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Cynapsys Software Engineering, Mars 2010 GSM Global System for Mobile Communications Par : Lassaad ELAABIDI Grow with us

Présentation GSM

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Page 1: Présentation GSM

Cynapsys Software Engineering, Mars 2010

GSM

Global System

for Mobile Communications

Par :

Lassaad ELAABIDI

Grow with us

Page 2: Présentation GSM

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Plan1 .Architecture du réseau GSM

1.1 .Architecture du réseau d’accès radio BSS

1.2 .Architecture du réseau cœur NSS

1.3 .Fonctionnalités du réseau GSM

1.4 .Entités de base

1.5 .Différents cas de Handover intercellulaire

1.6 .Composition d’un site Radio GSM

1.7 .Interfaces dans GSM

1.8 .Modèle OSI dans GSM

1.9 .Services GSM

1.10 .Principales bandes de fréquences GSM dans le monde

2 .Architecture d’un réseau GSM/GPRS

3 .Intégration EDGE

4 .Conclusions

Page 3: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (1/20)Un réseau GSM (Global System for Mobile communications) est constitué de quatre sous-systèmes:

- Base Station: la Station Mobile MS

- Base Station Sub-system: le Sous-Système Radio BSS

- Network and Switching Sub-system: le Sous-Système Réseau NSS

- Operation and Support Sub-system: le Sous-Système d’exploitation et de maintenance OSS

Page 4: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (2/20)

NB. Le BSS et le NSS sont reliés, via un LAN ou WAN, par l’OSS ou bien l’OMC (Operation

and Maintenance Center ou bien OSS; Operation and Support Sub-system) qui est

utilisé pour configurer et maintenir le réseau depuis une location centrale.

Page 5: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (3/20)

Equipement Mobile

Architecture du réseau d’accès radio BSSIl assure les transmissions radioélectriques et gère les ressources radio

Contenant toutes les informations d’abonnement

Page 6: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (4/20)

Architecture du réseau cœur NSSComprend l’ensemble des fonctions nécessaires à l’établissement des appels et à la gestion

de la mobilité (en charge de la gestion des services à commutation de circuits: voix, fax,

SMS, données,...(

Page 7: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (5/20)

NSSBSSMS

Fonctionnalités du réseau GSM

Page 8: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (6/20)

Entités de base

BTS: Base Transceiver Station: station de base qui assure la transmission/réception radio

entre mobiles et réseau:

-Gestion de la couche physique (multiplexage TDMA, modulation/démodulation RF,

égalisation, chiffrement, entrelacement,…)

-Gestion de la couche liaison de données (LAPDm)

-La capacité d’une BTS est mesurée en nombre d’émetteurs/récepteurs supporté (nombre

de modules TRX; Trans-Receiver)

-Un TRX est un module électronique qui assure l’émission et la réception d’une trame à 8

canaux Full-Duplex: les deux interlocuteurs peuvent parler en même temps

Structure d’une trame GSM

Page 9: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (7/20)

Entités de baseBTS: Base Transceiver Station

-La zone d’action d’une BTS est appelée cellule

Site théoriqueHexagone

Site réel

Couverture d’un site Radio

Une fréquence utilisée dans une cellule ne doit pas être utilisée dans les hexagones voisins Hard-Handover

Page 10: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (8/20)

Entités de base

BSC: Base Station Controller: un contrôleur de station de base peut gérer et superviser

plusieurs stations de base (BTS); c’est l’organe « intelligent » du BSS

Les principales tâches d’un BSC sont:

-Gestion des ressources radio: allocation des canaux

-Contrôle de puissance des MS et BTS

-Décision et exécution des mécanismes de Handover

-Concentration du trafic vers le MSC

Page 11: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (9/20)

Entités de base

BSC: Base Station Controller

La capacité d’un BSC est mesurée par trois paramètres:

-Nombre de TRX

-Charge maximale en trafic (en Erlang)

-Le nombre de ports physiques

BTS + BSC = Sous Système Radio BSS; Base Station Sub-system

Page 12: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (10/20)

Entités de base

MSC: Mobile services Switching Center: c’est un commutateur en charge de la gestion

des services en mode circuit des stations mobiles qui sont enregistrées dans la zone

géographique qu’il gère

Le rôle d’un MSC est:

