La technologie GSM
La technologie GPRS
La technologie EDGE
La technologie UMTS
La technologie i-mode
La technologie 4 G
La technologie DVB-H

Les réseaux sans fil WPAN: IEEE 802.15 (WiMedia)
Les réseaux sans fil WLAN: IEEE 802.11 (WiFi) et HiperLAN
Les réseaux sans fil WMAN : IEEE 802.16 (WiMAX) et 802.20 (MBWA)

La technologie GSM

La téléphonie mobile numérique déployée aujourd'hui en France utilise la norme GSM (Global System for Mobile communications). France Telecom Mobile, aujourd'hui Orange, a lancé le premier réseau GSM en France en juillet 1992. Mise en œuvre initialement avec des fréquences autour de 900 MHz, elle a été étendue plus tard à la gamme des fréquences autour de 1800 MHz.


La norme GSM associe une carte à puce ou carte SIM (Subscriber Identification Module) et un équipement mobile, le terminal ou radiotéléphone. La carte permet principalement de stocker l'identifiant de l'abonné, un répertoire téléphonique et des messages textes du type SMS (Short Message Service), écrits et reçus directement sur le radiotéléphone. Cette carte supporte deux formats : le format ISO de la taille d'une carte de paiement et le micro-format d'une taille légèrement supérieure à celle de la puce, environ 1,5 cm par 2,5 cm.

La mobilité "sans fil" des abonnés ne doit pas faire oublier que les informations échangées (voix et données) transitent par un réseau filaire dont l'architecture comporte principalement :
- le sous-système radio (BSS) qui assure les transmissions et gère la ressource radio ;
- le sous-système réseau (NSS) qui comprend l'ensemble des fonctions nécessaires à l'établissement des appels et à la mobilité ;
- le sous-système d'exploitation (OMC) et de maintenance qui permet à l'opérateur d'administrer son réseau.

Le sous-système radio (BSS) comprend la station de base (BTS) et le contrôleur de base (BSC) :

- la BTS comprend les émetteurs-récepteurs qui permettent de coder-décoder et de moduler-démoduler, les informations à transmettre et à recevoir.
Les antennes associées font passer (et réciproquement) les informations du domaine " filaire" bien maîtrisé à celui "éthéré" de la radio, beaucoup plus vulnérable. La pluie, le feuillage, les différents obstacles métalliques ou pas peuvent absorber et perturber une grande partie du signal transmis en fonction de la fréquence de porteuse. Les ondes radio pour se transmettre utilise les propriétés du rayonnement électromagnétique qui résulte de la propagation simultanée d'un champ électrique et d'un champ magnétique perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation.
La capacité maximale d'une BTS est de 16 porteuses pouvant supporter un trafic d'une centaine de communications simultanées. Pour une zone très dense la taille de cellule est réduite à 250 m, en revanche pour des zones peu fréquentées, la taille de la cellule peut atteindret 50 km.

- le BSC, relié aux BTS en mode étoile ou bus, est le pilote du sous-système radio. Il commande l'allocation des canaux, contrôle les puissances d'émission des mobiles. Il assure en autre la fonction "handover" qui permet à l'abonné de passer de cellules en cellules sans être coupé et la concentration vers le MSC.

Le sous-système réseau (NSS) comprend les bases de données HLR et VLR, ainsi que le MSC (Mobile Services Switching Centre) :

- la base de données HLR ou enregistreur nominal stocke toutes les données administratives (identité internationale, n° d'appel, services autorisés). En complément, l'AuC ou centre d'authentification mémorise pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer les communications. Un AuC est en général associé à chaque HLR ;

- la base de données VLR ou enregistreur de visite qui enregistre, tient à jour et traite les données correspondant aux appels des zones visitées par le mobile,

- le MSC, parfois appelé centre de commutation des mobiles ou commutateur du service mobile, gère l'établissement des communications entre un mobile et un autre MSC, la transmission des messages courts SMS et l'exécution d'un handover entre deux BSC différentes.

Le GSM, dont l'usage principal reste la voix, fonctionne en mode de commutation de circuit à l'instar du réseau téléphonique filaire (RTC).

