une simple explication concernant les génération du réseau cellulaire

1. Réseaux étendu sans fils
WWAN
République Algérienne démocratique et populaire.
Université Dr. Tahar Moulay – Saïda
Département d’informatique
Matière : RMRSF
Master1 RISR
2018/2019
Présenté par : Enseigné par :
• Kamar MEDDAH • Mr. KHOBZAOUI

2. Plan
 Introduction,
 Générations de réseaux cellulaires,
 2G
 3G
 4G
 Références.

3. I. Introduction

4. i. introduction
 Le réseau cellulaire / téléphonie est une technologie basée sur la
radio; les ondes radio sont des ondes électromagnétiques que les
antennes propagent.
 La plupart des signaux sont dans les bandes de fréquences 850
MHz, 900 MHz, 1800 MHz et 1900 MHz.
 Il existe plusieurs types de services cellulaires. avant de plonger
dans les détails, On vas concentrez sur l'essentiel

5. i. introduction

6. II. Générations de
réseaux cellulaires

7. II. Générations
de réseaux
cellulaires
 1G (AMPS):Analogique (voix seulement).
 2G (GSM):Voix, SMS, téléconférences, identification de l'appelant.
 3G (UMTS):Téléphonie cellulaire numérique à haut débit (y
compris visiophonie).
 4G (LTE): Téléphonie vocale, de données et multimédia sur IP à
des débits de données supérieurs à ceux de la 3G.

8. Notion de
Base

9. III. 2G

10. 3. 2G
 Abréviation de Global System for Mobile Communications,
 Développement aux Etats-Unis et en Europe dans les années
1980,
 Norme GSM de 1985 permettant l'envoi de messages d'au plus 160
caractères (y compris les espaces) entre appareils,
 bande passante de 9,6 Kbps,
 Le GSM utilise une combinaison de FDMA etTDMA,

11. III. 2G
 Le GSM dispose d'une bande passante de 50 MHz (890 - 915 MHz
et 935 - 960 MHz) dans la bande de fréquences 900 MHz,
 En utilisant le FDMA, cette bande est divisée en 124 canaux,
chacun avec une largeur de bande de 200 kHz. En utilisantTDMA,
chacun de ces canaux est ensuite divisé en huit slots de temps,
 Par conséquent, avec la combinaison de FDMA etTDMA, un
maximum de 992 canaux pour la transmission ou la réception peut
être réalisé. Pour servir des centaines de milliers d'utilisateurs,

12. IV. GPRS
 Mise à niveau GSM offrant une transmission de données par paquets
IP jusqu'à 114 kbps
 Les utilisateurs peuvent simultanément faire des appels et envoyer
des données
 Service de messagerie (MMS) permettant aux utilisateurs de
s'envoyer des messages en texte enrichi, audio et vidéo
 Les performances se dégradent à mesure que le nombre d'utilisateurs
augmente
 Le GPRS est un service 2G similaire à la 3G.
 Conçu à l'origine sur 900 MHz, maintenant disponible sur 800 MHz,
1800 MHz et 1900 MHz.

13. IV. 2G

14. MobileStation
(MS)
 La station mobile (MS) comprend l'équipement physique utilisé par
l'abonné pour accéder à un Réseau mobile pour les services de
télécommunication offerts. La station mobile comprend un
équipement mobile (ME) et un module d'identité d'abonné (SIM).
 Une carte SIM contient des données spécifiques à l'utilisateur. Sans
ce dernier, le ME ne peut émettre ou recevoir aucun appel, car il est
supposé qu'aucun utilisateur n'est connecté.
SIM MS

15. BaseStation
Subsystem
(BSS)
 Un BSS comprend: une fonction de contrôle assurée par le
contrôleur de station de base (BSC) et une fonction de
transmission exécutée par le système / station émetteur-
récepteur de base (BTS), qui constitue l'équipement de
transmission radio de chaque cellule.

