Memoire Online - Interconnexion entre deux réseaux cellulaires des normes GSM par faisceau hertziens cas de vodacom et CCT Congo Kinshasa

La téléphonie cellulaire n'est rien d'autre qu'un système de communication sans support matériel ayant pour but d'assurer la communication entre les abonnés mobiles pare la présence des stations radios formant ainsi des cellules.

La téléphonie révolutionna nos moyens de communiquer permettant enfin de dialoguer à longue distance. Malgré des débuts difficiles, la téléphonie était devenue au même titre que l'eau courante ou l'électricité un service de base.

Avec les progrès de l'informatique et des codages numériques, une nouvelle génération se profile ; la télécommunication mobile devenant ainsi un service de masse.

Tout au long de ce chapitre, nous allons essayer d'expliquer les généralités des réseaux cellulaires.

I.2. DEFINITION

Par définition, un réseau cellulaire est un système de télécommunication qui doit répondre aux contraintes de la mobilité de l'abonné dans le réseau, par l'étendue du réseau et par les ondes radio qui lui sont allouées.

Un système de réseau cellulaire couvre l'ensemble d'infrastructures spécialement destinées aux équipements d'acheminement de communication vers les mobiles et où les ondes radio, dans le cas d'un réseau cellulaire servent de lien entre le terminal de l'abonné et l'infrastructure de l'opérateur.

I.3. RADIOTELEPHONIE CELLULAIRE

Un système de radiotéléphonie mobile autrefois analogique et maintenant numérique assurant la totalité des services proposés par le réseau fixe, plus celui de la mobilité : possibilité de maintenir une communication en cours de déplacement (hand over) et la possibilité d'appeler et d'être appelé lorsque l'on se trouve à l'étranger (Roaming international).

I.4. CONCEPTS CELLULAIRES

L'introduction de concept cellulaire amène le grand progrès et la nouvelle technique pour remédier aux inconvénients laissés par la téléphonie classique. La téléphonie cellulaire rassemble tous les postes radio à deux canaux, l'un pour l'émission et l'autre pour la réception en évitant les interférences probables.

Le concept cellulaire permet aussi d'atteindre des capacités importantes illimitées au moyen d'un grand nombre des stations radio dont chacune couvre une surface géographique appelée « cellule ».

Ce concept consiste à diviser un territoire en cellules dont chacune est couverte par une station radio ou station de base (BTS) du réseau. Et ainsi la réutilisation d'une même fréquence que celle des cellules différentes, c'est-à-dire qui sont adjacentes ou sécantes afin d'éviter les phénomènes d'interférences sur le signal utile reçu par le terminal mobile pour la station de base.

I.5. NOTION DE LA CELLULE

L'opérateur qui choisit le secteur de télécommunication mobile doit définir la zone géographique à couvrir par son réseau. Chaque zone couverte par un émetteur est appelée cellule. Une cellule peut avoir un ou plusieurs secteurs. La taille d'une cellule est variable, elle dépend de la fréquence d'émission.

C'est pourquoi un réseau de téléphonie mobile à très haute fréquence comporte beaucoup des cellules pour une meilleure couverture de l'espace à desservir.

Deux cellules mitoyennes ne peuvent utiliser deux fréquences similaires à cause des interférences. L'opérateur gère la bande passante qui lui a été allouée par l'Etat pour acheminer une conversation, la position du mobile étant signalée par le relais de passage desservant la cellule traversée. Plus la taille d'une cellule est petite, plus la quantité d'appels passés sur le réseau pour une surface donnée est grande.

L'opérateur utilise des microcellules de quelques centaines des mètres de rayon pour écouler un trafic important par unité de surface dans les zones urbaines, souvent ces zones ont une couverture assurée par des antennes sectorielles de gains élevées (11 dB), que les antennes omnidirectionnelles (9 dB), tandis que dans les zones rurales peu peuplées, les cellules sont de grandes tailles (en allant jusqu'à 30 km de diamètre) et elles sont alors appelées « macrocellules ».

C'est pourquoi l'utilisation d'un téléphone portable (portatif) n'est donc possible que sur la totalité de la surface d'une cellule rurale. La figure I.1 ci-dessous nous présente la division cellulaire et sa forme hexagonale.

Un réseau comporte plusieurs cellules de même dimension ou des dimensions différentes selon :

Ø la nature et la densité des constructions (maisons, buildings, immeubles en béton,...) ;

Alors, le réseau radio mobile sera divisé en petites zones de couverture radio, en forme de nid d'abeilles, au centre desquelles sont implantés les émetteurs-récepteurs.

Ces zones sont appelées cellules. D'où l'on pourrait dire aussi qu'une cellule comprend l'étendue de la zone couverte par l'ensemble des secteurs dépendant d'un même site. Ce dernier correspond à la zone couverte par une antenne (qui peut supporter plusieurs TRX). Elle est caractérisée par :

Ø La puissance d'émission normale de sa BTS (dans cette zone le niveau de champ électrique doit être supérieur à un seuil déterminé) ;

La figure I.2 ci-dessous nous montre les différentes dimensions cellulaires selon les milieux.

I.6. DEPLOIEMENT DES RESEAUX CELLULAIRES

L'idée de base qui soutient la conception du réseau cellulaire est le respect des contraintes évoquées au point I.2. Mais un autre facteur additionnel important est la prise en compte de la taille et de la forme des cellules du réseau radiomobile.

Diverses tailles et types de cellules sont à déployer en fonction de l'environnement considéré et de la technologie. Un opérateur devra donc tenir compte des contraintes du relief topographique et des contraintes urbanistiques pour dimensionner les cellules de son réseau. Pour cela, on distingue :

Ø La macro cellule omnidirectionnelle : Elle est composée d'une frame et donc d'un seul secteur. Elle possède au minimum un TRX. Ce type classique de cellule est plus utilisé dans les zones rurales (à faible densité d'abonnés) ;

Ø La macro cellule bisectorisée : Elle est composée de deux frames (une par secteur) et de deux secteurs. Elle possède au minimum un TRX chacun. Ce type de cellule conviendrait mieux à un environnement médian (ruro-urbain). Malheureusement ce type de cellule est de plus en plus délaissé au profit des cellules trisectorisées ;

Ø La macro cellule trisectorisée : Elle est composée de trois frames (une par secteur) et de trois secteurs possédant chacun au minimum un TRX. C'est le type de cellule la plus utilisée, notamment en zones urbaines à forte densité de trafic.

Les microcellules sont des cellules de petite dimension destinées aux zones à fortes densité de trafic (par exemple une rue passante), tandis que les pico cellules sont pourtant des cellules de taille encore plus inférieures, prévues pour des endroits tels que les gares, les galeries marchandes,...

I.7. CARACTERISTIQUES D'UN RESEAU CELLULAIRE

I.7.1. Hand Over

La présence d'un grand nombre des cellules liées à la mobilité de l'utilisateur implique l'une des fonctionnalités la plus révolutionnaire du réseau cellulaire.

Le Hand Over est donc la capacité pour un terminal de changer de cellule de manière tout à fait transparente sans coupure de communication.

C'est une prise en charge par la cellule ayant le niveau de puissance élevée suivant certains critères préalablement définis. Cette opération s'effectue en une durée maximale de 200 ms.

I.7.2. Roaming

Du fait que le réseau cellulaire est plus normalisé, ce qui permet à un abonné de téléphoner même s'il est en dehors de son pays (dans un pays étranger par exemple) sans changer son terminal, ni son abonnement ; et cela peut se faire avec accords entre les opérateurs de tous ces pays pour fournir les services voulus.

I.7.3. Sectorisation

On appelle site, le lieu physique où sont installées une ou plusieurs stations de base avec leur alimentation en énergie, et les liaisons avec le BSC. Le coût de l'exploitation d'un réseau est essentiellement lié au nombre des sites installés.

Pour minimiser le nombre des sites, pour un nombre de cellule donnée, les opérateurs utilisent la sectorisation (le fait de couvrir une cellule par une antenne). Au lieu d'une antenne omnidirectionnelle, on place un ensemble d'antennes dont le diagramme de rayonnement couvre un secteur angulaire restreint.

I.7.4. Assignation des fréquences

L'attribution des fréquences en téléphonie cellulaire n'est possible lorsque l'abonné lance un appel de communication. Les paires de fréquences sont gérées par le système ; c'est ce qui fait que l'abonné ne dispose pas de fréquence en permanence. Après la communication, la paire de fréquence redevient disponible pour d'autres personnes.

