Etude des méthodes d’optimisation de la capacité des réseaux de télécommunication

يــــــملعـلا ثـــحبــلاو يـــــلاــــعلا مــــيلعـتلا ةرازو

Ministère de l’Enseignement Supérieur Et de la Recherche Scientifique

Faculté des sciences et de la technologie Département d’électronique

Mémoire de fin d’études

Présenté pour l’obtention du diplôme de Master en : Télécommunications

Option : Systèmes des Télécommunications

Réalisé par :

• Yacine BOUTANA

• Noureddine BOUGHABA

Proposé par :

• Mr. Sofiane HADDAD

• Mr. Ammar BOUFERSADA

Année universitaire : 2019/2020

Thème

دـــمحم ةــعـماج قــــيدصلا

نب ىيحــي

لـجـيج -- -- Université Mohammed Seddik

BENYAHIA

--Jijel--

Nous remercions tout d’abord ALLAH le tout puissant de nous avoir gardé en bonne santé afin de mener à bien ce projet de fin d’étude.

Nous voudrions dans un premier temps remercier Monsieur Boufersada Ammar, notre encadreur externe, ingénieur et chef de centre maintenance d’ATM Mobilis Jijel, pour ses conseils judicieux ses remarques objectives.

Nous tenons à exprimer notre reconnaissance à Monsieur Haddad Sofiane, enseignant à l’université de Jijel, de nous avoir encadré, et de nous donner des conseils avisés et des remarques qui nous ont permis de réaliser notre travail et de le présenter dans sa meilleure forme.

Nous tenons à remercier nos familles de nous avoir soutenu, nous ne serons jamais assez reconnaissants envers nos parents qui ont toujours tout mis en œuvre pour qu’on s’épanouisse dans tous ce qu’on entreprend.

Nos remerciements s’adressent aussi aux membres du jury pour l’honneur qu’ils nous font en évaluant notre travail.

Enfin, nous tenons à remercier toute personne qui nous a aidées de près

ou de loin durant notre travail et en particulier tous nos collègues de la

promotion de systèmes de télécommunications.

Tout d’abord je tiens à remercier Dieu le tout puissant .

Je dédie ce travail :

A ma chère mère, qui m’a entourée de son affection,

A mon père, qui m’a scellé par ses bénédictions.

A mes deux frères, a toute ma famille, a toute personne qui m’aime.

Je dédie cet exploit à travers lequel

Je leur dis Merci,

Pour leurs encouragements

Que dieu les garde.

| | | Yacine

Avec un énorme plaisir et un cœur ouvert, je dédie ce modeste travail A mes très chers parents qui ont toujours aimé me voir réussir

Et leurs considérables sacrifices pour me parvenir à ce niveau.

A mes frères et chères sœurs A tous mes amis

Pour avoir rempli ces années d’études de souvenirs en tous genres Pour avoir toujours été là, dans les bons comme dans les mauvais moments

« Je n’oublierais jamais les moments que nous avons passés ensemble » Et Tous mes collègues de l'étude sans exception.

A tous les enseignants qui ont collaboré à ma formation A toute la famille sans exception

| | | Noureddine

Table des matières ... I Liste des Abréviations ... V Liste des Tableaux ... IX Liste des Figures ... X

