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Structure du cadre GSM

Dans GSM (Global System for Mobile Communications), le temps est divisé en unités appelées «périodes d'éclatement», chacune d'une durée d'environ 0,577 milliseconde.Un cadre GSM se compose de huit périodes d'éclatement, totalisant 4,615 millisecondes et organise différents types de canaux qui gèrent la voix, les données et le contrôle du réseau.Chaque période d'éclatement correspond à un canal physique qui transporte des informations vocales, de données ou de signalisation.Ces canaux aident le réseau à gérer efficacement la communication entre les téléphones et le réseau.Sa structure de trame complexe, bonne pour gérer les signaux et les données envoyées entre les téléphones et les tours de réseau.Cet article examine les détails de la structure du cadre GSM, décomposant ses parties comme le multiframe, le superframe, l'hyperframe et les bandes de fréquence qu'il utilise.En expliquant ces composants, nous visons à montrer comment GSM rend la communication fluide, sûre et fiable.

Catalogue

Figure 1: Hiérarchie du cadre GSM

Multiframe GSM

Dans le système GSM, les trames sont regroupées en structures appelées multiframes.Ces multipames aident à garder le timing en douceur, à bien allouer les ressources et à s'assurer que tout reste en synchronisation sur le réseau.Multifames permettent au système de gérer le trafic utilisateur et les signaux de contrôle, assurant une bonne qualité de service tout en gérant la bande passante du réseau limité.Il existe deux principaux types de multiframes dans GSM: Traffic Multiframes et Control Multiframes.

Figure 2: Multiframe GSM

Multiframe de trafic

Un multiframe de trafic a 26 périodes d'éclatement de plus de 120 millisecondes.Ces rafales sont les unités du temps utilisées pour envoyer la voix et les données.La plupart des 26 rafales sont utilisées pour le trafic utilisateur (voix et données), permettant au système de maintenir la communication sans interruptions.Cependant, toutes les rafales ne sont pas destinées aux données des utilisateurs.

Deux des 26 rafales sont réservées aux tâches de réseau.Une rafale est pour le Channel de contrôle associé lent (SACCH), qui envoie des informations de contrôle importantes, comme la force du signal, les ajustements de synchronisation et le contrôle de l'alimentation, du téléphone au réseau.SACCH est important pour maintenir la connexion stable et bien fonctionner.

La deuxième rafale réservée est un période de ralenti, où aucune donnée n'est envoyée.Ce temps d'inactivité aide le réseau en synchronisation et empêche la congestion.Il agit également comme un tampon pour réduire les risques d'affrontements de signal ou d'interférence entre différentes transmissions.

Ces rafales de contrôle réservées aident à maintenir le réseau GSM efficace et fiable.Sans eux, le réseau aurait du mal à gérer les changements constants de la force du signal et d'autres facteurs.

Figure 3: Multiframe

Contrôle du multiframe

Contrairement au multiframe de trafic, le multiframe de contrôle est principalement utilisé pour la gestion du réseau, et non le trafic utilisateur.Il a 51 périodes d'éclatement de plus de 235,4 millisecondes, ce qui le rend plus long que le multiframe du trafic.Cette structure aide le réseau à fonctionner en douceur et garantit que les appareils peuvent communiquer correctement avec le système.

Le multiframe de contrôle fonctionne sur la fréquence de balise, une fréquence spéciale utilisée pour envoyer des informations réseau importantes.Il contient des canaux comme la rafale de correction de fréquence (FCB) et le canal de contrôle de la diffusion (BCH).

Le FCB Aide les appareils mobiles à rester synchronisés avec le calendrier et la fréquence du réseau.Ceci est important pour éviter les interférences ou les appels abandonnés.Le Bch Envoie des informations système aux appareils, tels que les codes de localisation et les paramètres du réseau, aide les téléphones à se connecter et à se déplacer entre les zones du réseau.

Ensemble, ces canaux dans le multiframe de contrôle s'assurent que tous les appareils restent en synchronisation avec le réseau et disposent des informations nécessaires pour maintenir une connexion forte, même si les conditions changent.Cela permet aux utilisateurs de se déplacer entre différentes zones de réseau tout en restant connecté.

Figure 4: Multiframe de contrôle

GSM Superframe

Dans le réseau GSM (Global System for Mobile Communications), un superframe aide à organiser et à synchroniser la communication.Il s'agit d'une unité qui regroupe plusieurs images, améliorant la façon dont le réseau fonctionne.Un SuperFrame comprend 51 multiframes de trafic ou 26 multiframes de contrôle, durée de 6,12 secondes.Cette structure garantit que les informations circulent en douceur et en ordre.