I.7.5. Réutilisation des fréquences

Elle permet d'utiliser une fréquence plusieurs fois à l'intérieur d'une même ville dans les cellules non adjacentes, c'est-à-dire qui ne se touchent pas. Ce principe permet d'éviter la saturation dans les cellules quand le nombre d'abonné augmente pour éviter les effets d'interférence entre les canaux. Il est recommandé de réutiliser les fréquences dans des cellules distantes d'au moins 6 fois leurs rayons.

I.7.5.1. Distance de réutilisation

Conformément au point I.2, pour répondre aux contraintes imposée par l'insuffisance de bande de fréquence allouée aux opérateurs d'une part et l'obligation de couvrir toute la zone du déploiement du réseau avec objectif de servir des millions d'abonnés, le seul astuce que l'opérateur peut utiliser, serait donc la répétition du même motif dans toute l'étendue géographique à couvrir.

Ce phénomène est reconnu sous le nom de réutilisation des fréquences. Etant donné que dans un réseau, une même fréquence est réutilisée plusieurs fois, il est nécessaire d'évaluer la distance minimale qui doit séparer deux cellules utilisant la même fréquence pour qu'aucun phénomène de perturbation n'intervienne. Cette distance minimale qui sépare deux émetteurs utilisant la même fréquence est dite distance de réutilisation, et elle est désignée par « D ». En conséquence, plus le motif est grand, plus la distance de réutilisation sera grande, d'où :

I.8. CONSTITUTION D'UN RESEAU CELLULAIRE

I.8.1. Cellule

On appelle cellule, une surface géographique de service du réseau couverte par des antennes (couverture) sur laquelle il y a la disponibilité d'un canal de transmission donnée (voie balise), constitué d'une voie radio électrique caractérisée par une fréquence donnée ou un couple de fréquences données selon les services assurées.

Les cellules sont disposées de façon adjacentes les unes contre les autres et peuvent couvrir un rayon variant de 5 à 20 Km, c'est-à-dire qu'elles peuvent desservir les abonnés situés dans un cercle de 10 à 40 Km de diamètre. La cellule joue le rôle d'interface entre le mobile et le central cellulaire, elle assure donc les fonctions suivantes :

I.8.2. Central téléphonique

Le central téléphonique est le cerveau moteur du système. Il permet la connexion entre les abonnés, il coordonne toutes les opérations et les sélections automatiques ou temporaires d'une ou plusieurs liaisons entre deux points. Il définit chaque appel par son ordinateur et le valide avant de le connecter au correspondant de l'abonné.

I.8.3. Supports de transmission

Les supports de transmission ont pour rôle de faire véhiculer les informations téléphoniques entre deux points quelconques distants, et leur bande passante varie en fonction de leur nature.

Les supports de transmission se classent en plusieurs catégories suivant la nature des signaux à transmettre et des systèmes mis en oeuvres. Mais pour le cas du réseau cellulaire, il y a :

Ø le faisceau hertzien (c'est le support le plus utilisé en téléphonie cellulaire grâce au rayonnement des ondes électromagnétiques).

Les supports de transmission assurent la liaison entre les mobiles, sites cellulaires et le central cellulaire. La liaison entre le mobile et le site cellulaire se fait par rayonnement électromagnétique en modulation de fréquence sans oublier que la transmission entre le site cellulaire et le central téléphonique peut se faire soit par câble, soit par fibre optique ou soit par faisceau hertzien.

I.8.3.1. Transmission par fibre optique

L'emploi de la lumière comme véhicule d'information est indiqué grâce à sa bande de fréquence très élevée qui permet de transporter une quantité d'informations considérable et à longue portée.

Lorsqu'un faisceau lumineux heurte obliquement la surface qui sépare deux milieux plus ou moins transparents, il se divise en deux ; une partie est réfléchie tandis que l'autre est réfractée, c'est-à-dire transmise dans un second milieu en changeant de direction. L'indice de réfraction étant une grandeur caractéristique des propriétés optiques d'un matériau. Il est obtenu en divisant la vitesse de la lumière dans le vide (CV = 299792 Km/s) par la vitesse de cette même onde dans le matériau. Plus l'indice est grand, et plus la lumière est lente.

L'affaiblissement intrinsèque d'une fibre optique est dû essentiellement à l'absorption et à la diffusion de la lumière dans le diélectrique de la fibre. La mise en oeuvre de la transmission par fibre optique nous amène à renseigner que la transmission est basée sur l'utilisation de la lumière comme véhicule de l'information au sens large du terme.

C'est le principe qui est utilisé pour guider la lumière dans la fibre. La fibre optique comprend ainsi deux milieux : le coeur dans lequel l'énergie lumineuse se trouve confinée grâce à un second milieu, et la gaine dont l'indice de réfraction est faible.

I.8.3.2. Transmission par faisceau hertzien

Les faisceaux hertziens présentent des caractéristiques particulières, en principe, ils sont constitués d'une succession des stations relais comportant chacune pour chaque sens de transmission, un émetteur, un récepteur, et leurs antennes, les deux stations terminales comportent en outre les équipements de modulations et de démodulations.

En réalité, dans chaque station on utilise généralement la même antenne pour l'émission et pour la réception dans une même direction. Leur propagation est limitée à l'horizon optique et leur affaiblissement croit comme el carré de la distance, c'est-à-dire beaucoup moins rapide que sur un câble dont l'affaiblissement est exponentiel.

Le système de faisceaux hertziens à visibilité directe est celui dont les trajets entre les antennes d'émission et de réception sont dégagés de tous les obstacles de façon que les phénomènes de diffraction soient complètement négligeables.

Ces bonds sont en visibilité directe et ils doivent présenter un dégagement suffisant, au-dessus du terrain intermédiaire, pour éliminer tous les risques d'obstructions, même dans les cas où les modifications de la température et de l'indice de réfraction de l'air courbent le trajet de propagation. La figure I.3 ci-dessous nous présente la synoptique d'une liaison de transmission par faisceau hertzien à visibilité directe.

Une autre particularité des faisceaux hertziens est l'utilisation du satellite de télécommunication comme étant un relais de transmission spatial. Une liaison de télécommunication par satellite peut être considérée comme une extension d'une liaison par faisceau hertzien.

Les transmissions par satellites sont directement apparentées aux faisceaux hertziens en ce sens qu'elles établissent des liaisons en ondes centimétriques par l'intermédiaire d'une station relais et qui a la particularité d'être embarqué à bord d'un satellite, généralement géostationnaire.

Les développements des faisceaux hertziens avait permis à la plupart des pays d'installer un réseau national de télécommunication de bonne qualité. La figure I.4 ci-dessous montre une liaison de transmission par satellite.

I.8.4. Poste d'abonné ou terminal

C'est un équipement qui permet à l'abonné de communiquer avec son correspondant à travers un canal qui lui est assigné par la cellule et aussi d'étudier des appels. Les postes d'abonnés sont de trois catégories à savoir:

I.8.4.1. Poste portable ou portatif

Il est actuellement le plus populaire, miniaturisé et léger. Il a un temps d'appel limité et sa puissance est de l'ordre de 0,6 watts. Il a une batterie rechargeable, et le temps de rechargement de la batterie dépend de la marque du constructeur.

I.8.4.2. Poste transportable

Il est installé dans la voiture et possède une grande puissance. Il cmprend un émetteur-récepteur, une antenne d'émission-réception et n combiné réversible.

I.8.4.3. Poste fixe

Il ne peut pas être déplacé et est utilisé soit dans un bureau, soit dans une salle de réception, et il est muni d'une batterie. Son temps d'appel est très limité, sa puissance d'émission est de 3 watts, et il est branché sur le secteur de 110 ou 220volts.

I.9. FONCTIONNEMENT DU RESEAU CELLULAIRE

La procédure générale pour l'établissement d'une communication cellulaire, se fait de la manière suivante :

L'abonné par son canal de signalisation demande l'attribution d'une fréquence ; cet abonné forme le numéro de son correspondant qui sera enfin envoyé à l'ordinateur central en temps réel, et cet ordinateur analyse les autorisations de deux correspondants se trouvant dans sa base de données.

Si elles sont conformes, l'ordinateur lance une recherche du correspondant dans toutes les cellules ; si cet abonné se trouve dans un réseau câble, il établit une liaison avec le central PSTN (Public Switched Telephon Network) ; si l'abonné est du type cellulaire, la cellule en charge l'identifie et répond à l'ordinateur central ordonnant une connexion en passant par le commutateur central.

