Principes de base du fonctionnement du réseau GSM
Cédric DEMOULIN, Marc VAN DROOGENBROECK
Département d'électricité, électronique et Informatique
(Institut Montefiore)
Sart Tilman, B-4000 Liège, Belgique
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Keywords:
GSM,
Notes de cours.
[bibtex-entry]
Résumé:
Si la téléphonie mobile se banalise aujourd'hui, on le doit à la conjonction
de l'avènement du numérique, à l'accroissement des performances des
semi-conducteurs et à différentes avancées technologiques. Mais le
facteur déterminant fut sans doute la cristallisation autour de la
norme
GSM issue d'un effort soutenu de standardisation mené
à l'
ETSI (Organe européen de normalisation en télécommunications,
créé à l'initiative du Conseil des ministres).
Dans cet article, nous passerons en revue différents aspects de la
technologie GSM: éléments de la couche physique, caractérisation de
la partie radio, architecture du réseau, etc. Pour faciliter la lecture
-il faut concéder que les acronymes abondent dans ce domaine-, un
glossaire est fourni en fin d'article.
L'histoire de la téléphonie mobile (numérique) débute réellement en
1982. En effet, à cette date, le Groupe Spécial Mobile,
appelé GSM1, est créé par la Conférence Européenne des administrations des Postes
et Télécommuncations (CEPT) afin d'élaborer les normes de communications
mobiles pour l'Europe dans la bande de fréquences de 890 à
915 [MHz]
pour l'émission à partir des stations mobiles2 et 935 à
960 [MHZ] pour l'émission à partir de stations fixes.
Il y eut bien des systèmes de mobilophonie analogique (MOB1 et MOB2,
arrêté en 1999), mais le succès de ce réseau ne fut pas au rendez-vous.
Les années 80 voient le développement du numérique tant au niveau
de la transmission qu'au niveau du traitement des signaux, avec pour
dérivés des techniques de transmission fiables, grâce à un encodage
particulier des signaux préalablement à l'envoi dans un canal, et
l'obtention de débits de transmission raisonnables pour les signaux
(par exemple 9, 6 kilobits par seconde, noté [kb/s], pour un
signal de parole).
Ainsi, en 1987, le groupe GSM fixe les choix technologiques relatifs
à l'usage des télécommunications mobiles: transmission numérique,
multiplexage temporel des canaux radio, chiffrement des informations
ainsi qu'un nouveau codage de la parole. Il faut attendre 1991 pour
que la première communication expérimentale par GSM ait lieu. Au passage,
le sigle GSM change de signification et devient Global System
for Mobile communications et les spécifications sont adaptées
pour des systèmes fonctionnant dans la bande des
1800 [MHz].
En Belgique, c'est en 1994 que le premier réseau GSM (proximus) est
déployé; Mobistar et Orange (rebaptisé Base) viendront plus tard.
Aujourd'hui, le nombre de numéros attribués pour des communications
GSM dépasse largement le nombre de numéros dédiés à des lignes fixes
et cette tendance se poursuit.
Tel quel, le réseau GSM est adéquat pour les communications téléphoniques
de parole. En effet, il s'agit principalement d'un réseau commuté,
à l'instar des lignes ``fixes'' et constitués de circuits, c'est-à-dire
de ressources allouées pour la totalité de la durée de la conversation.
Rien ne fut mis en place pour les services de transmission de données.
Or, parallèlement au déploiement du GSM en Belgique, en 1994, la société
Netscape allait donner un tour spectaculaire à un réseau de transmission
de données, appelé Internet, en diffusant le premier logiciel de navigation
grand public, articulé sur le protocole http et communément appelé
web.
Comme le réseau GSM ne convenait guère pour la transmission de données,
les évolutions récentes ont visé à accroître la capacité des réseaux
en termes de débit mais à élargir les fonctionnalités en permettant
par exemple l'établissement de communications ne nécessitant pas l'établissement
préalable d'un circuit.
Pour dépasser la borne des
14, 4 [kb/s], débit nominal d'un canal
téléphonique basculé en mode de transmission de données, l'ETSI a
défini un nouveau service de données en mode paquet: le General
Packet Radio Service (GPRS)
qui permet l'envoi de données à un débit de
115 [kb/s] par mise
en commun de plusieurs canaux. D'une certaine manière, le GPRS prépare
l'arrivée de la téléphonie de troisième génération, appelée Universal
Mobile Telecommunications System (UMTS),
qui permettra d'atteindre un débit de 2 [Mb/s]. Mais le chemin
est long car les applications nécessitant l'UMTS se font attendre,
sans perdre de vue que tous les éléments du réseau UMTS sont incompatibles
avec ceux du GSM. Pourquoi les investisseurs devraient-ils donc mettre
la main au portefeuille?
Les réseaux de première génération possédaient des cellules de grande
taille (50 [km] de rayon) au centre desquelles se situait une
station de base (antenne d'émission). Au tout début, ce système allouait
une bande de fréquences de manière statique à chaque utilisateur qui
se trouvait dans la cellule qu'il en ait besoin ou non. Ce système
ne permettait donc de fournir un service qu'à un nombre d'utilisateurs
égal au nombre de bandes de fréquences disponibles. La première amélioration
consista à allouer un canal à un utilisateur uniquement à partir du
moment où celui-ci en avait besoin permettant ainsi d'augmenter ``statistiquement''
le nombre d'abonnés, étant entendu que tout le monde ne téléphone
pas en même temps. Mais ce système nécessitait toujours des stations
mobiles de puissance d'émission importante (8 [W]) et donc des
appareils mobiles de taille et de poids conséquents. De plus, afin
d'éviter les interférences, deux cellules adjacentes ne peuvent pas
utiliser les mêmes fréquences. Cette organisation du réseau utilise
donc le spectre fréquentiel d'une manière sous-optimale.
C'est pour résoudre ces différents problèmes qu'est apparu le concept
de cellule. Le principe de ce système est de diviser le territoire
en de petites zones, appelées cellules, et de partager les
fréquences radio entre celles-ci. Ainsi, chaque cellule est constituée
d'une station de base (reliée au Réseau Téléphonique Commuté, RTC)
à laquelle on associe un certain nombre de canaux de fréquences à
bande étroite, sommairement nommés fréquences. Comme précédemment,
ces fréquences ne peuvent pas être utilisées dans les cellules adjacentes
afin d'éviter les interférences3. Ainsi, on définit des motifs, aussi appelés clusters,
constitués de plusieurs cellules, dans lesquels chaque fréquence est
utilisée une seule fois. La figure 1 montre
un tel motif, en guise d'exemple.
Figure 1:
Figure représentant un motif élémentaire (à gauche) et un ensemble
de motifs dans un réseau (à droite).
|
Graphiquement, on représente une cellule par un hexagone car cette
forme approche celle d'un cercle. Cependant, en fonction de la nature
du terrain et des constructions, les cellules n'ont pas une forme
circulaire. De plus, afin de permettre à un utilisateur passant d'une
cellule à une autre de garder sa communication, il est nécessaire
que les zones de couverture se recouvrent de 10 à 15%, ce qui
renforce la contrainte de ne pas avoir une même bande de fréquences
dans deux cellules voisines.
