L’évolution des systèmes radio cellulaire

L’évolution des systèmes radio cellulaire

Les progrès technologiques dans le domaine des réseaux de télécommunications mobiles, ont vu l’apparition des technologies numériques au début des années 1990. À chaque génération de réseau mobile (2G, 3G, 3G+, etc.) convient une nouvelle technologie (GSM, GPRS, EDGE, UMTS, LTE). À chaque évolution technologique, le réseau mobile gagne en performance : les données transitent plus rapidement. Ces meilleurs débits améliorent la qualité du service existant et permettent de nouveaux usages (Internet mobile, voix sur IP, visiophonie, télévision, etc.).

La première génération (1G)

La première génération de réseau mobile 1G a été marquée par l’utilisation de la modulation analogique. Elle exploitait l’Accès Multiple à Répartition de Fréquence – AMRF comme technique d’accès au réseau. Fondé sur la commutation de circuit, le 1G était très limité au niveau capacité du réseau et n’offrait que la voix comme service. Bien que le 1G ne soit pas normalisé, il existait plusieurs variantes selon le pays et la disponibilité des ressources fréquentielles :
• AMPS (Advanced Mobile Phone System) utilisé en Amérique du Nord, elle opérait entre 824 MHz et 849 MHz en liaison montante et entre 869 MHz et 894 MHz en liaison descendante.
• NMT (Nordic Mobile Telephone) utilisé en Russie, elle opérait dans la bande des 900MHz,  et offrait un débit 1.2Kbps.
• TACS (Total Access Communication System) utilisé en Europe, comme substitution de l’AMPS, elle travaillait dans la bande des 900MHz. Les réseaux de la première génération ont été les premiers à permettre à un utilisateur mobile d’utiliser un téléphone de façon continue, n’importe où dans la zone de couverture d’un opérateur.

La deuxième génération

La 2G a vu un changement de technologie, en passant de la transmission analogique à la transmission numérique. Ces principaux standards sont : le GSM, GPRS, et l’EDGE.

Le réseau GSM (2G) Le GSM (Global System for Mobile Communication) est la première norme de téléphonie cellulaire de seconde génération qui soit pleinement numérique, qui se caractérise notamment par la possibilité d’avoir un échange vocal pour un débit maximal théorique de 9,6 kbit/s. Le réseau radiotéléphonie a pour premier rôle de permettre la transmission de la voix et des données entre des abonnés mobiles et des abonnés du réseau téléphonique commuté (RTC).
 GSM 900 : système radio mobile à vocation urbaine et rurale (macro cellule) et utilisant la fréquence des 900MHz avec des sous bandes de largeur 25MHz : (890-915) MHz et (935- 960) MHz.
 DCS 1800 : exploite la fréquence 1800 Mhz avec des sous bandes de largeurs 75 Mhz, destiné pour les réseaux mobiles spécialement dans les zones urbaines (microcellule).

Architecture du GSM Pour gérer les spécificités des communications avec les mobiles, le GSM a introduit des équipements qui n’existaient pas dans les réseaux téléphoniques fixes classiques : les PSTN (Public Land Mobile Network) ou RTC. Ces équipements, et plus généralement toutes les fonctions relatives à la gestion des utilisateurs mobiles ont été regroupés dans un type de réseau cellulaire appelés PLMN (Public Land Mobile Network).

Un réseau GSM est constitué de trois sous-systèmes :
• Un sous-système radio, le BSS (Base Station SubSystem).
• Un sous-système réseau, le NSS (Network Switching SubSystem).
• Un sous système d’exploitation et de maintenance, l’OSS (Operation Support SubSystem).

La BTS (Base Transceiver Station) : La BTS est un ensemble d’émetteurs-récepteurs. Elle réalise aussi des mesures radio pour vérifier qu’une communication en cours se déroule correctement (évaluation de la distance et de la puissance du signal émis par le terminal de l’abonné): Ces mesures sontdirectement transmises à la BSC. Gère aussi toute la couche physique (MultiplexageTDMA, FDMA, chiffrement, sauts de fréquences…).La capacité d’une BTS est théoriquement de 12 porteuses, chaque porteuse assure 7 communications simultanées par multiplexage, c’est-à-dire qu’elle peut supporter au plus une centaine de communications simultanées
 Contrôleur de station de base (BSC) :Le BSC est l’organe intelligent du BSS, il administre un ensemble de station de base BTS. Le contrôleur de station de base BSC assure l’allocation des canaux, la gestion du saut de fréquence, le transfert intercellulaire des communications et la gestion de la signalisation sur voie radio.

