Le Soir Mobile : TECHNOLOGIES
Le concept de réseau cellulaire


Le GSM (Global System for Mobile communication) utilise un spectre de fréquences dans la bande des 900 MHz (de 890 à 915 dans le sens téléphone-station de base et de 935 à 960 MHz dans le sens station de basetéléphone), spectre à partager entre les différents opérateurs ayant acquis une licence d’exploitation GSM900.

Or, le signal associé à une communication occupe une place de 200 kHz, et il en faut deux pour établir une conversation (signaux téléphone-station et station-téléphone). Nous voyons qu’avec ce portefeuille de fréquences disponibles, nous pouvons établir 31 conversations simultanées par opérateur. Nous nous apercevons donc assez rapidement que l’on ne peut s’en sortir, en terme de nombre d’abonnés actifs simultanément, à moins de réutiliser ces mêmes fréquences dans des zones géographiques différentes. C’est ce que pratiquent les réseaux dits “cellulaires”, c’est-à-dire tous les réseaux GSM. Un réseau cellulaire divise la zone à couvrir, généralement un pays entier, en petites zones appelées cellules. Chacune des cellules est desservie par une station de base (BS pour Base Station) qui reçoit une partie des fréquences disponibles. C’est avec cette station de base que communiquent tous les téléphones mobiles actifs se trouvant dans la cellule concernée. Puisque deux communications radio utilisant la même fréquence interfèrent l’une avec l’autre lorsqu’on se trouve entre les deux émetteurs, les mêmes fréquences ne peuvent être utilisées par deux stations de base voisines. Les cellules sont généralement représentées sous forme d’hexagones. Les six cellules entourant une cellule donnée ne peuvent donc utiliser les mêmes fréquences que celleci. Cet ensemble de sept cellules peut être appelé “grappe” (cluster en anglais). Les différentes stations de base prennent le relais des communications au cours de l’évolution spatiale de l’abonné (handover). Les téléphones sont constamment à la recherche des stations de base voisines de celle à laquelle ils sont connectés, afin de pouvoir changer de station sans devoir interrompre la communication en cas de déplacement de l’utilisateur. C’est pourquoi les cellules doivent être contiguës pour éviter l’interruption des communications lors du déplacement des utilisateurs. La portée maximale d’un téléphone mobile classique (puissance de 2 Watts) est théoriquement d’une trentaine de kilomètres (lorsque l’antenne du téléphone et celle de la station de base peuvent se voir sans rencontrer d’obstacles). Mais cette distance n’est réellement exploitée que sur la côte où les bateaux se trouvant à l’horizon sont en mesure de pouvoir téléphoner par l’intermédiaire d’un réseau GSM. Le plus souvent la portée des stations de base est altérée par des obstacles tels que le relief, les bâtiments, les cages de Faraday en cas d’usage à l’intérieur d’un véhicule métallique tel que voiture, train ou ascenseurs, les couches de terre en cas d’usage dans les tunnels ou le métro, etc. Il faut également savoir que les téléphones et les stations de base régulent la puissance de leurs émissions selon la distance les séparant dans le but d’économiser les batteries des téléphones lorsqu’ils captent le réseau convenablement et de limiter les interférences avec les cellules qui réutilisent les mêmes fréquences. Les terminaux peuvent ainsi choisir entre seize niveaux de puissance différents selon la puissance des signaux reçus par les antennes avoisinantes. Mais l’étendue de la couverture n’est pas le seul but recherché lors de l’implantation des stations de base. En effet, puisque le nombre d’utilisateurs actifs simultanés dans une même cellule est limité, la diminution de la taille des cellules, et donc l’augmentation du nombre de cellules, est également un but très important. Cela permet d’augmenter la capacité du réseau afin d’accueillir un plus grand nombre d’abonnés. Les opérateurs recherchent donc à maximiser la taille de leurs cellules dans les zones peu peuplées afin d’améliorer la couverture de leur réseau et à la minimiser dans les zones à densité de population élevée afin d’augmenter la capacité de leur réseau. Le DCS (Digital Cellular System) repose sur la même technologie que celle du GSM mis à part qu’elle utilise la bande des 1800 MHz. Cette différence lui permet l’utilisation d’un spectre de fréquence plus large, ce qui augmente la capacité des cellules. En revanche, la puissance des téléphones compatibles est moins grande que celle des appareils GSM, ce qui limite à environ 15 kilomètres la portée des téléphones DCS. Un nombre de stations de base environ quatre fois plus important est donc nécessaire pour couvrir les régions peu peuplées, ce type de réseau est en fait beaucoup mieux adapté à la densité urbaine.

Concept de réseau bi-bande

Ces deux technologies ayant chacune leurs avantages et leurs inconvénients, les opérateurs les utilisent toutes deux de manière à profiter de leurs avantages respectifs selon l’endroit où ils souhaitent offrir leur service de téléphonie mobile.

Concept de réseau multicouche

Pour pallier le manque de capacité réseau suite à l’explosion du nombre de leurs abonnés, les opérateurs ont recours à différentes tailles de cellules : les macrocellules, les microcellules et les picocellules. Les macrocellules sont les plus courantes, responsables de la couverture du réseau. Leur zone d’action s’étend jusqu’à 30 km selon les obstacles rencontrés, les antennes des stations de base sont généralement montées sur un mât lui-même parfois érigé sur le toit d’un haut bâtiment pour atteindre une hauteur moyenne de 30 mètres. Les microcellules couvrent quelques rues d’un centre-ville ou une station de métro (portée maximale de 500 m), les antennes des stations de base sont accrochées aux murs des maisons, à quelques mètres à peine du sol. Une microcellule est définie comme une surface délimitée par des immeubles dont la hauteur est supérieure à celle de l’antenne émettrice. Les ondes transmises sont principalement guidées le long des immeubles et non plus par-dessus ceux-ci comme dans le cas des macrocellules, on parle alors de “propagation guidée” ou “street canyon effect”. Les picocellules couvrent un étage d’un grand bâtiment ou d’un centre commercial (portée maximale 100 m), les antennes sont placées au plafond à l’instar d’un détecteur de fumée. Ces trois types de cellules permettent aux opérateurs de créer un réseau multicouches leur offrant ainsi une manière de plus pour augmenter la capacité de leur réseau.

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