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Introduction aux rseaux de Tlcommunications cellulaires

Dr. Moussa DIALLO 2011 - 2012INGC1

Plan du cours

Dr Moussa DIALLO 2011/2012

Historique et prsentation des rseaux mobiles Propagation en environnement radio-mobile Accs au canal radio-mobile Concept cellulaire et mobilit Intermdiaire entre MS et NSS: relais, BTS Le GSM Migration de la 2me la 3me gnration UMTS

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Chapitre 1 Historique et prsentation des rseaux mobiles


Vido cest pas sorcier: le tlphone portable:

Vido facile trouver sur youtube ou Dailymotion

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Chap2: Propagation en environnement radio-mobile


Plan du chapitre Systme radio-mobileStations mobiles et stations de base Itinrance et handover

Contraintes de la liaison radioCaractristiques principales du canal radio Consquences de ces caractristiques Influence de la distance Influence des obstacles proches (masques) Les perturbations du canal radio-mobile Calibration de modles de propagation

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Chap2: Propagation en environnement radio-mobile Systme radio-mobile


Station mobiles et stations de base Un systme de radiotlphonie a pour premier objectif de permettre et de grer laccs au rseau tlphonique partir dun terminal portatif sur un territoire donn (une ville, un pays voire un continent).

Utilisation dune liaison radiolectrique entre le terminal et le rseau Il faut que la liaison radio entre le terminal et le rseau soit de qualit. Remarque 1: la transmission peut ncessiter une puissance importante des metteurs.5



Station mobiles et stations de base Les frquences radio

30GHz

Remarque 2: Les frquences radio reprsentent une ressource limite, donc cher, quil faut partager.6



Station mobiles et stations de base Pour limiter la puissance dmission des antennes (remarque 1) et avoir la possibilit de rutiliser (voir chapitre 4) les frquences (remarque 2), on place un ensemble de station de base (BTS, base station) sur le territoire couvrir: le terminal mobile (MS, mobile station) est toujours quelques kilomtres de lune des BTS.

La surface sur laquelle un MS peut tablir une liaison avec une BS dtermine est une cellule.

Lobjectif de loprateur est donc de raliser une couverture du territoire par un ensemble de cellules.7



Itinrance et handover Itinrance: Chaque utilisateur du rseau de radiotlphonie, qui se dplace dans le territoire couvert, doit pouvoir appeler et tre appeler. On parle aussi de roaming (diffrent du roaming internationale).

Handover: Pendant une communication, le MS est en liaison avec une BS donne. Il est souhaitable dassurer la continuit du service alors que le MS se dplace. Il peut tre ncessaire de changer de station de base tout en maintenant la communication. Cest ce transfert intercellulaire quon appelle handover ou hand-off.

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Itinrance et handover La gestion du handover et de litinrance ncessite des quipements particuliers (qui ne sont pas dans les rseaux fixes). Ces quipement ainsi que les BS sont organiss en un rseau PLMN (Public Land mobile Network). Un PLMN comprend deux parties: Un sous-systme radio qui inclut les BS qui couvre le territoire gger.

Un sous-systme rseau qui veut tre vu comme un rseau tlphonique spcifique avec es commutateurs adapts (MSC, Mobile-services Switching Center), des passerelles vers le TCP et des bases de donnes locales ou centrales. Il peut constituer la base dun rseau autonome concurrent du rseau fixe de loprateur public (exemple du rseau sentel de TIGO).

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Itinrance et handover Les utilisateurs du rseau ce dplacent souvent (itinrants) et appellent quant ils veulent. Ainsi, pour router les appels entrant s (vers le MS) ou sortants , il faut dfinir un adressage indpendant de la position gographique du MS. Le rseau met en mmoire les positions approximatives des diffrents MS Le MS itinrant signale sa position par des message de signalisation qui transite sur le rseau fixe jusqu une base de donnes. La signalisation engendre sur la partie fixe du rseau est bien suprieur celle dun rseau tlphonique classique. Cette signalisation est change indpendamment de tout appel et donne lieu aucune facturation. Loprateurs doit dimensionner son rseau pour quelle puisse tre change rapidement. Une signalisation trs forte10



Conclusion

La liaison radio lectrique entre le MS et la BTS doit tre de bonne qualit pour garantir une bonne circulation de la signalisation ainsi que le transfert de la voix et des donnes. Il faut donc maitriser les contraintes de propagation en radio mobile

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Chap2: Propagation en environnement radio-mobile Contraintes de la liaison radio


Lintrt dun rseau radiomobile est la mobilit: il autorise donc les MS avoir une totale autonomie. Cette indpendance ne va pas sans contreparties. Le canal de transmission est commun tous les utilisateurs et son usage doit tre partag. Le canal est perturb par des interfrences, il est diffusif et introduit des trajets multiples; Ces phnomne varient dans le temps et dans lespace.12



Caractristiques principales du canal radio Le canal radio-mobile est non stationnaire. Il fluctue en fonction du: Lieu (obstacles, atmosphre). Temps (vitesse du MS et modification des conditions de propagation: changement des obstacles, atmosphre).

