Nous vivons à une époque où la vie sans nos téléphones portables semble pour le moins inhabituelle. Selon un rapport d’Ericsson (Ericsson Mobility Report Nov 2019), il y avait environ 8 milliards d’abonnements mobiles au troisième trimestre 2019, ce qui pourrait signifier que nous avons peut-être déjà plus d’abonnements mobiles dans ce monde que de personnes. Au début des années 1980, lorsque tout a commencé, les téléphones mobiles étaient plutôt un article de luxe pour ceux d’entre nous qui avaient besoin de passer des appels téléphoniques importants tout en étant en déplacement. Nous avions encore des téléphones fixes à l’époque, mais la demande de mobilité n’a cessé de croître, passant de la communication vocale uniquement au début des années 80 à pratiquement tous les modes de communication aujourd’hui. L’émergence des smartphones a été le véritable changement de jeu qui a transformé nos téléphones mobiles en mini-ordinateurs où les appels vocaux ne sont qu’une des nombreuses options disponibles.
Bien que l’évolution des appareils mobiles ait pu être une partie évidente, ce sont les avancées technologiques dans l’écosystème global des communications mobiles qui ont rendu tout cela possible. Les réseaux mobiles ont fait l’objet d’améliorations majeures afin de relever les principaux défis en matière de capacité, de qualité et de sécurité depuis leur création. Ils n’ont cessé d’évoluer depuis la première génération (1G) de réseaux mobiles au début des années 1980 jusqu’à la cinquième génération (5G) que nous connaissons aujourd’hui. Vous pouvez en savoir plus sur la 5G dans un autre billet en cliquant sur ce lien.
Les réseaux mobiles ont-ils toujours été numériques ?
Dans le monde d’aujourd’hui, le mot » numérisation » est utilisé assez fréquemment par les opérateurs mobiles et les autres fournisseurs de services de communication. Avec les réseaux 5G déjà disponibles qui peuvent potentiellement numériser de nombreuses industries, il est difficile d’imaginer une époque où les réseaux mobiles eux-mêmes n’étaient pas numériques. La première génération de réseaux mobiles (1G) était analogique et utilisait l’accès multiple par répartition en fréquence (AMRF) pour l’interface radio afin de permettre la connectivité sans fil. L’ère numérique des réseaux mobiles a commencé au début des années 90 avec l’introduction des réseaux de deuxième génération (2G) qui étaient plus sûrs. Les technologies clés qui ont permis la 2G sont le GSM (Global System for Mobile Communications) et le D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System). Vous pouvez en savoir plus sur les réseaux numériques et analogiques en consultant ce post.
2G
La deuxième génération (2G) de réseaux mobiles a introduit deux nouvelles technologies d’accès : l’AMRT (accès multiple par répartition dans le temps) et l’AMRC (accès multiple par répartition en code). Pour simplifier, la technologie d’accès est ce qui relie un téléphone mobile au réseau mobile en envoyant et en recevant des signaux via l’interface radio sans fil.
Le GSM était la norme la plus largement déployée pour la deuxième génération de réseaux mobiles. Elle utilisait une combinaison de FDMA et TDMA pour offrir des services de communication mobile. Dans le GSM, le spectre de fréquences disponible est d’abord décomposé en canaux de fréquences plus petits, puis décomposé encore sur la base de tranches de temps. La bande de fréquences originale pour les réseaux GSM était de 890 MHz à 915 MHz pour la liaison montante et de 935 MHz à 960 MHz pour la liaison descendante. Cette bande de fréquences est connue sous le nom de bande GSM primaire ou P-GSM. La bande GSM primaire a été étendue par la suite afin d’ajouter 10 MHz à la fois à la liaison montante ainsi qu’à la liaison descendante.
Le GPRS ou General Packet Radio Service était une amélioration du réseau GSM existant afin de fournir efficacement des services de données mobiles. Le GPRS pouvait offrir des vitesses maximales en liaison descendante allant jusqu’à 171,2 kbps. Plus tard, une autre amélioration appelée EDGE (Enhanced Data for Global Evolution) a permis d’augmenter les vitesses maximales de liaison descendante à 384 kbps. Le GPRS et l’EDGE sont parfois appelés respectivement 2,5G et 2,75G. Vous pouvez en savoir plus sur le GSM dans notre post dédié au GSM en cliquant ici.
