gsm global system for mobile communication rav03 v1.3 nconfidentiel
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RAV oct 2003 - v.1.3 http://www.hb9mm.com/stamm/ 1
Le : Global System for
Mobile communication Par Emanuel Corthay HB9IJI et
Iacopo Giangrandi HB9DUL
Prsentation au club des RadioAmateursVaudois le 11 avril 03 : www.hb9mm.com
RAV 2003 version 1.3 octobre 2003
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1. Introduction historique
Origine
Organisme de standardisation
Raison de son succs
Couverture suisse et mondiale
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Historique
WARC World Administrative RadioConference en 1979: Ouverture du 900 Mhz
ETSI European Telecommunication
Standards Institute : Communaut EU Groupe Spcial Mobile
Choix du numrique en 1987Standard
europenFin de lanalogique Lancement commercial en 1991: NATEL D
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Statistiques
Succs mondial du standard, 787millions dabonns fin 2002 - 190 pays
1 milliard en 2004
Sa force : Standard fix au niveau EUBaisse de cots des terminaux et du rseauItinrance dans de nombreux pays
Plusieurs constructeurs en concurrence Rpond un besoin et pay par lappelant Beaucoup de services (caller id, confrence,)
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Couverture
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2. Interface radio
Frquences / Canaux / Bandes
Modulation / Traitement de la parole
Multiplexage temporel Canaux logiques
Trafic / Capacit
Rutilisation des frquences et interfrances Puissance
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Frquences / Canaux
124321 124321
Uplink Downlink
890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz
200 kHz
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Bandes / Oprateurs
GSM 900 MHz
UL : 890..915 MHzDL : 935..960 MHz
124 Canaux (1..124)
EGSM 900 MHz
UL : 880..890 MHzDL : 925..935 MHz
49 Canaux (975..1023)
GSM 1800 MHz
UL : 1710..1785 MHzDL : 1805..1880 MHz374 Canaux (512..885)
12461 59
11 2268 53
Swisscom
Orange
Sunrise
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Modulation GMSKGaussian MinimumShift Keying combinaison demodulation de phase et
de frquence.
Largeur de bande:200 kHz
Dbit binaire:270.833 kbps
1 bit = 3.7 ms
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AD
300 Hz 3.4kHz
12bit
8kHz
96kbps1920bit / 20ms
CODECparole
CODECcanal
22.8kbps456bit / 20ms
13kbps260bit / 20ms
Entrela-cement
7.4 : 1
8 bursts8 trames
33.8kbps
Traitement de la parole
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Multiplexage temporel :
TDMA
0 1 2 3 4 5 6 7 07
8 Time Slots par canal
4.62 ms
577 ms156.25 bit
270 kbps
temps
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Timing Advance
Rsolution: 1 bit = 3.7 ms = 2 x 550 m
0 1 2 3 4 5 6 7
Max 2 x 35 km = 233 ms = 64 bit
4 5
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Canaux logiques
0 1 2 3 4 5 6 7
BCCH: Broadcast Control CHannel
SDCCH: Standalone Dedicated Control CHannel
TCH: Traffic CHannel
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Trafic / Capacit (1/2)
0 1 2 3 4 5 6 7Canal 5
2
34
5
6
7
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Trafic / Capacit (2/2)
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
Canal 5
Canal 18
2
34
5
6
7 3
1
2
5
7 4
6
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Rutilisation des frquences
5
5
15 15
7 7
7
10
10
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Rutilisation et interfrences
Canal15
Canal6
Canal15
SNmin = 9 dB
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Puissance
Pmax 20 WGain 18 dBi
Pertes 3 dB
900 MHzPmax = 2 W
Gain 0 dBi
1800 MHzPmax = 1 W
Gain 0 dBi
La puissance est varie continuellement par pas de 2 dBjusqu une rduction maximale de 20 dB (99%).
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3. Structure du rseau
Structure gnrale :
MobileStation, BaseStationController,MobileSwitchingCenter BaseTransceiverStation HomeLocationRegister /VisitorLocationRegister SubscriberIdendityModule
Structures terrestres : Liaisons micro-ondes Liaisons par lignes loues Liaisons hertziennes
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MS / BTS / BSC / MSC
BSC
BSCBTS
BTS
BTS
BS
BS
BS
MS
MSC
PSTN
Internet
VLR
HLR
Donnes des abonnsdu rseau
Localisationdes MS
actuellementdans le rseau
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Liaisons MW / LL
BSC
BS
BS BS
MSCMS
HUBBS
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Liaisons par lignes loues
Utilisation dune ligne de cuivre HDSL. Dbit de 2 Mbit/s = 12 x 8 timeslots.
