Le : Global System for Mobile communication Par Emanuel Corthay HB9IJI et Iacopo Giangrandi HB9DUL Présentation au club des RadioAmateurs Vaudois le 11 avril 03 : www.hb9mm.com © RAV 2003 version 1.3 octobre 2003 - Questions spécifiques à la pause ou à la fin, question de compréhension pendant - Démo à la fin RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Introduction historique Origine Organisme de standardisation Raison de son succès Couverture suisse et mondiale RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Historique WARC World Administrative Radio Conference en 1979: Ouverture du 900 Mhz ETSI European Telecommunication Standards Institute : Communauté EU Groupe Spécial Mobile Choix du numérique en 1987 – Standard européen – Fin de l’analogique Lancement commercial en 1991: NATEL D Sous bandes 25 MHz Obligation des licence de couvrir un certain % de la population Beaucoup de services (conf, call ID,…) RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Statistiques Succès mondial du standard, 787 millions d’abonnés fin 2002 - 190 pays 1 milliard en 2004 Sa force : Standard fixé au niveau EU Baisse de coûts des terminaux et du réseau Itinérance dans de nombreux pays Plusieurs constructeurs en concurrence Répond à un besoin et payé par l’appelant Beaucoup de services (caller id, conférence,…) (10% de la population mondiale) 1 milliard en 2003 et 2004 – Iraq? Les systèmes US Payé par l’appelant : Même via un autre opérateur, cher!!! Terminaux subventionnés RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Couverture RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Interface radio Fréquences / Canaux / Bandes Modulation / Traitement de la parole Multiplexage temporel Canaux logiques Trafic / Capacité Réutilisation des fréquences et interférances Puissance RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Fréquences / Canaux Uplink Downlink 200 kHz 1 2 3 … 124 1 2 3 … 124 Deux bandes différentes pour l’uplink et le downlink. Séparation importante (45 MHz à 900 MHz et 95 à 1800 MHz) pour éviter de saturer le récepteur. Les canaux sont numérotés: chaque canal comporte une fréquence pour l’uplink et une pour le downlink. Chaque canal a une largeur de 200 kHz pour l’uplink et pour le downlink. ATTENTION: TDD : Emission et réception jamais en même temps! 200 kHz 1 2 3 … 124 1 2 3 … 124 890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Bandes / Opérateurs GSM 900 MHz EGSM 900 MHz UL : 890..915 MHz DL : 935..960 MHz 124 Canaux (1..124) UL : 880..890 MHz DL : 925..935 MHz 49 Canaux (975..1023) 68 53 11 22 Deux bandes en Europe: 900 et 1800 MHz. La bande 900 MHz et divisée en deux pour de raisons de transition des anciens Natel C analogiques. La bande EGSM, qui occupe l’ancienne bande analogique, n’est pas compatible avec les premiers téléphones mobiles GSM. Numéro de canal unique quelque soit la bande. Nombre de canaux limité: nécessité de réutiliser le canaux pour écouler plus le trafic (expliqué plus loin). Les numéros colorés indiquent de combien de fréquences dispose chaque opérateur dans chaque bande. Licence payantes! GSM 1800 MHz UL : 1710..1785 MHz DL : 1805..1880 MHz 374 Canaux (512..885) Swisscom Orange 61 124 59 Sunrise RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Modulation GMSK Gaussian Minimum Shift Keying » combinaison de modulation de phase et de fréquence. Largeur de bande: 200 kHz Débit binaire: 270.833 kbps 1 bit = 3.7 ms Modulation GMSK: c’est une modulation de phase (l’information transporté est dans la phase) avec deux phases possibles: 0° / 180°. La fréquence varie pour passer d’une phase à l’autre et la variation suit une forme gaussienne. Ça permet de limiter la bande passante par rapport à d’autres modulations semblables (courbe en traitillé). La largeur de bande utile à été fixée à 200kHz pour un débit binaire de 270833 bps. Sur un canal/une fréquence RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Traitement de la parole 8 bursts 8 trames 12bit 8kHz 7.4 : 1 A CODEC parole CODEC canal Entrela- cement Petite parenthèse sur le traitement de la parole (avant de continuer la modulation et l’émission). Les signaux audio sont filtrés en bande