16. Station de
base (BTS)
 a station de base est l'élément central, que l'on pourrait définir
comme un ensemble émetteur/récepteur pilotant une ou plusieurs
cellules.
 C'est la station de base qui fait le relais entre le mobile et le sous-
système réseau. Comme le multiplexage temporel.
 une station de base peut gérer tout au plus huit connections
simultanées par cellule.
 Elle réalise les fonctions de la couche physique et de la Couche
liaison de données.
 En cas de besoin, on peut exploiter une station de base localement
ou par télécommande à travers son contrôleur de station de base.

17. Contrôleur de
station de
base (BSC)
 Le contrôleur de station de base gère une ou plusieurs stations de base
et communique avec elles par le biais de l'interfaceA-bis.
 Pour les fonctions des communications des signaux en provenance des
stations de base, le BSC agit comme un concentrateur puisqu'il transfère
les communications provenant des différentes stations de base vers une
sortie unique.
 Dans l'autre sens, le contrôleur commute les données en les dirigeants
vers la bonne station de base.
 une dernière fonctionnalité importante est la gestion des ressources
radio pour la zone couverte par les différentes stations de base qui y sont
connectées.
 le contrôleur gère les transferts intercellulaires des utilisateurs dans sa
zone de couverture, c'est-a-dire quand une station Mobile passe d'une
cellule dans une autre. Il doit alors communiquer avec la station de base
qui va prendre en charge l'abonne et lui communiquer les informations
nécessaires tout en avertissant la base de données localeVLR (Visitor
Location Register) de la nouvelle localisation de l'abonne.

18. Network
Switching
Subsystem
(NSS)
 Le NSS comprend les principales fonctions de commutation du
GSM, des bases de données pour les abonnés et la gestion de la
mobilité.
 Au sein du NSS, les fonctions de commutation sont exécutées par
le centre de commutation mobile (MSC), les informations sur les
abonnés utiles pour la fourniture de services se trouvent dans les
registres HLR (Home Location Register) etVLR (Visitor Location
Register).

19. Centre de
commutation
mobile (MSC)
 Le centre de commutation mobile est relie au sous-système radio via
l'interfaceA.
 il participe a la fourniture des différents services aux abonnes tels que la
téléphonie, les services supplémentaires et les services de messagerie.
 Il permet encore de mettre à jour les différentes bases de données (HLR
etVLR) qui donnent toutes les informations concernant les abonnés et
leur localisation dans le réseau.
 Des MSC servant de passerelle (Gateway Mobile SwitchingCenter,
GMSC) sont placées en périphérie du réseau d'un operateur de manière à
assurer une interopérabilité entre réseaux d'operateurs.

20. Home
Location
Register (HLR)
 HLR contient deux types d'informations: les informations sur
l'abonné et une partie des informations sur le mobile pour
acheminer les appels entrants. Le registre HLR stocke l'IMSI, le
numéro MS RNIS, l'adresseVLR, l'adresse MSC et les données
d'abonné.
 Enregistrement de l'emplacement et traitement des appels.
 Prise en charge du cryptage et de l'authentification.
 Support pour SMS

21. Visitor
Location
Register (VLR)
 LeVLR est l'unité fonctionnelle qui stocke de manière dynamique
les informations sur les abonnés.
 Lorsqu'une MS itinérante entre dans une zone MSC, la MSC
informe leVLR associé de la MS; il appelle une procédure
d'enregistrement comme suit:
 LeVLR reconnaît que la MS provient d'un autre réseau PLMN (par
son IMSI).
 LeVLR construit un titre global (GT) à partir de l’IMSI pour permettre
la signalisation duVLR au HLR de la MS via des réseaux RTPC / RNIS.
 LeVLR génère un numéro d'itinérance d'abonné mobile (MSRN, au
même format que le RNIS) utilisé pour acheminer les appels
entrants vers la MS.
 Le MSRN est envoyé au HLR de la MS.

