mobile network

1. Réseaux Mobiles
GSM-GPRS
Dr MOUGHIT Mohamed
Professeur à l’Ecole National des Sciences Appliquées de Khouribga
Université Sultan Mouly Slimane
m.moughit@gmail.com
Réseaux Mobiles 1

2. Réseaux Mobiles 2
Historique de la téléphonie Mobile
Présentation du Réseau GSM
Objectifs GSM
Motifs de déploiements de cellule
Avantages du GSM
Infrastructure d’un réseau GSM
Sous système Radio
Sous système Réseaux
Spécification de la norme GSM
Structure en couche du réseau GSM
Procédure de mise à jour de
localisation
Gestion de la mobilité
Type de Handover
Structure de trame GSM
GPRS: Objectifs et présentation
Architecture du GPRS
Généralités UMTS
Architecture de l’UMTS
Les spécifications UMTS
Sommaire

3. Le GSM est un réseau cellulaire qui permet l’établissement
de communication entre :
• Clients Mobiles – Mobiles
• Clients Mobiles – Fixes
• Clients Fixes – mobiles
Présentation du Réseau GSM
Réseaux Mobiles 3

4. GSM: Réseau Cellulaire
Réseaux Mobiles 4
Un réseau GSM est formé par plusieurs cellules pour pouvoir couvrir toute une
nation: On dit que le GSM est un réseau cellulaire

5. GSM: Réseau Cellulaire
Réseaux Mobiles 5
Couverture de 360° d’une
cellule

6. GSM: Réseau Cellulaire
Réseaux Mobiles 6
Les cellules se représente théoriquement sous forme d’hexagone

7. GSM: Réseau Cellulaire
Réseaux Mobiles 7
Couverture théorique Couverture réelle

8. Motifs de déploiements de cellule
• Mobilité sur une grande surface
Réseaux Mobiles 8

9. Motifs de déploiements de cellule
• Redéploiement des fréquences
Réseaux Mobiles 9

10. Motifs de déploiements de cellule
• Permettre un grand nombre d’appels simultanément
Réseaux Mobiles 10

11. Motifs de déploiements de cellule
• Réduire l’énergie
Réseaux Mobiles 11

12. Réutilisation de fréquence dans un réseau GSM
Réseaux Mobiles 12
On appelle distance de réutilisation la distance entre les cellules co-canales,
telles qu’illustrées à la figure suivante :
On démontre qu’un motif ayant un nombre de fréquences données est optimal
s’il est régulier, c’est-à-dire s’il est invariant par un symétrie ou une rotation de
120°. Dans ce cas, la taille du motif N vérifie la relation:
N = i2 + ij + j2

13. Motifs de déploiements de cellule
Réseaux Mobiles 13
Le nombre N de cellule dans un motif est résumé par le tableau suivant
i/j 1 2 3 4
1 3 7 13 21
2 7 12 19 28
3 13 19 27 37
4 21 28 37 48

14. Motifs de déploiements de cellule
Réseaux Mobiles 14
On appelle Q=D/R le facteur de réutilisation, où D est la distance entre 2 cellules
co-canales, et R est le rayon d’une cellule

15. Motifs de déploiements de cellule
Réseaux Mobiles 15

16. Motifs de déploiements de cellule
Réseaux Mobiles 16
Exercice d’application:
L’ANRT a attribué à un opérateur 480 fréquences à déployer sur tout son réseau. Cet
opérateur souhaite déployer des cellules de rayon 100m qu’il rassemble en motif
dont la distance de réutilisation est de 700m.
Déterminer le nombre de fréquence que l’opérateur peut affecter à chaque cellule.

