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Réseau cellulaire
Il faut rappeler que la téléphonie mobile est un système de radiotéléphonie dit cellulaire. En effet, un réseau est dit cellulaire si ce dernier est découpé en « cellules », qui sont des petites zones où se trouvent une série d’équipements de radiotéléphonie.
Afin de permettre aux utilisateurs d’être mobiles, une liaison radioélectrique relie le terminal mobile au réseau. Le signal radioélectrique est atténué au cours de sa propagation (affaiblissement de parcours, diffractions, réflexions, etc.), c’est le majeur problème de la communication cellulaire. La puissance qui arrive au niveau du récepteur doit être suffisante pour qu’il puisse reconstituer correctement l’information qui lui est destinée. Les puissances des différents émetteurs du système radiomobile étant limitées, alors plusieurs points d’accès au réseau et des stations de base (émetteur- récepteur) sont installés dans le territoire.
Un mobile qui se déplace sur un territoire ou bien une cellule, s’attache à la station de base qui lui fournit le meilleur lien radio. Le passage du mobile d’une cellule à une autre, qu’on appelle aussi handover, doit se faire de manière transparente pour l’utilisateur, sans interruption de la communication, ni dégradation excessive de la qualité de service.
Caractéristiques du canal radio
L’utilisation de la liaison radio dans les communications pose un certain nombre de problèmes, liés à la nature même du canal de transmission. Ce canal est par nature dispersif, il est commun à tous les utilisateurs, et son usage doit donc être partagé. Le spectre radio, et par conséquent la capacité disponible pour l’accès radio, est généralement limité par la réglementation. Il représente donc une ressource onéreuse, qu’il est essentiel d’économiser.
Partage du spectre et méthodes d’accès / Dans les systèmes radio mobiles, la bande de fréquence utilisée par les communications est limitée. Cette bande doit donc être utilisée de la façon plus judicieuse possible pour écouler le maximum de communications. Elle est partagée en canaux qui sont alloués à la demande des mobiles ou des stations de base. La nature des canaux de transmission dépend de la méthode d’accès utilisée.
Les trois principales techniques d’accès multiple ou partage de la ressource radio, sont les suivantes. Accès Multiple à Répartition de Fréquences (AMRF) ou Frequency Division Multiple Access (FDMA). Accès Multiple à Répartition de Temps (AMRT) ou Time Division Multiple Access (TDMA). Accès Multiple à Répartition de Codes (AMRC) ou Code Division Multiple Access (CDMA) .
Mode de duplexage / Le duplexage est la manière dont les deux sens de liaison partagent les ressources radio. On parle de lien montant (reverse link ou uplink, noté UL) quand il s’agit de l’émission du mobile vers la station de base. Le lien descendant (forward link ou downlink, noté DL) correspond à l’émission de la station de base vers le mobile.
En duplexage fréquentiel ou FDD (Frequency Division Duplex), la station de base et le terminal mobile utilisent les fréquences d’émission différentes et peuvent émettre simultanément. Ce mode est particulièrement intéressant dans les systèmes macro cellulaires, car il ne nécessite pas de synchronisation et aussi bien adapté au débit symétrique.
En duplexage temporel ou TDD (Time Division Duplex), la station de base et le terminal mobile utilisent la même porteuse, mais émettent à des instants différents. La synchronisation est plus compliquée pour ce mode, mais l’allocation de ressources est plus flexible par rapport au mode FDD. De plus, ce mode est bien adapté pour le débit asymétrique.
Gestions des appels et gestions de mobilité dans un réseau GSM
Appels en mode circuits/ appels en mode paquet / La partie réseau cœur du GSM circuit utilise un protocole de signalisation spécifique au réseau GSM, le MAP (Mobile Application Part) basée sur des couches de transport héritées de la téléphonie fixe SS7 (Signalling System n°7) telles le MTP, le SCCP et le TCAP.
MTP (Message Transfert Part) est une couche de protocole assurant le transfert fiable des informations des messages de signalisation des couches supérieures.
SCCP (Signalling Connection Control Part) permet, par l’utilisation d’un système d’adressage global, l’échange de la signalisation au niveau international, par exemple entre deux réseaux différents.
