Global System for Mobile Communications

Global System for Mobile Communications (GSM) (historiquement « Groupe spécial mobile »^[1]) est une norme numérique de deuxième génération pour la téléphonie mobile. Elle a été établie en 1982 par la Conférence européenne des administrations des postes et télécommunications (CEPT).

Elle a été mise au point par l'ETSI sur la gamme de fréquences des 900 MHz. Une variante appelée Digital Communication System (DCS) utilise la gamme des 1 800 MHz. Cette norme est particulièrement utilisée en Europe, en Afrique, au Moyen-Orient et en Asie. Deux autres variantes, en 850 MHz et en 1 900 MHz (PCS), sont également utilisées. La protection des données est assurée par les algorithmes de chiffrement A5/1 et A5/2. Une norme GSM-400, utilisant les fréquences de 450 MHz ou 480 MHz, est également à l'étude en 2009.

Tel qu'il a été conçu, le réseau GSM est idéal pour les communications de type « voix ». Le réseau étant commuté, les ressources ne sont allouées que pour la durée de la conversation, comme lors de l'utilisation de lignes téléphoniques fixes. Les clients peuvent soit acheter une carte prépayée, soit souscrire un abonnement.

Sommaire 1 Histoire 2 Bandes GSM 2.1 GSM 850 et 1900 2.2 GSM 900 et 1800 2.3 GSM 400 3 Identification des appareils et des abonnés 4 Architecture réseau et protocole 4.1 Communication entre le téléphone mobile et la station de base 4.1.1 Caractéristiques de l'interface radio 5 Services 6 Couverture GSM dans le monde 6.1 Europe 6.2 Afrique 6.3 Amérique 6.4 Opérateurs virtuels 7 Sécurité 8 Authentification 8.1 Algorithme A5/1 9 Anecdote 9.1 couverture Réseaux 10 Références 11 Bibliographie 12 Voir aussi 12.1 Articles connexes

Histoire

Le concept cellulaire provient des réseaux de première génération. Chaque point de couverture était un rayon de 50 kilomètres avec, au centre de chaque cercle de couverture, un relais et une station de base. Ces cercles étant assemblés ou non, sans se soucier d'un quelconque problème de roaming. Chaque utilisateur se trouvant dans le rayon de couverture avait une bande statique allouée à son téléphone, ceci avec ou sans communication téléphonique. Ainsi chaque station pouvait fournir autant de canaux de communication que de bandes de fréquence disponibles. Ce système, peu fiable, fut remplacé par un autre système permettant d'allouer une bande de fréquence uniquement si l'utilisateur en avait besoin, permettant aussi d'augmenter potentiellement le nombre d'abonnés jusqu'à un certain stade, dans l'hypothèse où tous les abonnés ne téléphonent pas en même temps. Le système du GSM était à ses balbutiements. Les antennes-relais des BTS alors nécessitaient des puissances assez importantes (jusqu'à 8 watts de façon courante)^{[réf. nécessaire]} et les mobiles également. Cependant, et afin d'éviter les interférences, chaque cercle de couverture ne pouvait pas réutiliser les mêmes fréquences réduisant ainsi le spectre fréquentiel.

En 1987, les choix technologiques concernant l'utilisation des télécommunications mobiles sont fixés par le groupe GSM. Ainsi la transmission numérique, le chiffrement des informations et le multiplexage temporel des canaux radios seront utilisés.

1991, première communication expérimentale faite par le groupe GSM. Le sigle GSM change également de signification pour devenir Global System for Mobile communications. Les spécifications techniques sont améliorées pour pouvoir fonctionner dans la bande des 1 800 MHz.

Bandes GSM

GSM 850 et 1900

Ils sont présents aux États-Unis et au Canada. Certains pays n'utilisent que la norme GSM 850 (Équateur, Panama…). Le GSM 1900 est également appelé PCS 1900 (Personal Communications Service).

GSM 900 et 1800

On rencontre ces deux types de réseaux en Europe, notamment, en Belgique, Espagne, France.

Le GSM 900 utilise la bande 890-915 MHz pour l'envoi des données et la bande 935-960 MHz pour la réception des informations.

Le GSM 1800 utilise la bande 1 710-1 785 MHz pour l'envoi des données et la bande 1 805-1 880 MHz pour la réception des informations.