téléphonique entre 300 Hz et 3400 kHz comme dans la téléphonie fixe. Les signaux sont ensuite convertis en numérique par un convertisseur A/D à 12bit qui marche à la fréquence de 8kHz. Les données numériques sont traitées par paquets de 20ms et non pas comme un flux continu de données. Le CODEC de parole comprime les données (un peu comme mp3) et fournit 7.4 fois moins de bits. Ce CODEC utilise un algorithme qui tien compte des caractéristiques de la parole et marche très mal, par exemple, avec de la musique. Le CODEC de canal rajoute des bits pour détecter et corriger des éventuels erreurs de transmission. Pour finir chaque paquet est subdivisé en 8 paquets plus petits (brusts) qui sont transmis mélangés aux paquets suivants et précédents pour éviter qu’un erreur de transmission isolé puisse détruire un paquet entier, mais seulement plusieurs moreaux de différents paquets. Pour la réception c’est le même principe appliqué à l’inverse. Commentaire / slide sur l’AD? D 96kbps 1920bit / 20ms 22.8kbps 456bit / 20ms 13kbps 260bit / 20ms 33.8kbps 300 Hz – 3.4kHz RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Multiplexage temporel : TDMA 8 Time Slots par canal 4.62 ms On revient à la modulation. Chaque canal et partagé dans le temps en 8 tranches (time slots) en séquence qui se répètent. Ça permet d’écouler 8 communications simultanées sur la même fréquence. Chaque téléphone à le droit d’émettre pendant 577 us et doit se taire pendant les 4.04 ms suivants pour laisser la parole à 7 autres téléphones. La séquence se répète chaque 4.62 ms. Pendant un time slot 156.25 bits sont émis à la vitesse de 270 kbps Le 0.25bit ne porte pas d’information et permet juste à un émetteur de se couper tranquillement et au suivant de s’enclencher. 0 = signalisation = autre couleur? Axe du temps? … 7 1 2 3 4 5 6 7 … temps 577 s 156.25 bit 270 kbps RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Timing Advance Max 2 x 35 km = 233 s = 64 bit 4 5 1 2 3 4 5 6 7 Le temps de propagation des ondes joue un rôle important dans la synchronisation des time slots. Chaque time slot doit arriver synchronisé avec les autres pour ne pas les interférer. La distance de chaque téléphone est constamment mesurée et plus le téléphone est loin, plus tôt son émetteur s’enclenchera. La résolution est de 1 bit, cet à dire 550 m à la vitesse de la lumière. La distance maximale du système GSM est de 35 km, cet à dire 64 bits d’avance. Le « 2x » signifie « aller et retour ». En moyenne la distance entre un téléphone et la station de base se situe autour des 200 m dans les villes et autour des 2-3 km à la campagne. 4 5 1 2 3 4 5 6 7 Résolution: 1 bit = 3.7 s = 2 x 550 m RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Canaux logiques 1 2 3 4 5 6 7 TCH: Traffic CHannel 1 2 3 4 5 6 7 Chaque time slot peut être utilisé de efférentes manières. Chaque station de base utilise toujours le time slot 0 de au moins un émetteur pour le BCCH, cet à dire pour transmettre qu’elle est là, à quel opérateur elle appartient et quelles sont les modalités pour l’utiliser. Le BCCH et toujours transmis 24h/24 même quand il n’y a pas d’appels. D’autres time slots peuvent être utilisés pour la signalisation (SDCCH): c’est ici, par exemple qui sont transmis les SMS ou les demandes de faire un appel. La signalisation peux être combinée avec le BCCH pour économiser un time slot. Les autres time slots sont utilisés pour le trafic (TCH) et c’est ici qui transitent les appels. TCH: Traffic CHannel SDCCH: Standalone Dedicated Control CHannel BCCH: Broadcast Control CHannel RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Trafic / Capacité (1/2) 5 2 6 7 3 4 Canal 5 1 2 3 4 5 6 7 Avec un seul canal on peux écouler environ 6 appels simultanés car deux time slots sont occupés par le broadcasting et la signalisation. 4 Canal 5 1 2 3 4 5 6 7 RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Trafic / Capacité (2/2) 7 5 2 4 1 6 5 7 3 3 4 2 6 Canal 5 1 2 3 4 5 6 Pour écouler davantage de trafic il faut rajouter une porteuse. Il n’est pas nécessaire de rajouter un deuxième time slot de broadcasting, par contre il peux être utile de rajouter des time slots de signalisations pour pouvoir faire face à un trafic plus intense. On utilise en général une porteuse par cellule à la campagne, et de deux à quatre dans les villes. 