Le SuperFrame aide à coordonner les deux données utilisateur (comme les appels, les messages et Internet) et les signaux de contrôle (comme la configuration des appels et la gestion du réseau).En les organisant en un superframe, le système GSM maintient tout en synchronisation, permettant des données efficaces et une transmission de signal de contrôle.

Sans cela, la communication pourrait devenir désorganisée, provoquant des appels ou des retards abandonnés.Le SuperFrame garantit que toutes les fonctions du réseau suivent un rythme constant, empêchant les perturbations.La durée fixe de 6,12 secondes aide également les opérateurs de réseau à planifier efficacement les ressources et à maintenir un service fluide.

Figure 5: GSM Superframe

Hyperframe GSM

Dans la structure de GSM (Global System for Mobile Communications), l'hyperframe est la plus grande unité temporelle.Il est composé de 2 048 superframes et dure environ 3 heures, 28 minutes et 53,76 secondes.L'hyperframe est une partie principale de la façon dont le réseau GSM maintient tout en douceur, aidant à des tâches importantes telles que le saut de fréquence et le chiffrement pour maintenir la communication sécurisée et fiable.

Saute de fréquence

L'hyperframe aide au saut de fréquence, une méthode utilisée pour améliorer la qualité du signal et réduire les interférences.Cette technique implique de modifier régulièrement la fréquence de communication afin que les signaux ne restent pas sur une seule fréquence pendant trop longtemps.Cela réduit les chances d'interférence et rend la communication plus fiable.Le moment fourni par l'hyperframe garantit que les fréquences changent dans un schéma régulier et aident également à prévenir l'écoute.

Cryptage et sécurité

L'hyperframe joue un rôle important dans le chiffrement de GSM, qui protège les données de communication contre les accessions par des personnes non autorisées.L'hyperframe aide à maintenir le synchronisation des données cryptées en synchronisation, afin que le cryptage puisse fonctionner correctement sur de longues conversations ou des séances de données.Si le timing descend, il pourrait affaiblir la sécurité, de sorte que le timing stable de l'hyperframe est idéal pour maintenir la confidentialité.

Figure 6: Hyperframe GSM

Figure 7: Cycles d'interface GSM

Bandes de fréquence GSM

Système	Groupe	Liaison montante (MHz)	Liaison descendante (MHz)	Plage de numéros de canal
GSM-850	Bande 5	824 - 849	869 - 894	128 - 251
GSM-900	Bande 8	890 - 915	935 - 960	1 - 124
DCS-1800	Bande 3	1710 - 1785	1805 - 1880	512 - 885
PCS-1900	Bande 2	1850 - 1910	1930 - 1990	512 - 810
GSM-400	Bande 14/15	450 - 480	450 - 480	259 - 293/306 - 340
GSM-480	Bande 14	479 - 492	504 - 517	306 - 340
GSM-700	Bande 13/12/14	703 - 748	758 - 803	512 - 810
GSM-850 (ext.)	Bande 26	814 - 849	859 - 894	128 - 251
Gsm-r	Bande 900	876 - 915	921 - 960	955 - 1023
Er-gsm	Bande 900 ext.	880 - 915	925 - 960	0 - 124

Applications de la structure du cadre GSM

Manipulation des appels

GSM organise ses cadres pour gérer plusieurs appels vocaux en même temps en attribuant différents plages horaires et fréquences à chaque utilisateur.Pour chaque appel, des plages horaires spécifiques sont allouées dans un cadre, permettant à plusieurs utilisateurs de partager le même spectre de fréquence sans interférence.Cette méthode, connue sous le nom de multiplexage de division temporelle, aide le réseau à gérer un grand volume d'appels tout en maintenant des connexions claires et ininterrompues.

Transmission SMS

Les messages texte, ou SMS, sont envoyés via le réseau GSM à l'aide de Control Multiframes.Ces cadres réservent des plages horaires particuliers pour SMS, garantissant que les messages sont livrés rapidement même lorsque le trafic vocal est élevé.En réservant des emplacements pour SMS dans le canal de contrôle, le réseau garantit une transmission de messages fiable et efficace sans perturber les appels en cours.

Gestion de la mobilité

La caractéristique de GSM est sa capacité à gérer le mouvement des utilisateurs lorsque les gens voyagent entre différentes tours cellulaires.Lorsqu'un utilisateur se déplace, le réseau utilise des trames de contrôle pour gérer la transition des appels ou des séances de données en cours vers une nouvelle station de base.Ce processus, connu sous le nom de transfert, est précisément chronométré pour empêcher les appels abandonnés, permettant aux utilisateurs de se déplacer dans les zones de couverture sans interruptions de service.