Le canal radio-mobile est slectif en frquence (lattnuation dpend de la frquence). Ceci signifie que deux porteuses spares frquentiellement dune largeur suprieur la bande de cohrence du canal, seront attnues de faon diffrente.

Ce phnomne est d aux multitrajets

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Consquences de ces caractristiques Les effets grande et moyenne chelle: Influence de distance entre le MS et la BS (chelle: hm ou km). Influence des masques (obstacles proches) ou obstacles sur la propagation (chelle: dam ou hm). Consquences: -une attnuation du signal, fluctuant lentement. -La mesure de ces attnuations (la moyenne) permet de dimensionner la zone de couverture radio-lectrique (taille des cellules)

Les effets petite chelle: Influence des trajets multiples. (chelle: fraction de

)

Consquences: -une attnuation et distorsion du signal, fluctuant rapidement avec cration dvanouissements profonds. -Cration dIES -Cration dinterfrences multi-utilisateurs14



Exemple de fluctuations dun canal La figure montre les fluctuations dun canal radio-mobile pour une transmission GSM (860 MHz) dans un environnement urbain (Strasbourg) pour une vitesse de 50 KM/h

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Influence de la distance Formule despace libre Hypothses: -antennes isotropes, cest--dire rayonnant la mme nergie dans toutes les directions. -distances suffisamment grande pour tre en dehors de la zone de perturbation de lantenne. Formule de lespace libre: P la distanced de lantenne dmission isotrope de gain Ge ,un metteur de puissance e cre une onde sphrique de densit surfacique de puissance:

Si on place une antenne de rception daire quivalente S, on a alors comme puissance reue Ps On obtient donc attnuation en espace libre

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Influence de la distance

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Influence des obstacles proches (masques)

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Quelle conclusion peut on en tirer19




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Les perturbations du canal radio-mobile

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Calibration de modles de propagation

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Les modles de propagationModle exprimentales

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Chap3: Accs au canal radio-mobile Contraintes de la liaison radio


Plan du chapitre

Duplexage en temps et en frquence Accs multiples par rpartition de frquences Accs multiples par rpartition dans le temps Accs multiples par rpartition de codes

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Chap3: Accs au canal radio-mobile


Duplexage en temps et en frquence Un systme de communication bidirectionnel grce au quel on peut transmettre et recevoir des informations simultanment est appel systme duplexage total ou full-duplex. On distingue deux techniques de duplexage: Duplexage en frquence ou frequency division duplex (FDD). Ce mode utilise deux bandes de frquence indpendantes: lune pour transmettre et lautre pour recevoir. Duplexage en temps ou time division duplex (TDD). Dans ce mode, on transmet et on reoit sur la mme frquence mais des instants diffrents appels slot.

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FDMA En FDMA, on alloue chaque utilisateur une bande de frquence. Un seul utilisateur peut se servir de ce canal pendant la priode o la communication est lui.

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TDMA En TDMA, on attribue un intervalle de temps IT ou slot chaque utilisateur. On utilise souvent le FDMA/TDMA, cest--dire, une mme bande de frquence est partage par un certain nombre dutilisateurs qui se voient attribuer un slot.

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CDMA Le CDMA est une technique daccs multiple grce laquelle les diffrents utilisateurs peuvent communiquer simultanment dans une mme bande de frquence. La distinction entre les diffrents utilisateurs seffectue grce un code qui leur est attribu et nest connu que par lmetteur et le rcepteur.