Même aujourd’hui, après presque 30 ans à leur première introduction, vous pouvez toujours obtenir des téléphones GSM. Si vous pensez au GSM d’un point de vue cellulaire, alors vous êtes mieux d’obtenir n’importe quel smartphone qui prend en charge 2G/3G/4G. Mais si vous considérez le GSM comme une alternative à votre téléphone fixe, vous pouvez toujours vous procurer un téléphone GSM de belle apparence et l’utiliser comme téléphone à domicile pour les appels vocaux. Easyfone propose un téléphone GSM qui est livré avec un socle de chargement et ressemble presque à un téléphone sans fil. Comme il s’agit d’un téléphone GSM, vous pouvez l’emmener en dehors de chez vous et même voyager avec sans craindre de perdre la connexion tant qu’il y a une couverture GSM. Vous pouvez trouver ce téléphone sur le site Web d’Amazon ici ou sur le site Web d’Amazon UK ici.
D-AMPS ou Digital AMPS était l’autre norme 2G qui utilisait également une combinaison de FDMA et TDMA pour l’interface radio. Le calendrier du D-AMPS était similaire à celui du GSM, c’est-à-dire au début des années 1990. Le D-AMPS utilise la même bande de fréquences pour la communication que son homologue 1G, l’AMPS (Advanced Mobile Phone System), soit de 824 MHz à 894 MHz. Vous pouvez en savoir plus sur le D-AMPS et l’AMPS dans notre billet dédié ici. Au cours de la même période, une troisième technologie appelée Interim Standard 1995 (IS-95) a été introduite. Elle utilisait le CDMA (Code Division Multiple Access) pour l’interface radio. Les détails de l’IS-95 peuvent être trouvés dans notre post dédié à ce sujet ici.
3G
Il y a eu deux pistes clés pour la troisième génération de réseaux mobiles (3G) et toutes deux étaient basées sur l’accès multiple par répartition en code (AMRC). La première piste était les systèmes de télécommunications mobiles universelles (UMTS), qui ont été utilisés pour la migration des réseaux GSM vers la 3G. L’autre piste était le CDMA2000 qui a permis à IS-95 (cdmaOne) ainsi qu’à D-AMPS de migrer vers la 3G.
L’UMTS était basé sur l’accès multiple par répartition en code à large bande (WCDMA) et pouvait offrir des vitesses maximales en liaison descendante allant jusqu’à 2 Mbps. Comme le GSM, le GPRS et l’EDGE utilisaient une technologie d’accès radio différente, la migration vers l’UMTS a nécessité la mise à niveau des stations de base radio pour la prise en charge du WCDMA. Les réseaux UMTS ont utilisé la même approche de commutation par paquets que le GPRS et l’EDGE et ont fait appel au SGSN et au GGSN dans le réseau central pour prendre en charge les services de données mobiles. Comme les réseaux UMTS ont été conçus pour coexister avec les réseaux GSM, ils ont été bien intégrés pour garantir que les transferts intertechnologies (IRAT – Inter Radio Access Technology) puissent avoir lieu. L’architecture de haut niveau des réseaux UMTS basés sur le WCDMA est présentée dans le diagramme ci-dessous. Si vous êtes intéressé par les aspects détaillés de la conception des réseaux WCDMA, nous pouvons vous recommander la lecture du WCDMA Design Handbook sur le site d’Amazon ici ou sur le site d’Amazon UK ici.
Pour les clients, cela signifiait de nouveaux téléphones mobiles compatibles 3G/UMTS qui pouvaient supporter la nouvelle technologie d’accès ainsi que les nouvelles fréquences que les réseaux UMTS employaient. Tout comme les technologies GPRS et EDGE ont été introduites en tant qu’améliorations du GSM, le HSPA (High-Speed Packet Access) a été introduit en tant qu’amélioration des réseaux UMTS. Cette amélioration visait à augmenter encore davantage les débits de données des réseaux 3G. Le HSPA est une combinaison du HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) et du HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Il peut offrir des vitesses maximales en liaison descendante et en liaison montante allant jusqu’à 14,4 Mbps et 5,76 Mbps respectivement. Avec les nouvelles améliorations apportées par le HSPA+, ces vitesses sont passées à 42 Mbps et 11,5 Mbps. Si vous avez besoin de plus d’informations sur le HSPA et le HSPA+, vous pouvez consulter notre post dédié à ce sujet en cliquant ici.