Les appareils qui fonctionnent tant en 900 que 1800 sont appelés GSM dual band ou simplement dual band.

Le GSM 1800 est également appelé DCS 1800 (Digital Communication Systems).

GSM 400

L'implantation d'un réseau GSM en 900 MHz avec une bonne couverture est souvent difficile dans beaucoup de pays en développement. Les étendues à couvrir sont énormes, la densité de population très faible par endroit et les moyens financiers pour mettre en place l'infrastructure sont réduits. Le principal problème dans les zones peu peuplées est le nombre élevé de stations de base à installer. Même les pays industrialisés sont confrontés à ce problème de couverture dans les zones rurales.

L'utilisation de fréquences moins élevées augmenterait sensiblement la portée des stations de base. Ainsi en 450 MHz, leur portée serait près du double de ce qu'elle serait en 900 MHz. Ericsson^[2] et Nokia^[3] travaillent à la mise au point d'une norme GSM fonctionnant en 450 MHz^[4] ou en 480 MHz^[5].

Dans la bande 450, les fréquences utilisées seraient 450,4 à 457,6 MHz pour les liaisons montantes (GSM vers station de base) et 460,4 à 467,6 MHz pour les liaisons descendantes.

Dans la bande 480, les fréquences seraient 478,8 à 486 MHz en émission et 488,8 à 496 MHz en réception (base vers mobile).

Les pays qui avaient un réseau de téléphonie mobile analogique NMT-450 pourraient réutiliser ces fréquences pour le GSM-400 (450 MHz).

Avec ces fréquences, la couverture pourrait atteindre 120 km. C'est particulièrement bien adapté aux zones côtières, désertiques ou rurales, là où le trafic est faible et le terrain plat.

Identification des appareils et des abonnés

Les téléphones mobiles contiennent une carte SIM qui permet d'identifier l'utilisateur et parfois de stocker un certain nombre de numéros de téléphone. Chaque appareil est identifié, quelle que soit sa marque, par un numéro IMEI que l'on obtient, en entrant sur le clavier, la séquence : *#06#. Il convient de noter ce numéro et de le signaler à son opérateur, en cas de vol, de façon à procéder à son blocage. Cet identifiant ne doit pas être confondu avec l'IMSI contenu en SIM.

Le code PIN est le mot de passe de la carte SIM; le code PUK permet de débloquer une carte SIM, bloquée après l'introduction de 3 codes PIN erronés. Le code PIN2, s'il existe, est un mot de passe pour un sous-ensemble de fonctions précises de la carte SIM; le code PUK2 lui est associé, de la même manière.

Cependant, sur un réseau cellulaire, un appareil est identifié via un TMSI (Temporary Mobile Station Identifier). Grâce à ce système de IMSI/TMSI, un téléphone portable ne voit pas son numéro d'appel divulgué sur le réseau, ce qui permet la confidentialité des appels : comme les TMSI changent souvent et sont parfois attribués à plusieurs appareils en même temps, une personne interceptant le trafic a très peu de chance d'associer un numéro de téléphone à un TMSI.

Architecture réseau et protocole

Le réseau spécifique pour le GSM s'appelle PLMN (Public Land Mobile Network), chaque opérateur ayant le sien propre. Il est relié au Réseau Téléphonique Commuté Public (RTCP).

Communication entre le téléphone mobile et la station de base

L'AMRT (accès multiple à répartition dans le temps ou en anglais, TDMA pour Time division multiple access) et l'AMRF (accès multiple à répartition en fréquence ou en anglais, FDMA pour Frequency Division Multiple Access) sont utilisées pour permettre à davantage d'utilisateurs d'être connectés sans saturer le réseau.

Caractéristiques de l'interface radio

Le GSM utilise deux bandes de fréquences, l'une pour la voie montante (TX), l'autre pour la voie descendante (RX) plus un TS de signalisation, la puissance du signal est modulée selon la distance entre l'antenne et le GSM considéré, ce qui permet de déterminer dans la pratique la distance entre un utilisateur et l'antenne.