Après cette identification, la communication peut se réaliser et cela dans un délai de 20 ms sans être audible à l'oreille.

I.10. MOYENS TECHNIQUES D'ECHANGES D'INFORMATIONS DANS UN RESEAU TELEPHONIQUE CELLULAIRE

Pour mettre en oeuvre un réseau téléphonique cellulaire, il faut qu'il y ait l'existence des moyens d'échanges d'informations entre terminaux et commutateurs d'une part et entre autocommutateurs d'autre part. L'ensemble de toutes ces procédures et ces moyens d'échanges constituent ce que l'on appelle « la signalisation ». La signalisation entre autocommutateurs se fait de deux types à noter :

I.10.1. Signalisation par canal sémaphore

C'est une technique de signalisation des autocommutateurs électroniques pour la transmission des informations de signalisation sur une liaison de signalisation commune à certains nombres de voies de parole. Cette technique est utilisée par tous les réseaux cellulaires et présente trois grands avantages qui sont :

I.10.2. Signalisation voie par voie

Elle est aussi une technique de signalisation permettant la transmission de l'ensemble des signaux nécessaire sur le même support de transmission en associant un canal de transmission à chaque voie de parole.

I.11. AVANTAGES ET INCONVENIENTS D'UN RESEAU CELLULAIRE

I.11.1. Avantages

Ø le contrôle rapide et automatique du réseau grâce aux ordinateurs et leurs bases de données,

Ø l'adaptation rapide et facile aux réseaux à forte ou à faible densité de trafic en restant dans les mêmes proportions de l'investissement par abonné.

I.11.2. Inconvénients

Un réseau cellulaire présente aussi les inconvénients tels que nous les citons :

I.12. EVOLUTION DES NORMES CELLULAIRES

On distingue trois types des systèmes radio mobiles suivant la date de leur développement et leurs caractéristiques techniques :

Ø Les systèmes de première génération (tels que AMPS, TACS, NMT, RC 2000,...) étaient des systèmes analogiques. Ces réseaux étaient en général nationaux et ne permettaient pas l'itinérance internationale.

Ø Les systèmes de deuxième génération (tels que GSM, GPRS désigné souvent par GSM 2,5 G, EDGE ...), utilisent la transmission numérique et permettent l'itinérance internationale, mais ils sont limités en débit à quelques dizaines de Kbits/s et ils sont majoritairement utilisés pour les communications vocales.

Ø Les systèmes de troisième génération qui furent prévus à partir de 2001, offriront des services de données à haut débit (jusqu'à 2 Mbits/s). Le système de troisième génération le plus répandu à l'heure actuelle est l'UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).

I.13. CONCLUSION

Dans ce chapitre, nous venons de voir les généralités sur les réseaux cellulaires. Nous avons définis ses différents principes et concepts, sa constitution, ses caractéristiques et son fonctionnement.

Dans le chapitre suivant, nous allons présenter le réseau GSM qui est l'objet de notre travail.

CHAPITRE II : TECHNOLOGIE GSM

II.1. INTRODUCTION

Le GSM (Global System for Mobile communications), est un système cellulaire et numérique de télécommunication mobile. Il a été rapidement accepté et a vite gagné des parts de marché. L'utilisation du numérique pour transmettre les données permet des services et des possibilités élaborées par rapport à tout ce qui a existé. On peut citer, par exemple, la possibilité de téléphoner depuis n'importe quel réseau GSM dans le monde. Les services avancés et l'architecture du GSM ont fait de lui un modèle pour la troisième génération des systèmes cellulaires, le réseau UMTS.

Dans ce chapitre, nous allons présenter les caractéristiques principales du système GSM.

II.2. BUT DU SYSTEME

Le but des spécifications GSM est de décrire la fonctionnalité et l'interface pour chaque composant du système, et de fournir le guide sur l'objectif du système. Les spécifications vont normaliser le système dans le but de garantir une bonne interconnexion entre les différents éléments du système GSM.

II.3. GENERALITES SUR LE RESEAU GSM

L'objectif initialement fixé au Groupe Spécial Mobile (GSM) était de spécifier un service de téléphonie mobile, de voix et de données compatibles avec le réseau téléphonique fixe, soit analogique ou soit numérique comme réseau numérique à intégration des services (RNIS).

Le GSM est d'accès multiple à répartition dans le temps (AMRT ou TDMA en Anglais) à bande moyenne et à duplexage fréquentielle (200 KHZ) où huit communications simultanées peuvent être multiplexées sur un même couple de fréquence utilisée.

Un abonné à un réseau GSM donné peut accéder à des réseaux d'autres pays sous réserver d'accord entre ces opérateurs ; et cette possibilité est appelée « le roaming international » que l'on désigne par l'itinérance internationale.

Un réseau GSM offre une gamme des services disponibles sur un réseau moderne (voix, données, fax et messagerie). La messagerie est l'un des services offert par le réseau GSM, donc la radio messagerie consiste à transmettre par voie radio électrique des messages. La nature du message est variable, elle dépend du réseau et de la capacité déterminant de l'abonnement. Le message peut être :

Ø Un signal sonore (bip) ou une vibration du terminal, avertissant l'utilisateur que quelqu'un le cherche ;

Ø une suite des numéros, généralement s'il s'agit d'un numéro à rappeler ;

II.4. INFRASTRUCTURE DU RESEAU GSM

Comme nous l'avons décrit au point I.2, un réseau cellulaire est réseau de télécommunication mobile qui doit répondre aux contraintes imposées par la mobilité de l'abonné dans le réseau, par l'étendue du réseau et enfin par les ondes radios qui lui sont allouées. L'onde radio dans le cas du réseau cellulaire est le lien entre l'abonné et l'infrastructure de l'opérateur.

Comme dans tout autre réseau téléphonique, l'échange de données doit se faire dans les deux sens, ainsi l'installation d'une antenne émettrice puissante par l'opérateur ne suffit pas à réaliser un réseau efficace. L'abonné doit émettre, si l'on appelle Pe la puissance d'émission d'un émetteur et Pr la puissance reçue par le récepteur à une distance d, les lois de la propagation nous disent que :

II.5. ARCHITECTURE DU RESEAU GSM

Un réseau cellulaire GSM est constitué d'une manière générale de trois sous ensembles :

Ø un sous système radio(BSS) qui assure la transmission et qui gère les ressources radio ; il est composé de la station de base (BTS) et du contrôleur de station de base (BSC) ;

Ø un sous système réseau (NSS) qui comprend l'ensemble des fonctions nécessaire à l'établissement des appels et à la mobilité des abonnés ; il se compose du commutateur (MSC), d'un enregistreur de localisation des visiteurs (VLR), d'un enregistreur de localisation nominale (HLR), d'un centre d'authentification (AUC) et d'un enregistreur des identités des équipements (EIR) ;

Ø un sous système d'exploitation et maintenance (OMC) qui permet à l'opérateur d'administrer son réseau.

La figure suivante II.1 ci-dessous nous présente l'architecture générale d'un réseau GSM.

II.5.1. Station de base (BTS)

La station de base (BTS) est un ensemble d'émetteur récepteur qui assure le contrôle du dialogue radioélectrique entre le mobile et le réseau, elle gère les problèmes liés à la transmission radioélectrique (modulation, démodulation, égalisation, codage et correction d'erreurs, ...) d'un réseau. Elle fournit un point d'entrée dans le réseau aux abonnés présents dans sa cellule pour recevoir ou transmettre des appels. Il existe plusieurs types de BTS conçues de manière à fonctionner tout en respectant les conditions de la norme GSM ; parmi lesquels nous citons :

II.5.1.1. Stations de base rayonnantes

Elles sont idéales pour couvrir les sites où la densité d'abonnés est faible. Elles sont situées sur des points stratégiques (sommets, pylônes...). Ces stations émettent dans toutes les directions, ce sont les stations les plus visibles, elles couvrent des macros cellules. On en trouve en abondance au bord des autoroutes.

Ces BTS ne peuvent pas être utilisées dans les zones de forte densité de trafic car elles émettent et occupent la bande passante du réseau sous une grande distance.

II.5.1.2. Station de base ciblée

Elles sont le plus souvent placées dans des zones à plus forte densité d'abonnés que les BTS rayonnantes. On les trouve en ville par exemple. Elles sont des formes relativement allongées et permettent d'émettre suivant un angle très précis, on peut grâce à cela réutiliser facilement le même canal dans une autre cellule à proximité.