Si vous voulez avoir une vue synthétique rapide des réseaux UMTS, consultez cette vidéo de 3 minutes.
La migration 3G pour les deux autres technologies 2G D-AMPS et IS-95 a suivi un chemin différent et a utilisé le CDMA2000. Le CDMA2000, également connu sous le nom de CDMA2000 1xRTT ou IS-2000 est le successeur de la norme antérieure IS-95 (cdmaOne) et offre des services mobiles 3G tels que spécifiés dans l’IMT2000 (spécifications internationales des télécommunications mobiles pour l’an 2000). La norme CDMA2000 est rétrocompatible avec son prédécesseur IS-95, ce qui rend la mise à niveau de la norme IS-95 à la norme CDMA2000 facile et transparente. Elle utilise la même largeur de bande de 1,25 MHZ et est à la fois à commutation de circuits et à commutation de paquets. Tout comme le HSPA a été introduit pour améliorer les débits de données dans les réseaux UMTS, une technologie appelée EVDO (Evolved Data Optimized) a été introduite dans le CDMA2000 pour offrir des débits de données plus élevés. EVDO peut offrir des vitesses maximales en liaison descendante et en liaison montante allant jusqu’à 14,7 Mbps et 5,4 Mbps respectivement. Si vous êtes intéressé, vous pouvez consulter notre article consacré à l’IS-95 et au CDMA2000 en cliquant ici. Nous avons également un post sur EVDO que vous pouvez trouver ici.
4G
La quatrième génération de réseaux mobiles (4G) a été rendue possible par une nouvelle technologie appelée LTE qui signifie Long Term Evolution (des réseaux mobiles). Le LTE est la voie de migration vers la 4G des principales technologies 3G, notamment le système de télécommunication mobile universel (UMTS) et le CDMA2000. Une autre technologie, le WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), peut également constituer une voie de migration vers la 4G, mais le LTE a été la principale technologie utilisée dans le monde pour le déploiement des réseaux 4G.
Contrairement au GSM et à l’UMTS, le LTE utilise des technologies d’accès multiple distinctes pour la liaison descendante (de la station de base au mobile) et la liaison montante (du mobile à la station de base). Il utilise la technologie FDMA orthogonale (OFDMA) pour la liaison descendante et la technologie FDMA à porteuse unique (SC-FDMA) pour la liaison montante. Le LTE est beaucoup plus efficace que les technologies 3G antérieures, et il réduit également la latence dans le transfert de données. Les débits de données réalisables dépendent de la saveur du LTE dont nous parlons, mais les débits de données maximaux suivants peuvent être atteints :
- LTE – jusqu’à 300 Mbps en liaison descendante
- LTE Advanced – jusqu’à 1Gbps en liaison descendante
- LTE Advanced pro – jusqu’à 3 Gbps en liaison descendante
Comme vous pouvez le penser, ces vitesses ne sont presque jamais réalisables dans la vie réelle car il s’agit de vitesses de pointe. Jetez un œil à ce post pour découvrir les vitesses moyennes réelles que vous pouvez obtenir avec les réseaux 4G LTE.
Vous pouvez en savoir plus sur le LTE dans notre post dédié en cliquant ici. Si vous recherchez une référence approfondie sur le LTE Advanced, nous vous recommandons LTE-Advanced : Une approche pratique des systèmes pour comprendre les technologies d’accès radio 3GPP LTE Releases 10 et 11. Vous pouvez trouver ce livre sur le site Web d’Amazon ici ou sur le site Web d’Amazon UK ici.
Pour résumer ; GSM, UMTS et LTE représentent respectivement les technologies de réseau mobile 2G, 3G et 4G. GSM est l’abréviation de Global System for Mobile Communications, UMTS est l’abréviation de Universal Mobile Telecommunications System et LTE est l’abréviation de Long Term Evolution (of Mobile Networks). Le GSM utilise le TDMA et le FDMA pour son interface aérienne, l’UMTS utilise le WCDMA, et le LTE utilise une combinaison d’OFDMA et de SC-FDMA.
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