Introduction générale ... 1

I.1 Introduction ... 3

I.2 Historique des télécommunications ... 4

I.3 Les réseaux de télécommunication ... 5

I.3.1 Définition ... 5

I.3.2 Les composants d’un réseau de télécommunication ... 5

a. La source ... 6

b. L’émetteur ... 6

c. Le support de transmission ... 7

d. Le récepteur ... 8

e. Destinataire ... 9

I.4 La classification d’un Réseau de communication ... 9

I.4.1 Les réseaux de télécommunications ... 10

I.4.2 Les réseaux Téléinformatiques ... 10

a. La classification par couverture géographique ... 10

b. La classification par la topologie utilisée. ... 11

c. La classification par modes de liaison ... 13

d. La classification par la nature du support physique ... 13

I.4.3 Les réseaux de télédiffusion ... 13

I.5 Normalisation ... 14

I.5.1 Introduction ... 14

I.5.2 Nécessité de la normalisation ... 14

I.5.3 Définitions importantes ... 14

Dans cette section, on cite quelques définitions importantes. ... 14

I.5.4 Organismes de normalisation ... 15

I.6 Services de Télécommunications ... 16

I.6.1 Définition d’un service de télécommunication ... 16

I.6.2 Classification des services de Télécommunications ... 16

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications

I.7 Conclusion ... 17

II.1 Introduction ... 18

II.2 Le début des réseaux mobiles ... 19

II.3 Les réseaux mobiles ... 20

II.3.1 Définition ... 20

II.3.2 L’architecture cellulaire ... 20

II.3.3 Evolution des réseaux mobiles ... 22

II.4 Présentation des différentes générations ... 23

II.4.1 La première génération ... 23

II.4.2 La deuxième génération ... 24

a. Le réseau GSM et son architecture ... 24

b. Le réseau GPRS et son architecture ... 28

c. Le réseau EDGE ... 30

II.4.3 La troisième génération ... 30

a. Le réseau UMTS et son architecture ... 31

b. Quelques Propriétés de L’UMTS ... 35

c. Le HSPA ... 37

d. Le HSPA+ ... 37

II.4.4 La quatrième génération ... 37

a. Réseau LTE, ses buts et son architecture ... 38

b. Le réseau LTE-A ... 43

II.4.5 La cinquième génération ... 43

II.5 Conclusion ... 45

III.1 Introduction ... 46

III.2 Partage des ressources ... 47

III.3 Duplexage ... 47

III.3.1 FDD - Frequency Division Duplexing ... 48

III.3.2 TDD - Time Division Duplexing ... 48

III.4 L’accès multiple et l’allocation des ressources ... 48

III.5 Classification des techniques d’accès multiple ... 49

III.5.1 Techniques règlementées ... 49

III.5.2 Techniques aléatoires ... 49

III.6 Les techniques d’accès multiple ... 50

Chapitre II : Générations des réseaux de communications mobiles

Chapitre III : Protocoles et techniques de multiplexage

a. Définition ... 50

b. Avantages et Inconvénients ... 51

c. Simulation de la technique FDMA ... 51

III.6.2 Accès multiple par répartition de temps TDMA ... 53

a. Définition ... 53

b. La capacité dans le cas du TDMA ... 54

c. Avantages et Inconvénients ... 56

d. La Simulation de la technique TDMA ... 56

III.6.3 Les techniques d’étalement du spectre ... 58

a. Principe de l’étalement de spectre ... 58

b. Propriété principale de l’étalement de spectre ... 59

III.6.4 Accès multiple par répartition de code CDMA ... 59

a. Définition ... 59

b. Principe de fonctionnement ... 61

c. Avantages et Inconvénients ... 62

d. Simulation de la technique CDMA ... 62

e. Étalement de spectre par séquence directe ... 65

f. L’étalement de spectre avec saut de fréquence ... 66

g. Étalement de spectre avec saut de temps ... 66

III.6.5 OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)... 67

a. Principe et fonctionnement de l’OFDM ... 67

b. Principe de la modulation OFDM ... 67

c. Principe de la démodulation OFDM ... 68

d. La propriété d’orthogonalité ... 69

