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2009/2010 cours Téléphonie 1 La téléphonie mobile Introduction à la transmiss

2009/2010 cours Téléphonie 1 La téléphonie mobile Introduction à la transmission radio Les caractéristiques du support radio Les systèmes de première génération Les réseaux cellulaires Architecture d’un réseau de téléphonie mobile Le réseau GSM GPRS et UMTS La radiomessagerie 2009/2010 cours Téléphonie 2 Introduction Les experts considèrent que seuls deux moyens de communication seront présents à l’avenir : les fibres optiques et les liaisons sans fil. On trouvera ces liaisons radios sur: – Tous les systèmes nécessitant de la mobilité. – mais aussi pour des systèmes fixes: solution sur des sites à accès difficiles montagnes, marécages... 2009/2010 cours Téléphonie 3 Introduction Il existe de nombreuses difficultés: – les interférences – La gestion de la mobilité Les fréquences radio sont des ressources rares dont les caractéristiques (de propagation et d'affaiblissement) dépendent de phénomènes physiques: – Ainsi les Etats contrôlent l'allocation des fréquences en distinguant deux catégories: Les fréquences en libre usage: bande de fréquence ouverte aux utilisateurs. Les fréquences réservées: des fréquences dont l’usage est soumis à licence. 2009/2010 cours Téléphonie 4 Introduction: les fréquences en libre usage Des bandes de fréquences ouvertes aux utilisateurs: – sans contrôle tant que la puissance reste faible – Ainsi la gestion et l'utilisation sont laissées à l'initiative et aux risques et périls des utilisateurs. – La confidentialité de la transmission, la disponibilité du support n’est pas garantie dans cette catégorie On trouve les solutions suivantes: – Ondes courtes: réservé aux radio amateurs – Les talkies-walkies dont le Citizen band CB – Le téléphone sans fil: CT0,DECT – Le Wifi 2009/2010 cours Téléphonie 5 Introduction: les fréquences réservées Des fréquences dont l'usage nécessite une licence: – La plage de fréquence de 30 à 2000 Mhz – de nombreuses bandes sont réservées à la Défense nationale et à des services de l'état (gendarmerie, police , SAMU , aéroport...) – Les grandes entreprises les utilisent pour leurs usages. Il est possible ainsi d’obtenir l’attribution de fréquence pour un usage privatif: On peut bâtir de véritable réseaux avec des relais fixes. On trouvera: – Les réseaux radio à Ressources partagées 3RP – Les réseaux radio privés 2RP – Les systèmes de radio téléphonie: GSM, GPRS, UMTS, AMPS… – Les systèmes de téléphonie satellitaire 2009/2010 cours Téléphonie 6 Les caractéristiques du support radio Principe d’un système de communications sans fil: – Les électrons en se déplaçant créent des ondes électromagnétiques: identifié par le physicien Maxwell en 1865. – Ainsi en raccordant un circuit électrique à une antenne d'une certaine dimension, les ondes électromagnétiques produites sont diffusées dans l'espace . – Elles peuvent être captées par un récepteur muni d'une antenne 2009/2010 cours Téléphonie 7 Les caractéristiques du support radio la relation fondamentale est: c est la célérité de la lumière égale dans le vide 3*10 puissance 8 Lambda la longueur d'onde et f la fréquence. Exemple: une onde de 1 Mhz aura une longueur d'onde de 300m. 2009/2010 cours Téléphonie 8 Les caractéristiques du support radio Le spectre électromagnétique 2009/2010 cours Téléphonie 9 Les générations des réseaux de radiotéléphonie cellulaires 2009/2010 cours Téléphonie 10 La première génération Les systèmes de première génération sont caractérisés par des terminaux analogiques: – une mobilité restreinte – des services limités. En 1946, Bell ouvre le premier réseau commercial de radiotéléphone sans fil à Saint-Louis aux Etats Unis. L'émetteur couvrait la ville et disposait d'un seul canal de communication. En 1960 le système IMTS (Improved Mobile Telephone System) fit son apparition aux Etats Unis. – Il y avait plusieurs canaux de communications, chaque canal avait deux fréquences différentes: l'une pour l'émission et l'autre pour la réception. 2009/2010 cours Téléphonie 11 Les réseaux cellulaires Avec le principe un téléphone = une fréquence: – l’ensemble des fréquences pour un réseau de mobiles permet de satisfaire seulement un demi milliers d’abonnés dans le cas du GSM. Il faut donc trouver des techniques pour augmenter la capacité du trafic: – Le premier moyen est de permettre à chaque terminal d’utiliser une fréquence variable qui lui est attribuée par l’opérateur en fonction des ressources disponibles. – Et le concept de cellules: l’opérateurs peut réutiliser une même fréquence en plusieurs endroits géographiques dans la mesure où il n’y a pas de risques d’interférences. 