Les smartphones sont des appareils de plus en plus présents dans nos vies.
On les utilise pour surfer sur internet, converser, se positionner géographiquement grâce aux GPS.
Pour cela, de plus en plus de données mobiles et data sont nécessaires.
Ainsi les réseaux de téléphonies mobiles continuent d’évoluer avec des versions et générations proposant des débits toujours plus rapides.
2020 devrait voir la déploiement de la 5e génération, soit donc la 5G.
Mais comment fonctionnent les réseaux mobiles ?
Dans cet article, vous trouverez les différences entre les débits, fréquences, etc.
Table des matières
5G, 4G, 3G : Qu’est-ce que c’est ?
La lettre G correspond à génération.
Il s’agit donc du numéro de génération d’un réseau de téléphonie mobile.
Ainsi 1G est la première génération, 2G la seconde génération.
Pour chaque nouvelle version, on parle de nouvelle génération avec des améliorations des technologies.
Nous sommes actuellement à la cinquième soit donc 4G.
Les spécifications des réseaux mobiles est assurée par le consortium 3rd Generation Partnership Project (3GPP).
Ce dernier assure par ailleurs la maintenance et le développement de spécifications techniques pour les normes mobiles de la famille GSM, notamment pour le GPRS, l’EDGE, l’UMTS, le LTE et le LTE Advanced.
Enfin les opérateurs déploient le réseaux mobiles.
En France, il s’agit de Bouygues, Free, Orange et SFR.
Les réseaux mobiles : comment ça marche
Les antennes relais pour le réseau en cellules
Les réseaux de téléphones mobiles utilisent des ondes radios pour transmettre l’information comme le Wifi par exemple.
Le fonctionnement globale est identique.
Les opérateurs installent un réseaux d’antennes relais.
Elles se divisent en 3 antennes qui diffusent sur un angle de 120 degrés. Ainsi les trois émettent sur 360 degrés.
Comme les trois antennes émettent à une distance identique dans toutes les directions, cela forme un damier.
On la nomme aussi cellule, d’où le terme téléphone cellulaire.
Voici les deux principales types d’antennes :
- Les antennes microcellulaires : couverture réseau de quelques centaines de mètres. On les utilise dans les lieux à fortes affluences comme les gares, centre commercial ou ponctuellement comme une festivité, concert par exemple.
- Les stations macrocellulaires : les plus visibles ; on les trouve généralement placées sur des supports de 12 à 50 mètres de hauteur, tels que des pylônes, les bâtiments, les toits d’immeubles.
En milieu rural, ces antennes peuvent couvrir une zone allant de 10 à 30 kilomètres.
Mais plus la surface couverte est grande, moins le débit sera bon.
En milieu urbain plus densément peuplé, la zone de couverture est d’environ 500 m pour Paris et de 1 000 à 2 000 m pour des villes moins denses.
En GSM, chaque antenne relai utilisaient une plage de fréquence différente afin d’éviter les interférence entre chaque antenne.
Il fallait simplement éviter que deux pylônes d’une cellule adjacente utilisent la même plage de fréquence.
Ce n’est plus le cas avec UTMS et LTE.
Les zones sans antennes ou mal couvertes sont nommées zones blanches.
La connexion du téléphone au réseau mobile
En GSM, on peut aussi nommer le BTS (pour Base Transceiver Station) qui rempli alors divers rôles pour permettre le fonctionnement du réseau.
Par exemple contrôler la liaison, surveiller la qualité des signaux, chiffrer les données qui transitent, etc.
Dans la norme UTMS, elle devient Node B et enfin eNode B en LTE.
Enfin lorsqu’un utilisateur entre dans une cellule d’un BTS, voici ce qui se passe :
- Le téléphone reçoit les ondes radio de la station
- Il lui répond pour indiquer s’ils souhaitent s’y attacher.
- Si celle-ci accepte, elle retient le numéro d’identité de l’appareil mobile (n° IMSI stocké dans la carte SIM)
- Puis elle lui affecte des ressources radio et reprend le contact si un appel pour ce téléphone lui parvient ou si le téléphone en effectue un.
Réseaux cellulaires LTE, UTMS et GSM
Il existe 3 grandes normes : GSM, UMTS et LTE.
- GSM (Global System for Mobiles) – c’est la première version pour la 2G
- UTMS (Universal Mobile Telecommunications System) – c’est la norme mobile pour la 3G
- LTE (Long Term Evolution) : La norme pour la 4G et la version pro pour la 5G.
