New Rapport Projey Presq Fini

7/22/2019 New Rapport Projey Presq Fini

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Institut suprieur du gnie appliqu Anne universitaire : 2011/2012

Transmission sur une interface radio GSM Page 1

Rapport de projet tutor

Filire :

Rseaux et Tlcommunications

Thme :

TRANSMISSION SURUNE INTERFACE RADIO

GSMRalis par :

Jawad EL BAKKAR

Abdelhamid GHAZOULI

Loubna NEJJAR

Sihame ESSAOUDY

Encadr par :

Mr. LATIF

Mr. DELOPE


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Ddicace

A nous chers parents qui ont tant donnA nous frres et surs

A tous nous chers amisNous vous ddie ce travailRemerciement

On tient exprimer toute notre reconnaissance et notre profond respect Mr LATIF

ADENANE qui a accept dencadrer notre travail et Mr Delopez CIRIL qui a rejoint

lencadrement avec succs.

(a ameliorer )

Abstract

The use of mobile phones has known a steep rise in the last few years, becoming important

tools of communication including the classical telephony service and other plus value

services. These services are offered by the phone (Contacts, games, calendar) or by the

network (wap), in both cases they constitute an argument of sale for phone manufacturers

and telecommunication operators offering their services ( in order to increase the data flow in

their network) respectively.

A cell phone must now go beyond the simple tool to integrate telephony and value added


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services to fully satisfy the consumer. To this end, efforts to add services and improve the

mobile phone are still ongoing. Two developments this crucial year for mobile phones, the

first deployment of LTE networks, and the first applications of NFC in volume.

Next generation SIM arose from the need of consumers and operators to transform the SIM

card in a critical node, which will gather a lot of features and allow operators to offer new

services.

Among the features expected from the new generation SIM card is communication using

NFC technology that is expected to make mobile payments using the existing monetary

infrastructure.

Another technology expected by the NG SIM card is Java Card 3, the Framework should

give developers more freedom to make any application, even web applications that are stored

on SIM card.

Finally to support all these innovations, the capacity of the SIM card has been revised

upwards. This will give a lot of flexibility NG SIM card that can store pictures and other

personal settings such as language preference and so on.

Rsum

Lutilisation du tlphone mobile a constamment augment au cours des dernires

annes. Les tlphones mobiles sont devenus de vritables outils de communication associant

un service de tlphonie classique des services valeurs ajoutes. Ces services

supplmentaires sont soit fournis par le terminal mobile (annuaire, jeux, calendrier, ) soit

par le rseau ( wap ) Dans les deux cas ils constituent un argument de vente pour les

constructeurs de terminaux mobiles et oprateurs de tlcoms offrant leurs bouquets de

services ( Dans le but daccroitre le volume de donnes transitant sur le rseau )

respectivement. Un tlphone cellulaire se doit aujourdhui de dpasser le simple outil detlphonie et dintgrer des services valeur ajoute afin de satisfaire pleinement le


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consommateur. Dans cette optique, Les efforts visant ajouter des services et amliorer le

tlphone mobile sont toujours en cours. Deux volutions dcisives cette annes pour la

tlphonie mobile - Le dploiement des premiers rseaux LTE, et celui des premier

applications NFC en volume.

La carte SIM de nouvelle gnration est ne du besoin des consommateurs et des

oprateurs de transformer la carte SIM en un nud dcisif, qui va rassembler beaucoup de

fonctionnalits et permettre aux oprateurs de proposer de nouveaux services.

Parmi les fonctionnalits attendue de la carte SIM nouvelle gnration, cest la

communication en utilisant la technologie NFC qui devrait permettre de faire du paiement

mobile non pas en passant par les rseaux GSM mais en exploitant directementlinfrastructure montaire.

Une autre technologie attendue pour la SIM NG est JAVA CARD 3, ce Framework

devrait donner plus de libert aux dveloppeurs pour faire toute sorte dapplication, mme des

applications web qui seront stock sur carte SIM.

Finalement pour supporter tout ces nouveauts, la capacit de la carte SIM a t revue

a la hausse. Ceci donnera beaucoup de flexibilit a la carte SIM NG qui pourra stocker des

images ou autres configuration personnelle telle que la langue de prfrence etc.


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Sommaire :

Historique .2

Evolution technologique .......................................................................................................... 2

Fiche technique..2

Introduction gnrale ................................................................................................................

Objectif de projet ..................................................................................................................... 2

Cahier de charge ...................................................................................................................... 3

Chapitre I : Multiplexage en frquence et temps

Introduction ............................................................................................................................

