Le GSM

Qu’est-ce que la technologie GSM ?

Le GSM qui signifie (Global System for Mobile Communications) appelé encore la 2G est une norme numérique de seconde génération pour la téléphonie mobile. La norme a été établie en 1982 par la Conférence européenne des administrations des postes et télécommunications (CEPT). Cette norme est entrée en application à partir de 1991 permettant ainsi la transmission de la voix et des données à faible volume (SMS). La norme GSM a connu des évolutions spectaculaires pour donner la 2.5G (GPRS), 2.75G (EDGE), la 3G (UMTS, HSPA, HSPA+, DC-HSPA+), la 4G (LTE, LTE-Advanced) et la 5G d’aujourd’hui.

La différence avec ses évolutions s’observe au niveau des débits de transmission, des fréquences de transmission, des types de modulations, des systèmes de détecteurs et de correcteurs d’erreur, de types codage et cryptages, des techniques de multiplexages et de modèle d’organisation de paquets. Le GSM est un réseau à commutation de circuits (la voix et les données à très faible quantité) contrairement à toutes ses évolutions qui sont des réseaux de commutation de circuits et de paquets (la voix, les données et la vidéo). Il a un débit théorique de transmission de 9.6 kbps. Le débit pratique pour la voix est de 13 kbps.

Les fréquences utilisées par le GSM

Le GSM utilise les bandes de fréquences de 900 MHz et 1800 MHz. Le GSM 900 est porté à haute fréquence pour donner 1800.
Le GSM 900 est divisé en deux types de bandes :
La bande de fréquence 890 - 915 MHz pour la voie montante (du mobile vers la station de base).
La bande de fréquence 935 - 960 MHz pour la voie descendante (de la station de base vers le mobile).
Le GSM 1800 est aussi divisé en deux de bandes :
La bande de fréquence 1710 - 1785 MHz pour la voie montante (du mobile vers la station de base).
La bande de fréquence 1805 - 1880 MHz pour la voie descendante (de la station de base vers le mobile).
En ce qui concerne les débits de la voix pour le GSM 900 et le GSM 1800, ils restent les mêmes (13 kbps) et pareillement pour les débits de transmission des données à faible quantité qui est de 12 kbps.

Les canaux de transmission

La bande de fréquence pour la voie montante tout comme la voie descendante est divisée en plusieurs canaux donc chaque canal à sa bande de fréquence donnée avec sa fréquence porteuse.
Le GSM 900 compte 124 canaux de communication dont chaque canal a une fréquence de 200 KHz ou 0.2 MHz. Le total de ses canaux logiques est de 992.
Le GSM de hautes fréquences (1800) compte 374 canaux de communications dont chaque canal a une fréquence de 200 KHz ou 0.2 MHz. Il faut préciser que le nombre total de canaux logiques est de 2992.

Les types de multiplexages du GSM

Le multiplexage est une technique qui permet de transmettre sur un seul support de transmission plusieurs types d’information. Le GSM utilise le multiplexage fréquentiel (FDMA) et temporel (TDMA). La norme GSM utilise une combinaison de FDMA et de TDMA qui consiste à diviser chaque canal de communication en trames de 8 intervalles de temps.

Les Tansmission/Reception Unit (TRX)

Un Transmission/Réception Unit est un émetteur récepteur qui gère une paire de fréquence; constitué d’un canal montant et d’un canal descendant. Ces deux canaux possèdent des fréquences non porteuses et une fréquence porteuse chacun. Un TRX (2 canaux) transmet 8 communications simultanées: On peut multiplexer jusqu'à 8 communications GSM simultanées sur un TRX grâce à la technique d'accès multiple TDMA. Autrement dit un canal peut transmettre 8 slots ou 8 communications simultanées. Un Slot est un intervalle de temps élémentaire en TDMA qui peut accueillir un burst. Un slot accueille un élément de signal radioélectrique appelé burst.

8 slots = 1 TDMA = 8 communications simultanées.
1 TRX = 1 paire de fréquences = 8 communications simultanées = 8 slots.
Théorique :
En théorie une BTS comporte de 16 TRX ;
Soit 16 x 8 = 128 communications simultanées.
Pratique : En pratique une BTS comporte au maximum 12 TRX ; soit 12 x 8 = 96 communications simultanées ; moins de 100 communication simultanées. Mais cette limite n'est jamais atteinte en pratique. Dans la pratique, on peut utiliser 1 TRX ou 2 TRX (16 Slots) en zone rurale et 6 TRX (48 Slots) en zone urbaine. Il est bénéfique d’augmenter le nombre de BTS que le nombre de TRX sur une BTS. Pour la fréquence GSM 900 avec 125 canaux pour la voix montante et 125 canaux pour celle descendante, on a pour cette fréquence 900 MHz 1024 communications simultanées (soit 125 x 8 = 1024). La réalité est que tous les canaux ne sont pas utilisés pour la transmission des données. Certains canaux sont pour le trafic des données et d’autres sont pour les signalisations des services entre équipements.