La technologie GPRS

Le GPRS (General Packet Radio Services) est une technologie de radiocommunication à commutation de paquets pour les réseaux GSM (qui fonctionnent en commutation de circuits). Les connexions des services GPRS sont toujours ouvertes de façon à offrir aux usagers des terminaux mobiles une disponibilité de réseau identique à celle qu'ils pourraient obtenir auprès de réseaux d'entreprise. Les appels établis par l'intermédiaire des services GPRS ne comportent ni temps d'établissement, ni temps de libération. Le GPRS offre une connectivité IP de bout en bout, du terminal GPRS jusqu'à un réseau IP quelconque.

Les terminaux peuvent donc être effectivement intégrés aux réseaux Internet. La vitesse "utile" sera d'environ 40 Kb/s (vitesse max : 171 Kb/s), soit 4 fois supérieure à celle du GSM. L'équipement jouant le rôle de passerelle entre le réseau GPRS et un réseau IP se nomme un Gateway GPRS Suppoprt Node (GGSN). Cet équipement sera en principe géré par l'opérateur GSM, l'Entreprise se contentant de tirer un lien entre son réseau et un GGSN, en passant éventuellement par le portail de l'opérateur GSM ou par un opérateur tiers. Le réseau GPRS encapsule le protocole du réseau d'Entreprise, dont les terminaux font partie intégrante.


Sur le plan de la qualité de service, le réseau GPRS permet d'accorder la priorité aux trames en fonction du profil des utilisateurs.

La technologie EDGE

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) est une technique de modulation améliorée conçue pour augmenter la capacité du réseau et les débits de données sur les réseaux GSM. La technique EDGE, dont l'introduction est prévue pour 2002-2003, permet de multiplier par trois les débits de données actuels sans exiger la mise en place d'une nouvelle infrastructure de réseau ; elle repose en fait sur une modification majeure de la norme GSM de façon à prendre en charge aussi bien la modulation par déplacement de phase à 8 états que la modulation GSM actuelle. La vitesse "utile" sera d'environ 100 Kb/s (vitesse max : 475 Kb/s), soit 10 fois supérieure à celle du GSM et pas très loin de la vitesse "utile" de 144 Kb/s (vitesse max : 2048 Kb/s) que devrait permettre à terme l'UMTS.

La technologie : i-Mode

i-mode™, né au Japon, sous l'impulsion de l'opérateur NTT DoCoMo, permet de surfer sur des sites spécialement conçus pour les mobiles en utilisant les standards de l'Internet (HTML, e-mail).

Au Japon, quatre ans après le lancement commercial de l'i-mode, les chiffres sont éloquents. A la fin octobre 2002, 35 des 44 millions de clients NTT DoCoMo utilisent les services i-mode. Les services i-mode les plus consultés sont l'e-mail puis les services de divertissement et de personnalisation des mobiles, les services liés à la vie quotidienne et à l'information. En tout, le bouquet recense pas moins de 3 200 sites officiels et près de 60 000 sites indépendants. C'est un vrai sucès ! En sera-t-il pareil en Europe ?

Déjà proposé en Allemagne et au Pays-Bas par KPN Mobile, Bouygues Telecom a été le premier opérateur à lancer l'i-mode en France, le 15 novembre 2002 sur son réseau GPRS.


Les services proposés comprennent :

- la consultation d’informations diverses : News, infos pratiques, météo, banques, trajet/voyage, sorties, astro,
- des services de communication (e-mail, agenda),
- le télé-achat, les jeux.

A côté de cette vague i-mode, la plupart des opérateurs mobiles européens préparent leur propre bouquet 2,5 G implanté sur leur réseau GPRS à partir d'autres plate-formes. C'est le cas d'Orange qui a choisi de s'appuyer sur le concept Smartphone de Microsoft.

Les réseaux sans fil WPAN: IEEE 802.15 (WiMedia)

Les réseaux Wireless Personal Area Network (WPAN) s'appuient largement sur la famille 802.15 composée de trois sous-ensembles :

- le 802.15.1 Bluetooth

Evolution lointaine du port série dont il constitue aujourd'hui une version sans fil, Bluetooth est un système de communication permettant de relier sans fil un ordinateur à de petits périphériques personnels ou de relier entre eux ces périphériques (PDA, appareils photos numériques, radiotéléphones, claviers, souris, imprimantes ...). Comme le WiFi, Bluetooth fonctionne dans la bande de fréquence des 2,4 GHz et permet un débit maximal de 1 Mb/s avec une portée d'une dizaine de mètres. Enfin, à titre pratique on peut équiper un PC avec une clé USB "Bluetooth" pour disposer de ce type d'accès.

