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GSM
L’interface radio

Cours RE56 Printemps 2004

Alexandre CAMINADA
UTBM
Département Informatique
90010 SEVENANS Cedex
Plan



   1.Vocabulaire
   2.   Méthodes d’accès
   3.   La transmission
   4.   L’architecture
   5.   Connexion au réseau




                              Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                D2 - RE56 2004
Vocabulaire


   – Station de base ou Base Station ou BS ou BTS
         • Équipement fixe du réseau
         • Ensemble d’émetteurs et de récepteurs co-localisés : immeubles, tours,
           pylônes, murs, intérieurs des bâtiments…
         • Relais…
         • Une station peut écouler plusieurs communications simultanément

   – Mobile ou Mobile Station ou MS
         • Équipement destiné à l’usager et qui communique avec le réseau par voie
             radio
         •   Composé d’un émetteur/récepteur
         •   Terminal à demeure dans un véhicule (mobile)
         •   Portatif : quelques Kg
         •   Portables : quelques centaines de grammes




                                                                   Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                     D3 - RE56 2004
Vocabulaire


   – Canal (physique)
         • Portion de ressource allouée pour une communication duplex (bilatérale)
           entre la station de base et le mobile (CCITT)
         • Supporte la signalisation (utile au fonctionnement du système)
         • Supporte les communications effectuées par l’usager

   – Canal duplex
         • Comprend 2 parties (pas recevoir et émettre simultanément sur la même
           fréquence)
         • Voie descendante ou DownLink ou DL : transmission de BS vers MS
         • Voie montante ou UpLink ou UL : transmission de MS vers BS

   – Séparation des voies :
         • Suivant le temps : TDD Time Division Duplex
         • Suivant la fréquence : FDD Frequency Division Duplex


                                                                    Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                      D4 - RE56 2004
Vocabulaire


   – Canal fréquentiel
         • Correspond à une porteuse modulée qui occupe une largeur de bande
           donnée
             – 12,5KHz en RADIOCOM2000 (1G)
             – 200KHz en GSM (2G)
             – 5MHz en UMTS (3G)


   – Mesure de la qualité de la transmission
         • Dégradation minimale de la qualité du signal
         • Affaiblissement aussi faible que possible
         • Affaiblissement mesuré en dB (décibel) : rapport de puissance par rapport
           à un niveau de référence exprimé en logarithme à base 10 multiplié par 10
         • Soit u, unité de puissance, N dBu équivaut à 10**N/10 u
         • En radio, les niveaux de référence sont en Watts pour les puissances :
             – PdBW = 10Log10 (PWatt)
             – PdBm = 10Log10 (PmilliWatt*1000) = PdBW + 30 (m stands for milliWatts)


                                                                    Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                      D5 - RE56 2004
Plan


   1. Vocabulaire

   2.Méthodes d’accès
   3. La transmission
   4. L’architecture
   5. Connexion au réseau




                            Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                              D6 - RE56 2004
Méthodes d’accès


   – Principe : un opérateur utilise une bande de fréquence fournie par
     l’instance officielle (ART, ETSI, ITU…)

   – L’interface radio (Air Interface) assure une fonction de modem (adapte
     les signaux de données au circuit de transmission, au transport)

   – Le principe est gelé dans le silicium : modification coûteuse et difficile

   – Méthodes de duplexage (séparer les voies DL et UL)
         • FDD Frequency Division Duplex, duplexage en fréquences, deux sous-
           bandes égales et séparées pour DL et UL ; facilite la séparation des voies
         • TDD Time Division Duplex, duplexage en temps, utilisation des
           fréquences à des instants distincts




                                                                     Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                       D7 - RE56 2004
Méthodes d’accès


   – Duplex FDD
          • Les 2 slots de voies DL et UL sont sur des porteuses différentes
          • L’écart entre la fréquence DL et UL est constant (écart Duplex)
   –   Duplex TDD
          • Les 2 slots de voies DL et UL sont sur la même porteuse mais à des
              instants différents

                      FDD                                          TDD
          f                                        f

           C1                                       C1

           C2


                  Trame TDMA         t                      Trame TDMA                                    t

                                                                     Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                       D8 - RE56 2004
Méthodes d’accès


   – En GSM (FDD), le mobile émet et reçoit avec un décalage de 3 slots
   – Pour conserver la même numérotation des slots en trame DL et UL, la
     trame montante est décalée de 3 * slots (synchronisation)



                        FDD
               f
                C1

                C2


                     Trame TDMA
                                                                 t

                                                             Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                               D9 - RE56 2004
Méthodes d’accès


   – Découpage du spectre en canaux physiques = ressource radio à utiliser
     pour supporter une communication
        • 3 techniques de découpage:
               – FDMA Frequency Division Multiple Access, partage en fréquences
               – TDMA Time Division Multiple Access, partage en temps
               – CDMA Code Division Multiple Access, partage par les codes


   – Accès multiple
         •   Accès = mode d’entrée dans un réseau ou de connexion à un réseau
         •   Accès multiple = mode de multiplexage
         •   Multiplexeur = permet de réaliser plusieurs circuits sur une même liaison
         •   Circuit = association de 2 voies de transmission de sens opposé


   – La technique ..MA partage la liaison entre plusieurs sources


                                                                       Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                        D10 - RE56 2004
Méthodes d’accès


   – Asymétrie : les deux sens de la liaison ne jouent pas le même rôle
         • DL (forward): diffusion ou broadcasting et accès multiple
         • UL (reverse): accès multiple




                                                          BTS




                                                                       Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                        D11 - RE56 2004
Méthodes d’accès


   – La diffusion : fonctionnalité qui exploite les caractéristiques du médium

   – Voie balise
         • Détection d’une porteuse (la BTS est en émission permanente sur ce
           canal)
         • Identification des cellules ; sert de repérage pour les mobiles
         • Synchronisation (tops de synchronisation ou diffusion de compteur)

   – Paging (messagerie)
         • Appel personnalisé, appel unilatéral
         • Alerte, message court (Short Message Service – SMS)

   – Diffusion d’information générale, de services
         • Information pour tous les mobiles



                                                                   Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                    D12 - RE56 2004
Méthodes d’accès


   – FDMA : Partage en fréquences
         • La bande est découpée en plusieurs porteuses (carrier) comme en
           analogique
         • Une communication utilise une fréquence en permanence (CT2)
   – La fréquence porteuse est au centre du segment de bande
   – Canal physique = 2 fréquences en général


        f

                                                             } Porteuse modulée

                                                                        t

                                                                  Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                   D13 - RE56 2004
Méthodes d’accès