I.1 Dfinition ......................................................................................................................... 3I.2 Partage des ressources radio ............................................................................................ 3


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I.3 Partage en frquence et en temps ..................................................................................... 3

I.3.1 FDMA (Frequency Division Multiple Access) ....................................................... 6

I.3.2 Time Division Multiple Access (TDMA) ............................................................... 6

I.3.3 Code Division Multiple Access (CDMA) ............................................................... 6

Conclusion .......................................................................................................................... 6Chapitre II : Chaine de transmission numrique ............................................................... 3

Introduction .......................................................................................................................... 6

II.1 Chaine de transmission .............................................................................................. 6

II.2 Codage de laparole. 6

II.3 Construction du BURST..6

II.4 Chiffrement .................................................................................................................. 6

II.5 Entrelacement .............................................................................................................. 6

Conclusion ............................................................................................................................ 6

Chapitre III : Simulation de la Modulation (GMSK) .......................................................... 3

Introduction ............................................................................................................................ 6

Partie thorique .................................................................................................................... 6

III.1 Dfinitions et appellations ........................................................................................ 6III.2 Dfinition de la modulation Frequency Shift Keying (FSK) .................................... 6

III.3 Dfinition de la modulation Minimum Shift Keying (MSK) ................................... 6

III.4 Dfinition de la modulation Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) .................. 6

Partie pratique ...................................................................................................................... 6

III.5 Logiciel WinIQsim en bref ....................................................................................... 6III.6 Simulation de la Modulation numrique (GMSK) .................................................... 6

Conclusion .............................................................................................................................. 6

Conclusion gnrale ............................................................................................................. 6

Historique

L'histoire de la tlphonie mobile (numrique) dbute rellement en 1982. En effet, cette date, le GroupeSpcialMobile, appelGSM, est cr par la Confrence Europenne des

administrations des Postes et Tlcommuncations (CEPT) afin d'laborer les normes de

communications mobiles pour l'Europe dans la bande de frquences de 890 915 [MHz]pour l'mission partir des stations mobiles et 935 960 [MHZ] pour l'mission partir de

stations fixes. Il y eut bien des systmes de mobilophonie analogique (MOB1 et MOB2, arrten 1999), mais le succs de ce rseau ne fut pas au rendez-vous.
http://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGSMhttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGSMhttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGSMhttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGSM


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Les annes 80 voient le dveloppement du numrique tant au niveau de la transmission qu'auniveau du traitement des signaux, avec pour drivs des techniques de transmission fiables,

grce un encodage particulier des signaux pralablement l'envoi dans un canal, et

l'obtention de dbits de transmission raisonnables pour les signaux (par exemple 9, 6 kilobitspar seconde, not [kb/s], pour un signal de parole).

Ainsi, en 1987, le groupe GSM fixe les choix technologiques relatifs l'usage des

tlcommunications mobiles: transmission numrique, multiplexage temporel des canaux

radio, chiffrement des informations ainsi qu'un 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 signification et devient GlobalSystemfor Mobile communications et les

spcifications sont adaptes pour des systmes fonctionnant dans la bande des 1800 [MHz].

En Belgique, c'est en 1994 que le premier rseau GSM (proximus) est dploy; Mobistar et

Orange (rebaptis Base) viendront plus tard. Aujourd'hui, le nombre de numros attribus

pour des communications GSM dpasse largement le nombre de numros ddis des lignes

fixes et cette tendance se poursuit.

Evolution technologique:

Tel quel, le rseau GSM est adquat pour les communications tlphoniques de parole. En

effet, il s'agit principalement d'un rseau commut, l'instar des lignes ``fixes'' et constitus

de circuits, c'est--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 audploiement 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.

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 l'tablissement de communications ne ncessitant

pas l'tablissement pralable d'un circuit.

Pour dpasser la borne des 14, 4 [kb/s], dbit nominal d'un canal tlphonique bascul en

mode de transmission de donnes, l'ETSI a dfini un nouveau service de donnes en mode

paquet: le GeneralPacketRadioService(GPRS) qui permet l'envoi de donnes un dbit de

115 [kb/s] par mise en commun de plusieurs canaux. D'une certaine manire, le GPRS prpare

l'arrive de la tlphonie de troisime gnration, appele Universal Mobile

TelecommunicationsSystem(UMTS), qui permettra d'atteindre un dbit de 2 [Mb/s]. Mais le

chemin est long car les applications ncessitant l'UMTS 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?
http://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGPRShttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGUMTShttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGUMTShttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGPRS


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Fiche technique :

Nom du projet :

TRANSMISSION SUR UNE INTERFACE RADIO GSM

Domaine dutilisation : Transmission Radio GSM

Groupe 4

Type de ralisation : tudes et simulation sous

WinIQsim

Dure : 3 mois


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Introductions gnrale :La voix est aujourdhui le service qui mobilise de loin le plus de trafic sur les

mobiles. La croissance rapide du trafic sur les rseaux mobiles a ncessit lapparition de

nouvelles techniques. Internet a permis de faciliter lapparition de nouveaux services tels que

la visiophonie, la tlconfrence, la consultation multimdia etc. Une bonne partie de ces

services feront transiter des signaux vocaux bande largie ( 50Hz - 7kHz ). Aujourdhui, la

tendance est dtendre ces services vers les rseaux mobiles. Ceci risque terme dimpliquer

des problmes defficacit spectrale et daccrotre les cots. Des solutions ont donc t

apportes pour occuper le moins de bande possible sans que cela ne soit au dtriment de la

qualit sonore. En effet, dans une conversation typique entre deux individus, environ 50% du

temps qui leur est allou correspond des silences. Si le signal nest transmis que lorsquil

correspond une activit vocale, ceci permet notamment damliorer lautonomie du mobile,

de diminuer le temps de fonctionnement de composants tels que les amplificateurs de

lmetteur, et de librer le canal afin de tirer profit de la bande passante disponible en

partageant la ressource avec dautres utilisateurs.

