Jean-Philippe Muller
Version 07/2002
Le réseau GSM
et le mobile
Le réseau GSM et le mobile
jean-philippe muller
Sommaire
1- La cellule et sa station de base
2- La structure du réseau GSM
3- Les équipements du réseau GSM
4- Les fréquences de travail du GSM
5- Evolution des bandes GSM dans le temps
6- La voie balise et la voie de trafic
7- Les émissions dans la bande GSM descendante
8- Les émissions dans la bande GSM montante
9- Le multiplexage temporel
10- Détection de l’activité d’émission du mobile
11- Contrôle par la base de la puissance d’émission
12- Contrôle par la base du début d’émission
13- La détection du changement de cellule
14- Le mobile en fonctionnement
15- Les différents types de signaux échangés
16- La structure du burst
17- La transmission de données et le GSM
18- Les équipements du réseau GPRS
19- L’attribution des canaux
20- La protection des données
21- Exemples de mobiles GPRS
22- Le traitement de la voix
23- Les signaux TXI et TXQ
24- La production de la porteuse modulée
25- La régulation de la puissance émise
26- Les étages de réception du mobile
Annexe 1 : anatomie du mobile bi-bande Sony CD5
Annexe 2 : schéma fonctionnel d’un mobile GSM
Le réseau GSM et le mobile
jean-philippe muller
1- La cellule et sa station de base
Dans un réseau GSM, le territoire est découpé en petites zones appelées cellules.
Chaque cellule est équipée d’une station de base fixe munie de ses antennes installées sur un point
haut ( château d’eau, clocher d’église, immeuble ...).
Les cellules sont dessinées hexagonales mais la portée réelle des stations dépend de la configuration du
territoire arrosé et du diagramme de rayonnement des antennes d'émission. Dans la pratique, les cellules
se recouvrent donc partiellement.
Dans une cellule GSM typique (macrocellule) , les mobiles peuvent être situés jusqu’à 35 km de la
station de base pour le GSM900 et 2 km (minicellule) pour le DCS1800 ( puissance plus faible,
atténuation plus importante avec la distance).
La taille limitée des cellules permet de limiter la puissance d’émission nécessaire pour la liaison et donc
augmenter l’autonomie des mobiles.
Figure 1.
La station de
base du réseau
GSM .
Figure 2.
Antenne de
microcellule.
Pour les piétons qui évoluent moins
vite qu'une voiture et au niveau du
sol, on ajoute des sous-stations de
petites dimensions sur un site peu
élevé et sur les murs des immeubles.
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2- La structure du réseau GSM
Lorsqu’on téléphone à partir d’un mobile GSM :
le mobile transmet par radio la communication vers la station de base de sa cellule.
la conversation est ensuite acheminée de façon plus classique ( câble, fibre optique ...) vers le
correspondant s’il est raccordé au réseau téléphonique filaire, ou à sa station de base s’il est
équipé d’un mobile.
cette station de base transmet finalement la conversation par radio au correspondant.
Même si deux personnes se trouvent dans la même cellule et se téléphonent, la conversation ne passe
jamais directement d’un GSM à l’autre.
Au cours d’un déplacement, il est possible qu’on sorte d’une cellule. Il est nécessaire alors de changer
da station de base tout en maintenant la communication : c'est le transfert intercellulaire ou handover.
Pour gérer ce transfert :
le téléphone GSM mesure en permanence la force du signal radio reçu de la station de base et
écoute aussi régulièrement les stations de base des cellules voisines
lorsqu’il constate qu’il reçoit mieux une autre station de base que celle avec laquelle il échange les
signaux, il en informe sa station de base
la station de base décide alors de passer le relais à la station de base voisine et met en œuvre la
procédure de handover
Ce processus oblige tous les mobiles GSM à écouter les stations de base des cellules voisines en plus
de la station de base de la cellule dans laquelle il se trouve.
Figure 3.
Structure
cellulaire du
réseau GSM .
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3- Les équipements du réseau GSM
Les fonctions mises en œuvre dans le réseau GSM sont celles requises dans tout réseau de mobiles
comme la numérotation, l'acheminement vers un usager mobile, le transfert de cellules. etc…
Le téléphone GSM ou station mobile est caractérisée par deux identités :
le numéro d'équipement, IMEI (International Mobile Equipment ldentity) mis dans la mémoire du
mobile lors de sa fabrication
le numéro d'abonné IMSI (International Mobile Subscriber ldentity) se trouvant dans la carte SIM
(Subscriber ldentity Module) de l’abonné
Le système de communication radio est l'équipement qui assure la couverture de la cellule et comprend :
les stations de transmission de base BTS (Base Transmitter Station)
le contrôleur de stations de base BSC (Base Station Controller) qui gère entre 20 et 30 BTS et
possède son registre d’abonnés visiteurs VLR stockant les informations de l'abonné liées à sa
mobilité.
Le commutateur de services mobiles MSC est un autocommutateur qui assure les fonctions de
commutation nécessaires en aiguillant les conversations vers la MSC du correspondant ou vers d’autres
réseaux (téléphonique, Internet, Numéris …) à travers des interfaces appropriées.
Le registre des abonnés nominaux ou HLR (Home Local Register) est une base de données utilisée pour
la gestion des abonnés mobiles et contenant deux types d'informations :
les informations d'abonnés, le numéro d'abonné (IMSI
les informations sur la localisation de l'abonné, permettant aux appels entrant dans le réseau
d'être acheminés jusqu'à ce mobile
Figure 4. Structure générale d’un réseau GSM.
MSC
BSC
interfaces
BTS
GSM
IWE
Réseaux
d’entreprise
LAN
Modem
Numéris
Modem
PSTN : réseau
téléphonique
communté
Internet
HLR