II.5.1.3. Micros BTS

Les micros BTS sont des stations de base qui présentent une puissance de transmission et une sensibilité faible par rapport aux BTS conventionnelles, ceci permet de mettre en place des micros cellules qui s'intègrent dans le réseau existant. Ces micros cellules ont comme caractéristique fondamentale une taille très réduite (un rayon de l'ordre de 400 m) et un faible coût d'installation (les antennes peuvent être installées en dessous du niveau de bâtiment).

La multiplication de ces cellules permet une répartition plus efficace des fréquences disponibles sur des zones très densément peuplées. Les micros BTS offrent aussi la possibilité d'utilisation à l'intérieur d'un bâtiment, par exemple dans des usines ou dans des aéroports.

II.5.1.4. Amplificateurs des signaux

Ce ne sont pas des BTS proprement dite, mais ils permettent de couvrir une autre cellule comme le ferait une véritable BTS. Ces amplificateurs ont comme rôle de capter les signaux émis par les BTS, les réamplifier et les réemettre vers un autre site.

Ils permettent de couvrir une cellule de moindre coût, de plus, nécessitent aucune connexion vers le BSC et ils peuvent donc être remplacés sans contrainte physique (sommet isolé de tous les réseaux électriques et télécoms). Idéales pour couvrir les zones à faible densité ou à relief difficile. Ils sont néanmoins très gourmands en ressource réseau, car la BTS mère doit gérer tous les trafics des réemetteurs. La figure II.2 ci-dessous, nous présente les amplificateurs des signaux.

II.5.2. Contrôleur de station de base (BSC)

Le contrôleur de stations de base est l'organe intelligent du sous système radio. Il gère une ou plusieurs stations de base en communications et il remplit des différentes missions pour les fonctions de communications et d'exploitations. Pour le trafic abonné venant des stations de base, il commande l'allocation des canaux, utilise les mesures effectuées par la BTS pour contrôler les puissances d'émissions du mobile. Cette dernière est fonction de la distance mobile-émetteur de telle manière que la liaison soit toujours de bonne qualité.

Le contrôleur est aussi le relais pour les alarmes et les statistiques de base ainsi qu'une banque de données pour des versions logicielles et les données de configurations téléphoniques. Il gère et prend la décision de l'exécution du hand over. De plus c'est un commutateur qui réalise une concentration vers le BSC.

II.5.2.1. BSC de faible capacité

Ces BSC sont couramment installés dans des zones rurales faiblement peuplées, en estimant préférable de multiplier leurs nombres pour réduire les distances BTS-MSC et donc de réduire les coûts d'exploitation des opérateurs.

II.5.2.2. BSC de forte capacité

Ces BSC conviennent aux zones urbaines où la forte densité par unité de surface et nécessite des BSC capable d'écouler un trafic plus important. Plusieurs dispositions entre BTS et BSC sont possibles : Chainée, en étoile, chainée avec sectorisation,...comme nous le montre les figures II.3 ci-dessous.

II.5.3. Commutateur (MSC)

C'est le centre d'interconnexion du réseau radiotéléphonique cellulaire avec le réseau téléphonique publique (classique ou fixe). Il prend en compte les spécificités introduites par la mobilité, le transfert intercellulaire et la gestion des abonnés visiteurs.

Il gère l'établissement des communications entre un mobile et un autre MSC, la transmission des messages courts sous forme de texte (message dits SMS) et l'exécution d'un hand over entre deux BSC différents.

Il dialogue avec le VLR pour gérer la mobilité des usagers : vérification des caractéristiques des abonnés visiteurs lors d'un appel départ, transfert d'informations de localisation...

Le commutateur est un noeud important du réseau et est d'un niveau hiérarchique le centre de transit qui donné accès vers les bases de données du réseau et vers le centre d'authentification qui vérifie les droits des abonnés.

II.5.4. Enregistreur de localisation des visiteurs (VLR)

C'est une base de données associée au commutateur (MSC) et il a pour mission d'enregistrer des informations dynamiques relatives aux abonnés de passage dans le réseau. Cette gestion est importante car on doit connaître dans quelle cellule se trouve un abonné pour l'acheminement d'appel.

La spécificité des abonnés GSM étant la mobilité, il faut en permanence localiser tous les abonnés présents dans le réseau et suivre leurs déplacements.

A chaque changement de cellule d'un abonné, le réseau doit mettre à jour le VLR du réseau visité et le HLR de l'abonné, d'où un dialogue permanent entre les bases de données du réseau.

II.5.5. Enregistreur de localisation nominale (HLR)

C'est la base de données concernant les informations relatives aux abonnés du réseau, il enregistre les paramètres permanents d'un abonné, notamment les services auxquels il a souscrit, ses autorisations et son mode de localisation du mobile constamment à jour.

Dans cette base de données, un enregistrement décrit chacun des abonnements avec les détails des options souscrites et des services supplémentaires accessibles à l'abonné. A ces informations statiques sont associées d'autres dynamiques comme la dernière localisation connue de l'abonné, l'état de son terminal... Le HLR différencie les entités de l'abonné et du terminal.

L'abonné est reconnu par les informations contenues dans sa carte d'abonnement appelée carte SIM (Subcriber Identity Module). Les informations dynamiques relatives à l'état et la localisation de l'abonné sont particulièrement utiles lorsque le réseau achemine un appel vers l'abonné, car le HLR contient la clé secrète de l'abonné qui permet au réseau de l'identifier.

II.5.6. Centre d'authentification (AUC)

Le centre d'authentification est une base de données qui stocke des informations confidentielles. Il contrôle le droit d'usage possédé par chaque abonné sur les services du réseau. Ce contrôle est important à la fois pour l'opérateur (contestation de facturation) et pour l'abonné (fraude). Il travaille en étroite collaboration avec le HLR, l'ensemble peut être intégré dans un même équipement cependant, du point de vue fonctionnel, ils ne font pas le même travail.

II.5.7. Enregistreur des identités des équipements (EIR)

C'est une base de données qui contient des informations relatives aux équipements (terminaux) et a pour but d'empêcher l'utilisation frauduleuse d'appareils mobile non reconnu par le réseau.

Chaque mobile possède son propre numéro d'identification que l'on désigne par l'identité internationale des équipements de stations mobiles (IMEI) et dont la validité peut être vérifiée dans la liste des stations mobiles autorisées par le réseau. On peut obtenir le numéro de l'identité internationale de l'abonné utilisé par le réseau en composant sur le clavier du portable * #06#.

II.6. CENTRE D'EXPLOITATION ET MAINTENANCE (OMC)

Le centre d'exploitation et maintenance est l'entité de gestion et d'exploitation du réseau. Elle regroupe la gestion administrative des abonnés et la gestion technique des équipements.

La gestion administrative et commerciale du réseau s'intéresse aux abonnements en terme de création, modification, suppression et de facturation ; ce qui suppose une interaction avec la base de données HLR.

La gestion technique veille à garantir la disponibilité et à la bonne configuration matérielle des équipements du réseau. Ses axes de travail sont la supervision des alarmes émises par les équipements, la suppression de dysfonctionnement, la gestion des versions logicielles, de la performance et de la sécurité.

II.7. INTERFACES DU RESEAU GSM

Les interfaces sont des protocoles permettant de communiquer entre chaque structure du réseau GSM. Elles sont un élément essentiel défini dans la norme GSM car ce sont ces interfaces qui déterminent les interconnexions réseaux au niveau international. La normalisation des interfaces garantit l'interopérabilité des équipements hétérogènes :

Ø L'interface X25 relie le contrôleur de station de base (BSC) au centre d'exploitation ;

Ø l'interface entre le commutateur et le réseau public (MSC-RTCP/RNIS) est défini par le protocole de signalisation n°7 de l'UIT (ex. CCITT).

L'interface à respecter de façon impérative est l'interface D, car elle permet à un MSC/VLR de dialoguer avec le HLR de tout autre réseau étranger. Sa conformité permet l'itinérance internationale. De même le respect de l'interface A permet aux opérateurs d'avoir différents fournisseurs et de pouvoir changer au fur et à mesure du déploiement de leur réseau. En revanche, l'interface B est rarement normalisée car nous l'avons vu, le VLR et le HLR sont souvent confondus. Voici le tableau présentant les interfaces dans un système GSM.

II.8. ALLOCATION DYNAMIQUE DES FREQUENCES

Ø L'accès multiple à répartition en fréquence ou le partage en fréquence (FDMA) ;

Ø L'accès multiple à répartition dans le temps ou le partage en temps (TDMA).