Nous allons tout dabord dfinir les lments de base constituant le rseau GSM, ce qui

introduira ensuite le codage de la parole, permettant alors de dvelopper comment les donnes

codes sont transmises.

Objectifs du projetDmontrer le choix dutilisation de la modulation GMSK pour la transmission de donnes

sur une interface radio GSM est pour cela on a dcompos cet objectif en quatre grande

partie :

Etude du rseau GSM

Analyse et traitement de la parole

Transmission sur une interface radio GSM

Simulation de la modulation GMSK

Cahier de charge Partage des ressources radio

Partage en frquence et en temps

Le saut de frquence

Duplexage : Un canal Physique Duplex

La chane de transmission de la parole

Codage de la parole


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La modulation FSK

Simulation de la modulation GMSK

Chapitre I : Multiplexage en frquence et temps

Introduction :

I. 1 .Dfinitions :

Linterface radio est une des parties les plus sophistiques du systme; nous allons

prsenter les caractristiques de base de cette interface (mthode daccs et technique de

transmission) et de montrer les diffrents traitements que subit le signal utili sateur lors dune

communication.

Dfinition liaison radio :

Remplacer le fil de cuivre qui relie labonn son commutateur par une liaison

hertzienne cela implique linstallation dmetteurs et dantennes.

Systme radio :

Il constitu de la station mobile(MS), station de base(BTS), controleur de station(BSC).

Sa principale activit est lallocation dynamique des canaux de trafic+ signalisation lors dune

demande daccs au rseau ou lors la rception dun appel entrant

1- Mobile Station (MS) : station mobile c'est--dire le tlphone portable cette station est

transporte par lutilisateur

2- Base Transceiver Station (BTS) : station de base , elle joue le role dmetteurs

rcepteurs et permet de relier les immeubles quips dune simple antenne ; et chaque

station de base couvre un territoire appel cellule

3- Base Station Controller (BSC) : contrleur de la station de base , il contrle les

liaisons radio qui stablissent avec le tlphone portable


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I. 2 .Partage des ressources radio :Un systme radio-mobile a besoin dune partie du spectre radio pour fonctionner. Les

concepteurs doivent donc demander une bande de frquence auprs de linstance officielle

charge de la gestion du spectre. Pour un systme prtention internationale, la bande est

alloue au niveau de lUIT (Union Internationale des Tlcommunications). La bande ddie

au systme GSM est de 890 915 MHz pour la voie montante et de 935 960 MHz pour la

voie descendante soit 225 MHz; les bandes de frquence alloues son extension DCS sont

de 1710 1785 MHz pour la voie montante et de 1805 1880 MHz pour la voie descendante

soit 275 MHz.

La bande radio reprsentant une ressource rare, les dfendeurs de la norme doivent lutiliser

bon escient et avec parcimonie. Le premier choix architectural a donc t de dcouper le

spectre allou pour obtenir des canaux physiques qui supporteront une communication

tlphonique. Partage de la ressource radio ( les bandes de frquences) :

Tout systme radio-mobile a besoin dune partie du spectre radio pour fonctionner. Dans

les systmes tels que le GSM, la bande est partage en deux sous-bandes utilises pour les

liaisons montantes (mobiles vers infrastructure) et descendantes (infrastructure vers mobiles).

Les concepteurs doivent donc demander une bande de frquence auprs de linstance

officielle charge de la gestion du spectre. Pour un systme prtention internationale, la

bande est alloue au niveau de lUIT (Union Internationale des Tlcommunications). GSM

utilise la bande comprise entre 890 et 915 MHz pour les canaux montants et entre 935 et 960MHz pour les canaux descendants

Chaque sous-bande est ensuite partage en un certain nombre de porteuses capables

dcouler une ou plusieurs communications simultanment :

- Canaux montants : (reverse link ou uplink) communication qui va des mobiles

vers la station de base

- Canaux descendants : (forward link ou downlink) communication qui va de la

station de base vers les mobiles .Les mthodes de partage de la bande

spectrale, en canaux physiques lmentaires susceptibles dcouler une

communication diffrent : en temps et en frquence

I. 3 Partage en frquence et en temps :

Des mthodes de multiplex sont employes pour diviser les ressources de frquence

limites dans une cellule entre les diffrents abonns et les stations mobiles l'intrieur d'une

cellule. Ce chapitre illustre les trois diffrentes mthodes qui sont principalement employes

aujourd'hui: Accs multiple par rpartition en frquence (FDMA), accs multiple par

rpartition dans le temps (TDMA) et accs multiple par talement spectral (CDMA).

