HLR mémorise l’identité du VLR courant de chaque abonné

et non sa zone de localisation

Mise à jour de la localisation Le réseau GSM combine plusieurs types de mise à jour de localisation: - une mise à jour sur changement de zone de localisation - une mise à jour périodique - une mise à jour à la mise sous tension du mobile Le réseau ne doit pas perdre la trace du mobile pour pouvoir lui acheminer les appels qui lui sont destinés



Recherche d’abonné (procédure de paging)



Procédure de gestion d’itinérance











Gestion des appels



----------------------------------Conversation-----------------------------





----------------------------------Conversation-----------------------------



Appel entre abonnés mobiles Les phases d’appel sortant et d’appel entrant sont réunis : Le G-MSC est remplacé par le MSC de l’abonné mobile qui appelle. Fin de communication

- Raccroché de l’abonné mobile • Lorsque l’abonné mobile raccroche, un message est envoyé au

MSC • Le MSC libère le circuit de parole et envoie un message de fin de

communication au central de l’abonné fixe et au mobile • La station mobile acquitte le message : la communication est

terminée • Le réseau libère alors l’ensemble des ressources : canal dédié de

trafic et connexions établies jusqu’au MSC/VLR. - Raccroché de l’abonné fixe La procédure est similaire.



INGENIERIE ET CONCEPT CELLULAIRE L’ingénierie radioélectrique d’un réseau est considéré parmi les taches les plus importantes et les plus sensibles rencontrés lors d’un déploiement d’un système cellulaire.

Elle conditionne de façon importante la qualité de service offerts aux utilisateurs.

L’opérateur doit assurer une couverture en fonction de ses objectifs.

En réutilisant les mêmes fréquences sur des sites distants on peut optimiser l’utilisation des ressources radio et permettre une densité maximale d’usagers par unité de surface.

Le concept cellulaire permet , théoriquement d’atteindre des capacités illimitées en densifiant le réseau de station de base.

Définition:

La zone à couvrir par un opérateur est devisée en cellules , chaque cellule est constituée d’une station de base à laquelle on associe un certain nombre de canaux de fréquences à bande étroite, ces fréquences ne peuvent pas être utilisées dans les cellules adjacentes afin d'éviter les interférences Organisation cellulaire



Réutilisation des ressources: Par rapport au système de première génération, les cellules étant de taille plus petite, la puissance d'émission est plus faible et le nombre d'utilisateurs peut être augmenté pour une même zone géographique. C'est grâce au principe de réutilisation des fréquences qu'un opérateur peut augmenter la capacité de son réseau. En effet, il lui suffit de découper une cellule en plusieurs cellules plus petites et de gérer son plan de fréquences pour éviter toute interférence. Il y a ainsi toute une nomenclature spécifique pour classer les cellules en fonction de leur taille (macro, micro, pico, etc). Distance de réutilisation Distance entre deux cellules utilisant la même fréquence c’est une distance dans toutes les directions



Exemple : motifs 4/12 et 3/9 Sectorisation Consiste à utiliser des antennes directives dont l’ouverture de 120° afin de limiter le nombre de sites installés, chaque site assure la couverture de trois cellules



Modèles des cellules Modèles micro cellulaires: Les microcellules couvrent quelques rues d’un centre ville ou une station de métro (portée maximale de 500m), les antennes des stations de base sont accrochées aux murs des maisons, à quelques mètres à peine du sol. Une microcellule est définie comme une surface délimitée par des immeubles dont la hauteur est supérieure à celle de l’antenne émettrice. Les ondes transmises sont principalement guidées le long des immeubles et non plus par-dessus ceux-ci comme dans le cas des macrocellules, on parle alors de « propagation guidée » ou « street canyon effect ».

Modèles pico cellulaires: Les picocellules couvrent un étage d’un grand bâtiment ou d’un centre commercial (portée maximale 100m), les antennes sont placées au plafond à l’instar d’un détecteur de fumée.



INTERFERENCES Estimation du rapport signal sur bruit Les signaux perturbateurs sont dû aux:

interférences co-canal : Ic interférences canal adjacent : Ia Bruit de fond du récepteur : N

On note C : la puissance utile On a I = Ia + Ic le rapport signal sur bruit est : C/(I + N) Interface co-canal



• Interférence co-canal

• Interférence canal-adjacent



La sensibilité du récepteur Afin d’assurer une réception correcte, il faut que le rapport C/N soit supérieur à un seuil donné ceci au niveau réception après démodulation, on l’exprime en fonction du rapport Ec/N ou Ec désigne l’énergie d’un bit et N désigne la densité spectrale du bruit Pour les faibles trafics exemple dans les zones rurales, on peut négliger l’effet des interférences par rapport au bruit : I << N Donc : C/ (N + I) = C / N = Ec / N0 Ec: énergie d’un bit N0: densité du bruit La puissance reçue doit être supérieure à la sensibilité du récepteur En GSM C/N > 8 dB C/ (I + N) > 9 dB Dans le cas du système GSM le seuil est de 8 dB Plus le seuil est bas, plus deux sites utilisant la même fréquences peuvent être proches.



Bilan de liaison Le principe général d’une liaison radio mobile Cette liaison comprend les éléments suivants : 1) Station de base :

Coupleur : superpose les ondes générées par les différents émetteurs sur le même conducteur.

Multi-coupleur : permet de disposer plusieurs récepteurs sur la même antenne . Duplexeur : sépare les voies montantes et descendantes, il est inutilisé dans

quelques stations, il est substitué par deux antennes Câble : joue le rôle d’un guide d’onde.

2) Terminal : Petite antenne Émetteur récepteur Généralement pas de dispositifs de couplage : présence d’un seul E/R





Antenne isotrope On appelle antenne isotrope une antenne théorique rayonnant uniformément dans toutes les directions de l’espace. Une telle antenne n’a donc pas de direction de propagation privilégiée; on dit qu’elle n’est pas directive. A une distance r la densité de puissance vaut: Piso (r,Θ,φ) = PE puissance isotrope On appelle puissance isotrope rayonnée Équivalente par cette antenne le produit de la puissance appliquée à sa base par son gain par rapport à l’antenne isotrope soit P*G en db PIRE=Pertes db+Gain Iso db PAR puissance apparente rayonnée PAR=Pertes+Gain λ/2 db PIRE= PAR+2.14 db





LES ANTENNES Définition A l’émission, l’antenne est un circuit accordable aux fréquences émission qui doit rayonner le maximum d’énergie provenant des émetteurs, sous forme d’ondes électromagnétiques. A la réception, elle doit capter le plus possible de l’énergie rayonnée et la transmettre aux récepteurs. Représentation d’une onde électromagnétique

• Une onde électromagnétique EM est constitué d’un champ électrique E et d’un champ magnétique H. Dans le vide, ces deux champs sont orthogonaux et transverses(perpendiculaires à la direction de propagation).