TCAP (Transaction Capability Application Part) est un protocole qui permet de gérer les transactions entre deux nœuds du réseau, indépendamment de la couche utilisatrice.
Contrairement aux appels en mode circuit, la partie GPRS du réseau cœur n’utilise pas de protocoles de transport en mode connecté. Deux tunnels de communication sont utilisés par les appels en mode paquet, ayant respectivement son protocole spécifique dit protocole d’encapsulation, tel que :
SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol), utilisé pour transmettre les données usager du terminal au SGSN et pour gérer la compression des données;
GTP (GPRS Tunnelling Protocol) sert à transférer les données usager du SGSN au GGSN, ce protocole s’appuie sur un transport UDP/IP (User Datagramme Protocol/ Internet Protocol) ou TCP/IP (Transmission Control Protocol ).
Mobile en mode veille/ Mobile en mode actif / La gestion de mobilité est une fonction essentielle des réseaux de communication cellulaires. Contrairement aux réseaux fixes traditionnels, la position géographique du terminal de l’abonné varie au cours du temps. Il est donc nécessaire d’intégrer au réseau de communication cellulaire des fonctions de gestion de mobilité permettant de joindre l’abonné quelle que soit sa position dans le réseau ou, plus généralement, d’assurer une continuité du service fourni à l’abonné indépendamment de sa localisation dans la zone de service de l’opérateur.
Dans un environnement cellulaire, les dimensions des cellules du réseau et les vitesses de déplacement des usagers peuvent être très variées.
Limites du GSM et ses évolutions
Limites : Les performances du GSM en téléphonie sont assez satisfaisantes. Par contre en terme de transfert de données, en comparaison avec les réseaux fixes, le débit est insuffisant à cause de son fonctionnement en commutation de circuits.
L’incompatibilité de différents systèmes 2G entre eux, voire les technologies radio utilisées (modulation, bande de fréquence utilisée, mode d’accès ou encore les canaux physiques), se traduit comme un grand problème qui empêche la mobilité des usagers dans un pays exploitant d’autres technologies de son opérateur.
Cette incompatibilité entraîne une influence directe sur les revenus des opérateurs cellulaires. L’opérateur qui a choisi une technologie minoritaire, subira un manque de gain correspondant aux abonnés en situation d’itinérance qui ne parviennent pas à se raccorder à son réseau.
Evolutions : 2.5G, 2.75G, 3G : Plusieurs extensions de GSM ont été définies, telles que le HSCSD, le GPRS, le EDGE.
Elles ont surtout pour but d’augmenter le débit binaire que ce soit en mode circuit, soit mode paquet. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) : Le HSCSD est une amélioration des services de données en mode circuit de la norme GSM, destinée à proposer des débits usager plus élevés que le service de base à 9.6kbps.
En GSM, chaque porteuse est divisée en 8 intervalles de temps, représentant autant de ressources élémentaires. Chacune de ces ressources élémentaires peut offrir un débit maximum de 14.4kbps, grâce à l’utilisation d’un codage canal particulier.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1. RESEAUX CELLULAIRES DE 2G ET SES EVOLUTIONS
1.1. Historiques (1G, 2G, 2.5G, 3G)
1.2. Réseau cellulaire
1.3. Caractéristiques du canal radio
1.3.1. Partage du spectre et méthodes d’accès
1.3.1.1. Accès Multiple à Répartition de Fréquences (AMRF)
1.3.1.2. Accès Multiple à Répartition de Temps (AMRT)
1.3.1.3. Accès Multiple à Répartition de Codes (AMRC)
