Les réseaux mobiles 5G, 4G, 3G : comment ça marche

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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.

Les réseaux mobiles 5G, 4G, 3G : comment ça marche

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.

L'évolution des technologies avec les réseaux de téléphonies mobiles 2, 3,G, 4G et 5G
source ACERP

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.

BTS ou antenne relai d'un réseau mobile

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.

réseau cellulaire ou réseau mobile en damier
source wikipedia

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 :

  1. Le téléphone reçoit les ondes radio de la station
  2. Il lui répond pour indiquer s'ils souhaitent s'y attacher.
  3. Si celle-ci accepte, elle retient le numéro d'identité de l'appareil mobile (n° IMSI stocké dans la carte SIM)
  4. 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).

GénérationAcronymeIntitulé
1GRadiocom 2000
NMT
Radiocom 2000
Nordic Mobile Telephone
2GGSM
CDMA
Global System for Mobile Communication
Code Division Multiple Access
2.5GGPRSGeneral Packet Radio Service
2.75GEDGEEnhanced Data Rate for GSM Evolution
3GCDMA 2000 1x EV
UMTS, WCDMA
Code division multiple access 2000 1X Evolution
Universal Mobile Telecommunications System
3.5GHSDPA
HSUPA
High Speed Downlink Packet Access
High Speed Uplink Packet Access
3.75GHSPA+évolution du « High Speed Packet Access »
4GLTE
WiMAX
Long Term Evolution
Worldwide Interoperability for Microwave Access
4G+LTE Advancedperfectionnement du « Long Term Evolution »
Génération réseaux mobiles et acronymes

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.

A retenir, plus la fréquence est basse, meilleure sera la pénétration dans les bâtiments mais moins le débit sera élevée. Ainsi, il faut choisir une fréquence qui permet un bon ratio.

Le tableau complet des fréquences débits et vitesse

Technologie5G4G3G2G1G
Date de déploiement~20202010-20202004-20101990-20041970-980
AcronymeLTE-Advanced ProLTEUMTSGSMRC2000 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 max64 kbps2 Kbps
Fréquence30 GHz et 300 GHzDe 1 800 MHz à 2 600 MHz (4G+)
TechnologieWWWWInternetPacket N/WPSTNPSTN
5G, 4G, 3G : les débits et fréquences

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 fréquences de la 5G en Europe
source ACERP

Les technologies 3G et 4G

A noter que la 3G et la 4G se déclinent sous d'autres technologies :

Technologie4G+3G+3.75G ou
H+ Dual Carrier
3.75G
ou 3G++ ou H+
Débits et vitesse3 Gbit/s / 1 Gbit/s / 750 Mbit/s / 600 Mbit/s / 450 Mbit/s14,4 Mbit/s / 7,2 Mbit/s / 3,6 Mbit/s21 Mbit/s / 10 Mbit/s / 5 Mbit/s42 Mbit/s / 28 Mbit/s / 21 Mbit/s / 14 Mbit/s
AcronymeLTE-AdvancedHSPADC-HSPA+HSPA+
Les technologies réseaux mobiles 3G et 4G

Les technologies 2G

Enfin d'autres réseaux mobiles intermédiaires en 2G donc plus anciens.

Technologie2,75G2,5G ou 2G+
Débits et vitesse384 Kbit/s max
100 Kbit/s en moyenne
40 Kbit/s
à 171 Kbit/s max
AcronymeEdgeGPRS
Les débits et fréquences des réseaux mobiles 2G

Liens

source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Téléphonie_mobile

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