I.3.1 FDMA (Frequency Division Multiple Access) :


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FDMA divise la gamme de frquences disponibles en canaux d'une largeur de bande

spcifique (bande de frquence). Durant toute la dure d'une communication, un abonn

unique dispose d'une de ces bandes de frquence sans restriction. Chaque abonn dans une

cellule emploie donc une bande de frquence diffrente des autres abonns. De cette faon lesBruits indsirable peuvent tre vits (ou rduits le plus possible ou selon les exigences).

Autrement dit, Chacune des bandes ddies au systme GSM est divise en 124 canaux

frquentiels d'une largeur de 200 kHz. Sur une bande de frquence sont mis des signaux

moduls autour dune frquence porteuse qui sige au centre de la bande. Les frquences sont

alloues dune manire fixe aux diffrentes BTS et sont dsignes souvent par le terme de

"porteuses", de plus, il faut veiller ce que deux BTS voisines nutilisent pas des porteuses

identiques ou proches.

I.3.2 Time Division Multiple Access (TDMA):

A la diffrence de FDMA, une simple bande de frquences est la disposition d'un certain

nombre d'abonns avec TDMA. La bande de frquences est divise en trame de TDMA

de longueur finie. Chaque trame est divise en n timeslots (TS). Chaque timeslots

de la trame peut tre assign un abonn diffrent. De cette faon, une simple bande de

frquence peut contenir jusqu' n abonns. La transmission d'un seul abonn comportediffrents timeslots assigns cycliquement l'abonn (gnralement un TS par trame; de plus


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longs cycles sont galement possibles). Avec TDMA, chaque bande de frquence est

uniquement employe par un seul abonn un moment particulier. Ceci empche la

production d'interfrences entre diffrents abonns (ou rduit le bruit autant que possible ou

selon les exigences)

Plus prcisment :Chaque porteuse est divise en intervalles de temps appels slots. La dure lmentaire dun

slot a t fixe pour la norme GSM sur une horloge 13 MHz et vaut:

Tslot = (75/130)10-3s soit environ 0.5769 ms.

Figure : Organisation de multiples de trames

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

1hypertrame= 2048 supertrames = 2.715.648 trames.
http://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGhypertramehttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGhypertramehttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGhypertramehttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGhypertrame


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Un slot accueille un lment de signal radiolectrique appel burst.Laccs TDMA permet diffrents utilisateurs de partager une bande de frquence donne.

Sur une mme porteuse, les slots sont regroups par paquets de 8. La dure dune trame

TDMA est donc:

TTDMA = 8Tslot =4.6152 ms.

Chaque usager utilise un slot par trame TDMA. Les slots sont numrots par un indice TN

qui varie de 0 7. Un canal physique est donc constitu par la rptition priodique dun

slot dans la trame TDMA sur une frquence particulire.

Remarque :

Les concepteurs de GSM ont prvus la possibilit de nallouer un utilisateur quun slot

toutes les 2 trames TDMA. Cette allocation constitue un canal physique demi-dbit par

opposition au canal plein dbit dfini prcdemment.

I.3.3 Code Division Multiple Access (CDMA) :

Contrairement TDMA et FDMA, les abonns diffrents peuvent employer la mme


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bande de frquence en mme temps avec CDMA. Chaque abonn possde un code unique

(dans la cellule) cette fin. L'metteur lie l'information originale avec le code. L'information

code est alors transmise au-travers de l'interface par radio. L'information originale est

rgnre dans l'unit de rcepteur en utilisant le mme code de manire synchrone.

I. 4 Implantation du saut de frquence :

Loption du saut de frquence lent (SFH) semble tre intressante pour augmenter la

capacit du systme GSM. Le saut de frquence permet de lutter contre les vanouissements

slectifs, cest--dire une diminution momentane de la puissance de londe radiolectrique

lors de la rception, grce la diversit en frquences. Habituellement le saut est activ

lorsque la charge du rseau devient importante, il doit alors apporter un accroissement notable

Lorsque le saut de frquence lent est activ, un canal physique ne sige pas sur une seule

frquence mais utilise un ensemble de porteuses

.

I. 5 Duplexage: un canal physique duplex :

I. 5.1 Sparation des bandes :

Dans le systme GSM le duplexage se fait en frquence. La bande totale alloue au systme

est divise en deux sous-bandes dgale importance; lintervalle frquentiel qui les spare

nest pas attribu au systme. Ce partage entre les bandes montantes (mobile vers rseau) et

les bandes descendantes (rseau vers mobile) facilite le filtrage et la sparation des voies.


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Dans GSM lcart duplex vaut DWduplex=45 MHz, et dans le cas de DCS1800 il vaut

DWduplex=95 MHz.

I. 5. 2 Canal physique duplex :

Un canal simplex se rapporte un slot par trame TDMA sur une porteuse (en labsence de

saut de frquence). Un canal physique duplex correspond deux canaux simplex. Si la

porteuse supportant la voie descendante est fd , la voie montante est sur la frquence fu:

fu = fd - DWduplex

Un canal physique correspond la ressource radio quil faut utiliser pour supporter une

communication.