2009/2010 cours Téléphonie 12 Les réseaux cellulaires C’est en 1971 que Bell System met au point les bases d'un système de radiotéléphonie cellulaire utilisant plusieurs canaux radio et totalement connecté aux systèmes de téléphonie fixe. Le principe est de couvrir le territoire de l'opérateur par des cellules Chaque zone couverte par un émetteur est appelée cellule. Leur taille est variable de 200 mètres à 20 kilomètres pour les plus grandes. Dans un réseau cellulaire la fonctionnalité importante est le handover. 2009/2010 cours Téléphonie 13 Les réseaux cellulaires La première génération des réseaux cellulaires était constituée d'une interface radio analogique La deuxième génération la transmission sur l'interface radio est numérique. La troisième génération prend en charge les applications multimédias et l'intégration dans le monde Internet 2009/2010 cours Téléphonie 14 Architecture d’un réseau de téléphonie mobile Dans les réseaux cellulaires l'architecture est la suivante: – le territoire est divisé en cellule. Une cellule est liée à une station de base BTS (Base Transceiver Station) – Un sous système radio concentre les stations de base BSC (Base Station Controller) – et ensuite un centre de commutation du service mobile MSC (Mobile service Switching Center) On trouvera aussi deux bases de données: – HLM (Home Location register) qui contient les abonnés rattachés au MSC – VLR (Visitor Location Register) qui localise les mobiles traversant la zone du MSC. Le réseau de téléphonie mobile est interconnecté avec le réseau téléphonique fixe. 2009/2010 cours Téléphonie 15 Le réseau GSM En 1987 13 pays Européens se mettent d’accord pour développer un réseau GSM (Global System for Mobile communications). En 1990 une adaptation dans la bande 1800 Mhz est mise en place: DCS1800 (Digital Communication System). De leur coté les Américains reprennent une version du GSM dans la bande des 1900 Mhz, le DCS 1900 2009/2010 cours Téléphonie 16 Le GSM: réseaux d’accès radio Les mobiles: – Le terme mobile est en général utilisé pour désigner des appareils portatifs en version 2 Watts. – On peut préciser fixe ou portable pour les versions 8 Watts. – Un mobile tri-band peut fonctionner sur trois types de réseaux – Le mobile possède un numéro d’identification internationale IMEI qui est déclaré dans une base EIR (Equipment Identify Register) *#06# – Le mobile pour être utilisé doit avoir une carte SIM (Subscriber Identification Module). Cette carte est protégée par un code secret PIN. Il existe aussi le code PUK pour débloquer le mobile: (PIN Unblocking Key) 2009/2010 cours Téléphonie 17 Le GSM: réseaux d’accès radio Les stations de base – La fonction essentielle d’une station de base( BTS ou base Transceiver Station) est d’assurer la transmission d’un signal radio entre les radiotéléphones et le réseau de l’opérateur. – Ainsi la BTS fournit aux utilisateurs présents dans la cellule un point d’accès dans le réseau pour pouvoir recevoir ou émettre des appels. – La capacité maximale d'une BTS est de 16 porteuses. Pour améliorer la capacité de trafic on réduit au minimum la puissance de ces BTS en ville de manière à couvrir une zone plus petite. Mais cela entraîne évidemment une multiplication importante des coûts: une BTS coûte en moyenne 300 000 Euros – Pour les réseaux GSM, le trafic moyen par abonné est d'environ 0,025 erlangs. (1,5 minutes/heure) – exemple le réseau SFR compte plus de 6 000 BTS en France. 2009/2010 cours Téléphonie 18 Le GSM: réseaux d’accès radio Les stations de base: – Les BTS rayonnantes Elles couvrent les sites où la densité d'abonnés est faible. Elles sont situées sur des points stratégiques (sommets, pylônes…). – Les BTS ciblés Elles sont le plus souvent placées dans des zones à plus forte densité d'abonnés – Les micros BTS Elles couvrent des zones très restreintes et sont très utilisées dans les sites où la densité d'abonnés est importante: ce sont les microcellules 2009/2010 cours Téléphonie 19 Le GSM: réseaux d’accès radio Les stations de base: – Les amplificateurs de signal: Ce ne sont pas des BTS proprement dites mais ils permettent de couvrir une autre cellule comme le ferait une véritable BTS. Les amplificateurs de signal captent le signal émis par les BTS, l'amplifient et le réémettent d'un autre site. 2009/2010 cours Téléphonie 20 Le GSM : réseaux d’accès radio Les stations de base – La partie Emission/Réception radio d’une BTS est constitué d’un nombre variable de TRX (transceiver TX &RX unit) ou canal radio constitué d’un couple de fréquence. 1 ou 2 TRX pour une micro- cellulle 3 à 4 TRX par cellule en zone urbaine – La BTS uploads/Ingenierie_Lourd/ 05-te-le-phonie-mobile.pdf