Le sous-système d’acheminement NSS (Network Switching SubSystem) Il assure principalement les fonctions de commutation et de routage. C’est donc lui quipermet l’accès au réseau public RTCP ou RNIS. En plus des fonctions indispensables de commutation, on y retrouve les fonctions de gestion de la mobilité, la sécurité et la confidentialité. La figure I.4 schématise l’emplacement et la composition du sous-système d’acheminement NSS.

 Le MSC (Mobile Services Switching Center) : C’est la partie centrale du NSS. Il prend en charge l’établissement des communicationsde et vers les abonnés GSM. Du fait de la mobilité, l’implantation de la seule fonction decommutation n’est pas suffisante. Le MSC gère la mobilité et enregistre la localisation des abonnés visiteurs dans la base de données VLR. Une fonction spécifique de MSC est la passerelle (GMSC : « Gateway MSC ») qui coordonne le trafic en provenance d’autres réseaux. Il comprend également les fonctions de commutation, d’interfaçage avec le réseau de signalisation par canal sémaphore.

 Le HLR (Home Location Register) : Le HLR est une base de données de localisation et de caractéristiques des abonnés. Un réseau peut posséder plusieurs HLR selon des critères de capacité de machines, de fiabilité et d’exploitation. Le HLR est l’enregistreur de localisation nominale par opposition au VLR qui est l’enregistreur de localisation des visiteurs. Le HLR est une base de données qui conserve des données statiques sur l’abonné et qui administre des données dynamiques sur le comportement de l’abonné. Les informations sont ensuite exploitées par l’OMC. LAUC est une base de données associée au HLR.

 Le VLR (Visitor Location Register) : L’enregistreur de localisation des visiteurs est une base de données associée uncommutateur MSC. Le VLR a pour mission d’enregistrer des informations dynamiques relatives aux abonnés de passage dans le réseau, ainsi l’opérateur peut savoir tout instantdans quelle cellule se trouve chacun de ses abonnés. Les données mémorisées par le VLRsont similaires aux données du HLR mais concernent les abonnés présents dans la zone concernée. A chaque déplacement d’un abonné le réseau doit mettre à jour le VLR du réseauvisité et le HLR de l’abonné afin d’être en mesure d’acheminer un appel vers l’abonné concerné ou d’établir une communication demandée par un abonné visiteur.

 L’EIR (Equipement Identification Register) : Contient une liste de tous les mobiles valides sur le réseau, et chaque téléphone portable est identifié dans cette base de données par un numéro IMEI (International Mobile Equipment Identity). L’IMEI est marqué comme invalide si le mobile a été déclaré comme volé.

 L’AUC (Authentification Center) : Le centre d’authentification AUC (Authentification Center) mémorise pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer (crypter) les communications. L’AUC de chaque abonné est associé au HLR. Pour autant leHLR fait partie du sous-système fixe alors que l’AUC est attaché au (sous-système d’exploitation et de maintenance).

Le sous-système d’exploitation et de maintenance OSS (Operation SubSystem) : L’OSS assure la gestion et la supervision du réseau. La mise en place d’un réseau GSM (en mode circuit) va permettre à un opérateur de proposer des services de type « Voix » à ses clients en donnant accès à la mobilité tout en conservant l’interface du réseau fixe RTC existant.
 Le NMC : permet l’administration générale de l’ensemble du réseau par un contrôle centralisé.
 Les OMC : permettent une supervision locale des équipements. Par exemple des OMCsupervisent des ensembles de BTS et de BSC. D’autres OMC supervisent de MSC et des VLR.