 – TDMA : Partage en temps
       • Une communication utilise une fréquence sur un intervalle de temps
       • Chaque porteuse est partagée en une structure de slots émis pendant un temps donné (TS =
           Time Slot)
       •   Une trame TDMA est une période correspondant à un ensemble de slots (0-7 en GSM, soit
           4,615ms)
       •   Burst = élément de signal émis dans un TS (durée de 148 bits en GSM soit 577s)
       •   Canal physique = 2 slots par durée de trame TDMA sur une (TDD) ou deux fréquences (FDD)
       •   Demi-débit = occupation d ’un slot toutes les 2 trames (codeur de parole plus performant)

                                        Time slot
                f

                               burst2                            burst2




                                                                                         t
                                    Trame TDMA




                                                                              Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                               D14 - RE56 2004
Méthodes d’accès

   – FH-TDMA : Partage en temps et en fréquence
        • Saut de fréquences (Slow Frequency Hopping) : fonction évoluée du GSM
        • Une communication utilise aléatoirement un ensemble de fréquence sur
          les intervalles de temps (séquence de saut)
        • Les TS d’une communication ne sont pas portés par les mêmes canaux
          physiques (FD-TDMA)




            f




                                                                             t
                  Trame TDMA




                                                               Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                D15 - RE56 2004
Méthodes d’accès

   – CDMA : Partage par les codes
         • Une communication utilise toute la bande
         • Canal physique :
             – Paire de fréquences (fi – duplex, fi) en FDD
                   – Séquence PN (pseudo-noise) de codage des signaux
   – Émergence :
         •       1950 : CDMA utilisé pour les besoins militaires
         •       1956 : un récepteur Rake est proposé
         •       1961 : le problème Near/Far pour l’étalement de spectre est mentionné
         •       1978 : proposition d’application de l’étalement de spectre au cellulaire
         •       1993 : standard CDMA IS95 bande étroite



             f




                                                                                            t
                                                                                    Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                                     D16 - RE56 2004
Méthodes d’accès

   Comparaison des techniques de multiplexage

   – En TDMA et CDMA, la gestion des ressources est plus complexe mais offre plus
     de capacité
   – En CDMA, le contrôle est dynamique

   Multiplexage           Avantages              Inconvénients               Systèmes

   FDMA (bande étroite)   Simple                 Sensible à                  Analogique (1G)
                                                 l’évanouissement
                                                 (fading)
   TDMA (bande            Capacité               Synchronisation             GSM moyen
   moyenne)               Souple                 Gestion des fréquences      DECT large
                                                                             IS-54 étroite
                                                                             Satellites
   CDMA (large bande)     Capacité théorique     Traitement du signal        IS-95 étroit
                          importante             complexe                    IMT2000 large
                          Pas de gestion des     Contrôle de puissance       Satellites (GlobalStar)
                          fréquences             temps réel
                          Pas d’évanouissement

                                                                         Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                          D17 - RE56 2004
Plan


   1. Vocabulaire
   2. Méthodes d’accès

   3.La transmission
   4. L’architecture
   5. Connexion au réseau




                            Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                             D18 - RE56 2004
La chaîne de transmission

   – Transmission de l’information
          • Utilisation d’un codage de source (codage compressif)
          • Utilisation d’un codage de canal (codage protecteur)
              Signal de parole                               Signal de parole


            Codec : codage de source             Codec : reconstitution du signal analogique
            (numérisation du signal)

                                                          Décodeur canal : détection
            Codeur canal : protection                     et correction des erreurs
            contre les erreurs

                                                              Désentrelacement
                  Entrelacement

                                                  Démultiplexage et extraction des champs
    Multiplexage et construction des bursts       d’information des bursts


                  Chiffrement                                   Déchiffrement


                  Modulation                                    Démodulation
                                                                       Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                        D19 - RE56 2004
La chaîne de transmission



    – Signal analogique de parole : f(t) découpé en 20ms
    – Le signal de 20ms doit être reçu complètement pour être traité

    – 1 trame de trafic TDMA = 8 bursts * 148 bits = 1184 bits
    – Les blocs de parole de 20ms (i-1), i, (i+1) sont combinés au niveau des
      bursts
         • Étalement de la transmission du signal de parole

    – Pour la transmission de données et de signalisation, même principe
      mais avec des trames de longueur différente:
         • Données: 184 bits
         • Signalisation: 240 bits/20ms




                                                              Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                               D20 - RE56 2004
La chaîne de transmission

                                             Trame de parole analogique (20ms)


                  Codec de parole
                                             Parole non protégée
                     260 bits                13kbit/s (=260bits/20ms)

                  Codage de canal
                                             Parole protégée
                     456 bits                22,8kbit/s (=456bits/20ms)


                  Entrelacement


         0    1     2   3 4     5   6   7    8 demi-bursts (8*114/2)




  slot       trame TDMA (5ms)

             trame de parole (20ms)

               8 trames TDMA (40ms) = durée de transmission d’une trame de parole

                                                                            Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                             D21 - RE56 2004
La chaîne de transmission


    Codage de la parole

    – Le service téléphonique est le premier utilisé d’où l’importance d’un codage
      efficace en volume et qualité
    – Systèmes analogiques
           • Modulation de fréquences ou de phase
           • Canaux de 12,5kHz à 25kHz en Europe
           • Canaux de 30kHz aux USA (AMPS, ou 10kHz en Narrow-AMPS)
    – Systèmes numériques
           • RNIS : technique de Modulation par Impulsion et Codage (MIC ou Pulse Code
               Modulation)
           •   Débit de base de 64kbit/s (un canal B ; jusqu’à 8 canaux en France soit 512kbit/s)
           •   Radio : souhaite le débit le plus faible possible pour un signal donné
           •   CT2, DECT, PHS : MIC adaptatif à 32kbit/s
           •   Cellulaires :
                 – Codec de parole qui synthétisent la parole et modulation de type PSK ou QSK
                 – Le signal est découpé en trame vocale de 20ms (GSM, IS-54, IS95…)



                                                                               Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                                D22 - RE56 2004
La chaîne de transmission