II.8.1. Partage en fréquence (FDMA)

Dans cette technique de partage, chacune des bandes dédiées au système GSM est divisée en canaux fréquentiels d'une largeur de 200 KHz. Les signaux modulés autour d'une fréquence et sont allouées d'une manière fixe aux différentes BTS et sont souvent désignés par le terme porteuse qui siège au centre de la bande.

De plus il faut veiller à ce que deux cellules voisines n'utilisent pas deux porteuses identiques ou proches à cause d'interférences.

II.8.2. Partage en temps (TDMA)

La technique de partage retenue est le partage en temps (TDMA). Cette solution permet de diviser en fait chacune des porteuses utilisées en intervalle de temps appelés « time slot ». La durée élémentaire d'un slot a été fixée pour la norme GSM sur une horloge à 13 MHz et vaut : T_slot = (75/130) x 10^-3s soit environ 0,577 ms. Chaque slot permet de transmettre un certain nombre de bits que l'on appelle « burst ».

L'accès TDMA permet aux différents utilisateurs de partager une bande de fréquence donnée. Sur une même porteuse, les slots sont regroupés par paquets de 8. La durée d'une trame TDMA est donc :

Chaque usager utilise un slot par trame TDMA. Le slot sont numérotés par indice Tn qui va de 0 à 7. Un « canal physique » est constitué par la répétition périodique d'un slot par trame TDMA sur une fréquence particulière.

II.9. DUPLEXAGE

II.9.1. Séparation des bandes

Dans le système GSM, le duplexage se fait en fréquence (FDD : Frequency Division Duplex). La bande de fréquence totale allouée au système est séparée en deux sous bandes d'égales importances (bande montante et bande descendante), lesquelles sont séparées par un intervalle fréquentiel qui est attribué au système et cette séparation facilite le filtrage et la séparation des voies montantes et descendantes; et crée un écart que l'on appelle « écart duplex ».

Dans le GSM l'écart duplex vaut : DW_duplex= 45 MHz, et dans le cas de DCS 1800, il vaut : DW _duplex = 95 MHz.

II.9.2. Canal duplex

Un canal de transmission représente la ligne physique de transmission à travers le médium et le modèle théorique. Il correspond à la ressource radio qu'il faut utiliser pour supporter une communication téléphonique. Il est dit simplex lorsqu'il se rapporte à un slot de trame sur une porteuse et duplex lorsqu'il correspond à deux canaux simplex.

Un canal fréquentiel correspond à une porteuse modulée qui occupe nominalement 0,2 MHz si on note par : fd (i) : la porteuse supportant la voie descendante ou la fréquence descendante ; et fu (i) : la porteuse supportant la voie montante ou la fréquence montante ; on aura donc :

Dans le GSM, au niveau du mobile, l'émission et la réception sont décalées dans le même temps d'une durée de 3 slots. Pour conserver la même numérotation Tn de slot 0 au slot 7, la synchronisation de la trame TDMA montante est décalée aussi de 3 x T slot.

Ce décalage permet de simplifier le filtrage duplex présent dans chaque mobile et son rôle se réduit à rejeter le signal provenant d'une phase de réception du mobile. La transmission radio est assurée par l'interface radio (air interface : Um). C'est une des parties les plus sophistiquées du système ; car elle est très riche et complexe avec des fonctions variées et de nature différente. Ses caractéristiques de base se résument en :

Ø Les techniques de transmission utilisées pour transmettre le signal de parole sur cette interface.

L'objectif est donc de montrer les différents traitements que subit le signal de parole lorsque la communication est établie.

II.10. CANAUX DE CONTROLE LOGIQUE

Sur une paire de fréquence, un slot parmi 8 est alloué à une communication avec un mobile donné. Cette paire de slot forme un canal physique duplex.

Ce dernier forme la base de deux canaux logiques, d'abord le TCH (Trafic Channel) qui porte la voie numérisée, mais aussi un petit canal de contrôle, le SACCH (Slow Associated Control Channel) qui permet principalement le contrôle des paramètres physiques de la liaison.

D'une manière plus générale, il faut prévoir une multitude de fonction de contrôle, en particulier :

Ø prévenir les mobiles des appels entrants et faciliter leur accès au système CCCH (Common Control Channel) ;

Ø contrôler les paramètres physiques avant et pendant les phases actives de transmission (FACCH, SCH et SACCH) ;

Ø fournir des supports pour la transmission de signalisation téléphonique (SDCCH).

Le tableau II.2 ci-dessous nous présente la classification et les caractéristiques des différents canaux logiques.

TYPE	NOM	FONCTION	DEBIT
Broadcast Control Chanel BCCH	Frequency Correction Chanel : FCCH	Calage sur la fréquence porteuse	148 bits toutes les 50 ms
	Synchronisation Chanel : SCH	Synchronisation (un temps) + identification	148 bits toutes les 50 ms
	Broadcast Control Chanel : BCCH	Information système	782 bits/s
Common Control Chanel : CCCH	Paging Chanel : PCH	Appel du mobile	456 bits par communication
	Access Grant Chanel : AGCH	Allocation des ressources	456 bits par message d'allocation
	Cell Broadcast Chanel : CBCH	Message court (SMS) diffusé (informations routières, météo...)	Débit variable
Dedicated Control Chanel	Stand-Alome Dedicated Control Chanel : SDCCH	Signalisation	782 bits/s
	Slow Associated control Chanel: SACCH	Supervision de la ligne	382 bits/s pour la parole et 39 bits/s pour la signalisation
	Fast Associated Control Chanel : FACCH	Execution du hand over	9,2 Kbits/s ou 4,6 Kbits/s
Traphic Chanel: TCH	Traphic Chanel for Coded speech: TCH	Voix plein/demi-débit	13 Kbits/s (plein debit) 5,6 Kbits/s (demi-débit)
	Traphic Chanel for data	Données utilisateurs	9,6 Kbits/s 4,8 Kbits/s ou 2,4 Kbits/s

II.11. MODULATION

En raison de la forte variabilité de l'amplitude des signaux dans un environnement mobile, on préfère couvrir à une technique angulaire pour ce type d'environnement.

La technique de modulation utilise 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 des fréquences (FM) numériques.

On utilise la GMSK car, en raison de la transition rapide entre deux fréquences (fe - ^?f et fc + ^?f), la modulation par MSK aurait nécessité 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 Ou exclusif (X-OR) entre le bit courant et le bit précédent. Après l'application du X-OR, le signal est filtré. Au bout du compte, il faut une largeur de 200 KHz par fréquence porteuse.

Sachant que le débit atteint 270 (Kbit/s), on atteint un rapport du débit à la largeur de bande appelé efficacité spectrale, proche de 1. Cette valeur est typique pour des environnements mobiles, ce qui signifie que, pour doubler le débit, il n'y a autre solution que de doubler la largeur de bande.

La figure II.4 ci-dessous nous présente la création d'un signal modulé par GMSK.

Figure II.4 : Création d'un signal modulé par GMSK ou départ d'un train binaire

II.12. IMPLANTATION DE SAUT DE FREQUENCE

L'option de saut de fréquence lent (SHF) semble être intéressante pour augmenter la capacité du système GSM. Le saut de fréquence permet de lutter contre les évanouissements sélectifs, c'est-à-dire une diminution momentanée de la puissance de l'onde radioélectrique, lors de la réception grâce à la diversité en fréquence. Habituellement, le saut est activé lorsque la charge du réseau devient importante, et il doit apporter un accroissement notable des performances. Lorsque le saut de fréquence lent est activé, un canal physique ne siège pas sur une seule fréquence mais utilise un ensemble des porteuses. La figure II.5 ci-dessous nous montre la représentation de saut de fréquence.

II.13. NUMEROTATION LIEE A LA MOBILITE

Ø L'IMSI (Identité invariante de l'abonné) ; n'est connu qu'à l'intérieur du réseau GSM ; cette identité doit rester sécrète autant que possible, aussi le GSM recours au TMSI ;

Ø le TMSI ; c'est une identité temporaire utilisée pour identifier le mobile lors des interactions station mobile/réseau. A l'intérieur d'une zone gérée par un VLR, un abonné dispose d'une identité temporaire. Le TMSI codé sur 4 octets et est attribué au mobile de façon locale, c'est-à-dire uniquement pour la zone gérée par le VLR du mobile. Le TMSI est utilisé pour identifier le mobile appelé ou appelant lors de l'établissement d'une communication ;

Ø le MSISDN ; c'est le numéro de l'abonné, c'est le seul identifiant de l'abonné mobile reconnu à l'extérieur du réseau GSM ;

Ø le MSRN ; c'est un numéro attribué lors de l'établissement d'un appel. Sa principale fonction est de permettre l'acheminement des appels par les commutateurs (MSC et GMSC).