Dans le systme GSM un mobile met et reoit des instants diffrents. Au niveau du

mobile, lmission et la rception sont dcales dans le temps dune dure de trois slots, mais

pour conserver la mme numrotation Tn de 0 7 de slots, la synchronisation de la trameTDMA montante est aussi dcale de 3Tslot. Ce dcalage permet de simplifier le filtre duplex

prsent dans chaque mobile. Son rle se rduit rejeter le signal provenant dune ventuelle

autre BTS mettant pendant une phase de rception du mobile.

I I . Chapitre I I : Chaine de transmission numrique

IntroductionPour tudier le fonctionnement du GSM, nous avons choisi de suivre le chemin emprunt

par les donnes depuis la personne qui parle, jusqu' la modulation des informations en ondes

qui se propagent. Donc pour transmettre la voix, il faut d'abord la couper en petites squences

puis la numriser. Ainsi des chantillons sont pris toutes les 20 millisecondes

II.1. Chaine de transmission :

Les systmes de transmission numrique vhiculent de l'information entre une source et

un destinataire en utilisant un support physique comme le cble, la fibre optique ou encore, la

propagation sur un canal radiolectrique. Les signaux transports peuvent tre soit

directement d'origine numrique, comme dans les rseaux de donnes, soit d'origine

analogique (parole, image...) mais convertis sous une forme numrique.

Le schma synoptique d'un systme de transmission numrique est donn la figure ci-dessus

on se limite aux fonctions de base :


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II.2 Codage de la parole :La voix humaine occupe une bande frquentielle allant d'environ 300 4000 Hz. Le

thorme d'chantillonage de Nyquist, sur lequel nous ne reviendrons pas, impose donc une

frquence d'chantillonage double, soit 8000 Hz.

Sur les rseaux tlphoniques numriques "classiques" (RNIS), chaque chantillon est cod

sur 8 bits, soit un dbit binaire total de 64 kbps. Pour le systme GSM, chaque chantillon est

cod sur 13 bits (soit un dbit de 104 kbps),mais ceci est fait avec la ferme intention de

compresser ces donnes pour arriver un dbit final beaucoup plus faible:

En effet, il y a beaucoup d'information redondante dans un message vocal, il est donc clair

qu'avec des algorithmes de compression judicieusement choisis, on pourra faire des

conomies en terme de dbit.

La norme GSM utilise un codeur dit LPC-RPE (Linear predictive coding and regular pulse

excitation). Son principe est le suivant:

Les chantillons sont stocks en mmoire par blocs de 160 chantillons (20 ms de parole). A

partir de l'analyse de ces chantillons, le codeur gnre 8 coefficients de filtrage et un signal

d'excitation, qui seront effectivement transmis, la place des chantillons d'origine. Ces

coefficients sont calculs en s'appuyant sur les proprits de la voix humaine, et le filtre cr


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partir des ces coefficients reproduira les caractristiques de la voix. Pour l'instant, nous avons

cod l'information diffremment pas mais rduit le dbit.

L'opration suivante consiste fabriquer 4 blocs de 40 chantillons partir des 160 de dpart,

en les entrelaant:

Le premier bloc contient les chantillons 1,5,9,13..., le deuxime les chantillons 2,6,10.. etainsi de suite. Le bloc ayant le plus d'nergie est le seul tre conserv par le codeur. C'est la

premire compression effective. Nous avons divis le dbit par quatre..

II.2 Construction du BURST :Chaque trame consiste en un certain nombre de bits. Ces bits sont organiss suivant une

structure qui diffre en fonction du protocole applicatif mis en oeuvre pour chaque slot mais

aussi de l'tat intermdiaire du protocole considr.

La dure d'un paquet ( 0, 577 [ms]) correspond l'mission de 156, 25 bits, dont 114 bits de

message ``net''. En admettant que les slots se suivent sans interruption. En pratique, le dbitmaximum utile (en mode full-rate) ne dpasse pas 13 [kb/s] en raison des bits ncessaires la

correction d'erreurs. Pour la transmission des donnes, cette limite descend mme 9, 6 [ kb/s]

en raison de la sur-protection ncessaire la garantie d'un taux d'erreur acceptable.

La norme dfinit 5 types de paquets fonctionnels, appels bursts dans la terminologie GSM:

Figure : Structures de 5 types de Burst dfinis par la norme GSM


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Burst daccs : Ce burst est mis, sur un canal ddi, par la station mobile

lorsqu'elle cherche entrer en contact avec le rseau soit pour l'tablissement d'une

communication, soit pour un handover.

Burst de synchronisation : Pour ce type de burst, 78 bits d'informations sontvhiculs pour les stations mobiles. Ces bits contiennent les renseignements

concernant les frquences utiliser et la localisation

Burst normal : Ce burst transporte 257 = 114 bits d'information spares par26bits qui sont une squence d'apprentissage destine rgler les paramtres de

rception

Le format dun burst normal est donn par cette figure , cest le type le plus

couramment utilis, il permet de transmettre 114 bits. On remarque quil y a une

priode de garde de 30.5 s correspondant la diffrence de dure entre un burst et

un slot, ce dlai sert compenser les temps de transmission entre le mobile et lastation de base.