Chaque utilisateur est diffrenti partir dun code qui lui est propre30



La petite histoireOn suppose que, dans une salle, plusieurs couples discutent entre eux. Chaque couple souhaite faire abstraction des conversations des autres couples. Si on utilise la FDMA, on peut envisager linstallation de cloisons dans la salle afin den crer de plus petites. Il est ainsi possible disoler compltement un seul couple afin quil puisse y poursuivre sa conversation librement. Il faudra donc construire autant de petites salles qu il ya de couples. Ainsi sil est possible de construire 1 petites salles, dix couples aux maximum pourront discuter. Chacun dans sa salle. Si on utilise la FDMA/TDMA, cela signifie que lon peut dans une mme petite salle faire passer les couples les uns aprs les autres, de telle sorte que lorsquun couple discute, les autres se taisent. Le temps o ils doivent rester silencieux doit tre aussi court que possible: ainsi les couples pourront parler quasiment en mme temps. A raison de 8 couples par petite salle, il sera possible 80 couples de communiquer. Enfin, en CDMA, plus besoin de cloisons, tout le monde peut parler en mme temps dans la mme grande salle. La seul contrainte impose chaque couple est de parler dans une langue spcifique diffrente des autres couples. Les langue tant diffrentes, chaque couple peut faire abstraction des autres conversations. Suivant cette approche, il peut y avoir autant de couples dans la salle que de langues diffrentes. Nanmoins, lorsque le nombre de couples devient trop grand, il y a un bruit de fond qui empche aux couples de se comprendre. Pour rsoudre ce problme, on peut demander chaque couple de ne pas dpasser un certain niveau sonore (contrle de puissance).31

Chap4: Concept cellulaire et mobilit


Plan du chapitre Concept cellulairePrincipe Le partitionnement Rutilisation des frquences Le segment spatial Capacit dun systme cellulaire

Gestion de mobilitLes aspects de la mobilit Contrle de la liaison radio Localisation du mobile Contrle de la qualit de liaison Procdure de changement de cellule

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Principe

BTS ou station

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Le partitionnement

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Rutilisation des frquences

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Rutilisation des frquences

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Le segment spatial

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Capacit dun systme cellulaire

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Les aspects de la mobilit

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Contrle de la liaison radio

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Localisation du mobile

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Contrle de la qualit de liaison

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Procdure de changement de cellule

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Chap5: Intermdiaire entre MS et NSS: relais, BTS


Etudes prliminaires Antenne BTS Liaison Abis

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Etudes prliminairesLes oprateurs de tlphonie mobile doivent implanter un nombre trs important de sites dmission-rception pour couvrir le territoire afin que leurs abonns puissent passer des communications. Ces metteurs-rcepteurs, aussi appels relais, BTS ou stations de base servent dintermdiaire entre le tlphone mobile (MS) et le soussystme rseau (NSS) qui regroupe lensemble des lments de gestion des mobiles et dacheminement des communications. 1) Recherche des emplacements pour le site. Ces emplacements seront classs par ordre de priorit par loprateur. 2) Ngociation avec le propritaire ou le syndic. Cest la phase la plus dlicate, puisque les propritaires sont trs rticents pour accueillir des antennes. 3) Les services de loprateur font une visite technique sur place, pour dfinir le type dantenne et leurs positions. 4) Dmarches administratives: loprateur prend connaissance du dossier complet et accomplit les dmarches ncessaires. Il fait les demandes administratives pour la ralisation des travaux (permis de construire, demande de travaux), fait une dclaration auprs de lARTP 5) Installation et test du matriel. 6) Mise en route Le site ne sera ensuite visit que quelques fois par an, notamment pour des pannes.

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Antennes

Les antennes qui permettent de raliser la liaison Um entre le MS et la BTS, sont les composantes les plus visibles dun rseau cellulaire. On les voit souvent sur des hauts pylnes, sur des toits dimmeubles ou lintrieur des btiments. Ces antennes prsente plusieurs caractristiques:

Frquences dutilisation: la caractristique la plus importante dune antenne est la bande de frquences supporte ; c'est--dire les frquences que lantenne pourra mettre et recevoir. Sur les sites GSM, on trouve des antennes qui mettent seulement en 900 MHz, seulement en 1800 MHz ou des antennes bibandes 900 et 1800 MHz. On trouve aussi, et leur nombre ne fera quaugmenter, des antennes bimodes (GSM & UMTS) et bibandes (1800 & 1900-2200 MHz) ou tribandes (900, 1800 & 1900-2200 MHz).

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Antennes

Directivit: cest la ou les direction(s) dans laquelle lantenne va mettre. Il existe deux grands types de directivits pour les antennes : Omnidirectionnelle et Directionnelle.

