GSM Global System for Mobile Communication RAV03 v1.3 Nconfidentiel

8/3/2019 GSM Global System for Mobile Communication RAV03 v1.3 Nconfidentiel

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RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ 1

Le : Global System for

Mobile communication Par Emanuel Corthay HB9IJI et

Iacopo Giangrandi HB9DUL

Prsentation au club des RadioAmateursVaudois le 11 avril 03 : www.hb9mm.com

RAV 2003 version 1.3 octobre 2003
http://www.hb9mm.com/http://www.hb9mm.com/


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1. Introduction historique

Origine

Organisme de standardisation

Raison de son succs

Couverture suisse et mondiale


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Historique

WARC World Administrative RadioConference en 1979: Ouverture du 900 Mhz

ETSI European Telecommunication

Standards Institute : Communaut EU Groupe Spcial Mobile

Choix du numrique en 1987Standard

europenFin de lanalogique Lancement commercial en 1991: NATEL D


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Statistiques

Succs mondial du standard, 787millions dabonns fin 2002 - 190 pays

1 milliard en 2004

Sa force : Standard fix au niveau EUBaisse de cots des terminaux et du rseauItinrance dans de nombreux pays

Plusieurs constructeurs en concurrence Rpond un besoin et pay par lappelant Beaucoup de services (caller id, confrence,)


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Couverture


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2. Interface radio

Frquences / Canaux / Bandes

Modulation / Traitement de la parole

Multiplexage temporel Canaux logiques

Trafic / Capacit

Rutilisation des frquences et interfrances Puissance


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Frquences / Canaux

124321 124321

Uplink Downlink

890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz

200 kHz


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Bandes / Oprateurs

GSM 900 MHz

UL : 890..915 MHzDL : 935..960 MHz

124 Canaux (1..124)

EGSM 900 MHz

UL : 880..890 MHzDL : 925..935 MHz

49 Canaux (975..1023)

GSM 1800 MHz

UL : 1710..1785 MHzDL : 1805..1880 MHz374 Canaux (512..885)

12461 59

11 2268 53

Swisscom

Orange

Sunrise


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Modulation GMSKGaussian MinimumShift Keying combinaison demodulation de phase et

de frquence.

Largeur de bande:200 kHz

Dbit binaire:270.833 kbps

1 bit = 3.7 ms


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AD

300 Hz 3.4kHz

12bit

8kHz

96kbps1920bit / 20ms

CODECparole

CODECcanal

22.8kbps456bit / 20ms

13kbps260bit / 20ms

Entrela-cement

7.4 : 1

8 bursts8 trames

33.8kbps

Traitement de la parole


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Multiplexage temporel :

TDMA

0 1 2 3 4 5 6 7 07

8 Time Slots par canal

4.62 ms

577 ms156.25 bit

270 kbps

temps


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Timing Advance

Rsolution: 1 bit = 3.7 ms = 2 x 550 m

0 1 2 3 4 5 6 7

Max 2 x 35 km = 233 ms = 64 bit

4 5


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Canaux logiques

0 1 2 3 4 5 6 7

BCCH: Broadcast Control CHannel

SDCCH: Standalone Dedicated Control CHannel

TCH: Traffic CHannel


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Trafic / Capacit (1/2)

0 1 2 3 4 5 6 7Canal 5

2

34

5

6

7


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Trafic / Capacit (2/2)

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

Canal 5

Canal 18

2

34

5

6

7 3

1

2

5

7 4

6


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Rutilisation des frquences

5

5

15 15

7 7

7

10

10


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Rutilisation et interfrences

Canal15

Canal6

Canal15

SNmin = 9 dB


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Puissance

Pmax 20 WGain 18 dBi

Pertes 3 dB

900 MHzPmax = 2 W

Gain 0 dBi

1800 MHzPmax = 1 W

Gain 0 dBi

La puissance est varie continuellement par pas de 2 dBjusqu une rduction maximale de 20 dB (99%).


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3. Structure du rseau

Structure gnrale :

MobileStation, BaseStationController,MobileSwitchingCenter BaseTransceiverStation HomeLocationRegister /VisitorLocationRegister SubscriberIdendityModule

Structures terrestres : Liaisons micro-ondes Liaisons par lignes loues Liaisons hertziennes


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MS / BTS / BSC / MSC

BSC

BSCBTS

BTS

BTS

BS

BS

BS

MS

MSC

PSTN

Internet

VLR

HLR

Donnes des abonnsdu rseau

Localisationdes MS

actuellementdans le rseau


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Liaisons MW / LL

BSC

BS

BS BS

MSCMS

HUBBS


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Liaisons par lignes loues

Utilisation dune ligne de cuivre HDSL. Dbit de 2 Mbit/s = 12 x 8 timeslots.