II.14. CLASSE DES PUISSANCES DES TERMINAUX

La norme défini pour les terminaux plusieurs classes suivant leur puissances d'émission. Pour le DCS 1800, les terminaux sont en général des portatifs d'une puissance de 1 watt et d'une sensibilité minimale des terminaux de 100 dbm pour ces équipements. Le tableau II.3 ci-dessous présente les valeurs de puissance pour les équipements DCS 1800.

Tableau II.3 : Puissances pour les équipements DCS 1800

II.15. NORMES GSM

Le réseau GSM est système cellulaire entièrement numérique et qui est une norme Européenne. Il est crée pour harmoniser les techniques de télécommunications avec l'appui du progrès de l'information et des codages numériques. Le système GSM est le plus résistant aux brouillages et aux évanouissements par rapport aux systèmes analogiques. Du fait de son infrastructure cellulaire, le réseau offre des bonnes possibilités d'extension de la transmission numérique sur l'interface radio. Il permet aussi un taux optimal de transfert des données. La sécurité offerte par le réseau est nettement supérieure aux anciens systèmes. La radiotéléphonie cellulaire numérique a la même gamme des fréquences qui lui sont utilisées à l'échelon Européen.

La bande de 1800 MHz pour le DCS utilise le même codage des fréquences plus élevées permettant à la plus petite cellule une meilleure pénétration. La bande de 900 MHz selon la technique AMRT ou TDMA. D'autres normes sont mises au point à partir de la norme GSM. Le GSM est donc un système global en ce sens qu'il spécifie un système et ne se limite pas à l'interface radio, mais prend l'ensemble et rend possible l'interconnexion avec différents réseaux. Le GSM est un système AMRT ou TDMA à bande moyenne (200 KHz) et à duplexage fréquentielle où 8 communications simultanées peuvent être multiplexées à la fois sur un même couple de fréquence utilisé. Le tableau II.4 ci-dessous présente les différentes caractéristiques du système GSM 900 et DCS 1800.

	NORMES
Spécifications	GSM 900 MHz	DCS 1800 MHz
Bande de fréquence	Multiplexage fréquentielle 890 - 910 MHz 935 - 960 MHz	1710 - 1785 MHz 1805 - 1880 MHz
Nombre d'intervalle de temps par trame TDMA	8	8
Ecart duplex	45 MHz	95 MHz
Rapidité de modulation	171 Kb/s
Débit de la parole	13 Kb/s (5,6 Kb/s)
Débit maximale des données	12 Kb/s ( 9600 bauds/s ms)
Accès multiple	Multiplexage temporel et fréquentiel et duplexage fréquentiel
Rayon de cellule	0,3 à 30 Km	0,1 à 4 Km
Puissance des terminaux	2 à 8 w	0,2 à 1 w

II.16. CONCLUSION

Dans ce chapitre, nous venons de présenter le système GSM de part son architecture, sa constitution et ses différents principes.

Le GSM est donc un système de deuxième génération entièrement numérique et il est considéré actuellement comme étant le standard mondial des systèmes de télécommunications mobiles dans le monde des réseaux cellulaires.

Voyons maintenant au chapitre suivant, les techniques d'interconnexion entre deux réseaux cellulaires de norme GSM.

CHAPITRE III : INTERCONNEXION ENTRE DEUX RESEAUX GSM

III.1. INTRODUCTION

La mise en place d'un réseau cellulaire nécessite à ce qu'il y ait aussi une bonne communication avec tout autre opérateur oeuvrant dans ce domaine et il doit en tenir compte.

Donc pour pouvoir relier deux réseaux cellulaires (interconnexion), on peut utiliser soit le câble (comme la fibre optique) ou le faisceau hertzien.

Mais dans le cadre de notre travail, nous allons utiliser le principe de faisceaux hertziens, car notre interconnexion se fera par faisceaux hertziens.

III.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Le principe de fonctionnement de ce système est de permettre qu'il y ait la communication entre deux abonnés de deux réseaux GSM différents par faisceaux hertziens, ces abonnés peuvent se parler, se transmettre des messages et se partager des données.

III.3. PRINCIPE DE FAISCEAUX HERTZIENS

III.3.1. Définition

Un faisceau hertzien est un système de transmission des signaux (actuellement numériques) entre deux point fixes. Il utilise comme support les ondes radioélectriques, avec des fréquences porteuses de 1GHz à 40 GHz (domaine des micro-ondes), très fortement concentrées à l'aide d'antennes directives.

Ces ondes sont principalement sensibles aux masquages (relief, végétation, bâtiments, ...), aux précipitations, aux conditions de réfractivité de l'atmosphère et présentent une sensibilité assez forte aux phénomènes de réflexion.

III.3.2. Transmission du signal

Pour chaque liaison hertzienne, on définit deux fréquences correspondant aux sens de transmission.

Pour des raisons de distance et de visibilité, le trajet hertzien entre l'émetteur et le récepteur est souvent découpé en plusieurs tronçons appelés bonds reliés par des stations relais.

Le support radioélectrique utilisé est commun à tout le monde. Les bandes de fréquence représentent donc une ressource rare et leur utilisation est donc réglementée par des organismes officiels nationaux et internationaux. Dans le cas d'un réseau composé de plusieurs bonds ou liaisons proches géographiquement, des problèmes d'interférences peuvent apparaitre affectant la qualité de transmission. La définition d'un bon plan d'attribution de fréquence (et de polarisation) doit permettre de diminuer les perturbations tout en optimisant l'utilisation de la ressource spectrale.

Le signal à transmettre est transposé en fréquence par modulation. L'opération de modulation transforme le signal à l'origine en bande de base, en signal à bande étroite, dont le spectre se situe à l'intérieur de la bande passante du canal. Les modulations utilisées sont :

L'augmentation du nombre d'états réduit pour un débit donné, la bande passante nécessaire d'un facteur 2. En contre partie, la moins bonne tolérance au bruit des signaux modulés suppose une réduction de la portée effective des liaisons.

III.3.3. Caractéristiques des faisceaux hertziens

Elles décrivent les différents types des faisceaux hertziens et les différentes modulations qui sont presque identique à celle de la transmission par câble, à la différence que les faisceaux hertziens utilisent :

Ø Des antennes extrêmement directives à des gains pouvant atteindre plusieurs dizaines de décibels avec de faibles puissances ;

Ø Une succession de stations relais ayant pour chaque sens de transmission : un émetteur, un récepteur et leurs antennes. Les deux stations terminales comportent les équipements de modulation et de démodulation.

III.4. PRINCIPALES ENTITES INTERVENANT DANS LE CONTROLE D'APPEL

Dans le traitement d'un appel, on distingue d'une part l'utilisateur et sa station mobile, et d'autre part, le BSS, le NSS (sous système réseau) et le réseau externe (RTCP ou RNIS par exemple). Dans le NSS, les entités fonctionnelles impliquées dans le contrôle des appels sont : le MSC/VLR, le GMSC et le HLR.

Les protocoles de signalisation permettant la gestion des appels sont les suivants : le niveau CC (Call Control) de l'interface radio et le protocole MAP pour les échanges entre le MSC/VLR et le HLR d'une part, le GMSC et le HLR d'autre part ; le protocole BSS MAP intervient de façon ponctuelle pour la gestion des ressources radio. Les messages de niveau CC sont directement échangés entre MS et MSC grâce au protocole DTAP entre le BSS et le MSC.

Pour les appels internationaux, l'interconnexion avec le réseau téléphonique étranger est assuré par les commutateurs (ou centraux) de transit internationaux (CTI).

III.4.1. Centre de service mobile passerelle (GMSC)

Un gateway est un instrument interconnectant deux réseaux. Le GMSC est l'interface entre deux réseaux cellulaires mobiles et le PSTN (Public Switched Telephon Network). Son but est de sélectionner les appels à partir d'un réseau GSM vers un utilisateur d'un autre réseau (fixe ou mobile).

Le GMSC est souvent implanté dans la même machine (dans le même équipement ou dans un même boitier) que le MSC.

III.5. PRESENTATION DE LA GESTION DU RESEAU

Un réseau de télécommunication se compose des équipements physiques, mais aussi des logiciels associés, qui assurent les fonctions constituant les éléments logiques de base.