Uφ

Ur

UΘ

EΘ

Hφ

S

Uφ

Ur

UΘ

EΘ

Hφ

S

Uφ

Ur

UΘ

EΘ

Hφ

S

Ur

UΘ

EΘ

Hφ

S



Génération d’onde Une onde EM se propageant dans l’espace peut être produite:

• Par des courants, représentés vectoriellement par une densité de courant J en A/m². C’est le cas des antennes filaires.

• Par une ouverture dans un volume ou règne un champ EM, par exemple l’extrémité ouverte d’un guide d’onde. C’est le principe des antennes paraboliques.

Zone de rayonnement d’une antenne On distingue pour chaque type d’antennes trois zones de rayonnement:

• Zone de Rayleigh (ou zone de champ proche) • Zone de Fresnel • Zone de Fraunhoffer ( ou zone de champ lointain)



Propriété de rayonnement

• Tout rayonnement dans la zone de champ lointain a les caractéristiques suivantes :

• le champ magnétique H décroît en 1/r. • le champ électrique E décroît en 1/r. • la densité de puissance S décroît en 1/r².

Dipôle élémentaire On appelle dipôle élémentaire, dipôle infinitésimal ou encore doublet de hertz une antenne dont la longueur L est petite par rapport à la longueur d’onde λ. Comme L<< λ(en principe, L<50 Polarisation Définition

• La polarisation d’une onde TEM(Transvers Electro Magnetic) est le type de trajectoire que décrit l’extrémité du champ E au cours du temps dans le plan transverse.

• Il existe trois types de polarisation:



Types de polarisation Polarisation linéaire: le champs E n’a qu’une composante variant sinusoïdalement: sa trajectoire est donc un segment de droite. Polarisation circulaire: le champs E a deux composantes EΘ et Eφ de même amplitude et déphasées de 90 degrés, son extrémité décrit un cercle. Polarisation elliptique: la polarisation elliptique correspond au cas général d’un champs E comprenant deux composantes EΘ et Eφ d’amplitudes et de phases quelconques. Caractéristique d’ une antenne

• Réciprocité Le principe de réciprocité stipule qu’une antenne peut être utilisée indifféremment en émission ou en réception

• Directivité La directivité indique dans quelles directions la densité de puissance est meilleure ou moins bonne que celle de l'antenne isotrope. La directivité d’une antenne est définie ainsi : D(Θ,φ)= P(r,Θ,φ) [-]



On admet que Piso est la densité de puissance émise par une antenne isotrope qui aurait la même puissance émise Pe. Gain en puissance Le gain en puissance dépend de la fréquence du signal émis. Il est très faible aux basses fréquences mais atteint des valeurs de 75 ٪ à 95 ٪ pour des fréquences supérieures à 1 MHZ Le Gain Le gain d’une antenne correspond au meilleur gain directif dans une (plusieurs) direction(s). Les plus grands gains sont obtenus avec des antennes paraboliques(20 à 60 dB) Les différents gains en puissance d’une antenne sont les suivants: Gain directif : G(Θ,φ) = η D(Θ,φ) Gain : Go = max(G(Θ,φ)) Le rendement d’une antenne est défini par

Diagramme de rayonnement C’est la représentation de G(Θ,φ) /Go (ou parfois simplement G(Θ,φ) )) en fonction de Θ ou de φ sur un diagramme polaire ou rectangulaire





Surface équivalente

• Soit une antenne de réception captant une onde dont la densité de puissance vaut P(r,Θ,φ) et délivrant une puissance PR.

Antenne en réception

• La puissance reçue par une antenne d’ouverture AR et de gain isotrope GR située à une distance R de l’émetteur:

PR = P . Aeq Or Aeq(Θ,φ) = λ² . GR (Θ,φ) et P = PIRE /4.∏.r² = Go . PF/4.∏.r² soit PR = PF . Go . GR . [ λ /4.∏.r]exp2 (W) ou : PR = PF . Go . GR . LFS LFS (Free Space Loss ) : Affaiblissement du signal RF dans dans libre l'espace libre. En décibels : PR = PIRE + GR - LFS LFS = 20 log(f) + 20 log(d) + 147.5

P

émetteur récepteur

PPR, R, GGRRPPF,F,PPE, E, GGEEP

émetteur récepteur

PPR, R, GGRRPPF,F,PPE, E, GGEE



Antennes utilisées en GSM Antennes omnidirectives: zones de couverture omnidirectionnelle : Zones a faible trafic Antennes directives: Zones de couverture sectorielle Zones a fort trafic) ANTENNES OMNIDIRECTIONNELLES C’est une antenne dont le diagramme de rayonnement est un cercle dans le plan horizontal On distingue deux familles: - Antennes perches - Antennes modulaires Antenne perche En bande UHF et VHF l’antenne perche est constituée de N-dipoles superposés et alimentés en phase, l’ensemble est inséré dans une perche en complexe de verre et polyester. Exemple:l’antenne KATHREIN Caracteristiques K 55 15 2 31 K 55 15 2 21 K 55 15 2 11 REFERENCES

164 à 174 MHZ 155 à 164 MHZ

146 à 155 MHZ

GAMME DE FREQUENCES

50 OHMS IMPEDANCES



4DB PAR RAPPORT AU DIOLE DEMI ONDE GAIN

VERTICALE POLARISATION

50 WATTS PUISSANCE MAX

4275 mm 4530 mm 4780 mm LONGUEUR L

6.5 kg 6.5 kg 7 kg POIDS Antennes modulaires C’est une association d’antenne avec réflecteur ou panneaux mis dos à dos. - Le panneau a été étudié de telle façon à ce que le diagramme de rayonnement lorsqu’il fonctionne en polarisation verticale permet d’obtenir par association de panneau un diagramme circulaire En VHF 4 panneaux mis dos à dos En UHF 8 panneaux mis dos à dos Caracteristiques

SERIE UHF002745 SERIE VHF002741 REFERENCES

400à 470 MHZ 150à 210 MHZ G FREQUENCES

50OHMS IMPEDENCE

VERTICALE POLARISATION

1KW 2KW PUISSANCE

2.2m HAUTEUR

52KG 63KG POIDS



Antennes directives diagramme de rayonnement horizontal= lobe allongé + lobes secondaires(faible amplitude) - Constituées de: * une partie réflectrice (réflecteur) * élément rayonnant (dipôle demi onde) on peut lui associer plusieurs réflecteurs – elle sont utilisées dans le cadre de la réutilisation de la fréquence ou pour les cellules sectorisées



Partage des ressources radio ( canaux physiques)

Bande allouée au GSM Premier choix architectural découpage de la bande allouée



Duplexage Accès multiple



Partage en fréquence FDMA



Partage en temps TDMA Technique d’accès multiple Partage en temps (TDMA) •Les slots sont numérotés de 0 à 7. •Un « canal physique » <=> (numéro de slot, numéro de porteuse) •Les trames générées par une BTS dans le sens descendant sont synchronisées et les trames du sens montant ont un retard de 3 slots. Cela permet aux mobiles d'émettre et de recevoir sur le même slot distinctement.