4 2 6 Canal 5 1 2 3 4 5 6 7 Canal 18 1 2 3 4 5 6 7 RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Réutilisation des fréquences 5 7 7 5 10 Vue le nombre limité des canaux disponibles et la quantité de trafic à écouler, il est nécessaire de réutiliser les fréquences dans des régions différentes tout en évitant les interférences. Pour économiser sur l’infrastructure, au lieu de mettre chaque antenne au milieu d’une cellule, on a tendance à regrouper jusqu’à trois antennes directive sur le même mât et les orienter dans trois directions différentes. Une cellule prends alors le nom de secteur. Sur un terrain plat et des stations de base disposées régulièrement les cellules prennent la forme d’hexagones. Ce n’est qu’un cas très théorique et, en réalité, ce n’est jamais le cas. 15 15 10 7 RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Réutilisation et interférences Canal 15 Canal 6 Canal 15 Le niveau de signal diminue avec la distance de la station de base. Deux signaux d’amplitude semblable à la même fréquence se brouillent mutuellement et ne sont pas utilisables. GSM demande que le signal utile soie au moins 9 dB plus fort que le niveau de bruit (d’interférence): GSM est un système très robuste par rapport aux systèmes analogiques qui demandent 30 à 40 dB d’écart. Il n’est pas nécessaire q’une fréquence soie parfaitement propre pour pouvoir la réutiliser: dans les villes ce n’est jamais le cas. SNmin = 9 dB RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Puissance 900 MHz Pmax = 2 W Pmax » 20 W Gain » 0 dBi Gain » 18 dBi Pertes » 3 dB Pour les stations de base: la puissance maximale est de 20 W par émetteur (il peuvent y en avoir plusieurs reliés à la même antenne). Le gain des antennes est de l’ordre des 18 dBi (ou 16 dBd) et les pertes dans les câbles et les coupleurs de l’ordre des 3 dB. Pour les téléphones mobiles à 900 MHz la puissance maximale est fixée à 2W et l’antenne à un gain de environ 0 dBi (-2 dBd). Il est prévu dans les normes, pour le 900 MHz, d’avoir des téléphones d’une puissance de 20 W pour les voitures, mais ces téléphones n’ont jamais été fabriqués. Pour les téléphones mobiles à 1800 MHz la puissance maximale est fixée à 1 W et l’antenne à toujours un gain de environ 0 dBi (-2 dBd). Pendant l’appel le niveau de signal est constamment mesuré et, si le signal est assez fort, la puissance d’émission est baissé jusqu’à 20 dB par pas de 2 dB. Ceci est fait par les stations de base et par les téléphones. Deux avantages: moins d’interférences et plus d’autonomie pour les accumulateurs des téléphones. Pour réduire ultérieurement la consommation de courant des téléphones on coupe l’émetteur lorsque la personne ne parle pas (DTX); l’interlocuteur entendra, pendant les pauses, un bruit de fond (appelé bruit de confort) pour lui faire comprendre que l’appel n’est pas tombé. dB explication ? 1800 MHz Pmax = 1 W Gain » 0 dBi La puissance est variée continuellement par pas de 2 dB jusqu’à une réduction maximale de 20 dB (99%). RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Structure du réseau Structure générale : MobileStation, BaseStationController, MobileSwitchingCenter BaseTransceiverStation HomeLocationRegister / VisitorLocationRegister SubscriberIdendityModule Structures terrestres : Liaisons micro-ondes Liaisons par lignes louées Liaisons hertziennes RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

MS / BTS / BSC / MSC BS Données des abonnés du réseau PSTN BSC HLR BS MS: Mobile Sation BS: Base Station BTS: Base Transciever Station BSC: Base Station Controller MSC: Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register PSTN: Public Switched Telephone Network MSC BTS VLR BSC Internet BS Localisation des MS actuellement dans le réseau MS BTS RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Liaisons MW / LL BSC MSC MS BS BS HUB BS BS RAV oct 2003 - v.1.3 Différents types de liaisons des stations de base. Par micro-ondes (paraboles). Par lignes louées (leased lines) Un HUB est une station de base sans émetteurs GSM (généralement aux