17. Historique de la téléphonie Mobile
• En 1971: Apparition pour la première fois du concept de radio téléphonie
cellulaire par Bell System,
• En 1978: Premier réseau de radiotéléphonie analogique cellulaire AMPS à
Chicago
• En 1979 lors de la Conférence Administrative Mondiale des Radios
Télécommunications(WARC), la décision d’ouvrir une bande aux alentours des
900 Mhz a été adoptée.
• Début 80: Utilisation des différents systèmes de la téléphonie mobile 
Incompatibilité
• Nouveau besoin: Service des télécommunications communs
• En 1982 : la C.E.P.T ( Conférence européenne des Postes et
Télécommunications ) crée le Groupe Spécial Mobile afin de définir les
spécifications de la seconde génération de radiotéléphonie cellulaire. En outre,
on réserve deux bandes de 25 Mhz ( 890-915 Mhz et 935-960 Mhz ) dans
lesquelles le système devra œuvrer.
Réseaux Mobiles 17

18. • En 1987, le G.S.M fixe les options techniques majeures pour les normes de
radio télécommunication avec les mobiles :
• Bonne qualité de la voix
• Transmission numérique.
• Utilisation optimale des fréquences Radio
• Compatibilité avec les réseaux publics
• Grande capacité d’adaptation et l’évolution vers les services à valeur
ajoutée
• Multiplexage temporel des canaux radio.
• Cryptage des informations sur le canal radio.
• Codage de la parole à débit réduit.
Historique de la téléphonie Mobile
Réseaux Mobiles 18

19. •En 1992, GSM devient « Global System for Mobile
Communication ».
•En 1994, Bouygues Télécoms a été sélectionné pour
déployer un réseau DCS (digital Cellular System) dans les
grandes villes françaises, et a été dans l’obligation de
couvrir 15  de la population française en 18 mois.
• En 1994, démarrage du GSM au MAROC
•En 1995, la phase 2 des recommandations GSM est
entièrement publiée. Elle unifie les systèmes GSM 900 Mhz
et DCS 1800.
Historique de la téléphonie Mobile
Réseaux Mobiles 19

20. EXEMLPE DE SYSTEMES CELLULAIRES
SYSTEME ANNEE FREQ.
MHZ
PAYS
AMPS 1978 800 USA
NMT 1981 450 NORVEGE,SUEDE
DENMARK,FR.
RADIOCOM
2000
1985 400 FRANCE
C450 1986 450 Allemagne
GSM 1992 900 EUROPE
Réseaux Mobiles 20

21. 900MHz
Voix
1G
900MHz
1800MHz
Voix
SMS
GSM-IS95
2G
900-1800-
1900MHz
Voix, Vidéo, données
UMTS
CDMA200
3G
2000
900-1800MHz
Voix , Données
GPRS
2.5G
From:
To:
Mess
12
kb/s
170
1000
Vers tout IP
LTE, Wimax
4G
Évolution des Réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 21
5G
IoT

22. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 22

23. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 23
Fixed-telephone subscriptionsaphique (en million)

24. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 24
Mobile-cellular telephone subscriptions (Million)

25. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 25
Mobile-cellular telephone subscriptions (Million)

26. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 26
Active mobile-broadband subscriptions (Million)

27. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 27

28. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 28
Fixed broadband subscriptions

29. Evolution des réseaux Mobiles
Réseaux Mobiles 29
Fixed broadband subscriptions

30. Avantages standard:
• Réseau international
• Système ouvert
• Roaming
• Mobilité
Avantages numériques:
• Une très grande résistance aux interférences (Lecture sur
front descendant ou montant de l’horloge+ algoritme de
correction)
• Sécurité de la transmission (cryptage, hachage, signature
numérique, authentification…)
• Multiplexage
Avantages du GSM
Réseaux Mobiles 30

31. Réseaux Mobiles 31
Services GSM
Service de base
• Appelé/ être appelé indépendamment de sa localisation
• Maintenir un appel en cours lors d’un déplacement
Services supplémentaires
• Conférences
• Appel en attente
• Renvoi d’appel
• Message vocal….
Interopérabilité des équipements et des opérateurs
Robustesse du codage de la voix
Sécurité

32. Bandes de fréquences utilisées par la norme GSM :
890 – 915 Mhz (voies montantes)
935 – 960 Mhz (voies descendantes)
Bandes GSM
Réseaux Mobiles 32