Structure du burst normal Chaque slot sert au transport d'un canal logique. Le burst est le contenu physique du slot. L'information à transmettre est découpée en bursts. On retrouve donc différents types de bursts en fonction des différents types de canaux logiques •Le burst normal est composé de : - 2 x 57 bits d’information

- -2 x 1 bits de préemption qui permettent de distinguer la parole de la signalisation. En positionnant les drapeaux à 1, on vole sur une trame l'information utilisateur pourtransmettre de la signalisation, par exemple dans le cas d’un handover.

Le burst normal est composé de :

- 26 bits pour le midambule. Cette séquence est fixée parmi une des 8 spécifiées par la norme GSM. Elle permet de synchroniser chaque burst. Grâce au code des couleurs BSIC (sur 6 bits) qu'elle contient, elle permet aux BTS de filtrer les



bursts émis par un mobile hors de la cellule mais accordé à la même fréquence.

Chaque slot sert au transport d'un canal logique. Le burst est le contenu physique du slot. L'information à transmettre est découpée en bursts. On retrouve donc différents types de bursts en fonction des différents types de canaux logiques Canal physique duplex





Saut de fréquence







Organisation des trames En veille ou en communication, un mobile travaille toujours avec plusieurs canaux logiques. Utiliser un canal physique pour chacune de ces tâches, ce serait gâcher de la ressource radio puisque les différents canaux ne nécessitent pas un débit comparable à celui de la parole codée. Sur son canal physique, le mobile va donc trouver un multiplex de canaux logiques correspondant à son activité. La norme GSM impose l'organisation du transport des slots sous forme d'une structure à 4 niveaux hiérarchiques de trames : –La trame TDMA : 8 slots, Ttdma = 4,615 ms – La multitrame : de 2 types possibles suivant le type de canaux à transporter Multitrame à 26 : 26 trames TDMA, Durée = 120 ms (canaux de trafic et de contrôle) et Multitrame à 51 : 51 trames TDMA, Durée = 235,365 ms (pour les contrôles). La norme GSM impose l'organisation du transport des slots sous forme d'une structure à 4 niveaux hiérarchiques de trames : – La supertrame : 1326 trames TDMA; TSUPERTRAME = 6,12 s Dans chaque trame TDMA, on peut trouver des slots qui évoluent en multitrame à 26 et d'autres en multitrames à 51. La structure de supertrame permet d'homogénéiser l'organisation entre tous les slots d'une même trame TDMA. La supertrame se compose de 26 multitrames à 51 ou de 51 multitrames à 26.



– L'hypertrame: 2048 supertrames; TDurée = 3h 28min 53s 760ms La structure de l’hypertrame dure 2048*26*51=2715648 trames TDMA. Chaque trame TDMA est repérée par un compteur FN dans l'hypertrame. Le compteur FN donne en quelque sorte la base de temps propre de la BTS.

Structure des trames



Des canaux physiques aux canaux logiques





Partage de la ressource radio : canaux logiques

Rappel : Un canal physique est un TS défini par sa position dans la trame

Les canaux logiques

Un canal physique est un intervalle de temps (Time Slot) qui peut véhiculer des messages contenant différents types d ’information:

• messages de trafic: pour véhiculer de la voix et les données utiles.

• Messages de signalisation • messages de synchronisation • messages de mesures effectuées par les terminaux et

remontées vers le réseau • messages de contrôle

Ces messages sont classés dans des canaux logiques . Un canal physique est le conteneur de l ’information. Un canal logique est une spécification du contenu globale de l ’information

• Les canaux logiques peuvent être regroupés en 3 classes: – les canaux de diffusion (BCH: Broadcast Channel) qui

regroupent: FCCH, SCH et BCCH; sont des canaux diffusés par



le réseau et écoutés par tous les terminaux (qui sont en mode veille)- les canaux BCH sont simplex-

– les canaux de contrôle commun (CCCH: Common Control

Channel): PCH, AGCH et RACH; sont des canaux simplex. – DCCH (Dedicated Control Channel):

Cette famille regroupe les canaux dédiés SDCCH, SACCH, TCH et FACCH.

Une fois un canal dédié est alloué à un mobile spécifique, ce dernier sera l ’unique capable d’émettre et de recevoir sur ce canal.

Les canaux logiques BCH 1- Les canaux FCCH (Frequency Correction Channel): les messages émis sur ce canal:

• ne sont pas porteurs d’information utile. Tous les bits de tels messages sont des ‘ 0 ’

• sont utiles pour la correction de la fréquence des oscillateurs internes des terminaux

Canal simplex émis uniquement en DL 2- SCH (Synchronization Channel) Après avoir corrigé sa fréquence, le terminal doit être synchronisé avec la station de base. C ’est le rôle des messages émis sur le canal SCH. 3- BCCH (Broadcast Control Channel) Les terminaux mobiles en état de veille nécessitent plusieurs informations à savoir:

– LAI Location Area Identity, LAI= LAC+MNC+MCC – BCCH des cellules voisines – Paramètres de controles et de selection – Option de la cellule (celule barré, concentrique... )

Les canaux logiques CCCH

• 1- PCH (Paging Channel), – lorsque le réseau veut chercher un mobile, il diffuse l ’identité

du mobile en question dans toutes les cellules de la zone de localisation du mobile en question.

• un mobile est identifié par son IMSI ou TMSI • 2- RACH (Random Access Channel)



– Lorsque un mobile veut établir une connexion, il utilise ce canal logique RACH pour demander au réseau un accès.

– Le message de demande d ’accès contient la cause de l ’établissement de la connexion; communication normal, SMS, mis à jour de localisation...

– • 3- AGCH (Access Grant Channel)

– Suite à la réception d’une demande d’accès de la part d ’un mobile, le réseau assigne audit mobile un canal dédié.