e. Les avantages et les inconvénients de l’OFDM ... 70

f. OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) ... 70

III.6.6 L'accès multiple non orthogonal ... 71

a. Introduction ... 71

b. Technologies clés de NOMA ... 72

c. Simulation de la technique NOMA ... 73

d. Identification de l'OMA et du NOMA ... 74

e. Simulation des performances d’un système NOMA et un système OMA ... 76

f. Transmission NOMA en liaison descendante ... 78

g. Transmission NOMA en liaison montante ... 78

h. Principaux avantages de NOMA ... 79

III.7 Conclusion ... 80

IV.1 Introduction ... 81

IV.2 L’utilité de l’inclinaison des antennes ... 82

IV.3 Les mécanismes d’inclinaison ... 82

IV.3.1 L’inclinaison mécanique ... 83

IV.3.2 L’inclinaison électrique ... 83

IV.3.3 L’inclinaison mécanique et l’inclinaison électrique ... 84

IV.4 Inclinaison électrique à distance ... 85

IV.4.1 Antenne réseau à commande de phase ... 85

IV.4.2 Systèmes d’inclinaison électrique à distance dans une station de base ... 88

IV.5 Un système RET ... 89

IV.5.1 Les équipements utilisés ... 89

a. Central Control Unit ... 89

b. Portable Control Adapter ... 89

c. Antenna Line Configurator ... 90

d. Remote Control Unit ... 90

e. Smart Bias Tee ... 90

f. AISG Tower Mounted Amplifier ... 90

g. AISG Control Cable ... 90

IV.5.2 Une installation RET ... 91

IV.6 Simulation ... 91

IV.6.1 Modélisation du réseau ... 92

IV.6.2 Cas d’applications ... 92

IV.7 Conclusion ... 95

Conclusion générale ... ..….…96

Bibliographie ... 98

Chapitre IV : Méthodes d’optimisation de la capacité par l’inclinaison des

antennes

16-QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation.

3GPP : 3rd Generation Partnership Project.

8-PSK : Eight Phase Shift Keying.

|A|

AISG : Antenna Interface Standards Group.

ALC : Antenna Line Configurator.

AMPS : Advanced Mobile Phone System.

ARPT : Autorité de Régulation de la Poste et des Télécommunications.

ATMA : AISG Tower Mounted Amplifier.

AUC : Authentification Center.

|B|

BER : Bit Error Rate.

BG : Border Gateway.

BSC : Base Station Controller.

BSS : Base Station Sub-system.

BTS : Base Transceiver Station.

|C|

CAN : Convertisseur Analogique/Numérique.

CCU : Central Control Unit.

CDMA : Code Division Multiple Access.

CN : Core Network.

CS : Circuit Switched.

|D|

DC-HSDPA : Dual Carrier HSDPA.

DS-CDMA : Direct Sequence Code Division Multiple Access.

DTMA : Double Tower Mounted Amplifier.

|E|

EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution.

EIR : Equipement Identity Register.

eNB : Evolved Node-B.

eNodeB : E-UTRAN NodeB.

EPC : Evolved Packet Core.

EPS : Evolved Packet System.

ETSI : European Telecommunications Standards Institute.

E-UTRAN : Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network.

|F|

FDD : Frequency Division Duplexing.

FH-CDMA : Frequency Hopping Code Division Multiple Access.

|G|

GGSN : Gateway GPRS Support Node.

GMSC : Gateway MSC.

GPRS : General Packet Radio Service.

GSM : Global System for Mobile Communication.

|H|

HARQ : Hybrid Automatic Response Request.

HLR : Home Location Register.

HSDPA : High-Speed Downlink Packet Access.

HSPA : High Speed Packet Access.

HSPA+ : High Speed Packet Access+.

HSS : Home Subscriber Server.

HTTP2 : Hyper Text Transfer Protocol 2.

|I|

IC : Interférence Cancellation.

IES : Interférence Entre Symboles.

IMEI : International Mobile Equipment Identity.

IMSI : International Mobile Subscriber Identity.

IMT-2000 : International Mobile Telephony.

ITU : International Telecommunication Union.

IP : Internet Protocol.

IS-95 : Interium Standard 95.

IMTS : Improved Mobile Telephone Service.

|L|

LAN : Local Area Network.

LTE : Long Term Evolution.

