Modulation Gsmk

C. D EMOULIN , M. VAN D ROOGENBROECK . Principes de base du fonctionnement du rseau GSM. Revue de lAIM, pages 318, N 0 4, 2004.

P RINCIPES DE BASE DU FONCTIONNEMENT DU RSEAU GSMCdric D EMOULIN, Marc VAN D ROOGENBROECKDpartement dlectricit, lectronique et Informatique (Institut Monteore) Sart Tilman, B-4000 Lige, Belgique

http://www.ulg.ac.be/telecomRsum Si la tlphonie mobile se banalise aujourdhui, on le doit la conjonction de lavnement du numrique, laccroissement des performances des semi-conducteurs et diffrentes avances technologiques. Mais le facteur dterminant fut sans doute la cristallisation autour de la norme GSM issue dun effort soutenu de standardisation men lETSI1 (Organe europen de normalisation en tlcommunications, cr linitiative du Conseil des ministres). Dans cet article, nous passerons en revue diffrents aspects de la technologie GSM : lments de la couche physique, caractrisation de la partie radio, architecture du rseau, etc. Pour faciliter la lecture il faut concder que les acronymes abondent dans ce domaine, un glossaire est fourni en n darticle.

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Introduction

1.1 HistoriqueLhistoire de la tlphonie mobile (numrique) dbute rellement en 1982. En effet, cette date, le Groupe Spcial Mobile, appel GSM2 , est cr par la Confrence Europenne des administrations des Postes et Tlcommuncations (CEPT) an dlaborer les normes de communications mobiles pour lEurope dans la bande de frquences de 890 915 [M Hz] pour lmission partir des stations mobiles3 et 935 960 [M HZ] pour lmission partir de stations xes. Il y eut bien des systmes de mobilophonie analogique (MOB1 et MOB2, arrt en 1999), mais le succs de ce rseau ne fut pas au rendez-vous. Les annes 80 voient le dveloppement du numrique tant au niveau de la transmission quau niveau du traitement des signaux, avec pour drivs des techniques de transmission ables, grce un encodage particulier des signaux pralablement lenvoi dans un canal, et lobtention de dbits de transmission raisonnables pour les signaux (par exemple 9, 6 kilobits par seconde, not [kb/s], pour un signal de parole). Ainsi, en 1987, le groupe GSM xe les choix technologiques relatifs lusage des tlcommunications mobiles : transmission numrique, multiplexage temporel des canaux radio, chiffrement des informations ainsi quun nouveau codage de la parole. Il faut attendre 1991 pour que la premire communication exprimentale par GSM ait lieu. Au passage, le sigle GSM change de signication et devient Global System for Mobile communications et les spcications sont adaptes pour des systmes fonctionnant dans la bande des 1800 [M Hz]. En Belgique, cest en 1994 que le premier rseau GSM (proximus) est dploy ; Mobistar et Orange (rebaptis Base) viendront plus tard. Aujourdhui, le nombre de numros attribus pour des communications GSM dpasse largement le nombre de numros ddis des lignes xes et cette tendance se poursuit.

1.2 volution technologiqueTel quel, le rseau GSM est adquat pour les communications tlphoniques de parole. En effet, il sagit principalement dun rseau commut, linstar des lignes xes et constitus de circuits, cest--dire de ressources alloues pour la totalit de la dure de la conversation. Rien ne fut mis en place pour les services de transmission de donnes. Or, paralllement au dploiement du GSM en Belgique, en 1994, la socit Netscape allait donner un tour spectaculaire un rseau de transmission de donnes, appel Internet, en diffusant le premier logiciel de navigation grand public, articul sur le protocole http et communment appel web.1 http://www.etsi.org 2 Cest 3 Pour

nelles.

en fait la premire dnition de lacronyme GSM. des raisons dconomie de puissance et en vertu de la loi de F RIIS , on privilgie toujours les basses frquences pour les missions omnidirection-

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Comme le rseau GSM ne convenait gure pour la transmission de donnes, les volutions rcentes ont vis accrotre la capacit des rseaux en termes de dbit mais largir les fonctionnalits en permettant par exemple ltablissement de communications ne ncessitant pas ltablissement pralable dun circuit. Pour dpasser la borne des 14, 4 [kb/s], dbit nominal dun canal tlphonique bascul en mode de transmission de donnes, lETSI a dni un nouveau service de donnes en mode paquet : le General Packet Radio Service (GPRS) qui permet lenvoi de donnes un dbit de 115 [kb/s] par mise en commun de plusieurs canaux. Dune certaine manire, le GPRS prpare larrive de la tlphonie de troisime gnration, appele Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), qui permettra datteindre un dbit de 2 [M b/s]. Mais le chemin est long car les applications ncessitant lUMTS se font attendre, sans perdre de vue que tous les lments du rseau UMTS sont incompatibles avec ceux du GSM. Pourquoi les investisseurs devraient-ils donc mettre la main au portefeuille ?

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La technologie GSM

2.1 Le concept cellulaireLes rseaux de premire gnration possdaient des cellules de grande taille (50 [km] de rayon) au centre desquelles se situait une station de base (antenne dmission). Au tout dbut, ce systme allouait une bande de frquences de manire statique chaque utilisateur qui se trouvait dans la cellule quil en ait besoin ou non. Ce systme ne permettait donc de fournir un service qu un nombre dutilisateurs gal au nombre de bandes de frquences disponibles. La premire amlioration consista allouer un canal un utilisateur uniquement partir du moment o celui-ci en avait besoin permettant ainsi daugmenter statistiquement le nombre dabonns, tant entendu que tout le monde ne tlphone pas en mme temps. Mais ce systme ncessitait toujours des stations mobiles de puissance dmission importante (8 [W ]) et donc des appareils mobiles de taille et de poids consquents. De plus, an dviter les interfrences, deux cellules adjacentes ne peuvent pas utiliser les mmes frquences. Cette organisation du rseau utilise donc le spectre frquentiel dune manire sous-optimale. Cest pour rsoudre ces diffrents problmes quest apparu le concept de cellule. Le principe de ce systme est de diviser le territoire en de petites zones, appeles cellules, et de partager les frquences radio entre celles-ci. Ainsi, chaque cellule est constitue dune station de base (relie au Rseau Tlphonique Commut, RTC) laquelle on associe un certain nombre de canaux de frquences bande troite, sommairement nomms frquences. Comme prcdemment, ces frquences ne peuvent pas tre utilises dans les cellules adjacentes an dviter les interfrences 4. Ainsi, on dnit des motifs, aussi appels clusters, constitus de plusieurs cellules, dans lesquels chaque frquence est utilise une seule fois. La gure 1 montre un tel motif, en guise dexemple.

2 3 7 1 4 6 5

2 3 7 2 1 3 7 4 1 6 4 6 5 5 2 3 7 1 4 6 5

F IG . 1 Figure reprsentant un motif lmentaire ( gauche) et un ensemble de motifs dans un rseau ( droite).4 En

pratique, une distance minimale de deux cellules spare deux cellules utilisant la mme frquence.