– Toutes les informations relatives à cette allocation tels que le numéro de fréquence (ARFCN), le numéro de TS, Timing Advance TA… sont transmises au mobile sur le canal AGCH.

– Les canaux logiques DCCH 1- SDCCH (Standalone Control Channel)

– il permet au mobile et au réseau de négocier l ’allocation d ’un TCH, la mise à jour de localisation, l’authentification de l ’usager, la commande de chiffrement…

2- SACCH (Slow Associeted Control CHannel) – c ’est un canal associé toujours à un SDCCH ou à un TCH.

– Il est utilisé pour véhiculer :

• Dans la liaison montante les mesures radio et l’entête de la couche physique (TA, Power Control…)

• Dans la liaison descendante, les systèmes d ’information 5, 5bis et 6;

» LAI » BCCH des cellules voisines » options de la cellule » TA…

• 3- TCH (Trafic CHannel)

– canal pour la transmission des données utiles.

• 4- FACCH (Fast Associeted Control Channel) – utilisé pour véhiculer la signalisation urgente



• Définitions Par convention :

– Le canal physique configuré pour supporter les canaux logiques: FCCH, SCH, BCCH, PCH et AGCH est appelé Canal balise ou bien Canal BCCH

– Le canal physique configuré pour supporter les canaux

logiques: SDCCH et SACCH est appelé Canal de signalisation dédié ou bien Canal SDCCH

– Le canal physique configuré pour supporter les canaux

logiques: TCH, FACCH et SACCH est appelé Canal de Trafic ou bien Canal TCH

– La fréquence dont un Ts de sa trame est configuré comme

canal BCCH est appelée fréquence balise ou bien fréquence BCCH

1 2 3 5 6 7TS

FCCHSCHBCCH

PCHAGCH

SDCCHSACCH

TCHFACCH

BTS MS

TCHFACCH

SACCHSDCCH

PCH

AGCH

0 4

BCCH

FCCHSCH

SACCH

SACCH

1 2 3 5 6 7TS

FCCHSCHBCCH

PCHAGCH

SDCCHSACCH

TCHFACCH

BTS MS

TCHFACCH

SACCHSDCCH

PCH

AGCH

0 4

BCCH

FCCHSCH

SACCH

SACCH



Exemple de multiplexage des canaux



Présentation des canaux de la voie balise









Scrutation du mobile pendant une communication

- A chaque slot utilisé par un canal logique descendant correspond un slot montant dans le canal physique duplex concerné

- L’ensemble des slots montants miroirs des slots descendants utilisés par les canaux FCCH,SCH,BCCH,PCH et AGCH sont disponibles pour l’accès aléatoire : ils forment le canal RACH



Processus de sélection de cellule





Lorsqu’il se cale sur une cellule, le mobile en état de veille realise un certain nombre d’opérations de surveillance, lecture d’informations :

Information système diffusées sur la voie balise (canal BCCH) Messages de paging émis sur le canal PCH pour répondre à un éventuel appel



Critère d’affaiblissement C1 Assure la bonne qualité d’une communication entre une MS et une BTS (dans les sens descendant et montant) en l’absence d’interférences. Intervient dans les processus de sélection et de re-sélection de cellule :

Lors de la sélection de cellule, vérification du critère C1, la MS doit vérifier si la cellule dont la fréquence balise présente le plus fort niveau de champs RXLEV_dl est convenable

Re-sélection de cellule si le critère C1 n’est pas satisfait



Critère d’affaiblissement C2



Optimisation du lien Radio

Objectif de l’optimisation Minimiser le niveau d’interférence global Minimiser la puissance consommée par les mobiles pour augmenter leur

autonomie Procédés mis en œuvre

Contrôle de puissance Mode de transmission discontinue



Contrôle de puissance





Mode de transmission discontinue (DTX)







Gestion de la mobilité et procédures du handover

Handover Transfert automatique des communications intrfa cellulaire Inter cellulaire

Objectif : continuité satisfaisante des communications. Possibilité de se déplacer pendant un appel. Equilibrage du trafic entre les cellules (traffic handover). Eviter la rupture du lien mobile-réseau . Optimiser l’utilisation des ressources radio. Maintenir une qualité acceptable en cas d’arrivée d’interférants, … etc.

Les types de handover

Handover intra-cellulaire Dégradation du qualité du signal dû aux interférences commutation du mobile sur un autre canal

Handover inter-cellulaire niveau ou qualité sur la cellule courante est faible équilibrage du trafic (redirection du trafic)



Phase préliminaire d’observation Pendant cette phase , la MS et la BTS effectuent des mesures sur les canaux radio. Les mesures effectuées par la MS sont transmises sur le canal SACCH La MS effectue les mesures suivantes : - Le niveau de signal reçu: « RXLEV » . - La qualité du signal de la cellule courante: « RXQUAL » . La MS sélectionne les 6 fréquences sur lesquelles le niveau du signal reçu est plus fort niveau du signal reçu La fréquence sur laquelle le signal a été mesuré (code BSIC )

Le mobile remonte les résultats de ses mesures au BSS. Le BSS va les transmettre au MSC qui décidera ou non le déclenchement d’un

handover. Exécution du handover A l’exécution du handover : - Un nouveau canal est établi - La connexion est transférée vers le nouveau lien - l’ancien canal étant libéré Trois différents cas du handover selon l’ancien lien : - Hard handover - Seamless handover - Soft handover

XMS BTS BSC BTS

Décision handover

Commutation sur canal nouvelle cellule

MS

RR MEASUREMENT ROPORT

SACCH MEASUREMENT ROPORT

RR MEASUREMENT ROPORT

SACCHMEASUREMENT ROPORT

CHANNEL ACTIVATION

CHANNEL ACTVATION ACK

RR HANDOVER COMMAND

FACCH

RR HANDOVER ACCESS

RR HANDOVER ACCESS

HANDOVER DETECTION

RR PHYSICAL INFO

FACCH

SABM

FACCH

RR PHYSICAL INFO

FACCH

UA

FACCHRR HANDOVER

COMPLETE FACCHRF CHANNEL RELEASE

RF CHANNEL RELEASE

ACKNOWLEDGE

La procédure de handover au sein du BSS



La procédure de handover inter-MSC

• Quand le MSC reçoit le message BSSMAP HANDOVER REQUERED de la part du BSS-A, il recopie les données de ce message pour en faire un message BSSMAP HANDOVER REQUEST, l’encapsule dans un message MAP_PERFORM_HANDOVER, puis l’envoie au MSC-B ce message identifie la cellule (vers la quelle la communication doit être transfreée. Le MSC-B prépare la connexion sur la BSS-B comme dans le cas d’un handover intra –MSC.