Les éléments logiques servent à bâtir les couches du réseau de transmission qui sont des produits (analogiques, numériques). Ces produits permettent d'offrir des services réseaux (services supports, téléservices).

Le concept de réseau de gestion repose sur des règles de dialogue (logique) et des interfaces physiques définies par les organismes internationaux. Le but est de permettre l'interconnexion de matériels de fabricants différents et de les gérer à partir d'interfaces standards. Les équipements possèdent des logiciels pour leur fonctionnement et leur exploitation.

Ils offrent également des canaux intégrés d'exploitation permettant une connexion pour le transport des données vers un centre de gestion de réseau et dans les équipements. En général, l'unité fonctionnelle interroge un équipement pour connaitre son état et la valeur de compteur, et cette unité fonctionnelle traite l'information reçue d'autre cas, la sécurité par exemple, c'est l'application présente dans un équipement qui va émettre une alarme pour signaler un disfonctionnement ou le franchissement d'un seuil, telle que montrée dans la figure III.1 ci-dessous.

III.6. ORGANISATION

Au niveau de l'interface Um, le GSM met en oeuvre deux techniques de multiplexage : un multiplexage fréquentiel (FDMA) et un multiplexage temporel (TDMA). Le multiplexage fréquentiel divise 124 canaux de 2OO KHz de largeur chacun, les deux plages de fréquences : de 890-915 MHz pour la direction des terminaux vers la station de base, et de 935-960 MHz pour la direction de la station de base vers les terminaux, pour offrir 124 voies de communication duplex en parallèle, chaque sens de communication possédant une voie qui lui est réservée.

Le multiplexage temporel partage l'usage d'une voie de transmission entre 8 communications différentes. Un canal de transmission radio offre un débit D par unité de temps, ce débit est divisé en huit pour transmettre successivement les huit communications avec pour chacune un débit d = D/8. Chaque communication occupe un intervalle temporel IT d'une durée de 577us. La somme des 8 IT constitue une trame qui est l'unité temporelle de base. Une trame dure 4,615 ms dans le GSM. Le multiplexage temporel optimise l'utilisation de la capacité de transmission d'une voie.

En téléphonie, le débit moyen est faible, car d'une part les silences sont nombreux dans une conversation, et d'autre part un seul locuteur est actif à un instant donné. Pour une conversation, deux messages successifs de données voyagent dans deux trames successives. Ces messages sont séparés par une durée de 4,615 ms, mais la synthèse vocale restitue la continuité de la parole.

La norme GSM fixe une organisation précise pour les multiples trames qui sont la multitrame, la supertrame et l'hypertrame. Une trame se divisant en 8 intervalles de temps de 0,577 us.

III.7. ETABLISSEMENT D'APPELS

Du point de vue mobile, la procédure d'établissement d'un appel (entrant ou sortant) est strictement identique à celle spécifiée par la norme GSM. Du point de vue de la BTS distribuée, la procédure d'appel comporte la phase de sélection de meilleurs relais serveurs et celle de la sélection de la meilleure ressource disponible sur ces derniers.

Pour un appel sortant, le mobile envoie un burst d'accès (RACCH) sur l'intervalle de temps 0 de la fréquence balise de la cellule à laquelle il est attaché. Ce burst est reçu par l'ensemble des relais de la cellule avec de niveaux de puissance et de qualités différentes ; il se peut que certains relais ne captent pas ce message, mais cela n'a aucune incidence sur la procédure.

Un canal SDCCH est alors alloué (par l'intermédiaire d'un message sur le canal AGCH envoyé par tous les relais de la cellule). Ce canal SDCCH est un circuit de la fréquence balise et est donc actif sur l'ensemble des relais de la cellule. La figure III.2 ci-dessous nous illustre les différentes phases d'établissement d'appels.

Pendant la phase d'établissement de la communication sur le SDCCH, la BTSC peut déterminer quels sont les meilleurs relais serveurs pour cette communication. La procédure de sélection des relais serveurs permet de classer les relais par qualité de réception décroissante. Dans le cas présent, on conserve les deux meilleurs plutôt qu'un seul. Cela a plusieurs avantages ; d'une part on obtient une meilleure qualité de lien radio grâce à un gain de diversité d'émission sur la voie descendante. D'autre part, on sécurise le suivi du mobile car il est la plupart du temps en vue directe avec moins des relais.

Sur ces meilleurs relais serveurs, une ressource radio est allouée. L'allocation de cette ressource revient en fait à choisir un intervalle de temps parmi tous les intervalles de temps disponibles simultanément sur tous les relais serveurs. En effet, la séquence de saut est propre à la cellule et il suffit de choisir un index de séquence de saut différent de ceux déjà alloué sur le même intervalle de temps pour pouvoir le réutiliser dans cette cellule tout en y assurant l'orthogonalité des appels. Pour un appel entrant, la même procédure est suivie après réception par le mobile, cible du message de recherche d'abonné ou paging (PCH) qui est diffusé par l'ensemble des relais de la cellule ou du groupe des cellules appartenant à la même zone de localisation.

L'allocation de la ressource radio sur les meilleurs relais serveurs est un point clé pour maximiser le trafic à une qualité de service donné. Différentes stratégies d'allocation des ressources sont envisageables avec de degrés de complexité variables. Dans la suite, un intervalle de temps est « libre sur un relais » s'il n'est pas déjà occupé par un autre appel sur ce relais et si le niveau d'interférence mesuré pour ce canal est suffisamment bas.

III.8. FONCTIONNEMENT DE LA LIAISON

Dans le fonctionnement de ce système de liaison (interconnexion) entre les abonnés de deux réseaux cellulaires de norme GSM différents, la communication se fait de telle sorte que entre ces deux réseaux, il faudra placer des équipements d'interconnexion (utilisant les principes de faisceaux hertziens) qui serviront à transposer les fréquences de deux réseaux de part et d'autre (c'est-à-dire de transposer la fréquence du premier réseau GSM à la fréquence du deuxième réseau GSM demandé et vice-versa).

Le premier abonné mobile compose le numéro de son correspondant à partir de son terminal, le signal quitte son terminal et parcourt tout le sous-système radio (entité qui gère les ressources radio dans un réseau cellulaire GSM) et sera ensuite transmis au sous-système réseau pour la vérification de ses droits d'usages.

Ce signal après qu'il soit vérifié, il sera à nouveau commuté vers le MSC (qui se comportera cette-là en GMSC) parce que c'est un commutateur par où sortent et entrent les appels d'interconnexion, et qui fait aussi office de commutateur qui sert de liaison entre le sous-système radio et le sous-système réseau d'un réseau GSM.

Le signal sort par le commutateur pour aller vers le réseau demandé (dans le cadre de notre travail, c'est un autre réseau GSM) en passant par l'équipement d'interconnexion (ceci se fait pour un appel sortant).

A la réception, le signal sera reçu d'abord par l'équipement d'interconnexion, pour la transposition en fréquence et sera routé vers le commutateur MSC qui jouera le rôle de GMSC pour entre dans le sous-système réseau pour les vérifications des droits d'usages avant de passer au sous-système radio pour atteindre le correspondant demandé.

Cela se fait dans les deux sens en suivant la même procédure pour permettre qu'il y ait la communication entre les deux abonnés de deux réseaux GSM différents. Mais toutefois, cette interconnexion se fait par faisceau hertzien. La figure III.5 ci-dessous nous présente la synoptique d'une liaison d'interconnexion par faisceau hertzien.

Figure III.5 : Synoptique d'une liaison d'interconnexion de deux réseaux GSM par faisceaux hertziens

III.8.1. Cas particulier en international

Considérons le cas d'un abonné mobile d'un PLMN 1 qui est en déplacement sous le PLMN 2 d'un autre pays. Dans le paragraphe précédent, la procédure d'inscription a été décrite. Les échanges de messages sont maintenant analysés dans le cas où l'abonné mobile est en communication avec un abonné fixe du pays P3.

III.8.1.1. Appel sortant international

L'abonné mobile désire appeler l'abonné du pays P3. Il entame une procédure d'appel, similaire au cas d'un appel national. Le VMSC/VLR lit le profil de l'abonné (restriction d'appel en particulier) et vérifie que l'appel est autorisé. Le VMSC établit l'appel par l'intermédiaire d'un centre de transit international à partir duquel il est routé vers le pays destinataire toujours sur la base du numéro composé. Dans ce cas, le PLMN1, qui est le PLMN nominal de l'abonné, n'intervient pas dans l'établissement d'appel.