-Gestion des appels

-Gestion des Handover

-Interconnexion avec le réseau public fixe (RTCP) via Gateway MSC (GMSC)

-Gestion des terminaux visiteurs à travers son VLR

Page 13: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (11/20)

Entités de base

MSC: Mobile services Switching Center

La capacité d’un MSC est mesurée en:

-Trafic en Erlang

-BHCA; Busy Hour Call Attemps

Nombre d’appels fait pendant une heure la plus occupée du jour (peak hour)(

GMSC: Gateway MSC

Passerelle MSC, un routeur qui, effectue le routage des appels venant du RTC vers le

MSC du destinataire et vice-versa.

Page 14: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (12/20)

Entités de baseHLR: Home Location Register: registre des terminaux locaux; base de données contenant:

-Toutes les informations d’abonnements IMSI, MSISDN, services autorisés…,

IMSI: International Mobile Subscriber Identify; identité permanente du mobile auprès du

réseau GSM; elle n’est pas connue par l'utilisateur

MSISDN: Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number ;

numéro international d’un abonné: c’est par ce numéro qu’il peut appeler ou être appelé

-Adresse du VLR où le mobile est localisé

VLR: Home Location Register: registre des terminaux visiteurs; BD contenant :

-Les informations précises sur la position de l’abonné et son déplacement dans unezone de localisation (Location Area: consiste en un ensemble de cellules gérées par

un même et unique MSC/VLR(

Page 15: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (13/20)

Entités de baseEIR: Equipment Identify Register: registre des identifiants des équipements mobiles

-Base de données répertoriant les terminaux mobiles (conditions d’abonnement)

-Elle contient également des informations grossières sur la localisation de l’abonné

AuC: Authentification Center: centre d’authentification

-Il s’agit d’un élément chargé de vérifier l’identité des utilisateurs

-C’est une BD stockant les informations confidentielles (contenant les paramètres utilisés

pour la gestion de la sécurité de l’accès au système (

GMSC + MSC/VLR + HLR/AuC/EIR = Sous Système Réseau NSS ; Network and Switching Sub-system

Page 16: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (14/20)

Différents cas de Handover intercellulaire

Intra BSC Inter-System (exemple entre GSM et UMTS)

Page 17: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (15/20)

Composition d’un site Radio GSM -Supports d’antennes: un pylône (monopôle, à base triangulaire, à base rectangulaire),

pylônet ou un mât (6m,9m) servent à la fois pour la fixation des antennes GSM

et des antennes des liaisons FH (Faisceaux Hertziens)

-Feeder: câbles coaxiaux assurant la liaison entre les antennes et la BTS

-Antennes

-Les équipements radio (BTS) sont abrités généralement au

pied du pylône

-Interfaces et équipements de transmission (vers le BSC) BTS

Feeder Pylône

Pylônes

Antennes

Page 18: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (16/20)

Interfaces dans GSM

InterfaceLiaison

Um: interface air ou radioMS – BTS

AbisBTS – BSC

ABSC – MSC ou BSS – NSS

BMSC – VLR

CMSC – HLR

DVLR – HLR

EMSC A – MSC B

FMSC – EIR

GVLR A – VLR B

HHLR – AuC

RTCGMSC – MSC

MS : Mobile Station

BTS : Base Transceiver Station

BSC : Base Station Controller

MSC : Mobile services Switching Center

VLR : Visitor Location Register

HLR : Home Location Register

EIR : Equipment Identify Register

AuC : Authentication Center

GMSC : Gateway MSC

Page 19: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (17/20)

Modèle OSI dans GSMCouche 1: physique

-Définit l’ensemble des moyens de transmission et de réception physiques

de l’information

- Sur l’interface Abis (BTS-BSC), la transmission est numérique, le plus

souvent sur des voies 64 kbps

-Sur l’interface radio Um (MS-BTS), elle est plus complexe du fait des opérations à

effectuer: codage correcteur d’erreurs, multiplexage des canaux logiques, mesures radio,…

Couche 2: liaison de données

-A pour objet de fiabiliser la transmission entre deux équipements par un protocole