Le réseau GPRS (2.5G) Le standard GPRS (General Paquet Radio Service) est une évolution de la norme GSM en ajoutant certain nombre de modules . On parle généralement de 2.5G pour classifier ce standard. Cette norme autorise le transfert de données par paquets, avec des débits théoriques maximums de l’ordre de 171,2 kb/s, 40 kb/s en pratique. Grâce au mode de transfert par paquets, les transmissions de données n’utilisent le réseau que lorsque c’est nécessaire. Le standard GPRS permet donc de facturer l’utilisateur au volume échangé plutôt qu’à la durée de connexion, ce qui signifie notamment qu’il peut rester connecté sans surcoût. Le GPRS a permis d’initier l’Internet mobile [1].Un réseau GPRS est en premier lieu un réseau IP. Il est donc formé de routeurs IP. L’introduction de la mobilité nécessite de spécifier de nouvelles entités :

a) Le nœud de service (SGSN) : Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est un routeur IP en connexion avec l’ensemble des éléments qui assurent et gèrent les transmissions radio (BTS, BSC, HLR…), il est relié à un ou plusieurs BSS du réseau GSM. Le nœud de service dénommé SGSN gère les terminaux GPRS présents dans une zone donnée. Il est le « contrôleur » des terminaux GPRS présents dans sa zone de surveillance.

b) Le nœud de passerelle (GGSN) :Le nœud de passerelle GPRS dénommé GGSN (Gateway GPRS Support Node) est un routeur qui permet aux paquets venant de réseaux de données externes d’être acheminés vers le SGSN du destinataire, il est relié à un ou plusieurs réseaux de données (éventuellement un autre réseau GPRS).

c) Le module BG pour la sécurité : Le module BG (Border Gateway) est défini comme un nœud passerelle permettant derelier un réseau GPRS à un réseau fédérateur interconnectant différent réseaux GPRS. Ces BG jouent le rôle d’interface avec les autres PLMN (Public Land MobileNetwork) permettantainsi de gérer les niveaux de sécurité entre les réseaux.

Le réseau HSCSD ou EDGE (2.75G) Le passage de la 2G à la 3G est coûteux car il faut déployer un nouveau réseau physique. Lesopérateurs ont donc cherché des alternatives. L’une d’entre elles est l’EDGE (Enhanced DataRates for GSM Evolution), technologie présentée comme la génération 2,75. L’EDGE vise à optimiser la partie radio d’un réseau mobile sur la partie « données » afin d’augmenter les débits de téléchargement. En théorie, EDGE permet d’atteindre des débits allant jusqu’à 384 kb/s ; en pratique, 100 kb/s [1].

La norme TETRA

TETRA a été conçue par l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute) comme une norme multi source de sécurité publique, ce qui la différencie des autres normes telles quela norme GSM, avec un fort accent mis sur les fonctionnalités PMR classiques telles que des temps d’établissement des appels rapides et des fonctions d’appels de groupe efficaces [11]. TETRA est un système cellulaire numérique de radiocommunication à ressources partagées destiné à la transmission vocale et de données. Les systèmes numériques à ressources partagées sont des systèmes de radiocommunication privés et publics utilisés par des professionnels et des organes de sécurité (PMR/PAMR). Au contraire des anciens systèmes analogiquesconventionnels à canal fixe (à chaque service et chaque utilisateur est attaché en tout temps uncanal particulier), dans les systèmes de radiocommunication à ressources partagées, les fréquences sont attribuées aux différents utilisateurs et services de façon flexible.

On peut ainsi exploiter le gain d’une liaison à ressources partagées et augmenter l’efficacité du spectre des fréquences.Les systèmes de radiocommunication à ressources partagées sont utilisés principalement par des groupes d’utilisateurs fermés comme les services de transports (taxis, entreprises de transport, etc.), les aéroports, les entreprises d’énergie et les organes de sécurité (p. ex. la police,les pompiers, les services sanitaires, l’armée, la protection civile, le corps des gardes-frontières, etc.). Ces groupes d’utilisateurs disposent de leur propre système privé de radiocommunication à ressources partagées ou utilisent les services d’un opérateur de radiocommunication à ressources partagées.Dès le milieu des années 1980, on a recherché des solutions adaptées pour les systèmes numériques PMR afin d’améliorer l’efficacité du spectre des fréquences et la sécurité technique, et de faciliter le cryptage des communications. TETRA peut en principe être utilisé sur toutes les fréquences, mais de préférence inférieures à 1 GHz.

Dans la pratique, seules les fréquences typiquement prévues pour les systèmes PMR dans les bandes des 160 MHz et des 400 MHz sont utilisées [12]. Le système TETRA offre une gamme tout particulièrement large de services supplémentaires, dont un grand nombre de fonctions exclusives. Le système TETRA peut fonctionner dans lesbandes inférieures à 1 GHz et sa structure de canaux de 25 kHz lui permet s’adapter aisémentaux actuelles configurations de radiocommunication personnelle mobile.