LTE-A : Long Term Evolution-Advanced.

|M|

MAI/IAM : Multiple Access Interferences (Interférences d’Accès Multiples).

MAN : Metropolitan Area Network.

MAU : Multi-station Access Unit.

MME : Mobility Management Entity.

MS : Mobile Station.

MSC : Mobile-service Switching Center.

MSISDN : Mobile Station Integrated Service Digital Network.

MT : Mobile Terminaison.

|N|

NAS : Non-Acces Stratum.

NMT : Nordic Mobile Telephone.

NSS : Network Sub-System.

|O|

OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing.

OMA : Orthogonal Multiple Access.

OMC : Operations and Maintenance Centre.

OSS : Operating Sub-System.

|P|

PAN : Personal Area Network.

PCA : Portable Control Adapter.

PCM : Pulse Code Modulation.

PCRF : Policy and Charging Rules Function.

PDMA : Pattern Division Multiple Access.

PDN : Packet Data Network.

PDN-GW : Packet Data Network Gateway.

PGW : Packet Gateway.

PLMN : Public Land Mobile Network.

PS : Packet Switched.

PSTN : Public Switched Telephone Network.

|Q|

QAM : Quadrature Amplitude Modulation.

QoS : Quality Of Service.

QPSK : Quadrature Phase Shift Keying.

|R|

RCU : Remote Control Unit.

X.25 : Packet Switched Wide Area Network (X est une série de spécifications).

RET : Remote Electrical Tilt.

RNC : Radio Network Controller.

RNS : Radio Network Subsystem.

|S|

SBT : Smart Bias Tee.

SC : Superposition Coding (codage de superposition).

SC-FDMA : Single Carrier-Frenquency Division Multiplexing Access.

SCMA : Sparse Code Multiple Access.

SGSN : Serving GPRS Support Node.

SGW : Serving Gateway.

SIC : Successive Interference Cancellation.

SIM : Subscriber Identity Module.

SINR : Signal to Interference plus Noise Ratio.

SMS : Short Message Service.

SNR : Signal to Noise Ratio.

|T|

TACS : Total Access Communication System.

TDD : Time-Division Duplex.

TDMA : Time Division Multiple Access.

TE : Terminal Equipment.

TH-CDMA : Time Hopping Spread Spectrum.

TMA : Tower Mounted Amplifier.

TMN : Télécommunications Management Network.

|U|

UE : User Equipment.

UIT : Union Internationale des Télécommunications UMTS : Universal Mobile Telecommunications System.

USB : Universal Serial Bus.

USIM : Universal Subscriber Identity Module.

UTRAN : Universal Terestrial Radio Access Network.

|V|

VLR : Visitor Location Register.

VoIP : Voice Over Internet Protocol.

|W|

WAN : Wide Area Network.

WAP : Wireless Application Protocol.

WCDMA : Wide Coding Division Multiple Access.

WiFi : Wireless Fidelity.

WIMAX : Worldwide Interoperability for Microwave Access.

Tableau I.1 Quelques groupes de normalisation. ... 15

Tableau II. 1 Différentes générations des réseaux de téléphonie mobile. ... 22

Tableau II. 2 Exemples de réseaux numériques 2G ... 27

Tableau II. 3 Interfaces du réseau d’accès UTRAN ... 36

Tableau II. 4 Différents Paramètres du LTE et LTE-Advanced ... 38

Tableau III 1 Données de transmission de la simulation FDMA en HZ ... 51

Tableau III 2 Données à transmettre de chaque utilisateur TDMA ... 56

Figure I.1 : Schéma d’une chaîne de transmission de base. ... 5

Figure I.2 : Schéma synoptique d'une chaîne d’émission. ... 6

Figure I.3 : Schéma synoptique d'une chaîne de réception. ... 8

Figure I.4 : Réseaux classifiés par la couverture géographique. ... 11

Figure I.5 : Topologie en bus. ... 11

Figure I.6 : Topologie en anneau. ... 12

Figure I.7 : Topologie en étoile. ... 12

Figure I.8 : Classification des liaisons de télécommunications selon leur mode de liaison. ... 13