-Les protocoles adoptés comportent un mécanisme d’acquittement et de retransmission

(ARQ, Automatic Repeat Request)

- La liaison entre la BTS et le BSC est gérée par le LAPD (Link Access Protocol on the D

channel) utilisé dans le réseau de données RNIS

- Entre la MS et la BTS, une version modifiée du LAPD est utilisée: le LAPDm

Page 20: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (18/20)

Modèle OSI dans GSM Couche 3: réseau

-Etablit, maintient et libère les circuits de parole ou de données impliqués dans une

communication

-Comporte trois sous-couches:

1. RR (Radio Resources): gère l’ensemble des aspects purement radio

2. MM (Mobility Management): prend en charge la localisation, l’authentification et

l’allocation du TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity; identité temporaire

utilisée pour identifier le mobile dans le réseau auprès du MSC(

3. CM (Connection Management) :

3.1 .CC (Call Control): traite la gestion des connexions de circuits avec le destinataire final

3.2 .SMS (Short Message Service): assure la transmission et la réception de

messages courts

3.3 .SS (Suplementary Services): gère les services supplémentaires (renvoi d’appel ,

facturation (indication du montant), restriction d’appel (interdiction des appels

sortants, internationaux(…,(…

Page 21: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (19/20)

Services GSM 1 .Transmission de la voix:

Téléphonie et appels d’urgence

2 .Messages couts (SMS: Short Message Service):

Vers ou venant d’un mobile, ou en diffusion vers mobiles

3 .Fax groupe 3:

Transmission alternée voix / fax ou transmission automatique fax

Services supplémentaires

- Renvoi d ’appel (systématique, sur occupation, etc…)

- Double appel (mise en instance / attente)

- Conférence (appel multipartie, groupe fermé d’usagers)

- Facturation (indication du montant avec ou sans interdiction)

- Restriction d’appel (interdiction des appels sortants, internationaux,…)

Page 22: Présentation GSM

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Architecture du réseau GSM (20/20)Principales bandes de fréquences GSM dans le mondeEn Europe, Afrique, Moyen-Orient et en Asie: 900 MHz et 1800 MHz

Aux Etats-Unis, Canada et au Japon: 1900 MHz

Bande GSM (Global System for Mobile communications): allouée en 1982

Bande de la variante DCS (Digital Cellular System): allouée en 1990

Bande de la variante PCS (Personal Communications Service)

915 – 890) MHz/(200 KHz – 1 = 124 porteuses

Chaque porteuse radio exige

1785 – 1710) MHz/(200 KHz – 1 = 374 porteuses

1910 – 1850) MHz/(200 KHz – 1 = 299 porteuses

En Europe, le standard GSM utilise les bandes de fréquences 900 MHz et 1800 MHz .

Aux Etats-Unis par contre, la bande de fréquence utilisée est la bande 1900 MHz.

Ainsi, on qualifie de tri-bande (parfois noté tribande), les téléphones portables pouvant

fonctionner en Europe et aux Etats-Unis et de bi-bande ceux fonctionnant uniquement en

Europe.

Page 23: Présentation GSM

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Architecture d’un réseau GSM/GPRS (1/3)

Transmission de données en mode paquet sur l'interface Radio GSMGPRS: General Packet Radio Service

Intégration de nouveaux équipements Définition de nouvelles interfaces

Page 24: Présentation GSM

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Architecture d’un réseau GSM/GPRS (2/3)

Transmission de données en mode paquet sur l'interface Radio GSM

SGSN: Serving GPRS Support Node: nœud GPRS qui est en charge de la gestion des

services à commutation de paquets des abonnés attachés au réseau. Dans un réseau

UMTS, il est relié via l’interface Iu-PS à un ou plusieurs RNC

GGSN: Gateway GPRS Support Node: nœud passerelle GPRS; un routeur qui effectue le

routage des paquets

PCU: Packet Control Unit: unité de contrôle chargée de la gestion de l’allocation des

ressources radio pour des services GPRS, de la congestion et de la diffusion d’informations

système liées au GPRS. Localisée dans la BTS, ou BSC ou SGSN

Page 25: Présentation GSM

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Architecture d’un réseau GSM/GPRS (3/3)