Pour éviter les interférences à plus grande distance entre cellules
utilisant les mêmes fréquences, il est également possible d'asservir
la puissance d'émission de la station de base en fonction de la distance
qui la sépare de l'utilisateur. Le même processus du contrôle de la
puissance d'émission est également appliqué en sens inverse. En effet,
pour diminuer la consommation d'énergie des mobiles et ainsi augmenter
leur autonomie, leur puissance d'émission est calculée en fonction
de leur distance à la station de base. Grâce à des mesures permanentes
entre un téléphone mobile et une station de base, les puissances d'émission
sont régulées en permanence pour garantir une qualité adéquate pour
une puissance minimale.
En résumé, une cellule se caractérise:
- par sa puissance d'émission nominale4 -ce qui se traduit par une zone de couverture à l'intérieur de laquelle
le niveau du champ électrique est supérieur à un seuil déterminé-,
- par la fréquence de porteuse utilisée pour l'émission radio-électrique
et
- par le réseau auquel elle est interconnectée.
Il faut noter que la taille des cellules n'est pas la même sur tout
le territoire. En effet, celle-ci dépend:
- du nombre d'utilisateurs potentiels dans la zone,
- de la configuration du terrain (relief géographique, présence d'immeubles, ...),
- de la nature des constructions (maisons, buildings, immeubles en béton, ...)
et
- de la localisation (rurale, suburbaine ou urbaine) et donc de la densité
des constructions.
Ainsi, dans une zone rurale où le nombre d'abonnés est faible et le
terrain relativement plat, les cellules seront plus grandes qu'en
ville où le nombre d'utilisateurs est très important sur une petite
zone et où l'atténuation due aux bâtiments est forte. Un opérateur
devra donc tenir compte des contraintes du relief topographique et
des contraintes urbanistiques pour dimensionner les cellules de son
réseau. On distingue pour cela quatre services principaux:
- Le service ``Outdoor'' qui indique les conditions nécessaires
pour le bon déroulement d'une communication en extérieur.
- Le service ``Incar'' qui tient compte des utilisateurs
se trouvant dans une voiture. On ajoute typiquement une marge supplémentaire
de 6 décibel Watt, notée 6 [dB], dans le bilan de puissance
pour en tenir compte.
- Le service ``Indoor'' qui permet le bon déroulement des
communications à l'intérieur des bâtiments. Cette catégorie de service
se subdivise à son tour en deux:
- le ``Soft Indoor'' lorsque l'utilisateur se trouve juste
derrière la façade d'un bâtiment et
- le ``Deep Indoor'' lorsqu'il se trouve plus à l'intérieur.
Typiquement, on considère que, lors de l'établissement du bilan de
puissance, c'est-à-dire de l'analyse du rapport de la puissance émise
à la puissance reçue au droit du récepteur, il faut tenir compte de
10 [dB] d'atténuation supplémentaire pour le Soft Indoor
et de 20 [dB] pour Deep Indoor à
900 [MHz].
Quand on sait que 10 [dB] représente un facteur de 10 en puissance,
on comprend qu'il est crucial pour un opérateur de dimensionner au
mieux son réseau, quitte à effectuer des mesures sur le terrain.
Par rapport au système de première génération, les cellules étant
de taille plus petite, la puissance d'émission est plus faible et
le nombre d'utilisateurs peut être augmenté pour une même zone géographique.
C'est grâce au principe de ré-utilisation des fréquences qu'un opérateur
peut augmenter la capacité de son réseau. En effet, il lui
suffit de découper une cellule en plusieurs cellules plus petites
et de gérer son plan de fréquences pour éviter toute interférence.
Il y a ainsi toute une nomenclature spécifique pour classer les cellules
en fonction de leur taille (macro, micro, pico, etc).
Définition 1
[Capacité] La capacité est le trafic maximum que
peut écouler une cellule en fonction du nombre de fréquences qui lui
sont attribuées, le trafic étant fonction du nombre moyen de personnes
qui communiquent et de la durée moyenne d'une communication.
étant donné que, dans un réseau, une même fréquence est réutilisée
plusieurs fois, il est nécessaire d'évaluer la distance minimum qui
doit séparer deux cellules utilisant la même fréquence pour qu'aucun
phénomène perturbateur n'intervienne. En calculant le rapport entre
la puissance de la porteuse et celle du bruit, il est possible d'estimer
cette distance.
Pratiquement, dans une cellule, un mobile reçoit à la fois le message
utile (dont la puissance vaut C) qui lui est destiné et un certain
nombre de signaux perturbateurs. La connaissance du rapport entre
ces puissances, nous permettra de connaître la qualité de la communication.
Pour commencer, il est nécessaire d'identifier les différents signaux
perturbateurs. On peut les subdiviser en deux classes:
- Les interférences de puissance totale I qui sont dues aux signaux
émis par les autres stations. On peut distinguer :
- Les interférences co-canal qui sont dues aux signaux
émis par les autres stations de base utilisant la même fréquence.
- Les interférences de canaux adjacents dues aux signaux émis par les
stations de base utilisant des fréquences voisines.
- Le bruit, de puissance N, provenant principalement du bruit de
fond du récepteur.
Dès lors, c'est le rapport
 |
(1) |
qui permet d'évaluer la qualité de la communication ainsi que la
distance de réutilisation des fréquences.
La norme GSM prévoit que la téléphonie mobile par GSM occupe
deux bandes de fréquences aux alentours des
900 [MHz]:
- la bande de fréquence
890 - 915 [MHz] pour les communications montantes
(du mobile vers la station de base) et
- la bande de fréquence
935 - 960 [MHz] pour les communications descendantes
(de la station de base vers le mobile).
Comme chaque canal fréquentiel utilisé pour une communication a une
largeur de bande de
200 [kHz], cela laisse la place pour 124
canaux fréquentiels à répartir entre les différents opérateurs. Mais,
le nombre d'utilisateurs augmentant, il s'est avéré nécessaire d'attribuer
une bande supplémentaire aux alentours des
1800 [MHz]. On a donc
porté la technologie GSM
900 [MHz] vers une bande ouverte à plus
haute fréquence. C'est le système DCS-1800
(Digital Communication System) dont les caractéristiques
sont quasi identiques au GSM en termes de protocoles et de service.
Les communications montantes se faisant alors entre 1710 et
1785 [MHz]
et les communications descendantes entre 1805 et
1880 [MHz].
Connaissant les différents canaux disponibles, il est alors possible
d'effectuer un multiplexage fréquentiel, appelé Frequency Division
Multiple Access (FDMA), en attribuant
un certain nombre de fréquences porteuses par station de base. Un
opérateur ne dédie pas pour autant une bande de fréquences par utilisateur,
car cela conduirait à un gaspillage de ressources radio étant donné
qu'un utilisateur émet par intermittence. De plus, avec un tel système,
si une source parasite émet un bruit à une fréquence bien déterminée,
le signal qui se trouve dans la bande de fréquence contenant le parasite
sera perturbé. Pour résoudre ces problèmes, on combine le multiplexage
en fréquence à un multiplexage temporel (appelé Time Division
Multiple Access ou TDMA) consistant
à diviser chaque canal de communication en trames de 8 intervalles
de temps (dans le cas du GSM). Pour être complet, signalons qu'il
existe encore une autre technique de multiplexage appelé Code
Division Multiple Access (CDMA),
utilisée dans la norme américaine IS-95 ou promue
pour l'UMTS.