La bande 890-915 MHz est utilisée pour la voie montante, tandis que la bande 935-960 MHz est utilisée pour la voie descendante. Chacune de ces bandes comprend 124 porteuses (canaux) de 200 kHz chacune. La modulation utilisée sur ces porteuses est la GMSK, qui permet d'éviter les chevauchements des porteuses.

Chaque porteuse comporte huit time slots (TS). Ils durent environ 577 μs. Les canaux physiques sont ces slots.

Chaque porteuse a un débit brut de 271 kbit/s, tandis que les canaux physiques ont donc un débit brut de 33,8 kbit/s. Le débit utile est quant à lui de 24,7 kbit/s.

Le plan de fréquence GSM est assez complexe car il faut répartir les longueurs d'ondes utilisées entre les antennes de manière à éviter un effet de mise en résonance qui brouillerait les communications. Donc, la portée des antennes ainsi que la distribution des longueurs est un travail assez délicat afin que les cellules ne se brouillent pas entre elles (une cellule=la surface radiante d'une antenne).

Dans la pratique, un GSM voit toujours 3 antennes en permanence^{[réf. nécessaire]}, celle sur laquelle il est actuellement attaché et deux de réserve sur lesquelles il permutera dès que la puissance nécessaire de communication entre son antenne actuelle et l'une des antennes de réserve deviendrait moins forte, la règle étant d'utiliser en permanence l'énergie minimale pour communiquer.

Services

Le réseau GSM permet plusieurs services :

• la voix ;
• les données (le WAP, le Fax ou bien comme un modem filaire classique) ;
• les messages écrits courts ou SMS ainsi que leur successeur, le MMS ou Multimedia Messaging Service ;
• le Cell Broadcast (diffusion dans les cellules), qui permet d'envoyer le même SMS à tous les abonnés à l'intérieur d'une zone géographique ;
• les services supplémentaires (renvois d'appels, présentation du numéro, etc.) ;
• les services à valeur ajoutée comme par exemple les services de localisation (Location Based Services), d'information à la demande (météo, horoscope), de banque (consultation de compte, recharges de compte prépayées).

Couverture GSM dans le monde

Les réseaux GSM sont implantés sur une large portion de surface terrestre, une condition nécessaire de connexion à un réseau étant la disponibilité de stations de base (« cellules ») à proximité de l'emplacement du téléphone mobile (la charge de la batterie du téléphone influence également la portée de réception). Ainsi, les zones faiblement peuplées (haute montagne, larges campagnes, déserts), les hautes altitudes (en avion par exemple), les cavités terrestres (grottes, tunnels) et la mer (au-dessus comme en-dessous de la surface) sont généralement dépourvues d'accès réseau GSM.

Les réseaux GSM (Global System for Mobile Communications) couvrent 208 pays ou territoires en août 2008.

Europe

En Belgique, il existe trois opérateurs : Base, Mobistar, Proximus. GSM ou plus familièrement G est également l'expression couramment utilisée pour désigner un téléphone portable en Belgique, tant francophone que néerlandophone.

• Proximus est une entreprise appartenant à Belgacom, l'opérateur historique (Vodafone possédait une participation de 25 %, mais celle-ci a été rachetée par Belgacom en août 2006). Proximus détient le plus grand nombre de clients pour la téléphonie mobile : 4 200 000 en décembre 2004, soit 52 % des parts du marché. Il avait commencé à offrir des services pour le 900 MHz puis pour le 1 800 MHz.
• Mobistar est une entreprise créée en 1995 par France Télécom avec le groupe belge Telinfo, elle a également commencé à offrir des services pour le 900 MHz avant de proposer aussi le 1 800 MHz.
• Base, (détenu par Royal KPN), est le dernier opérateur à apparaître sur le marché belge. Il a dès le début proposé le 1 800 MHz mais sans permettre le 900 MHz.

En France, il existe trois opérateurs :

• Orange France, via Orange, est une filiale de France Télécom, l'opérateur historique de téléphonie fixe français. Elle s'appelait autrefois France Télécom Mobile, et opérait sous les trois marques Itinéris, Ola et Mobicarte (22,5 millions d'abonnés mobiles en 2006).
• SFR (groupe SFR-Cegetel) est un opérateur privé de téléphonie mobile qui appartient à Vivendi Universal et à Vodafone.
• Bouygues Telecom est une filiale du groupe Bouygues, lequel est propriétaire notamment de la chaîne de télévision TF1.

