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Etude portant sur la transmission des signaux multimedia dans un reseau de telephonie mobile de la 3ème generation « cas de routage de données et de la voix dans le réseau UMTS »( Télécharger le fichier original )par Elie MVUBU MAYEMBA ESMICOM Kinshasa - Graduat 2011 |
CHAPITRE I : NOTION DE TELEPHONIE MOBILE ET MIGRATION 2G - 3GI.1. IntroductionLa téléphonie mobile est un moyen de télécommunication par téléphone sans fil. Ce moyen de communication s'est largement répandu vers la fin des années 1990. Grâce à la téléphonie mobile, l'abonné a la possibilité de passer sa communication à n'importe quel endroit (en voiture, en train, à pied...) en état de mobilité ou pas. I.2. De la téléphonie fixe à la téléphonie mobile Contrairement à la téléphonie fixe qui utilise des câbles pour la liaison entre l'abonné et le réseau, la téléphonie mobile offre les services de la mobilité à un abonné. Et pour passer la communication, l'abonné a maintenant la possibilité de maintenir sa communication tout en se déplaçant. A travers les services de la mobilité, la ligne d'Abonné qui relie chaque utilisateur au réseau n'est plus assurée par câbles mais plutôt par ondes radioélectriques. I.2.1. La Radiotéléphonie La téléphonie mobile est fondée sur la radiotéléphonie, ce qui veut dire la transmission de la voix s'effectue à l'aide d'onde radioélectrique. A cet effet, pour chaque communication, une paire de fréquences est attribuée à chaque Abonné pour une communication duplex, c'est-à-dire une fréquence pour l'émission et une autre fréquence pour la réception. I.2.2. La radiocommunication par téléphone mobile La radiocommunication est la télécommunication par ondes radioélectriques. La radiocommunication a plusieurs normes, qui sont : 1. Advanced Mobile Phone System (AMPS) : Norme analogique de première génération déployée aux Etats - Unis ; 2. CDMA 2000 : Evolution de troisième génération (3G) du CDMA (incompatible avec l'UMTS) principalement destinée à être déployée en Amérique du Nord ; 3. Code Division Multiple Access (CDMA) : Norme de seconde génération ; 4. Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) : Norme dérivée du GSM permettant un débit de données plus élevé pour un utilisateur stationnaire. On le qualifie souvent de 2.75G car l'évolution du GPRS ; 5. General Packet Radio Service (GPRS) : Norme dérivée du GSM permettant un débit de données plus élevée. On le qualifie souvent de 2.5G ; 6. Global System for Mobile Communication (GSM) : Norme numérique (2G) mise au point sur la gamme de fréquence de 900 MHz. Une variante appelée Digital Communication System (DCS), cette norme est particulièrement utilisée en Europe, en Afrique, au Moyen-Orient et en Asie ; 7. Radiocom 2000 : Norme analogique de première génération (1G) déployée en France par France Télécoms ; 8. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) ou Wideband génération du CDMA (incompatible avec le CDMA 2000) ; aussi déployée ailleurs dans le monde, au Canada et aux Etats - unis notamment ; 9. High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) : Evolution de 3G+ ou encore 3,5G ; 10. High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) : Amélioration de la 3G+ (3,75G) pour l'émission de données (téléchargement de données packet du terminal vers l'opérateur). I.3. Le concept cellulaire I.3.1. Principe Voici les caractéristiques principales de la téléphonie mobile : 1) Pour l'établissement de la communication, une paire de fréquences est attribuée à l'Abonné et lui est retirée à la fin de sa session de communication ; 2) Une fois l'Abonné est en communication, il est pris en charge par une cellule et en se déplaçant, il quittera sa cellule pour une autre et à ce moment la nouvelle cellule le prend en charge ; il n'y aura aucune interruption lors du transfert de sa communication vers la nouvelle cellule ; tout ce processus se fait automatiquement ; 3) Lorsqu'une paire de fréquences est allouée à un Abonné, celle-ci peut être réutilisée dans une autre cellule non-adjacente à la première afin d'éviter les interférences. I.3.2. Les cellules Les réseaux de téléphonie mobile sont basés sur la notion de cellule, c'est-à-dire des zones circulaires qui se chevauchent afin de couvrir une zone géographique. 