22. Mises à jour de
l'emplacement
 Les cellules se chevauchent et généralement une station mobile
peut "voir" plusieurs émetteurs-récepteurs (BTS)
 La MS surveille l'identifiant du BSC contrôlant les cellules
 Lorsque la station mobile atteint une nouvelle zone du BSC, elle
demande une mise à jour de la localisation.
 La mise à jour est transmise au MSC, entrée dans leVLR, l'ancien
BSC est notifié et un accusé de réception est renvoyé.

23. Handoff
(Handover)
 Lorsqu'un appel est en cours, les changements d'emplacement
nécessitent un traitement spécial.
 Au sein d'un BSS, le BSC, qui connaît la configuration actuelle de la
liaison radio (y compris les retours du MS), prépare un canal
disponible dans le nouveau BTS.
 Il est demandé au MS de passer au nouveau BTS
 Ceci s'appelle un transfert dur:
 Dans un soft handoff la MS est connectée à deux BTS
simultanément.

24. ModèleOSI dansGSM

25. ModèleOSI
dansGSM

26. 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,…

27. 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 channel) utilisé dans le réseau de données RNIS.
 Entre la MS et la BTS, une version modifiée du LAPD est utilisée:
le LAPDm.

28. 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’allocation duTMSI (Temporary Mobile
Subscriber Identity; identité temporaire utilisée pour
identifier le mobile dans le réseau auprès du MSC).

29. Couche 3:
réseau
3. CM (Connection Management):
1. CC (CallControl): traite la gestion des connexions de
circuits avec le destinateur
2. SMS (Short Message Service): assure la transmission et la
réception de messages courts
3. SS (Suplementary Services): gère les services
supplémentaires (renvoi d’appel, facturation (indication du
montant), restriction d’appel (interdiction des appels
sortants, internationaux…)

30. V. 3G

31. V. UMTS
 Universal MobileTelecommunications System (UMTS),
 UMTS Est une mise a niveau GSM via GPRS or EDGE,
 Bande passante 2 Mbps,
 Fréquence entre 1900-2025 MHz et 2110-2200 MHz,
 Le système 3G (UMTS) s’appuie sur un système appelé CDMA (
code division multiple Access ) pour permettre à plusieurs
équipements d’utilisateur d’avoir accès à la station de base.

32. V. UMTS

33. UTRAN
 UTRAN (réseau d’accès radioélectrique terrestre universel) est
composé de plusieurs sous-systèmes de réseau radio (RNS) connectés
au réseau central via l’interface lu.
 Chaque sous-système de réseau radio est composé d’un:
 Radio Network Controller (RNC):
 Les RNS peuvent être directement interconnectés via l'interface lur
(interconnexion des RNC).
 RNC est responsable du processus de transfert local et des fonctions de
combinaison / multidiffusion liées à la macro-diversité entre différents
nœuds-nœuds.
 RNC gère également les opérations de gestion des ressources radio (RRM).
 un ou plusieurs Node B:
 Un node B peut contenir un seul BTS ou plusieurs (généralement 3) contrôlés
par un contrôleur de site.
 Les entités ci-dessus sont responsables du contrôle des ressources
radio des cellules attribuées

34. Node B
 comparable à la station émettrice-réceptrice de base en GSM
 responsable de la couche d'interface air.
 Fonctions clé du Node B :
 modulation et propagation
 Traitement RF
 contrôle de la puissance de la boucle interne
 macro diversité

35. RNC
 RNC (contrôleur de réseau radio) contrôle plusieurs stations de
base.
 comparable au contrôleur de station de base en GSM
 traitement de couche 2
 Gestion des ressources radio.
 Fonctions clés:
 commande de puissance en boucle externe
 contrôle d'admission
 allocation de code
 ordonnancement de paquets
 macro diversité entre les stations de base

36. Core network
 SGSN (ServingGPRS Support Node):
 Le SGSN est principalement responsable des questions liées à la
gestion de la mobilité, telles que la mise à jour de la zone de
routage, l’enregistrement de la localisation, la pagination et le
contrôle de paquets et les mécanismes de sécurité liés à la
communication par paquets.
 GGSN:
 Le nœud GGSN maintient les connexions vers d'autres réseaux de
commutation de paquets tels qu'Internet. La responsabilité de la
gestion de session est également située sur le GGSN.