Ce tableau récapitule les normes avec les générations (y compris intermédiaires).
| Génération | Acronyme | Intitulé |
|---|---|---|
| 1G | Radiocom 2000 NMT | Radiocom 2000 Nordic Mobile Telephone |
| 2G | GSM CDMA | Global System for Mobile Communication Code Division Multiple Access |
| 2.5G | GPRS | General Packet Radio Service |
| 2.75G | EDGE | Enhanced Data Rate for GSM Evolution |
| 3G | CDMA 2000 1x EV UMTS, WCDMA | Code division multiple access 2000 1X Evolution Universal Mobile Telecommunications System |
| 3.5G | HSDPA HSUPA | High Speed Downlink Packet Access High Speed Uplink Packet Access |
| 3.75G | HSPA+ | évolution du « High Speed Packet Access » |
| 4G | LTE WiMAX | Long Term Evolution Worldwide Interoperability for Microwave Access |
| 4G+ | LTE Advanced | perfectionnement du « Long Term Evolution » |
A chaque fois des évolutions et des améliorations ont été mises en oeuvre.
Par exemple le UMTS souffrait de gros problèmes sur les zones périphériques des damiers.
L’utilisateur pouvait rencontrer des baisses de débits à ces emplacements.
Ainsi la fréquence et le débit global augmente pour chaque nouvelle norme de réseaux mobiles.
Les réseaux mobiles 5G, 4G, 3G : les débits, fréquences
Chaque génération de réseaux de téléponies mobiles proposent des débits et plages de fréquences différentes.
Entre chaque nouvelle génération, on peut trouver des générations intermédiaires.
Le numéro est incrémenter. Par exemple, pour la 2G, on peut avoir du 2,75G.
Il faut aussi que cette plage de fréquences s’intercalles entre celles de la radio, télévision et autres.
Ainsi elles varient aussi d’un continent voire pays à l’autre selon les normes retenues par ces derniers.
En France, chaque opérateur n’évolue pas sur la même plage de fréquence.
C’est l’ARCEP qui est en charge de l’attribution des licences et plages de fréquence.
L’opérateur achète alors une licence pour exploiter une bande de fréquences.
Le tableau complet des fréquences débits et vitesse
| Technologie | 5G | 4G | 3G | 2G | 1G |
| Date de déploiement | ~2020 | 2010-2020 | 2004-2010 | 1990-2004 | 1970-980 |
| Acronyme | LTE-Advanced Pro | LTE | UMTS | GSM | RC2000 et NMT |
| Débits et vitesse | > 1 Gbps On peut monter jusqu’à 50 Gbit/s | Wi-Max, Wifi, LTE 3 Gbit/s / 1 Gbit/s / 750 Mbit/s / 600 Mbit/s / 450 Mbit/s | 2 Mbps max | 64 kbps | 2 Kbps |
| Fréquence | 30 GHz et 300 GHz | De 1 800 MHz à 2 600 MHz (4G+) | |||
| Technologie | WWWW | Internet | Packet N/W | PSTN | PSTN |
La 5G
La 5G peut fonctionner sur trois bandes de fréquences différentes :
- 700 MHz pour la pénétration à l’intérieur des batiments
- 3400 – 3800 MHz avec un bon ratio couverture/débit
- 26 GHz – le meilleur débit mais la pénétraion n’est pas bonne. Pour cette dernière, la validation européenne n’est pas encore établie
En Europe, la fréquence coeur de la 5G sera autour de 3,4 ‑ 3,8 GHz.
Les technologies 3G et 4G
A noter que la 3G et la 4G se déclinent sous d’autres technologies :
| Technologie | 4G+ | 3G+ | 3.75G ou H+ Dual Carrier | 3.75G ou 3G++ ou H+ |
| Débits et vitesse | 3 Gbit/s / 1 Gbit/s / 750 Mbit/s / 600 Mbit/s / 450 Mbit/s | 14,4 Mbit/s / 7,2 Mbit/s / 3,6 Mbit/s | 21 Mbit/s / 10 Mbit/s / 5 Mbit/s | 42 Mbit/s / 28 Mbit/s / 21 Mbit/s / 14 Mbit/s |
| Acronyme | LTE-Advanced | HSPA | DC-HSPA+ | HSPA+ |
Les technologies 2G
Enfin d’autres réseaux mobiles intermédiaires en 2G donc plus anciens.
| Technologie | 2,75G | 2,5G ou 2G+ |
| Débits et vitesse | 384 Kbit/s max 100 Kbit/s en moyenne | 40 Kbit/s à 171 Kbit/s max |
| Acronyme | Edge | GPRS |