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Graphiquement, on reprsente une cellule par un hexagone car cette forme approche celle dun cercle. Cependant, en fonction de la nature du terrain et des constructions, les cellules nont pas une forme circulaire. De plus, an de permettre un utilisateur passant dune cellule une autre de garder sa communication, il est ncessaire que les zones de couverture se recouvrent de 10 15%, ce qui renforce la contrainte de ne pas avoir une mme bande de frquences dans deux cellules voisines. Pour viter les interfrences plus grande distance entre cellules utilisant les mmes frquences, il est galement possible dasservir la puissance dmission de la station de base en fonction de la distance qui la spare de lutilisateur. Le mme processus du contrle de la puissance dmission est galement appliqu en sens inverse. En effet, pour diminuer la consommation dnergie des mobiles et ainsi augmenter leur autonomie, leur puissance dmission est calcule en fonction de leur distance la station de base. Grce des mesures permanentes entre un tlphone mobile et une station de base, les puissances dmission sont rgules en permanence pour garantir une qualit adquate pour une puissance minimale. En rsum, une cellule se caractrise : par sa puissance dmission nominale5 ce qui se traduit par une zone de couverture lintrieur de laquelle le niveau du champ lectrique est suprieur un seuil dtermin, par la frquence de porteuse utilise pour lmission radio-lectrique et par le rseau auquel elle est interconnecte. Il faut noter que la taille des cellules nest pas la mme sur tout le territoire. En effet, celle-ci dpend : du nombre dutilisateurs potentiels dans la zone, de la conguration du terrain (relief gographique, prsence dimmeubles, . . .), de la nature des constructions (maisons, buildings, immeubles en bton, . . .) et de la localisation (rurale, suburbaine ou urbaine) et donc de la densit des constructions. Ainsi, dans une zone rurale o le nombre dabonns est faible et le terrain relativement plat, les cellules seront plus grandes quen ville o le nombre dutilisateurs est trs important sur une petite zone et o lattnuation due aux btiments est forte. Un oprateur devra donc tenir compte des contraintes du relief topographique et des contraintes urbanistiques pour dimensionner les cellules de son rseau. On distingue pour cela quatre services principaux : 1. Le service Outdoor qui indique les conditions ncessaires pour le bon droulement dune communication en extrieur. 2. Le service Incar qui tient compte des utilisateurs se trouvant dans une voiture. On ajoute typiquement une marge supplmentaire de 6 dcibel Watt, note 6 [dB], dans le bilan de puissance pour en tenir compte. 3. Le service Indoor qui permet le bon droulement des communications lintrieur des btiments. Cette catgorie de service se subdivise son tour en deux : (a) le Soft Indoor lorsque lutilisateur se trouve juste derrire la faade dun btiment et (b) le Deep Indoor lorsquil se trouve plus lintrieur. Typiquement, on considre que, lors de ltablissement du bilan de puissance, cest--dire de lanalyse du rapport de la puissance mise la puissance reue au droit du rcepteur, il faut tenir compte de 10 [dB] dattnuation supplmentaire pour le Soft Indoor et de 20 [dB] pour Deep Indoor 900 [M Hz]. Quand on sait que 10 [dB] reprsente un facteur de 10 en puissance, on comprend quil est crucial pour un oprateur de dimensionner au mieux son rseau, quitte effectuer des mesures sur le terrain. 2.1.1 Rutilisation des ressources Par rapport au systme de premire gnration, les cellules tant de taille plus petite, la puissance dmission est plus faible et le nombre dutilisateurs peut tre augment pour une mme zone gographique. Cest grce au principe de rutilisation des frquences quun oprateur peut augmenter la capacit de son rseau. En effet, il lui suft de dcouper une cellule en plusieurs cellules plus petites et de grer son plan de frquences pour viter toute interfrence. Il y a ainsi toute une nomenclature spcique pour classer les cellules en fonction de leur taille (macro, micro, pico, etc). Dnition 1 [Capacit] La capacit est le trac maximum que peut couler une cellule en fonction du nombre de frquences qui lui sont attribues, le trac tant fonction du nombre moyen de personnes qui communiquent et de la dure moyenne dune communication.5 Cette

puissance est typiquement de lordre de la centaine de Watts.

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2.1.2 Estimation du rapport de puissance porteuse bruit tant donn que, dans un rseau, une mme frquence est rutilise plusieurs fois, il est ncessaire dvaluer la distance minimum qui doit sparer deux cellules utilisant la mme frquence pour quaucun phnomne perturbateur nintervienne. En calculant le rapport entre la puissance de la porteuse et celle du bruit, il est possible destimer cette distance. Pratiquement, dans une cellule, un mobile reoit la fois le message utile (dont la puissance vaut C) qui lui est destin et un certain nombre de signaux perturbateurs. La connaissance du rapport entre ces puissances, nous permettra de connatre la qualit de la communication. Pour commencer, il est ncessaire didentier les diffrents signaux perturbateurs. On peut les subdiviser en deux classes : 1. Les interfrences de puissance totale I qui sont dues aux signaux mis par les autres stations. On peut distinguer : (a) Les interfrences co-canal qui sont dues aux signaux mis par les autres stations de base utilisant la mme frquence. (b) Les interfrences de canaux adjacents dues aux signaux mis par les stations de base utilisant des frquences voisines. 2. Le bruit, de puissance N , provenant principalement du bruit de fond du rcepteur. Ds lors, cest le rapport C N +I qui permet dvaluer la qualit de la communication ainsi que la distance de rutilisation des frquences.

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2.2 Synthse des principales caractristiques du GSMLa norme GSM prvoit que la tlphonie mobile par GSM occupe deux bandes de frquences aux alentours des 900 [M Hz] : 1. la bande de frquence 890 915 [M Hz] pour les communications montantes (du mobile vers la station de base) et 2. la bande de frquence 935 960 [M Hz] pour les communications descendantes (de la station de base vers le mobile). Comme chaque canal frquentiel utilis pour une communication a une largeur de bande de 200 [kHz], cela laisse la place pour 124 canaux frquentiels rpartir entre les diffrents oprateurs. Mais, le nombre dutilisateurs augmentant, il sest avr ncessaire dattribuer une bande supplmentaire aux alentours des 1800 [M Hz]. On a donc port la technologie GSM 900 [M Hz] vers une bande ouverte plus haute frquence. Cest le systme DCS-1800 (Digital Communication System) dont les caractristiques sont quasi identiques au GSM en termes de protocoles et de service. Les communications montantes se faisant alors entre 1710 et 1785 [M Hz] et les communications descendantes entre 1805 et 1880 [M Hz]. Connaissant les diffrents canaux disponibles, il est alors possible deffectuer un multiplexage frquentiel, appel Frequency Division Multiple Access (FDMA), en attribuant un certain nombre de frquences porteuses par station de base. Un oprateur ne ddie pas pour autant une bande de frquences par utilisateur, car cela conduirait un gaspillage de ressources radio tant donn quun utilisateur met par intermittence. De plus, avec un tel systme, si une source parasite met un bruit une frquence bien dtermine, le signal qui se trouve dans la bande de frquence contenant le parasite sera perturb. Pour rsoudre ces problmes, on combine le multiplexage en frquence un multiplexage temporel (appel Time Division Multiple Access ou TDMA) consistant diviser chaque canal de communication en trames de 8 intervalles de temps (dans le cas du GSM). Pour tre complet, signalons quil existe encore une autre technique de multiplexage appel Code Division Multiple Access (CDMA), utilise dans la norme amricaine IS-95 ou promue pour lUMTS. Ainsi, avec le TDMA, il est par exemple possible de faire parler huit utilisateurs lun aprs lautre dans le mme canal. On multiplie donc le nombre de canaux disponibles par unit de temps par huit. Le tableau 1 montre les caractristiques des rseaux technologie GSM et il compare les normes. Tous les terminaux mobiles fabriqus actuellement sont compatibles avec les 2 normes ; ces terminaux sont appels bi-bandes ou dual-band. Sur le territoire des tats-Unis, aucune des bandes de frquences pr-cites ntaient encore disponibles. Cest pourquoi le rseau technologie GSM amricain utilise des bandes autour des 1900 [M Hz]. Des terminaux capables doprer dans les trois bandes sont appels tri-bandes.

