GSM

1. Grow with us
GSM
Global System
for Mobile Communications
Par :
Lassaad ELAABIDI
Cynapsys Software
Engineering,

2. Plan
1. Architecture du réseau GSM
1.1. Architecture du réseau d’accès radio BSS
1.2. Architecture du réseau cœur NSS
1.3. Fonctionnalités du réseau GSM
1.4. Entités de base
1.5. Différents cas de Handover intercellulaire
1.6. Composition d’un site Radio GSM
1.7. Interfaces dans GSM
1.8. Modèle OSI dans GSM
1.9. Services GSM
1.10. Principales bandes de fréquences GSM dans le monde
2. Architecture d’un réseau GSM/GPRS
3. Intégration EDGE
4. Conclusions
2

3. Architecture du réseau GSM (1/20)
Un réseau GSM (Global System for Mobile communications) est constitué de quatre sous-s
- Base Station: la Station Mobile MS
- Base Station Sub-system: le Sous-Système Radio BSS
- Network and Switching Sub-system: le Sous-Système Réseau NSS
- Operation and Support Sub-system: le Sous-Système d’exploitation et de maintenance OSS
3

4. Architecture du réseau GSM (2/20)
NB. Le BSS et le NSS sont reliés, via un LAN ou WAN, par l’OSS ou bien l’OMC (Operation
and Maintenance Center ou bien OSS; Operation and Support Sub-system) qui est
utilisé pour configurer et maintenir le réseau depuis une location centrale.
4

5. Architecture du réseau GSM (3/20)
Architecture du réseau d’accès radio BSS
Il assure les transmissions radioélectriques et gère les ressources radio
Equipement
Mobile
Contenant toutes les informations d’abonnement
5

6. Architecture du réseau GSM (4/20)
Architecture du réseau cœur NSS
Comprend l’ensemble des fonctions nécessaires à l’établissement des appels et à la gestion
de la mobilité (en charge de la gestion des services à commutation de circuits: voix, fax,
SMS, données,...)
6

7. Architecture du réseau GSM (5/20)
Fonctionnalités du réseau GSM
MS BSS NSS
7

8. Architecture du réseau GSM (6/20)
Entités de base
BTS: Base Transceiver Station: station de base qui assure la transmission/réception radio
entre mobiles et réseau:
- Gestion de la couche physique (multiplexage TDMA, modulation/démodulation RF,
égalisation, chiffrement, entrelacement,…)
- Gestion de la couche liaison de données (LAPDm) Structure d’une trame GSM
- La capacité d’une BTS est mesurée en nombre d’émetteurs/récepteurs supporté (nombre
de modules TRX; Trans-Receiver)
- Un TRX est un module électronique qui assure l’émission et la réception d’une trame à 8
canaux Full-Duplex: les deux interlocuteurs peuvent parler en même temps
8

9. Architecture du réseau GSM (7/20)
Entités de base
BTS: Base Transceiver Station
- La zone d’action d’une BTS est appelée cellule
Une
fréquence
utilisée dans
une cellule ne
doit pas être
Site
Site réel
utilisée dans les hexagones voisins Hard-Handover
théorique
Hexagone
9 Couverture d’un site Radio