37. ModèleOSI dansUMTS

38. ModèleOSI
dansUMTS
 L’interface radio de l’UTRAN est structurée en couches dont les protocoles
se basent sur les 3 premières couches du modèle OSI.

39. Couche 1 :
couche
physique
 Cette couche PHY représente la couche physique de
l’interface radio qui réalise les fonctions de codage,
décodage, modulation et d’entrelacement viaW-
CDMA.

40. Couche 2 :
couche liaison
de données
 Cette couche est divisée en plusieurs sous couches :
 La sous-couche MAC (Medium Access Control) a pour rôle de
multiplexer les données sur les canaux de transport radio.
 La sous-couche RLC (Radio Link Control) permet la fiabilité du
transport des données entre deux équipements du réseau.
 La sous-couche PDCP (Packet DataConvergence Protocol) permet de
compresser les données via des algorithmes de compression. Cela
permet d’exploiter plus efficacement les ressources radio. PDCP
compresse les en-tetes des paquetsTCP/IP suivant les RFC 1144 et
2507. De plus, cette sous-couche PDCP a aussi pour rôle de rendre
indépendant les protocoles radio du réseau d’accès UTRAN (sous-
couches MAC et RLC) par rapport aux couches de transport réseau. Ce
type d’architecture permettra l’évolution future des protocoles
réseaux sans modifier les protocoles radio de l’UTRAN.
 La sous-couche BMC (Broadcast/MulticastControl) est en charge
d’assurer les fonctions de diffusion de messages sur l’interface radio.

41. Couche 3 :
couche réseau
 Cette couche RRC (Radio Resource Control) gère la connexion de
signalisation établie entre le réseau d’accès UTRAN et
l’équipement usager, utilisée lors de l’établissement ou de la
libération de la communication.

42. Transport des
données
 Suivant le type de données à transporter, la gestion du transport
des données est différente.
 Commençons par détailler les trames relatives à la voix. La couche
PDCP n’est pas utilisée dans ce type de transport. Les couches
MAC et RLC sont employées en mode transparent, c'est-à-dire
qu’il n’y a pas de segmentation, ni de multiplexage.
 En revanche, le transport d’un paquet IP, le mécanisme est
différent. Ce type de paquet N-PDU (Network PDU) provient du
réseau cœur de l’UMTS à destination du réseau d’accès UTRAN.
Tout d’abord, l’en-tête de la N-PDU est compressé par la couche
PDCP. La couche RLC segmente la PDU ainsi compressée. Un en-
tête est alors rajouté à la RLC-PDU par la couche MAC lors du
multiplexage.
 Le schéma ci-dessous présente l’encapsulation des paquets qui
arrivent au réseau cœur de l’UMTS :

43. Transport des
données
 Suivant le type de données à transporter, la gestion du
transport des données est différente.
 Commençons par détailler les trames relatives à la voix. La
couche PDCP n’est pas utilisée dans ce type de transport. Les
couches MAC et RLC sont employées en mode transparent,
c'est-à-dire qu’il n’y a pas de segmentation, ni de
multiplexage.
 En revanche, le transport d’un paquet IP, le mécanisme est
différent. Ce type de paquet N-PDU (Network PDU) provient
du réseau cœur de l’UMTS à destination du réseau d’accès
UTRAN.Tout d’abord, l’en-tête de la N-PDU est compressé
par la couche PDCP. La couche RLC segmente la PDU ainsi
compressée. Un en-tête est alors rajouté à la RLC-PDU par la
couche MAC lors du multiplexage.