33. Observatoires Telecoms 33
Bandes GSM

34. Observatoires Telecoms 34
Bandes GSM

35. Réseaux Mobiles 35
Bande GSM
890 915 935
Tx
960
Rx f(MHz)
Chaque Bande est divisée en canaux de 200khz
Bandes GSM
890 890,2 890,4…….. 915
CH0CH1 CHi
935 935,2 935,4…….. 960
CH0 CH1 CHi

36. Réseaux Mobiles 36
890 Fréquence(MHz)
200KHz
Amplitude
Temps
R1
T1
577µs
935
890
935
T1
4.61ms
T8
200KHz
Time division multiple access (TDMA)
Ecart duplex
45MHz
Bandes GSM

37. Réseaux Mobiles 37
577µs
Fréquence(MHz)
4.615ms
Trame TDMA
0 1 2 3 4 5 6 7
890.4
890.6
890.8
891.0
Temps
F
D
M
A
Bandes GSM
Trame TDMA

38. Réseaux Mobiles 38
Bandes GSM
L’émission et la reception sont séparées de 3IT

39. Réseaux Mobiles 39
Architecture de base d’un réseau GSM

40. Réseaux Mobiles 40
Architecture de base d’un réseau GSM

41. Les équipements que l’on trouve sont les suivants:
• MS( Mobile Station): poste client
• BTS (Base Tranceiver Station)
• Le BSC ( Base Station Controller)
• MSC (Mobile-services Switching Center)
• HLR (Home Location Register)
• VLR ( Visitor Location Register)
• EIR (Equipement ldentity Register)
• AUC (Autentication Center)
• OMC (Operating and Maintenance center)
Equipements fonctionnels d’un réseau GSM
Réseaux Mobiles 41

42. STATION MOBILE- MS
Réseaux Mobiles 42

43. MS
ME
SIM
ME
Architecture de la station mobile
Réseaux Mobiles 43

44. Module d’interface
utilisateur
SIM
Microphone
Ecouteur
Clavier CAN
Module traitement
CPU
DSP
Codec
Module radio
Mod./Dém
RF E./R.
Power Ampli
LCD
Architecture de la station mobile
16:00
SALAM
Réseaux Mobiles 44

45. Réseaux Mobiles 45
3G
• Codage de La parole
• Cryptage de la voix
• Algorithmes de modulation
• Annulation d’echo
• Annulation de Bruit
• Décodage MP3
• Connaissance automatique de la voix
• Synthèse de la voix
• Compression d’image
1G
2G
DSP = digital signal processing
Architecture de la station mobile

46. BS= station
de base
MS= station mobile
Echantillonnage Code Modulate x
VCO1
DAC Decode Demodulate x
VCO2
Schéma synoptique d’une station mobile
Architecture de la station mobile
Réseaux Mobiles 46

47. • Une station mobile MS comprend un Equipement Mobile (ME) et
une carte électronique à puce appelée Module d’Identité d’Abonné
(SIM),
• Chaque équipement mobile est identifié par un numéro IMEI
(Identité internationale de l’équipement Mobile ) qui est codé sur
15 digits
TAC FAC SNR SP
6digits
2digits 6digits 1digit
TAC: Type Approval Code; numéro d’agrément du ME
FAC: Final Assembled Code; identifie l’usine de fabrication
SNR: Serial Number; fournit par le constructeur SP:Spare, réservé
Architecture de la station mobile
Réseaux Mobiles 47

48. Réseaux Mobiles 48
Carte SIM
Une carte SIM contient les informations suivantes :
• Numéro d'abonné international (IMSI, international
mobile subscriber identity)
• Etat de la carte SIM
• Code de service (opérateur)
• Clé d'authentification (Ki)
• Code PIN (Personal Identification Code)
• Code PUK (Personal Unlock Code)
• Algorithmes de cryptage et d’authentification (A3,A8, A5)