Figure : format du Busrt normal

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

Burst de bourrage : Lorsqu'un mobile est allum, le terminal teste le niveau depuissance des frquences des cellules proches pour dterminer la station de base

laquelle il doit s'asservir. Le burst de bourrage (dummy burst) est une squence

prdfinie qui sert donc d'talon de puissance. Il est aussi utilis pour forcer une

dcision de handover.
http://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGhandoverhttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGhandover


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II.3 Chiffrement :

Figure : principe de chiffrement

Pour assurer la confidentialit de leurs abonns, les oprateurs ont recours au lments

suivant :

- Nombres alatoire (RAND() )-une cl appele Ki pour l'authentification et la cration d'une seconde cl Kc (la cle Ki,

stocke dans la carte SIM et dans l'AUC cot rseaux, est attribue lors de l'abonnement avec

l'IMSI)

- Un algorithme A3 fournissant le nombre SRES partir des arguments de RAND et de la clKi (construction SRES)- Un algorithme A8 pour la dtermination de la cl Kc partir des arguments de RAND et Ki(construction de la cl Kc)

- Un algorithme A5 pour le chiffrement / dchiffrement des donnes partir de la cl Kc(chiffrement a proprement parl)

Chaque abonn utilise une cl Ki propre.

Les algorithmes A3, A5 et A8 sont quant eux les mmes pour tous les abonns dun mme

rseau.

Le centre dauthentification (AUC) stocke ainsi :- Lalgorithme dauthentification A3,

- Lalgorithme de gnration de la cl de chiffrement A8

- Les cls Ki des diffrents abonns du rseau GSM.

II.3 Entrelacement :

La partie entrelacement a pour but de rendre plus alatoire les erreurs. En effet, lors de

la transmission radio, il peut intervenir des perturbations qui seraient l'origine d'erreurs sur

une srie de bits conscutifs. Le but est donc de mlanger les symboles cods afin d'viter la

perte d'information subite.


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Figure ??: Schma gnral de lentrelacement

Si une perturbation affecte une partie de ce nouveau bloc transmis (un paquet) , elle nesera plus pour autant synonyme de perte d'information, car les bits affects ne correspondent

plus une suite d'information. La perte est donc rpartie et ceci augmente les performances du

code correcteur d'erreur en rception.


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ChapitreI I I: Simulation de la modulation(GMSK)

Partie thorique :

Introduction :Les modulations numriques consistent utiliser une porteuse sinusodale haute

frquence module par un signal informatif numrique. Les techniques de modulation

diffrent mais les circuits modulateurs et dmodulateurs sont identiques dans leur principe

ceux vus auparavant pour les modulations analogiques.

Avantages techniques Immunit au bruit

Facilit de traitement de linformation

ensuite, les densits spectrales des signaux moduls numriquement ont deslargeurs moindres quen analogique, ce qui permet daugmenter le nombre de

canaux utilisables par Hz pour les transmissions dinformations

III.1 Dfinitions et appellations :

La modulation a pour objectif d'adapter le signal mettre au canal de transmission. Cetteopration consiste modifier un ou plusieurs paramtres d'une onde porteuse

S (t ) = A cos( 0.t + 0) centre sur la bande de frquence du canal.

Les paramtres modifiables sont :

- L'amplitude : A 0

- La frquence : f 0 =2

- La phase: 0

Dans les procds de modulation binaire, l'information est transmise l'aide d'un paramtre

qui ne prends que deux valeurs possibles.

Dans les procds de modulation M-aire, l'information est transmise l'aide d'un paramtrequi prends M valeurs. Ceci permet d'associer un tat de modulation un mot de n digits

binaires. Le nombre d'tats est donc M = 2 n . Ces n digits proviennent du dcoupage en

paquets de n digits du train binaire issu du codeur.

III.2 Modulation FSK (Frequency Shift Keying):

La modulation FSK est un mode de modulation de frquence numrique dans lequel le

signal modul varie entre des frquences prdtermines .


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Inconvnient: Quand on change de frquence il y a une discontinuit de porteuse

Rappels: modulation de frquence.

Le signal transmis est de la forme : ttVtv PP .cos.)(

La pulsation est la drive de phase. dt

dt P

Si on note b(t) le signal informatif : )(. tbKdt

d

La frquence instantane :

tbKt

tf P ..2.2.2

La dviation maximale : maxmax ..2 b

K

fff Pd

Les 2 valeurs de frquences seront donc : fP-fd et fP+fd dfK ..2

Dans le cas dune FSK au sens strict, le signal modulant est de type NRZ. Lorsque la valeur

binaire est 0, on envoie une frquence Fs (Space frequency) et lorsque la valeur binaire est 1,

on envoie une frquence fm (Mark frequency). Il ny que deux symboles possibles : soit une

frquence fs soit

une frquence fm .

Modulateur FSK :

On peut utiliser deux porteuses et un commutateur pour slectionner la frquence de porteuse

selon la valeur du binaire.