Ainsi, avec le TDMA, il est par exemple possible de faire parler huit
utilisateurs l'un après l'autre dans le même canal. On multiplie donc
le nombre de canaux disponibles par unité de temps par huit.
Le tableau 1 montre les caractéristiques
des réseaux à technologie GSM et il compare les normes.
Tableau 1:
Comparaison des systèmes GSM et DCS-1800.
|
GSM
|
DCS-1800
|
Bande de fréquences (↑) |
890, 2 - 915 [MHz] |
1710 - 1785 [MHz]
|
Bande de fréquences (
↓) |
935, 2 - 960 [MHz]
|
1805 - 1880 [MHz]
|
Nombre d'intervalles de temps par trame TDMA |
8
|
8
|
Débit total par canal |
271 [kb/s]
|
271 [kb/s]
|
Débit de la parole |
13 [kb/s]
|
13 [kb/s]
|
Débit maximal de données |
12 [kb/s]
|
12 [kb/s]
|
Technique de multiplexage |
Multiplexage fréquentiel et temporel
|
Multiplexage fréquentiel et temporel
|
Rayon de cellules |
0, 3 à 30 [km]
|
0, 1 à 4 [km]
|
Puissance des terminaux |
2 à 8 [W]
|
0, 25 et 1 [W]
|
Sensibilité des terminaux |
-102 [dB]
|
|
Sensibilité de la station de base |
-104 [dB]
|
|
|
Tous les terminaux mobiles fabriqués actuellement sont compatibles
avec les 2 normes; ces terminaux sont appelés bi-bandes ou
dual-band. Sur le territoire des états-Unis, aucune des bandes
de fréquences pré-citées n'étaient encore disponibles. C'est pourquoi
le réseau à technologie GSM américain utilise des bandes autour des
1900 [MHz]. Des terminaux capables d'opérer dans les trois bandes
sont appelés tri-bandes.
L'architecture d'un réseau GSM peut être divisée en trois sous-systèmes:
- Le sous-système radio contenant la station mobile, la station de base
et son contrôleur.
- Le sous-système réseau ou d'acheminement.
- Le sous-système opérationnel ou d'exploitation et de maintenance.
Les éléments de l'architecture d'un réseau GSM sont repris sur le
schéma de la figure 2.
Figure 2:
Architecture du réseau GSM.
|
Le sous-système radio gère la transmission radio. Il est constitué
de plusieurs entités dont le mobile, la station de base
(BTS, Base Transceiver Station) et un contrôleur
de station de base (BSC, Base Station Controller).
Le téléphone et la carte SIM (Subscriber Identity
Module) sont les deux seuls éléments auxquels un utilisateur a directement
accès. Ces deux éléments suffisent à réaliser l'ensemble des fonctionnalités
nécessaires à la transmission et à la gestion des déplacements.
La principale fonction de la carte SIM est de contenir et de gérer
une série d'informations. Elle se comporte donc comme une mini-base
de données dont les principaux champs sont fournis dans le tableau 2.
Tableau 2:
Liste partielle des informations contenues dans une carte SIM (voir [1, page 13]
pour la liste complète).
Paramètres |
Commentaires |
Données administratives |
PIN/PIN2 |
Mot de passe demandé à chaque connexion |
PUK/PUK2 |
Code pour débloquer une carte |
Language |
Langue choisie par l'utilisateur |
Données liées à la sécurité |
Clé Ki |
Valeur unique, connue de la seule carte SIM et du HLR |
CKSN |
Séquence de chiffrement |
Données relatives à l'utilisateur |
IMSI |
Numéro international de l'abonné |
MSISDN |
Numéro d'appel d'un téléphone GSM |
Données de ``roaming'' |
TMSI |
Numéro attribué temporairement par le réseau à un abonné |
Location updating status |
Indique si une mise à jour de la localisation est nécessaire |
Données relatives au réseau |
Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC),
etc |
Identifiants du réseau mobile de l'abonné |
Numéros de fréquence absolus |
Fréquences utilisées par le PLMN |
|
L'identification d'un mobile s'effectue exclusivement au moyen de
la carte SIM. En effet, elle contient des données spécifiques comme
le code PIN (Personal Identification Number) et d'autres
caractéristiques de l'abonné, de l'environnement radio et de l'environnement
de l'utilisateur.
L'identification d'un utilisateur est réalisée par un numéro unique
(IMSI, International Mobile Subscriber Identity) différent
du numéro de téléphone connu de l'utilisateur (MSISDN, Mobile
Station ISDN Number), tous deux étant incrustés dans la carte SIM.
La station de base est l'élément central, que l'on pourrait définir
comme un ensemble émetteur/récepteur pilotant une ou plusieurs cellules.
Dans le réseau GSM, chaque cellule principale au centre de laquelle
se situe une station base peut-être divisée, grâce à des antennes
directionnelles, en plus petites cellules qui sont des portions de
celle de départ et qui utilisent des fréquences porteuses différentes.
En Belgique, il est fréquent d'avoir des antennes tri-sectorielles,
qui couvrent un peu plus de 120 degrés. Ces antennes ont l'allure
de paires de segments verticaux, disposées en triangle (cf. figure 3).
Figure 3:
Exemple d'antennes GSM (ROCKHAMPTON, QUEENSLAND,
AUSTRALIE).
|
C'est la station de base qui fait le relais entre le mobile et le
sous-système réseau. Comme le multiplexage temporel est limité à 8
intervalles de temps, une station de base peut gérer tout au plus
huit connections simultanées par cellule. Elle réalise les fonctions
de la couche physique et de la couche liaison de données.
En cas de besoin, on peut exploiter une station de base localement
ou par télécommande à travers son contrôleur de station de base.
Le contrôleur de station de base gère une ou plusieurs stations de
base et communique avec elles par le biais de l'interface A-bis. Ce
contrôleur remplit différentes fonctions tant au niveau de la communication
qu'au niveau de l'exploitation.
Pour les fonctions des communications des signaux en provenance des
stations de base, le BSC agit comme un concentrateur puisqu'il
transfère les communications provenant des différentes stations de
base vers une sortie unique. Dans l'autre sens, le contrôleur commute
les données en les dirigeant vers la bonne station de base.
Dans le même temps, le BSC remplit le rôle de relais pour les différents
signaux d'alarme destinés au centre d'exploitation et de maintenance.
Il alimente aussi la base de données des stations de base. Enfin,
une dernière fonctionnalité importante est la gestion des ressources
radio pour la zone couverte par les différentes stations de base qui
y sont connectées. En effet, le contrôleur gère les transferts inter-cellulaires
des utilisateurs dans sa zone de couverture, c'est-à-dire quand une
station mobile passe d'une cellule dans une autre. Il doit alors communiquer
avec la station de base qui va prendre en charge l'abonné et lui communiquer
les informations nécessaires tout en avertissant la base de données
locale VLR (Visitor Location Register) de la nouvelle
localisation de l'abonné.
C'est donc un maillon très important de la chaîne de communication
et il est, de plus, le seul équipement de ce sous système à être directement
gérable (via l'interface X25 qui le relie au sous-système d'exploitation
et de maintenance).
