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De la 2G à la 4G	Cette page reprend les articles Techniques.
Qu'entend-on par la 4G?
La norme LTE-Advanced, aussi dénommée 4G est la norme téléphonie de 4ème Génération. Celle-ci permet d'améliorer les performances d'une communication radio-mobiles comparativement à la 3G
notamment en terme de :
Débits (montant et descendant)
Interactivité : réduction de la latence
Meilleure efficacité spectrale : L'opérateur peut couvrir une plus grande densité de population en exploitant une bande de fréquence identique à la 3G.
Optimisation automatique du réseau : Les équipements 4G se configureront automatiquement pour améliorer la qualité de service offerte au particulier.
Des confusions à éviter.
Pour simplifier, après la 2G, il y a deux normes assez proches qui se sont développées pour proposer des services vidéos mobiles, une norme principalement implantée en amérique (3GGP2 ou IMT-2000
normalisée par l'institut Américain ITU) et une norme implantée en Europe et en Asie (3GPP ou UMTS), spécifiée par l'institut Européen ETSI.
Ainsi, la 3G regroupe deux standards, le 3GPP et le 3GPP2. Chaque norme s'est développée au fil des années en apportant des améliorations sur le débit notamment.
Pourquoi la 4G?
Alors que les débits et l'interactivité n'intéressent de prime abord que les utilisateurs (et les commerciaux pour vanter la 4G), nous verrons dans ce blog les avantages de la 4G pour
l'opérateur, et les raisons qui ont poussé les équipementiers et les opérateurs à la mise en place de la 4G.
Dans les faits, la 3G n'est arrivée en France qu'en 2004, la 2G en 1992 mais le téléphonie mobile n'a réellement inondé le marché qu'à la fin des années 90. D'autre part la 2G est toujours
utilisée et la 3G n'est pas encore totalement exploitée. Alors pourquoi passer en 4G?
La 4G est planifiée en 2012/2013 en France (les tests en environnement réels ont démarré en 2010-2011 sur Lannion, sur Vélizy et sur Poitiers pour le LTE), mais la couverture nationale (plus de
90% de la population couverte) ne sera pas assurée avant 2015-2016. Dans les autres pays (Japon, Corée, Amérique, ...) la 4G pourrait démarrer en 2012.
Actuellement, on lit plusieurs expérimentations sur le LTE. La 4G, ou LTE-Advanced s'appuie sur le LTE. Par abus de langage, certains parlent du LTE en considérant que c'est de la 4G. En réalité,
le LTE est une norme dite 3.9G car elle ne répond pas aux spécifiations imposées par la norme 4G. D'un point de vue technique, il y a peu de différences entre le LTE et le LTE-Advanced.
Les différentes normes téléphoniques
Avant d'expliquer l'état actuel des technologies utilisées aujourd'hui, il me semble intéressant de rappeler l'évolution de ces techniques : cela a pour avantage d'une part de savoir de quoi on
est parti pour mieux se positionner à l'heure actuelle et d'autre part de voir l'évolution du réseau structurant de l'opérateur. Rassurez-vous, je serai très bref.
La 1ère génération des téléphones mobiles a débuté dans le début des années 80 en offrant un service médiocre de communication mobile, médiocre mais très couteux. La 1G avait beaucoup de défauts
: Des normes incompatibles d'une région à une autre, une transmission analogique non sécurisée (on pouvait écouter les appels), pas de roaming vers l'international (roaming est la possibilité de
conserver son numéro sur un réseau autre que celui de son opérateur).
Dans les années 90, le GSM est apparu. Il s'agit de la norme 2G, s'appuyant sur les transmissions numériques permettant une sécurisation des données (avec cryptage). La norme est mondiale, elle
autorise le roaming entre pays exploitant le réseau GSM. Le GSM permettait aussi l'émission de SMS (limités à 80 caractères). Le principe du GSM, dois je le rappeler, est de passer des appels
téléphoniques. Aussi, le GSM s'appuye sur une connexion dite orientée circuit, déjà utilisée par la téléphonie fixe. L'avantage de cette connexion est d'ouvrir un faisceau entre l'appelant et
l'appelé qui ne sera fermé qu'en fin de communication. Un faisceau, c'est comme une voie ferroviaire, supposons deux gares reliées entre elles par plusieurs voies. Si le système de
commutation des voies ne change pas, tous les trains emprunteront le même chemin. Dans le cas de la téléphonie, le système de commutation s'établit pendant la tonalité de mise en
relation, puis est maintenu pendant toute la communication. L'inconvénient est l'utilisation d'un faisceau même si vous ne parlez pas (et quand bien même vous parlez, lorsqu'on communique, il y a
plus de 60% de blancs lors de notre conversation), c'est à dire que le faisceau vous est réservé alors que vous ne transmettez rien. L'avantage et la raison de ce choix est que la conversation
arrive dans le bon ordre (si vous comptez de 1 à 10, le 1 arrivera en premier à votre correspondant et le 10 en dernier car tous ces nombres auront suivi le même faisceau).