   Codage de la parole

   – A partir du signal analogique initial
          • Échantillonnage
          • Quantification
          • Codage
   –   Modulation du signal : transmission radio continue avec variation des
       caractéristiques de l’onde radio (amplitude, fréquence, phase)
          • Amplitude (AM) et fréquences (FM) : plutôt en diffusion (broadcast)
          • PM : coder le digit par le changement de phase du signal radio i.e. la position
             dans la sinusoïde
           • Transmission de 1 (2-Phase Shift Keying) à 8 bits (256-PSK) par symbole :
             plusieurs états de phase discrets sont utilisés pour transporter l’information
   – Plusieurs Codec en GSM
           • Full Rate : 13kbit/s non protégé ; 22,8kbit/s protégé
           • Half Rate : 6,5kbit/s ; 11,4kbit/s
           • Enhanced Full Rate (GSM2) : i.e. FR mais meilleure qualité (inspiré du
             PCS1900 US)


                                                                         Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                          D23 - RE56 2004
La chaîne de transmission


   Protection et contrôle des erreurs

   – Les bits sont plus ou moins sensibles aux erreurs
   – Trame erronée
          • Redemandée : Automatic Repeat Report
          • Corrigée : Forward Error Correction (utilise les redondances ajoutées dans
            l’information)
   – Fonctions mathématiques de protection du canal (FEC)
          • Input : importance, longueur des bursts, redondance…
          • Codes en blocs : opère sur 100 à 200 bytes à la fois du signal
          • Codes convolutionnels : quelques (un) bits à la fois
   –   CC : algorithmes de Andrew J. Viterbi en GSM et CDMA (Qualcomm
       Corp., 1967)
   –   Abaisse le niveau de brouillage toléré (C/I, qualité acceptable)



                                                                     Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                      D24 - RE56 2004
La chaîne de transmission


   Entrelacement

   – Meilleure performance des CCE en réception
   – Brasser les symboles codés
          • En radio les erreurs sont souvent groupées
          • Perte des bits utiles et des bits de code
          • Reconstitution difficile (limite autour de 11 bits en GSM)
   –   Répartition sur plusieurs bursts
   –   Entrelacement des blocs (TCH)
          • 456 bits de parole protégée répartis en 8 colonnes sur 57 lignes, puis lus
             colonne par colonne, chaque colonne est stockée dans ½ burst
           • ½ burst A0-A3 associés à A4/A7 de (i-1)
   – Entrelacement des bits 2 à 2 (i-1, i)

   – Introduit un délai de traitement : environ 90ms de retard introduit par
       l’interface GSM


                                                                       Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                        D25 - RE56 2004
La chaîne de transmission


   Construction des bursts

   – 114 bits utiles sur 148 bits
   – Format de burst dépendant des évolutions du système et des canaux
       (FCH, SCH, RACH)
   –   Séquence de synchronisation (apprentissage)
   –   Base Station Identity Controller
          • Code distinguant 2 BTS utilisant la même fréquence en voie balise
          • BSIC utilisé pour déterminer la séquence d’apprentissage (coloriage des
             bursts)
           • Suite fixe de 5+16+5 bits
           • 8 BSIC en GSM


         3bits 58 bits de données        26 bits d’apprentissage   58 bits de données               3bits




                                                                           Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                            D26 - RE56 2004
La chaîne de transmission


   Modulation

   – Adapter le signal numérique au milieu de transmission (fréquence)
          • Respect de l’occupation spectrale
          • Signal modulé autour d’une porteuse f0 (lobe principal contenant la presque totalité
            de l’énergie)
          • La bande occupée par le signal doit être faible en respect des interférences en
            canaux adjacents
   – Modulation en phase
          • Binary Phase Shift Keying : phase à 2 états
          • Quaternary PSK : phase à 4 états
          • Sauts brusques de phase créés des lobes secondaires
   – Compactage du spectre : adoucir les transitions
          • Modulation Minimum Shift Keying
          • Gaussian-filtered MSK en GSM : filtre supplémentaire qui adoucit encore les
            transitions de phase (1bit par symbole)
          • Décalage en fréquence de 1 canal : la puissance relative est atténuée de 18 dB



                                                                               Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                                D27 - RE56 2004
Plan


   1. Vocabulaire
   2. Méthodes d’accès
   3. La transmission

   4.L’architecture
   5. Connexion au réseau




                            Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                             D28 - RE56 2004
L’architecture


   – L’interface radio est structurée en couches
   – Éléments spécifiques à gérer :
          • Le médium : le canal radio
          • L’itinérance ou roaming
          • La mobilité en cours d’appel : le transfert intercellulaire ou handover

   – L’interface air concerne les 3 couches les plus basses de l’OSI (Open System
      Interconnexion)
          • Couche physique (1) : Medium Access Control
              – Construction et transmission des bursts
              – Protection et détection des erreurs
          • Couche liaison (2) : Logical Link Control
              – Multitude de canaux logiques
          • Couche réseau (3) : Management
              – Les appels : call control, SMS…
              – Les mobiles : authentification, localisation…
              – Les ressources radio : allocation des fréquences, gestion du HO, rapport de
              mesures…




                                                                                 Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                                  D29 - RE56 2004
L’architecture


   Le médium : qualité variable due aux perturbations

   – Évanouissements dus aux trajets multiples
          • Réception simultanée de signaux d’amplitudes et de phases aléatoires (loi
            de Rayleigh – fading de R.)
          • Créés des évanouissements profonds du signal
          • Conduisent à des variations de plusieurs dizaines de dB
   – Effet Doppler : décalage en fréquence
          • Effet dû aux déplacement des émetteurs/récepteurs et aux effets des
            diffractions/réflexions aléatoires
          • L’onde reçue est la superposition de N ondes incidentes
          • Une raie spectrale est transformée en répartition d’énergie sur un
            intervalle de fréquences (plusieurs centaines de Hz)
   – Effet de masque (LOS ou obstacle)
          • Contrôle de puissance
   –   Canal variable => taux d’erreurs variable


                                                                      Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                       D30 - RE56 2004
L’architecture


   L’itinérance ou roaming

   – Pour se connecter, le mobile :
         •   Teste si le service est disponible (présence d’une BTS)
         •   Choisit la BTS la plus favorable
         •   Se synchronise avec le système
         •   Nécessite une voie balise dans le système (repère)
               – BCCH Broadcast Channel en GSM
               – FCC Forward Control Channel en AMPS
               – Q en DECT
               – PILOT dans CDMA
   – Pour être appelé (appel entrant)
         • Le système alerte les mobiles en veille
         • Canaux de messages d’appel en diffusion (PCH Paging Channel en GSM)



                                                                       Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                        D31 - RE56 2004
L’architecture