XMS BTS-A MSC-A BSS-B

Commutation sur canal nouvelle celluleMS

BSSMP HANDOVER REQUERED

SCCP CONNECTION REQUEST

[BSSMAP HANDOVER REQUEST

RR HANDOVER ACCESS

BSSMAP HANDOVER DETECTION

BSSMAP CLEAR compete

RR HANDOVER COMPLET INFO

SCCP CONNECTION REQUEST

[BSSMAP HANDOVER REQUEST]

BSSMAP HANDOVER COMMANDRR HANDOVER COMMAND

Communication circuit de parole

BSSMAP HANDOVER COMPLETEBSSMAP CLEAR

COMMAND

La procédure de handover intra -MSC

SCCP RELEASED

SCCP RELEASED COMPLETE



Handover subséquent

• On ce place à présent dans le cas ou un appel en cours a déjà fait l’objet d’un transfert inter-MSC. Si la station mobile quitte la zone contrôlée par le MSC-B pendant le même appel, un handover subséquent est nécessaire pour poursuivre la communication.

• Dans ce cas, le MSC-A garde toujours le contrôle de la communication et établit un circuit de parole vers le MSC ou est commuté le mobile. Deux cas peuvent être identifiés:

- la station mobile revient vers la zone dépendant du MSC-A. -La MS pénètre dans une zone dépendant d’un troisième MSC(MSC-B’ ).

BSSMAP HANDOVER REQUERED

MAP_PERFORM_HANDOVER

[HANDOVER REQUEST]BSSMAP HANDOVER REQUEST

BSSMAP HANDOVER REQUEST ACK

MAP_PERFORM_HANDOVER ACK

[HANDOVER REQUEST ACK]

SSUTR 2 MIF(ho number

SSUTR 2 ACFBSSMAP HANDOVER COMMAND

Communication MS sur canal novelle celluleBSSMAP HANDOVER DETECTION

BSSMAP HANDOVER COMPLETE

MAP_PROCESS_ACCES_SIGNALING

[HANDOVER DETECTION

MAP_SEND_END_SIGNAL

BSSMAP CLEAR COMMANDE

BSSMAP CLEAR COMPLETE

SSUTR 2 RIU

COMMUNICATION RETABLIE

…Fin de communication

MS

BSS-A BSS-BMSC-A MSC-B

MS

XX



Handover sur demande du MSC

• LE MSC a connaissance du trafic écoulé par chaque BSC. • Il peut donc détecter des surcharges locales a une BSC et tenter d’équilibrer la

charge en commutant des conversations d’une cellule à l’autre. Cependant, il ne connaît pas la qualité et les conditions radios individuellement pour chaque conversation

…

MSC-A MSC-B BSS-B MSC-B’BSS-B’

BSSMAP HANDOVER REQUEST

MAP_PERFOM_SUBSEQUENT_HANDOVER

MAP_PERFORM_HANDOER [HANDOVER REQUEST]

HANDOVER REQUEST

MAP_PERFORM_HANDOER [HANDOVER REQUEST] HANDOVER REQUEST ACK

SSUTR 2 MIF (ho number )

SSUTR 2 ACF

MAP_PERFORM_SUBSEQUENT_HANDOVER ack

BSSMAP HANDOVER COMMAND Commutation MS

MAP_PROCESS_SIGNALING [HANDOVER DETECTION]

MAP_SEND_END_SIGNAL

Communication ré établieFIU SSUTR 2

SSUTR 2 LIG

MAP_SEND_END_SIGNAL ack

BSSMAP CLEAR COMMAND -COMPLETE

XXX



…

…

BSSMAP HANDOVER CONDIDATE ENQUIRE (2 HO)

BSSMAP HANDOVER REQUERED (HO demandé par MSC)

BSSMAP HANDOVER REQUERED (HO demandé par MSC

BSSMAP HANDOVER CANDIDATE ENQUIRE RESPONSE

Handover sur demande du MSC

X

BTS-A MSC-A



1-Phase préliminaire d’observation Le mobile et la BTS effectuent des mesures sur les canaux radio.

Les mesures de performances du canal descendant pour le système radio et des puissances de signaux reçus des cellules voisines, sont réalisées au niveau de la MS.

Le mobile remonte les résultats de ses mesures au BSS. Le BSS va les transmettre au MSC qui décidera ou non le déclenchement d’un

handover. Le BTS mesure les performances du canal montant de la MS considérée et

estime la puissance du signal d’interférence sur ses canaux de trafics libres. L’évaluation initiale des mesures en comparaison avec des seuils prédéfinis

et la stratégie de handover peut être réalisée au niveau du BSS. L’évaluation peut utiliser des résultats de la part d’autres BTS et d’autres

informations disponibles au niveau d’un ou plusieurs MSC. Le BSS récupère de la MS ou effectue les mesures suivantes: Mesures reportées par la MS sur le SACCH:

• Puissance du signal reçu sur le lien descendant ( RXLEV_DL), . Qualité du signal reçu ( RXQUAL) sur le lien descendant, • Puissance du signal reçu sur les canaux de diffusion (BCCH) des cellules voisines.

1-Phase préliminaire d’observation Mesures réalisées dans la BTS:

• RXLEV sur le lien montant ( Uplink, noté UL), • RXQUAL sur le lien montant, • Distance MS-BTS, • Niveau d’interférence sur les slots libres de cette cellule.

Remarques:

• Après chaque période de 480 ms (soit une multitrame SACCH), un nouvel échantillon des mesures ci-dessus est stocké. • Le BSS garde en mémoire les 32 échantillons et effectue une moyenne.

Il obtient les mesures suivantes : • RXLEV_DL et RXLEV_UP pour chaque connexion sur la liaison descendante et la liaison montante, • RXLEV_NCELL(n), niveau de signal reçu sur les porteuses BCCH d’un maximum de 16 cellules, • RXQUAL_DL et RXQUAL_UP pour chaque connexion sur la liaison descendante et la liaison montante, D’autre part le BSS garde les mesures suivantes : • Distance MS-BTS, moyenne pour chaque connexion de la valeur de l’avance en temps (time advance) pour en déduire une valeur de la distance MS-BTS, • Bilan de liaison (power Budget) : chaque connexion et pour chacune des 16 cellules adjacentes disponibles, le BSS évalue l’expression suivante :

PGBT(n) = [ Min (MS_TXPWR_MAX, P) – RXLEV_DL – PWR_C_D] – [ Min (MS_TXPWR_MAX(n), P) – RXLEV_NCELL(n)] Où:



- RXLEV_NCELL(n) et RXLEV_DL sont obtenus par les processus de moyennage,

- PWR_C_D est la différence entre la puissance maximum permise sur le lien descendant dans la cellule et la puissance utilisée sur ce lien après contrôle de puissance.