Qualit indpendante de la mto.

Frais dinstallation importants.

Frais de location importants.


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Liaisons hertziennes

15 GHz 30 km

23 GHz 10 km

38 GHz 2 km 58 GHz 500 m


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MSC : Mobile Switching Center

MSC

BSC

HLR

PSTN


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BTS : Base Station Subsystem

3 secteurs = minimum 3 antennes et3 TRX (ensemble metteurs rcepteurs 1 frquence porteuse)

1

32


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Diffrentiation Numro dabonn Mobile Station ISDN number : +41 7x 555 55 55

Identit du client mobile : IMSI

International Mobile Subscriber Identity dans la SIM

Numro de srie du terminal mobile : IMEI International Mobile Equipement Identity dans le terminal

mobile ( modifiable)

Terminal mobile (MS)

Code pays228

Oprateur02 HLR MSIN unique

3 chiffres 2 chiffres 2 + 8 = 10 chiffres

Rseau dorigine Ici sunrise Identification unique en suisse


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Carte SIM et scurit

La SIM est un mini-ordinateur, capable destocker des donnes, et de faire des calculs

Possde un compteur interne et un premier

niveau de protection, le PIN La carte SIM et la base de donne dabonndu rseau dorigine (HLR) partage unalgorithme de cryptage secret Ki

Cette cl nest jamais transmise par radio, etil est impossible dy accder dans la SIM


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Authentification de labonn

A chaque accs au rseau, gnration dunnombre alatoire et signature par la SIM

Signe

HLR/AUC

Nombre alatoire

= ?

Refus

Accept

Ki

RADIO

Signe

IMSI : Ki


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Chiffrement et scurit

Seul le premier lien radio est crypt Utilisation didentit temporaire TMSI Algorithme de chiffrement et de signature

choisit par loprateur Certain rseau ont t vendu avec une faibleprotection (A5/2)

Station de base pirates Clonage de carte SIM possible par

cryptanalyse (COMP128 v.1)


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4. Fonctionnement

Initialisation du terminal Appels entrants et sortants

SMS et roaming

Mobilit en cours dappel ; Hand-overs

Localisation (prcision)

Gestion de la puissance et qualit Codage de la voix


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Initialisation du terminal

Scanne les frquences disponibles

Mmorise les 30 plus forts signaux, sesynchronise et analyse le code du rseau

Stock dans la SIM pour un redmarrage

plus rapide Averti le rseau : IMSI attach / detach

935 960

L ti d t


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Location update

Un groupe de BTS dfinissent une rgion ;la LAC, transmise dans la signalisation

LAC 2020

LAC 2010

LAC 2040

LAC 2060

Mise jourspriodique

selonloprateur(timer)

Mi j d HLR t VLR


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Mise jours du HLR et VLR Mmorise les caractristiques dun abonn

Base de donne des abonns locaux : HLR 05 rseau orange

MSISDN:IMSI:VLR:OPTIONS417855555:2280305999:2280304:dviations, appels int OK417855556:2280305888:2080204:dviations, appels int OK

IMSI:TMSI:STATUS:LAC2280305888:7898236384232:On:20202080305888:7916254689453:Off:2030

Base de donne localisation : VLR 04 du rseau 208 03 (Bouygues)

Mmorise laposition delabonn

Labonn est dansson rseau

Labonn visite un rseau partenaire (roaming)

Signalisation SS7

Appels entrants


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Appels entrantsMSISDN

+41 7x 555 55 55HLR/VLRMSC

IMSI/TMSI etLAC

BSCBSC

LAC coute la meilleure cellule

Rpond en faisant un accs alatoire

Allocation du canal, authentification

Chiffrement

Paging dans le LAC


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Roaming Le rseau dorigine ne connat plus la

position du mobile, mais la base delocalisation (VLR) laquel lappel doit treachemin

change dun certain nombre de couple pour lauthentification Ensuite, plus de contact avec le rseau

dorigine pour un certain temps change dinformations de facturation

environ tous les jours

Appels sortants


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Appels sortants Se cale sur la cellule la plus forte Accs alatoire sur slot de signalisation change dinformation sur lappel Assignement dun canal ddi Authentification et chiffrement Thoriquement, vrification de lIMEI