Le sous-système réseau, appelé Network Switching Center
(NSS), joue un rôle essentiel dans un réseau mobile.
Alors que le sous-réseau radio gère l'accès radio, les éléments du
NSS prennent en charge toutes les fonctions de contrôle et
d'analyse d'informations contenues dans des bases de données nécessaires
à l'établissement de connexions utilisant une ou plusieurs des fonctions
suivantes: chiffrement, authentification ou roaming.
Le NSS est constitué de:
- Mobile Switching Center (MSC)
- Home Location Register (HLR) / Authentication
Center (AuC)
- Visitor Location Register (VLR)
- Equipment Identity Register (EIR)
3.2.1 Le centre de commutation mobile (MSC)
Le centre de commutation mobile est relié au sous-système radio via
l'interface A. Son rôle principal est d'assurer la commutation entre
les abonnés du réseau mobile et ceux du réseau commuté public (RTC)
ou de son équivalent numérique, le réseau RNIS (ISDN en
anglais). D'un point de vue fonctionnel, il est semblable à un commutateur
de réseau ISDN, mis à part quelques modifications nécessaires pour
un réseau mobile.
De plus, il participe à la fourniture des différents services aux
abonnés tels que la téléphonie, les services supplémentaires et les
services de messagerie. Il permet encore de mettre à jour les différentes
bases de données (HLR et VLR) qui donnent toutes les informations
concernant les abonnés et leur localisation dans le réseau.
Les commutateurs MSC d'un opérateur sont reliés entre eux pour la
commutation interne des informations. Des MSC servant de passerelle
(Gateway Mobile Switching Center, GMSC)
sont placées en périphérie du réseau d'un opérateur de manière à assurer
une inter-opérabilité entre réseaux d'opérateurs.
Il existe au moins un enregistreur de localisation (HLR)
par réseau (PLMN).Il s'agit d'une base de données avec
des informations essentielles pour les services de téléphonie mobile
et avec un accès rapide de manière à garantir un temps d'établissement
de connexion aussi court que possible.
Le HLR contient:
- toutes les informations relatives aux abonnés: le type d'abonnement,
la clé d'authentification Ki -cette clé est connue d'un seul
HLR et d'une seule carte SIM-, les services souscrits, le numéro
de l'abonné (IMSI), etc
- ainsi qu'un certain nombre de données dynamiques telles que la position
de l'abonné dans le réseau -en fait, son VLR- et l'état de
son terminal (allumé, éteint, en communication, libre, ...).
Les données dynamiques sont mises à jour par le MSC. Cette base de
données est souvent unique pour un réseau GSM et seules quelques personnes
y ont accès directement.
Lorsqu'un abonné passe une communication, l'opérateur doit pouvoir
s'assurer qu'il ne s'agit pas d'un usurpateur. Le centre d'authentification
remplit cette fonction de protection des communications. Pour ce faire,
les normes GSM prévoient deux mécanismes:
- Le chiffrement des transmissions radio. Remarquons qu'il s'agit d'un
chiffrement faible, qui ne résiste pas longtemps à la crypto-analyse!
Ceci explique sans doute pourquoi, en Belgique, de nombreux toits
de bâtiments de puissance étrangère sont équipés d'antennes servant
exclusivement à la réception de signaux GSM...
- L'authentification des utilisateurs du réseau au moyen d'une clé Ki,
qui est à la fois présente dans la station mobile et dans le centre
d'authentification.
L'authentification s'effectue par résolution d'un défi sur base d'un
nombre M généré aléatoirement et envoyé au mobile. à partir de
ce nombre, un algorithme identique (algorithme A3) qui se trouve
à la fois dans la carte SIM et dans l'AuC produit un résultat sur
base de la clé Ki et du nombre M.
Dès lors, lorsqu'un VLR obtient l'identifiant d'un abonné, il demande,
au HLR du réseau de l'abonné, le nombre M servant au défi et le
résultat du calcul afin de le comparer à celui qui sera produit et
envoyé par le mobile. Si les résultats concordent, l'utilisateur est
reconnu et accepté par le réseau.
Grâce à ce mécanisme d'authentification, un VLR peut accueillir un
mobile appartenant à un autre réseau (moyennant un accord préalable
entre opérateurs de réseau!) sans qu'il ne soit nécessaire de divulguer
la clé de chiffrement du mobile.
On peut dès lors distinguer trois niveaux de protection:
- La carte SIM qui interdit à un utilisateur non enregistré d'avoir
accès au réseau.
- Le chiffrement des communications destiné à empêcher l'écoute de celles-ci.
- La protection de l'identité de l'abonné.
Cette base de données ne contient que des informations dynamiques
et est liée à un MSC. Il y en a donc plusieurs dans un réseau GSM.
Elle contient des données dynamiques qui lui sont transmises par le
HLR avec lequel elle communique lorsqu'un abonné entre dans la zone
de couverture du centre de commutation mobile auquel elle est rattaché.
Lorsque l'abonné quitte cette zone de couverture, ses données sont
transmises à un autre VLR; les données suivent l'abonné en quelque
sorte.
Malgré les mécanismes introduits pour sécuriser l'accès au réseau
et le contenu des communications, le téléphone mobile doit potentiellement
pouvoir accueillir n'importe quelle carte SIM de n'importe quel réseau.
Il est donc imaginable qu'un terminal puisse être utilisé par un voleur
sans qu'il ne puisse être repéré.
Pour combattre ce risque, chaque terminal reçoit un identifiant unique
(International Mobile station Equipment Identity, IMEI)
qui ne peut pas être modifié sans altérer le terminal. En fonction
de données au sujet d'un terminal, un opérateur peut décider de refuser
l'accès au réseau. Tous les opérateurs n'implémentent pas une telle
base de données.
Cette partie du réseau regroupe trois activités principales de gestion:
la gestion administrative, la gestion commerciale et la gestion technique.
Le réseau de maintenance technique s'intéresse au fonctionnement des
éléments du réseau. Il gère notamment les alarmes, les pannes, la
sécurité, ... Ce réseau s'appuie sur un réseau de transfert
de données, totalement dissocié du réseau de communication GSM.
Illustrons brièvement le fonctionnement des entités d'un réseau en
traitant deux scénarios typiques simplifiés entre un réseau mobile
et un réseau fixe:
- Un abonné GSM compose le numéro de téléphone d'un abonné du
réseau fixe.
Sa demande arrive d'abord au BTS de la cellule puis passe à travers
le BSC et arrive enfin au MSC qui vérifie les droits de l'abonné (autorisation
d'accéder à ce service, état de l'abonnement, ...). Si l'abonné
remplit les conditions, le MSC transmet l'appel au réseau public et
demande au BSC de réserver un canal pour la communication. Il ne reste
alors plus qu'à attendre que le poste fixe soit décroché pour que
la communication soit établie.
- Supposons au contraire qu'un abonné du réseau fixe veuille joindre
un abonné du réseau GSM.
Le fonctionnement est un plus complexe car l'opérateur GSM n'alloue
des ressources à un abonné que lorsque celui reçoit ou émet un appel.