   La mobilité : déplacement du mobile en cours d’appel

   – Le Transfert Cellulaire Automatisé ou Handover permet le changement
     de cellules sans perdre la communication
         • Transfert sur niveau de champ : mesure du RXLEV (Received Signal
           Level)
         • Transfert sur qualité : mesure du RXQUAL (Received Signal Quality)
   – Les tâches suivantes sont traitées
         •   Evaluer la qualité des canaux de trafic (TCH Traffic Channel)
         •   Scruter les voies balises des cellules avoisinantes (BCCH)
         •   Transmettre les mesures (Mobile Assisted HandOver) : UL
         •   Transmettre la signalisation ou les commandes correspondantes au
             handover (BTS initiale, BTS cible…) : DL
   – Nécessite des canaux de contrôle spécifiques
         • SACCH, FACCH (Slow & Fast Associated Control Channel) dans le GSM
         • Canaux associés à un TCH ou à un SDCCH (Stand Alone Dedicated
             Control CHannel)


                                                                   Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                    D32 - RE56 2004
L’architecture
   – Un canal physique supporte un canal de trafic (TCH) et des canaux
     logiques de contrôle ou la signalisation (BCCH)

                    Couche 3: management
                        Call management               Mobile management             Radio management
                        Call Control                  Authentication                Paging
                        Supplementary services        Location                      Frequency assignment
                        SMS…                          Subscribe…                    Measurements…



           Couche 2: logique                                 Mécanismes de traitement des canaux logiques



                                                                       CCCH                            DCCH
       (Duplex)   TCH         (Simplex)      BCCH
                                                              RACH PCH AGCH                  SDCCH SACCH FACCH


                                SCH FCCH
            Construit et transmet les burst sur les canaux physiques          Contrôles: puissance, accès, ho
            Fait correspondre les canaux logiques et physiques                Itinérance…
            Détecte et protège les erreurs

           Couche 1: physique
                                                                                              Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                                               D33 - RE56 2004
L’architecture


   – Les canaux logiques sont définis suivant le type d’informations qu’ils
     transportent:
         • Canaux de trafic : informations voix ou data envoyées par l’utilisateur
         • Canaux de signalisation
         • Canaux de contrôle

   – Canal de diffusion BCCH (Broadcast Channel)
         •   Voie balise = 1 fréquence descendante en émission permanente
         •   Diffusion des caractéristiques de la cellule
         •   Accès au réseau
         •   Suivi du déplacement
         •   Gestion du transfert intercellulaire
         •   Émis en permanence
         •   Scruté en permanence : examen de la puissance des BBCH de cellules
             voisines durant la phase « monitor » (fréquences différentes des siennes)



                                                                      Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                       D34 - RE56 2004
L’architecture

   Les canaux logiques de contrôle

   – Fonctions
         • Assurer un contrôle de lien au niveau physique
         • Assurer les fonctions d’itinérance et HO
   – Types
         •   Contrôle en diffusion (Broadcast CCH) : toujours présent
         •   Contrôle commun (Common CCH) : accès et paging (messages d’alerte pour tous)
         •   Canaux dédiés (Dedicated to a call) : spécifiques à un appel ou un abonné
         •   Canaux associés (Associated with a traffic channel) : contrôle du canal associé
   – Support
         • Burst : SACCH en IS54, champ A en DECT
         • Toutes les N trames:
             – GSM : SACCH avec TCH (26 TDMA), BCH et SDCCH (51 TDMA)
             – DECT : 16 TDMA
         • Vols de capacité : FACCH en GSM et IS54




                                                                            Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                             D35 - RE56 2004
L’architecture

    Les canaux logiques du GSM et DCS1800

   Classe      Sous-classe                            Voie    Fonction
   Trafic      TCH Traffic (pour voix codée et pour   DL/UL   FR: 22,8kbit/s
               données)                                       HR: 11,4kbit/s
               Débit utilisateur 13kbit/s
   Diffusion   BCCH Broadcast Control                 DL      Information sur la cellule
               FCCH Frequency Correction                      Corrige la fréquence porteuse
               SCH Synchronisation                            Donne l’identité de la BTS (BSIC)
                                                              et synchronise la TDMA
   Commun      PCH Paging                             DL      Alerte le mobile
               AGCH Access Grant                              Allocation de ressource
               CBCH Cell Broadcast                            SMS
               RACH Random Access                     UL      Permet l’accès au réseau
   Dédié       SDCCH Stand Alone Dedicated            DL/UL   Signalisation (1/8 TCH)
               SACCH Slow                                     Contrôle la qualité reçue et la
                                                              puissance
               FACCH Fast                                     Information de HO


                                                                       Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                        D36 - RE56 2004
L’architecture

  Canaux      Fonctions       GSM     IS54    DECT                    IS95

  Diffusion   Voie balise     BCCH    FCC     Q                       Pilot tone+
                              SCH                                     SCH
                              FCCH

  Commun      Accès           RACH                                    RACH
                              AGCH
              Paging          PCH             PCH

  Dédié       Trafic          TCH             B-Field                 FTC
                                                                      RTC
              Signalisation   SDCCH

  Associé     Lent            SACCH   SACCH
              Rapide HO       FACCH   FACCH




                                                     Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                      D37 - RE56 2004
Plan


   1.   Vocabulaire
   2.   Méthodes d’accès
   3.   La transmission
   4.   L’architecture

   5.Connexion au réseau




                           Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                            D38 - RE56 2004
Connexion au réseau


   La connexion suit des étapes chronologiques

   1.   Sélection d’une BTS
   2.   Synchronisation
   3.   Acquisition des informations « système »
   4.   Accès
   5.   Échange de signalisation sur canal dédié (SDCCH)
   6.   Communication sur un TCH

   1. Sélection d’une BTS
          • Le mobile est allumé
          • Écoute des 124 fréquences descendantes (ou fréquences opérateur)
          • Sélection de la fréquence la mieux reçue en BCCH (en principe)



                                                                Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                 D39 - RE56 2004
Connexion au réseau


   2. Synchronisation

   – Détection d’un FCCH descendant (sur le BCCH sélectionné)
   – Calage en fin de fréquence
   – Synchronisation grossière en temps (quelques 10 s) : début et fin de
       slot
   –   Recherche et décodage d’un SCH descendant (sur le BCCH
       sélectionné)
   –   Synchronisation fine en temps (quelques s) (en GSM remise à 0 de
       l’horloge de synchronisation toutes les 3h)
           • Décodage des informations transportées sur le SCH
           • N° de séquence d’apprentissage utilisée dans les bursts
           • N° de trame (FN)