Protocoles de sécurité

La sécurité dans GSM est étroitement liée à sa structure de trame.L'hyperframe joue un rôle important dans le maintien des communications sécurisées en réinitialisant périodiquement les clés de cryptage et de décryptage.En mettant à jour ces clés en synchronisation avec le cycle hyperframe, le réseau garantit que les appels vocaux et les données restent protégés contre l'accès non autorisé, minimisant le risque d'interception.

Conclusion

La structure du cadre GSM montre l'ingénierie avancée derrière la communication mobile mondiale.En organisant des cadres, des multiframes, des superframes et des hyperframes, GSM gère et synchronise efficacement les données et la voix sur son réseau.Cette structure garantit non seulement une communication en douceur, mais renforce également la sécurité avec des méthodes telles que le saut de fréquence et le chiffrement.La façon dont GSM gère différentes bandes de fréquences montre sa flexibilité pour travailler dans divers environnements du monde entier.Comprendre le fonctionnement de ces composants aide à expliquer la complexité de la technologie mobile et met en évidence l'importance de GSM dans les télécommunications modernes.À mesure que la technologie augmente et que les exigences du réseau augmentent, les idées de base de la structure du cadre GSM continueront de façonner les futurs systèmes de communication mobile.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Quelle est la structure du canal de GSM?

Le système mondial pour les communications mobiles (GSM) utilise une combinaison d'accès multiple de la division de fréquence (FDMA) et d'accès multiple de division Time (TDMA) pour la structure des canaux.Dans la FDMA, l'ensemble du spectre de fréquence disponible pour GSM est divisé en 124 fréquences porteuses espacées de 200 kHz.Chacune de ces fréquences est ensuite divisée en utilisant TDMA, où chaque canal de fréquence est divisé en huit plages horaires.Chaque créneau horaire représente un canal différent utilisé par un autre utilisateur.Cette structure permet à plusieurs utilisateurs de partager la même fréquence sans interférence en allouant des plages horaires spécifiques à leurs signaux.

2. Quelles sont les différences GSM et LTE?

GSM (2G) et LTE (évolution à long terme, appelés 4G) diffèrent dans la technologie, la vitesse et la fonctionnalité:

Technologie: GSM utilise une combinaison de FDMA et de TDMA.LTE utilise l'accès multiple à division en fréquence orthogonale (OFDMA) pour la liaison descendante et la division de fréquence de la division multiple (SC-FDMA) de la liaison descendante et unique.

Vitesse: LTE offre des débits de données plus élevés, avec des taux de téléchargement de pointe allant jusqu'à 300 Mbps et des taux de téléchargement de 75 Mbps, par rapport aux vitesses de données maximales de GSM d'environ 114 kbps.

Architecture réseau: GSM est un système à commutation de circuits qui gère la voix et les données séparément.LTE est entièrement à commutation de paquets et capable de gérer la voix et les données sur le même réseau basé sur le protocole Internet (IP), augmente l'efficacité.

Latence: les réseaux LTE ont une latence plus faible par rapport à GSM, améliorant l'expérience des applications nécessitant une transmission de données en temps réel, comme les jeux en ligne ou la vidéoconférence.

3. Quel est le format de GSM?

GSM utilise un format de données qui résume la voix dans les paquets de données pour la transmission par rapport aux signaux numériques.Chaque cadre GSM se compose de 8 plages horaires et chaque emplacement contient une explosion de données.Le format de données standard pour un message GSM comprend des informations de synchronisation, des données de codage et des données utilisateur, facilitant la communication entre le réseau et l'appareil mobile.Ce format assure une utilisation efficace du spectre et une synchronisation de l'accès multi-utilisateurs.

4. La 5G utilise-t-elle GSM?

Non, la technologie 5G n'utilise pas GSM.La 5G est construite sur de nouvelles fréquences radio et une nouvelle architecture de réseau conçue pour améliorer la vitesse, la capacité et la latence par rapport aux générations cellulaires précédentes.Il utilise des technologies telles que des technologies massives de MIMO, de formation de faisceau et d'accès plus avancé qui diffèrent du système basé sur GSM FDMA / TDMA.

5. GSM est-il analogique ou numérique?

GSM est une technologie cellulaire numérique.Il numérise et comprime les données, puis les envoie dans un canal avec deux autres flux de données utilisateur, chacun dans son propre créneau temporel.GSM a été conçu pour remplacer les anciennes réseaux analogiques de première génération (1G), offrant ainsi une meilleure sécurité des données, des transmissions vocales de meilleure qualité et une prise en charge des messages texte et des services de données.