Antenne omnidirectionnelle pour micro cellule dans une galerie commerciale

3 antennes directionnelles pour macro cellule49



Antennes

Porte: Elle dpend pour beaucoup de la PIRE (Puissance Isotrope Rayonne quivalente) de lantenne, mais aussi de son orientation. En gnral, une antenne assure la couverture dune zone appele secteur ou cellule. Il existe deux grands types de cellules, le premier tant la micro (petite) cellule qui couvre une zone de taille rduite, par exemple une rue trs frquente, un centre commercial au moyen dantennes de petite taille, souvent omnidirectionnelles. Le deuxime type est celui des macro cellules qui couvrent des zones de grande superficie (plusieurs dizaines de kilomtres carrs), les antennes utilises sont souvent de type directionnel. Gain: chaque antenne possde un gain qui lui est propre. Le gain est lamplification que lantenne effectue du signal dentre. Azimut: Chaque antenne est dirige dans une direction dtermine par des simulations, de manire couvrir exactement la zone dfinie. La direction dans laquelle lantenne met sa puissance la plus importante est dirige dans lazimut tabli.

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Antennes

Diversit spatial: La liaison Um dans le sens montant (mobile vers BTS) est plus difficile assurer que la liaison descendante (BTS vers mobile), puisque la puissance des terminaux est limite 2 watts en 900 Mhz, 1 watt en 1800 MHz et 250mW en UMTS, on utilise donc deux antennes au lieu dune pour favoriser la rception du signal. Explication: cause des diverses rflexions du signal mis par le mobile (contre des immeubles, des falaises), deux ondes peuvent arriver en un point donn en s'annulant ou sattnuant fortement ( cause de leur dphasage), cest ce que lon appelle lvanouissement (fading) de Rayleigh, mais quelques mtres (et longueurs dondes) plus loin, ces ondes ne seront plus attnues, d'o lintrt de placer des antennes espaces denviron 3 6 m lune au dessus de lautre ou lune ct de lautre. On place donc deux antennes, au lieu dune, pour augmenter les chances de recevoir un signal correct, on augmente ainsi le signal reu jusqu 5 dB.

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Antennes

Diversit frquence: La diversit frquentielle est, la technique utilisant un changement rgulier des frquences utilises ; c'est--dire, que la BTS et le mobile changent rgulirement de frquence dmission et de rception, cest ce que lon appelle le saut de frquence ou Frequency Hopping, pour lutter contre lvanouissement du signal (ou fading). Explication:Ce procd permet aussi de moyenner le brouillage ; par exemple : si un canal est brouill, et si une communication est tablie sur ce canal, la communication sera fortement perturbe, alors que si lon change trs rgulirement de canal (frquence), la communication ne sera perturbe qu certains instants, mais restera en moyenne, audible.

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Antennes

Diversit frquence: les sorties des antennes sont suivies immdiatement de LNA (Low Noise Amplifier Amplificateur Faible Bruit) qui permettent d'amplifier le signal reu par l'antenne, en provenance du mobile, sur la liaison Um (voie montante).

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AntennesSectorisation: Chaque relais est partag en plusieurs zones dmission, une pour chaque antenne (sauf prsence de diversit spatiale), habituellement jusqu 3 zones par relais, appeles aussi secteur ou cellule.Monosectoris: Il y a une seule antenne, ou deux si la diversit spatiale est utilise, voire jusqu trois pour certains sites omnidirectionnels constitus de trois brins omnidirectionnels.

Un site monosectoris avec panneau directionnel, peut tre utilis pour affiner une couverture locale, ou en zone rurale, au dessus dune valle encaisse, o les deux autres secteurs ne seraient pas utiles.

site omnidirectionnel utilis en zone rurale pour assurer une couverture assez importante, sans permettre une grande quantit de communications, ou en zone urbaine importante, pour micro cellule, afin de supporter des communications passes dans une zone rduite (centres commerciaux, rues pitonnes). 54



Bisectoris: Un site bisectoris est un site GSM qui possde deux secteurs, et donc deux cellules distinctes. Le site peut comporter au moins deux antennes et jusqu quatre si la diversit spatiale est utilise. Ce type de site sert couvrir des zones o seuls deux secteurs sont utiles (flanc dune colline).

Site bisectoris avec 2 antennes

Site bisectoris avec utilisation de la diversit spatiale et 4 antennes-panneaux directionnelles55



Antennes

Trisectoris: la majorit des sites GSM sont des sites trisectoriss, c'est--dire quils sont constitus de trois cellules, ce qui permet une meilleure intgration au PDF (Plan De Frquences). Ces sites sont trs rpandus en zone rurale et priurbaine, o la couverture nest quasiment assure qu partir de ce type de sites.