10. Architecture du réseau GSM (8/20)
Entités de base
BSC: Base Station Controller: un contrôleur de station de base peut gérer et superviser
plusieurs stations de base (BTS); c’est l’organe « intelligent » du BSS
Les principales tâches d’un BSC sont:
- Gestion des ressources radio: allocation des canaux
- Contrôle de puissance des MS et BTS
- Décision et exécution des mécanismes de Handover
- Concentration du trafic vers le MSC
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11. Architecture du réseau GSM (9/20)
Entités de base
BSC: Base Station Controller
La capacité d’un BSC est mesurée par trois paramètres:
- Nombre de TRX
- Charge maximale en trafic (en Erlang)
- Le nombre de ports physiques
BTS + BSC = Sous Système Radio BSS; Base Station Sub-system
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12. Architecture du réseau GSM (10/20)
Entités de base
MSC: Mobile services Switching Center: c’est un commutateur en charge de la gestion
des services en mode circuit des stations mobiles qui sont enregistrées dans la zone
géographique qu’il gère
Le rôle d’un MSC est:
- Gestion des appels
- Gestion des Handover
- Interconnexion avec le réseau public fixe (RTCP) via Gateway MSC (GMSC)
- Gestion des terminaux visiteurs à travers son VLR
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13. Architecture du réseau GSM (11/20)
Entités de base
MSC: Mobile services Switching Center
La capacité d’un MSC est mesurée en:
- Trafic en Erlang
- BHCA; Busy Hour Call Attemps
Nombre d’appels fait pendant une heure la plus occupée du jour (peak hour))
GMSC: Gateway MSC
Passerelle MSC, un routeur qui, effectue le routage des appels venant du RTC vers le
MSC du destinataire et vice-versa.
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14. Architecture du réseau GSM (12/20)
Entités de base
HLR: Home Location Register: registre des terminaux locaux; base de données contenant:
- Toutes les informations d’abonnements IMSI, MSISDN, services autorisés,…
IMSI: International Mobile Subscriber Identify; identité permanente du mobile auprès du
réseau GSM; elle n’est pas connue par l'utilisateur
MSISDN: Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number;
numéro international d’un abonné: c’est par ce numéro qu’il peut appeler ou être appelé
- Adresse du VLR où le mobile est localisé
VLR: Home Location Register: registre des terminaux visiteurs; BD contenant:
- Les informations précises sur la position de l’abonné et son déplacement dans une
zone de localisation (Location Area: consiste en un ensemble de cellules gérées par
un même et unique MSC/VLR)
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15. Architecture du réseau GSM (13/20)
Entités de base
EIR: Equipment Identify Register: registre des identifiants des équipements mobiles
- Base de données répertoriant les terminaux mobiles (conditions d’abonnement)
- Elle contient également des informations grossières sur la localisation de l’abonné
AuC: Authentification Center: centre d’authentification
- Il s’agit d’un élément chargé de vérifier l’identité des utilisateurs
- C’est une BD stockant les informations confidentielles (contenant les paramètres utilisés
pour la gestion de la sécurité de l’accès au système)
GMSC + MSC/VLR + HLR/AuC/EIR = Sou
Système Réseau NSS;
Network and Switching Sub-system
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16. Architecture du réseau GSM (14/20)
Différents cas de Handover intercellulaire
Intra BSC Inter-System (exemple entre GSM et UMTS)
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17. Architecture du réseau GSM (15/20)
Composition d’un site Radio GSM
- Supports d’antennes: un pylône (monopôle, à base triangulaire, à base rectangulaire),
pylônet ou un mât (6m,9m) servent à la fois pour la fixation des antennes GSM
et des antennes des liaisons FH (Faisceaux Hertziens)
- Feeder: câbles coaxiaux assurant la liaison entre les antennes et la BTS
Antennes
- Antennes
- Les équipements radio (BTS) sont abrités généralement au Feeder Pylône
pied du pylône
- Interfaces et équipements de transmission (vers le BSC)
BTS
17
Pylônes