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Figure ?? : shma dun modulateur FSK

Gnralement, la frquence instantane peut prendre deux valeurs discrtes appeles mark et

space. Il s'agit de la forme non-cohrente de FSK.

Figure ?? : courbe dun signal FSK

La bande passante minimumthorique de la ligne de transmission pour passer un signal FSK

est BP = fmfs+ 2/Ts.

Figure ?? : spectre dun signal FSK

Dans les formes cohrentes de FSK, il n'y a pas de discontinuit de phase dans le signal de

sortie. C'est le cas du signal de l'exemple. Il est possible de raliser une modulation FSK sans


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discontinuit de phase (ce qui permet d'amliorer le spectre du signal modul) par une

mthode appele CPM (Continuous Phase Modulation).

III.3 Modulation MSK (Minimum Shift Keying):Dans un signal numrique les transitions entre zro et un cres potentiellement des

signaux qui ont une bande de frquence stendant bien au del de la porteuse ce qui cre des

problmes pour beaucoup de systmes de communications en particulier pour ceux utilisant

des chanels adjacents qui viennent alors interfrer les uns avec les autres. Ce problme peut

tre en partie rsolu laide de filtre mais la transition entre zro et un devient alors moins

visible, on a donc recourt la modulation GMSK.

Comme on peut voir sur le schma ci-dessous, la modulation MSK change la frquence dusignal mais il ny a pas de discontinuit de phase.

Figure ?? : courbe dun signal MSK

Cela vient du fait que la diffrence de frquence entre ltat logique un et ltat logique

zro est toujours dune fois la plus haute frquence. En terme dindex de modulation, il est

toujours gal 0,5. Cette modulation a pour intrt de donner un signal particulirement lisse

sans changement de phase trop rapide.

Figure ?? : courbe dun signal MSK

Pour rentabiliser les plans de frquence et loger un maximum de canaux dans une bande

de frquence donne, on souhaite en gnral, concentrer lnergie autour de la porteuse et


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ainsi minimiser lencombrement spectral de chaque canal _augmenter lefficacit

spectrale_rapprocher les deux frquences fm et fs Mais pas trop car la dmodulation devient

trs difficile.

III.4 Modulation GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) :

La modulation GMSK consiste filtrer le signal modul laide dun filtre Gaussien

puis de lappliquer un modulateur de frquence dont lindice de modulation est fix 0,5.

Cette mthode bien que trs simple prsente linconvnient que lindice de modulation doit

tre fix exactement 0,5. Dans la pratique, les composants ayant une certaines tolrances,

cette prcision ne peut pas tre atteinte.

Filtre gaussien

Si on module une porteuse par un signal numrique, lencombrement spectral du signal RF

obtenu est excessif si on ne filtre pas le signal binaire. Pour le GSM, le filtre utilisest un

passe-bas gaussiencoupant fc = 81,25 kHzqui transforme les impulsions carres du signal

binaire en impulsions profil gaussien en forme de cloches.

Figure ?? : gabarit dun signal GMSk

Expression de la rponse impulsionnelle du filtre h(t) :

B.T = 0,3 et T = 48/13 ms.

h(t) (2)1 exp( t2 /(22 ))


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B dsigne la bande 3 dB du filtre h(t), B = 81,25 KHz. Le principal intrt de lutilisation de

cette modulation est la quasi inexistence de lobes secondaires dans la reprsentation spectrale.

Gnrateur de GMSK :

Figure ?? : gnration dun signal GMSK en utilisant un filtre gaussien et un VCO

Un filtre gaussien, synthtis numriquement par DSP, est en gnral utilis, il transforme

une impulsion carre en impulsion gaussienne dont le spectre est lui-mme gaussien. Ainsi,

les lobes secondaires sont pratiquement supprims tout en assurant un temps de propagation

de groupe constant(phase linaire en fonction de f dans la bande passante).

Figure ?? : comparaison entre le spectre dun signal MSK et GMSK


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- Rec. Filter, oversampling, smoothing : prise en compte du filtre en rception, dun sur-

chantillonnage et lissage ventuels.

III.6 Simulation de la modulation GSMK :

Modulation FSK : Rappel : La modulation FSK est un mode de modulation de frquence

numrique dans lequel le signal modul varie entre des frquences prdtermines.

I nconvnient:Quand on change de frquence il y a une discontinuit deporteuse.


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On constate sur le relev que lamplitude r(t) du signal est bien constante.

La modulation MSK : Rappel : La modulation MSK est un type de modulation numrique par dplacement

de frquence phase continue.

Inconvnient: La prsence des lobes secondaires va influencer la qualit de signala transmettre

Le tlphone GSM utilise une modulation de frquence avec un indice de modulation m =

0,5. Cette valeur de m

particulire correspond lappellation MSK (Minimum Shift Keying).

Les donnes binaires sont transmises et reues par le tlphone avec un dbit binaire : D =

270,83333 kbits/s.