La structure du GSM

Le GSM est structuré en 3 sous-systèmes :
1- Le Sous-Système Radio (BSS) ou Réseau d’Accès
2- Le Sous-Système Réseau ou Acheminement (NSS) ou Réseau Cœur (CN)
3- Le Sous-Système d’Exploitation et de Maintenance (OSS).

Le Sous-Système Radio BSS (Base Station Sub-System)

Les équipements du Sous-Système Radio :
MS – BTS – BSC

• MS

La station mobile MS permet à l'abonné d'accéder aux services du GSM au travers du système cellulaire. La station mobile est composée de l'équipement possédant son identité internationale IMEI (International Mobile Equipement Identity) et de la carte SIM (Subscriber Identity Mobile) contenant l'identité de l'abonné IMSI (International Mobile Subscriber Identity) et la clé Ki (Individual Subscriber Authencation Key) servant à l'authentification et au chiffrement de la liaison radio.

Le BSS assure les transmissions radioélectriques et la gestion des ressources radio. Il est constitué:

• D'un maillage de BTS : BTS (Base Transceiver Station) ou Stations de Base

La BTS assure la transmission radio

Une BTS est un ensemble des émetteurs et des récepteurs appelés TRX (Transmission Réception Unit) qui gère chacune une paire de fréquence radio c’est-à-dire une bande de fréquence pour la voix montante (le trafic du téléphone vers l’antenne) et une autre bande de fréquence pour la voix descendante (le trafic de l’antenne vers le téléphone).
Les TRX se chargent de modulation, démodulation, de multiplexage, codage, correction d’erreurs, et de cryptage.
La portée d’une BTS peut aller jusqu’à 0.3 km ou 1 km (zone urbaine) et de 30 km (zone rurale). Cette portée peut être influencée par le facteur démographique, géographique et végétation.
La BTS communique de façon permanante avec touts les terminaux mobiles (MS) encore appelés abonnés qui sont dans sa cellule ou dans sa zone de couverture. Ces échanges se font par la liaison rodia ou la couche 1 de l'interface radio appelée Interface Um ou simplement l'air.

• Des BSC : BSC (Base Station Controller) ou Stations de Contrôle.

Un BSC est la partie intelligente du réseau qui s’occupe de la gestion des ressources radio à savoir le contrôle des puissances d’émission des mobiles par l’intermédiaire des BTS, les allocations des canaux de transmission, La gestion de la configuration des canaux, la gestion des processus des handovers :
- Handover Intra-BSC : attribution du nouveau canal au MS dans la même cellule ou dans une autre cellule gérée par le même BSC.
- Handover Intra-MSC : attribution du nouveau canal au MS mais dans une cellule gérée par un autre BSC, lui-même étant géré par le même MSC.
- Handover Inter-MSC : attribution du nouveau canal au MS dans une cellule qui est gérée par un autre MSC.
- Handover Inter-Système : attribution du nouveau canal dans un autre réseau mobile que celui qui est en charge de la MS (exemple entre un réseau GSM et un réseau UMTS).

Le Sous-Système Réseau ou d’Acheminement (NSS ou CN)

NSS: Network Switching Sub-System;
CN: Core Network
Le NSS permet la gestion d'acheminement des appels et la mobilité des abonnés.
Les équipements du NSS :
MSC – VLR – HLR – G-MSC – SM-MSC

• Plusieurs MSC (Mobile service Switching Center) ou centres de commutation des mobiles) dont :
  • G-MSC (Gateway MSC) qui fait le lien avec les réseaux RTCP.
  • SM-MSC (Short Message MSC) qui gère le transit des messages courts.
• Plusieurs VLR (Visitor Location Register) ou registres de localisation des visiteurs
• un HLR (Home Location Register) ou registre de localisation nominale.

Le Sous-Système d'Exploitation et de Maintenance (OSS)

OSS: Operation Sub-System
Les équipements qui le composent sont :
EIR – AuC – NMC – OMC
L'OSS permet à l'opérateur d'administrer et de contrôler le réseau. Il est constitué de :

• EIR (Equipment Identity Register) ou registre d'identités des équipements
• AuC (Authentication Center) ou centre d'authentification
• NMC (Network Management Center) ou centre d'administration du réseau
• OMC (Operation and Maintenance Center) ou centre d'opération et de maintenance divisé en :
  • OMC-R (OMC Radio)
  • OMC-S (OMC Switch)

Les interfaces du réseau GSM

Les interfaces sont des protocoles qui permettent la communication entre les équipements des sous-systèmes GSM.

Remarque : Les techniques de codage ou de modulation utilisées par GSM sont le GSMK et le 8PSK.