                                                             Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                              D40 - RE56 2004
Connexion au réseau


   3. Acquisition d’information locale du système
   – BTS choisie et BTS voisines
   – Recherche et décodage d’information sur le BCCH descendant
         • Autorisation ou non d’accès (interdiction en cas de saturation)
         • Liste des fréquences BCCH des voisines
         • Paramètres de puissance de la liaison (min, max)
         • Structure du canal logique CCCH (en particulier emplacement des RACH
            montant)


   4. Accès : tentative d’accès sur un RACH montant
   a. Le mobile émet un burst court contenant un nombre aléatoire sur un
       canal RACH montant
   b. Si le burst est mal reçu, alors la BTS ne répond pas, et une nouvelle
       tentative est effectuée après un délai aléatoire (retour en a)



                                                                Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                 D41 - RE56 2004
Connexion au réseau


   4. Accès (suite)
   c. Si la BTS reçoit correctement (pas de collision, puissance suffisante),
       alors:
   d. La BTS répond sur un AGCH descendant un message contenant
          • Le n° de TS du MS
          • La valeur du TA pour l’alignement des slots
          • La loi de saut de fréquences
          • Le n° de SDCCH montant/descendant alloué

   5. Échange de signalisation sur le canal dédié SDCCH
   – Recherche Identité, échanges cryptographiques
   – (ré-) Inscription (location updating)
   – Si appel entrant ou sortant, attribution d’un TCH

   6. Communication montante/descendante sur le TCH



                                                                Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique
                                                                                                 D42 - RE56 2004