Dmarrer le logiciel WinIQsim, choisir New puis Single Carrier dans le Menu Files pour

effacer les paramtrages lis

une utilisation prcdente et afficher le Block Diagram suivant :


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En cliquant sur le cadre Data Source, slectionner Pattern et entrer dans la fentre un signal modulantconstitu de

la squence : 1010110011100011110000

Pour dfinir le type de modulation, ouvrir la fentre Modulation Settings et entrer les donnessuivantes :

o Modulation type : 2 FSK , modulation de frquence 2 tatso FSK index : 0,5 cest lindice de modulation m (automatique si on choisit MSK)


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o Coding : None, pas de codage du signal binaire pour le moment

o Symbol rate : 270,83333 kHz, cets le dbit binair

o Sequence length : 22 bits pour le signal dentre

o Filter Function : None, le signal binaire module la porteuse sans filtrage pralable (absurde

en pratique!)

o Oversampling : 20 cela veut dire que chaque bit est cod sur 20 chantillons (pour les

calculs)

o Bb Impulse : Rect (un bit garde sa valeur pendant la dure Tbit)

Et voila le Spectre de signal avec la modulation MSK


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Modulation GMSK :

Rappel :GMSKcest la modulation utilise pour la transmission GSM

- Lefiltre gaussien est filtre passe bas qui transforme les impulsions carres du signal

binaire en impulsions profil gaussien en forme de cloches.

Avantage: La suppression des lobes secondaires grce au filtre gaussien

Meilleure efficacit spectrale


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Spectre de signal avec la modulation GMSk


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Conclusion :

Les simulations effectues laide de WinIQsim ont permis de mettre en vidence un certain

nombre de proprits de la modulation utilise dans le standard GSM donc on peut tirer de

cette dernire partie que :

Le signal vocale ncessite: numrisation, compression de dbit par le vocodeur,

entrelacement puis finalement une modulation numrique GMSK pour tre bien

transmis sur une interface radio GSM.

Le filtrage gaussien est l pour diminuer lencombrement spectral pour amliorer la

qualit .

le spectre doit tre matris pour viter de perturber les canaux voisins


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Conclusion gnrale :

Si la tlphonie mobile se banalise aujourd'hui, on le doit la conjonction de l'avnement

du numrique, l'accroissement des performances des semi-conducteurs et diffrentes

avances technologiques. Mais le facteur dterminant fut sans doute la cristallisation autourde la norme GSM issue d'un effort soutenu de standardisation men l 'ETSI (Organe

europen de normalisation en tlcommunications, cr l'initiative du Conseil des

ministres).

Le GSM, (Global System for Mobile communications), est un systme cellulaire et

numrique de tlcommunication mobile. Il a t rapidement accept et a vite gagn des parts

de march telles quaujourdhui plus de 180 pays ont adopt cette norme et plus dun milliard

dutilisateurs sont quips dune solution GSM. Lutilisation du numrique pour transmettre

les donnes permettent, des services labors, par rapport tout ce qui a exist. On peut citer,

par exemple, la possibilit de tlphoner depuis nimporte quel rseau GSM dans le monde.

ANNEXES :

Annexe 1 : Les diffrents types de modulations

Les types de Modulation et leurs

applications

MSK,

GMSKGSM, CDPD

BPSKtelemetrie spatiale, cable

modems

QPSK

DQPSK

Satellite, CDMA, NADC,

TETRA, PHS, PDC, LMDS,

DVB-S, cable, cable modems,

TFTS

OQPSK

CDMA, satellite * FSK, GFSK

: DECT, paging, RAM mobile

data, AMPS, CT2, ERMES,

land mobile, public safety

8PSK

Satellite, avionique, telemetry

pilots for monitoring

broadband video systems

16 QAM

liaison numrique

hyperfrquence, modems,

DVB-C, DVB-T

32 QAM microonde terrestre, DVB-T

64 QAMDVB-C, modems, broadband

set top boxes, MMDS

256 QAM Modems, DVB-C (Europe),
http://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGSMhttp://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGSMhttp://www.etsi.org/http://www.etsi.org/http://www.etsi.org/http://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html#GGGGSM


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Video numrique(US)

Annexe 2 : Architecture gnrale du GSM


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Annexe 3 : Architecture gnrale du GSM

Rfrences :

[1] Xavier Lagrange et. al., Rseaux GSM , HERMES 2000, ISBN 2-7462-

0153-4

[2] Roger L. Freeman, Radio System Design for

telecommunications , Wiley-Interscience 1997, ISBN 04-7116-2604

[3] Recommandation UIT-R M.1073-1, Systmes Mobiles Terrestres

cellulaires Numriques de Tlcommunication

[4] 3G TS 23.060 ETSI GSM, GPRS, UMTS Service Description

[5] Interface radio GSM ,Cours RE56 Printemps 2006,AlexandreCAMINADA / UTBM - Dpartement Informatique

[6] Tlcom et rseaux : Communication dentreprise de Maxime Maiman


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Rseaux dAndrew Tannenbaum Et surtout : GSM rseau et services de

J.Tisal chez Masson

[7] Roger L. Freeman, Radio System Design for telecommunications ,Wiley-Inter science 1997, ISBN 04-7116-2604

[8] http://www.etsi.org

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