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Architecture du rseau

Larchitecture dun rseau GSM peut tre divise en trois sous-systmes : 1. Le sous-systme radio contenant la station mobile, la station de base et son contrleur. 2. Le sous-systme rseau ou dacheminement. 3. Le sous-systme oprationnel ou dexploitation et de maintenance. Les lments de larchitecture dun rseau GSM sont repris sur le schma de la gure 2. 4


BTS = Base Transceiver Station BSC = Base Station Controller VLR = Visitor Location Register MSC = Mobile Switching Center HLR = Home Location Register AuC = Authentication Center OMC = Operation and Maintenance Center

hi jk lm no n $ $% %$ % Q PQP PQ w vwv w vwv fgf gfg fgVLR BTS BSC MSC BTS HLR AuC BTS BSC OMC MSC BTS BSC VLRF IG . 2 Architecture du rseau GSM. 5

!! 89DE FG@A &'3 45 232 () dedpq rsfg RSXYe TU`a xy

" " "# " de HIBC HB 0167 06 tuhi th VWbc Vb d

#


Bande de frquences () Bande de frquences () Nombre dintervalles de temps par trame TDMA Dbit total par canal Dbit de la parole Dbit maximal de donnes Technique de multiplexage Rayon de cellules Puissance des terminaux Sensibilit des terminaux Sensibilit de la station de base

GSM 890, 2 915 [M Hz] 935, 2 960 [M Hz] 8 271 [kb/s] 13 [kb/s] 12 [kb/s] Multiplexage frquentiel et temporel 0, 3 30 [km] 2 8 [W ] 102 [dB] 104 [dB]

DCS-1800 1710 1785 [M Hz] 1805 1880 [M Hz] 8 271 [kb/s] 13 [kb/s] 12 [kb/s] Multiplexage frquentiel et temporel 0, 1 4 [km] 0, 25 et 1 [W ]

TAB . 1 Comparaison des systmes GSM et DCS-1800.

3.1 Le sous-systme radioLe sous-systme radio gre la transmission radio. Il est constitu de plusieurs entits dont le mobile, la station de base (BTS, Base Transceiver Station) et un contrleur de station de base (BSC, Base Station Controller). 3.1.1 Le mobile Le tlphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module) sont les deux seuls lments auxquels un utilisateur a directement accs. Ces deux lments sufsent raliser lensemble des fonctionnalits ncessaires la transmission et la gestion des dplacements. La principale fonction de la carte SIM est de contenir et de grer une srie dinformations. Elle se comporte donc comme une mini-base de donnes dont les principaux champs sont fournis dans le tableau 2. Paramtres Donnes administratives PIN/PIN2 PUK/PUK2 Language Donnes lies la scurit Cl Ki CKSN Donnes relatives lutilisateur IMSI MSISDN Donnes de roaming TMSI Location updating status Donnes relatives au rseau Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC), etc Numros de frquence absolus Commentaires Mot de passe demand chaque connexion Code pour dbloquer une carte Langue choisie par lutilisateur Valeur unique, connue de la seule carte SIM et du HLR Squence de chiffrement Numro international de labonn Numro dappel dun tlphone GSM Numro attribu temporairement par le rseau un abonn Indique si une mise jour de la localisation est ncessaire Identiants du rseau mobile de labonn Frquences utilises par le PLMN

TAB . 2 Liste partielle des informations contenues dans une carte SIM (voir [1, page 13] pour la liste complte). Lidentication dun mobile seffectue exclusivement au moyen de la carte SIM. En effet, elle contient des donnes spciques comme le code PIN (Personal Identication Number) et dautres caractristiques de labonn, de lenvironnement radio et de lenvironnement de lutilisateur.

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Lidentication dun utilisateur est ralise par un numro unique (IMSI, International Mobile Subscriber Identity) diffrent du numro de tlphone connu de lutilisateur (MSISDN, Mobile Station ISDN Number), tous deux tant incrusts dans la carte SIM. 3.1.2 La station de base (BTS) La station de base est llment central, que lon pourrait dnir comme un ensemble metteur/rcepteur pilotant une ou plusieurs cellules. Dans le rseau GSM, chaque cellule principale au centre de laquelle se situe une station base peut-tre divise, grce des antennes directionnelles, en plus petites cellules qui sont des portions de celle de dpart et qui utilisent des frquences porteuses diffrentes. En Belgique, il est frquent davoir des antennes tri-sectorielles, qui couvrent un peu plus de 120 degrs. Ces antennes ont lallure de paires de segments verticaux, disposes en triangle (cf. gure 3). Cest la station de base qui fait le relais entre le mobile et le sous-systme rseau. Comme le multiplexage temporel est limit 8 intervalles de temps, une station de base peut grer tout au plus huit connections simultanes par cellule. Elle ralise les fonctions de la couche physique et de la couche liaison de donnes. En cas de besoin, on peut exploiter une station de base localement ou par tlcommande travers son contrleur de station de base. 3.1.3 Le contrleur de station de base (BSC) Le contrleur de station de base gre une ou plusieurs stations de base et communique avec elles par le biais de linterface A-bis. Ce contrleur remplit diffrentes fonctions tant au niveau de la communication quau niveau de lexploitation. Pour les fonctions des communications des signaux en provenance des stations de base, le BSC agit comme un concentrateur puisquil transfre les communications provenant des diffrentes stations de base vers une sortie unique. Dans lautre sens, le contrleur commute les donnes en les dirigeant vers la bonne station de base. Dans le mme temps, le BSC remplit le rle de relais pour les diffrents signaux dalarme destins au centre dexploitation et de maintenance. Il alimente aussi la base de donnes des stations de base. Enn, une dernire fonctionnalit importante est la gestion des ressources radio pour la zone couverte par les diffrentes stations de base qui y sont connectes. En effet, le contrleur gre les transferts inter-cellulaires des utilisateurs dans sa zone de couverture, cest--dire quand une station mobile passe dune cellule dans une autre. Il doit alors communiquer avec la station de base qui va prendre en charge labonn et lui communiquer les informations ncessaires tout en avertissant la base de donnes locale VLR (Visitor Location Register) de la nouvelle localisation de labonn. Cest donc un maillon trs important de la chane de communication et il est, de plus, le seul quipement de ce sous systme tre directement grable (via linterface X25 qui le relie au sous-systme dexploitation et de maintenance).