(*#06#) pour bloquer les terminaux vols

Conversation


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Handover

La BTS active envoie uneliste de cellules adjacente surveiller

La MS renvoie les mesuresde la puissance du signalreue pour les voisines

Le BSC dcide dun

handoverChangement decellules


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Distance lectrique

Positionnement


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Positionnement En tout temps, loprateur connat le LAC

En cas dappels, la cellule et les voisines Moyennant quelques calculs, prcision 550 m


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Gestion de la puissance

Mesure la qualit de la liaison enpermanenceAdapte la puissance

DTX Confort noise

Raison des interfrences sur les appareils

fort au dbut, intermittent, et faible ensuite


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SMS

Comme lors dun appel, ledestinataire/metteur est authentifie (GSM)

Lors que le message vient dun autre rseau,

pas de contrle du champs De Passerelles internet -> SMS avec possibilit

de modifier le champs De


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5. Dploiement et maintenance

Antennes

Couverture

Drive tests Trafic

Tlsurveillance


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Choix des sites

Antennes


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Antennes

Couverture


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Drive tests


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Drive tests

Trafic


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Trafic

Tlsurveillance


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Tlsurveillance

Outils logiciels


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g

Suite


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6. Avenir du rseau

GPRS et MMS

EDGE : Schma modulation

UMTS : 3GPP et recherche de lapplication qui tue

GPRS


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GPRS

change de donnes en mode paquets Factur au dbit - MMS

1 timeslot partag par plusieurs utilisateurs

Sur les 7 timeslot dun TRX, certains sontallous au GPRS, mais la voix toujours lapriorit

Utilise la capacit libre

EDGE


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EDGE

En projet, ncessite le remplacement desmetteurs-rcepteurs et terminaux

Compatible avec le reste des quipements

I

1 bit par symboles

1

GMSKModulation Q

I

3 bits par symboles

(0,1,0)

(0,0,0) (0,1,1)

(1,1,1)

(1,1,0)

(1,0,0)

(1,0,1)

(0,0,1)

EDGE Modulation

0

UMTS


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UMTS

Fdrent les diffrents systmes existants WCDMA : Modulation comme le GPS

Large bande

Dpart difficile

Premier rseau commercial mars 2003

Les oprateurs sont devenus frileux Cherchent lapplication qui tue

7. Conclusions


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7. Conclusions Amlioration de la prsentation

Stamm de rattrapage prvu en juin + GE Projet de dossier papier

Autre sujets prvus :Prsentation GPS (dj prsent par Yves)

Wireless LAN 802.11b

UMTS

Les radioamateurs, projet dlectronique,modulation, Le votre ici!


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Rfrences et Remerciements

Rseaux GSM, Xavier Lagrange, PhilippeGodlewski et Sami Tabbane, d. Hermes.

Merci Didier HB9DUC et nos collguesradioamateurs pour leur aide prcieuse!

Merci aussi aux autres, aprs tout

Version papier = expurge des illustrationstrop confidentiels

Rponses aux questions


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Rponses aux questions

Site web des RadioAmateurs Vaudois :http://www.hb9mm.com/

Emanuel Corthay [email protected] Iacopo Giangrandi HB9DUL

[email protected] Didier Divorne [email protected] Comparatif des oprateurs suisses par Didier:

http://www.allo.ch/

Possibilit de nous inviter pour faire laprsentation chez vous
http://www.hb9mm.com/http://www.allo.ch/http://www.allo.ch/http://www.hb9mm.com/


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Architecture rseau GSMC ll l i l i TRX (1 4 )


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INTERFACE VERS LE RESEAUTELEPHONIQUE TERRESTRE

Concentrateur

Cellules tri-secteurs plusieurs TRX (1 4 par secteurs)1 TRX (metteurs rcepteur) est rgl sur une frquence porteuse, et peut couler

jusqu 7 conversations simultanes maximum

Terminaux :Numro IMEI

SIM:Identifie labonn

via lIMSI

LOCALISATION ETLISTE DE

VISITEURS ENROAMING

LISTE DUSAGER DE LOPERATEUR ET DROITS

List des terminaux vols

ENCRYPTION,AUTHENTIFICATION

Cur du systme

Architecture rseau GSM

Documents

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