Le numéro composé sur le poste fixe est tout d'abord aiguillé vers
le réseau de l'abonné GSM. La demande de connexion est interprétée
par un commutateur passerelle entrant du réseau GSM -il s'agit d'un
GMSC. Le numéro formé par l'abonné du réseau fixe n'est pas utilisé
tel quel pour commuter la communication. à l'instar des numéros verts
ou des numéros d'urgence, il y a un mécanisme qui, au droit du GMSC,
va convertir le numéro de l'abonné en un autre numéro attribué dynamiquement
en fonction de la position de l'utilisateur. C'est sur base de ce
numéro dynamique que l'appel sera re-dirigé dans le réseau GSM. Concrètement,
le HLR est interrogé afin de connaître la position de l'utilisateur
du réseau mobile ainsi que son état (libre, occupé, éteint). Si le
mobile est dans l'état ``libre'', le réseau interroge alors le
VLR de la zone pour savoir dans quelle cellule le mobile se situe.
Ainsi, le BSC de la zone demande aux différentes stations de base
de sa zone de diffuser un avis d'appel. Comme le mobile est ``libre'',
le destinataire écoute le réseau et s'aperçoit qu'on tente de le joindre
et la sonnerie du terminal est activée. Une fois que l'utilisateur
a décroché, un canal de communication est alloué à l'appel et les
bases de données VLR et HLR sont mises à jour.
Dans un réseau GSM, deux techniques de multiplexage sont mises en
oeuvre: le multiplexage fréquentiel (FDMA) et le
multiplexage temporel (TDMA).
Dans sa version à
900 [MHz], la norme GSM occupe deux bandes de
25 [MHz]; l'une est utilisée pour la voie montante (
890, 2 - 915 [MHz]),
l'autre pour la voie descendante (
935, 2 - 960 [MHz]). Il est également
défini que chaque porteuse de cellule possède une densité spectrale
confinée dans une bande de
200 [kHz] ce qui signifie que, théoriquement,
on peut disposer de 124 canaux. Notons au passage que la bande
de fréquences du DCS-1800 étant plus large, elle peut contenir 374
canaux.
Aussi, si on indique par Fu les fréquences porteuses montantes
et par Fd les fréquences porteuses descendantes, les valeurs
de fréquence porteuse valent
Fu(n) |
= |
890, 2 + 0, 2×(n - 1) [MHz] |
(2) |
Fd(n) |
= |
935, 2 + 0, 2×(n - 1) [MHz] |
(3) |
où
1≤n≤124. Connaissant les canaux disponibles, il est alors
possible d'effectuer un multiplexage fréquentiel en attribuant un
certain ensemble de fréquences porteuses par opérateur GSM -c'est
le rôle du régulateur, l'IBPT en Belgique- et l'opérateur
choisit son plan de fréquences en allouant une ou plusieurs fréquences
par station de base. Proximus utilise les canaux 1 à 30 et 61
à 90, Mobistar s'est vu attribuer les canaux 31 à 60 et 91
à 120; quant aux canaux restants (121 à 124), ils ont été
réservés pour les téléphones sans fil. Base (nommé Orange auparavant)
n'opère pas dans la bande des
900 [MHz]. Par contre, la bande
DCS-1800 est utilisée par les 3 opérateurs (Base, Mobistar et Proximus).
En raison de la forte variabilité de l'amplitude des signaux dans
un environnement mobile, on préfère recourir à un technique de modulation
angulaire pour ce type d'environnement. La technique de modulation
utilisée pour porter le signal à haute fréquence est la modulation
GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Comme
le suggère son nom, il s'agit d'une variante d'une modulation MSK
appartenant à la famille des modulations de fréquence (FM) numériques.
On utilise la GMSK car, en raison de la transition rapide entre 2
fréquences (
fc -
f et
fc +
f), la modulation
par MSK aurait nécessité une trop large bande de fréquences.
La modulation GMSK consiste en une modulation de fréquence à deux
états portant non pas sur la séquence originale mais sur une nouvelle
séquence dont le bit n est produit comme le résultat de la fonction
du OU exclusif (XOR) entre le bit courant et le bit précédent.
Après application du XOR, le signal est filtré. La figure 4
montre la création d'un signal modulé par GMSK.
Figure 4:
Création d'un signal modulé par GMSK au départ d'un train binaire.
|
Au bout du compte, il faut une largeur de
200 [kHz] par fréquence
porteuse. Sachant que le débit atteint
270 [kb/s], on atteint
un rapport du débit à largeur de bande, appelé efficacité spectrale,
proche de 1. Cette valeur est typique pour des environnement mobiles,
ce qui signifie que, pour doubler le débit, il n'y a d'autre solution
que de doubler la largeur de bande.
Tant pour des questions d'interférences électromagnétiques que pour
des raisons d'augmentation de capacité, le multiplexage fréquentiel
se double d'une multiplexage temporel. Le multiplexage temporel consiste
à diviser chaque canal de communication en 8 intervalles de temps
de
0, 577 [ms] chacun.
Définition 2
[Trame] On définit dès lors une trame
élémentaire de 8 intervalles pour une durée de
8×0, 577 = 4, 615 [ms].
Comme il est exclus de transmettre toutes les informations en une
fois, il faut découper l'information et la transmettre au moyen de
plusieurs trames consécutives. La norme GSM prévoit une organisation
spécifique de structure hiérarchique de trames. Cette hiérarchie est
dessinée à la figure 5.
Figure 5:
Organisation des multiples de trames.
|
Les trames sont regroupées comme suit:
- 1 multitrame de type 26 = 26 trames TDMA élémentaires
et 1 multitrame de type 51 = 51 trames TDMA élémentaires,
- 1 supertrame de type 26 = 26 multitrames et 1 supertrame
de type 51 = 51 mutlitrames
- 1 hypertrame = 2048 supertrames = 2.715.648 trames.
La structure en trames est à mettre en relation avec la typologie
des informations véhiculées, dont il est question dans cet article
à la section 5.3.
Le canal d'une communication avec un mobile est changeant et sujet
à perturbations. Plusieurs mécanismes sont donc mis en oeuvre
pour réduire l'impact des interférences.
Pour protéger les canaux d'une source radio parasite, la fréquence
porteuse utilisée pour transmettre une salve de données fluctue au
cours du temps. C'est le principe du saut de fréquence ou du Frequency
Hopping (FH); il est illustré
à la figure 6. Ainsi, si à un moment déterminé,
une bande de fréquences est sujette à fortes perturbations, seule
une petite quantité de données sera perturbée.
Figure 6:
Principe du saut de fréquence (d'après [2, page 169]).
|
La norme GSM définit un parcours de fréquence cyclique ou pseudo-aléatoire,
comprenant au plus 64 fréquences porteuses. Habituellement, un
algorithme standardisé génère une suite pseudo-aléatoire de nombres
si compris dans une liste de N fréquences disponibles pour
les sauts.
La configuration des sauts se fait au moyen de paramètres tels que:
- le Cell Allocation (CA), la liste des numéros
des fréquences utilisées dans une cellule,
- le Mobile Allocation (MA), la liste des numéros
des fréquences disponibles pour les sauts5,
- le Hopping Sequence Number (HSN), une valeur
comprise entre 0 et 63, servant à initialiser le générateur
pseudo-aléatoire, et
- le Mobile Allocation Index Offset (MAIO),
une valeur comprise entre 0 et 63 qui indique quel décalage
doit être utilisé. Cette valeur de décalage est convenue à l'initialisation
de l'appel et elle diffère d'un mobile à l'autre.