1.3.2. Mode de duplexage
1.4. Réseau GSM
1.4.1. Architecture du réseau
1.4.1.1. Abonné et le terminal GSM
1.4.1.2. Réseau d’accès BSS et ses composants
1.4.1.3. Réseau cœur et ses composants
1.4.1.4. Interfaces du réseau GSM
1.4.1.5. Caractéristiques radio du système 2G
1.4.2. Gestions des appels et gestions de mobilité dans un réseau GSM
1.4.2.1. Appels en mode circuits/ appels en mode paquet
1.4.2.2. Mobile en mode veille/ Mobile en mode actif
1.4.3. Limites du GSM et ses évolutions
1.4.3.1. Limites
1.4.3.2. Evolutions : 2.5G, 2.75G, 3G
1.4.3.3. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)
1.4.3.4. GPRS (General Packet Radio Service)
1.4.3.5. EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)
1.4.4. UMTS et les réseaux 3G
1.4.4.1. Pourquoi UMTS : son origine
1.4.4.2. L’IMT-2000 et le 3GPP
1.4.4.3. Objectifs de l’UMTS
CHAPITRE 2. LES PRINCIPES DE L’UMTS
2.1. Concepts de base
2.1.1. Introduction
2.1.2. Réseau cœur et réseau d’accès
2.1.3. Découpage en strates : NAS (Non Access Stratum), AS (Access Stratum)
2.1.3.1. Strate d’accès AS
2.1.3.2. Strate de non accès NAS
2.1.3.3. Les SAP (Service Access Point)
2.1.4. Notion de RAB
2.1.5. Qualité de services QoS
2.1.6. Mécanisme radio
2.2. Architecture et structure de l’UMTS
2.2.1. Terminaux UMTS
2.2.1.1. Evolution du terminal et son architecture logique
2.2.1.2. Carte USIM
2.2.1.3. Interface USIM et Terminal
2.2.2. Réseau d’accès UTRAN
2.2.2.1. NodeB
2.2.2.2. RNC
2.2.2.3. Interfaces du réseau d’accès
2.2.3. Réseau cœur de l’UMTS
2.3. Caractéristiques techniques du réseau UMTS
2.4. Gestion des sessions de communications et Gestion de mobilité
2.5. Services fournis par l’UMTS
CHAPITRE 3. L’UNIVERSAL TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK
3.1. Interface radio de l’UTRAN
3.1.1. Interface radio
3.1.1.1. Architecture en couches
3.1.1.2. Plan de contrôle et plan usager
3.1.2. Les canaux
3.1.2.1. Canaux logiques
3.1.2.2. Canaux de transport
3.1.2.3. Canaux physiques
3.1.2.4. Correspondances entre les canaux
3.1.3. Couches de protocole radio
3.1.3.1. Couche RRC
3.1.3.2. Couche RLC
3.1.3.3. Couche MAC
3.1.3.4. Couche PDCP
3.1.3.5. Couche BMC
3.1.3.6. Couches physiques de l’UTRAN
3.2. Protocoles réseau de l’UTRAN
3.2.1. Architecture logique de l’UTRAN
3.2.2. Couche réseau radio RNL
3.2.2.1. Protocoles de signalisation de la couche RNL
3.2.2.2. Protocoles Frame Protocol (FP)
3.2.3. Couche réseau de transport TNL
3.2.4. Evolution vers le tout IP
3.3. Couche physique de l’interface radio
3.3.1. Principes généraux de CDMA
3.3.1.1. Propriétés du CDMA
3.3.1.2. Codes utilisés dans l’UTRAN
3.3.1.3. L’utilisation des codes dans l’UTRAN
3.3.2. Scénario de traitement d’information dans la couche physique
3.3.2.1. Contrôle d’erreurs
3.3.2.2. Concaténation/ Segmentation des transport blocks
3.3.2.3. Egalisation/ Adaptation de débit
3.3.2.4. Entrelacements
3.3.2.5. Multiplexage des canaux de transport et Segmentation canal physique
3.3.2.6. Etalement et modulation
3.3.3. Avatanges et inconvénients du CDMA
CHAPITRE 4. SIMULATION SOUS MATLAB DE L’ETALEMENT DE SPECTRE APPLIQUE DANS LE RESEAU D’ACCES UTRAN
4.1. Objectif de la simulation
4.2. Présentation du logiciel de simulation MATLAB
4.3. Quelques commandes utilisées
4.4. Manipulation
4.4.1. Fenêtre d’accueil
4.4.2. Fenêtre pour le calcul de probabilité d’erreur
4.4.3. Fenêtre d’étalement de spectre
4.4.4. Les spectres des signaux
4.4.5. Fenêtre de désétalement des signaux reçus
CONCLUSION
ANNEXE 1 : Les versions de la norme
ANNEXE 2 : Couches ATM
ANNEXE 3: Codes sources MATLAB
BIBLIOGRAPHIE
