En matière de réseaux mobiles, les utilisateurs exigeants que nous sommes ont vite oublié que les débuts de la 3G (UMTS) ne datent que de 2003… Et les trois principaux opérateurs mobiles français, Orange, SFR et Bouygues Télécom, ont tous commencé depuis 2006 le déploiement du HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access). Plus connue sous le nom de 3G+, cette technologie réseau a multiplié par quatre les débits de la 3G classique (1,8 Mbit/s). Et encore, dans sa version initiale. Dans les grandes villes, les opérateurs ont largement généralisé le HSDPA à 3,6, 7,2 et 14,4 Mbit/s (bientôt 21,1 Mbit/s). Et demain, le LTE (Long Term Evolution), considéré comme le réseau mobile de 4e génération (4G), fera entrer l’Internet mobile dans une autre dimension, où les débits atteindront 40,80 Mbit/s voire 340 Mbit/s.Le plus étonnant, c’est que le passage d’une techno à l’autre ne passe parfois que par une “ simple ” mise à jour logicielle de l’infrastructure. Magique ? N’exagérons rien. Un réseau mobile se compose du terminal de l’usager (un smartphone, une tablette, une clé USB modem…), de plusieurs stations de base (les antennes relais), d’un système d’information centralisé (identification, facturation…) et enfin de fréquences. Ces dernières font partie du patrimoine immatériel de l’État, qui délivre régulièrement des licences d’exploitation pour une durée déterminée à des sociétés souhaitant les utiliser. Et définit, par le biais de l’Autorité des télécoms (Arcep), à quel usage sera dédié chaque bande de fréquences. Chacune a des propriétés de propagation spécifiques et est adaptée à certains types de services. Les basses fréquences, par exemple, ont une meilleure portée que les fréquences élevées. Ce dispositif permet aussi d’éviter les interférences entre les différents organismes utilisant la voie hertzienne en France (télévision, radio, armées…). En règle générale, les grands réseaux de télécommunications exploitent les fréquences de la bande UHF (300 MHz à 3 GHz), plus propice à un déploiement à l’échelle nationale.En France, la 3G exploite les bandes comprises entre 1 920 et 1 980 MHz et entre 2 110 et 2 170 MHz. Ces deux bandes de 60 MHz sont partagées entre les opérateurs par lots de 5 MHz, l’une pour les communications du terminal vers le réseau, et l’autre pour le sens inverse. Le GSM exploite les bandes des 1 800 et 900 MHz, mais une partie de cette dernière est aussi utilisée en 3G depuis 2010 pour améliorer sa couverture. De même, en 2012, lorsque la télévision analogique sera définitivement arrêtée sur tout le territoire français, la bande des 800 MHz sera proposée aux opérateurs télécoms les plus offrants pour déployer le LTE.
De la modulation au réseau cellulaire
Pour transporter des données numériques (voix + data) par les airs, les réseaux mobiles utilisent une technique largement répandue : la modulation de phase ou de fréquence. Une fréquence porteuse est représentée par une courbe sinusoïdale régulière, dont l’espacement entre chaque “ sommet ” lui est spécifique (exprimé en hertz). La modulation consiste à modifier ces espacements, donc à perturber sa régularité. Ces perturbations, interprétées par un code de modulation décidé par les organismes de standardisation, créent un signal. Pour que ce signal puisse être décodé, il faut que l’émetteur et le récepteur soient capables de reconnaître les nouvelles modulations.Les stations de base, généralement situées sur le toit des immeubles, sont constituées de trois antennes, d’un module radio et d’une unité de calcul (BaseBand Unit), cette dernière pouvant être comparée à un gros PC. Les antennes se chargent de positionner l’usager, mais aussi d’assurer le transit des informations à destination ou en provenance de son terminal. Les trois antennes couvrent chacune un tiers du périmètre de la zone où elles sont implantées. C’est le principe du réseau cellulaire, où chaque antenne crée une “ cellule ”, représentée la plupart du temps par un hexagone. En zone urbaine, ces cellules couvrent une zone de quelques centaines de mètres carrés alors qu’en zone rurale, moins denses, ces cellules peuvent desservir plusieurs dizaines d’hectares. Les antennes prennent en charge une multitude de fréquences, il est donc rare d’avoir à les remplacer au moment de déployer une techno réseau plus récente. Elles fonctionnent de pair avec un module radio, qui fait aussi office d’amplificateur, reçoit les signaux issus de la modulation et les envoie à l’unité de processing, le fameux PC (relié en fibre optique également). Connecté au système d’information central de l’opérateur, celui-ci décode les signaux, assure la terminaison des appels et la gestion des données envoyées et reçues. Alors que le GSM utilise une modulation assez basique, l’UMTS et ses évolutions (HSDPA, HSUPA et HSPA+) exploitent des codages plus perfectionnés qui exigent une puissance de calcul supérieure. En 2005, pour le déploiement de la 3G, les opérateurs ont donc dû remplacer cette unité de calcul par un modèle plus performant sur chacune de leurs stations de base. Mais une fois cet équipement changé, une simple mise à jour logicielle suffisait pour faire face aux déclinaisons du réseau de troisième génération. Le passage au LTE nécessitera de nouveau le changement des unités de processing sur l’ensemble des stations des opérateurs. Une intervention fastidieuse qui explique pourquoi les premières offres commerciales ne sont pas attendues avant 2013. Quant aux usagers, ils doivent obligatoirement changer de mobile pour profiter des évolutions du réseau. Le module radio des terminaux doit prendre en charge les nouvelles modulations, plus gourmandes en ressources, ce qui explique en partie l’invasion de processeurs surpuissants dans les smartphones actuels. L’allocation des ressources étant devenue logicielle, les opérateurs n’ont plus besoin de déplacer une partie de leurs installations… en camion pour assurer des pics de consommation, par exemple sur les plages en été et à la montagne en hiver !Dans la même logique, les concepteurs d’infrastructures ? ZTE en tête ? s’inspirent du cloud computing pour penser les réseaux de demain. La partie calcul des stations de base actuelles devrait disparaître au profit de data centers régionaux capables de réguler le trafic de centaines d’antennes qui leur enverront des données à traiter en fibre optique.
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