L'opérateur choisit le nombre de fréquences à prendre pour chaque
numéro de trame élémentaire (appelée slot). Néanmoins, il doit
tenir compte de la nécessité d'un mobile entrant dans le réseau de
pouvoir communiquer. Pour cela, on fige la fréquence porteuse de certains
slots dans le sens de la station de base vers le mobile. Ce
canal a pour fonction essentielle de permettre au mobile de se rattacher
à la station de base la plus favorable. Il s'agit par exemple du slot
0 pour lequel on fige une fréquence et on n'autorise le saut que
sur 3 fréquences (pour les appels en cours sur le slot 0)
au lieu de 4 pour les autres slots.
Signalons qu'il n'est pas possible de passer de la bande
900 [MHz]
à la bande
1800 [MHz] pour effectuer le saut de fréquence. Autrement
dit, les ressources radio des bandes GSM et DCS-1800 ne sont jamais
mélangées.
Pour permettre le basculement d'un mobile du mode réception en mode
émission, la norme GSM prévoit un décalage de 3 slots. Plus précisément,
le mobile émet des informations 3 slots après réception des signaux
envoyés par la station de base.
Malgré tout, les informations envoyées par les différents mobiles
autour d'une même fréquence porteuse entre en collision au droit de
la station de base si la distance entre les mobiles et l'antenne est
fort différente d'un mobile à l'autre. Pour éviter des collisions,
certains mobiles (les plus distants) doivent avancer le moment de
l'envoi. La durée de l'avance temporelle de l'envoi est appelée Timing
Advance (TA). Elle est fournie dynamiquement par la station
de base.
Pour protéger les informations des erreurs qui peuvent se produire
lors des communications radio et ainsi réduire le taux d'erreur sur
bit, trois techniques de codage sont appliqués:
- Un codage en bloc qui ajoute un bit de parité
au bloc et qui permet la détection d'un nombre impair d'erreurs.
- Un codage récurent (algorithme de VITERBI).
L'information n'est plus sectionnée en parties indépendantes mais
certains bits de redondance sont placés régulièrement dans le code.
- On effectue également un entrelacement par blocs de 464 bits. Cet
entrelacement consiste à répartir les blocs selon une méthode définie.
Ainsi, si le canal perturbe une suite de bits consécutifs, l'altération
sera diffusée sur un grand nombre de blocs plutôt que sur la totalité
d'un bloc; les blocs affectés pourront alors être corrigés grâce aux
bits redondants.
La figure 7 représente l'architecture
des protocoles GSM des différents éléments du réseau.
Figure 7:
Piles de protocoles de différents sous-systèmes du réseau GSM (d'après [3, page 58]).
|
Au niveau applicatif, on distingue les protocoles suivants qui, au
travers de différents éléments du réseau, relient un mobile à un centre
de communication (MSC):
- Le protocole Call Control (CC) prend en charge le traitement
des appels tels que l'établissement, la terminaison et la supervision.
- Le protocole Short Message Service (SMS)
qui permet l'envoi de courts messages au départ d'un mobile. La longueur
d'un SMS est limité à 160 caractères de 7 bits, soit 140
bytes.
- Le protocole Supplementary Services (SS) prend en charge
les compléments de services. La liste de ces services est longue mais,
à titre d'exemple, citons le Calling Line Identification
Presentation (CLIP), le Calling Line
Identification Restriction (CLIR)
et le Call Forwarding Unconditional (CFU).
- Le protocole Mobility Management (MM) gère l'identification,
l'authentification sur le réseau et la localisation d'un terminal.
Cette application se trouve dans le sous-réseau de commutation (NSS)
et dans le mobile car ils doivent tous deux connaître la position
du mobile dans le réseau.
- Le protocole Radio Ressource management (RR)
s'occupe de la liaison radio. Il interconnecte une BTS et un BSC car
ce dernier gère l'attribution des fréquences radio dans une zone.
Les trois premiers protocoles applicatifs pré-cités (CC, SMS et SS)
ne sont implémentés que dans les terminaux mobiles et les commutateurs;
leurs messages voyagent de façon transparente à travers le BSC et
le BTS.
Présentons brièvement les trois types d'interface qui relient le BSC
respectivement à la station de base (interface A-bis), au commutateur
(interface A) et au centre d'exploitation et de maintenance (interface
X25).
La couche physique est définie par une liaison PCM à 2 [Mb/s]6 (recommandation de la série G de l'ITU) et la couche liaison de données
est composée du protocole Link Access Protocol
D-channel (LAPD).
Comme le canal de liaison PCM a un débit unitaire de
64 [kb/s]
et que le débit par canal radio GSM est de
13 [kb/s], il faut
donc adapter le débit. Cette fonction est appelée transcodage
et elle est réalisé dans une unité appelée Transcoding Rate
and Adaptation Unit (TRAU).
Deux solutions sont techniquement possibles et rencontrées dans les
réseaux GSM:
- Mutliplexer quatre canaux à
13 [kb/s] pour produire un canal à
64 [kb/s].
- Faire passer le débit de chaque canal à
64 [kb/s].
Tout est affaire de compromis et de choix. L'avantage de la première
solution est de diminuer le débit entre la station de base et le BSC
où le trafic est fortement concentré. La seconde solution offre par
contre l'avantage de banaliser les équipements du système en ramenant
tous les équipements à
64 [kb/s]. Souvent, la deuxième solution
est utilisée au niveau des commutateurs et la première au niveau du
BSC afin de garder l'avantage du faible débit de parole.
La couche physique est toujours définie par une liaison à PCM à 2 [Mb/s]
mais c'est le protocole CCITT numéro 7 qui est utilisé pour la couche
liaison de données.
Cette interface relie le BSC au centre d'exploitation et de maintenance
(OMC). Elle possède la structure en 7 couches du modèle OSI.
5.3 Typologie des paquets
Chaque trame consiste en un certain nombre de bits. Ces bits sont
organisés suivant une structure qui diffère en fonction du protocole
applicatif mis en oeuvre pour chaque slot mais aussi de l'état
intermédiaire du protocole considéré.
La durée d'un paquet (
0, 577 [ms]) correspond à l'émission de 156, 25
bits, dont 114 bits de message ``net''. En admettant que les
slots se suivent sans interruption, un simple calcul (
)
montre que le débit maximum vaut
270 [kb/s]. En pratique, le débit
maximum utile (en mode full-rate) ne dépasse pas
13 [kb/s]
en raison des bits nécessaires à la correction d'erreurs. Pour la
transmission des données, cette limite descend même à
9, 6 [kb/s]
en raison de la sur-protection nécessaire à la garantie d'un taux
d'erreur acceptable.
La norme définit 5 types de paquets fonctionnels, appelés bursts
dans la terminologie GSM:
- Les bursts d'accès qui sont envoyés par les mobiles lorsqu'ils
veulent entrer en contact avec le réseau.
- Les bursts de synchronisation qui contiennent les informations
sur la localisation et les fréquences utilisées.
- Les bursts normaux qui transportent les messages.
- Les bursts de correction de fréquence.
- Les bursts de bourrage (dummy packet) qui sont
placés dans les espaces vides si aucune donnée ne doit être envoyée.