Site trisectoris avec 3 antennes

Site trisectoris avec utilisation de la diversit spatiale et 6 antennes-panneaux directionnelles

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Station de base BTS

Une BTS est compose dune baie (grande armoire mtallique) modulaire avec des emplacements disponibles pour enficher des cartes lectroniques.

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Station de base BTS

Lunit de commande est la partie essentielle de la BTS, elle gre tout son fonctionnement. Elle gnre les frquences de rfrence, cre les diffrentes porteuses, assure la modulation et dmodulation des signaux, commande les amplificateurs de puissance, fournit les signaux aux TRX, et ceci sur tous les secteurs. La carte de communication est lintermdiaire entre lunit de commande de la BTS et le BSC. Cette carte gre la liaison Abis entre la BTS et le BSC. Chaque secteur a sa propre interface dmission- rception, cette interface gre le signal radio, elle est compose de TRX et dlments de couplage, qui permettent dassocier ou de dissocier des signaux en provenance ou destination des antennes. Chaque TRX gre un canal de transmission.

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Liaison Abis

La liaison Abis est le nom donn la liaison entre la BTS et le BSC qui commande tout le fonctionnement de la BTS. Cette liaison assure le transport vers le BSC de : la commande de la BTS. la signalisation. Les communications (vocales et data) des abonns mobiles.

La BTS tant un lment dport du rseau fixe (NSS), elle met et reoit des informations dun ct avec la MS, elle les traite puis envoie dautres informations au BSC qui, lui, donne des ordres excuter. La liaison Abis est donc une liaison importante qui demande des dbits consquents. Il existe deux grands types de transmission dinformations pour la liaison Abis : Faisceau Hertzien (FH) et liaison loue (LL)59



Liaison Abis

Liaison loue: les LL sont des liaisons numriques, assimilables des liaisons tlphoniques non partages, haut dbit garanti 24h/24h et avec un dlai de remise en service aprs panne de quelques heures. Il peut tre ncessaire dutiliser plusieurs LL pour certains sites supportant un trafic important. Ces LL sont proposes par les oprateurs importants (Orange), elles sont factures au dbit Exemple Sngal 2008 et la distance entre les points relis. Faisceau hertzien: un FH est une liaison radio spcialise, compose de 2 antennes mettrices- rceptrices ultra directionnelles pointes exactement lune vers lautre, sans obstacle intercal. Lorsque le BSC est trs loign du MSC, il peut arriver que la liaison soit assure par plusieurs couples de FH. Pour faire changer de direction un FH, on peut utiliser un rflecteur qui rflchit, comme un miroir londe provenant dune antenne FH pour la renvoyer vers une autre direction. On peut aussi utiliser un couple supplmentaire dantennes, comme les deux antennes (en bas) o une antenne reoit et lautre rmet et vice versa. Un FH a souvent un dbit de 2 Mbit/s (32 voies de 64kbit/s), il est donc ncessaire sur certains sites capacit importante den utiliser plusieurs. Combinaison des 2: . Par exemple : FH de la BTS un point intermdiaire, LL de ce point vers un autre point, puis FH jusquau BSC.60

Chap6:

Le GSM


Architecture Problmatique de la planification Interface radio Dimensionnement Transfert de donnes

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Chap6:

Le GSMArchitecture


Architecture canoniqueHLR Interface radio ou Um AbisX.25 X.25

AUC

EIR A BTS

SS7BSC

R T C P

MSC VLR Circuit de parole signalisation GMSC62

Chap6:

le GSMArchitecture


Le segment spatial Les liens satellite peuvent tre utiliss pour chacune des sections dun rseau GSM: ceci permet une rduction des frais de transport sur le rseau GSM. Le raccordement GSM par satellite permet aussi dviter de passer par l'infrastructure terrestre et participe au dsenclavement des rgions les plus isoles.