- MS_TXPWR_MAX est la puissance maximum que la MS est autorisée à utiliser sur un canal de trafic dans la cellule de service.

- MS_TXPWR_MAX(n) est la puissance maximum que la MS est autorisée à utiliser sur un canal de trafic dans la cellule voisine n.

- P est la puissance maximale possible de la MS. Grâce aux mesures réalisées par la MS , le réseau va établir une liste de cellules candidates pour le handover. 2- Algorithme de choix de la cellule cible

Le BSS établit une liste de cellules candidates vers lesquelles le mobile pourrait effectuer un handover si celui-ci est déclenché par le MSC.

Les cellules candidates sont choisies en se basant sur des critères de puissance de signal reçu d’abord et de bilan de liaison ensuite pour cela le BSS étudie ma validité des inéquations suivantes:

RXLEV_NCELL(n) > RXLEV_MIN(n) + Max(0, Pa) (1) PGBT(n) – HO_MARGIN(n) > 0 (2) Où :

- Pa = MS_TXPWR_MAX(n) – P, - RXLEV_NCELL(n): niveau de champ reçu de la cellule voisine n, - RXLEV_MIN(n): seuil de niveau de champ pour l’accès à la cellule n. - MS_TXPWR_MAX(n) : puissance d’émission maximum admissible dans la cellule n, - P : puissance d’émission maximum d’une station mobile.

Le BSS évalue la validité de l’inéquation (2) pour chaque cellule adjacente satisfaisant à l’inéquation (1) et construit une liste ordonnée de cellules en fonction de la valeur décroissante de PGBT(n) – HO_MARGIN(n).

3- Phase de déclenchement : Les critères de déclenchement du handover dépendent directement de la stratégie de contrôle du lien radio. 3.1- Critères de déclenchement d’un handover inter-cellulaire c) Distance (MS-BTS) > MAX_MS_RANGE ( critère optionnel)) d) PGBT(n) > HO_MARGIN(n) et PGBT(n) > 0 ( critère optionnel). Ce dernier critère ( critère de bilan de liaison ) assure qu’une MS est toujours en liaison avec la cellule avec laquelle l’affaiblissement su signal est minimum, même si les critères de qualité et de niveau de champ ne déclenchent pas de handover.



Il favorise la migration des MS vers des cellules où elles peuvent émettre avec une puissance moindre et ainsi, ce critère contribue à diminuer le niveau d’interférence. 3.2- Critères de déclenchement d’un handover intra-cellulaire

Le handover intra-cellulaire sera déclenché dans le cas où le niveau de champ dans la cellule courante est suffisant, mais que la qualité de la liaison est trop mauvaise

Ce cas peut se produire quand le canal est interféré pour cause de réutilisation dans une autre cellule par exemple.

3.2- Critères de déclenchement d’un handover intra-cellulaire Remarques:

Un handover intra-cellulaire sera réalisé en priorité par rapport à un handover inter-cellulaire du fait que le premier ne concerne que le BSS alors que le deuxième peut remonter jusqu’au MSC.

Minimiser les handover inter-cellulaire permet d’économiser des ressources et de réduire les risques d’échec de handover et de coupure de communication.

4- Ajustement des paramètres de travail ( influence sur les performances du handover) Les critères de déclenchement et de sélection de la procédure de handover font intervenir un certain nombre de paramètres prédéfinis par l’opérateur lors de la phase d’ingénierie du système.

• Le nombre de handover par distance parcourue doit être la plus faible possible. - Le handover doit être déclenché le plus près possible de la frontière de la cellule. - La cellule cible doit être choisie correctement . - La qualité de la liaison doit être maintenue pendant la phase de handover.

Pour satisfaire ces contraintes , les valeurs des indicateurs suivants doivent être minimisées :

- Nombre de tentatives de handover. - Probabilités d’échec de handover ou de coupure de la communication. - Effet de ping-pong : il se produit lorsqu’une MS connectée par exemple à la BS (A), effectue un handover, puis retourne vers la BS ( B par exemple), revient ensuite vers la BS (A) par handover , puis retourne vers la BS (B) etc. - Durée d’exécution du handover : durée entre la décision d’effectuer le handover et le moment où la liaison est effectivement établie avec la BS cible.

Quantité des ressources consommées par la procédure de handover.



Généralités La limitation du débit données pour GSM à 9.6Kbps (TCH/F9.6) est un frein au développement des services de type Internet mobile et WAP (Wireless Application Protocol). Les opérateurs sont devant un dilemme de développement du réseau :

o HSCSD : High Speed Circuit Switching Data. o GPRS : General Packet Radio Service. o EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution. o UMTS : Universal Mobile Télécommunications System.

GSM CSD et HSCSD

Le système GSM offre un débit de données de 9.6 Kbps par une technique de commutation de circuit (CSD, Circuit Switching Data) :

Réservation d’un time slot pendant la durée complète de la communication même si aucune donnée n’est transmise.

Le système HSD (High Speed Data) utilise un système de codage légèrement différent qui permet d’aller jusqu’à 14.4 Kbps (cf. GSM 02.34 et GSM 03.34).

La version HSCSD (High Speed Circuit Switching Data) utilise 4 time slot : soit 38.4 Kbps avec 9.6Kbps/slot et 57.6 Kbps en HSD.

Normes GPRS

Normes GSM 0x.6x. GPRS phase 1 (1997) GPRS phase 2 (1999) Le premier déploiement en 2002.

GPRS est considéré comme une évolution d’un réseau GSM. On rajoute deux type d’équipements à l’infrastructure existante et on modifie légèrement les parties logicielles et l’interface Abis.

GPRS est un système à commutation de paquets. GPRS ne réserve pas de time slot de façon permanente comme pour

une communication GSM classique. GPRS utilise les time slot à la demande de façon dynamique.

Le déploiement de GPRS n’est pas seulement destiné aux réseaux de type GSM.

Types de service GPRS Il y a deux type de service GPRS

PTP : Point To Point. PTP-CLNS : Connection Less Network Service .

Les paquets sont indépendants, ils peuvent prendre différents chemins sur le réseau (IP).

PTP-CONS : Connection Oriented Network Service . Les paquets prennent le même chemin sur le réseau (X25).



PTM : Point To Multipoint. PTM-M : Multicast. PTM-G : Group call. PTM-IPM : IP-Multicast.