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Gsm

  • 1. GSM L’interface radio Cours RE56 Printemps 2004 Alexandre CAMINADA UTBM Département Informatique 90010 SEVENANS Cedex
  • 2. Plan 1.Vocabulaire 2. Méthodes d’accès 3. La transmission 4. L’architecture 5. Connexion au réseau Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D2 - RE56 2004
  • 3. Vocabulaire – Station de base ou Base Station ou BS ou BTS • Équipement fixe du réseau • Ensemble d’émetteurs et de récepteurs co-localisés : immeubles, tours, pylônes, murs, intérieurs des bâtiments… • Relais… • Une station peut écouler plusieurs communications simultanément – Mobile ou Mobile Station ou MS • Équipement destiné à l’usager et qui communique avec le réseau par voie radio • Composé d’un émetteur/récepteur • Terminal à demeure dans un véhicule (mobile) • Portatif : quelques Kg • Portables : quelques centaines de grammes Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D3 - RE56 2004
  • 4. Vocabulaire – Canal (physique) • Portion de ressource allouée pour une communication duplex (bilatérale) entre la station de base et le mobile (CCITT) • Supporte la signalisation (utile au fonctionnement du système) • Supporte les communications effectuées par l’usager – Canal duplex • Comprend 2 parties (pas recevoir et émettre simultanément sur la même fréquence) • Voie descendante ou DownLink ou DL : transmission de BS vers MS • Voie montante ou UpLink ou UL : transmission de MS vers BS – Séparation des voies : • Suivant le temps : TDD Time Division Duplex • Suivant la fréquence : FDD Frequency Division Duplex Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D4 - RE56 2004
  • 5. Vocabulaire – Canal fréquentiel • Correspond à une porteuse modulée qui occupe une largeur de bande donnée – 12,5KHz en RADIOCOM2000 (1G) – 200KHz en GSM (2G) – 5MHz en UMTS (3G) – Mesure de la qualité de la transmission • Dégradation minimale de la qualité du signal • Affaiblissement aussi faible que possible • Affaiblissement mesuré en dB (décibel) : rapport de puissance par rapport à un niveau de référence exprimé en logarithme à base 10 multiplié par 10 • Soit u, unité de puissance, N dBu équivaut à 10**N/10 u • En radio, les niveaux de référence sont en Watts pour les puissances : – PdBW = 10Log10 (PWatt) – PdBm = 10Log10 (PmilliWatt*1000) = PdBW + 30 (m stands for milliWatts) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D5 - RE56 2004
  • 6. Plan 1. Vocabulaire 2.Méthodes d’accès 3. La transmission 4. L’architecture 5. Connexion au réseau Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D6 - RE56 2004
  • 7. Méthodes d’accès – Principe : un opérateur utilise une bande de fréquence fournie par l’instance officielle (ART, ETSI, ITU…) – L’interface radio (Air Interface) assure une fonction de modem (adapte les signaux de données au circuit de transmission, au transport) – Le principe est gelé dans le silicium : modification coûteuse et difficile – Méthodes de duplexage (séparer les voies DL et UL) • FDD Frequency Division Duplex, duplexage en fréquences, deux sous- bandes égales et séparées pour DL et UL ; facilite la séparation des voies • TDD Time Division Duplex, duplexage en temps, utilisation des fréquences à des instants distincts Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D7 - RE56 2004
  • 8. Méthodes d’accès – Duplex FDD • Les 2 slots de voies DL et UL sont sur des porteuses différentes • L’écart entre la fréquence DL et UL est constant (écart Duplex) – Duplex TDD • Les 2 slots de voies DL et UL sont sur la même porteuse mais à des instants différents FDD TDD f f C1 C1 C2 Trame TDMA t Trame TDMA t Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D8 - RE56 2004
  • 9. Méthodes d’accès – En GSM (FDD), le mobile émet et reçoit avec un décalage de 3 slots – Pour conserver la même numérotation des slots en trame DL et UL, la trame montante est décalée de 3 * slots (synchronisation) FDD f C1 C2 Trame TDMA t Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D9 - RE56 2004
  • 10. Méthodes d’accès – Découpage du spectre en canaux physiques = ressource radio à utiliser pour supporter une communication • 3 techniques de découpage: – FDMA Frequency Division Multiple Access, partage en fréquences – TDMA Time Division Multiple Access, partage en temps – CDMA Code Division Multiple Access, partage par les codes – Accès multiple • Accès = mode d’entrée dans un réseau ou de connexion à un réseau • Accès multiple = mode de multiplexage • Multiplexeur = permet de réaliser plusieurs circuits sur une même liaison • Circuit = association de 2 voies de transmission de sens opposé – La technique ..MA partage la liaison entre plusieurs sources Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D10 - RE56 2004
  • 11. Méthodes d’accès – Asymétrie : les deux sens de la liaison ne jouent pas le même rôle • DL (forward): diffusion ou broadcasting et accès multiple • UL (reverse): accès multiple BTS Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D11 - RE56 2004
  • 12. Méthodes d’accès – La diffusion : fonctionnalité qui exploite les caractéristiques du médium – Voie balise • Détection d’une porteuse (la BTS est en émission permanente sur ce canal) • Identification des cellules ; sert de repérage pour les mobiles • Synchronisation (tops de synchronisation ou diffusion de compteur) – Paging (messagerie) • Appel personnalisé, appel unilatéral • Alerte, message court (Short Message Service – SMS) – Diffusion d’information générale, de services • Information pour tous les mobiles Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D12 - RE56 2004
  • 13. Méthodes d’accès – FDMA : Partage en fréquences • La bande est découpée en plusieurs porteuses (carrier) comme en analogique • Une communication utilise une fréquence en permanence (CT2) – La fréquence porteuse est au centre du segment de bande – Canal physique = 2 fréquences en général f } Porteuse modulée t Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D13 - RE56 2004
  • 14. Méthodes d’accès – TDMA : Partage en temps • Une communication utilise une fréquence sur un intervalle de temps • Chaque porteuse est partagée en une structure de slots émis pendant un temps donné (TS = Time Slot) • Une trame TDMA est une période correspondant à un ensemble de slots (0-7 en GSM, soit 4,615ms) • Burst = élément de signal émis dans un TS (durée de 148 bits en GSM soit 577s) • Canal physique = 2 slots par durée de trame TDMA sur une (TDD) ou deux fréquences (FDD) • Demi-débit = occupation d ’un slot toutes les 2 trames (codeur de parole plus performant) Time slot f burst2 burst2 t Trame TDMA Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D14 - RE56 2004
  • 15. Méthodes d’accès – FH-TDMA : Partage en temps et en fréquence • Saut de fréquences (Slow Frequency Hopping) : fonction évoluée du GSM • Une communication utilise aléatoirement un ensemble de fréquence sur les intervalles de temps (séquence de saut) • Les TS d’une communication ne sont pas portés par les mêmes canaux physiques (FD-TDMA) f t Trame TDMA Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D15 - RE56 2004
  • 16. Méthodes d’accès – CDMA : Partage par les codes • Une communication utilise toute la bande • Canal physique : – Paire de fréquences (fi – duplex, fi) en FDD – Séquence PN (pseudo-noise) de codage des signaux – Émergence : • 1950 : CDMA utilisé pour les besoins militaires • 1956 : un récepteur Rake est proposé • 1961 : le problème Near/Far pour l’étalement de spectre est mentionné • 1978 : proposition d’application de l’étalement de spectre au cellulaire • 1993 : standard CDMA IS95 bande étroite f t Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D16 - RE56 2004