AbisStation terrienne BTS Station terrienne BSC

AStation terrienne MSC

EStation terrienne MSC

On peut transmettre les informations telles quelles (mode transparent) ou mettre en uvre des procds doptimisation (rduction de la bande passante).63

Chap6:

le GSMArchitecture


Principales entits dun systme GSMSous-systme dexploitation et de maintenance: assure lexploitation et la maintenance du rseau

OSS: OperationSubSystemEquipements de mdiation entre MSC et BSC Systme dexploitation AUC: Authentification center EIR: Equipment Identity register MS: Mobile Station

Sous-systme radio: assure les transmissions radio et gre la ressource radio

Sous-systme dacheminement Ou Rseau fixe: assure ltablissement des appels et la mobilit

BSS: Base Station SubsystemBTS: Base Transceiver Station BSC: Base Station Controller

NSS: Network SubSystemMSC: Mobile-services Switched Center VLR: Visitor Location Register HLR: Home Location Register

RTCP

Autre PLMN 64

Chap6:

le GSMArchitecture


Carte SIM et equipement

Le systme GSM utilise 4 types dadressages Voir Annexe 1

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Chap6:

le GSMArchitecture


BSS: BTS

66

Chap6:

le GSMArchitecture


BSS: BTS Une BTS classique peut mettre jusqu' 35 km au maximum. On parle de macro-cellule pour un rayon compris entre 2 km et 35 km et de petite cellule pour un rayon compris entre 500 m et 2 km. Les micro BTS sont conues pour les zones urbaines et dfinissent des micro cellules (rayon infrieur 500 m). Dans les zones rurales, le rle de la BTS est d'assurer une couverture. Elle est donc gnralement limite 1 seul TRX ou 2 si l'oprateur prvoit un TRX de secours. Dans les zones urbaines, la BTS doit assurer une couverture mais galement couler un trafic consquent. Elle peut donc tre quipe de 2 8 TRX. Un TRX gre une paire de frquences porteuses (une en voie montante, une en voie descendante). On peut multiplexer jusqu' 8 communications simultanes sur un TRX grce la technique d'accs multipleTDMA.La capacit maximale dune BTS est typiquement de 16 porteuses (limite jamais atteint en pratique), cest--dire une centaine de communications simultanes67

Chap6:

le GSMArchitecture


BSS: BSC Le BSC est lquipement intelligent du BSS . Son rle principal est de grer les ressources radio: gre la rpartition des canaux, contrle la puissance dmission desMS et BTS grce aux relevs de mesures et prend les dcisions de handover. assure lacheminement et la concentration de circuits vers le commutateur (MSC), assure la liaison de donnes en MIC avec la BTS et la liaison de donnes avec lOSS.

Il gre aussi les liens avec le rseau:

Optimisation: limiter le nombre dquipements et la distance BTS/BSC, couler le trafic utile et la signalisationLa capacit dun BSC dpend de la zoneZones rurales: BSC de faible capacit Moindre cot mais ncessite un plus grand nombre Permet de minimiser les distances BTS-BSC et limite donc les cots dexploitation

Zones urbaines: BSC de forte capacit

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Chap6:

le GSMArchitecture


NSS

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Chap6:

le GSMArchitecture


OSS OSS comprend les activits:administration commerciale (dclaration des abonnes, facturations, statistiques). Gestion de la scurit( dtection dintrusion et gestion dhabilitabilit ). Exploitation de la gestion des performances (observation du trafic et de la qualit) La maintenance( dtection des dfauts, test dquipement ). Le contrle de la configuration du systme( mise niveau de logiciel, introduction de nouveaux quipement et de nouvelles fonctionnalits) TMN, Telecommunications Management Network -Administration globale du rseau -Gestion des incidents majeurs -Systme dexploitation du rseau

OMC, Operating and Maintenance Centre Outil de maintenance ; permet des interventions distance (logicielles) Poste de surveillance de l'ensemble des quipements - LOMC-R(adio) surveille la partie BSS - l'OMC-S(witch) surveille la partie NSS

EIR, Equipment Identity Register AUC, Authentification center base de donne contenant les identits des Mmorise pour chaque abonn une cl de terminaux IMEI. Elle peut tre consulte lors des demandes de services dun abonn pour scurit utilise pour authentifier les demandes de services et pour ciffrer les vrifier que le terminal est autoris fonctionner sur le rseau. Exemple terminal communications. vol 70

Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Objectif Etant donns: un environnement couvrir, des usagers desservir (estimation) et des frquences alloues. Lobjectif consiste minimiser le cot de linfrastructure tout en respectant des contraintes de QoS.Zone oriente traficDimensionnement Validation de la Couverture et du C/I Optimisation Plan de frquences Planification du Rseaux fixe

Zone oriente couverturePlanification De la couverture Dimensionnement: Validation de la capacit Optimisation Plan de frquences Planification du Rseaux fixe

Les moyens et outils utiliss dans le processus de planification: Modle de trafic/mobilit, propagation. quipements de mesure, metteurs. Logiciels de type ingnierie cellulaire, allocation de frquences. Validation par simulation, mesures, valuation des performances.