Les spécifications du système TETRA couvrent trois services de télécommunication distincts :
• Voix plus données (V+D).
• Transmission optimisée de données par paquets (PDO).
• Mode direct (DMO).

Le système de transmission de données par paquets optimisées (PDO – Packet Data Optimized) repose sur la plate-forme radioélectrique physique du système TETRA (voix plus données), mais dans ce cas aucune interopérabilité des applications au niveau de la couche physique n’a été prévue. L’interopérabilité intégrale prévue porte sur la couche 3 du modèle OSI. Avec la version 2 de TETRA (TETRA 2), de nouvelles fonctionnalités importantes ont étéajoutées à la norme dès 2006, par exemple TEDS (TETRA Enhanced Data Service).

Avec des modes de modulation supérieurs et la commutation de 6 canaux de radiocommunication au maximum pour une largeur de bande de transmission de 150 kHz (soit en tout 48 sous-porteuses), on obtient grâce à TEDS des débits allant jusqu’à 134 kBit/s par intervalle de temps, voire supérieurs à 500 kBit/s en occupant 4 intervalles de temps. TETRA a donc muté d’un système NB (à bande étroite) à un système WB (à large bande). Les premiers réseaux compatibles TEDS ont été mis en service fin 2013.Comme la plupart des systèmes de radiocommunication mobile, TETRA utilise la liaisonduplex (sauf en mode direct). Les liaisons ascendante et descendante s’effectuent sur deux fréquences différentes, séparées par un « écart transmission/réception ». La taille de cet écart dépend de la bande de fréquences dans laquelle le système est exploité. Les terminaux TETRA (comme la plupart des systèmes PMR) fonctionnent généralement en mode semi-duplex, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas dé- mettre et recevoir simultanément [12].

L’interface radio TETRA

Structure des canaux TETRA utilise le système d’accès au canal TDMA (Time Division Multiple Access) avec quatre canaux physiques (intervalles de temps) et donc quatre connexions d’utilisateur sur un seul canalradio d’une largeur de bande de 25 kHz. Pour obtenir des capacités de transmission plus élevées, l’utilisateur peut occuper plusieurs intervalles de temps (jusqu’à 4).TETRA supporte des débits allant jusqu’à 4 x 7,2 kbit/s sur un canal radio d’une largeur de bande de 25 kHz, avec la modulation de phases π/4-DQPSK. Le spectre de fréquence alloué aux systèmes TETRA allant une bande 385 à 400 Mhz avec 10 Mhz d’écart duplex [8]. La transmission radio est fondée sur des trames de 160 bits, durant 56.67 ms, avec des canaux physiques offrant un débit de 8 kbit/s. Un canal radio est composé d’une fréquence descendante de la station de base vers le terminal et d’une fréquence montante du terminal vers la station de base, le débit est de 8 kbit/s pour chaque canal. Les canaux logiques sont organisés à partir d’une super trame de 1080 trames consécutives. Avant transmission, l’information est codée suivant un schéma de codage dépendant du type de trame avec addition d’une redondance pour protéger l’information [2].

Structure des slots TETRA définis une multitrame de 18 trames TDMA. Seules les 17 premièrestransportent des blocs codés. On peut remarquer qu’après modulation, la transmission d’une trame modulée durée 14,167 ms et que les trames relatives à une même communication sontespacées de 56,67 ms, et ceci pour un échantillon initial de 60 ms.La vitesse de modulation est donc plus rapide que la vitesse de codage, ce qui permet de libérerla 18ème trame de la multi trame pour des signalisations en cours de communication, évitant ainsi le vol de trame. C’est grâce à cette 18ème trame que TETRA gère le handover. Les multitrames sont ensuite regroupées en hypertrames de 60 multitrames. L’hypertrame intervient dans le processus de chiffrement pour le changement de vecteur.Comme le système GSM, TETRA émet une porteuse particulière dans le premier intervalle de chaque cadre du canal de contrôle.