49. SOUS-SYSTEME RADIO
BSS
Réseaux Mobiles 49

50. Réseaux Mobiles 50
Structure d’une BTS

51. • La BTS est un ensemble d’émetteurs / récepteurs ( TRX )
• La BTS s’occupe de toutes les transmissions radio:
• Modulation-Démodulation
• égalisation,
•Codage/decodage
•Cryptage-Décryptage
•Correction d’erreur
• La BTS effectue les mesures sur la qualité des liaisons radio.
• Ces mesures servent à réguler la puissance d’émission des
mobiles ; elles sont transmises au BSC pour être exploitées.
•
STATION DE BASE- BTS
Réseaux Mobiles 51

52. STATION DE BASE- BTS
Réseaux Mobiles 52
Structure d’une BTS

53. Réseaux Mobiles 53
La norme GSM distingue trois types de cellule:
Types de BTS
1- Macros-cellules
2- Micros-cellules
3- Picos-cellules

54. Réseaux Mobiles 54
Types de BTS
• Macros-cellules :
Elles Disposent d’un large rayon de couverture qui peut atteindre les 35 km.
Déployées généralement dans les zones rurales

55. Réseaux Mobiles 55
Types de BTS
• Micros-cellules :
Elles ont un rayon de couverture compris entre 100 et 300 m. Déployées
dans les zones urbaines

56. Réseaux Mobiles 56
Types de BTS
• Picos-cellules :
Elles ont un rayon de couverture compris entre 10 et 100 m. Déployées
dans les zones urbaines avec une grande densité

57. CONTROLEUR DE
STATION DE BASE- BSC
Réseaux Mobiles 57

58. Il est l'organe intelligent du sous-système radio BSS :
• il gère les stations de bases :
 Allocation de canaux
 Gestion des ressources radio
 Reconfiguration des BTS en cas de nécessité
• il exécute des procédures de maintien des communications:
 traitement des mesures effectuées par MS et les BTS
 Contrôle la puissance d'émission des MS
 Il décide de l'exécution des Handovers .
• il réalise une concentration des circuits vers le MSC.
BSC
Réseaux Mobiles 58

59. 1
2 3 4
MSC MSC
BSC BSC BSC BSC
BTS BTS BTS BTS
1: Transfert automatique ( Handover intra BTS)
2: Transfert automatique inter BTS ( Handover intra BSC)
3: Transfert automatique inter BSC ( Handover intra MSC)
4: Transfert automatique inter MSC ( Handover inter MSC)
Différents niveaux de Transfert automatique
Réseaux Mobiles 59

60. TRANSCODEUR Rate Adapter Unit
(TRAU)
13-64KBITS/S
Réseaux Mobiles 60

61. Réseaux Mobiles 61
Transcodage de la parole
• La voix est codé sur 13kbit/s sur l’interface radio de
GSM, mais le réseau fixe gère des circuits de parole de
64Kbit/s
• Où doit être réalisé le transcodage 13kbit/s64kbit/s?
• L’équipement TRAU (Transcoder Rate Adapter Unit)
effectue la conversion 13kbit/s64kbit/s
• Le TRAU est implémenté dans le BSS
• Il est placé le plus proche possible du BSC

62. 4*16 kbits/s
64 kbits/s
13 kbits/s
MS
BTS
BSC
T
R
A
U
M
S
C
Principe de Transcodage par TRAU
• La BTS reçoit 260 bits toutes les 20ms du MS
• Cette trame est complétée par
• 21 bits de contrôle
• 4 bits de d’alignement pour résoudre le Problème de synchronisation
• 35 bits de synchronisation pour marquer le début d’une trame
• Soit 320 bits toutes les 20ms ie D=16kbit/s
Réseaux Mobiles 62
64 kbits/s
Interface U
Interface
Abis
Interface
A

63. Principe de Transcodage par TRAU
Réseaux Mobiles 63
Exercice d’application
Pour la transmission de la voix via un réseau de radiocommunication particulier
semblable au système GSM de point de vue signalisation, infrastructure et
structure de trame, le MS traite la voix par bloc de 30ms et en extrait 240 bits de
données. A ces bits vont s’ajouter 180 autres pour protéger la communication sur
l’interface Um.
a-Calculer le débit du trafic sur l’interface Um ?
b-Quel est le débit du trafic sur une voie de l’interface Abis? (Abis est un MIC E1)
c-Quel est le nombre de bits qui doivent être ajoutés pour assurer cette adaptation
sachant que l’on souhaite multiplexer 4 appels simultanés sur une voie de
l’interface Abis?

