La technologie GSM

Les évolutions technologiques dans le monde ne cessent de s’accentuer à haute cadence, notamment pour les systèmes de télécommunications mobiles. Durant ces dernières années, les réseaux radio mobiles ont eu une expansion sans précédent en termes de capacité et en nombre d’abonnés. La norme GSM, Global System for Mobile communication, représente un des succès industriels les plus marquants de ces dernières années. L’explosion du secteur des services mobiles est certainement un fait majeur des années 90 dans le domaine des télécommunications. La nécessité d’améliorer le service rendu s’est largement manifestée. Les opérateurs des réseaux GSM utilisent différentes techniques pour la supervision de la qualité de service. C’est dans ce contexte que porte notre étude sur la « Performance et qualité d’un réseau GSM par analyse des indicateurs clés de performance (KPI) » dans lequel nous tenons à étudier la supervision de la performance du réseau GSM.

GENERALITES SUR LE GSM 

Le réseau GSM est le premier réseau de radiotéléphonie cellulaire numérique défini par la norme européenne ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Il est conçu essentiellement pour la transmission vocale, en mode circuit, que se soit entre les abonnés mobiles ou entre les abonnés mobiles et les abonnés du réseau téléphonique commuté publique (RTCP).

Historique du réseau GSM

L’histoire de la téléphonie mobile (numérique) débute réellement en 1982. En effet, à cette date, le Groupe Spécial Mobile, appelé GSM, est créé par la Conférence Européenne des administrations des Postes et Télécommunications (CEPT) afin d’élaborer les normes de communications mobiles pour l’Europe dans la bande de fréquences de 890 à 915 MHz pour l’émission à partir des stations mobiles et 935 à 960 MHZ pour l’émission à partir de stations fixes. Les années 80 voient le développement du numérique tant au niveau de la transmission qu’au niveau du traitement des signaux grâce à un encodage particulier des signaux préalablement à l’envoi dans un canal, et l’obtention de débits de transmission raisonnables pour les signaux (par exemple 9,6 kb/s, pour un signal de parole)[1].

Ainsi, en 1987, le groupe GSM fixe les choix technologiques relatifs à l’usage des télécommunications mobiles : transmission numérique, multiplexage temporel des canaux radio, chiffrement des informations ainsi qu’un nouveau codage de la parole. Il faut attendre 1991 pour que la première communication expérimentale par GSM ait lieu. Au passage, le sigle GSM change de signification et devient Global System for Mobile communications et les spécifications sont adaptées pour des systèmes fonctionnant dans la bande des 1800 MHz [2]. Tel quel, le réseau GSM est adéquat pour les communications téléphoniques de parole. En effet, il s’agit principalement d’un réseau commuté, à l’instar des lignes “fixes” et constitués de circuits, c’est-à-dire de ressources allouées pour la totalité de la durée de la conversation.

La technologie GSM 

Le concept cellulaire
Les réseaux de première génération possédaient des cellules de grande taille (50 km de rayon) au centre desquelles se situait une station de base (antenne d’émission). Au tout début, ce système allouait une bande de fréquences de manière statique à chaque utilisateur qui se trouvait dans la cellule qu’il en ait besoin ou non. Ce système ne permettait donc de fournir un service qu’à un nombre d’utilisateurs égal au nombre de bandes de fréquences disponibles. La première amélioration consista à allouer un canal à un utilisateur uniquement à partir du moment où celui-ci en avait besoin permettant ainsi d’augmenter  » statistiquement  » le nombre d’abonnés, étant entendu que tout le monde ne téléphone pas en même temps. Mais ce système nécessitait toujours des stations mobiles de puissance d’émission importante (8W) et donc des appareils mobiles de taille et de poids conséquents. De plus, afin d’éviter les interférences, deux cellules adjacentes ne peuvent pas utiliser les mêmes fréquences. Cette organisation du réseau utilise donc le spectre fréquentiel d’une manière sous optimale.[3] C’est pour résoudre ces différents problèmes qu’est apparu le concept cellulaire. Le principe de ce système est de diviser le territoire en petites zones, appelées cellules, et de partager les fréquences radio entre celles-ci. Ainsi, chaque cellule est constituée d’une station de base à laquelle on associe un certain nombre de canaux de fréquences à bande étroite, sommairement nommées fréquences. Comme précédemment, ces fréquences ne peuvent pas être utilisées dans les cellules adjacentes afin d’éviter les interférences. Ainsi, nous définissons des motifs, aussi appelés clusters, constitués de plusieurs cellules, dans lesquels chaque fréquence est utilisée une seule fois.

Si un émetteur-récepteur est très puissant, son champ d’action sera très vaste, mais sa bande de fréquence peut être rapidement saturée par des communications. Par contre, en utilisant des cellules plus petites (émetteur-récepteur moins puissant), la même bande de fréquence pourra être réutilisée plus loin, ce qui augmente le nombre de communications possibles [2]. Dans la conception d’un réseau cellulaire, il faut considérer les aspects suivants :
– La topographie (bâtiments, collines, montagnes, etc.).
– La densité de la population (ou de communications) pour établir la dimension de cellule.
– Deux cellules adjacentes ne peuvent utiliser la même bande de fréquence afin d’éviter les interférences. La distance entre deux cellules ayant la même bande doit être de 2 à 3 fois le diamètre d’une cellule.
– La taille des cellules peut varier entre 0.5 et 35km et dépend de la densité d’utilisateurs et de la topographie. Typiquement, le nombre de cellules par bloc est de 4, 7, 12 ou 21. La forme, la dimension des blocs et le nombre de cellules sont en fonction du nombre de fréquences (canaux) disponibles .