2 7 3 1 6 4 5 Figure I.1 : Subdivision de la zone à couvrir en cellules Il existe plusieurs types des cellules selon le rayon à couvrir : · Les macro - cellules : Ce sont des cellules qu'on retrouve dans des zones rurales de faible densité de population, ces cellules ont des tailles qui peuvent atteindre 30km (de 0,5 à 30km) ; · Les micro - cellules : Ce sont des cellules qu'on retrouve dans des zones urbaines de forte densité de population, ces cellules ont des tailles de quelques centaines de mètre de rayon (de 50 à 500 mètres de rayon) ; · Les pico - cellules : Ce sont des cellules pour la couverture à l'intérieur des bâtiments (de 5 à 50 mètres de rayon). Les réseaux cellulaires reposent sur l'utilisation d'émetteur - récepteur central au niveau de chaque cellule appelée « Station de base » (en anglais Base Transceiver Station, notée BTS). Dans un réseau cellulaire, chaque cellule est entourée de 6 cellules voisines (c'est la raison pour laquelle on représente généralement une cellule par un hexagone). Afin d'éviter les interférences, les cellules adjacentes ne peuvent pas utiliser la même fréquence. En pratique, deux cellules possédant la même gamme de fréquences doivent être éloignées d'une distance représentant deux à trois fois le diamètre de la cellule. 1 2 3 1 2 3 D D 1 1 2 3 4 2 3 4 Figure I.2 : Motifs à 3 et 4 cellules
D : Distance de réutilisation R : Rayon des cellules N : Nombre de cellules dans le motif I.4. Le Standard GSM I.4.1. Caractéristiques Le standard GSM a les particularités suivantes : · L'utilisation de la carte prépayée qui donne à l'abonné la possibilité d'effectuer des appels à partir de son poste téléphonique mobile ;
· L'introduction de la carte SIM (Subscriber Identity Module) qui est le seul trait d'union entre l'abonné mobile et le réseau cellulaire. Le Mobile Station (MS) comprend deux parties essentielles, à savoir :
I.4.2. Architecture du réseau GSM I.4.2.1. Constitution Le réseau de radiotéléphonie se décompose en trois sous-ensembles, qui sont : - Le sous-système radio BSS (Base Station Sub-System) - Le sous-système d'acheminement NSS (Network Sub-System) - BTS BSC BTS MSC OMC-N OMC-R NMC HLR VLR EIR AuC M E SIM «OSS« Interface D Interface A Interface Abis Interface Um (air) MS Int. C Int. B Int. F «NSS« «BSS« Le sous-système d'exploitation et de maintenance OSS (Operating Sub-System) Figure I.3. : Architecture du réseau GSM I.4.2.2. Fonctionnement du réseau GSM Comme évoqué au point précédent, le réseau GSM est décomposé en trois sous-ensembles, et ces sous-ensembles ont à chacun son rôle ainsi que ses composants. 1) Le sous-système radio Il assure les transmissions et gère la ressource radio. Ce dernier est constitué de : - Station mobile ; - Station de base ; - Contrôleur de station de base. a. Station Mobile La Station Mobile (MS : Mobile Station) est un équipement terminal muni d'une carte SIM, qui permet à un Abonné d'accéder aux services de télécommunication d'un réseau de téléphone mobile.
Carte SIM Mobile Station Figure I.4. La station mobile constitué de l'équipement mobile et de la carte SIM b. La Station de base (BTS : Base Transceiver Station) Une station de base est un ensemble émetteur - récepteur qui assure la couverture radioélectrique d'une cellule en réseau. Elle joue le rôle d'un relais entre le terminal mobile qui est le MS et le sous-système réseau. BTS MS Station de base (BTS)
Figure I.5. : Liaison MS - BTS c. Le Contrôleur de Station de base (BSC : Base Station Controller) Le contrôleur de Station de base gère une ou plusieurs stations de base et remplit aussi les différentes missions pour les fonctions de communication et d'exploitation. Elle gère tous les déplacements des abonnés entre les zones de couverture.
2) Le Sous - Système d'acheminement (NSS) Il réalise les fonctions d'établissement des appels et de la mobilité. Il est constitué de : - Commutateur (MSC) - Enregistreur de localisation d'accueil (VLR) - Centre d'authentification (AuC) a. Commutateur (MSC) Le Commutateur (MSC : Mobile Switching Center) assure l'interconnexion du réseau de radiotéléphonie avec le réseau téléphonique public, il effectue les commutations nécessaires pour les mobiles situés dans la zone de location. Le Commutateur est un noeud important du réseau, il donne accès vers les bases de données du réseau et vers le Centre d'authentification qui vérifie les droits des abonnés. Ce dernier assure aussi l'établissement des communications. b. Le registre de localisation (HLR) Le HLR ou Home Location Registre est une base de données qui gère les abonnés d'un opérateur. D'autre part, le HLR est une base de données de localisation. Dans le cas d'implantation, à chaque abonné est associé un HLR unique, de façon indépendante de la localisation momentanée d'un abonné. Le réseau identifie le HLR du numéro d'appel.
c. L'enregistreur de localisation visiteur (VLR) Le VLR (Visitor Location Register) est une base de données qui mémorise les informations aux abonnés présents dans la zone géographique du MSC ou la zone de localisation (LA). Les données mémorisées par le VLR sont similaires aux données du HLR, mais concernant seulement les abonnés mobiles présents dans la zone considérée, le VLR a une information de localisation plus précisé que le HLR. d. Le centre d'Authentification Le Centre d'authentification (AuC : Authentification Center) mémorise pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les demande de services et pour chiffrer les communications.