sommets des montagnes). Possibilité de relier en chaîne ou en boucle. Une boucle n’est jamais vraiment fermée; le chemin vers le MSC est toujours unique. Liaisons BSC – MSC (core network) sont très souvent en fibre optique. BS HUB BS RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Liaisons par lignes louées Utilisation d’une ligne de cuivre HDSL. Débit de 2 Mbit/s = 12 x 8 timeslots. Qualité indépendante de la météo. Frais d’installation importants. Frais de location importants. Il s’agit de lignes téléphonique dédiées qui utilisent des « modems » HDSL. Le débit est limité à 2Mbit/s qui permet d’écouler le trafic de 12 transcievers avec 8 time slots chacun, plus la télésurveillance des éléments du réseau. La qualité de transmission est indépendante de la météo. Frais d’installation importants, en particulier à la campagne: fouille, modem,… Frais de location importants: peux être très coûteux pour des sites qui portent un faible trafic (route/autoroute sans zone habitée). RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Liaisons hertziennes 15 GHz 30 km 23 GHz 10 km 38 GHz 2 km 58 GHz 500 m Liaisons par parabole (hertziennes). La bande utilisée est imposée par l’OFCOM en fonction de la distance, ainsi que le diamètre des paraboles. Les distances indiquées sont une distance moyenne (ordre de grandeur) en fonction de la bande. La bande des 58 GHz est une bande « libre »: il n’est pas nécessaire de demander une licence, mais la portée est limitée à 500 m pour des raisons physiques (absorption de l’oxygène). Nécessité d’avoir la ligne de vue entre les deux points à relier. La chose peut changer avec le temps: les arbres poussent, des nouveaux bâtiments sont construits, des avion peuvent passer devant,… Les paraboles montrées dans les photos ont un diamètre de 60 cm et l’antenne GSM est une bi-bande 900/1800 MHz de 2 m de haut. RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

MSC : Mobile Switching Center BSC MSC - Transit réseau tél terrestre et sans fil HLR PSTN RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

BTS : Base Station Subsystem 1 2 3 Rapide TRX = 3 min si 3 secteurs, mais parfois plus. Micro BTS à faible puissance 3 secteurs = minimum 3 antennes et 3 TRX (ensemble émetteurs récepteurs à 1 fréquence porteuse) RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Terminal mobile (MS) Différentiation « Numéro d’abonné » Mobile Station ISDN number : +41 7x 555 55 55 « Identité du client mobile » : IMSI International Mobile Subscriber Identity dans la SIM « Numéro de série du terminal mobile » : IMEI International Mobile Equipement Identity dans le terminal mobile (± modifiable) - Liste sur le site web - Code pays 228 Opérateur 02 HLR MSIN unique 3 chiffres 2 chiffres 2 + 8 = 10 chiffres Réseau d’origine – Ici sunrise Identification unique en suisse RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Carte SIM et sécurité La SIM est un mini-ordinateur, capable de stocker des données, et de faire des calculs Possède un compteur interne et un premier niveau de protection, le PIN La carte SIM et la base de donnée d’abonné du réseau d’origine (HLR) partage un algorithme de cryptage secret Ki Cette clé n’est jamais transmise par radio, et il est « impossible » d’y accéder dans la SIM A part en la limant ou autre RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Authentification de l’abonné A chaque accès au réseau, génération d’un nombre aléatoire et signature par la SIM Nombre aléatoire C’est la SIM qui fait le calcul Passe à travers le terminal et la BTS/MSC untouched Ki HLR/AUC RADIO IMSI : Ki Signe Signe = ? Accepté Refusé RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Chiffrement et sécurité Seul le premier lien radio est crypté Utilisation d’identité temporaire TMSI Algorithme de chiffrement et de signature choisit par l’opérateur Certain réseau ont été vendu avec une faible protection (A5/2) Station de base « pirates » Clonage de carte SIM possible par cryptanalyse (COMP128 v.1) RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Fonctionnement Initialisation du terminal Appels entrants et sortants SMS et roaming Mobilité en cours d’appel ; Hand-overs Localisation (précision) Gestion de la puissance et qualité Codage de la voix RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Initialisation du terminal Scanne les fréquences disponibles Mémorise les 30 plus forts signaux, se synchronise et analyse le code du réseau Stocké dans la SIM pour un redémarrage plus rapide Averti le réseau : IMSI attach / detach 935 960 Redémarre si code réseau correspond pas. 5 mesures par fréquence sur 3 secondes min Procédure d’authentification d’abord! Detach = Reste on quelques secondes après off pour faire le DETACH (-> emission) RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Location update Un groupe de BTS définissent une région ; la LAC, transmise dans la signalisation LAC 2010 - Temporary Mobile Subscriber Identity - Compteur configuré par l’opérateur pour mise à jours périodique - Menu engineering LAC 2040 Mise à jours périodique selon l’opérateur (timer) LAC 2060 LAC 2020 RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Mise à jours du HLR et VLR Mémorise les caractéristiques d’un abonné Base de donnée des abonnés « locaux » : HLR 05 réseau orange L’abonné est dans son réseau MSISDN:IMSI:VLR:OPTIONS 417855555:2280305999…:2280304:déviations, appels int OK 417855556:2280305888…:2080204:déviations, appels int OK Signalisation SS7 Mémorise les caractéristiques d’un abonné - Identification internationale IMSI / Numéro d’annuaire d’abonné MSISDN / Profil d’abonnement, droits, déviation,… Mémorise le VLR où l’abonné est connecté (même à l’étranger) – Visitor Location Register - Stocke l’état du mobile sous sa responsabilité (sous tension, occupé,…) / Stocke la dernière zone où le mobile se trouve - LAC Map l’IMSI à une identité temporaire Base de donnée localisation : VLR 04 du réseau 208 03 (Bouygues) L’abonné visite un réseau partenaire (roaming) IMSI:TMSI:STATUS:LAC 2280305888…:7898236384232:On:2020 2080305888…:7916254689453:Off:2030 Mémorise la position de l’abonné RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Appels entrants HLR/VLR Paging dans le LAC Écoute la meilleure cellule MSISDN +41 7x 555 55 55 MSC HLR/VLR IMSI/TMSI et LAC BSC BSC Paging dans le LAC Écoute la meilleure cellule Répond en faisant un accès aléatoire Allocation du canal, authentification Chiffrement LAC RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Roaming Le réseau d’origine ne connaît plus la position du mobile, mais la base de localisation (VLR) à laquel l’appel doit être acheminé Échange d’un certain nombre de couple <défi-réponse> pour l’authentification Ensuite, plus de contact avec le réseau d’origine pour un certain temps Échange d’informations de facturation environ tous les jours RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Appels sortants Se cale sur la cellule la plus forte Accès aléatoire sur slot de signalisation Échange d’information sur l’appel Assignement d’un canal dédié Authentification et chiffrement Théoriquement, vérification de l’IMEI (*#06#) pour bloquer les terminaux volés Conversation Vérif IMEI obligatoire (pression du gouvernement) en France, pas en suisse RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Handover La BTS active envoie une liste de cellules adjacente à « surveiller » La MS renvoie les mesures de la puissance du signal reçue pour les voisines Le BSC décide d’un handover – Changement de cellules Choix handover : Timer RX un certain temps -104 dBm RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Distance électrique RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ La distance mesurée par le timing adavnce est la distance q’aurait parcouru la lumièere dans le même temps. Les ondes ne voyagent pas toujours en ligne droite La vitesse n’est pas toujours celle de la lumière RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Positionnement En tout temps, l’opérateur connaît le LAC En cas d’appels, la cellule et les voisines Moyennant quelques calculs, précision 550 m - 125 à 35000 mètres = cellule On peut appeler le mobile « silencieusement » Utilisé pour les appels d’urgence Stockage de ces infos par les opérateurs, mystère, mais stockage no appelés pendant min 6 mois. RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Gestion de la puissance Mesure la qualité de la liaison en permanence – Adapte la puissance DTX Confort noise Raison des interférences sur les appareils fort au début, intermittent, et faible ensuite RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