Equipements GPRS

SGSN : (Serving GPRS Support Node). Nœud de service relié à un ou plusieurs BSS. C’est un routeur qui gère les terminaux présents dans une zone, Redirige les paquets entrant et sortant sur les utilisateurs attachés à la zone géographique gérée.

GGSN : (Gateway GPRS Support Node). Nœud passerelle relié an ou plusieurs réseaux de données, il sert d’interface avec les réseaux IP et X.25 externes.

BG : Border Gateway. interface avec d’autres réseaux GPRS). FW : FireWall La partie signalisation se fait par le réseau SS7.





La pile protocolaire

Gestion de l’itinérance

En GSM (LAI) En GPRS Zone de routage (RA, Routing Area) La MS (GSM) Eteint IMSI detach Allumé IMSI attach

En GPRS Repos Mobile éteint Idle Surveillance Mobile localisé Standby Prêt Localisé à la cellule prés Ready Identités Temporaires P-TMSI : Packet temporary mobile Subscriber Identity Un mobile à un TMSI+P-TMSI (réseau combinant mode circuit et mode paquet) . P-TMSI( reçu en clair)+Signature( est cryptée) pour éviter l’authentification. Notion de TLLI



Pendant, la procédure d’attachement initiale le mobile doit échanger de la signalisation avec le SGSN sans transmettre son IMSI. Il utilise pour cela un TLLI (Temporary link layer Identity Notion de PDP On appelle contexte PDP (Paket Data Protocol), l’ensemble des informations qui sont stockées dans le mobile. Un contexte pdp contient principalement :

Le type de réseau PDP utilisé (X25, IP etc..) ; L’adresse PDP du terminal (adresse pour un réseau X25,adresse IP etc..) ; L’adresse IP du SGSN courant ou se trouve l’abonné ; Le point d’accès au service réseau utilisé (NSAPI. Network Service Accsses

Point) ; La qualité de service négociée

Un mobile attaché à un réseau GPRS est identifié par son TLLI(temporary Link Layer Identity) dans le SGSN, pour le SGSN, le couple (TLLI,NSAPI) définit un contexte PDP. Le SGSN retrouve l’IMSI à partir du TLLI. Le SGSN utilise le couple (IMSI,NSAPI) qui est appelé (TID) Tunnel Identifier Activation du contexte PDP par le mobile

• Pour transmettre des données, un mobile attaché au réseau doit activer un contexte PDP

• Le mobile transmet toutes les caractéristiques du contexte au SGSN

• Le SGSN retrouve l’ IMSI et le GGSN associé au contexte • Le GGSN stocke l’ IMSI, Le contexte et l’adresse IP du SGSN



Activation du contexte PDP par le réseau

Désactivation du contexte PDP

Transmission de données

• Un réseau GPRS est un réseau IP • Chaque GGSN et SGSN dispose d’une adresse IP • Le routage vers les terminaux mobile utilise le principe

d’encapsulation et des protocoles tunnels



Transmission vers un abonné GPRS

Contexte activé GGSN retrouve l’adresse IP du SGSN ou se trouve l’abonné 5imsi et le NSAPI) est activé, Il forme l’en-tête IMSI, le NSAPIet les variables de numérotation.L’en-tête est concaténé avec le datagramme Ip pour former un PDU GTP (appelé G-PDU) TCP G-PDU SGSN UDP Le PDU TCP ou UDP encapsule dans un Datagramme Ip vers Le SGSN ou se trouve le mobile qui décapsule à son tour vers le mobile. Transfert de données vers un mobile en itinérance sur un autre réseau.



Canal physique Un canal physique configuré en GPRS est appelé PDH (Packet Data Channel). La multitrame de base est définie par un même slot sur 52 trames , elle est organisée en 12 blocs de 4 slots permet de transmettre 12 SDU physiques, chaque bloc peut supporter un canal logique GPRS.

Canaux Logiques

Un canal PDCH (Packet Data Channel Support) Des PDTCH (Packet Data Transfert Channel ) données utilisateurs. Des PACCH (Packet Associeted Control Channel ), qui transportent les

acquittements, le contrôle de puissance, ils permettent d’indiquer les futurs PDTCH qui seront alloués à un mobile par la transmission. Des PTCCH (Packet Timing Control Channel) qui transportent les valeurs

d’avance en temps par un groupe de mobile Les informations systèmes et les mécanismes d’accès aléatoires peuvent utiliser les canaux logiques GSM-Circuit : BCCH,PCH,RACH et AGCH. Un canal logique supplémentaire appelé NCH (Notification Channel a été introduit pour appels de groupes spécifiques aux services réseau d’entreprises (diffusion)



Dimmensionnement Processus de Planification d’un réseau GSM

Positionnement des BSC et Affectation des BTS au BSC de rattachement

Design de la partie NSS

Densification du réseau

Implantation du réseau

Mesures, Tests et optimisation du réseau

Plan de fréquences

Stratégie de la planification (Réseau monocouche, multicouches,

Qualité de service, capacité,…)

Planification radioélectrique (Définition du nombre, emplacements et caractéristiques des sites radio)

Configuration et dimensionnement des sites (Définition de nbre de secteurs par site et de nbre de TRX par cellule)

Collecte ou mise à jour des données de planification

(Modèles de trafic et de mobilité)

Positionnement des BSC et Affectation des BTS au BSC de rattachement

Design de la partie NSS

Densification du réseau

Implantation du réseau

Mesures, Tests et optimisation du réseau

Plan de fréquences

Stratégie de la planification (Réseau monocouche, multicouches,

Qualité de service, capacité,…)

Planification radioélectrique (Définition du nombre, emplacements et caractéristiques des sites radio)

Configuration et dimensionnement des sites (Définition de nbre de secteurs par site et de nbre de TRX par cellule)

Collecte ou mise à jour des données de planification

(Modèles de trafic et de mobilité)



Éléments de planification cellulaire

Objectif: minimiser le coût de l’infrastructure en fonction de Couverture radio; La taille des cellules; Plan de fréquences; La topologie du réseau fixe

Avec une qualité de service bien déterminée données

L’environnement à couvrir Les abonnés à desservir La bande de fréquences allouée

Éléments de planification cellulaire (phases principales)

Dimensionnement des différents éléments du réseau, la structure cellulaire, Planification radio

Sélection des sites radio théoriques Allocation des fréquences

Planification radio Estimation de la charge du trafic (paramètres)

Taux d’appels(nb et durée d’appel) Trafic lié à la mobilité

Qualité de service

• Qualité de service Couverture C/I Taux d’appels réussis Qualité vocale Coupure d’appels

• Dimensionnement Canaux TCH SDCCH/cellule Nb de TRX/cellule Les Interfaces Abis,Ater,AT etc..