18. Architecture du réseau GSM (16/20)
Interfaces dans GSM
Interface Liaison
MS – BTS
Um: interface air ou radio MS : Mobile Station
Abis
A
BTS – BSC BTS : Base Transceiver Station
BSC : Base Station Controller
MSC : Mobile services Switching Center
VLR : Visitor Location Register
HLR : Home Location Register
EIR : Equipment Identify Register
BSC – MSC ou BSS –
NSS
MSC – VLR
B
C MSC – HLR
D VLR – HLR
E MSC A – MSC B
MSC – EIR
F
AuC : Authentication Center
GMSC : Gateway MSC
G VLR A – VLR B
HLR – AuC
H
RTC GMSC – MSC
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19. Architecture du réseau GSM (17/20)
Modèle OSI dans GSM
Couche 1: physique
- Définit l’ensemble des moyens de transmission et de réception physiques
de l’information
- Sur l’interface Abis (BTS-BSC), la transmission est numérique, le plus
souvent sur des voies 64 kbps
- Sur l’interface radio Um (MS-BTS), elle est plus complexe du fait des opérations à
effectuer: codage correcteur d’erreurs, multiplexage des canaux logiques, mesures radio,…
Couche 2: liaison de données
- A pour objet de fiabiliser la transmission entre deux équipements par un protocole
- Les protocoles adoptés comportent un mécanisme d’acquittement et de retransmission
(ARQ, Automatic Repeat Request)
- La liaison entre la BTS et le BSC est gérée par le LAPD (Link Access Protocol on the D
channel) utilisé dans le réseau de données RNIS
- Entre la MS et la BTS, une version modifiée du LAPD est utilisée: le LAPDm
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20. Architecture du réseau GSM (18/20)
Modèle OSI dans GSM
Couche 3: réseau
- Etablit, maintient et libère les circuits de parole ou de données impliqués dans une
communication
- Comporte trois sous-couches:
1. RR (Radio Resources): gère l’ensemble des aspects purement radio
2. MM (Mobility Management): prend en charge la localisation, l’authentification et
l’allocation du TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity; identité temporaire
utilisée pour identifier le mobile dans le réseau auprès du MSC)
3. CM (Connection Management):
3.1. CC (Call Control): traite la gestion des connexions de circuits avec le destina
3.2. SMS (Short Message Service): assure la transmission et la réception de
messages courts
3.3. SS (Suplementary Services): gère les services supplémentaires (renvoi d’appe
facturation (indication du montant), restriction d’appel (interdiction des appels
sortants, internationaux…),…)
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21. Architecture du réseau GSM (19/20)
Services GSM
1. Transmission de la voix:
Téléphonie et appels d’urgence
2. Messages couts (SMS: Short Message Service):
Vers ou venant d’un mobile, ou en diffusion vers mobiles
3. Fax groupe 3:
Transmission alternée voix / fax ou transmission automatique fax
Services supplémentaires
- Renvoi d ’appel (systématique, sur occupation, etc…)
- Double appel (mise en instance / attente)
- Conférence (appel multipartie, groupe fermé d’usagers)
- Facturation (indication du montant avec ou sans interdiction)
- Restriction d’appel (interdiction des appels sortants, internationaux,…)
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22. Architecture du réseau GSM (20/20)
Principales bandes de fréquences GSM dans le monde
En Europe, Afrique, Moyen-Orient et en Asie: 900 MHz et 1800 MHz
Aux Etats-Unis, Canada et au Japon: 1900 MHz 915 – 890 (MHz)/200 KHz – 1 = 124 porteuses
Chaque porteuse radio exige
Bande GSM (Global System for Mobile communications): allouée en 1982
En Europe, le standard GSM utilise les bandes de fréquences 900 MHz et 1800
MHz.
1785 – 1710 (MHz)/200 KHz – 1 = 374 porteuses
Aux Etats-Unis par contre, la bande de fréque
utilisée est la bande 1900 MHz.
Ainsi, on qualifie de tri-bande (parfois noté tribande), les téléphones portables pouvant
fonctionner en Europe et aux Etats-Unis et de bi-bande ceux fonctionnant uniquement en
Bande de la variante DCS (Digital Cellular System): allouée en 1990
Europe.
1910 – 1850 (MHz)/200 KHz – 1 = 299 porteuses
22
Bande de la variante PCS (Personal Communications Service)