Les trois réseaux proposent un accès aux services 900 MHz et 1 800 MHz, maintenant complétés par la technologie plus récente dite UMTS pour Orange, SFR et Bouygues Telecom.

En Italie, il existe quatre opérateurs :

• TIM Telecom Italia Mobile,
• Tre mot signifiant "trois",
• Vodafone,
• Wind société fondée en 1997 par les groupes ENEL, France Télécom et Deutsche Telekom, mais à 100 % italienne depuis 2003, troisième opérateur italien (détient environ 19 % du marché).

Tre appartient à la Mobile Media Company du Groupe Hutchison Whampoa de téléphonie mobile œuvrant en Italie, non cotée en bourse, et qui a son siège social de même que son siège d'exploitation à Milan. Tre a été le premier opérateur à fournir en Italie les services de téléphonie mobile au standard UMTS (W-CDMA) ; la compagnie est propriétaire du réseau UMTS, tandis que pour les zones non desservies directement, elle a conclu un accord de roaming avec le réseau GSM/GPRS de TIM. Tre Italia est le premier opérateur italien et européen pour le nombre de clients UMTS/HSDPA/DVB-H.

La Suisse compte trois opérateurs de mobiles :

• Swisscom Mobile
• Sunrise - a racheté Télé2 mobile
• Orange

Afrique

Au Maroc, il existe trois opérateurs :

• Maroc Telecom, filiale de Vivendi Universal premier opérateur pour le nombre de clients GSM/UMTS/HSDPA, offre ses services dans la bande 900 MHz, 16.889 millions d'abonnés (2010).
• Meditel, le 2^e opérateur GSM/UMTS/HSDPA au Maroc, l'opérateur France Telecom controle 40%, il va probablement devenir Orange Maroc, offre ses services dans la bande 900 MHz, 10.789 millions d'abonnés GSM (2010).
• Inwi, entré sur le marché en Février 2010, détenu par les deux groupes marocains ONA et la SNI en partenariat avec l'opérateur Koweitien Zain qui controle 31%, offre ses services GSM dans la bande 1 800 MHz, 4.303 millions d'abonnés GSM/EDGE (2010).

En Algérie, il y a trois opérateurs :

• Mobilis, le plus ancien des trois. Filiale de l'opérateur historique Algérie Télécom (10 millions d'abonnés), en 2010.
• Djezzy, détenu par l'égyptien Orascom Telecom Holding (14.9 millions d'abonnés), en 2010.
• Nedjma, détenu par le groupe Watanyia et Qatar Telecom (8.02 millions d'abonnés), en 2010.

En Tunisie, il y a trois opérateurs :

• Tunisie Télécom : opérateur historique en Tunisie fort de 4,6 millions d'abonnés GSM (2010).
• Tunisiana : 1er opérateur GSM privé, fort de plus 5,8 millions d'abonnés (2010), détenu par le groupe Wataniya et Qatar Telecom.
• Orange Tunisie : 3^e opérateur GSM/UMTS en Tunisie détenu par France Telecom, 800.000 clients GSM (2010).

Au Sénégal, il existe trois opérateurs :

• Orange
• Tigo
• Expresso

En Mauritanie, il existe deux opérateurs :

• Mattel, la Mauritano-Tunisienne des Télécommunications ; le premier opérateur privé qui s'est installé dans le pays au mois d'octobre 2000 et qui compte à peu près 400 000 abonnés (un sixième de la population).
• Mauritel Mobile, un opérateur dont l'État mauritanien détient la moitié ; filiale de Maroc Telecom et qui compte 500 000 abonnés (un cinquième de la population). Le 12 avril 2001, suite à un appel d’offres international lancé par le Gouvernement mauritanien, Maroc Telecom l'opérateur historique au Maroc acquiert 54% du capital de Mauritel SA.

• Chinguitel, le nouveau né; une filiale du géant soudanais Sudatel. Chinguitel s'est implanté en 2007. Il compte déjà plus de 150 000 abonnés.