- le 802.15.3 UWB

Offrant des débits élevés d'environ 400 Mb/s, l'Ultra Wide Band (UWB) pourrait s'imposer dans les prochaines années pour les transferts de proximité à haut débit. En effet, avec des débits de 400 fois supérieurs à ceux du Bluetooth, l'UWB permet avec une portée d'une dizaine de mètres, le transfert de volumes importants d'informations, comme ceux de la vidéo. L'UWB est prévu pour fonctionner dans la bande des 3 à 11 GHz. Les travaux pour la définition précise de son standard sont en cours. Les composants UWB sont économiques à fabriquer et utilisent peu de ressources électriques.

S'appuyant sur cette norme, l' WUSB est une technologie sans fil d'interconnexion de périphériques USB, dans une limite maximale de 127. Elle vise à éliminer les câbles pour connecter les périphériques en environnement PC, électronique grand public et de mobilité, tout en assurant la compatibilité avec l' USB 2.0 filaire. Les produits seront disponibles au début de 2006.

- le 803.15.4 ZigBee

Variante de Bluetooth, la technologie Zigbee est un système de communication bon marché à faible débit (environ 250 Kb/s) et moindre consommation en énergie (deux ans d'autonomie avec des piles alcalines standards) réservé au domaine de la domotique et à celui des jouets interactifs. D'une portée de 10 mètres, utilisant la bande des 2,4 GHz, Zigbee permet de relier un maximum de 255 appareils.
Un sous type, le 803.15a est limité à 20 Kb/s, mais dispose d'une portée d'environ 75 mètres pour relier un maximum de 65 000 appareils.

Les réseaux sans fil WLAN: IEEE 802.11 (WiFi) et HiperLAN

Les réseaux Wireless Local Area Network (WLAN) sont des réseaux d'accès radio permettant à des équipements informatiques (terminaux embarqués, PC fixes et portables, Pocket PC ...) de communiquer entre eux, indépendemment de leur emplacement. Bien implantés dans les entrepises où ils éliminent en partie le câblage dans les locaux, ils constituent le lien final entre un LAN filaire existant et un groupe d'ordinateurs. A ce titre, un WLAN peut être considéré comme un brin "Ethernet Radio".

Ces réseaux comprennent deux grandes familles :

1- La famille WiFi, 802.11b, a et g et le futur 802.11n

Cette famille fonctionne principalement dans la bande radio des 2,4 GHz, bande utilisable dans les espaces privés sans autorisation préalable. Cependant, le 7 novembre 2002, l'Autorité de Régulation des Télécommunications (ART) a adopté les décisions permettant leur utilisation dans des espaces publics, sous la forme de bornes Wi-Fi (Wireless Fidelity) déployées dans des lieux de passage (HotSpots). La puissance d'émission des antennes Wi-Fi est limitée à 100 milliWatts, soit 200 fois moins, en moyenne, que les antennes des relais GSM. La portée de ces réseaux est inférieure à une centaine de mètres.

En France, plusieurs projets sont déployés, notamment dans les aéroports, comme à Nice et à Roissy, mais aussi en plein centre ville avec le réseau Wi-Fi de NAXOS à Paris, au voisinage du tracé de la ligne 38 entre Gare du Nord et Porte d'Orléans et dans les grandes stations du RER et du Métro, notamment à proximité des bornes URBAM.



A l'heure actuelle, les principales normes de WLAN sont la norme 802.11 (2 Mb/s ) et son évolution la norme 802.11b (11 Mb/s) qui est la plus répandue. Toujours dans la bande 2,4 GHz, cette dernière devrait évoluer vers la 802.11g (54 Mb/s). Enfin, il faut ajouter à ces nomes, la 802.11a qui permet un débit de 54 Mb/s dans la bande radio des 5 GHz qui n'est pas encore ouverte en France. Outre son débit supérieur, la 802.11a permet d'utiliser 8 canaux sans chevauchement, contre trois seulement pour la 802.11b. :

FHSS : Etalement de spectre par saut de fréquence.
DSSS : Etalement de spectre à séquence directe.
OFDM : Multiplexage par répartition en fréquence sur des porteuses othogonales.

D'autres sous-ensembles viennent compléter la famille 802.11 :

- le 802.11e pour la qualité de service,
- le 802 11i pour la sécurité,
- le 802 11f pour le Handover.

Les premiers produits certifiés 802.11n Draft 2.0 de la WiFi Alliance devraient être disponibles en septembre 2007. La version définitive est plutôt attendue fin 2008, voire début 2009.