3.2 Le sous-systme rseauLe sous-systme rseau, appel Network Switching Center (NSS), joue un rle essentiel dans un rseau mobile. Alors que le sous-rseau radio gre laccs radio, les lments du NSS prennent en charge toutes les fonctions de contrle et danalyse dinformations contenues dans des bases de donnes ncessaires ltablissement de connexions utilisant une ou plusieurs des fonctions suivantes : chiffrement, authentification ou roaming. Le NSS est constitu de : Mobile Switching Center (MSC) Home Location Register (HLR) / Authentication Center (AuC) Visitor Location Register (VLR) Equipment Identity Register (EIR) 3.2.1 Le centre de commutation mobile (MSC) Le centre de commutation mobile est reli au sous-systme radio via linterface A. Son rle principal est dassurer la commutation entre les abonns du rseau mobile et ceux du rseau commut public (RTC) ou de son quivalent numrique, le rseau RNIS (ISDN en anglais). Dun point de vue fonctionnel, il est semblable un commutateur de rseau ISDN, mis part quelques modications ncessaires pour un rseau mobile. De plus, il participe la fourniture des diffrents services aux abonns tels que la tlphonie, les services supplmentaires et les services de messagerie. Il permet encore de mettre jour les diffrentes bases de donnes (HLR et VLR) qui donnent toutes les informations concernant les abonns et leur localisation dans le rseau. Les commutateurs MSC dun oprateur sont relis entre eux pour la commutation interne des informations. Des MSC servant de passerelle (Gateway Mobile Switching Center, GMSC) sont places en priphrie du rseau dun oprateur de manire assurer une inter-oprabilit entre rseaux doprateurs.

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F IG . 3 Exemple dantennes GSM (ROCKHAMPTON, Q UEENSLAND, AUSTRALIE).

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3.2.2 Lenregistreur de localisation nominale (HLR) Il existe au moins un enregistreur de localisation (HLR) par rseau (PLMN).Il sagit dune base de donnes avec des informations essentielles pour les services de tlphonie mobile et avec un accs rapide de manire garantir un temps dtablissement de connexion aussi court que possible. Le HLR contient : toutes les informations relatives aux abonns : le type dabonnement, la cl dauthentication K i cette cl est connue dun seul HLR et dune seule carte SIM, les services souscrits, le numro de labonn (IMSI), etc ainsi quun certain nombre de donnes dynamiques telles que la position de labonn dans le rseau en fait, son VLR et ltat de son terminal (allum, teint, en communication, libre, . . .). Les donnes dynamiques sont mises jour par le MSC. Cette base de donnes est souvent unique pour un rseau GSM et seules quelques personnes y ont accs directement. Le centre dauthentication (AuC). Lorsquun abonn passe une communication, loprateur doit pouvoir sassurer quil ne sagit pas dun usurpateur. Le centre dauthentication remplit cette fonction de protection des communications. Pour ce faire, les normes GSM prvoient deux mcanismes : 1. Le chiffrement des transmissions radio. Remarquons quil sagit dun chiffrement faible, qui ne rsiste pas longtemps la crypto-analyse ! Ceci explique sans doute pourquoi, en Belgique, de nombreux toits de btiments de puissance trangre sont quips dantennes servant exclusivement la rception de signaux GSM... 2. Lauthentication des utilisateurs du rseau au moyen dune cl K i , qui est la fois prsente dans la station mobile et dans le centre dauthentication. Lauthentication seffectue par rsolution dun d sur base dun nombre M gnr alatoirement et envoy au mobile. partir de ce nombre, un algorithme identique (algorithme A 3 ) qui se trouve la fois dans la carte SIM et dans lAuC produit un rsultat sur base de la cl Ki et du nombre M . Ds lors, lorsquun VLR obtient lidentiant dun abonn, il demande, au HLR du rseau de labonn, le nombre M servant au d et le rsultat du calcul an de le comparer celui qui sera produit et envoy par le mobile. Si les rsultats concordent, lutilisateur est reconnu et accept par le rseau. Grce ce mcanisme dauthentication, un VLR peut accueillir un mobile appartenant un autre rseau (moyennant un accord pralable entre oprateurs de rseau !) sans quil ne soit ncessaire de divulguer la cl de chiffrement du mobile. On peut ds lors distinguer trois niveaux de protection : 1. La carte SIM qui interdit un utilisateur non enregistr davoir accs au rseau. 2. Le chiffrement des communications destin empcher lcoute de celles-ci. 3. La protection de lidentit de labonn. 3.2.3 Lenregistreur de localisation des visiteurs (VLR) Cette base de donnes ne contient que des informations dynamiques et est lie un MSC. Il y en a donc plusieurs dans un rseau GSM. Elle contient des donnes dynamiques qui lui sont transmises par le HLR avec lequel elle communique lorsquun abonn entre dans la zone de couverture du centre de commutation mobile auquel elle est rattach. Lorsque labonn quitte cette zone de couverture, ses donnes sont transmises un autre VLR ; les donnes suivent labonn en quelque sorte. 3.2.4 Lenregistreur des identits des quipements (EIR) Malgr les mcanismes introduits pour scuriser laccs au rseau et le contenu des communications, le tlphone mobile doit potentiellement pouvoir accueillir nimporte quelle carte SIM de nimporte quel rseau. Il est donc imaginable quun terminal puisse tre utilis par un voleur sans quil ne puisse tre repr. Pour combattre ce risque, chaque terminal reoit un identiant unique (International Mobile station Equipment Identity, IMEI) qui ne peut pas tre modi sans altrer le terminal. En fonction de donnes au sujet dun terminal, un oprateur peut dcider de refuser laccs au rseau. Tous les oprateurs nimplmentent pas une telle base de donnes.

3.3 Le centre dexploitation et de maintenanceCette partie du rseau regroupe trois activits principales de gestion : la gestion administrative, la gestion commerciale et la gestion technique.

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Le rseau de maintenance technique sintresse au fonctionnement des lments du rseau. Il gre notamment les alarmes, les pannes, la scurit, . . . Ce rseau sappuie sur un rseau de transfert de donnes, totalement dissoci du rseau de communication GSM.

3.4 Lacheminement des appels entre le rseau xe et le rseau GSM : deux scnarios en guise dexempleIllustrons brivement le fonctionnement des entits dun rseau en traitant deux scnarios typiques simplis entre un rseau mobile et un rseau xe : 1. Un abonn GSM compose le numro de tlphone dun abonn du rseau xe. Sa demande arrive dabord au BTS de la cellule puis passe travers le BSC et arrive enn au MSC qui vrie les droits de labonn (autorisation daccder ce service, tat de labonnement, . . .). Si labonn remplit les conditions, le MSC transmet lappel au rseau public et demande au BSC de rserver un canal pour la communication. Il ne reste alors plus qu attendre que le poste xe soit dcroch pour que la communication soit tablie. 2. Supposons au contraire quun abonn du rseau xe veuille joindre un abonn du rseau GSM. Le fonctionnement est un plus complexe car loprateur GSM nalloue des ressources un abonn que lorsque celui reoit ou met un appel. Le numro compos sur le poste xe est tout dabord aiguill vers le rseau de labonn GSM. La demande de connexion est interprte par un commutateur passerelle entrant du rseau GSM il sagit dun GMSC. Le numro form par labonn du rseau xe nest pas utilis tel quel pour commuter la communication. linstar des numros verts ou des numros durgence, il y a un mcanisme qui, au droit du GMSC, va convertir le numro de labonn en un autre numro attribu dynamiquement en fonction de la position de lutilisateur. Cest sur base de ce numro dynamique que lappel sera re-dirig dans le rseau GSM. Concrtement, le HLR est interrog an de connatre la position de lutilisateur du rseau mobile ainsi que son tat (libre, occup, teint). Si le mobile est dans ltat libre, le rseau interroge alors le VLR de la zone pour savoir dans quelle cellule le mobile se situe. Ainsi, le BSC de la zone demande aux diffrentes stations de base de sa zone de diffuser un avis dappel. Comme le mobile est libre, le destinataire coute le rseau et saperoit quon tente de le joindre et la sonnerie du terminal est active. Une fois que lutilisateur a dcroch, un canal de communication est allou lappel et les bases de donnes VLR et HLR sont mises jour.

