Technique GSMStructures temporelles du systme GSM Canaux logiques du systme GSM Exemples de configuration de BTS Gestion des puissances Le Rx level et les critres C1 et C2 BCCH Allocation List (BA_List) Calcul de la valeur du Timing Advance Glossaire

Structures temporelles du systme GSMChaque porteuse est divise en intervalle de temps, le plus petit lment de ces structures est le slot, d'une dure de 0,5769 ms il permet de vhiculer avec une priodicit bien dfinie des lments d'informations appels "burst". Les slots ou "Time slot" sont groups par huit afin de dfinir l'lment essentiel du systme GSM : la trame TDMA, sa dure est de 8 x 0,5769 = 4,6152 ms. Chaque utilisateur utilise un slot par trame TDMA, ces slots sont numrots avec un indice TN (Time slot Number) allant de 0 7. Le systme GSM est constitu principalement de canaux logiques, c'est canaux sont la rsultante d'une rptition priodique de slots dans la trame TDMA, on l'appel la multi-trame. Tous les canaux logiques n'ont pas les mmes besoins, certains se contentent de faibles dbits alors que d'autres sont beaucoup plus gourmands en ressource. Afin de grer les dbits et de dfinir une priodicit sur les canaux logiques, on a cr deux structures de Multi-trames. La Multi-trame 26 compos de 26 trames TDMA, d'une dure de 120 ms, et la Multi-trame 51, compose de 51 trames TDMA, d'une dure de 235,8 ms. Pour grer ces deux multi-trames, on a cr la Super-trame, structure rassemblant 26 Multi-trame 51 ou indiffremment 51 Multi-trame 26. Sa dure est de 6,12 s, mais la Super-trame n'a pas de fonction essentielle, son seul rle est de contribuer la dfinition de l'Hyper-trame. Compos de 2048 super-trames, sa priode est de 3h 28mn 53s 760 ms. Elle va servir de base la cration d'un code de temps : "Time code", chaque trame TDMA composant la l'Hyper-trame se voit attribuer un numro : "Frame Number". Ce compteur va permettre au mobile de se synchroniser finement avec la cellule en se verrouillant dessus, le "Time code" dmarre au mme instant pour toutes les frquences d'une mme BTS. Le compteur est aussi utilis pour le chiffrement dans l'algorithme A5.

Canaux logiques du systme GSMOn distingue 2 sortes de canaux dans le systme GSM, le canal physique et le canal logique. Le premier peut tre une porteuse module sur une frquence (ex : le canal 1 duplex sur les frquences 935,2 / 890,2 MHz ) ou l'association de 2 canaux logiques TCH + SACCH duplex, qui peut tre vue comme un circuit tlphonique classique. Le second est une suite de slots de diffrentes trames TDMA (modul sur un ou des canaux GSM) qui mis bout bout, forme un canal logique. On distingue deux types de canaux logiques : les ddis, qui allouent une ressource rserve un mobile afin qu'il puisse communiquer avec le rseau, et ceux, dans les deux sens (duplex). Et les non-ddis qui sont des canaux partags par plusieurs mobiles, ils sont diffuss l'ensemble des mobiles en veille dans la cellule. Ces canaux sont unidirectionnels (simplex) et sont tous dirig dans le sens BTS - Mobile exception fait du canal RACH, qui lui, est dans l'autre sens. Le canal physique supporte plusieurs canaux logiques

Type de canal

Canal logique

Slot Multi Fonction possible trame

Broadcast Channel Simplex Non-ddis

FCCH Frquency Correction CHannel SCH Synchronization CHannel BCCH Broadcast Control CHannel