Les informations dans le système TETRA peuvent être transmises selon plusieurs types de structures, 4 dans le sens montant et 4 dans le sens descendant :
 Sur le canal montant on distingue :
• Normal Uplink Burst (NUB): constitué de 512 bits qui transportent la voix ou les données et la signalisation.
• Control Burst (CB): composé de 162 bits et utilisé pour l’envoi d’informations de contrôle. En respectant le temps de garde on peuttransmettre deux burts de contrôle dans un seul slot.
• Linearisation Burst (LB), une fois le mobile se porte sur un canal, le LB lui permet de linéaires leur émissions.
 Sur le canal descendant on distingue :
• Normal Downlink Burst (NDB), constitué de 512 bits et a pour rôle la transmission de la parole, des données et de la signalisation.
• Synchronisation Burst (SB), constitué de 216 bits, caractérisé par une séquence de synchronisation, précédé par une onde sinusoïdale permettant la synchronisation horloge du mobile sur la station de base.
• Broadcast Block (BK), qui contient 30 bits (14 bits utiles) et utilisé pour le canal AACH.

Type de modulation TETRA utilise une modulation π /4 DQPSK qui contient 2 bits par symbole. La vitesse de modulation est de 36 Kbits/s. A chaque transition, le changement de phase est :
• 00 tourne de +π /4
• 01 tourne de -π /4
• 10 tourne de +3π/4
• 11 tourne de -3π /4 .

On peut remarquer, sur la figure suivante, que les transitions ne repassent jamais par zéro, ce qui limite les risques de perte de phase. Par contre, cette modulation est sensible aux interférences. Elle est à enveloppe non constante et nécessite des amplificateurs linéaires [8]. Les systèmes à modulation linéaire, tels que le π /4 DQPSK  avec une meilleure efficacité spectrale et une bonne efficacité de puissance, sont appelés à fournir plus de capacité aux systèmes radio-mobiles cellulaires. La modulation présente les avantages suivants [11] :
• Une largeur de bande plus étroite par rapport à la modulation de fréquence.
• Elle peut être détectée en utilisant un démodulateur cohérent, un détecteur différentiel ou un discriminateur suivi par un filtre intégrateur.
• Les transitions dans la constellation du signal ne passent pas par l’origine, et par conséquent l’enveloppe présente moins de variations. Avec une modulation π/4-DQPSK, les débits de transmission de TETRA sur n intervalles de temps occupés (n = 1, 2, 3 ou 4) pour différents codages sont :
• n × 7,2 kbit/s (transmission non protégée, BER = 2,5%)
• n × 4,8 kbit/s (transmission protégée, BER = 0,4%)
• n × 2,4 kbit/s (transmission hautement protégée, BER = 0,01%) .

Les BER (taux d’erreurs binaire) indiquent la sensibilité dynamique du récepteur TETRA dans un environnement donné .

Description des canaux
Les canaux physiques Un canal physique est défini par un slot de la trame TDMA. Du fait de l’aspect duplex des canaux radio, un canal physique occupe 25 KHz dans le sens montant et autant dans le sens descendant, les deux séparés d’un écart duplex de 10 Mhz. La TBS supporte trois types de canaux physiques:
• La voie balise (Control Physical channel) qui véhicule la signalisation réseau et des transmissions de données courtes en mode paquet.
• Des voies de trafic (Traffic Physical channel) qui transportent la voix et des données en mode paquet ou en mode circuit.
• Des voies non alloués (Unallocated Physical channel) qui ne sont jamais allouées à une communication et qui sont réservées pour des messages broadcastés.

Les canaux logiques
 Les canaux logiques de la voie balise : La voie balise (ou Control Channel- CCH) supporteplusieurs canaux logiques, multiplexes sur la multi trame afin de constituer des sous canaux de plus faible débit.
 Les canaux logiques des voies de trafic : Ils sont désignés sous le terme générique de « Voie de Trafic » (Traffic Channel -TCH). Selon le type de flux à transporter, on distingue :
• Les canaux utilisés par la parole (speech Traffic Channel-TCH/S)
• Les canaux utilisés par les données en mode circuit (Data Traffic Channel -TCH/D).

Procédures de gestion des appels En veille les mobiles sont calés en permanence sur le canal du contrôle MCCH pour acquérirles informations systèmes et pour détecter les appels entrants. Au niveaude TETRA l’appel peut être établi selon deux modes : soit avec contrôle de présence, soit sans contrôle de présence. Dans l’établissement d’appel avec contrôle de présence , un mobile M1 souhaitant entrer en communication avec un mobile M2 émet un message de demande d’accèssetup, A sa réception la station de base répond par un acquittement d-call procèdent et envoi en parallèle un message d-setup au mobile M2 afin de vérifier sa présence.