  • 17. Méthodes d’accès Comparaison des techniques de multiplexage – En TDMA et CDMA, la gestion des ressources est plus complexe mais offre plus de capacité – En CDMA, le contrôle est dynamique Multiplexage Avantages Inconvénients Systèmes FDMA (bande étroite) Simple Sensible à Analogique (1G) l’évanouissement (fading) TDMA (bande Capacité Synchronisation GSM moyen moyenne) Souple Gestion des fréquences DECT large IS-54 étroite Satellites CDMA (large bande) Capacité théorique Traitement du signal IS-95 étroit importante complexe IMT2000 large Pas de gestion des Contrôle de puissance Satellites (GlobalStar) fréquences temps réel Pas d’évanouissement Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D17 - RE56 2004
  • 18. Plan 1. Vocabulaire 2. Méthodes d’accès 3.La transmission 4. L’architecture 5. Connexion au réseau Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D18 - RE56 2004
  • 19. La chaîne de transmission – Transmission de l’information • Utilisation d’un codage de source (codage compressif) • Utilisation d’un codage de canal (codage protecteur) Signal de parole Signal de parole Codec : codage de source Codec : reconstitution du signal analogique (numérisation du signal) Décodeur canal : détection Codeur canal : protection et correction des erreurs contre les erreurs Désentrelacement Entrelacement Démultiplexage et extraction des champs Multiplexage et construction des bursts d’information des bursts Chiffrement Déchiffrement Modulation Démodulation Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D19 - RE56 2004
  • 20. La chaîne de transmission – Signal analogique de parole : f(t) découpé en 20ms – Le signal de 20ms doit être reçu complètement pour être traité – 1 trame de trafic TDMA = 8 bursts * 148 bits = 1184 bits – Les blocs de parole de 20ms (i-1), i, (i+1) sont combinés au niveau des bursts • Étalement de la transmission du signal de parole – Pour la transmission de données et de signalisation, même principe mais avec des trames de longueur différente: • Données: 184 bits • Signalisation: 240 bits/20ms Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D20 - RE56 2004
  • 21. La chaîne de transmission Trame de parole analogique (20ms) Codec de parole Parole non protégée 260 bits 13kbit/s (=260bits/20ms) Codage de canal Parole protégée 456 bits 22,8kbit/s (=456bits/20ms) Entrelacement 0 1 2 3 4 5 6 7 8 demi-bursts (8*114/2) slot trame TDMA (5ms) trame de parole (20ms) 8 trames TDMA (40ms) = durée de transmission d’une trame de parole Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D21 - RE56 2004
  • 22. La chaîne de transmission Codage de la parole – Le service téléphonique est le premier utilisé d’où l’importance d’un codage efficace en volume et qualité – Systèmes analogiques • Modulation de fréquences ou de phase • Canaux de 12,5kHz à 25kHz en Europe • Canaux de 30kHz aux USA (AMPS, ou 10kHz en Narrow-AMPS) – Systèmes numériques • RNIS : technique de Modulation par Impulsion et Codage (MIC ou Pulse Code Modulation) • Débit de base de 64kbit/s (un canal B ; jusqu’à 8 canaux en France soit 512kbit/s) • Radio : souhaite le débit le plus faible possible pour un signal donné • CT2, DECT, PHS : MIC adaptatif à 32kbit/s • Cellulaires : – Codec de parole qui synthétisent la parole et modulation de type PSK ou QSK – Le signal est découpé en trame vocale de 20ms (GSM, IS-54, IS95…) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D22 - RE56 2004
  • 23. La chaîne de transmission Codage de la parole – A partir du signal analogique initial • Échantillonnage • Quantification • Codage – Modulation du signal : transmission radio continue avec variation des caractéristiques de l’onde radio (amplitude, fréquence, phase) • Amplitude (AM) et fréquences (FM) : plutôt en diffusion (broadcast) • PM : coder le digit par le changement de phase du signal radio i.e. la position dans la sinusoïde • Transmission de 1 (2-Phase Shift Keying) à 8 bits (256-PSK) par symbole : plusieurs états de phase discrets sont utilisés pour transporter l’information – Plusieurs Codec en GSM • Full Rate : 13kbit/s non protégé ; 22,8kbit/s protégé • Half Rate : 6,5kbit/s ; 11,4kbit/s • Enhanced Full Rate (GSM2) : i.e. FR mais meilleure qualité (inspiré du PCS1900 US) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D23 - RE56 2004
  • 24. La chaîne de transmission Protection et contrôle des erreurs – Les bits sont plus ou moins sensibles aux erreurs – Trame erronée • Redemandée : Automatic Repeat Report • Corrigée : Forward Error Correction (utilise les redondances ajoutées dans l’information) – Fonctions mathématiques de protection du canal (FEC) • Input : importance, longueur des bursts, redondance… • Codes en blocs : opère sur 100 à 200 bytes à la fois du signal • Codes convolutionnels : quelques (un) bits à la fois – CC : algorithmes de Andrew J. Viterbi en GSM et CDMA (Qualcomm Corp., 1967) – Abaisse le niveau de brouillage toléré (C/I, qualité acceptable) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D24 - RE56 2004
  • 25. La chaîne de transmission Entrelacement – Meilleure performance des CCE en réception – Brasser les symboles codés • En radio les erreurs sont souvent groupées • Perte des bits utiles et des bits de code • Reconstitution difficile (limite autour de 11 bits en GSM) – Répartition sur plusieurs bursts – Entrelacement des blocs (TCH) • 456 bits de parole protégée répartis en 8 colonnes sur 57 lignes, puis lus colonne par colonne, chaque colonne est stockée dans ½ burst • ½ burst A0-A3 associés à A4/A7 de (i-1) – Entrelacement des bits 2 à 2 (i-1, i) – Introduit un délai de traitement : environ 90ms de retard introduit par l’interface GSM Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D25 - RE56 2004
  • 26. La chaîne de transmission Construction des bursts – 114 bits utiles sur 148 bits – Format de burst dépendant des évolutions du système et des canaux (FCH, SCH, RACH) – Séquence de synchronisation (apprentissage) – Base Station Identity Controller • Code distinguant 2 BTS utilisant la même fréquence en voie balise • BSIC utilisé pour déterminer la séquence d’apprentissage (coloriage des bursts) • Suite fixe de 5+16+5 bits • 8 BSIC en GSM 3bits 58 bits de données 26 bits d’apprentissage 58 bits de données 3bits Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D26 - RE56 2004
  • 27. La chaîne de transmission Modulation – Adapter le signal numérique au milieu de transmission (fréquence) • Respect de l’occupation spectrale • Signal modulé autour d’une porteuse f0 (lobe principal contenant la presque totalité de l’énergie) • La bande occupée par le signal doit être faible en respect des interférences en canaux adjacents – Modulation en phase • Binary Phase Shift Keying : phase à 2 états • Quaternary PSK : phase à 4 états • Sauts brusques de phase créés des lobes secondaires – Compactage du spectre : adoucir les transitions • Modulation Minimum Shift Keying • Gaussian-filtered MSK en GSM : filtre supplémentaire qui adoucit encore les transitions de phase (1bit par symbole) • Décalage en fréquence de 1 canal : la puissance relative est atténuée de 18 dB Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D27 - RE56 2004
  • 28. Plan 1. Vocabulaire 2. Méthodes d’accès 3. La transmission 4.L’architecture 5. Connexion au réseau Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D28 - RE56 2004
  • 29. L’architecture – L’interface radio est structurée en couches – Éléments spécifiques à gérer : • Le médium : le canal radio • L’itinérance ou roaming • La mobilité en cours d’appel : le transfert intercellulaire ou handover – L’interface air concerne les 3 couches les plus basses de l’OSI (Open System Interconnexion) • Couche physique (1) : Medium Access Control – Construction et transmission des bursts – Protection et détection des erreurs • Couche liaison (2) : Logical Link Control – Multitude de canaux logiques • Couche réseau (3) : Management – Les appels : call control, SMS… – Les mobiles : authentification, localisation… – Les ressources radio : allocation des fréquences, gestion du HO, rapport de mesures… Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D29 - RE56 2004