Le GSM a connu un énorme succès et a permis de susciter le besoin de téléphoner en tout lieu avec la possibilité d'émettre des mini-messages.
Devant le succès, il a fallu proposer de nouvelles fréquences aux opérateurs pour acheminer toutes les communications, et de nouveaux services sont aussi apparus, comme le MMS. Le débit de 9.6
kbps proposé par le GSM est insuffisant, de nouvelles techniques de modulations et de codages ont permis d'accroitre le débit et les premières connexions IP sont apparues (GPRS, EDGE). Des
applications M2M (Machine To Machine) sont aussi apparues comme par exemple commander les produits à approvisionner dans une machine de distribution (machine à café, ...)
Les années 2000
La 3G a été impulsée par les exigences de l'IMT-2000 pour permettre des applications vidéos sur le mobile. Une application vidéo nécessite un débit de 384 kbps au minimum.
Les applications visées étaient la possibilité de regarder youtubes, de la visiophonie, ... Outre l'augmentation de débit, un point complexe à résoudre était de passer d'un service de téléphonie
(à connexion circuit) vers un service DATA (connexion paquets).
La 3G a démarré lentement après un retard de 2 ans sur les prévisions (autonomie des mobiles insuffisante est due entre autres au dimensionnement des amplificateurs pour transmettre le signal
sans trop le déformer. L'amplificateur est situé avant l'antenne, il amplifie le signal pour que celui-ci puisse être reçu par l'antenne, c'est un peu comme si vous souhaitiez écouter de la
musique dans votre jardin à partir de votre radio dans votre chambre).
La 3G a commencé à s'introduire sur le marché à partir de la version 3.5 (2005.c), celle-ci, nommée HSDPA a permis d'augmenter le débit descendant. Puis est arrivé le HSUPA pour augmenter le
débit montant et enfin le HSPA et HSPA+.
L'accès aux services de connexions à internet et surtout de messagerie s'est peu à peu installé dans les habitudes des utilisateurs. Les terminaux se sont améliorés (Smartphone,..) permettant un
usage plus confortable de la connexion haut débit.
Succédant à la 3G (l'expérience de ces 20 années de téléphonie) et aux évolutions de cette norme (HSDPA, HSUPA, HSPA, HSPA+), le LTE apparait avant tout comme une rupture technique :
Nouvelle Interface radio basée sur un multiplexage d'accès OFDMA
Modification de l'Architecture réseau existant afin de fournir une connexion tout IP.
En en 2010
La norme LTE-advanced impose des critères de base sur le débit et sur la latence, comme le résume le tableau suivant : Réseau de l'opérateur - Schéma simplifié
Le sous système radio : BSS
Nous allons nous intéresser maintenant au réseau téléphonique de l'opérateur concernant la 2G. Pourquoi? Pour comprendre encore mieux les éléments qui ont été introduits dans le réseau, et les
modifications apportées au fil des années (des normes).
La encore, la simplicité sera de mise.
Initialement, pour la 1G le réseau était composé une antenne (appelée station de Base ou BTS en Anglais), d'un centre de commutation (cf. article précédent) nommé MSC et le trafic était envoyé
sur le réseau fixe.
Puis, un controleur intelligent a été placé entre la BTS et le MSC dont le rôle est de définir les liens (faisceaux radio) pour acheminer les appels (Hopping car le BSC gère plusieurs BTS,
gestion des liaisons, ...)
Le mobile, le BTS et le BSC forment la sous partie radio, nommée BSS (Base Station Subsystem). Le sous système réseau : Le NSS
Le BSC est connecté au commutateur, lequel est relié au système téléphonique fixe de l'opérateur (PSTN). Si on vous appelle d'un poste fixe, l'appel sera acheminé jusqu'au MSC puis transmis à la
BSC et enfin à la BTS sur laquelle vous êtes connecté. Il y a environ 30000 BTS pour un opérateur en France. Si on vous appelle, il est nécessaire de savoir sur quelle BTS vous êtes "connecté".
Afin de transférer l'appel vers le bon commutateur (MSC), une base de données (nommée VLR) est associée à chaque commutateur MSC. Ainsi, si quelqu'un vous appelle, on cherche da