Le mobile M2 répond, s’il est présent par un message u-connect dans le slot indiqué dans lemessage d-setup (slot 2 du canal montant dans notre cas). A la réception de cet acquittement, la station de base alloue aux mobile M1 et M2 un canal de trafic en émettant simultanément les messages déconnecte déconnect-ack [15].Pour établir un appel d’une façon rapide, les ressources radio sont allouées sans contrôle de présence des parties demandées. Ce type de communication est utilisé pour les appels de groupe et les appels individuels. Dans ce mode, le canal de trafic est alloué dès laréception de la demande par la station de base, celle-ci renvoie alors des messages contenant le numéro du canal alloué : d-connect à l’appelant et d-setup à l’appelé [10].

Mise en œuvre du codec ACELP TETRA utilise un codeur décodeur (Codec) à compression de voix ACELP (Algebraic CodeExcited Linear Prediction). Son but est de convertir la voix en numérique et de la compresser de façon à minimiser la quantité d’informations à transmettre, ce qui permet de réduire la bande utile lors de la transmission dans l’interface air.Le codec ACELP a la particularité de pouvoir compresser la parole avec un minimum de bits, tout en respectant une bonne qualité sonore. Ce codeur apporte une réductiontrès importantedu nombre de bits à transmettre ce qui permet de réduire la bande passante utile et permet de transporter plus d’informations dans la bande donnée. Il va dans un premier temps convertir la voix en informations numériques puis va analyser les informations numériques pour déterminer les variations dû à la parole (analyse des caractéristiques de la voix humaine), mettre en place les filtres permettant d’éliminer le bruit de fond de l’environnement. Ceci donne un débit en sortie du codec de 4,567 Kbits/s ou 274 bits par 1/2 slot [15].

Le codage canal Le codage canal consiste à introduire de laredondance en combinant les bits de la trame initiale et en ajoutant un CRC. La trame codée est donc plus longue que la trame initiale. Latransmission radio, soumise à des perturbations, ne se fait pas sans pertes. Le but du codage est, en cas de perte d’un bit, d’avoir la possibilité de le reconstituer. Le codage donne deux blocs résultants de 216 bits soit 432 bits [8].

Stratégies trunking utilisées par TETRA Les réseaux « trunk » appelés réseaux radio à ressource partagées 3RP, sont basés sur une technique de base utilisée dans les systèmes téléphoniques dès le début de leur histoire ; elle consiste à agréger le trafic provenant d’un ensemble d’usagers, une fois parvenant au premier commutateur, le trafic est transmis à un groupe de canaux appelés Trunking, l’utilisation de cette méthode repose sur deux observations :
• Le taux d’occupation moyen d’une ressource par usager est généralement très faible,
• La probabilité pour qu’à même moment un très grand nombre d’abonnée demande une ressource est également très faible.On peut définir plusieurs méthodes de Trunking pour optimiser l’efficacité spectrale, le temps d’accès au système en fonction des conditions de trafic. C’est pour cela TETRA distingue,le Trunking au niveau message, au niveau transmission et le quasi-trunking.

Trunking au niveau message Ce mode consiste l’allocation du canal de trafic, le canal est alloué en continu pendant la durée d’appel. Un appel consistant en plusieurs transactions séparées provenant des différents terminaux. Le canal est libéré lorsque l’appel est explicitement terminé. Cette méthode permet de réduire la signalisation et le traitement au niveau de l’infrastructure. Son inconvénient est que le canal reste alloué à un appel même lorsque les silences entre les bribes de parole ont des durées importantes.

Trunking au niveau transmission Le canal n’est alloué que pendant la durée de la transaction. L’avantage de cette technique est que le canal n’est alloué que pendant cette période. Elle convient donc bien aux communications du type question-réponse. Le temps d’accès peut être important dans le cas d’un système chargé.

Gestion de la localisation Un réseau TETRA est fractionné en zone de localisation contenant chaque une ou plusieurs cellules, la norme définit le mécanisme d’enregistrement implicite qui permet l’inscription d’un terminal sans que celui-ci émette un message d’enregistrement explicite. En général et comme d’habitude le mobile sera recherché que dans la ou les zone (s) de la localisation ou il est inscrit. Le mobile peut être inscris par tous types de message déclenché qui contient son identité (demande d’appel réponse à une recherche, changement d’une cellule…) [10].