0 0 0 2,4,6 0 2,4,6 0 2,4,6 0 2,4,6 0 1,2,3 0 17 0 07

51 51 51 51 51 51

Calage fin du mobile sur la frquence porteuse Synchronisation du mobile avec la cellule Diffusion au mobile des informations de la cellule Canal par lequel le mobile reoit les appels en provenance du rseau Canal par lequel le mobile accde au rseau de faon alatoire pour rpondre ou lancer un appel. Le rseau communique par ce canal pour informer le mobile par o, quand et comment il doit tablir une communication Diffusion sur ce canal des messages courts de type info routire, mto etc.. Canal de signalisation, mise jour de localisation etc... Canal de supervision d'une liaison, control de la puissance, de la qualit, remont de mesure. Il peut tre associ soit un canal SDCCH (multi-trame 51), soit un canal TCH (multi-trame 26). Canal de supervision d'une liaison, lors d'une communication, il sert excuter le Hand-Over, ce canal n'existe que par le vol de slots du canal TCH Canal supportant le trafic voix ou data

PCH Common Control Channel Paging CHannel Simplex Non-ddis RACH Random Access CHannel AGCH Access Grant CHannel

CBCH Cell Broadcast CHannel SDCCH Dedicated Control Channel Stand-Alone Dedicated Control CHannel Duplex SACCH Ddis Slow Associated Control CHannel

51 51 51 26

FACCH Fast Associated Control CHannel Traffic Channel Duplex Ddis TCH Traffic CHannel

07

26

07

26

Exemples de configuration de BTS en mode Full Rateune BTS avec 1 TRX : 8 TN (Time slot Number) = 7 communications TN 0 pour le FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH et 4 SDCCH et leurs SACCH TN 1 7 : 1 TCH et son SACCH par slot une BTS avec 4 TRX : 32 TN = 29 communications TN 0 pour le FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH . 2 TN : 8 SDCCH et leurs SACCH associs par slot 29 TN : 1 TCH et son SACCH par slot

une BTS avec 12TRX : 96 TN = 87 communications TN 0 pour le FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH TN 2 : BCCH, PCH, AGCH et RACH TN 4 : BCCH, PCH, AGCH et RACH TN 6 : BCCH, PCH, AGCH et RACH 5 TN : 8 SDCCH et leurs SACCH associs par slot 87 TN : 1 TCH et son SACCH par slot

Gestion des puissancesLors d'une communication, le mobile peut effectuer sur demande du rseau, une augmentation ou une diminution de son mission par pas de 2 dBm toutes les 60 ms. Ce changement sur l'initiative du rseau, rsulte d'une lecture des remontes de mesures effectues par le mobile toute 480 ms sur le canal SACCH (soit toutes les 4 multi_trame26 = 104 trames TDMA) 900 MHzMesure 2 Watts dBm 8 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

5 3.16 2 1.260 0.794 0.501 0.316 0.199 0.125 0.079 0.050 0.032 0.020 0.012 0.007 0.005 0.00 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5

39 37 35 33

1800 MHZMesure 0 Watts dBm 30 1 28 2 26 3 24 4 22 5 20 6 18 7 16 8 14 9 12 10 10 11 8 12 6 13 4 14 2 15 0

1 0.631 0.251 0.398 0.158 0.1 0.063 0.04 0.025 0.016 0.01 0.006 0.004 0.0025 0.0015 0.001

Les rsultats des tableaux sont donns par les relations suivantes : Watt = 10(dBm/10)*0.001 dBm = 10*log(Watt/0.001)

Le Rx level et les critres C1 et C2

Le Rx level, (niveau de rception) est une mesure quantitative du niveau de champ reu sur le canal BCCH en veille. Le BCCH, est toujours mis puissance constante depuis