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Description du canal physique

Dans un rseau GSM, deux techniques de multiplexage sont mises en uvre : le multiplexage frquentiel (FDMA) et le multiplexage temporel (TDMA).

4.1 Multiplexage frquentielDans sa version 900 [M Hz], la norme GSM occupe deux bandes de 25 [M Hz] ; lune est utilise pour la voie montante (890, 2 915 [M Hz]), lautre pour la voie descendante (935, 2 960 [M Hz]). Il est galement dni que chaque porteuse de cellule possde une densit spectrale conne dans une bande de 200 [kHz] ce qui signie que, thoriquement, on peut disposer de 124 canaux. Notons au passage que la bande de frquences du DCS-1800 tant plus large, elle peut contenir 374 canaux. Aussi, si on indique par Fu les frquences porteuses montantes et par Fd les frquences porteuses descendantes, les valeurs de frquence porteuse valent Fu (n) = 890, 2 + 0, 2 (n 1) [M Hz] Fd (n) = 935, 2 + 0, 2 (n 1) [M Hz] (2) (3)

o 1 n 124. Connaissant les canaux disponibles, il est alors possible deffectuer un multiplexage frquentiel en attribuant un certain ensemble de frquences porteuses par oprateur GSM cest le rle du rgulateur, lIBPT6 en Belgique et loprateur choisit son plan de frquences en allouant une ou plusieurs frquences par station de base. Proximus utilise les canaux 1 30 et 61 90, Mobistar sest vu attribuer les canaux 31 60 et 91 120 ; quant aux canaux restants (121 124), ils ont t rservs pour les tlphones sans l. Base (nomm Orange auparavant) nopre pas dans la bande des 900 [M Hz]. Par contre, la bande DCS-1800 est utilise par les 3 oprateurs (Base, Mobistar et Proximus).6 http://www.ibpt.be

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4.2 La modulationEn raison de la forte variabilit de lamplitude des signaux dans un environnement mobile, on prfre recourir un technique de modulation angulaire pour ce type denvironnement. La technique de modulation utilise pour porter le signal haute frquence est la modulation GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Comme le suggre son nom, il sagit dune variante dune modulation MSK appartenant la famille des modulations de frquence (FM) numriques. On utilise la GMSK car, en raison de la transition rapide entre 2 frquences (fc f et fc + f ), la modulation par MSK aurait ncessit une trop large bande de frquences. La modulation GMSK consiste en une modulation de frquence deux tats portant non pas sur la squence originale mais sur une nouvelle squence dont le bit n est produit comme le rsultat de la fonction du OU exclusif (XOR) entre le bit courant et le bit prcdent. Aprs application du XOR, le signal est ltr. La gure 4 montre la cration dun signal modul par GMSK.

Squence originale t Aprs XOR t Signal GMSK t

F IG . 4 Cration dun signal modul par GMSK au dpart dun train binaire. Au bout du compte, il faut une largeur de 200 [kHz] par frquence porteuse. Sachant que le dbit atteint 270 [kb/s], on atteint un rapport du dbit largeur de bande, appel efcacit spectrale, proche de 1. Cette valeur est typique pour des environnement mobiles, ce qui signie que, pour doubler le dbit, il ny a dautre solution que de doubler la largeur de bande.

4.3 Multiplexage temporelTant pour des questions dinterfrences lectromagntiques que pour des raisons daugmentation de capacit, le multiplexage frquentiel se double dune multiplexage temporel. Le multiplexage temporel consiste diviser chaque canal de communication en 8 intervalles de temps de 0, 577 [ms] chacun. Dnition 2 [Trame] On dnit ds lors une trame lmentaire de 8 intervalles pour une dure de 8 0, 577 = 4, 615 [ms]. Comme il est exclus de transmettre toutes les informations en une fois, il faut dcouper linformation et la transmettre au moyen de plusieurs trames conscutives. La norme GSM prvoit une organisation spcique de structure hirarchique de trames. Cette hirarchie est dessine la gure 5. Les trames sont regroupes comme suit : 1 multitrame de type 26 = 26 trames TDMA lmentaires et 1 multitrame de type 51 = 51 trames TDMA lmentaires, 1 supertrame de type 26 = 26 multitrames et 1 supertrame de type 51 = 51 mutlitrames 1 hypertrame = 2048 supertrames = 2.715.648 trames. La structure en trames est mettre en relation avec la typologie des informations vhicules, dont il est question dans cet article la section 5.3.

4.4 Mcanismes de protection contre les interfrences radio-lectriquesLe canal dune communication avec un mobile est changeant et sujet perturbations. Plusieurs mcanismes sont donc mis en uvre pour rduire limpact des interfrences. 4.4.1 Le saut de frquences ou Frequency Hopping Pour protger les canaux dune source radio parasite, la frquence porteuse utilise pour transmettre une salve de donnes uctue au cours du temps. Cest le principe du saut de frquence ou du Frequency Hopping (FH) ; il est illustr la gure 6. 11


Hypertrame0 1 2 3 42 1 3 4 2

5

2043 2044 20452046 2047 46 47 48 49 50 24 25

0 1 0

Supertrame 51 Supertrame 2649 50

Signal level [dB]

F IG . 5 Organisation des multiples de trames. Ainsi, si un moment dtermin, une bande de frquences est sujette fortes perturbations, seule une petite quantit de donnes sera perturbe. La norme GSM dnit un parcours de frquence cyclique ou pseudo-alatoire, comprenant au plus 64 frquences porteuses. Habituellement, un algorithme standardis gnre une suite pseudo-alatoire de nombres s i compris dans une liste de N frquences disponibles pour les sauts. La conguration des sauts se fait au moyen de paramtres tels que : le Cell Allocation (CA), la liste des numros des frquences utilises dans une cellule, le Mobile Allocation (MA), la liste des numros des frquences disponibles pour les sauts 7 , le Hopping Sequence Number (HSN), une valeur comprise entre 0 et 63, servant initialiser le gnrateur pseudoalatoire, et le Mobile Allocation Index Offset (MAIO), une valeur comprise entre 0 et 63 qui indique quel dcalage doit tre utilis. Cette valeur de dcalage est convenue linitialisation de lappel et elle diffre dun mobile lautre. Loprateur choisit le nombre de frquences prendre pour chaque numro de trame lmentaire (appele slot). Nanmoins, il doit tenir compte de la ncessit dun mobile entrant dans le rseau de pouvoir communiquer. Pour cela, on ge la frquence porteuse de certains slots dans le sens de la station de base vers le mobile. Ce canal a pour fonction essentielle de permettre au mobile de se rattacher la station de base la plus favorable. Il sagit par exemple du slot 0 pour lequel on ge une frquence et on nautorise le saut que sur 3 frquences (pour les appels en cours sur le slot 0) au lieu de 4 pour les autres slots. Signalons quil nest pas possible de passer de la bande 900 [M Hz] la bande 1800 [M Hz] pour effectuer le saut de frquence. Autrement dit, les ressources radio des bandes GSM et DCS-1800 ne sont jamais mlanges. 4.4.2 Dcalage temporel des envois Pour permettre le basculement dun mobile du mode rception en mode mission, la norme GSM prvoit un dcalage de 3 slots. Plus prcisment, le mobile met des informations 3 slots aprs rception des signaux envoys par la station de base. Malgr tout, les informations envoyes par les diffrents mobiles autour dune mme frquence porteuse entre en collision au droit de la station de base si la distance entre les mobiles et lantenne est fort diffrente dun mobile lautre. Pour viter des collisions, certains mobiles (les plus distants) doivent avancer le moment de lenvoi. La dure de lavance temporelle de lenvoi est appele Timing Advance (TA). Elle est fournie dynamiquement par la station de base.7 Il

