Presentation de la technologie WCDMA

Introduction sur la télécommunication mobile 

Historique de la télécommunication mobile

La première génération, 1G, est la dénomination des réseaux mobiles analogiques (liaison radio analogique) établis au milieu des années 1980, tel que l’American Mobile Phone System (AMPS), le NMT (Nordic Mobile Telephony) ou le Total Access Communication System (TACS). Ces réseaux offraient des services téléphoniques basiques de type voix à ses utilisateurs. Le NMT, qui présentait déjà un caractère « international », proposait le concept de « roaming », qui permettait à ses utilisateurs d’utiliser ses services en dehors de l’opérateur local. Néanmoins, un des caractéristiques qu’on reprochait à ces types de réseau (1G) était l’incompatibilité entre deux nations différentes dues aux spécifications propres à chaque pays (techniques différentes pour le NMT, l’AMPS, le TACS). Ces types de réseaux mobiles étaient aussi considérés dans le temps comme simplement une sorte de valeur ajoutée au-dessus du réseau de téléphonie fixe. En raison de l’augmentation  du besoin de communication mobile, la nécessité d’établir un système de communication mobile globale survenait également. Des organisations internationales (dont le CEPT) commençaient à établir alors des spécifications pour ce que sera le système de communication mobile de seconde génération (2G). Les principaux points clés, accents de la 2G étaient la compatibilité et la transparence au niveau international. Le système peut être régional ou semi-universel (sur un certain nombre de pays comme l’Europe par exemple), ce qui permet aux utilisateurs d’avoir accès à ce réseau, peu importe l’emplacement où il se trouve dans la région. Par rapport aux technologies de première génération, dans la 2G, la voix est numérisée, apportant ainsi une amélioration de la capacité et de la qualité de service du système. En plus du service téléphonique classique, ces réseaux sont aussi capables d’offrir en supplément des services de données (data service) ainsi que d’autres services supplémentaires (SMS, etc.). Malgré l’objectif de globalisation de ce type de réseau, plusieurs normalisations apparaissaient toujours et plusieurs systèmes 2G étaient ainsi vus apparaitre sur le marché. Un des plus connus, ayant connu un fort succès est le Global System for Mobile Communications (GSM) et ses dérivés [1] [2].

Recherches sur la technologie de troisième génération 

Les travaux concernant la troisième génération de réseau mobile commençaient déjà dans les années 1980 dans l’ITU (International Telecommunication Union ou Union internationale des télécommunications). Le secteur radiocommunication de l’ITU (l’ITU-R) a sorti une première recommandation en 1990, qui définissait le Future Public Lan Mobile Telecommunications Systems (FPLMTS), révisée en 1997. Le FPLMTS a été renommé par la suite en IMT-2000 (International Mobile  Telecommunication – 2000 ; 2000 pour le déploiement prévu en l’année 2000, la fréquence de W autour de 2000MHz, et le débit avoisinant les 2000Kb/s). La 3G en Europe a été nommée UMTS (Universal Mobile Telecommunications Services). La troisième génération (3G), est attendue pour compléter le processus de globalisation de la communication mobile. De ce fait, plusieurs acteurs nationaux, régionaux et internationaux y étaient impliqués. Néanmoins, la tendance était que la 3G sera basée pour la plupart, sur le réseau GSM pour la raison suivante : le réseau GSM dominait le marché, et les investissements importants que nécessitaient le déploiement des réseaux 2G doivent être remis en valeur le plus possible. Basé à ce principe, la spécification de la 3G prévoit aussi une vision de ce que sera les futurs évolutions de la télécommunication mobile. Quelques spécifications, faisant la particularité de cette compatibilité aux systèmes existantes, et la préparation aux évolutions sont listées suivantes :
• Le système doit être pleinement défini et expliqué (comme le GSM) et les principales interfaces utilisées doivent être normalisées et ouvertes. Les spécifications produites doivent être valide mondialement.
• Le système se comportera comme une valeur ajoutée, transparente au GSM. Au moins au départ, le système doit être compatible au GSM.
• Le système doit supporter tout ce qui est multimédia et ses composants.
• Le radio d’accès 3G doit offrir une capacité large bande, qui est assez générique (commune) pour être disponible mondialement.
• Les services finaux pour les utilisateurs doivent être indépendants de la technologie d’accès radio utilisée, et l’infrastructure du réseau ne doit pas limiter les services qui seront produites. Cela signifie ainsi une séparation entre la plateforme et les services qui utiliseront cette plateforme .