Qualit indpendante de la mto.
Frais dinstallation importants.
Frais de location importants.
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Liaisons hertziennes
15 GHz 30 km
23 GHz 10 km
38 GHz 2 km 58 GHz 500 m
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MSC : Mobile Switching Center
MSC
BSC
HLR
PSTN
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BTS : Base Station Subsystem
3 secteurs = minimum 3 antennes et3 TRX (ensemble metteurs rcepteurs 1 frquence porteuse)
1
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Diffrentiation Numro dabonn Mobile Station ISDN number : +41 7x 555 55 55
Identit du client mobile : IMSI
International Mobile Subscriber Identity dans la SIM
Numro de srie du terminal mobile : IMEI International Mobile Equipement Identity dans le terminal
mobile ( modifiable)
Terminal mobile (MS)
Code pays228
Oprateur02 HLR MSIN unique
3 chiffres 2 chiffres 2 + 8 = 10 chiffres
Rseau dorigine Ici sunrise Identification unique en suisse
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Carte SIM et scurit
La SIM est un mini-ordinateur, capable destocker des donnes, et de faire des calculs
Possde un compteur interne et un premier
niveau de protection, le PIN La carte SIM et la base de donne dabonndu rseau dorigine (HLR) partage unalgorithme de cryptage secret Ki
Cette cl nest jamais transmise par radio, etil est impossible dy accder dans la SIM
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Authentification de labonn
A chaque accs au rseau, gnration dunnombre alatoire et signature par la SIM
Signe
HLR/AUC
Nombre alatoire
= ?
Refus
Accept
Ki
RADIO
Signe
IMSI : Ki
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Chiffrement et scurit
Seul le premier lien radio est crypt Utilisation didentit temporaire TMSI Algorithme de chiffrement et de signature
choisit par loprateur Certain rseau ont t vendu avec une faibleprotection (A5/2)
Station de base pirates Clonage de carte SIM possible par
cryptanalyse (COMP128 v.1)
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4. Fonctionnement
Initialisation du terminal Appels entrants et sortants
SMS et roaming
Mobilit en cours dappel ; Hand-overs
Localisation (prcision)
Gestion de la puissance et qualit Codage de la voix
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Initialisation du terminal
Scanne les frquences disponibles
Mmorise les 30 plus forts signaux, sesynchronise et analyse le code du rseau
Stock dans la SIM pour un redmarrage
plus rapide Averti le rseau : IMSI attach / detach
935 960
L ti d t
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Location update
Un groupe de BTS dfinissent une rgion ;la LAC, transmise dans la signalisation
LAC 2020
LAC 2010
LAC 2040
LAC 2060
Mise jourspriodique
selonloprateur(timer)
Mi j d HLR t VLR
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Mise jours du HLR et VLR Mmorise les caractristiques dun abonn
Base de donne des abonns locaux : HLR 05 rseau orange
MSISDN:IMSI:VLR:OPTIONS417855555:2280305999:2280304:dviations, appels int OK417855556:2280305888:2080204:dviations, appels int OK
IMSI:TMSI:STATUS:LAC2280305888:7898236384232:On:20202080305888:7916254689453:Off:2030
Base de donne localisation : VLR 04 du rseau 208 03 (Bouygues)
Mmorise laposition delabonn
Labonn est dansson rseau
Labonn visite un rseau partenaire (roaming)
Signalisation SS7
Appels entrants
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Appels entrantsMSISDN
+41 7x 555 55 55HLR/VLRMSC
IMSI/TMSI etLAC
BSCBSC
LAC coute la meilleure cellule
Rpond en faisant un accs alatoire
Allocation du canal, authentification
Chiffrement
Paging dans le LAC
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Roaming Le rseau dorigine ne connat plus la
position du mobile, mais la base delocalisation (VLR) laquel lappel doit treachemin
change dun certain nombre de couple pour lauthentification Ensuite, plus de contact avec le rseau
dorigine pour un certain temps change dinformations de facturation
environ tous les jours
Appels sortants
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Appels sortants Se cale sur la cellule la plus forte Accs alatoire sur slot de signalisation change dinformation sur lappel Assignement dun canal ddi Authentification et chiffrement Thoriquement, vrification de lIMEI
(*#06#) pour bloquer les terminaux vols
Conversation
