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GSM / CDMA-UMTS ESME-Sudria 2004/2005
Introduction au système GSM
GSM / CDMA-UMTS ESME-Sudria 2004/2005
Objectifs d'un système
• Transmettre le maximum de données (Débit ) avec:– Fiabilité maximale (Pe )– Contraintes
• Ressources physiques (Shannon, propagation)• moindre coût (énergétique, complexité)
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Gestion de la ressource radio
– Pour transmettre un signal il faut fixer:• quand on transmet ?• sur quelle fréquence ?• avec quelle énergie ?
– Ces choix se font sous contrainte:• de temps• de largeur spectrale disponible• de puissance (répartition entre les utilisateurs)
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Rappels sur la propagation
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Rappels sur la propagation
• Phénomènes d'évanouissement supposés corrigés par traitements spécifiques de la couche physique:
– saut de fréquence, entrelacement...
• Choses à retenir– puissance reçue proportionnelle à puissance émise ⇒
systèmes linéaires avec plusieurs émetteurs-récepteurs– puissance diminue fortement en fonction de la distance ⇒
au-delà d'une certaine distance, on peut négliger la puissance reçue
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Concept cellulaire
– Territoire divisé en cellules– Réutilisation des mêmes canaux de fréquence
dans plusieurs cellules
– 2 objectifs• assurer une couverture• réutiliser la ressource
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Bruits et interférences
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Planification cellulaire
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Modèle de cellule
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Types de cellules
– Macro-cellules : zones peuplées
– Micro-cellules : grande densité de population
– Cellules sélectives : zones de couverture particulières (entrée de tunnel)
– Cellules "Umbrella" couverture de plusieurs micro-cellules
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Planification cellulaire
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Calcul d'interférence
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Architecture du système GSM (1/2)
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Architecture du système GSM (2/2)
• MS : Mobile Station : c'est le terminal• BSS : Base-Station Subsystem = Sous-système
Radio, constitué de :– BTS : Base Transceiver Station – BSC : Base Station Controller
• NSS : Network and Switching Subsystem = Sous-système Réseau
– élément central : MSC (Mobile services Switching Center)
• OSS : Operation and Support Subsystem
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Fonctionnalités du réseau GSM
– Transmission– Gestion des Ressources Radio (RR)– Gestion de la mobilité (MM)– Gestion de la communication (CM)– Opération, Administration et Maintenance
(OAM)
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Interface Radio : Techniques d'accès multiples
f
t
Usager 1
Usager 2
Usager 3
f1
f2
f3
Accès FDMA f
tUsager 1Usager 2Usager 3
f
Accès TDMA
f
t
Usager 1Usager 2
Usager 3
code
C3C2
C1
Accès CDMA
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Interface Radio : Techniques d'accès multiples/comparaison
• FDMA– simplicité – sensible aux évanouissements – rigidité
• TDMA– souplesse – gain (FDMA) en terme de capacité – nécessité d'égalisation – synchronisation
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Interface Radio: Techniques d'accès multiples/cas GSM
f
t
Usager 1f1
f2
f3
Usager 2
Usager 3
TS1 TS7
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Paramètres influençant la capacité• Saut de Fréquence : Frequency Hopping (FH)
– Protection contre évanouissements sélectifs.– Diversité de brouilleurs.– Lent (SFH) pour GSM; rapide (FFH) pour systèmes à
étalement de spectre.
• Contrôle de puissance : Transmitter Power Control– Mécanisme dynamique
• Transmission discontinue : DiscontinuousTransmission (DTX)– Utilisation du canal usager : 40% en moyenne
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Interface Radio• Spectre : 890-915Mhz (downlink) et 935-960MHz (uplink)• allocation max de 2x25MHz, divisée en fréquences de
200kHz; chaque fréquence divisée en 8 "time slots" ou "canaux"
• Traffic Channels:• allocation d'un canal trafic (TCH) en mode dédié• TCHs définis par leur position au sein d'une multi-trame• TCHs alloués avec un canal dit "Slow Associated Control
Channel (SACCH)• TCHs : transport de data; si signalisation : Fast Associated
Control Channels (FACCH)PhysicalChannel
TCH
SACCH
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Interface Radio : « Common Channels »
• Utilisés par le mobile en mode dit « idle » pour accéder au réseau, et en mode « dédié » pour l’écoute des BTS voisines pour les informations de handover.
• Broadcast Control Channel (BCCH) - downlink– Identité, allocations de fréquence, séquences de Hopping… de la
BTS.
• Frequency Correction Channel (FCCH) – downlink• Synchronization Channel (SCH) – downlink
– Alignement du mobile sur la structure de time slot de la BTS.
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Interface Radio : « Common Channels »
• Paging Channel (PCH) – downlink– Transport des messages de paging pour les mobiles (appel entrant).
• Access Grant Channel (AGCH) – downlink– Canal de signalisation dédié temporaire (établissement d’une
communication).
• Random Access Channel (RACH) – downlink– Utilisé par le mobile pour envoyer des « access requests »
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Chaîne de traitement du signalCodage parole
Codage canal
Entre-lacement
Assemb.burst
Chiffre-ment
Modulation
Décodage parole
Décodage canal
Désentre-lacement
Désassemb.burst
Déchiffre-ment
Démo-dulation
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Structure d'un burst
Codage canal (456 bits / 20ms = 22.8 kbps)
Entrelacement
Trame de parole (20ms)
GSM Full-Rate codec (13 kbps = 260bits / 20ms)
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Débits
9,6 Kbit/s14,4 Kbit/s
115 Kbit/s
171 Kbit/s
384 Kbit/s
BaseGSM
HSCSD
GPRS
EDGE
1990 1997 2001
PhonieSMS
Internet VidéoMultimedia
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Evolutions : AMR• AMR : Adaptative MultiRate – adaptation du débit source
(et donc du schéma de codage) à la qualité du canal.
[Source RYSAVY Research –WhitePaper for 3GAmericas]
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Augmentation des débits
• Émission/réception (pour terminaux) sur plusieurs intervalles de temps par trame TDMA.
• Réduction de la protection des données utilisateur.
• Utilisation de modulations d’efficacité spectrale plus grande.
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GPRS : General Packet Radio Service
• Architecture en couche• Gestion de sessions• Modification du schéma général de transmission
sur l’interface radio
CRC
redund
code conv punc pi
USF
rN1
k/n
µ
n(N1+µ)/k
n(N1+µ)/k-p
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GPRS : General Packet Radio Service
CRC
redund
code conv punc pi
USF
rN1
k/n
µ
n(N1+µ)/k
n(N1+µ)/k-p
Bloc RLC
Bloc data i
USF USF protégé
CRC rbits
N1 k/n Sortie CCV
Bloc encodé
Débitapprox kbps
CS-1 22 o 1813
3 40 224 ½ 456456
9.05
CS-2 32 o 268 6 16 290 ½ 588 13.4
CS-3 38 o 312 6 16 334 ½ 676 15.6
CS-4 52 o 428 12 16 456 1 456 21.4
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EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution
• Modulation plus efficace : 8PSK• Multiplication du débit par 3 mais couverture
réduite• Débits prévus:
– 384 kbps (piétons – véhicules lents)– 144 kbps (véhicules rapides)
• Convergence entre IS-136 et GSM
GSM / CDMA-UMTS ESME-Sudria 2004/2005
EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution
[Source Ericsson WhitePaper]
GSM / CDMA-UMTS ESME-Sudria 2004/2005
EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution
[Source Ericsson WhitePaper]