L’architecture d’un réseau GSM
Un réseau GSM compte une (ou plusieurs) stations de base par cellule. La station mobile choisit la cellule selon la puissance du signal. Une communication en cours peut passer d’une cellule à l’autre permettant ainsi la mobilité des utilisateurs. Les composantes principales sont:
– Le contrôleur de station de base : BSC – Base Station Controller
– La station de base : BTS – Base Transceiver Station
– Le commutateur de service mobile : MSC – Mobile Switching Center
– L’enregistreur de location nominale : HLR – Home Location Register
– L’enregistreur de location des abonnés visiteurs : VLR – Visitor Location Register
– L’enregistreur d’identité d’équipement : EIR – Equipment Identity Register
– Le centre d’authentification : AUC – AUthentication Center
– le centre d’exploitation et de maintenance : OMC – Operation and Maintenance Center .

La station mobile (MS)

La station mobile est composée d’une part du terminal mobile, et d’autre part du module d’identité d’abonné (SIM – Subscriber Indentity Module). Le terminal mobile est l’appareil utilisé par l’abonné. Différents types de terminaux sont prescrits par la norme en fonction de leur application (fixé dans une voiture, portatif,etc…) et de leur puissance (de 0.8W à 20W). Chaque terminal mobile est identifié par un code unique, l’IMEI (International Mobile Equipment Identity). Ce code est vérifié à chaque utilisation et permet la détection et l’interdiction de terminaux volés. La SIM est une carte à puce qui contient dans sa mémoire le code IMSI (International Mobile Subscriber Identity) qui identifie l’abonné de même que les renseignements relatifs à l’abonnement (services auxquels l’abonné a droit). Cette carte peut être utilisée sur plusieurs appareils. Il est à noter que l’usager ne connaît pas son IMSI mais il peut protéger sa carte à puce à l’aide d’un numéro d’identification personnel à 4 chiffres.

Le sous-système radio (BSS) 

Le sous-système radio comprend 2 entités. La première, appelée station de base (BTS – Base Transceiver Station), consiste en un ou un ensemble d’émetteurs récepteurs et leurs antennes. Généralement, une BTS est associé à une cellule et est située au centre de celle-ci. La communication entre la station mobile et la station de base est réalisée par l’interface Um, appelée aussi interface air ou lien radio. La seconde entité est le contrôleur de station de base (BSC – Base Station Controler) dont le rôle est de gérer les ressources radio (configuration des canaux, transfert intercellulaire) d’une ou plusieurs stations de base, en plus d’établir le lien physique (via l’interface A) entre les BTS et le commutateur de service mobile (MSC -Mobile Switching Center) .

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1:GENERALITES SUR LE GSM
1.1 – Historique du réseau GSM
1.2 – La technologie GSM
1.2.1 Le concept cellulaire
1.2.2 L’architecture d’un réseau GSM
1.2.2.1 La station mobile (MS)
1.2.2.2 Le sous-système radio (BSS)
1.2.2.3 Le sous-système réseau (NSS)
1.2.2.4 Le sous-système d’exploitation (OSS – Operating Sub-System)
1.2.3 Les interfaces utilisées dans un réseau GSM
1.3 Les canaux dans le réseau GSM
1.3.1 Les Canaux physiques
1.3.2 Les Canaux logiques
1.3.2.1 Les canaux de trafic TCH (Trafic CHannel)
1.3.2.2 Les canaux de signalisation
1.4 Conclusion
CHAPITRE 2:LA QUALITE DE SERVICE ET LA PERFORMANCE D’UN RESEAU GSM
2.1 Notion de Qualité de Service (QoS) et de Performance du réseau (NP – Network Performance)
2.2 Critères d’évaluation de la NP et de la QoS
2.3 Mécanismes de supervision de la QoS et de la NP
2.3.1 Les plaintes des abonnés
2.3.2 Les mesures terrains
2.3.3 L’Analyse des Indicateurs clés de performance KPI (Key Performance Indicators) via l’OMC-R
2.4 Conclusion
CHAPITRE 3:GESTION DE LA QoS DU RESEAU PAR L’ANALYSE DES INDICATEURS CLES DE PERFORMANCE (KPI)
3.1 L’organisation des données statistiques à analyser
3.1.1 Période granulaire
3.1.2 Période d’observation
3.1.3 Niveaux d’observation
3.1.4 Les compteurs OMC-R
3 1.5 Les indicateurs clés de performance (KPI – Key Performance Indicator)
3.2 L’analyse des KPI de la Co-OP relatifs aux BSS d’un réseau GSM
3.2.1 Définitions des compteurs OMC-R
3.2.1.1 Notation
3.2.1.2 Compteurs relatifs aux BSC
3.2.1.3 Les compteurs relatifs à la cellule
3.2.2 Définitions des Indicateurs Clés de Performance des GSM Co – OP KPI relatifs aux BSS
3.2.2.1 Notations
3.2.2.2 Définitions des KPI relatifs aux BSS spécifiés par la Co-OP
a. Volume d’appels (Call Volume)
b. Taux de succès d’appels (Call Setup Rate)
c. Taux de coupure d’appels (Call Drop Rate) (Au niveau de la cellule)
d. Taux de succès d’Handovers (Handover Success Rate) (BSC et Cellule)
e. Taux de succès d’établissement d’appels (Call Setup Success Rate)
f. Taux de succès de procédures d’assignation (Assignment Procedure Success Rate)
g. Taux de blocage des canaux SDCCH (SDCCH Blocking Rate)
h. Taux de blocage des canaux TCH (TCH Blocking Rate)
i. Le nombre canaux TCH porteur de trafic (TCH Traffic Carried)
3.3 Conclusion
CONCLUSION GENERALE

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