Pour être précis, ce burst est composé de 2 salves de 58 bits
préfixés interrompus par une séquence d'entraînement de 26 bits.
Tous les types de burst ont une forme semblable. Ils sont composés,
dans l'ordre, de:
- bits d'en-tête (tail bit, TB), nécessaires à la synchronisation.
Ils correspondent toujours au code 000 sauf pour les bursts d'accès.
- 148 bits utiles dont le format dépend du type de burst.
- bits de fin, aussi appelés tail bit, terminés par une
période temporelle de garde requise pour permettre à l'émetteur de
réduire sa puissance de 70 [dB]. Elle sert aussi à compenser la
durée de transmission qui est variable pour la réception d'un paquet
au suivant si le mobile a bougé.
La structure des 5 types de burst est représentée à la figure 8.
Figure:
Structures des 5 types de burst définis par la norme GSM (d'après
la norme et [4, page 140]).
|
Ce burst est émis, sur un canal dédié, par la station mobile lorsqu'elle
cherche à entrer en contact avec le réseau soit pour l'établissement
d'une communication, soit pour un handover.
Il est le plus court des quatre types car il ne contient que 77
bits (41 bits de synchronisation et 36 bits d'information).
Son temps de garde est de 68, 25 bits, soit
0, 252 [ms]. Ce temps
de garde permet de tenir compte de grandes cellules et d'établir ainsi
une communication avec un mobile distant jusqu'à 35 [km].
En calculant la durée de voyage d'un burst, la station peut asservir
l'instant du début d'émission pour compenser le retard entraîné par
la propagation des ondes. En effet, l'horloge interne des récepteurs
est synchronisée grâce à un top de synchronisation envoyé par la station
de base.
Pour ce type de burst, 78 bits d'informations sont véhiculés pour
les stations mobiles. Ces bits contiennent les renseignements concernant
les fréquences à utiliser et la localisation (identité de la station
de base, de la zone et de la cellule).
Ce burst transporte
2×57 = 114 bits d'information séparées par
26 bits qui sont une séquence d'apprentissage destinée à régler
les paramètres de réception. De plus, la zone TB correspond à 8, 25
bits. Enfin, il faut ajouter à cela 2 bits qui indique s'il s'agit
d'un canal de données ou d'un canal de signalisation et 6 bits
pour marquer la montée ou la descente en amplitude.
Le type de burst au format le plus simple. La station de base envoie
142 bits de données servant à prévenir des interférences possibles
avec des fréquences voisines.
Lorsqu'un mobile est allumé, le terminal teste le niveau de puissance
des fréquences des cellules proches pour déterminer la station de
base à laquelle il doit s'asservir. Le burst de bourrage (dummy
burst) est une séquence prédéfinie qui sert donc d'étalon de
puissance. Il est aussi utilisé pour forcer une décision de handover.
- 1
-
G. Heine.
GSM networks: protocols, terminology, and implementation.
Artech House, 1999.
- 2
-
X. Lagrange, P. Godlewski, et S. Tabbane.
Réseaux GSM-DCS.
Hermès, troisième edition, 1997.
- 3
-
J. Tisal.
Le réseau GSM. L'évolution GPRS: une étape vers UMTS.
Dunod, troisième edition, 1999.
- 4
-
B. Walke.
Mobile Radio Networks: networking, protocols and traffic
performance.
John Wiley & Sons, 2002.
Glossaire
authentificationˆ
- Fonction cryptographique qui consiste à identifier une personne. Cette fonction peut être assurée par différentes implémentations dont PGP par exemple.
AuCˆ
- Authentication Center. Centre d'authentification (lié à un HLR) utilisé dans les réseaux GSM.
BSCˆ
- Base Station Controller. Station qui contrôle les communications d'un groupe de cellules dans un réseau de communications GSM. Elle concentre le trafic de plusieurs BTS.
BTSˆ
- Base Transceiver Station. Station de base d'un réseau GSM. Elle permet notamment d'émettre et de recevoir un signal radio.
CAˆ
- Certification Authority ou Cell Allocation. L'autorité de certification est une entité d'un système transactionnel électronique sécurisé. Généralement, cette autorité délivre et vérifie des certificats. Dans la terminologie GSM, il s'agit de la liste des numéros de fréquences utilisées dans une cellule.
CDMAˆ
- Code Division Multiple Access. Technologie de transmission numérique permettant la transmission de plusieurs flux simultanés par répartition de code. Cette technologie permet une utilisation permanente de la totalité de la bande de fréquences allouée à l'ensemble des utilisateurs. La technologie prévoit un mécanisme d'accès aux ressources.
celluleˆ
- En radiocommunications, zone géographique élémentaire d'un réseau radiocellulaire à laquelle on affecte un ensemble de fréquences non réutilisables dans les zones contiguës. C'est également le nom donné à un paquet ATM qui a une taille de 53 bytes dont 48 sont destinées à recevoir les données d'un utilisateur.
CFUˆ
- Call Forwarding Unconditional. Numéro de téléphone vers lequel tout appel est redirigé à la demande de l'abonné appelé.
chiffrementˆ
- Terme qui désigne l'action de chiffrer un texte, des informations ou des données. Le chiffrement consiste à transformer un texte de sorte qu'il faille une clé pour comprendre le message.
CLIPˆ
- Calling Line Identification Presentation. Service complémentaire de téléphonie qui consiste à afficher le numéro du correspondant sur le terminal.
CLIRˆ
- Calling Line Identification Restriction. Service complémentaire de téléphonie qui empêche que le numéro du correspondant n'apparaisse sur le terminal d'un utilisateur.
concentrateurˆ
- Organe permettant de concentrer le trafic et pouvant posséder une intelligence capable de gérer diverses commutations et divers protocoles.
DCSˆ
- Digital Communication System. Un système GSM porté de la bande de fréquences des
900 [MHz] vers
1800 [MHz]. Le système DCS-1800 a plus de canaux (374) mais les protocoles et services sont quasi identiques.
EIRˆ
- Equipment Identity Register. Identifiant destiné à permettre de désactiver un téléphone mobile (GSM) qui aurait été volé.
FDMAˆ
- Frequency Division Multiple Access. Technique de répartition de ressources par multiplexage fréquentiel. Cette technique prévoit un mécanisme d'accès aux ressources.
FHˆ
- Frequency Hopping. Technique du saut de fréquences qui consiste à modifier la fréquence porteuse d'un sigal modulé en suivant une liste pré-déterminée.
FMˆ
- Frequency Modulation. Modulation de fréquences. Technique par laquelle on module la fréquence instantanée d'une porteuse au moyen du signal modulant à transmettre.
GMSCˆ
- Gateway Mobile Switching Center. Centre de commutation pour mobile semblable à un MSC. Il est placé en bordure de réseau d'un opérateur GSM de manière à permettre l'interconnexion avec d'autres réseaux.
GMSKˆ
- Gaussian Minimum Shift Keying. Nom de la technique de modulation numérique utilisée pour la transmission radio des mobiles GSM.
GPRSˆ
- General Packet Radio Service. Technologie de transmission par paquets facilitant l'accès à Internet à haut débit par GSM. Le débit peut varier de 56 jusqu'à 115 [kb/s]. Il est également possible d'établir des connexions permanentes.