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Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Processus global de dimensionnement/planification

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Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Bilan de liaisonLe bilan de liaison est une opration ralise lors de la planification radio dun rseau. Il consiste dterminer les paramtres radio optimum permettant de garantir un bilan de puissance dmission sur UL et DL quilibr. Pour avoir lquilibre, la puissance reue chaque rcepteur doit tre suprieure ou gale sa sensibilit et la puissance transmise par chaque metteur doit tre infrieure o gale au minimum entre la puissance maximum autorise dans la cellule et la puissance nominale de lmetteur.Signal reu la MS provenant de la BTS

PrMS = PeBTS Lc BTS Lf BTS + GaBTS L p + GMS Lf MSSignal reu la BTS provenant de la MS

PrBTS = PeMS Lf MS + GMS L p + Gd BTS + GaBTS Lf BTSLa PIRE (puissance isotrope rayonne quivalente)

PIRE = PeBTS Lc BTS Lf BTS + GaBTS

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Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Bilan de liaison La norme GSM impose une sensibilit maximale de -104 dBm en GSM 900 et DCS 1800 pour les MS. Elle dfinit galement plusieurs classes selon la puissance maximale d'mission.Micro BTS avec couplage BTS Normale sans couplage

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Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Affectation de frquence Laffectation de frquences est un problme majeur dans le domaine des rseaux cellulaire. Lobjectif principal est dassurer une demande de ressources pour les cellules de la zone de service. En minimisant le nombre de porteuses utilises. En maximisant le niveau de C/I.

Lallocation de frquences conditionne les performances et la qualit du rseau.75

Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Affectation de frquence Le GSM fonctionne dans les bandes de frquences suivantes: UL, MS vers BTS: 890MHz-915MHz DL, BTS vers MS: 935MHz-960MHz 2x25MHz

Le E-GSM fonctionne dans les bandes de frquences suivantes: UL, MS vers BTS: 880MHz-915MHz DL, BTS vers MS: 925MHz-960MHz 2x35MHz

Le DCS 1800 fonctionne dans les bandes de frquences suivantes: UL, MS vers BTS: 1710MHz-1785MHz DL, BTS vers MS: 1805MHz-1880MHz 2x75MHz

Partage des bandes: En temps TDMA En frquence FDMA On peut dire que le GSM est un systme F/TDMA malgr quil est souvent rpertori comme un systme TDMA76

Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Affectation de frquence Partage en frquence: la bande ddie est divise en canaux frquentiels de largeur 200 KHz. Chaque porteuse est identifie de manire unique GSM E-GSM DCS 1800

1 n 124

f p = 935 + ( 0, 2 * n )

N p = 124

975 n 1024

f p = 935 + ( 0, 2 * ( n 1024 ))

N p = 174

512 n 885

f p = 1805 , 2 + ( 0, 2 * ( n 512 ))

N p = 374

Partage en temps: Chaque porteuse est divise en intervalles de temps appels slot de dure: 0,5769ms Un slot accueille un lment de signal radiolectrique appel bust. Sur une porteuse, les slot sont regroups par paquets de 8. Trame TDMA=4,6152 ms Sur une trame TDMA, les slot sont numrots par un indice TN allant de 0 7. Un canal physique est donc constitu par la rptition priodique dun slot dans la trame TDMA sur une porteuse ( la porteuse nest forcement la mme durant le temps): on parle de canal plein dbit. Si on alloue un utilisateur un slot tous les deux trame TDMA, on parlera de canal demi dbit.

77

Chap6:

le GSM


Problmatique de la planification Affectation de frquence Laffectation de frquences aux diffrents TRX des BTS dpend de la taille des motifs (rutilisation de frquences) qui dpend du rapport C/I. Pour moyenner le brouillage et obtenir ainsi une diversit de frquence, on utilise les sauts de frquence:

Voir TD

78

Chap6:

le GSMInterface radio


Des canaux physique aux canaux logiques Plusieurs types de canaux ont t dfinis pour les diffrents types de fonctions( information utilisateurs, relevs de mesures, message de contrle, etc. Ces canaux forment une architecture complexe quil est ncessaire de connaitre pour comprendre le fonctionnement dun mobile pendant les diffrentes phases dune communication ou en tat de veille.

