Le réseau GSM

1. Introduction

Le GSM est créé en 1982 par le CEP (Conférence Européenne des administrations des Postes et Télécommunication). Il signifiait Groupe Spécial Mobile (GSM).   En 1987 les premières normes du GSM ont été définies.  En 1989, le GSM devient  le sigle de Globale System for Mobile communications.

Le GSM s’agit d’un réseau téléphonique mobile de deuxième génération (2G). Il permet de transmettre la voix et les données (SMS (Short Message Service) et MMS (Multimédia Message Service)).

La bande de fréquence du GSM varie selon le pays. Par exemple l’Europe utilise la bande de fréquence 900MHz et 1800MHz alors que les USA utilisent la bande de fréquence  850MHz et 1900MHz.

2.   Le concept cellulaire

Le GSM est l’un des réseaux mobile qui utilise le concept cellulaire. Il est donc un système cellulaire.  Lors de la configuration des sites, on utilise souvent des motifs à 9 cellules pour trois BTS avec 3 secteurs par BTS ou des motifs à 12 cellules pour 4 BTS avec 3 secteurs par BTS.

3.   L’architecture du GSM

Les différents éléments de base d’un réseau GSM sont :

• Les stations mobiles (MS : Mobile station);
• La station de base (BTS : Base Transceiver Station)
• Le contrôleur des stations de base (BSC : Base Station Controller)
• Le centre de commutation du service mobile  (MSC : Mobile Switching Center)
• Le  registre des abonnés visiteurs (VLR : Visitor Location Register)

Ci-dessous l’architecture de base du GSM :

La MS (Mobile Station) est le terminal d’abonnée. Ça peut être par exemple un téléphone portatif.
La BTS et le BSC constituent le sous-système radio (BSS : Base Station Subsystem).
L’ensemble MSC, VLR, EIR (Equipement Identity Register), HLR (Home Location Register)  et AUC (Autentication Center)   forme le sous-système réseau (NSS : Network Station Subsystem).

Le NSS et le BSS sont contrôlés par un centre d’exploitation et de maintenance (OMC : Operating and Maintenance Center). 
L’OMC est composé de deux parties :

• Un centre d’exploitation et de maintenance réseau (OMC-N : Operating and Maintenance Center –Network). Il contrôle le NSS.
• Un centre d’exploitation et de maintenance radio (OMC-R : Operating and Maintenance Center –Radio). Il contrôle le BSS.

Le BSS assure la supervision d’une ou plusieurs BTS.

3.1  La station mobile (MS)

Parmi les stations mobiles, on distingue :

• Les terminaux mobiles fixes
• Les terminaux mobiles portables
• Les terminaux mobiles portatifs

Un portatif se distingue d’un portable par sa petite taille et sa puissance. Il est celui que nous avons l’habitude d’appeler téléphone portable.

La MS comprend en général deux entités qui sont l’équipement lui-même identifié  par son IMEI (International Mobile Equipement Identity) et la carte SIM ((Subscriber ldentity Module) identifiée par son IMSI (International Mobile Subscriber ldentity) qui est le numéro d'abonné international.

Selon la puissance, on distingue au moins 5 classes d’équipements :

•  Les équipements embarqués (fixes) : puissance 20W (classe 1).
•   Les équipements portables : puissance 8W (classe 2).
• Les équipements portatifs de classe 3 avec une puissance de 5W.
•  Les équipements portatifs de classe 4 avec une puissance de 2W.
•   Les équipements portatifs de classe 5 avec une puissance de 0,8W.

On distingue deux sortes de cartes  SIM :

• La carte SIM plug-in :
  Elle a la taille d’une carte crédit. Elle est utilisée dans les équipements embarqués, portables et rarement dans les portatifs.
• La micro SIM :
  Elle est utilisée dans les portatifs.

La carte SIM contient en général :

• Le MSISDN (Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network) qui est le numéro du téléphone de l’abonné.
•  L’IMSI
• L’état de la carte SIM
• Le code de service (opérateur)
•  La clé d'authentification KI
• Le code PIN (Personal Identification Code)
•  Le code PUK (Personal Unlock Code)

3.1.1  Les différentes parties d’une station mobile

La station mobile comprend :

•  Un module radio qui assure l’émission, la réception, la modulation et la démodulation du signal.
•  Un module de traitement et de logique qui assure  le traitement du signal et le contrôle du module radio.
• Un module d’alimentation
• Un module d’interface usager qui comprend le clavier, l’écran etc.

3.1.2   Les différents états d’une station mobile

Les états d’un terminal mobile sont :

• Eteint
• Oisif (Idle) : le mobile est allumé mais il n’est pas actif.
• Actif : non seulement le mobile est allumé, mais une demande de communication ou une communication est en cours.

3.2    La station de base (BTS)

La station de base est une station dans laquelle sont logés des TRX (émetteur-récepteur) qui assure la couverture radio d’une cellule.  Elle émet et reçoit des trames à 8 canaux (Trames AMRT).   Elle est une station relais qui sert d’interface entre l’usager et le reste du réseau.

3.3  Le contrôleur des stations de base (BSC)

Le BSC s’agit d’un commutateur intelligent qui assure la coordination entre les BTS.  Il gère les ressources radio, commande l’allocation des canaux,  contrôle les puissances d’émission des BTS et  des MS, et gère le handover.

3.4  Le centre de commutation des mobiles (MSC)

Le MSC est un commutateur qui assure l’interconnexion du réseau GSM au réseau fixe.  Il est appelé aussi commutateur de services mobiles.  Il gère la communication entre le réseau mobile et le réseau fixe.  Il gère aussi l’établissement des communications et le handover. Il est relié à des bases de données (EIR, VLR etc.).

  3.5    Les bases de données

EIR, VLR, HLR et AUC sont des bases de données.

               3.5.1 Le registre des terminaux (EIR)

L’EIR est une base de données qui contient les identités des terminaux mobiles (IMEI).  Avec l’EIR l’operateur mobile peut par exemple aider un usager à trouver son téléphone volé, ou interdire l’utilisation d’un terminal mobile dans son réseau.

               3.5.2 Le registre des abonnés visiteurs (VLR)

Le VLR s’agit d’une base de données qui enregistre temporairement les données  dynamiques (IMSI, MSRN (Mobile Station Roaming Number) etc.) des mobiles itinérant sa zone de service.

3.5.3  Le registre des abonnés locaux (HLR)

Il s’agit d’une base de données qui enregistre les informations nécessaires permettant de localiser les abonnées inscrits dans un MSC.

3.5.4  Le centre d'authentification (AUC)

L’AUC est une base de données qui stocke pour chaque utilisateur une clé secrète pour protéger les communications. Le but est de vérifier l’identité des usagers.