la BTS et il n'est pas soumis au saut de frquence. C'est la mesure certainement la plus connue des utilisateurs de mobiles, sa visualisation se fait sur un bargraphe indiquant le niveau de rception du rseau. Pour les mobiles pratiquant le "netmonitoring", des chiffres prcis donnent l'tat de rception de la BTS. En veille, le mobile mesure le champ, en moyennant les 8 "burst" BCCH, de 2 multi-trame_51 reu. En communication la mesure s'effectue sur les canaux TCH, SACCH, SDCCH et FACCH toutes les 480 ms, comme en veille, il s'agit d'une moyenne des niveaux reus sur les "Burst" mais sur 4 multi-trame_ 26. Le nombre de "Burst" pris en compte varie s'il s'agit d'un canal Full rate ou Half rate et si le DTX est activ ou non. Pour un canal Full rate et sans DTX le nombre d'chantillons est de 100 "Burst", pour un canal Half rate et sans DTX le nombre est de 52. Lorsque le DTX et le control de puissance sur la voie descendante sont activs, la mesure ne s'effectue plus que sur 12 "Burst" du canal TCH et SACCH. En veille, le mobile va non seulement mesurer la BTS sur laquelle il est camp, mais aussi les BTS aux alentours pour pouvoir prparer le cas chant la slection d'une autre BTS. Le rseau fournit au mobile la liste des BTS qu'il doit couter et mesurer dans une "BCCH allocation list" diffus sur le canal BCCH de la BTS d'accroche. Le critre C1 est un paramtre vrifiant que la cellule slectionne est toujours parfaitement reu et qu'elle ne subit pas un affaiblissement trop fort par rapport d'autres cellules avoisinantes. Pour vrifier cette hypothse, le critre C1 est compos de 2 parties. Une partie dfinissant les capacits du mobile et une autre celles de la BTS. L'quation vrifie la liaison descendante et montante. Ce critre s'crit comme suit : C1 = (RxLev RX_Access_Min MAX (Max_TXPWR_Max_CCH Max. mobile RF Power,0) RxLev : Niveau de champs reu sur le canal BCCH en veille et en communication sur les canaux TCH, SACCH, SDCCH et FACCH (en dbm) RX_Access_Min : Niveau minimum autoris par la BTS pour que le mobile puisse s'accrocher elle (en dbm). Max_TXPWR_Max_CCH : Paramtre fixant la puissance laquelle le mobile doit mettre lors de l'accs initial une cellule. Si ce paramtre est suprieur la classe de puissance du mobile, celui-ci met sa puissance maximale (30 dbm pour un 1W, 33 dbm pour un 2W et 39 dbm pour un 8W). Max. mobile RF Power : Puissance maximal avec laquelle le mobile est capable d'mettre vers la BTS, ce paramtre est dfini par la classe du mobile (30 dbm pour un 1W, 33 dbm pour un 2W et 39 dbm pour un 8W). Max (X,0) signifie que si X > 0 = X et si X-110 -48 dBm). Le Nokia Net monitor donne ces valeurs directement en dBm. Le RxLev ne donne pas une valeur absolue, mais une mesure entre deux valeurs. RXLEV 0 1 2 ~ 61 62 63 Mesure infrieur -110 dbm de -110 dbm -109 dbm de -109 dbm -108 dbm ~ de -46 dbm -47 dbm de -47 dbm -48 dbm suprieur -48 dbm

Porteuse PRP RACH

RLF / RLT

RR RXLEV

RX_ACCES_MIN RXlevel_ACCES_MIN ( 0 ~ 63) (Pour connatre les valeurs en dbm se rfrer au tableau RxLev). Niveau minimum autoris par la BTS pour que le mobile puisse s'accroch elle et entrer en communication avec celleci. RXQUAL Received Signal Quality. Mesure d'1/2 seconde de la qualit du signal reu par estimation du taux d'erreur binaire (BER) SACCH Slow Associated Control Channel. Canal de contrle lent faible dbit (380 bit/s), associ tout canal ddi (TCH ou SDCCH) permettant d'en effectue la supervision (contrle de puissance, gestion du TA, contrle de qualit du lien radio, remonte des mesures effectues par le mobile des BTS voisines). Synchronisation Channel. Canal de synchronisation dont les burst, diffuss par la BTS ont une squence d'apprentissage (TS). Il permet au mobile de se synchroniser sur la BTS. Stand Alone Dedicated Control Channel. Canal de signalisation ddi (assignation d'un canal TCH, mise jour de localisation etc..)pendant une priode limite, un mobile. Sur un canal physique on peut faire passer 1 TCH et son SACCH associ ou 8 SDCCH et leurs SACCH associs. Intervalle de temps qui peut accueillir un burst. Une Trame TDMA est compos de 8 slots. Un slot a une dure de 0,5769 ms. les slots sont numrots par un indice TN allant de 0 7.

