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Comment ça marche : l'UMTS Visiophonie, Internet rapide, téléchargements : avec l'UMTS, la téléphonie mobile entre dans l'ère du haut-débit. Mais il a fallu des années de mise au point. Stéphanie Molinier , L'Ordinateur Individuel, le 15/12/2004 à 07h00 On ne l'attendait plus ! A force de retards et de fausses annonces, la téléphonie mobile de « troisième génération » (3G ou UMTS, pour Universal Mobile Telecommunications System ) paraissait condamnée. Jusqu'à cette fin 2004, où Orange et SFR ont enfin ouvert les premiers réseaux UMTS en France. Et, avec eux, la promesse du multimédia dans les téléphones portables : visiophonie, accès au Web à haut-débit, téléchargement de musique... Alors que la technologie actuelle (la 2G), qui s'appuie sur la norme GSM (Global System for Mobile Communications), permet d'atteindre un débit de 14,4 kbit/s (suffisant pour acheminer des communications vocales), la 3G, elle, surfe sur le haut-débit. En théorie, jusqu'à 2 Mbit/s, grâce à quelques améliorations... et à une refonte des équipements actuels. Une bande passante élargie Tous les opérateurs mobiles utilisent les ondes radio (divisées en bandes de fréquences, elles-mêmes subdivisées en canaux) pour faire passer les communications vocales et les données. Mais le spectre radio (l'ensemble des fréquences disponibles) est très convoité : il faut le partager avec la télévision, la radio, le Wi-Fi, l'armée, etc. Les téléphones portables GSM fonctionnent aujourd'hui sur une bande de fréquences située à 900 ou 1800 MHz et d'une largeur de 200 kHz. Bien trop faible pour du haut-débit... Afin de faire transiter davantage de données, l'association 3GPP (3rd Generation Partnership Project, qui regroupe les principaux acteurs de télécommunication en Europe) a décidé d'allouer à l'UMTS une largeur de 5 MHz, située cette fois autour de 2 GHz dans le spectre radio. Mais pour faire grimper les débits, l'UMTS ne s'appuie pas uniquement sur un élargissement de la bande de fréquences. Le procédé employé pour faire transiter la voix et les données a été entièrement reconsidéré. En Europe et en Asie, la 3G s'appuie ainsi sur une technologie nommée W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access). Mieux utiliser les canaux Au commencement était le FDMA (Frequency Division Multiple Access). Apparue bien avant le GSM, cette technologie était utilisée pour faire transiter la voix par les airs. Chaque fois qu'une personne téléphonait avec son mobile, on lui attribuait un canal de communication exclusif. Durant toute la durée de l'appel, il occupait son canal et personne d'autre ne pouvait l'utiliser. Inconvénient majeur du procédé : la bande de fréquences était très rapidement saturée. Avec le GSM est né le TDMA (Time Division Multiple Access). Ici, chaque canal est divisé en intervalles de temps identiques, alloués aux différents utilisateurs, suivant les besoins. Sur chaque canal, se succèdent ainsi les « morceaux » de différentes communications, une technologie qui permet d'augmenter le nombre d'utilisateurs simultanés... mais pas les débits. Le W-CDMA reprend le meilleur de ces deux technologies. Mais cette fois, toutes les transmissions (voix et données) passent en même temps sur toute la largeur de la bande de fréquences. Elles sont en quelque sorte dispersées sur la bande. Chaque transmission se voit attribuer un code, ce qui permet de différencier les communications et de ne pas les mélanger entre elles. Gros investissements matériels, petites adaptations logicielles Ces changements requièrent toutefois des équipements radio différents de ceux utilisés actuellement. Les « stations de base » couplées aux antennes qui quadrillent la France et les contrôleurs qui concentrent le trafic pour l'envoyer vers le coeur du réseau doivent tous être changés. Une conversion coûteuse, l'Hexagone accueillant plus de 30 000 stations de base et des centaines de contrôleurs. En revanche, le coeur du réseau de chaque opérateur, qui comprend les équipements de commutation assurant la connexion avec les réseaux externes (Internet, Intranet, réseaux de téléphonie fixe, etc.) a