44. Transport des
données
 Le schéma ci-dessous présente l’encapsulation des paquets qui
arrivent au réseau cœur de l’UMTS :

45. V. 4G

46. LTE
 LongTerm Evolution (LTE).
 Technologie haut débit mobile de nouvelle génération.
 Des taux de transfert de données promis de 1 Gbps.
 Basé sur la technologie UMTS 3G Optimisé pour le trafic tout IP.

47. LTE
 Utilise le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence
(OFDM) pour la liaison descendante
 Utilise un accès multiple par division de fréquence à porteuse
unique (SC-FDMA) pour la liaison montante
 Utilise plusieurs sorties multiples (MIMO) pour un débit amélioré
 Consommation d'énergie réduite
 Efficacité accrue de l'amplificateur de puissance RF (moins de
puissance de batterie utilisée par les combinés)

48. LTE
 Les réseaux LTE sont des réseaux cellulaires constitués de milliers
de cellules radio qui utilisent les mêmes fréquences hertziennes, y
compris dans les cellules radio mitoyennes, grâce aux codages
radio OFDMA et SC-FDMA.Ceci permet d’affecter à chaque cellule
une largeur spectrale plus importante qu'en 3G, variant de 3 à
20 MHz et donc d'avoir une bande passante plus importante et
plus de débit dans chaque cellule.
 Le réseau est constitué de deux parties : une partie radio (eUTRAN)
et un cœur de réseau « EPC » (Evolved Packet Core).

49. Architecture
LTE

50. Architecture
LTE
 En comparaison avec l’architecture de UMTS et GSM, le réseau
LTE a moins de nœuds afin de réduire le délai et d’augmenter la
performance du système

51. Les entités du
réseau d’accès
(E-UTRAN)
 A la différence de l’UTRAN 3G où sont présentes les entités Node B et
RNC, l’architecture e-UTRAN ne présente que des eNodeB.
 Les fonctions supportées par le RNC ont été réparties entre l’eNodeB et
les entités du réseau cœur MME/SGW.

52. Les entités du
réseau cœur
 Le réseau cœur évolué EPC consiste comme le montre la figure en les
cinq principales entités énumérées ci-dessous:

53. Mobility
Management
Entity
(MME)
 la MME est le nœud principal de contrôle du réseau d'accès LTE.
 Elle manipule un certain nombre de fonctionnalités telles que:
 Le suivi des UE Mode Inactif (idle).
 Le choix du SGW pour un UE.
 L’interaction avec le HSS pour authentifier un utilisateur en attachement et
implémentation des restrictions d'itinérance.
 Elle Fournit des identités temporaires pour les UEs.
 La MME/SAE fournit un niveau considérable de fonctionnalités de contrôle
global.

54. Serving
Gateway
(SGW)
 La passerelle de service SGW, est un élément plan de données au sein de
la LTE.
 Son objectif principal est de gérer la mobilité du plan utilisateu.
 elle agit également comme une frontière principale entre le Radio Access
Network, RAN et le réseau cœur.
 La SGW maintient également les chemins de données entre les eNodeBs
et les passerelles PDN.

55. PDNGateway
(PGW)
 Elle assure la connectivité pour l'UE à des réseaux de paquets de données
externes, remplissant la fonction d'entrée et de sortie pour les données UE
 L'UE peut disposer d'une connectivité avec plus d'un PGW pour l’accès à
des PDNs multiples.

56. Home
Subscriber
Server (HSS)
 Avec la technologie LTE, le HLR est réutilisé et renommé HSS.
 Le HSS est donc un HLR évolué qui contient l’information de souscription
pour les réseaux GSM,GPRS, 3G, LTE.
 A la différence de la 2G et de la 3G où l’interface vers le HLR est supportée
par le protocole du monde SS7, MAP, l’interface S6 s’appuie sur le
protocole du monde IP, DIAMETER.
 Le HSS est une base de données qui est utilisée simultanément par les
réseaux 2G, 3G, LTE appartenant au même opérateur. I
 l supporte donc les protocoles MAP (2G, 3G) et DIAMETER (LTE).