64. Réseaux Mobiles 64
SOUS SYTEME
RESEAU
NSS

65. LE CENTRE DE
COMMUTATION DU
SERVICE MOBILE
MOBILE SWITCHING CENTER
MSC
Réseaux Mobiles 65

66. Le centre de commutation du service mobile MSC : c'est l'élément
central du NSS.
• Il gère l'établissement des appels en effectuant une commutation
temporel.
• Commute les messages de signalisation entre les entités de son
réseau PLMN et autre réseaux GSM et reseau fixe.
• il dialogue avec le VLR pour gérer la mobilité des usagers:
Vérification des données des abonnes mobile cas d ’un appel
départ et transfert des informations de localisation.
• Sert de passerelle (Gateway MSC), pour accéder au réseau GSM à
partir du PSTN.
MSC
Réseaux Mobiles 66

67. Le centre de commutation du service mobile MSC : c'est l'élément
Central du NSS.
MSC
Réseaux Mobiles 67

68. • MSC gère l'établissement des appels en effectuant une
commutation temporel.
MSC
Réseaux Mobiles 68

69. MSC
Réseaux Mobiles 69
Principe de commutation temporel
• Partage du support de transmission dans le temps entre plusieurs utilisateurs.
• Chaque utilisateur exploite le support de transmission pendant une tranche
de temps dite Time slot (TS) ou voie ou Intervalle de temps (IT)
• Les IT sont égaux pour tous les utilisateurs.

70. MSC
Réseaux Mobiles 70
Principe de commutation temporel
TDMA:Time Division Multiple Access
TS ou IT
Trame
TDMA

71. • MSC gère l'établissement des appels en effectuant une
commutation temporel.
MSC
Réseaux Mobiles 71
IT0
IT5
IT2
IT3
IT4
IT0
IT6
IT7

72. Réseaux Mobiles 72
ENREGISTREUR DE
LOCALISATION NOMINAL
HOME LOCATION
REGISTER
HLR

73. Réseaux Mobiles 73
• Le HLR est la base de données qui gère les abonnés d’un
réseau donné « Public Land Mobile Network »(PLMN).
• Il mémorise d’une part les caractéristiques de chaque abonné:
 L’identité internationale de l’abonné utilisée par le réseau
(IMSI)
 Le numéro d’annuaire de l’abonné(MSISDN)
 Le profil de l’abonnement (services supplémentaires
autorisés, autorisation d’appel à l’international,…).
• Ces données sont rentrées par l’opérateur à partir de son
système d’administration.
• A chaque abonné est associé un HLR unique, de façon
indépendante de la localisation momentanée de cet abonné.
HLR

74. Réseaux Mobiles 74
Le réseau identifie le HLR à partir de l’ IMSI de l’abonné.
IMSI
L’IMSI suit le plan d’identification E.212 de l’UIT.
3digits 2digits
2digits
<=10digits
MCC MNC H1H2 MSIN
National Mobile Subscriber Identity
IMSI
HLR

75. Réseaux Mobiles 75
L’IMSI est codé sur au plus 15 digits et comprend trois parties:
• Mobile Country Code (MCC): indicatif du pays domicile de
l’abonné mobile (par exemple: 604 pour le Maroc)
• Mobile Network Code (MNC): indicatif du PLMN nominal de
l’abonné mobile (exemple 01 pour Maroc Telecom)
• Mobile Subscriber Identification Number (MSIN): numéro de
l’abonné mobile à l’intérieur du réseau
Les deux champs MCCet MNC permettent de déterminer, de
façon unique dans le monde, le PLMN de l’abonné. les des deux
premiers du champ MSIN donnent l’indicatif du HLR de
l’abonné au sein de son PLMN.
HLR