79

Chap6:



Canaux logiques et architecture en couches

80

Chap6:



Multitrame

81

Chap6:



Supertrame et hypertrame

82

Chap6:



Classification des canaux logiques

Document sur les canaux logique en Annexe 283

Chap6:

le GSMDimensionnement


Rappels: capacit et formule dErlang Le nombre dErlang ou trafic offert :

nombre moyen de demandes de canaux par unit de temps ou taux moyen darrive. dure moyenne doccupation de canal ou dure moyenne de transmission.= A + k A

A =

Approximation de la loi dErlang B: N N nombre de canaux ncessaires. A trafic offert en Erlang.k = log10

(B)

B Taux de blocage (QoS).On peut aussi utiliser la table dErlang (voir annexe )

Le trafic offert peut tre dterminer en tenant compte de la croissance et dune marge de scurit: t c facteur de croissance dans la zone. A trafic offert en Erlang. M marge de scurit.84

Chap6:



Dimensionnement des canaux TCH

85

Chap6:



Dimensionnement des canaux SDCCH

86

Chap6:



Dimensionnement des canaux AGCH

87

Chap6:



Dimensionnement des canaux PCH

PCH

88

Chap6:



Nombre de TRX par cellule

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Chap6:



Dimensionnement BSC

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Chap6:



Dimensionnement MSC

91

Chap6:



Application: dimensionnement TCH

92

Chap6:



Application: dimensionnement TCH

93

Chap6:



Application: Dimensionnement dune ville

94

Chap6:



Application: Dimensionnement dune ville

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Chap6:

le GSM


La transmission de donnes Elments mise en uvre La transmission de donnes(en mode circuit) met en uvre dans le rseau GSM: LIWF physiquement plac dans le MSC qui permet de passer dune transmission GSM une transmission classique rseau tlphonique (RNIS). Il est Interface entre rseau GSM et rseau extrieur. Le TAF, qui est une fonction dadaptation plac dans le mobile. BSS BTS NSS MSC Rseau de donnes

TAF Terminal Adaptation Function

IWF

InterWorking Function

Il existe 2 mode de fonctionnement. Mode transparent (pas de correction derreurs) : conditions favorables (bon SNR, mobilit restreinte), dbit utilisateur thorique : 14,4 kbit/s Mode non transparent : utilisation dun protocole de reprise sur erreur RLP (Radio Link Protocol) dbit utilisateur thorique : 9,6 kbit/s (taux derreur : 4/1000)96

Chap6:

le GSM


La transmission de donnes Elments mise en uvre Le MSC/VLR vrifie que le service de donnes demand par un terminal est bien disponible pour labonn et gre les ressource IWF. Le HLR vrifie les droits au service dans le cas dun appel vers un mobile. Le BSS supporte le codage des canaux radio (comme pour la parole), procde ladaptation de dbit (64kbit/s) et aux problme dalignement de trame.Le MS dlivre un flot de donnes suivant un rythme dont le dbit est gal une valeur nominale de 9,6kbit/s (mais qui peut vari). Ce flot de donnes doit circuler sur des voies MIC 64kbit/s. Le flot de donnes doit donc tre complt par des donnes de bourrage (si ncessaire) pour remplir une voie MIC. De plus, il faut rsoudre les ventuel problmes de dcalage entre les horloges (Synchronisation). Les horloges du rseau tlphonique sont extrmement prcis mais celles des MS peuvent varier et crer des distorsions(problmes de famine ou de saturation).

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Chap6:

le GSM


La transmission de donnes Evolution des services de donnes Le dbit de 9,6kbit/s ou 14,4kbit/s (lorsque le canal est de bonne qualit) est peru comme une limitation. Cette limitation de dbit est due au fait que le mobile transmet et reoit sur une seul intervalle de temps par trame TDMA. Il faut donc dvelopper des mobiles capables de transmettre et recevoir sur plusieurs slots permettant ainsi datteindre des plus haut dbits Services HSCSD : High Speed Circuit Switched Data volution essentiellement logicielle du GSM Repose sur la possibilit dallouer simultanment plusieurs canaux physiques: jusqu 4 canaux par trame ie 38,4 kbit/s en mode non transparent ou 57,6 kbit/s en mode transparent( canal de bonne qualit).

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Chap6:

le GSM


La transmission de donnesLes limites du GSM pour le transfert de donnes

GSM, HSCSD est un rseau commutation de circuits.

Pitre gestion des ressources radio : ligne (TCH) monopolise dans tout le rseau pour un trafic de donnes de nature trs sporadique.

Cot des communications : tarif fonction de la dure, pas de la quantit de donnes HSCSD : payer tous les canaux utiliss

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Documents

intro_reseau_cellulaire [Mode de compatibilité]