Le Handover La norme TETRA offre les procédures classiques comme tous les autres systèmes : Handover, authentification et chiffrement. Le handover ou transfert intercellulaire est un mécanisme fondamental dans la communication cellulaire. Globalement, c’est l’ensemble des opérations mises en œuvre permettant qu’une station mobile (MS) puisse changer de cellule sans interruption de service. Le processus consiste à ce qu’un terminal mobile maintienne la communication en cours, lors d’un déplacement qui amène le mobile à changer de cellule. En effet lorsque le signal de transmission entre un combiné et une station de base s’affaiblit, le système du combiné trouve une autre station de base disponible dans une autre cellule, qui est capable d’assurer à nouveau la communication dans les meilleures conditions. Ce mécanisme permet l’itinérance entre cellules ou opérateurs [18].

Les inconvénients de TETRA

Ses inconvénients principaux sont:
• Le transfert de données est lent à 7.2 kbit/s par time slot (le flux de données utilisable n’est que de 3.5 kbit/s), bien que jusqu’à 4 time-slots puissent être combinés pour atteindre des taux plus élevés, en raison de  l’adaptation nécessaire à la largeur des canaux de 25kHz.
• La nécessité d’avoir un terminal sûr et robuste fait aussi augmenter son prix.
• TETRA ne peut supporter qu’un nombre de terminaux mobiles très inférieur à ce qu’un réseau GSM et les technologies semblables permettent dans un secteur donné (ceci n’est pas un problème dans les applications pour lesquelles il est normalement employé, mais cela limite la plupart du temps l’utilisation de TETRA à ces applications) [11].
• En raison de la nature pulsée (burst) du TDMA utilisé par le protocole, les combinés peuventinterférer avec des dispositifs électroniques sensibles tels que les stimulateurs et défibrillateurs cardiaques, de même qu’avec d’autres équipements de transmission radio quand ils sont utilisés à proximité immédiate (en particulier à moins d’un mètre de distance).