57. ModèleOSI dans LTE

58. ModèleOSI
dans LTE

59. La couche 1:
physique
 Son rôle est d’assurer la transmission des données sous une forme
capable de se propager dans l’air et de résister aux différentes
perturbations inhérentes au canal radio mobile.
 D’un point de vue fonctionnel, la couche physique offre un service
de transport sur l’interface air à la couche MAC.

60. La couche 1:
physique
 La couche physique réalise les fonctions suivantes pour la transmission de
données :
 les mesures radio, pour estimer le canal de transmission, la qualité du
signal de la cellule servante, ou encore les niveaux de puissance reçus
d’une autre cellule.
 la synchronisation, afin d’acquérir et de maintenir la synchronisation en
temps et fréquence avec la porteuse de l’émetteur.
 la détection de cellule, afin de détecter la présence de cellules et de s’y
connecter, à l’allumage de l’UE ou pour préparer un handover .
 la signalisation d’informations de contrôle entre eNodeB et UE.

61. La couche 2:
liaison de
données
 La couche 2 est constituée de trois sous-couches :
 PDCP (Packet Data Compression Protocol) :
 compression d’en-tête ;
 protection de l’intégrité de la signalisation RRC ;
 détection et suppression des doublons (unité de données PDCP reçues deux fois) ;
 RLC (Radio Link Control) :
 détection et retransmission des PDU manquantes (en mode acquitté) permettant
la reprise sur erreur.
 remise en séquence des PDU pour assurer l’ordonnancement des SDU à la
couche supérieure(PDCP).
 utilisation de fenêtres d’émission et de réception pour optimiser la transmission
de données.
 MAC (Medium Access Control) permet l’accès et l’adaptation au support de
transmission.

62. La couche 3:
réseaux
 La couche RRC, pour Radio Ressource Control, sert au contrôle de
l’interface radio.
 RRC est responsable de la configuration et du contrôle des couches de
niveau 1 (PHY) et 2 (MAC, RLC et PDCP).
 C’est cette couche, le véritable chef d’orchestre de l’interface radio.
 Le protocole RRC a pour but est de transférer les informations de
signalisation entre l'UE et la station de base.

63. VI. Références
 https://www.commentcamarche.net/contents/1313-wwan-reseaux-etendus-
sans-fil,
 https://www.commentcamarche.net/contents/1122-le-standard-gsm,
 https://fr.slideshare.net/BikashDash/5432-cellular-network-72400998,
 https://www.commentcamarche.net/contents/1121-le-standard-gprs,
 https://zigbee.readthedocs.io/fr/latest/reseaux-sans-fil.html,
 https://fr.slideshare.net/gauravsitu/cellular-networks-12270524,
 https://www.researchgate.net/figure/FDMA-TDMA-CDMA-Frequency-Time-
division_fig6_242082167.

64. VI. Références
 “Technical Solutions for the 3G LTE”, Ekstrom et al, IEEE Comm. Mag., Mar 2006.
 “An Overview of CDMA EvolutionTowards Wideband CDMA”, Prasad and
Ojanpera, IEEE Comm. Surveys, 4th quarter,Vol.1/No.1, 1998.
 “UMTS Evolution from 3GPP Release 7 to Release 8: HSPA and SAE/LTE”, 3G
Americas, Jun 2007.
 “EDGE, HSPA and LTE:The Mobile Broadband Advantage”, 3G Americas, Sep
2007.
 “Mobile Broadband EvolutionTowards 5G: Rel-12 & Rel-13 and Beyond”, 4G
Americas, Jun 2015.
 “LTE and 5G Innovation: Igniting Mobile Broadband”, 4G Americas,Aug 2015

65. Merci pour votre
attention