Processus de Choix et Validation de Sites Radio

OUI

Couvertotale

NON

Spécification de la zone et objectif de la planif.

Choix des sites candidats

Site Survey

Prédiction et validation de sites

Choix modèleprédiction

OUI

Couvertotale

NON



Site Survey


OUI

Couvertotale

NON



Site Survey


Choix modèleprédiction



Configuration des canaux logiques/canaux physiques

• Exemple de configuration des canaux d’une cellule – Cellule à 2 TRX => 16 canaux physiques

» 1 BCCH » 1 SDCCH » 14 TCH

– Ou bien : » 1 BCCH+SDCCH/4 (Combined BCCH & SDCCH) » 15 TCH

– Cellule à 4 TRX => 32 canaux physiques » 1 BCCH » 2 SDCCH » 29 TCH

Dimensionnement des canaux dans une cellule

• Dimensionnement de l’interface radio 1. Dimensionnement des canaux de trafic, 2. Dimensionnement des canaux de signalisation,

• Dimensionnement du réseau d’accès radio (RAN: Radio Access Network) 1. Dimensionnement de l’interface Abis, 2. Dimensionnement de l’interface Ater, 3. Dimensionnement de l’interface A.

Rappel sur la Notion de Trafic

• Dans les systèmes de transmission en mode circuit le trafric est mesuré par : – Le taux d’occupation des circuits par rapport à une période d’observation

bien déterminée. • Trafic = durée d’occupation des circuits / durée d’observation • Généralement la période d’observation est considérée une heure • Pour la planification l’heure d’observation et l’heure de pointe

(busy hour) • L’unité de trafic est l’Erlang

• Ex. l’observation d’un circuit pendant une heure a abouti à l’enregistrement de

30 mn de communication=> le trafic=30mn/60mn=0.5 Erlg

• Le trafic total dans une cellule GSM est la somme de trafic moyen des abonnés a l’écoute de son BCCH.

• Dans un système de transmission en mode circuit la qualité de service peut être

mesurée par le taux de blocage (congestion). • Une demande de communication est bloquée => pas de ressources libre

• Si le trafic est important (nombre abonnés important ou bien leur activité est

importante)=> risque de congestion



Trafic et Disponibilité des Ressources

• La formule qui relie les trois paramètres : Trafic (A), Probabilité de blocage (Pb) et Nombre de circuits (N) est :

– Formule d’Erlang-B pour les systèmes sans attente – Formule d’Erlang-C pour les système avec attente.

• Le GSM est un système avec attente (canaux TCH uniquement, les canaux

SDCCH sont toujours sans attente. -Toutefois pour le dimensionnement on le considère sans attente (marge de sécurité pour tenir compte des erreurs des estimations de la mobilité, taux d’activité, nombre de holding calls,…)

Formule d’Erlang B Avec : Pb : probabilité de blocage, A : trafic en Erlang, N : nombre de canaux Dimensionnement des canaux TCH Pour les canaux TCH, Pb=2%

∑=

= N

i

i

N

iAN

APb

0!

!

Taux d'abnés

Taux d'activitépar abné

XFormule

d'Erlang-B

Densité de traficprévu dans la cellule

Prob de blocage

Nbre de canauxTCH

Taux d'abnés

Taux d'activitépar abné

XFormule

d'Erlang-B

Densité de traficprévu dans la cellule

Prob de blocage

Nbre de canauxTCH



Dimensionnement des canaux SDCCH

• Un canal SDCCH est occupé lors : de – Demande d’une connexion pour un appel entrant ou bien sortant, – Mise à jour de localisation (Update Location) – Envoi des SMS

As= [CA*D_moy_appel+taux_SMS*D_moy_sms+Taux_UL*D]*3600 En pratique généralement As est calculé à partir des statistiques. Typiquement As=28% A Nbre de Canaux SDCCH=[Nbre de liens SDCCH] / 8 2- Nbre de canaux dans la cellule = Nbre_TCH+Nbre_SDCCH+1 3- Nbre de TRX dans la cellule= [Nbre canaux dans la cellule]/8 Optimisation de l’Emplacements des BSC et Règles d’Affectation des BTS

• La capacité d’un BSC est donnée par : – Le nombre de TRX qu’il peut gérer – Le trafic maximal qu’il peut gérer (70% de sa capacité)

• Le BSC doit être placé:

– proche de ses sites radio – Dans un emplacement de convergence des artères de transmission

• Les sites radio doivent être affectés à leur BSC de façon à minimiser le HO Inter

BSC

• Le BSS (BTS+BSC) d’une zone doit être uniforme

Formuled'Erlang-B

As=28% * A

Prob de blocage=0.1%

Nbre de liensSDCCH

Formuled'Erlang-B

As=28% * A


Nbre de liensSDCCH



Dimensionnement des Interfaces (Abis, Ater et A)

• Dimensionnement de l’interface Abis • Le support physique assurant la connexion d’une BTS à son BSC

est une jonction MIC ( le support de transmission peut être : FH, FO, CC, PS, HDSL)

• Les voies GSM sont codés sur 16 kbit/s

Les voies MIC ont une capacité de 64 kbit/s Un IT MIC=4 voies GSM

• Or pour chaque cellule on a besoin d’un IT MIC pour la

signalisation LAPD (en mode concentré) Donc dans un site : NB_IT_MIC= Nbre_TRX*2+Nbre_cellule Nbre de Jonctions MIC = NB_IT_MIC/31 NB. Sur l’interface Abis Pb=0%

• Dimensionnement de l’interface A – C’est l’interface entre le TRC et le MSC

Nombre de Jonctions=NB_Jonctions_MIC_Ater*4

de préférence mettre le TRC proche de MSC

• Dimensionnement de l’interface Ater• Pb = 0.1 %

Formuled'Erlang-B

Trafic BSC


Nbre de voies (16 kbit/s)/4=Nbre_IT_MIC

Nbre_Jonctions_MIC= [Nbre_IT_MIC+2 (X25)+Nbre_IT_SS7]/30-Deux IT pour la liaison OMC-R type X25-Dans chaque jonction MIC il y a un IT pour la signalisation interne BSC-TRC-Le nombre de liens SS7 est fonction du trafic (CA) typiquement est : 2, 4 6 ou 8.



Glossaire









Documents

Cours des réseaux mobiles GSM-GPRS-UMTS-WIMAXhightech.edu/cours/Genie_Informatique/5eme_annee/Mr HAZAOUD... · Bilan de liaison 61 Antenne isotrope 63 Antennes 65 Partage des ressources