simplement besoin d'être mis à jour. Il y a une raison à cela : l'UMTS transmet les données en mode « paquets », une technologie qui permet d'affecter à d'autres transmissions les « temps morts » d'une communication (une requête Internet en attente de réponse, par exemple). Or les opérateurs ont déjà aménagé leurs coeurs de réseau pour le GPRS, une évolution du GSM qui utilise cette même technologie. Une simple mise à jour logicielle de leurs équipements suffit donc pour passer à la 3G. A ces problèmes de conversion s'ajoutent des exigences d'interopérabilité (compatibilité entre terminaux mobiles, opérateurs et services) et des contraintes nouvelles. Ainsi, lorsqu'un utilisateur se déplace en téléphonant, sa communication est relayée par plusieurs stations de base. On parle de handover. Pour le GSM, le passage d'une station de base à une autre génère une microcoupure de 100 ms, acceptable pour la voix, mais peu compatible avec le transfert de données. Pour résoudre ce problème, en UMTS, l'utilisateur est pris en charge par plusieurs stations simultanément. Il reste ainsi toujours « couvert », même s'il se déplace. C'est le soft handover. Toutes ces contraintes techniques nécessitent des phases de tests prolongées qui, officiellement, expliqueraient le lancement tardif de la 3G en France. Les Japonais, eux, disposent de réseaux 3G depuis 2001... Et ils parlent déjà de 4G, avec des débits atteignant 100 Mbit/s. GPRS
(General Packet Radio Service)
EDGE
(Enhanced Data for Global
Evolution) HSDPA
(High Speed Downlink Packet Access)
Les données transitent par la
voie des airs En outre, les données émises par plusieurs utilisateurs peuvent se mélanger sur une même fréquence, sous forme de « paquets » (c'est le mode paquets). Ces dernières sont étiquetées (on parle de répartition par code), ce qui permet de reconstituer les données à l'arrivée. Les équipements radio
concentrent le trafic vers le coeur du réseau Son rôle : transformer les ondes radio émises par le mobile en données capables de transiter sur les réseaux filaires (et inversement). Les NodeB sont reliés, le plus souvent, au travers de liaisons 2 Mbit/s à un contrôleur, appelé RNC (Radio Network Controller). C'est vers lui que transitent la voix et les données. Le RNC trie les données et la
voix Le HLR autorise l'utilisation
des services UMTS L'UMSC se charge de la voix
En UMTS, comme la voix parvient au MSC en mode paquets, on adjoint à cet équipement une passerelle (Media Gateway) qui permet de repasser en mode circuit - utilisé en 2G et en téléphonie fixe. Le MSC prend alors l'appellation UMSC, signifiant qu'il est compatible UMTS. Il prend aussi en charge la visiophonie. Le SGSN s'occupe du transfert de
données La première génération de téléphonie mobile, fondée sur une norme analogique, a fait son apparition dans les années 80 (avec les Radiocom 2000, en France). Mais c'est seulement en 1992, avec le lancement de la 2G, fondée sur la norme GSM, que la téléphonie mobile décolle. Le débit est théoriquement limité à 9,6 kbit/s pour les données et à 14,4 kbit/s pour la voix. Dans la réalité, il est moindre. Il faudra attendre les années 2000, avec l'apparition du GPRS, une évolution de la norme GSM, pour atteindre un débit réel équivalent à celui d'un modem RTC, permettant de transférer des données ou d'accéder au Web de façon relativement confortable (40 kbit/s réels). Le Japon inaugure son premier réseau 3G de norme UMTS à peu près au même moment : les recherches sur la 3G ont alors commencé il y a plus de quinze ans ! Pour la France, il faudra attendre 2004. Le débit théorique de l'UMTS est de 2 Mbit/s, mais il est pour l'heure limité à 384 kbit/s en réception et 64 kbit/s en émission (en conditions optimales). Les 2 Mbit/s seront atteints avec le HSDPA, une évolution de la norme UMTS, prévue dans un an ou deux. Il est probable que Bouygues Telecom attendra cette échéance pour lancer son réseau UMTS. Pour l'heure, il prépare le lancement de l'Edge, l'ultime évolution du GSM qui délivrera un débit réel de 100 à 200 kbit/s sur les mêmes bandes de fréquences qu'aujourd'hui.
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