Figure I.9 : Nécessite de normalisation. ... 14

Figure I.10 : Services des télécommunications ... 16

Figure II.1 : Les téléphones cellulaires ... 19

Figure II.2 : Sites cellulaires ... 20

Figure II.3 : Ensemble de motifs dans un réseau cellulaire. ... 21

Figure II.4 : Evolution des générations de la téléphonie mobile. ... 22

Figure II.5 : Architecture du réseau GSM. ... 25

Figure II.6 : Architecture du réseau GPRS. ... 29

Figure II.7 : Architecture du réseau UMTS. ... 32

Figure II.8 : Architecture d’un équipement usager. ... 32

Figure II.9 : Types d’antenne de Node B. ... 33

Figure II.10 : Architecture du réseau cœur. ... 35

Figure II.11 : Présentation générale sur le système LTE. ... 39

Figure II.12 : Structure d’un réseau LTE. ... 40

Figure II.13 : Architecture E-UTRAN. ... 41

Figure II.14 : Architecture d’EPC. ... 41

Figure II.15 : Spécifications d’un réseau 5G. ... 44

Figure III.1 : Schéma d'un lien montant et un lien descendant. ... 47

Figure III.2 : Types de duplexage ... 48

Figure III.3 : Schéma de la classification des techniques d’accès multiple. ... 49

Figure III.4 : Schéma d'un partage FDMA. ... 50

Figure III.5 : Schéma d'un partage FDMA avec bande de garde. ... 50

Figure III.6 : Résultats de la simulation FDMA pour 4 utilisateurs. ... 53

Figure III.7 : Signal multiplexé passant par le canal en FDMA. ... 53

Figure III.9 : Schéma d'un partage TDMA avec bande de garde. ... 55

Figure III.10 : Signal d’entrée pour chaque utilisateur TDMA. ... 56

Figure III.11 : Signal multiplexé de tous les utilisateurs TDMA ... 57

Figure III.12 : Signal de sortie pour chaque utilisateur TDMA ... 57

Figure III.13 : Principe conceptuel de l’étalement du spectre ... 59

Figure III.14 : Techniques d’accès multiple principales ... 60

Figure III.15 : Capacité normalisée en fonction de Eb/N0 pour la technique CDMA ... 61

Figure III.16 : Principe d’utilisation des codes orthogonaux en CDMA. ... 62

Figure III.17 : Données des 2 utilisateurs codées en NRZ puis modulées. ... 63

Figure III.18 : Données des 2 utilisateurs étalées après multiplication par séquences PN. ... 64

Figure III.19 : Signal composite transmis dans le canal AWGN. ... 64

Figure III.20 : Signaux des 2 utilisateurs à la réception désétalé et démodulés. ... 65

Figure III.21 : Techniques DS-CDMA, FH-CDMA et TH-CDMA. ... 67

Figure III.22 : Effet de canal sur la technique OFDM. ... 67

Figure III.23 : Schéma de la modulation OFDM. ... 68

Figure III.24 : Spectre du signal en sortie du modulateur OFDM ... 68

Figure III.25 : Schéma du principe du démodulateur OFDM. ... 69

Figure III.26 : Spectre en sortie du démodulateur OFDM. ... 69

Figure III.27 : Technique OFDM et OFDMA. ... 70

Figure III.28 : Différence entre les techniques OMA et la technique NOMA ... 71

Figure III.29 : Taux d’erreur binaire en fonction de la puissance d’émission de deux utilisateurs différents. ... 74

Figure III.30 : Comparaisons entre les débits des techniques NOMA et OMA pour 2 utilisateurs n et m ... 76