SMS Comme lors d’un appel, le destinataire/émetteur est authentifiée (GSM) Lors que le message vient d’un autre réseau, pas de contrôle du champs « De » Passerelles internet -> SMS avec possibilité de modifier le champs « De » RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Déploiement et maintenance Antennes Couverture Drive tests Trafic Télésurveillance RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Choix des sites RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV Les sites haut placés couvrent des surfaces très grandes. Ils sont recherchés par les opérateurs au début du déploiement du réseau. Les sites hauts ne permettent pas d’écouler beaucoup de trafic, les canaux étant limités. Les sites bas permettent de réutiliser beaucoup mieux les fréquences et peuvent porter plus de trafic. Leur couverture est par contre moindre. A fur et a mesure qu’un réseau grandit, les sites deviennent de plus en plus nombreux et les positions basses avec « peu » de vue sont préférées. Il devient nécessaire de couper les sites haut placées pour réduire les interférences. RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Antennes RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV Voici un exemple d’une antenne GSM 1800 très utilisée. Dimensions: 1.30 m de haut, 15.5 cm de large. Il s’agit d’une antenne double (deux antennes dans la même boite) avec deux polarisations: +45° et –45°. La double polarisation permet d’améliorer la réception (diversité): il est fort probable que quand une des deux antennes capte mal un téléphone, l’autre le reçoive encore assez bien. Certains opérateurs étrangers préfèrent utiliser plusieurs antennes les unes à cotés des autres. Gain: 18 dBi (16 dBd). Dwontilt de 6°: le rayonnement se fait légèrement ver le bas. Ca permets de ne pas rayonner trop loin. RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Couverture Image confidentielle réservée à la présentation « live » Exemple de la couverture d’un site (simulation sur un modèle à 25 m). Différence par rapport au modèle « hexagonal ». Dépendance géographique: relief, type de paysage (foret, lac, zone habitée). La simulation est assez fiable à la campagne mais marche moins bien dans les villes, car il est très difficile de prendre en compte la forme des bâtiments et leur structure. RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Drive tests Image confidentielle réservée à la présentation « live » Mesure du réseau par drive test. Une voiture est équipée d’un téléphone de test, d’un récepteur GPS et les données sont enregistrées dans un PC portable. Il est ensuite possible de les représenter sur une carte. Possibilité de mesurer le niveau de champ, de simuler des appels, de scanner les fréquences,… Cet exemple montre le niveau de champ du site le plus fort (best server). Les drive tests sont utilisé pour résoudre des problèmes ponctuels et recourrants (coupure toujours au même endroit) ou pour vérifier la « propreté » d’une fréquence. Les drive tests sont aussi utilisés pour calibrer les outils de simulation. RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Trafic Image confidentielle réservée à la présentation « live » Le réseau produit constamment des statistiques sur le trafic des différents éléments. Ici le trafic porté par une cellule pendant une foire. On voit le trafic monter lors de préparatifs, son maximum pendant la foire et redescendre juste après. 