e. L'enregistreur d'identification des équipements Le EIR (EIR : Equipment Identity Register) joue le rôle de base de données des équipements d'abonnés enregistrés sur le réseau et permet aussi d'identifier les terminaux ou de bloquer les appels provenant des terminaux non autorisés, défectueux ou volés. 3) Le Sous - Système d'Exploitation et de Maintenance (OSS) L'OSS (Operating Sub-system) permet à l'exploitant d'administrer son réseau ou encore l'administration du réseau consiste à évaluer ses performances et optimiser l'utilisation des ressources de façon à offrir un niveau de qualité aux usagers. Cette administration se fait à plusieurs niveaux : · Administration commerciale (déclaration des abonnées, terminaux, facturations) ; · Gestion de sécurité ; · Exploitation et gestion de performance ; · Contrôle de la configuration du système ; · Maintenance. Le Centre d'administration et de maintenance OMC (Operation and Maintenance Center) est décomposé en deux centres, qui sont : - L'OMC - N - L'OMC - R - L'OMC - N : Le Centre d'exploitation et de Maintenance du sous-système réseau (OMC-N : Operation and Maintenance Center - Network) supervise, détecte et corrige les anomalies du NSS) ; - L'OMC - R : Le Centre d'exploitation et de Maintenance OMC-R (Operation and Maintenance Center - Radio) exploite et maintient le sous - système radio. I.4.3. Le Hand-Over Avec le réseau de téléphonie mobile, un abonné qui est en communication effectue un déplacement. Au cours de ce déplacement, il est possible qu'il sorte de sa cellule. Donc, il est nécessaire alors de changer de BTS tout en maintenant sa communication. En définition, le Hand-Over est le passage d'une BTS à une autre ou encore un transfert intercellulaire c'est-à-dire changement d'une cellule à une autre. Lorsqu'un MS est à la périphérie d'une cellule : · Comme la zone couverte par une antenne étant limitée, lorsqu'un terminal mobile en déplacement s'approche de la périphérie de sa cellule, la puissance de transmission s'affaiblit ; · Cet affaiblissement est directement détecté par le réseau et le commutateur ordonne aux cellules environnantes de mesurer le niveau du signal de l'abonne en détresse ; · Le réseau cherche alors à déterminer quelle BTS convient pour restaurer un signal de qualité optimale et l'abonné sera pris en charge par la cellule ayant mesuré le maximum de niveau possible ; · Cette opération est imperceptible à l'oreille de l'usager (abonné) et sa durée moyenne est de 20ms ; · Chaque terminal mobile affiche la qualité de communication avec le réseau ; · Lors du changement de cellule, le réseau fait remonter l'information pour déterminer la nouvelle BTS ; · La BTS indique aux équipements du réseau, BTS et MSC, qu'un Hand-Over doit se faire ; · Le Hand-Over peut entraîner le changement du contrôleur de Station de Base, le BSC, et même du Commutateur mobile, le MSC.5(*) I.4.4. L'itinérance Cette fonction permet au système de connaître à tout instant la position d'un abonné, elle est nécessaire pour pouvoir le joindre. Le réseau cellulaire est partagé en zones de localisation. Chaque zone regroupe jusqu'à quelques dizaines de cellules. La méthode de localisation la plus couramment employée est celle de la mise à jour sur changement de zone de localisation. Chaque station de base diffuse périodiquement sur une voie balise le numéro de la zone de localisation à laquelle elle appartient. De son côté, le mobile écoute périodiquement la voie balise et stocke le numéro de la zone de localisation dans laquelle il se trouve. Si le mobile s'aperçoit que le numéro reçu est différent de celui stocké précédemment, il signale sa nouvelle position au réseau. Il existe également une mise à jour de localisation périodique où le terminal émet à intervalles constants des messages au réseau pour lui signaler sa position courante. I.5. Migration 2G - 3G I.5.1. La 2ème Génération de téléphonie mobile La seconde génération de réseau mobile (notée 2G) a marquée une rupture avec la première génération de téléphonie cellulaire grâce au passage de l'analogique vers le numérique. Grâce aux réseaux 2G, il est possible de transmettre la voix ainsi que des données numériques de faible volume, par exemple des messages textes (SMS, pour Short Message Services) ou des messages multimédia (MMS, pour Multimedia Message Service). La norme GSM permet un débit maximal de 9,6Kbits/s. Des extensions de la norme GSM ont été mises au point afin d'améliorer le débit. C'est le cas notamment du standard GPRS et EDGE. I.5.2. Etapes de transition : GPRS et EDGE L'évolution de la 2G vers la 3G s'est faite par étapes en passant par des systèmes intermédiaires qui sont le GPRS (2,5G) et le EDGE (2,75G). I.5.2.1. Le GPRS Le GPRS (General Packet Radio System) représenté par 2,5G permet d'obtenir des débits de l'ordre de 114 à 171,2 Kbit/s. Beaucoup d'applications informatiques nécessitent des débits importants pour leurs transmissions. Et avec le GSM, la transmission se fait en mode circuit ce qui provoque des inconvénients. Maintenant le GPRS fait la transmission des données en mode paquet. Le GPRS n'est pas un réseau mobile à part entière comme le GSM mais une couche supplémentaire rajoutée au réseau GSM existant. - Il peut être installé sans aucune licence supplémentaire ; - Le GPRS utilise les bandes de fréquences attribuées au GSM ; une bande dans les 900MHz, une autre dans les 1800MHz et une pour les Etats-Unis, dans les 1900MHz ; - Le GPRS est conçu pour réutiliser au maximum les infrastructures GSM existantes.