y en a au maximum 64.

xyvw xyvw tu xyvw

xyv xyv xyv

0

1 2

24 25

Trame3 4

0 1

2

148 bits =0.428 ms

Slot

156.25 bits =0.577 ms temps [ms]

12

qp z{ z{ z{ vw qp z{ vw z{ z{ z{ vw z{ vw z{ rs z{ rs z{ vw z{ vw rs rs0 1 5 6 7

pq p pq z{ vw p z{ vw z{ vw xyvw z{ vw z{ vw z{ vw xyvw z{ vw z{ vw z{ tu vw tu xyvw tu tu

Multitrame 26

Multitrame 512

tu


slot

trame TDMA

Canal physique sans saut de frquencesF IG . 6 Principe du saut de frquence (daprs [2, page 169]). 4.4.3 Le codage Pour protger les informations des erreurs qui peuvent se produire lors des communications radio et ainsi rduire le taux derreur sur bit, trois techniques de codage sont appliqus : 1. Un codage en bloc qui ajoute un bit de parit au bloc et qui permet la dtection dun nombre impair derreurs. 2. Un codage rcurent (algorithme de V ITERBI). Linformation nest plus sectionne en parties indpendantes mais certains bits de redondance sont placs rgulirement dans le code. 3. On effectue galement un entrelacement par blocs de 464 bits. Cet entrelacement consiste rpartir les blocs selon une mthode dnie. Ainsi, si le canal perturbe une suite de bits conscutifs, laltration sera diffuse sur un grand nombre de blocs plutt que sur la totalit dun bloc ; les blocs affects pourront alors tre corrigs grce aux bits redondants.

5

Protocoles

5.1 Pile de protocolesLa gure 7 reprsente larchitecture des protocoles GSM des diffrents lments du rseau. Au niveau applicatif, on distingue les protocoles suivants qui, au travers de diffrents lments du rseau, relient un mobile un centre de communication (MSC) : 1. Le protocole Call Control (CC) prend en charge le traitement des appels tels que ltablissement, la terminaison et la supervision. 2. Le protocole Short Message Service (SMS) qui permet lenvoi de courts messages au dpart dun mobile. La longueur dun SMS est limit 160 caractres de 7 bits, soit 140 bytes. 3. Le protocole Supplementary Services (SS) prend en charge les complments de services. La liste de ces services est longue mais, titre dexemple, citons le Calling Line Identication Presentation (CLIP), le Calling Line Identication Restriction (CLIR) et le Call Forwarding Unconditional (CFU). 4. Le protocole Mobility Management (MM) gre lidentication, lauthentication sur le rseau et la localisation dun terminal. Cette application se trouve dans le sous-rseau de commutation (NSS) et dans le mobile car ils doivent tous deux connatre la position du mobile dans le rseau. 13

porteuse C0

porteuse C1

~

porteuse C2

~temps

|

porteuse C3

} |}

Frquences


Terminal mobile CC SMS SS MM RR LAPDm radio Air

Station de base

Contrleur de station de base

Commutateur CC SMS SS MM

RR LAPDm LAPD radio MIC Abis

RR LAPD MIC LAPD MIC A LAPD MIC

F IG . 7 Piles de protocoles de diffrents sous-systmes du rseau GSM (daprs [3, page 58]). 5. Le protocole Radio Ressource management (RR) soccupe de la liaison radio. Il interconnecte une BTS et un BSC car ce dernier gre lattribution des frquences radio dans une zone. Les trois premiers protocoles applicatifs pr-cits (CC, SMS et SS) ne sont implments que dans les terminaux mobiles et les commutateurs ; leurs messages voyagent de faon transparente travers le BSC et le BTS.

5.2 Les interfaces A-bis, A et X25Prsentons brivement les trois types dinterface qui relient le BSC respectivement la station de base (interface A-bis), au commutateur (interface A) et au centre dexploitation et de maintenance (interface X25). 5.2.1 Linterface A-bis La couche physique est dnie par une liaison PCM 2 [M b/s]8 (recommandation de la srie G de lITU) et la couche liaison de donnes est compose du protocole Link Access Protocol D-channel (LAPD). Comme le canal de liaison PCM a un dbit unitaire de 64 [kb/s] et que le dbit par canal radio GSM est de 13 [kb/s], il faut donc adapter le dbit. Cette fonction est appele transcodage et elle est ralis dans une unit appele Transcoding Rate and Adaptation Unit (TRAU). Deux solutions sont techniquement possibles et rencontres dans les rseaux GSM : 1. Mutliplexer quatre canaux 13 [kb/s] pour produire un canal 64 [kb/s]. 2. Faire passer le dbit de chaque canal 64 [kb/s]. Tout est affaire de compromis et de choix. Lavantage de la premire solution est de diminuer le dbit entre la station de base et le BSC o le trac est fortement concentr. La seconde solution offre par contre lavantage de banaliser les quipements du systme en ramenant tous les quipements 64 [kb/s]. Souvent, la deuxime solution est utilise au niveau des commutateurs et la premire au niveau du BSC an de garder lavantage du faible dbit de parole. 5.2.2 Linterface A La couche physique est toujours dnie par une liaison PCM 2 [M b/s] mais cest le protocole CCITT numro 7 qui est utilis pour la couche liaison de donnes. 5.2.3 Linterface X25 Cette interface relie le BSC au centre dexploitation et de maintenance (OMC). Elle possde la structure en 7 couches du modle OSI.8 Une

telle liaison offre 32 canaux 64 [kb/s].