GPRS: les nouveaux services

1 .Service point à point (premiers déploiements):

Accès aux réseaux IP et X.25 ,

Navigation sur Internet,

Streaming audio & vidéo,

MMS: Multimedia Message Service (photos, vidéoclips),

i-mode: permettant de connecter des téléphones portables à Internet,

FTP, chat, telnet, émail, géolocalisation…,

2 .Service point à multipoint:

Service multicast

3 .Service de messagerie courts SMS (Short Message Service)

- GPRS offre une meilleure efficacité de gestion des ressources radio que le mode circuit

- L’intégration du GPRS est caractérisée par un coût réduit que l’UMTS) réutilisation de la même infrastructure GSM(

Page 26: Présentation GSM

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Intégration EDGE (1/2)Principe EDGE: Enhanced Data Rates for GPRS Evolution

BSS=BTS+BSC

NSS = GSM[GMSC+MSC/VLR+HLR/AuC/EIR]+GPRS[SGSN+GGSN+PCU]

-Introduction d’une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK)

-Utilisé comme complément avec HSCSD et GPRS

-Débit maximum brut théorique : 300 kbps (E-CSD) et 384 kbps (E-GPRS)

E-CSD: Extented-Circuit Switched Data: forme de transfert de données développée

pour les systèmes de téléphonie mobile basés en technologie TDMA comme le GSM

Page 27: Présentation GSM

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Intégration EDGE (2/2)

Intégration à faible coût (par comparaison à l’UMTS)

Principe EDGE: Enhanced Data Rates for GPRS Evolution

Points fortsPoints faibles

Débit très supérieur au GSMDébit inférieur à l'UMTS

Moins cher que l’UMTSExige de nouveaux combinés

L'EDGE présente l'avantage de pouvoir utiliser les infrastructures déjà déployées contrairement à l'UMTS

Page 28: Présentation GSM

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Conclusions (1/2)

Débits GSM/GPRS/EDGE

StandardGénérationRôleDébit

ThéoriqueRéel

GSM2G

Permet le transfert de voix OU de données numériques de faible volume9.6 kbps9.6 Kbps

GPRS2.5GPermet le transfert de voix OU de

données numériques volume modéré21.4 – 171,2 Kbps48 kbps

EDGE2.75G Permet le transfert simultané de voix

ET de données numériques43.2 – 384 kbps171 kbps

Page 29: Présentation GSM

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Conclusions (2/2)

Processus de migration 2G-2.75G: cas du GSM

GSM vers GPRS (nouveau réseau cœur IP)

GPRS vers EDGE (mise à jour du réseau cœur et celui d’accès pour atteindre 384 Kbps ;

conservation des fréquences GSM(

EDGE vers UMTS (nouvelles bandes de fréquences UMTS et amélioration du

réseau cœur et celui d'accès(

La GSM a apporté et fait de la téléphonie mobile un produit de grande consommation. Sa phase 2+, le GPRS, ouvre la voie de la transmission de données ainsi préparer

la venue de l’UMTS.

Page 30: Présentation GSM

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Au-delà du 2G+ (1/1)

Evolution vers L’UMTS

L’IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) a introduit une norme

globale pour le 3G

UMTSUMTS : : UUniversal niversal MMobile obile TTelecommunications elecommunications SSystem = 3ystem = 3ièmeième Génération Génération

Orientation Multimédia : débit de 100kb/s à 2 Mb/sOrientation Multimédia : débit de 100kb/s à 2 Mb/s

Bande des 2GhzBande des 2Ghz

Prévu pour fonctionner avec le protocole ATMPrévu pour fonctionner avec le protocole ATM

Applications :Applications :

- - Accès Internet et IntranetAccès Internet et Intranet,,

- - Module de recherche distante sur base de donnéesModule de recherche distante sur base de données,,

- - Visioconférence, etcVisioconférence, etc......

Page 31: Présentation GSM

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Lassaad ELAABIDILassaad ELAABIDI

Ingénieur Informatique - Télécoms

Cynapsys Software Engineering - Tunisie

www.cynapsys.de

Tel: + 216 95 716 160

[email protected] / [email protected]