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Handover
La BTS active envoie uneliste de cellules adjacente surveiller
La MS renvoie les mesuresde la puissance du signalreue pour les voisines
Le BSC dcide dun
handoverChangement decellules
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Distance lectrique
Positionnement
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Positionnement En tout temps, loprateur connat le LAC
En cas dappels, la cellule et les voisines Moyennant quelques calculs, prcision 550 m
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Gestion de la puissance
Mesure la qualit de la liaison enpermanenceAdapte la puissance
DTX Confort noise
Raison des interfrences sur les appareils
fort au dbut, intermittent, et faible ensuite
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SMS
Comme lors dun appel, ledestinataire/metteur est authentifie (GSM)
Lors que le message vient dun autre rseau,
pas de contrle du champs De Passerelles internet -> SMS avec possibilit
de modifier le champs De
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5. Dploiement et maintenance
Antennes
Couverture
Drive tests Trafic
Tlsurveillance
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Choix des sites
Antennes
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Antennes
Couverture
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Drive tests
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Drive tests
Trafic
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Trafic
Tlsurveillance
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Tlsurveillance
Outils logiciels
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g
Suite
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6. Avenir du rseau
GPRS et MMS
EDGE : Schma modulation
UMTS : 3GPP et recherche de lapplication qui tue
GPRS
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GPRS
change de donnes en mode paquets Factur au dbit - MMS
1 timeslot partag par plusieurs utilisateurs
Sur les 7 timeslot dun TRX, certains sontallous au GPRS, mais la voix toujours lapriorit
Utilise la capacit libre
EDGE
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EDGE
En projet, ncessite le remplacement desmetteurs-rcepteurs et terminaux
Compatible avec le reste des quipements
I
1 bit par symboles
1
GMSKModulation 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
0
UMTS
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UMTS
Fdrent les diffrents systmes existants WCDMA : Modulation comme le GPS
Large bande
Dpart difficile
Premier rseau commercial mars 2003
Les oprateurs sont devenus frileux Cherchent lapplication qui tue
7. Conclusions
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7. Conclusions Amlioration de la prsentation
Stamm de rattrapage prvu en juin + GE Projet de dossier papier
Autre sujets prvus :Prsentation GPS (dj prsent par Yves)
Wireless LAN 802.11b
UMTS
Les radioamateurs, projet dlectronique,modulation, Le votre ici!
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Rfrences et Remerciements
Rseaux GSM, Xavier Lagrange, PhilippeGodlewski et Sami Tabbane, d. Hermes.
Merci Didier HB9DUC et nos collguesradioamateurs pour leur aide prcieuse!
Merci aussi aux autres, aprs tout
Version papier = expurge des illustrationstrop confidentiels
Rponses aux questions
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Rponses aux questions
Site web des RadioAmateurs Vaudois :http://www.hb9mm.com/
Emanuel Corthay [email protected] Iacopo Giangrandi HB9DUL
[email protected] Didier Divorne [email protected] Comparatif des oprateurs suisses par Didier:
http://www.allo.ch/
Possibilit de nous inviter pour faire laprsentation chez vous
http://www.hb9mm.com/http://www.allo.ch/http://www.allo.ch/http://www.hb9mm.com/ -
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Architecture rseau GSMC ll l i l i TRX (1 4 )
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INTERFACE VERS LE RESEAUTELEPHONIQUE TERRESTRE
Concentrateur
Cellules tri-secteurs plusieurs TRX (1 4 par secteurs)1 TRX (metteurs rcepteur) est rgl sur une frquence porteuse, et peut couler
jusqu 7 conversations simultanes maximum
Terminaux :Numro IMEI
SIM:Identifie labonn
via lIMSI
LOCALISATION ETLISTE DE
VISITEURS ENROAMING
LISTE DUSAGER DE LOPERATEUR ET DROITS
List des terminaux vols
ENCRYPTION,AUTHENTIFICATION
Cur du systme
Architecture rseau GSM