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5.3 Typologie des paquetsChaque trame consiste en un certain nombre de bits. Ces bits sont organiss suivant une structure qui diffre en fonction du protocole applicatif mis en uvre pour chaque slot mais aussi de ltat intermdiaire du protocole considr. La dure dun paquet (0, 577 [ms]) correspond lmission de 156, 25 bits, dont 114 bits de message net. En admettant 156,25 que les slots se suivent sans interruption, un simple calcul ( 0,577103 ) montre que le dbit maximum vaut 270 [kb/s]. En pratique, le dbit maximum utile (en mode full-rate) ne dpasse pas 13 [kb/s] en raison des bits ncessaires la correction derreurs. Pour la transmission des donnes, cette limite descend mme 9, 6 [kb/s] en raison de la sur-protection ncessaire la garantie dun taux derreur acceptable. La norme dnit 5 types de paquets fonctionnels, appels bursts dans la terminologie GSM : 1. Les bursts daccs qui sont envoys par les mobiles lorsquils veulent entrer en contact avec le rseau. 2. Les bursts de synchronisation qui contiennent les informations sur la localisation et les frquences utilises. 3. Les bursts normaux qui transportent les messages. 4. Les bursts de correction de frquence. 5. Les bursts de bourrage (dummy packet) qui sont placs dans les espaces vides si aucune donne ne doit tre envoye. Pour tre prcis, ce burst est compos de 2 salves de 58 bits prxs interrompus par une squence dentranement de 26 bits. Tous les types de burst ont une forme semblable. Ils sont composs, dans lordre, de : bits den-tte (tail bit, TB), ncessaires la synchronisation. Ils correspondent toujours au code 000 sauf pour les bursts daccs. 148 bits utiles dont le format dpend du type de burst. bits de n, aussi appels tail bit, termins par une priode temporelle de garde requise pour permettre lmetteur de rduire sa puissance de 70 [dB]. Elle sert aussi compenser la dure de transmission qui est variable pour la rception dun paquet au suivant si le mobile a boug. La structure des 5 types de burst est reprsente la gure 8. 5.3.1 Le burst daccs Ce burst est mis, sur un canal ddi, par la station mobile lorsquelle cherche entrer en contact avec le rseau soit pour ltablissement dune communication, soit pour un handover. Il est le plus court des quatre types car il ne contient que 77 bits (41 bits de synchronisation et 36 bits dinformation). Son temps de garde est de 68, 25 bits, soit 0, 252 [ms]. Ce temps de garde permet de tenir compte de grandes cellules et dtablir ainsi une communication avec un mobile distant jusqu 35 [km]. En calculant la dure de voyage dun burst, la station peut asservir linstant du dbut dmission pour compenser le retard entran par la propagation des ondes. En effet, lhorloge interne des rcepteurs est synchronise grce un top de synchronisation envoy par la station de base. 5.3.2 Le burst de synchronisation Pour ce type de burst, 78 bits dinformations sont vhiculs pour les stations mobiles. Ces bits contiennent les renseignements concernant les frquences utiliser et la localisation (identit de la station de base, de la zone et de la cellule). 5.3.3 Le burst normal Ce burst transporte 2 57 = 114 bits dinformation spares par 26 bits qui sont une squence dapprentissage destine rgler les paramtres de rception. De plus, la zone TB correspond 8, 25 bits. Enn, il faut ajouter cela 2 bits qui indique sil sagit dun canal de donnes ou dun canal de signalisation et 6 bits pour marquer la monte ou la descente en amplitude. 5.3.4 Le burst de correction de frquence Le type de burst au format le plus simple. La station de base envoie 142 bits de donnes servant prvenir des interfrences possibles avec des frquences voisines. 5.3.5 Le burst de bourrage Lorsquun mobile est allum, le terminal teste le niveau de puissance des frquences des cellules proches pour dterminer la station de base laquelle il doit sasservir. Le burst de bourrage (dummy burst) est une squence prdnie qui sert donc dtalon de puissance. Il est aussi utilis pour forcer une dcision de handover. 15


0 burst daccs TB

1

2

3

4

5

6

7

41 bits de synchro

36 bits chiffrs

TB

GP de 68,25 bits

burst de synchronisation TB 39 bits chiffrs 64 bits de synchro 39 bits chiffrs TB GP

burst normal TB 57 bits 1 26 bits chiffrs 1 57 bits TB GP

burst de correction de frquence TB burst de bourrage TB 142 bits prdnis TB GP 142 bits xes (tous 0) TB GP

F IG . 8 Structures des 5 types de burst dnis par la norme GSM (daprs la norme et [4, page 140]).

16


Rfrences[1] G. Heine. GSM networks : protocols, terminology, and implementation. Artech House, 1999. [2] X. Lagrange, P. Godlewski, et S. Tabbane. Rseaux GSM-DCS. Herms, troisime edition, 1997. [3] J. Tisal. Le rseau GSM. Lvolution GPRS : une tape vers UMTS. Dunod, troisime edition, 1999. [4] B. Walke. Mobile Radio Networks : networking, protocols and trafc performance. John Wiley & Sons, 2002.

GlossaireAuC Authentication Center. Centre dauthentication (li un HLR) utilis dans les rseaux GSM. . . . . . . . . . . . . 7 authentification Fonction cryptographique qui consiste identier une personne. Cette fonction peut tre assure par diffrentes implmentations dont PGP par exemple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 BSC Base Station Controller. Station qui contrle les communications dun groupe de cellules dans un rseau de communications GSM. Elle concentre le trac de plusieurs BTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 BTS Base Transceiver Station. Station de base dun rseau GSM. Elle permet notamment dmettre et de recevoir un signal radio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 CA

Certication Authority ou Cell Allocation. Lautorit de certication est une entit dun systme transactionnel lectronique scuris. Gnralement, cette autorit dlivre et vrie des certicats. Dans la terminologie GSM, il sagit de la liste des numros de frquences utilises dans une cellule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 CDMA Code Division Multiple Access. Technologie de transmission numrique permettant la transmission de plusieurs ux simultans par rpartition de code. Cette technologie permet une utilisation permanente de la totalit de la bande de frquences alloue lensemble des utilisateurs. La technologie prvoit un mcanisme daccs aux ressources. 4 cellule En radiocommunications, zone gographique lmentaire dun rseau radiocellulaire laquelle on affecte un ensemble de frquences non rutilisables dans les zones contigus. Cest galement le nom donn un paquet ATM qui a une taille de 53 bytes dont 48 sont destines recevoir les donnes dun utilisateur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 CFU Call Forwarding Unconditional. Numro de tlphone vers lequel tout appel est redirig la demande de labonn appel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 chiffrement Terme qui dsigne laction de chiffrer un texte, des informations ou des donnes. Le chiffrement consiste transformer un texte de sorte quil faille une cl pour comprendre le message. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 CLIP Calling Line Identication Presentation. Service complmentaire de tlphonie qui consiste afcher le numro du correspondant sur le terminal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 CLIR Calling Line Identication Restriction. Service complmentaire de tlphonie qui empche que le numro du correspondant napparaisse sur le terminal dun utilisateur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 concentrateur Organe permettant de concentrer le trac et pouvant possder une intelligence capable de grer diverses commutations et divers protocoles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 dcibel Unit, note dB, servant mesurer la puissance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 DCS Digital Communication System. Un systme GSM port de la bande de frquences des 900 [M Hz] vers 1800 [M Hz]. Le systme DCS-1800 a plus de canaux (374) mais les protocoles et services sont quasi identiques. . . . . . . . . . . 4 EIR Equipment Identity Register. Identiant destin permettre de dsactiver un tlphone mobile (GSM) qui aurait t vol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

