Historique

Dés les années 1980 il y a eu une révolution technologique qui à donné naissance aux téléphones mobiles. En 1982 avec le groupe spécial mobile (l’abréviation de GSM à l’époque) à commencer la standardisation d’une norme européenne d’un réseau de communications mobiles, après en 1987 treize pays européens ont  signé un accord pour l’ouverture de réseau GSM en 1991, et en 1992 GSM a devenu Global System for mobile communications, le GSM utilise initialement la bande de fréquence 900 Mhz avant d’être étendu sur les bande 1800 Mhz pour fournir des ressources supplémentaire dans le but de satisfaire le demande croissant des utilisateurs.

            Le GSM (2G) qui transporte la voix avec un débit de 9,6 kb/s a connu des évolutions et il y a eu l’apparition de GPRS (General Packet Radio Service aussi ce standard a l’appellation 2,5 G) pour introduire la transmission de données dans les réseaux mobiles et pour augmenter le débit (50 kb/s en pratique). Aussi l’EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution et il a aussi l’appellation 2,75G), il est connu aussi sous le nom EGPRS (Enhanced GPRS) et il offre des services à haut débit avec un débit réel de 177 Kb/S. L’EDGE en faite est une introduction aux réseaux de troisième génération.

L’Universel Mobile Telecommunication System (UMTS) ou 3G a été développé au début de ce siècle pour offrir des services avancés tel que l’accès Internet haut-débit depuis un équipement mobile ou un ordinateur, la télévision et la visiophonie. Cette norme fonctionne sous la bande 1900-2000 MHz, L’UMTS dans son release 99 donne un début théorique de 1,920 Mb/S mais pratiquement le débit ne peut dépasser 384 Mb/s. Il y a eu des évolutions à l’UMTS afin d’améliorer les performances du réseau 3G tel que le HSDPA (3,5 G), le HSUPA,…

Les réseaux mobiles sont en cours de se développer, après le 3G, des autres normes récentes sont en cours de standardisation  (LTE, LTE Advanced (4G), Wimax,…) dont le débit cible est au delà de 40 Mb/s.
 Architecture de GSM 

L’architecture de GSM est donnée dans la figure1

Figure1. Architecture du GSM

 Sous-système radio

Le BSS (Base Station Sub-system) contient les BTS et les BSC et il s’occupe de  transmission radioélectrique ainsi que la gestion des ressources radio.

·      BTS: La station de base (Base Transceiver Station) représente le relai radio qui relie le téléphone mobile au réseau et elle s’occupe de gestion physique du lien radio.

·      BSC: Le rôle du contrôleur de station de base (Base Station Controller) est de gérer un ou plusieurs BTS et il est responsable d’allocation des ressources, le contrôle de puissance ainsi que la gestion des handover.
 Sous-système réseau

Le NSS (Network Station Sub-system)  contient les commutateurs (MSC) ainsi que les bases de données (HLR, VLR, AuC, EIR) et il assure les fonctions de routage et de commutation ainsi que l’interconnexion avec le réseau téléphonique fixe et il s’occupe de la gestion de mobilité, la sécurité et la confidentialité.

·      MSC: le centre de commutation du service mobile (Mobile Service Switching Centre) gère plusieurs BSC et joue le rôle d’un commutateur dans le réseau GSM.

·      VLR: L'enregistreur de localisation des visiteurs (Visitors Location Register), c’est une base de données qui contient des informations à propos des abonnées qui se trouvent dans un BSS associé à un MSC.  Les informations sont effacées lorsque le mobile quitte cette zone.

·      HLR: L'enregistreur de localisation nominal (Home Location Register), possède les informations nécessaires à la gestion des communications d'un certain nombre d'abonnés, Elle contient des informations caractérisant le mobile (paramètres uniques) ainsi que d’autres informations  indiquant la dernière position connue de cet utilisateur (VLR/MSC).

·      EIR: L'enregistreur des identités des équipements EIR (Equipement Identity Register) est une base de données contenant le numéro international de l'équipement IMEI (International Mobile Equipement Identity) permettant ainsi son identification, l’opérateur peut désactiver le téléphone mobile qui aurait été volé.

·      AuC : C’est le centre d’authentification (Authentification Center) qui mémorise pour chaque abonné une clé secrète et il gère le chiffrement des données aussi, il est associé à une HLR.

·      GMSC: Gateway-MSC : c’est une fonction supplémentaire de MSC pour assurer la communication entre le mobile et les abonnées de réseau fixe. 
Sous-système d'exploitation et de maintenance

L’OSS  (Operation Sub-System) joue le rôle  de superviseur dans la norme GSM, il peut détecter les anomalies dans le réseau et les traiter à partir des OMC.

·      OMC: Le centre d’exploitation et de maintenance (The operations and maintenance center), ce système est responsable des opérations de commercialisation et d’administration (abonnement, statistiques, taxation) ainsi que d’autres fonctions de sécurité et de configuration système. Interface radio en GSM
 Partage temps/fréquence

La norme GSM utilise les technologies d’accès multiple fréquentiel et temporel simultanément pour optimiser l’utilisation des ressources radio, on utilise  des fréquences espacées de 200 Khz dans la bande de 900 Mhz (890-915 Mhz pour la liaison montante (mobile vers BTS) et 935-960 Mhz pour la liaison descendante (BTS vers mobile), on trouve aussi le GSM 1900 Mhz, chaque fréquence est divisées elle même en 8 slots de temps.

Figure2. Le multiplexage fréquentiel en GSM

Généralement on trouve dans chaque cellule 4 TRX (fréquence) divisé en 8 times slot (8 communications pour la même fréquence dans le temps) comme indique la figure suivante :

                                                      Figure3.Technique d’accès multiple en GSM

Pour organiser les trames et bien gérer la répétition périodique de slots dans la trame TDMA,  la norme GSM propose un découpage :

1 trame = 8 IT de 577 µs = 4,615 ms           
multitrame 26 : 26 trames de 4,615 ms        
multitrame 51 : 51 trames de 4,615 ms        
supertrame 26 : 26 multitrames 51 = 1326 trames   
supertrame 51 : 51 multitrames 26 = 1326 trames   
hypertrame : 2048 supertrames = 2.715.648 trames =  03 h 28 mn 53 s 760 ms               
Liaison radio

L’interface Um (ou interface air) assure la liaison radio entre le mobile et la BTS

                                                Figure4. Lien radio entre le mobile et la BTS
 Chaîne de transmission

Modulation (GMSK)

 Chiffrement

 Synchronisation

 Entrelacement (dans le but de séparer les erreurs)

 Contrôle d’erreurs

 Codage de la parole
 Mode de transmission discontinue (DTX): dans le but de conserver l'énergie de batterie, la transmission discontinue consiste à émettre les informations que quand il y a de parole (un détecteur de voix est nécessaire pour ce mode), sinon le mobile est en état de veille.
Le handover : Le handover est l'opération de changement de cellule en GSM (si on atteint la bordure d'une cellule serveuse et la puissance est faible d'ou l'exigence de se connecter à une nouvelle cellule)

Le handover en GSM est un Hard-handover c'est à dire l'ancien lien radio est coupé avant de ce connecter à la nouvelle cellule.

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