Table des matières

Dédicaces
Remerciement
Résumé et Abstract
Liste des figures et tableaux
Acronymes et abréviations
Introduction générale
CHAPITRE I : Généralités sur les réseaux cellulaires et PMR
I.1 Introduction
I.2 L’évolution des systèmes radio cellulaire
I.3 La première génération (1G)
I.4 La deuxième génération
I.4.1 Le réseau GSM (2G)
I.4.1.1 Architecture du GSM
a) La station mobile (MS)
b) Le sous-système radio BSS (Base Station Subsystem )
c) Le sous-système d’acheminement NSS (Network Switching Subsystem )
d) Le sous-système d’exploitation et de maintenance OSS (Operation SubSystem)
I.4.2 Le réseau GPRS (2.5G)
a) Le nœud de service (SGSN)
b) Le nœud de passerelle (GGSN)
c) Le module BG pour la sécurité
I.4.3 Le réseau HSCSD ou EDGE (2.75G)
I.5 La troisième génération 3G
I.5.1 Le réseau UMTS (3G)
I.5.1.1 Architecture de L’UMTS
a) Le terminal utilisateur
b) Le réseau d’accèes radio (UTRAN)
c) Le réseau cœur (CN)
1.5.2 La technologie HSDPA (3.5G ou 3G+)
1.5.3 La technologie HSUPA (3.75G ou 3G++)
I.6 La quatrième génération
1.6.1 LTE (Long Term Evolution) (3.9G)
1.6.2 Le réseau LTE-Advanced (4G)
I.7 Le réseau PMR
I.7.1 Introduction PMR
a) Un réseau sécurisé
b) Un réseau privé
c) Les autres réseaux
I.7.2 Classifications des systèmes PMR
a) Réseaux sans site fixe
b) Réseaux mono-site
c) Réseaux multi-sites
I.7.3 Organisation des utilisateurs et des organismes sous le système PMR
I.7.4 Qualités d’un réseau PMR
a) Communication à l’alternat
b) Temps d’établissement court
c) Sécurité des postes
I.7.5 Les technologies de PMR
I.7.5.1 La PMR analogique
a) Le réseau radio professionnels (2RP)
b) Le réseau radioéléctrique à ressources partagées (3RP)
I.7.5.2 La PMR numérique (DMR)
a) TETRAPOL (1987)
b) TETRA (1989)
c) APCO 25 phase 1 (1989)
d) APCO 25 phase 2 (2010)
e) La DMR (2005)
I.7.6 Le marché de la PMR
I.7.7 Les utilisateurs
a) Les usagers
b) Les opérateurs
I.8 Conclusion
CHAPITRE II : La norme TETRA (Terrestrial Trunek Radio)
II.1 Introduction
II.2 La norme TETRA
II.3 L’Architecture d’un réseau TETRA
II.3.1 Console d’administration de réseau (console de service)
II.3.2 Le Dispatcher (DWS : Dispatcher WorkStation)
II.3.3 Les Switchs (TSC)
II.3.4 Station de base (TBS)
II.3.4.1 Les micros station de base (micros TBS)
II.3.5 Le mobile TETRA (TMS)
II.4 Les différent type de communication TETRA
II.4.1 Mode direct (mode I)
II.4.2 Mode direct (mode II)
II.5 L’interface radio TETRA
II.5.1 Structure des canaux
II.5.2 Structure des slots
II.5.3 Type de modulation
II.5.4 Description des canaux
II.5.4.1 Les canaux physiques
II.5.4.2 Les canaux logiques
II.5.5 Procédures de gestion des appels
II.5.5.1 Mise en œuvre du codec ACELP
II.5.5.2 Le codage canal
II.5.6 Stratégies trunking utilisées par TETRA
II.5.6.1 Trunking au niveau message
II.5.6.2 Trunking au niveau transmission
II.5.7 Gestion de la localisation
II.5.7.1 Le Handover
II.6 TETRA Version 2 (TETRA 2)
II.6.1 Range Extension
II.6.2 TETRA Enhanced Data Service (TEDS)
II.7 Les avantages et inconvénients de TETRA
II.7.1 Les avantages de TETRA
II.7.2 Les inconvénients de TETRA
II.8 Conclusion
CHAPITRE III : Etude de la planification du réseau TETRA
III.1 Introduction
III.2 Dimensionnement du réseau TETRA
III.3 Processus de dimensionnement du réseau TETRA
a) Pré-dimensionnement
b) Dimensionnement par couverture
c) Dimensionnement de capacité
d) Optimisation
III.4 Dimensionnement orienté couverture
III.4.1 Propagation dans l’environnement radio
a) Zone de Fresnel
b) Effet trajets multiples
III.4.2 Le bilan de liaison
III.4.3 Modèles de propagation
III.4.3.1 Catégories des modelés de propagation
a) Modèle Macro-cellule
b) Modèle Micro-cellule
III.4.4 Modèles de propagation utilisés
III.4.4.1 Modèle empirique macro-cell Okumura-Hata
a) Urbain
b) Sous Urbain
c) Rurale
III.4.4.2 Le modèle Standard Propagation Model
III.4.5 Calcul de la couverture pour l’Uplink
III.4.5.1 Débit requis
III.4.5.2 Sensibilité TBS récepteur
III.4.5.3 Pertes dans les câbles et les connecteurs (dB)
III.4.5.4 Perte du corps (dB) (Body loss)
III.4.5.5 Bilan de liaison pour le lien montant
a) PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente )
b) MAPL ( Maximum Allowable Path Loss)
III.4.6 Calcul de la couverture pour Downlink
a) PIRE
b) MAPL
c) La sensibilité du l’équipement utilisateur récepteur
III.4.7 Estimation du rayon de la cellule
III.4.8 Estimation du nombre de sites
III.5 Dimensionnement par capacité
III.5.1 Débit de la cellule
III.5.2 Allocation des fréquences
III.6 L’outil de dimensionnement du réseau TETRA
III.6.1 Interface d’accueil
III.6.2 Dimensionnement d’un réseau Tetra « Uplink » et « Downlink »
III.6.3 Résultat de dimensionnement
III.7 Conclusion
CHAPITRE IV : Planification et déploiement d’un réseau TETRA
IV.1 Introduction
IV.2 Présentation de l’outil ATOLL
IV.2.1 Procédure de la planification
IV.2.2 Interfaces de logiciel
IV.2.3 Systèmes de coordonnées
IV.2.4 Importer les cartes numériques
IV.2.5 Zone géographique à planifier
IV.3 Ajout des sites
IV.3.1 Analyse des tronçons
IV.4 Etude des prédictions
IV.4.1 Prédictions de la couverture par niveau de signal
IV.4.2 Prédictions de la zone de recouvrement
IV.4.3 Prédictions par secteur (Emetteur)
IV.5 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie

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