Figure I.6 : Architecture du réseau GPRS Constitution Le réseau GPRS est un réseau fédérateur constitué de deux éléments : · Le routeur SGSN · La passerelle GGSN I.5.2.2. Le EDGE La norme EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), présentée comme 2,75G multiplie par quatre les améliorations du débit de la norme GPRS en annonçant un débit théorique de 384Kbit/s ce qui ouvre aussi la porte aux applications multimédias. Comme le GPRS, l'implantation du EDGE peut être effectuée sur un réseau GSM existant. Le déploiement du EDGE nécessite aussi la mise en place d'une infrastructure réseau basée sur la commutation de paquets et l'introduction de passerelles pour accéder aux réseaux GSM existants en intégrant la modulation 8-PSK (Phase Shift Keying à 8 état) dans les BTS I.5.3. La 3ème Génération de téléphonie mobile La 3ème Génération de téléphonie représentée par 3G offre des débits variables et importants aux utilisateurs de façon à leur permettre de communiquer et de réaliser aisément des applications multimédias telles que la transmission de vidéo, la vidéo - conférence ou l'accès à l'Internet haut débit. Les réseaux 3G utilisent des bandes de fréquences différentes des réseaux précédents : 1885 - 2025MHz et 2110 - 2200MHz. La 3G propose d'atteindre des débits supérieurs à 144 Kbit/s. la principale norme 3G utilisée en Europe s'appelle UMTS (Universal Telecommunications System). La technologie UMTS utilise la largeur de la bande passante de 5MHz pour le transfert de la voix et de données avec des débits pouvant aller de 384Kbit/s à 2Mbit/s.
Figure I.7 : Architecture du réseau UMTS Le tableau suivant récapitule les générations de téléphonie mobile ainsi que leurs débits. Tableau 1.1. : Evolution des systèmes de téléphonie mobile6(*)
I.5.4. Processus de migration du GSM vers l'UMTS Les applications futures pour la téléphonie mobile vont réclamer une bande passante et un support mieux adapté à leurs besoins en terme de qualité de service, y compris sur l'interface air. Le GPRS est le point de passage naturel de l'évolution GSM et l'UMTS. Lorsque les deux interfaces GSM/GPRS et UMTS/GPRS cohabiteront, la continuité de service sera assurée grâce aux terminaux multi-modes. Des solutions de réutilisation existent pour la protection des investissements. Les différents standards de téléphonie mobile à travers le monde évoluent vers une solution similaire au point de vue de l'interface radio afin de faciliter la compatibilité des différents réseaux de téléphonie mobile. I.5.5. Principe de passage 2G - 3G Pour mettre en place un réseau de la 3ème génération, un opérateur doit compléter son offre existante par l'apport aux nouveaux services en mode paquet complétant ainsi les réseaux GSM et GPRS. Le réseau de la 3ème génération demande l'exploitation de nouveaux matériels comme : la Station Radio de Base, appelé Node B, et le Contrôleur de réseau radio, le RNC (Radio Network Controller). Les modifications matérielles sont importantes, si on veut faire le passage de la 2ème génération à la 3ème génération, les investissements en architecture sont conséquents puisque le mode de communication entre les terminaux 3G et les BTS (appelé Node B) est différent. I.6. Conclusion Dans ce chapitre nous avons énoncé les principes et le fonctionnement des systèmes de téléphonie mobile. Nous avons également analysé l'évolution des systèmes de téléphonie mobile de la 2G vers la 3G qui s'est effectuée par étapes. * 4 ZANDI, S., Cours de téléphonie fixe et mobile, inédit, G1 informatique (TR), ESMICOM, Kinshasa, 2009-2010, P.46 * 5 ZANDI, S., Op.cit., P.62. * 6 www.commentcamarche.com, Avril 2011. |
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