FDMA Frequency Division Multiple Access. Technique de rpartition de ressources par multiplexage frquentiel. Cette technique prvoit un mcanisme daccs aux ressources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4, 9 FH Frequency Hopping. Technique du saut de frquences qui consiste modier la frquence porteuse dun sigal modul en suivant une liste pr-dtermine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 FM Frequency Modulation. Modulation de frquences. Technique par laquelle on module la frquence instantane dune porteuse au moyen du signal modulant transmettre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 GMSC Gateway Mobile Switching Center. Centre de commutation pour mobile semblable un MSC. Il est plac en bordure de rseau dun oprateur GSM de manire permettre linterconnexion avec dautres rseaux. . . . . . . . . . . . . . 7 GMSK Gaussian Minimum Shift Keying. Nom de la technique de modulation numrique utilise pour la transmission radio des mobiles GSM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 GPRS General Packet Radio Service. Technologie de transmission par paquets facilitant laccs Internet haut dbit par GSM. Le dbit peut varier de 56 jusqu 115 [kb/s]. Il est galement possible dtablir des connexions permanentes. 1 17


GSM

Global System for Mobile Communications. Standard de tlphonie mobile adopt en Europe, en Asie et en Australie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1, 3

handover Terme dsignant le mcanisme par lequel un mobile peut transfrer sa connexion dune station de base vers une autre ou, sur la mme station, dun canal radio vers un autre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 HLR Home Location Register. Base de donnes centrale dun rseau GSM contenant toutes les informations relatives aux abonns du rseau (prol, position actuelle, . . .). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 HSN Hopping Sequence Number. Une classe de paramtres, dnis dans la norme GSM, pour congurer la squence de porteuses utilises pour des sauts de frquences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 hypertrame Lunit temporelle la plus longue de la hirarchie GSM. Elle totalise 3 heures, 28 minutes, 53 secondes et 760 millisecondes. Elle est compose de 2048 supertrames, composes elles-mmes de 1326 multitrames. . . . . . 10 IMEI International Mobile station Equipment Identity. Numro unique identiant un terminal GSM ; il est indpendant du numro dabonn et il permet de dsactiver un quipement vol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 IMSI International Mobile Subscriber Identity. Numro international unique dun abonn GSM. . . . . . . . . . . 4, 5, 7 IS-95 Norme amricaine de rseau cellulaire (dit de seconde gnration ou 2G) base sur la mthode daccs CDMA. 4 ISDN Integrated Services Digital Network Dsigne le rseau tlphonique numrique RNIS. . . . . . . . . . . . . . . . . 7 LAPD Link Access Protocol D-channel. Protocole de liaison de donnes utilise dans le rseau GSM. Il est dni dans la famille des recommandations X25 de lITU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 MA Mobile Allocation. Liste des numros de frquences utilisables pour des sauts de frquences dans un rseau GSM. 10 MAIO Mobile Allocation Index Offset. Dcalage permettant chaque terminal GSM dutiliser une srie de frquences diffrentes dun mobile lautre pour les sauts de frquence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 MCC Mobile Country Code. Nombre 3 chiffres identiant un pays (Belgique = 206, France = 208). . . . . . . . . . . . 5 MNC Mobile Network Code. Un nombre 2 chiffres utilis par identier un PLMN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 MSC Mobile Switching Center. Centre de commutation pour mobile. Cet quipement ralise la commutation des appels dune ou plusieurs cellules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7, 11 MSISDN Mobile Subscriber ISDN. Numro dabonn au rseau GSM. Il est possible davoir plusieurs numros (pour des services diffrents) au sein dune seule carte SIM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4, 5 MSK Minimum Shift Keying. Technique de modulation numrique consistant effectuer une fonction XOR entre 2 bits successifs pralablement une modulation de frquence 2 tats. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 NSS PCM Network Switching Center. Sous-systme dun rseau de tlphonie mobile. Cest la partie qui prend principalement en charge la commutation des appels, la signalisation et lidentication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7, 12

Pulse Code Modulation. Nom amricain pour dsigner la modulation par impulsions codes (MIC). Cette technique, utilise principalement en tlphonie, convertit un signal analogique en un signal de tlphonie numrique 64 [kb/s]. En toute rigueur, on ne devrait pas parler de modulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 PIN Personal Identication Number. Code (mot de passe) ncessaire chaque connexion dun GSM au rseau. . . . 4, 5 PLMN Public Land Mobile Network. Il sagit du rseau GSM, DCS ou PCS dun oprateur dans un pays. Le Network Color Code" identie un PLMN dans un pays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 PUK PIN Unblocking Key. Code ncessaire au dverrouillage dune carte SIM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 RNIS Rseau Numrique Intgration de Services. Dsigne le rseau tlphonique numrique. Au niveau du rseau, les signaux numriques utiles sont transmis des multiples de 64[kb/s]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 roaming Nom anglais pour dsigner le fait quun utilisateur de GSM peut se dplacer dune cellule lautre ou dun rseau un autre sans rupture de connexion. Labonn qui utilise sa carte SIM est factur par son oprateur. Cette opration est rendue possible grce aux accords de roaming conclus entre les diffrents oprateurs. . . . . . . . . . 5, 7 RTC Rseau Tlphonique Commut. Terme technique dsignant le rseau tlphonique xe. . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Subscriber Identity Module. Micro-processeur implant dans une carte. Par extension, on parle de la carte SIM. Elle est insre dans un GSM pour raliser une srie de fonctions et contenir une mini-base de donnes. . . . . . . . . . . 4 SMS Short Message Service. Systme permettant lenvoi de messages comprenant au plus 160 caractres (de 7 bits), soit 140 bytes, un tlphone GSM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 SIM Timing Advance. Le dcalage temporel utilis pour prvenir les collisions entre messages envoys par diffrents mobiles vers une station de base dans un rseau GSM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 TDMA Time Division Multiple Access. Technique de rpartition de ressources par multiplexage temporel. Cette technique prvoit un mcanisme daccs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4, 9 TA 18


TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity. Numro attribu temporairement un utilisateur GSM en fonction de sa localisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 trame En traitement dimages, la trame est la grille dchantillonnage. On considre gnralement la trame carre mais la trame peut aussi tre rectangulaire ou hexagonale. Dans le cas du format entrelac, la trame dsigne une image ne contenant que les lignes paires ou impaires de limage. En tlcommunications, trame dsigne un ensemble dinformations numriques temporelles constituant un tout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 transcodage Aussi appel transrating. Il sagit dun procd de changement du dbit dun signal comprim. . . . 12 TRAU Transcoding Rate and Adaptation Unit. Unit de transcodage utilise dans les rseaux GSM pour convertir un signal de 13 [kb/s] en un signal de 64 [kb/s] et vice-versa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 UMTS Universal Mobile Telecommunications System. Nom du standard de tlphonie mobile de troisime gnration pour lEurope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1, 4 VLR X25 Visitor Location Register. Registre local dune zone comprenant plusieurs cellules dun rseau GSM. Ce registre contient lidentit des utilisateurs prsents dans la zone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Srie de protocoles, dnis par lITU, destins la transmission de donnes. Leur utilisation est aujourdhui largemment suplante par lutilisation des protocoles technologie Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 XOR eXclusive OR. Fonction logique du OU exclusif. Le rsultat de la fonction vaut 0 si les deux tats sont 0 ou 1. Il vaut 1 dans les autres cas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

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Modulation Gsmk