23. Architecture d’un réseau GSM/GPRS (1/3)
Transmission de données en mode paquet sur l'interface Radio GSM
GPRS: General Packet Radio Service
Intégration de nouveaux équipements Définition de nouvelles interfaces
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24. Architecture d’un réseau GSM/GPRS (2/3)
Transmission de données en mode paquet sur l'interface Radio GSM
SGSN: Serving GPRS Support Node: nœud GPRS qui est en charge de la gestion des
services à commutation de paquets des abonnés attachés au réseau. Dans un réseau
UMTS, il est relié via l’interface Iu-PS à un ou plusieurs RNC
GGSN: Gateway GPRS Support Node: nœud passerelle GPRS; un routeur qui effectue le
routage des paquets
PCU: Packet Control Unit: unité de contrôle chargée de la gestion de l’allocation des
ressources radio pour des services GPRS, de la congestion et de la diffusion d’informations
système liées au GPRS. Localisée dans la BTS, ou BSC ou SGSN
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25. Architecture d’un réseau GSM/GPRS (3/3)
GPRS: les nouveaux services
1. Service point à point (premiers
déploiements):
Accès aux réseaux IP et X.25,
Navigation sur Internet,
Streaming audio & vidéo,
MMS: Multimedia Message Service (photos, vidéoclips),
i-mode: permettant de connecter des téléphones portables à Internet,
FTP, chat, telnet, émail, géolocalisation,…
2. Service point à multipoint:
Service multicast
3. Service de messagerie courts SMS (Short Message Service)
- GPRS offre une meilleure efficacité de gestion des ressources radio que
le mode circuit
- L’intégration du GPRS est caractérisée par un coût réduit que l’UMTS
(réutilisation de la même infrastructure GSM)
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26. Intégration EDGE (1/2)
Principe EDGE: Enhanced Data Rates for GPRS
Evolution
- Introduction d’une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK)
- Utilisé comme complément avec HSCSD et GPRS
- Débit maximum brut théorique : 300 kbps (E-CSD) et 384 kbps (E-GPRS)
E-CSD: Extented-Circuit Switched Data: forme de transfert de données développée
pour les systèmes de téléphonie mobile basés en technologie TDMA comme le GSM
BSS=BTS+BSC
NSS = GSM[GMSC+MSC/VLR+HLR/AuC/EIR]+GPRS[SGSN+GGSN+PCU]
26

27. Intégration EDGE (2/2)
Principe EDGE: Enhanced Data Rates for GPRS
Evolution
L'EDGE présente l'avantage de pouvoir utiliser les
infrastructures
déjà déployées contrairement à l'UMTS
Points forts Points faibles
Débit très supérieur au GSM Débit inférieur à l'UMTS
Moins cher que l’UMTS Exige de nouveaux combinés
Intégration à faible coût (par comparaison à l’UMTS)
27

28. Conclusions (1/2)
Débits GSM/GPRS/EDGE
Débit
Théoriq
ue
Standard Génération Rôle
Réel
Permet le transfert de voix OU de
données numériques de faible volume
GSM
GPRS
EDGE
2G
2.5G
2.75G
9.6 kbps 9.6 Kbps
48 kbps
Permet le transfert de voix OU de
données numériques volume modéré 21.4 – 171,2 Kbps
Permet le transfert simultané de voix
ET de données numériques 43.2 – 384 kbps 171 kbps
28

29. Conclusions (2/2)
Processus de migration 2G-2.75G: cas du GSM
GSM vers GPRS (nouveau réseau cœur IP)
GPRS vers EDGE (mise à jour du réseau cœur et celui d’accès pour atteindre 384 Kbps;
conservation des fréquences GSM)
EDGE vers UMTS (nouvelles bandes de fréquences UMTS et amélioration du
réseau cœur et celui d'accès)
La GSM a apporté et fait de la téléphonie mobile un produit de grande consommation.
Sa phase 2+, le GPRS, ouvre la voie de la transmission de données ainsi préparer
la venue de l’UMTS.
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30. Au-delà du 2G+ (1/1)
Evolution vers L’UMTS
L’IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) a introduit une norme
globale pour le 3G
UMTS : Universal Mobile Telecommunications System = 3ième Génération
Orientation Multimédia : débit de 100kb/s à 2 Mb/s
Bande des 2Ghz
Prévu pour fonctionner avec le protocole ATM
Applications :
,Accès Internet et Intranet -
,Module de recherche distante sur base de données -
...Visioconférence, etc -
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31. Lassaad ELAABIDI
Ingénieur Informatique - Télécoms
Engineering - Tunisie
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