Au Niger il existe quatre opérateurs :

• le premier opérateur privé qui s'est installé est Celtel Niger filiale du groupe Bharti Airtel operant sous la marque Airtel ;
• second opérateur : « sahel com » ;
• troisième opérateur Moov connu sous le nom de Telecel ;
• enfin en 2008, le réseau Orange s'est installé au Niger.

Le Burkina Faso compte trois opérateurs :

• Telmob, filiale de l'Office National des Télécommunications (ONATEL), l'opérateur historique.
• Airtel (Celtel Burkina), filiale de Bharti Airtel, opérateur d'origine INDE.
• Telecel Faso.

Au Mali, il existe deux opérateurs :

• Malitel : premier opérateur de téléphonie mobile GSM au Mali, filiale de la Société des télécommunications du Mali (SOTELMA).
• Orange Mali : préalablement nommé Ikatel, Orange Mali couvre plus de 700 localités aux Mali. Il offre GSM/GPRS/EDGE.

La Côte d'Ivoire compte 5 opérateurs :

• MTN CI : premier opérateur de pays (Ex Telecel CI)
• Orange CI : second opérateur, première filiale du groupe Orange en Afrique de l'Ouest, offrant la plus large couverture réseau du pays (Ex IVOIRIS)
• Moov CI : l'opérateur Émirati a su s'imposer dans un secteur déjà concurrentiel. Il perdure aujourd'hui à la 3^e place des opérateurs et offre à ses abonnés une communication satellitaire
• Koz : le dernier arrivé essaie de se trouver tant bien que mal une place dans le paysage GSM du pays.
• GreenN : C'est actuellement le tout dernier réseau qui vient de s'installer en Côte d'Ivoire avec l'option de diminuer le coût de la communication téléphonique en Côte d'Ivoire.
• À noter l'arrivée prévue de 3 autres opérateurs ayant d'ores et déjà acquis une licence auprès des autorités ivoiriennes.

Amérique

Les États-Unis qui utilisaient une autre norme possèdent maintenant une couverture GSM de presque tout le territoire^[6].

Opérateurs virtuels

Il existe également des opérateurs virtuels qui n'ont pas d'infrastructure mais qui utilisent en location les réseaux des autres opérateurs (MVNO).

Sécurité

Authentification

Le réseau GSM possède la particularité de n'authentifier que l'utilisateur, à l'aide de la carte SIM. Le téléphone n'authentifie pas le réseau. Il est alors possible de mener des attaques de type IMSI-catcher ou de l'homme du milieu afin d'intercepter les communications.

Algorithme A5/1

Le 28 décembre 2009, un ingénieur logiciel et expert de chiffrement, Karsten Nohl, a révélé lors du Chaos Communication Congress que lui et un groupe avaient « cassé » le code de chiffrement GSM, A5/1. Leur attaque démontrait la possibilité de décrypter en quasi temps réel les communications. Malgré cela, des responsables du développement du GSM ont indiqué que, même si l'algorithme est maintenant accessible à tous, intercepter un appel reste compliqué^[7],[8].

Anecdote

couverture Réseaux

Beaucoups de prestataires de téléphonie mobile proposent sur leur site une page permettant de connaitre pour chaque type de transmission ( 1,2,3 G) la zone de réception. Celle ci est dans de nombreux cas surévaluée et le projet opensignalmaps^[9] à pour but de construire ce type de carte à partir de l'information fournie par les téléphones GPS des utilisateurs (android).

Références

Bibliographie

• Xavier Lagrange, Philippe Godlewski, Sami Tabbane, Réseaux GSM : des principes à la norme, Éditions Hermès Sciences, 2000, (ISBN 2-7462-0153-4)
• Siegmund M. Redl, Matthias K. Weber, Malcolm W. Oliphant, An Introduction to GSM, Artech House, Mars 1995, (ISBN 978-0890067857)
• Siegmund M. Redl, Matthias K. Weber, Malcolm W. Oliphant, GSM and Personal Communications Handbook, Artech House, Mai 1998, (ISBN 978-0890069578)

Voir aussi

Articles connexes

• GSM Satellite
• OsmocomBB Projet d'ouverture du protocole et de la puce GSM.
• Télécommunications
• Téléphonie mobile
• Subscriber Identity Module
• Glossaire de la Téléphonie Mobile
• Risques sanitaires des télécommunications
• Liste des opérateurs de télécommunications

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