Cette norme a pour principales caractéristiques :

- le contrôle de puissance,
- la gestion des fréquences,
- l'utilisation des bandes 2,4 GHz et 5 GHz,
- un débit théorique de 540 Mb/s, mais dans la pratique de 100 Mb/s,
- l'intégration des standards 802.11e, i et f (voir ci-dessus).

Le Wi-Fi (Wireless Fidelity) s'applique seulement aux quatre standards de l'IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.11a, 80211b, 802.11g, 802.11n. La certification Wi-Fi est assurée par la Wi-Fi Alliance, qui regroupe plus de 200 constructeurs.

2- La famille HiperLAN

Elaborée sous la tutelle de l'ETSI en 1992, Hiperlan, pour mémoire, est un standard exclusivement européen. Hiperlan 1 permet un débit de 20 Mb/s et Hiperlan 2 un débit de 54 Mb/s avec une portée de 100 m, comparable à celle de WiFi. En revanche, la bande de fréquences utilisée est celle des 5 MHz. Ce standard n'a jamais réussi à s'imposer.

Les réseaux sans fil WMAN : IEEE 802.16 (WiMAX) et 802.20 (MBWA)

Les réseaux Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) regroupent aujourd'hui deux grandes familles :

1- La famille 802.16 WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) est le nom commercial de la technologie sans fil basée sur le standard de transmission radio 802.16, validé en 2001 par l'organisme international de normalisation IEEE.

Elle est développée par le consortium WiMAX Forum, qui rassemble environ 120 Fournisseurs et Opérateurs de télécommunications.

Le standard 802.16 possède plusieurs sous-ensembles, dont certains sont en cours de validation :

- le 802.16a, validé en janvier 2003, qui permet d'émettre et de recevoir en fixe des données, en mode point-multipoint, dans les bandes de fréquences radio de 2 à 11 GHz, en particulier sur le segnment 3,5 GHz.

En théorie, le 802.16a offre un débit maximal de 75 mégabits par seconde sur une portée de 50 km. En pratique, cela permet d'atteindre 10 mégabits par seconde avec une portée de 20 Km. Cette norme exploite de façon optimale l'Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dont les origines remontent aux années 50-60. Son principe est de répartir l'information sur un grand nombre de porteuses, créant ainsi des sous-canaux étroits et non sélectifs, assurant une meilleure efficacité à la transmission.

- le 802.16b, pour la gestion de la qualité de service (QoS);

- le 802 16 d, est connu sous le nom de 802.16-2004, le 802.16a amendé en 2004, qui permet de se passer en réception d'une antenne extérieure pour n'utiliser qu'un modem intérieur. En pratique, une station de base, trisectorisée, devrait offrir une capacité utile symétrique de l'ordre de 30 à 50 Mb/s, la portée étant réduite en ville à environ 2 Km ;

- le 802.16e, qui acceptera les terminaux mobiles pour un déplacement de l'ordre de 100 Km/h, avec roaming entre les bornes relais permettant le maintien des sessions La bande de fréquence utilisée, de 2 à 6 GHz, autorise un débit maximal de 15 Mb/s avec une adaptation de la largeur des canaux de 1,5 à 20 MHz.

Intel, le principal fondeur de microprocesseur, qui a déjà intégré la fonctionnalité WiFi dans ces processeurs Centrino, devarit intégrer WIMAX dans les futurs Pentium M (M comme mobile).

2- La famille 802.20 MBWA

Le Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) est un standard en cours de développement. Il devrait permettre la mise en place de réseaux métropolitains mobiles avec des vitesses allant jusqu'à 250 km/h. Son but est de permettre le déploiement mondial de réseaux sans fils à haut débit à un coup accessible et disponible partout. Prévu pour des bandes de fréquence inférieures au 3,5 GHz, chaque utilisateur devrait bénéficier d'un accès maximal de 1 Mb/s en download et de 256 Kb/s en upload. Par rapport à un réseau UMTS, orienté voix mais permettant l'usage des données multimédia, le MBWA est un réseau orienté données multimédia permettant l'usage de la voix.

En conclusion, on peut s'interroger sur le foisonnement des technologies sans fil dont parfois la complémentarité est loin d'être évidente, d'autant plus que l'engouement pour les nouveaux usages "Internet" en mobilité reste encore faible et que la ressource radio est presque définitivement limitée . A trop se disperser, on risque de s'y perdre... surtout les opérateurs.

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