A la fin de la communication ou ultérieurement, le VMSC/VLR va transmettre les données de facturation au PLMN1 pour que l'opérateur puisse facturer directement la communication à l'abonné comme le montre la figure III.4 ci-dessous.

III.8.1.2. Appel entrant international

Un abonné du réseau fixe situé dans le pays P3 appelle l'abonné mobile. La succession des étapes est représenté sur la figure III.6. L'appel est systématiquement routé vers le pays P1 en utilisant le réseau téléphonique international. Il arrive donc à un centre de transit international du pays P1 puis il est routé vers le MSC le plus proche qui agit en GMSC.

La procédure d'interrogation s'effectue alors normalement comme dans le cas d'un appel national mais l'échange des données entre le HLR et le VMSC/VLR met en oeuvre le réseau sémaphore international (utilisant donc un ou des PTS internationaux).

Le numéro MSRN transmis au GMSC correspond à un numéro hors de son domaine national. Le GMSC établit le circuit téléphonique vers le VMSC en passant par le réseau fixe. La suite de l'appel est identique au cas de l'appel national. Le HLR et le VLR ne se trouvent pas à l'intérieur de même réseau SS7.

La couche SCCP est donc absolument nécessaire pour assurer les dialogues entre le HLR et le VLR. Lors d'une inscription, le HLR mémorise l'adresse du VLR courant du mobile et la place dans le message émis. Celle-ci est utilisée par le SCCP comme appellation globale. La figure III.5 ci-dessous montre l'entité mis en jeu dans un appel entrant international.

III.9. GESTION DES RESSOURCES RADIO

Dans un réseau cellulaire, la liaison radio entre un portable et une base n'est pas allouée définitivement pour toute la conversation. Le « hand over » ou « l'itinérance », représentent la commutation d'un appel en cours vers un autre canal ou une autre cellule.

Il y a quatre types de hand over, qui se distinguent suivant les composants qu'ils mettent en jeu. Ainsi les changements peuvent se faire entre :

Ø cellules sous le contrôle de différents BSC, mais qui appartiennent au même MSC ;

Les deux derniers types de hand over, appelés hand over externes, sont dirigés par le MSC. Dans le cas de changement de cellule sous le contrôle de différents BSC qui appartiennent au même MSC, on parle de MSC d'origine (« anchor MSC »). Dans le cas où le changement entraine un changement de MSC, on parle de MSC relais (« relay MSC »). Ce dernier reste responsable des fonctions principales, à l'exception des hands over.

Les hands over peuvent donc être mis en place soit par le portable, soit par le MSC. Ainsi, pendant ces « times slots » inutilisés, le portable scanne « les canaux de contrôle des diffusions » (BSC) des cellules avoisinantes. Il constitue ensuite une liste de six meilleures cellules, basée sur l'intensité du signal. Ces informations sont envoyées au BSC et au MSC, au moins une fois par seconde et vont être utilisée dans l'algorithme du hand over.

Le BSC ne sait pas en général si le faible signal dû à des fortes perturbations (« multipath fading ») ou au fait que le portable est passé dans une autre cellule. C'est pourquoi, le BSC va utiliser un algorithme. Il en existe deux principaux basés sur le contrôle de l'énergie, mais un seul est utilisé, il est choisi par les opérateurs.

Ø l'algorithme du « minimum des performances acceptable » donne la priorité à la maitrise de l'énergie par rapport au hand over. Ainsi, lorsque le niveau du signal est en dessous d'un certain point, la puissance du portable est augmentée. Si cela n'augmente pas la qualité du signal, alors un hand over est mis en place. C'est la plus simple et la plus commune des méthodes utilisées mais son désavantage est de déformer les limites des cellules lorsqu'un portable communique à son pic de puissance et se déplace en dehors des limites de sa cellule.

Ø L'algorithme du « minimum de puissance » utilise les hands over pour essayer de conserver ou d'améliorer la qualité du signal avec autant ou moins de puissance. Ce système évite les déformations des limites des cellules et réduit les interférences entre canaux, mais il est très compliqué.

III.10. GESTION DES COMMUNICATIONS

Comme un utilisateur de téléphone portable peut se déplacer sur toute la couverture du pays, et même dans les autres pays couverts par le GSM, il faudra un système de numérotation adapté. Le numéro que l'on compose depuis un poste fixe est le numéro MSISDN. Ce numéro est composé des chiffres du pays de l'abonné, d'un code qui identifie l'opérateur, puis des chiffres qui correspondent au HLR de l'utilisateur.

Durant tout le processus de recherche, l'abonné est identifié par l'IMSI (se trouvant dans sa carte SIM). Un appel depuis un poste fixe passe par le GMSC, qui route l'appel vers le HLR correspondants. De façon générale, le GMSC demande au HLR de lui fournir un MSRN. Le HLR le demande alors au VLR actuellement en cours. Le VLR donne un MSRN parmi ceux qui sont encore disponibles. Ce numéro va maintenant servir d'intermédiaire, il est important et sert à router l'appel du GMSC vers le MSC/VLR correspondant à la zone où se situe le portable.

III.11. CONCLUSION

Dans ce chapitre, nous venons de faire une étude sur l'interconnexion entre deux réseaux cellulaires de norme GSM.

Nous avons défini les paramètres nécessaires pour cette liaison et nous avons aussi donné le principe de fonctionnement de la liaison et nous avons en plus défini le cas particuliers en international.

CONCLUSION GENERALE

Au terme de ce travail de fin de cycle de graduat intitulé « Interconnexion de deux réseaux cellulaire GSM par faisceaux hertziens », notre préoccupation est de montrer à nos lecteurs les principes d'interconnexion entre deux réseaux cellulaires de norme GSM.

Pour y parvenir, nous avons au premier chapitre expliqué les réseaux cellulaires d'une manière générale tout en expliquant ses différents principes et caractéristiques.

Ensuite, au deuxième chapitre nous avons étudié le système GSM qui est une norme de téléphonie mobile de deuxième génération et qui est une technologie entièrement numérique, travaillant sur des bandes moyennes à duplexage fréquentiel où huit communications simultanées peuvent être multiplexées sur un même couple de fréquence utilisé, avec une technique d'accès temporel (TDMA).

Enfin, au troisième chapitre, nous avons expliqué l'interconnexion de deux réseaux cellulaires de norme GSM par faisceaux hertziens d'où nous avons en premier lieu expliqué le principe des faisceaux hertziens et nous avons aussi expliqué le fonctionnement de cette liaison (interconnexion).

Toutefois, nous restons ouverts à toutes les éventuelles remarques pouvant encore éclairer ce travail, car dit-on qu'une oeuvre humaine présente quelques fois des insuffisances. Quant à nous, nous croyons avoir fait une oeuvre utile et susceptible d'être un modèle pour tous ceux qui auront besoin de traiter un cas dans ce domaine.

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUES

[1] Ange LANGA : « Etude sur les équipements de transmission du sous système radio dans un réseau cellulaire » TFE, ISTA-Kinshasa 2004.

[2] Patrick DAWE : « Etude sur les techniques de la gestion de la sécurité et des appels dans un réseau cellulaire de norme GSM, TFE, ISTA-Kinshasa, 2008.

[3] Eddy NTEKEBA : « Cours de téléphonie mobile », Syllabus, ISTA-Kinshasa 2003.

[4] Xavier LAGRANGE : « Les réseaux GSM » et « Les réseaux radiomobiles » Edition Hermes-science, Paris.

[5] Cédric DEMOULIN et Marc DROOGENBROECK : « Principes de base du fonctionnement du réseau cellulaire GSM » Document au format PDF, Institut Montefiore, Liège, Belgique ;

TABLE DES MATIERES

Epigraphe ............................................................................................................ i

Dédicaces ............................................................................................................ ii

Remerciements ..................................................................................................... iii

INTRODUCTION GENERALE .................................................................................. I

1. Bref historique ............................................................................................. I

2. Problématique .............................................................................................. I

3. Objectif ..................................................................................................... I

4. Méthodologie ............................................................................................. II

5. Subdivision du travail .................................................................................... II

INTERCONNEXION ENTRE DEUX RESEAUX CELLULAIRE DES NORMES PAR FAISCEAUX HERTZIENS CAS DE VODACOM et CCT CONGO KINSHASA

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Interconnexion entre deux réseaux cellulaires des normes GSM par faisceau hertziens cas de vodacom et CCT Congo Kinshasa

CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES RESEAUX CELLULAIRE

I.1. INTRODUCTION