  • 30. L’architecture Le médium : qualité variable due aux perturbations – Évanouissements dus aux trajets multiples • Réception simultanée de signaux d’amplitudes et de phases aléatoires (loi de Rayleigh – fading de R.) • Créés des évanouissements profonds du signal • Conduisent à des variations de plusieurs dizaines de dB – Effet Doppler : décalage en fréquence • Effet dû aux déplacement des émetteurs/récepteurs et aux effets des diffractions/réflexions aléatoires • L’onde reçue est la superposition de N ondes incidentes • Une raie spectrale est transformée en répartition d’énergie sur un intervalle de fréquences (plusieurs centaines de Hz) – Effet de masque (LOS ou obstacle) • Contrôle de puissance – Canal variable => taux d’erreurs variable Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D30 - RE56 2004
  • 31. L’architecture L’itinérance ou roaming – Pour se connecter, le mobile : • Teste si le service est disponible (présence d’une BTS) • Choisit la BTS la plus favorable • Se synchronise avec le système • Nécessite une voie balise dans le système (repère) – BCCH Broadcast Channel en GSM – FCC Forward Control Channel en AMPS – Q en DECT – PILOT dans CDMA – Pour être appelé (appel entrant) • Le système alerte les mobiles en veille • Canaux de messages d’appel en diffusion (PCH Paging Channel en GSM) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D31 - RE56 2004
  • 32. L’architecture La mobilité : déplacement du mobile en cours d’appel – Le Transfert Cellulaire Automatisé ou Handover permet le changement de cellules sans perdre la communication • Transfert sur niveau de champ : mesure du RXLEV (Received Signal Level) • Transfert sur qualité : mesure du RXQUAL (Received Signal Quality) – Les tâches suivantes sont traitées • Evaluer la qualité des canaux de trafic (TCH Traffic Channel) • Scruter les voies balises des cellules avoisinantes (BCCH) • Transmettre les mesures (Mobile Assisted HandOver) : UL • Transmettre la signalisation ou les commandes correspondantes au handover (BTS initiale, BTS cible…) : DL – Nécessite des canaux de contrôle spécifiques • SACCH, FACCH (Slow & Fast Associated Control Channel) dans le GSM • Canaux associés à un TCH ou à un SDCCH (Stand Alone Dedicated Control CHannel) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D32 - RE56 2004
  • 33. L’architecture – Un canal physique supporte un canal de trafic (TCH) et des canaux logiques de contrôle ou la signalisation (BCCH) Couche 3: management Call management Mobile management Radio management Call Control Authentication Paging Supplementary services Location Frequency assignment SMS… Subscribe… Measurements… Couche 2: logique Mécanismes de traitement des canaux logiques CCCH DCCH (Duplex) TCH (Simplex) BCCH RACH PCH AGCH SDCCH SACCH FACCH SCH FCCH Construit et transmet les burst sur les canaux physiques Contrôles: puissance, accès, ho Fait correspondre les canaux logiques et physiques Itinérance… Détecte et protège les erreurs Couche 1: physique Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D33 - RE56 2004
  • 34. L’architecture – Les canaux logiques sont définis suivant le type d’informations qu’ils transportent: • Canaux de trafic : informations voix ou data envoyées par l’utilisateur • Canaux de signalisation • Canaux de contrôle – Canal de diffusion BCCH (Broadcast Channel) • Voie balise = 1 fréquence descendante en émission permanente • Diffusion des caractéristiques de la cellule • Accès au réseau • Suivi du déplacement • Gestion du transfert intercellulaire • Émis en permanence • Scruté en permanence : examen de la puissance des BBCH de cellules voisines durant la phase « monitor » (fréquences différentes des siennes) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D34 - RE56 2004
  • 35. L’architecture Les canaux logiques de contrôle – Fonctions • Assurer un contrôle de lien au niveau physique • Assurer les fonctions d’itinérance et HO – Types • Contrôle en diffusion (Broadcast CCH) : toujours présent • Contrôle commun (Common CCH) : accès et paging (messages d’alerte pour tous) • Canaux dédiés (Dedicated to a call) : spécifiques à un appel ou un abonné • Canaux associés (Associated with a traffic channel) : contrôle du canal associé – Support • Burst : SACCH en IS54, champ A en DECT • Toutes les N trames: – GSM : SACCH avec TCH (26 TDMA), BCH et SDCCH (51 TDMA) – DECT : 16 TDMA • Vols de capacité : FACCH en GSM et IS54 Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D35 - RE56 2004
  • 36. L’architecture Les canaux logiques du GSM et DCS1800 Classe Sous-classe Voie Fonction Trafic TCH Traffic (pour voix codée et pour DL/UL FR: 22,8kbit/s données) HR: 11,4kbit/s Débit utilisateur 13kbit/s Diffusion BCCH Broadcast Control DL Information sur la cellule FCCH Frequency Correction Corrige la fréquence porteuse SCH Synchronisation Donne l’identité de la BTS (BSIC) et synchronise la TDMA Commun PCH Paging DL Alerte le mobile AGCH Access Grant Allocation de ressource CBCH Cell Broadcast SMS RACH Random Access UL Permet l’accès au réseau Dédié SDCCH Stand Alone Dedicated DL/UL Signalisation (1/8 TCH) SACCH Slow Contrôle la qualité reçue et la puissance FACCH Fast Information de HO Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D36 - RE56 2004
  • 37. L’architecture Canaux Fonctions GSM IS54 DECT IS95 Diffusion Voie balise BCCH FCC Q Pilot tone+ SCH SCH FCCH Commun Accès RACH RACH AGCH Paging PCH PCH Dédié Trafic TCH B-Field FTC RTC Signalisation SDCCH Associé Lent SACCH SACCH Rapide HO FACCH FACCH Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D37 - RE56 2004
  • 38. Plan 1. Vocabulaire 2. Méthodes d’accès 3. La transmission 4. L’architecture 5.Connexion au réseau Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D38 - RE56 2004
  • 39. Connexion au réseau La connexion suit des étapes chronologiques 1. Sélection d’une BTS 2. Synchronisation 3. Acquisition des informations « système » 4. Accès 5. Échange de signalisation sur canal dédié (SDCCH) 6. Communication sur un TCH 1. Sélection d’une BTS • Le mobile est allumé • Écoute des 124 fréquences descendantes (ou fréquences opérateur) • Sélection de la fréquence la mieux reçue en BCCH (en principe) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D39 - RE56 2004
  • 40. Connexion au réseau 2. Synchronisation – Détection d’un FCCH descendant (sur le BCCH sélectionné) – Calage en fin de fréquence – Synchronisation grossière en temps (quelques 10 s) : début et fin de slot – Recherche et décodage d’un SCH descendant (sur le BCCH sélectionné) – Synchronisation fine en temps (quelques s) (en GSM remise à 0 de l’horloge de synchronisation toutes les 3h) • Décodage des informations transportées sur le SCH • N° de séquence d’apprentissage utilisée dans les bursts • N° de trame (FN) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D40 - RE56 2004
  • 41. Connexion au réseau 3. Acquisition d’information locale du système – BTS choisie et BTS voisines – Recherche et décodage d’information sur le BCCH descendant • Autorisation ou non d’accès (interdiction en cas de saturation) • Liste des fréquences BCCH des voisines • Paramètres de puissance de la liaison (min, max) • Structure du canal logique CCCH (en particulier emplacement des RACH montant) 4. Accès : tentative d’accès sur un RACH montant a. Le mobile émet un burst court contenant un nombre aléatoire sur un canal RACH montant b. Si le burst est mal reçu, alors la BTS ne répond pas, et une nouvelle tentative est effectuée après un délai aléatoire (retour en a) Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D41 - RE56 2004
  • 42. Connexion au réseau 4. Accès (suite) c. Si la BTS reçoit correctement (pas de collision, puissance suffisante), alors: d. La BTS répond sur un AGCH descendant un message contenant • Le n° de TS du MS • La valeur du TA pour l’alignement des slots • La loi de saut de fréquences • Le n° de SDCCH montant/descendant alloué 5. Échange de signalisation sur le canal dédié SDCCH – Recherche Identité, échanges cryptographiques – (ré-) Inscription (location updating) – Si appel entrant ou sortant, attribution d’un TCH 6. Communication montante/descendante sur le TCH Alexandre CAMINADA, UTBM, Département Informatique D42 - RE56 2004