SCH

SDCCH

Slot

SYS_INFO

TA

TCH

System Information. Messages envoys par le rseau en direction des mobiles cals sur une cellule. Principalement envoys via le BCCH, ils peuvent tre aussi pour certain (SYS_INFO 5 et 6), vhiculs par le SACCH. SYS_INFO 1, BCCH : Numro de canal, bande utilise, Nbr de canaux sur la cellule, autorisation de l'appel d'urgence, Nbr maximum de tentatives d'accs au canal RACH, cellule autorise l'accs et pour quelle classe d'abonns. SYS_INFO 2, BCCH : Information sur les cellules voisines couter par le mobile, leurs frquences, leurs bandes, leurs nombres, leurs autorisations d'accs ainsi que la rptition du "RACH Parameter " du SYS_INFO 1. Pour des questions de longueur des messages envoyer, (la bande 1800 comporte beaucoup plus de canaux que la bande 900), le SYS_INFO 2 t dcompos ainsi : SYS_INFO 2 : 900, 2bis : 1800 et 2ter : 900/1800 SYS_INFO 3, BCCH : Identit de la cellule, code MCC et MNC, LAC, valeur du T3212, valeur du RLF, du "RXlevel_ACCES_MIN", du"cell hysteresis", du "Paging repeat priod", prsence du "DTX", de "l'IMSI attach/detach", du "power control", dfinition du SDCCH : 4 ou 8, ainsi que la rptition du "RACH Parameter " du SYS_INFO 1. SYS_INFO 4, BCCH : Rptition de certains paramtres des SYS_INFO dj envoys, auxquels on peut adjoindre des infos sur le "Cell Broadcasting" si la cellule le supporte : table des infos. SYS_INFO 5 , SACCH : Durant une connexion, la BTS informe le mobile par le canal SACCH des frquences disponibles sur les nouvelles cellules voisines. Informations particulirement importantes aprs un "Hand Over" lorsque le mobile n'arrive pas lire les infos de la nouvelle BTS. Comme pour le SYS_INFO 2, le 5 t dcompos en 5, 5bis et 5ter. SYS_INFO 6, SACCH : Mme principe que le SYS_INFO 5, avec des donnes supplmentaires. SYS_INFO 7 et 8, BCCH : Exclusivement rserv au GSM 1800, c'est le complment du SYS_INFO 4. Timing Advance. Mcanisme consistant, pour le mobile anticiper l'mission du burst pour qu'il soit reu par la BTS l'intrieur d'un slot, compte tenu du dlai de propagation. Valeur comprise entre 0 et 63. Un Ta a une valeur de 3,69 ms soit 554 mtres environ, l'anticipation maximum tant de 233s, cela reprsente une distance max. de 35 Km. Traffic Channel. Canal de trafic, on distingue les canaux de trafic coulant ou la voix ou des donnes. Diffrent modes de transmission peuvent tre mis en oeuvre pour couler ce trafic. Time Division Multiple Acces. Une Trame permet l'accs diffrents utilisateurs afin de partager une bande de frquences. Une trame TDMA est compose de 8 slots numrots de 0 7, pouvant recevoir 7 communications simultanment.

TDMA

TMSI

TS

Temporary Mobile Station Identity. Identit temporaire attribue par le rseau au mobile, ceci afin de transmettre la vritable identit du mobile (IMSI) le moins souvent possible pour des raisons de scurit. Normalement c'est seulement l'allumage du mobile que l'IMSI est transmise afin de se faire attribuer une TMSI. Training Sequence code. Squence d'apprentissage permettant au mobile de synchroniser finement avec la BTS. Pour viter d'avoir deux squences identiques sur des BTS proches, on colorise le code avec la valeur du BCC de la BTS (0 7) Time slot number. Numro de slot dans une trame TDMA. Temporary Offset. (0 ~ 7, 0 = 0 dbm, 1= 10 dbm etc... et 7 = infinie).Valeur qui va tre soustraite temporairement au critre C2 le temps du "Penalty Time". Ce paramtre permet de dfavoriser une cellule la re-slection pendant un temps donn. L'offset est compris entre 0 et 60 dbm, une valeur infinie peut tre applique, le critre C2 sera alors toujours d'une valeur ngative.

TN TO