GSMˆ
- Global System for Mobile Communications. Standard de téléphonie mobile adopté en Europe, en Asie et en Australie.
handoverˆ
- Terme désignant le mécanisme par lequel un mobile peut transférer sa connexion d'une station de base vers une autre ou, sur la même station, d'un canal radio vers un autre.
HLRˆ
- Home Location Register. Base de données centrale d'un réseau GSM contenant toutes les informations relatives aux abonnés du réseau (profil, position actuelle, …).
HSNˆ
- Hopping Sequence Number. Une classe de paramètres, définis dans la norme GSM, pour configurer la séquence de porteuses utilisées pour des sauts de fréquences.
hypertrameˆ
- L'unité temporelle la plus longue de la hiérarchie GSM. Elle totalise 3 heures, 28 minutes, 53 secondes et 760 millisecondes. Elle est composée de 2048 supertrames, composées elles-mêmes de 1326 multitrames.
IMEIˆ
- International Mobile station Equipment Identity. Numéro unique identifiant un terminal GSM; il est indépendant du numéro d'abonné et il permet de désactiver un équipement volé.
IMSIˆ
- International Mobile Subscriber Identity. Numéro international unique d'un abonné GSM.
IS-95ˆ
- Norme américaine de réseau cellulaire (dit de seconde génération ou 2G) basée sur la méthode d'accès CDMA.
ISDNˆ
- Integrated Services Digital Network Désigne le réseau téléphonique numérique RNIS.
LAPDˆ
- Link Access Protocol D-channel. Protocole de liaison de données utilisée dans le réseau GSM. Il est défini dans la famille des recommandations X25 de l'ITU.
MAˆ
- Mobile Allocation. Liste des numéros de fréquences utilisables pour des sauts de fréquences dans un réseau GSM.
MAIOˆ
- Mobile Allocation Index Offset. Décalage permettant à chaque terminal GSM d'utiliser une série de fréquences différentes d'un mobile à l'autre pour les sauts de fréquence.
MCCˆ
- Mobile Country Code. Nombre à 3 chiffres identifiant un pays (Belgique = 206, France = 208).
MNCˆ
- Mobile Network Code. Un nombre à 2 chiffres utilisé par identifier un PLMN.
MSCˆ
- Mobile Switching Center. Centre de commutation pour mobile. Cet équipement réalise la commutation des appels d'une ou plusieurs cellules.
MSISDNˆ
- Mobile Subscriber ISDN. Numéro d'abonné au réseau GSM. Il est possible d'avoir plusieurs numéros (pour des services différents) au sein d'une seule carte SIM.
MSKˆ
- Minimum Shift Keying. Technique de modulation numérique consistant à effectuer une fonction XOR entre 2 bits successifs préalablement à une modulation de fréquence à 2 états.
NSSˆ
- Network Switching Center. Sous-système d'un réseau de téléphonie mobile. C'est la partie qui prend principalement en charge la commutation des appels, la signalisation et l'identification.
PCMˆ
- Pulse Code Modulation. Nom américain pour désigner la modulation par impulsions codées (MIC). Cette technique, utilisée principalement en téléphonie, convertit un signal analogique en un signal de téléphonie numérique à
64 [kb/s]. En toute rigueur, on ne devrait pas parler de modulation.
PINˆ
- Personal Identification Number. Code (mot de passe) nécessaire à chaque connexion d'un GSM au réseau.
PLMNˆ
- Public Land Mobile Network. Il s'agit du réseau GSM, DCS ou PCS d'un opérateur dans un pays. Le ``Network Color Code" identifie un PLMN dans un pays.
PUKˆ
- PIN Unblocking Key. Code nécessaire au déverrouillage d'une carte SIM.
RNISˆ
- Réseau Numérique à Intégration de Services. Désigne le réseau téléphonique numérique. Au niveau du réseau, les signaux numériques utiles sont transmis à des multiples de 64[kb/s].
roamingˆ
- Nom anglais pour désigner le fait qu'un utilisateur de GSM peut se déplacer d'une cellule à l'autre ou d'un réseau à un autre sans rupture de connexion. L'abonné qui utilise sa carte SIM est facturé par son opérateur. Cette opération est rendue possible grâce aux accords de roaming conclus entre les différents opérateurs.
RTCˆ
- Réseau Téléphonique Commuté. Terme technique désignant le réseau téléphonique fixe.
SIMˆ
- Subscriber Identity Module. Micro-processeur implanté dans une carte. Par extension, on parle de la carte SIM. Elle est insérée dans un GSM pour réaliser une série de fonctions et contenir une mini-base de données.
SMSˆ
- Short Message Service. Système permettant l'envoi de messages comprenant au plus 160 caractères (de 7 bits), soit 140 bytes, à un téléphone GSM.
TAˆ
- Timing Advance. Le décalage temporel utilisé pour prévenir les collisions entre messages envoyés par différents mobiles vers une station de base dans un réseau GSM.
TDMAˆ
- Time Division Multiple Access. Technique de répartition de ressources par multiplexage temporel. Cette technique prévoit un mécanisme d'accès.
trameˆ
- En traitement d'images, la trame est la grille d'échantillonnage. On considère généralement la trame carrée mais la trame peut aussi être rectangulaire ou hexagonale. Dans le cas du format entrelacé, la trame désigne une image ne contenant que les lignes paires ou impaires de l'image. En télécommunications, trame désigne un ensemble d'informations numériques temporelles constituant un tout.
transcodageˆ
- Aussi appelé transrating. Il s'agit d'un procédé de changement du débit d'un signal comprimé.
TMSIˆ
- Temporary Mobile Subscriber Identity. Numéro attribué temporairement à un utilisateur GSM en fonction de sa localisation.
TRAUˆ
- Transcoding Rate and Adaptation Unit. Unité de transcodage utilisée dans les réseaux GSM pour convertir un signal de
13 [kb/s] en un signal de
64 [kb/s] et vice-versa.
UMTSˆ
- Universal Mobile Telecommunications System. Nom du standard de téléphonie mobile de troisième génération pour l'Europe.
VLRˆ
- Visitor Location Register. Registre local d'une zone comprenant plusieurs cellules d'un réseau GSM. Ce registre contient l'identité des utilisateurs présents dans la zone.
X25ˆ
- Série de protocoles, définis par l'ITU, destinés à la transmission de données. Leur utilisation est aujourd'hui largemment suplantée par l'utilisation des protocoles à technologie Internet.
XORˆ
- eXclusive OR. Fonction logique du OU exclusif. Le résultat de la fonction vaut 0 si les deux états sont à 0 ou à 1. Il vaut 1 dans les autres cas.
Notes
- ...GSM1
- C'est en fait la première définition de l'acronyme GSM.
- ... mobiles2
- Pour des raisons d'économie de puissance et en vertu de la loi de
FRIIS, on privilégie toujours les basses fréquences pour
les émissions omnidirectionnelles.
- ... interférences3
- En pratique, une distance minimale de deux cellules sépare deux cellules
utilisant la même fréquence.
- ... nominale4
- Cette puissance est typiquement de l'ordre de la centaine de Watts.
- ... sauts5
- Il y en a au maximum 64.
- ...6
- Une telle liaison offre 32 canaux à
64 [kb/s].
Marc Van Droogenbroeck. Tous droits réservés.
2004-12-20