Figure III.31 : Somme de capacité pour l’OMA et le NOMA ... 77

Figure III.32 : Transmission NOMA ... 79

Figure IV.1 : Angles d’inclinaison vers le bas et vers le haut. ... 83

Figure IV.2 : Types d’inclinaison d’antennes ... 84

Figure IV.3 : Comparaison entre les angles l’inclinaison en bas électrique et mécanique ... 85

Figure IV.4 : Réseau d’antennes linéaire avec K éléments équidistants ... 86

Figure IV.5 : Réseau d’antennes linéaire avec K éléments avec les modules de phase et

d’amplitude avant le réseau linéaire ... 87

Figure IV.6 : Système d’inclinaison électrique à distance dans une antenne de station de base

avec 7 éléments ... 88

Figure IV.7 : Equipements utilisés dans un système RET ... 90

Figure IV.8 : Installation d’un système RET avec les options de connexion possibles. ... 91

Figure IV. 9 : Modélisation de trois cellules tri-sectorielles ... 92

Figure IV. 10 : Application dépendante sur le temps de journée……….93

Figure IV. 11 : Application pour le cas d’un groupe d’utilisateurs entre deux cellules ... 94

L’être humain été toujours sociale dans sa nature, dans tous les temps, il a éprouvé le besoin d’échanger les informations et de communiquer avec les autres, après tous l’homme ne vit pas seul, mais en groupes.

L’être humain a utilisé le langage et les signes visuels comme premières méthodes de communication. Ces méthodes été efficaces pour l’échange des informations pour de courtes distances. Mais avec le passage du temps, le besoin et la demande de la communication à longues distances avec des individuels a agrandie [1].

Depuis leurs introductions au début des années 80, les réseaux mobiles ont vu un succès remarquable. Ce succès est traduit par une demande énorme des services provenus par ces réseaux cellulaire et un nombre d’utilisateurs toujours en augmentation. Cela à forcer les opérateurs de rester toujours à jour avec la dernière technologie, ce qui a évolué ces réseaux mobiles d’une génération vers une autre. Cette évolution a exigé des nouveaux dispositifs et modules ajoutés à la structure de la génération précédente. Cette évolution a présenté aussi de nouvelles techniques d’accès multiples, qui permettent à plusieurs utilisateurs de partager le canal de transmission, ce qui minime le problème du nombre d’utilisateurs toujours en augmentation. Mais cela n’arrête pas ici, les opérateurs ont aussi identifié les éléments majeurs affectant l’énergie rayonnée générée par les antennes des stations de base, et ils ont trouvé que l’ajustement du paramètre d’inclinaison d’antenne a permis d’avoir une meilleure couverture et aussi une qualité de service supérieur.

Ce mémoire se compose de quatre chapitres.

Dans le premier chapitre nous allons entamer les notions de base d’un système de communication numérique. On va présenter les différentes entités qui assurent le fonctionnement d’un tel système, sur quelle critères les réseaux de télécommunications sont t- il classifiées, l’utilité de la normalisation et enfin les type de services provenu par l’industrie des télécommunications.

En second chapitre , on va présenter les différentes générations de réseaux téléphoniques

mobiles en mettant en évidence les principales caractéristiques et les évolutions de chaque

génération, et cela depuis la première jusqu’à la cinquième génération. En mettant l’accent sur les

différents éléments fonctionnels de chaque génération.

Introduction générale ---

Le troisième chapitre est consacré aux techniques d’accès multiple utilisés dans les réseaux mobiles, qui permettent à un nombre important d’utilisateurs de partager le canal de transmission d’une manière efficace. On est intéressé dans cette partie par le principe de chaque technique d’accès, ainsi que leurs avantages et inconvénients et aussi des simulations qui montrent les performances et le concept de base pour chaque technique.