18-19 septembre était le week-end. En fonction de l’emplacement d’une cellule le trafic a des caractéristiques complètement différents: bureaux, bistrots, boites de nuit, cinémas, écoles, campings, stations de métro, aéroports,… Le « blocking » indique le pourcentage d’appels qui n’ont pas pu être écoulés parce que tous les time slots étaient occupés. Les « dropped calls » indique le pourcentage d’appels qui se sont terminés malgré les usagers: par exemple par perte de réseau, interférence, mauvais paramétrage du réseau, coupure du faisceau hertzien,… RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Télésurveillance Image confidentielle réservée à la présentation « live » RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Outils logiciels Image confidentielle réservée à la présentation « live » Il est possible de surveiller et modifier le réseau GSM a distance depuis son PC. Un logiciel se charge de montrer l’état de chaque élément et de décrire les éventuels problèmes: porte ouverte, température trop élevée, panne de courant,… Un autre logiciel permet de modifier les paramètres de touts les éléments du réseau, de les redémarrer, de les couper, de télécharger la dernière version du logiciel embarqué,… RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Suite… Image confidentielle réservée à la présentation « live » RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

6. Avenir du réseau GPRS et MMS EDGE : Schéma modulation UMTS : 3GPP et recherche de « l’application qui tue » RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

GPRS Échange de données en mode paquets Facturé au débit - MMS 1 timeslot partagé par plusieurs utilisateurs Sur les 7 timeslot d’un TRX, certains sont alloués au GPRS, mais la voix à toujours la priorité Utilise la capacité libre General Packet Radio Service RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

EDGE En projet, nécessite le remplacement des émetteurs-récepteurs et terminaux Compatible avec le reste des équipements Plus sensible au bruit Peu passé de l’un à l’autre de manière transparente en fonction de la qualité Q I 3 bits par symboles (0,1,0) (0,0,0) (0,1,1) (1,1,1) (1,1,0) (1,0,0) (1,0,1) (0,0,1) EDGE Modulation GMSK Modulation 1 I 1 bit par symboles RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

UMTS Fédèrent les différents systèmes existants WCDMA : Modulation comme le GPS Large bande Départ difficile Premier réseau commercial mars 2003 Les opérateurs sont devenus frileux Cherchent « l’application qui tue » RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

7. Conclusions Amélioration de la présentation Stamm de « rattrapage » prévu en juin + GE Projet de dossier papier Autre sujets prévus : Présentation GPS (déjà présenté par Yves) Wireless LAN 802.11b UMTS Les radioamateurs, projet d’électronique, modulation, … Le votre ici! RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Références et Remerciements Réseaux GSM, Xavier Lagrange, Philippe Godlewski et Sami Tabbane, éd. Hermes. Merci à Didier HB9DUC et nos collègues radioamateurs pour leur aide précieuse! Merci aussi aux autres, après tout  Version papier = expurgée des illustrations trop confidentiels RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Réponses aux questions Site web des RadioAmateurs Vaudois : http://www.hb9mm.com/ Emanuel Corthay HB9IJI – hb9iji@sked.ch Iacopo Giangrandi HB9DUL – hb9dul@giangrandi.ch Didier Divorne HB9DUC – hb9duc@allo.ch Comparatif des opérateurs suisses par Didier: http://www.allo.ch/ Possibilité de nous inviter pour faire la présentation chez vous  - Démo à la fin - Pas de polycop cette fois! RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ RAV

Copyright Copyright  2003 Emanuel Corthay HB9IJI and Iacopo Giangrandi HB9DUL Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with the Invariant Sections being p.1 « Le GSM », p.57 « Réponses aux questions » and p.58 « Copyright ». A copy of the license is included at http://www.gnu.org/licenses/fdl.html Merci de nous envoyer un petit mail si vous faites cette présentation ailleurs ou si vous l’améliorer! RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/

Architecture réseau GSM Cellules tri-secteurs à plusieurs TRX (1 à 4 par secteurs) 1 TRX (émetteurs – récepteur) est réglé sur une fréquence porteuse, et peut écouler jusqu’à 7 conversations simultanées maximum INTERFACE VERS LE RESEAU TELEPHONIQUE TERRESTRE Concentrateur Cœur du système LOCALISATION ET LISTE DE VISITEURS EN ROAMING Terminaux : Numéro IMEI List des terminaux volés ENCRYPTION, AUTHENTIFICATION LISTE D’USAGER DE L’OPERATEUR ET DROITS SIM: Identifie l’abonné via l’IMSI RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/