Au même période que le développement de la spécification de la 3G, la tendance de la télécommunication changea aussi. En effet, la communication de données (data communication) connait un fort essor (Internet, Messagerie). Cela amena à la combinaison de la traditionnelle télécommunication voix et de l’Internet Protocol (IP) dans un même empaquetage : la tendance « Tout IP » apparaissait ainsi. Du point de vue de la 3G, une implémentation à échelle complet d’IP était ainsi définie comme un objectif à part entière lors de sa phase de développement. Les premières phases de déploiement de la 3G commençaient au début des années 2000. Toutefois, plusieurs variantes de la technologie 3G existent (CDMA 2000, UTRA FDD, etc.) malgré l’objectif d’universalité apparu au départ .

Présentation de quelques standards mobiles existants

La technologie de seconde génération et ses variantes

Historique
Le GSM est la variante la plus connue des technologies de seconde génération. Comme la 3G, dans ses premières versions, se base sur le cœur du réseau GSM, cette partie présente un résumé de cette technologie de seconde génération. En 1982, le CEPT décida de créer un groupe de travail nommé « Groupe spécial mobile» (nom initial du GSM) qui avait pour tâche de développer une norme pour un système de téléphonie mobile opérant sur des bandes de fréquence avoisinant 900 MHz (GSM 900). Le groupe est devenu sous la responsabilité de l’ETSI en 1989 et une première phase de spécification concernant le GSM 900 a été établie une année plus tard (GSM Phase 1). Des spécifications concernant l’utilisation du GSM sur la bande de 1800 MHz pour une capacité plus importante, et sur les fréquences 850 MHz et 1900 MHz (utilisées aux Etats-Unis et au Japon) ont été aussi établies. L’acronyme GSM prendra plus tard une nouvelle définition qui sera Global System for Mobile Communications. Les travaux concernant la deuxième phase du GSM (GSM Phase 2) ont été achevés en 1995 et de nouvelles fonctionnalités ont été ainsi ajoutées au GSM (SMS, Appel en attente, etc.). Une autre série de spécifications du GSM a été accomplie en 1998, qui introduisait le GPRS (General Packet Radio Service) et son architecture (GSM Phase 2+), et plus tard le EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) .

Accès radio
Concernant le GSM 900, la bande de fréquence utilisée pour la liaison montante se trouve entre 890 et 915 MHz, et entre 935 et 960 MHz pour la liaison descendante. Le GSM 1800 quand à lui utilise les bandes 1710–1785 MHz pour la liaison montante et 1805–1880 pour la liaison descendante. Ces bandes sont divisées en canaux de 200 KHz. Comme système de multiplexage, le système d’accès radio du GSM utilise en plus de la division de fréquence FDMA (Frequency Division Multiple Access) un système d’accès multiple par répartition de temps TDMA (Time Division Multiple Access). Les porteuses sont divisées dans le temps en 8 intervalles de temps appelé « time slot » d’une durée de 0,577 ms chacun [4].

Architecture du système GSM
L’architecture du réseau GSM peut être divisée en trois sous-systèmes :
• L’équipement utilisateur,
• le système de station de base (BSS : Base station Subsystem)
• et le cœur du réseau (Core Network) .

Le BSS regroupe l’ensemble des stations de base et de leurs contrôleurs. Les stations de bases assurent la couverture radio des équipements utilisateurs se trouvant dans leurs portés. Les signaux transmis ou reçus sont aussi traités au niveau des stations de bases. Les opérations effectuées par les stations de bases (BTS Base Transceiver Station) sont contrôlées par les BSC (Base Station Controler). Le BSC gère l’allocation des ressources radio à un mobile particulier, gère la puissance d’émission à utiliser, contrôle l’initialisation et la terminaison des appels, évalue et traite les mesures de signaux effectuées par l’équipement utilisateur et les stations de bases pour effectuer ou non un handover. L’interface A permet de connecter le BSS à la partie commutation de circuit du GSM (Data link Switching) et l’interface Gb, pour la connexion avec la partie commutation de paquet (GPRS) du cœur du réseau.