Et enfin dans le quatrième chapitre, on va présenter comment l’inclinaison d’antennes joue

un rôle à l’optimisation de la capacité et les performances d’un réseau cellulaire. On va aussi

décrire les mécanismes d’inclinaison utilisés et la différence entre eux. On précise que dans cette

partie nous somme plus intéressé par la technique RET où on a introduit son principe de base et

les équipements utilisés dans un système utilisant cette technique.

I

I.1 Introduction

Le mot télécommunication est originalement utilisé pour la première fois en 1904 par l’ingénieur français « Édouard Estaunié ». Il est composé de deux mots, le préfixe « télé » qui veut dire « distant » en Grec et le suffixe « communication » qui vient du mot latin « communicare », voulant dire « partager ». Les deux mots combinés, forment le mot « télécommunication » , qui signifie : communiquer à distance [2].

Les télécommunications ont été créé pour bût d’échanger des informations entre de différents utilisateurs et de leur permettre de communiquer entre eux. L’utilisation des ondes radio a facilité cette tâche car elle a donné naissance à des systèmes de transmission sans fil, de l’autre côté, le domaine d’électronique a permis de réduire la taille des terminaux mobiles utilisés et aussi de réaliser des fonctions encore plus compliquées et plus avancées [1].

Dans ce chapitre nous allons présenter les généralités du domaine des télécommunications.

Introduction au domaine de

télécommunications

Chapitre

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications ---

I.2 Historique des télécommunications

Le premier processus de communication à distance a pris la forme d’un signal de fumée, il a été vastement utilisé par les peuples amérindiens de l’Amérique, on peut dire que ce procédé fait partie des télécommunications primitives (tambours, langage sifflé, etc.).

Ci-dessous on présente quelques dates historiques qui marquent des évènements importants suivant le développement du domaine des télécommunications et qui ont aussi mené ce dernier a ce qui est aujourd’hui.

1844 ➔ Premier télégraphe : les travaux de Samuel Morse ont mené à l’envoie du premier télégramme en utilisant la ligne télégraphique crée entre Washington et Baltimore.

1864 ➔ Equations de Maxwell : la prédiction de l’existence des ondes radio.

1865 ➔1ère conférence de l’Union Télégraphique Internationale : le développement du domaine de télécommunications à l’échelle international.

1870 ➔ Communications télégraphiques à longue distance : de plusieurs milliers de km.

1874 ➔ Multiplexage temporel : inventé par Émile Baudot.

1876 ➔ Graham Bell : l’invention du téléphone.

1887 ➔ Heinrich Hertz : la démonstration de l’existence des ondes radio.

1891 ➔ Premier commutateur téléphonique : qui met en relation deux usagers en respectant des lois fondées sur le numéro composé par l'appelant.

1902 ➔ Première liaison radio point-à-point : la télégraphie sans fil.

1928 ➔ Nyquist : la théorie de l’échantillonnage.

1940 ➔ Apparition des techniques d’étalement de spectres : la sécurité et le cryptage.

1947 ➔ Création de l’Union Internationale des Télécommunications (UIT) : réglementation des Télécommunications internationales.

1948 ➔ Invention du transistor : le début du développement de l’électronique des télécommunications.

1948 ➔ Shannon : le théorème capacitif du canal.

1966 ➔ 1ères fibres optiques à faibles pertes : le début des hauts débits numériques.

1981 ➔ NMT/AMPS : la 1ère génération des réseaux mobiles.

1991 ➔ GSM : Le service de la téléphonie mobile a été introduit sur le marché algérien par le Ministère de la Poste et des Télécommunications à travers la norme de téléphonie mobile analogique NMT-900, installé par NOKIA.

2000 ➔ Création de la ARPT : la mise en place de l'Autorité de Régulation de la Poste et des

Télécommunications (ARPT) en 2000 pour en assurer le suivi et l’ouverture du marché à deux

nouveaux entrants (Djezzy et Ooredoo) pour le développement de la 2G [3].

2003 ➔ Création de l’opérateur de téléphonie mobile algérien : Mobilis ATM.

2004 ➔ UMTS en Algérie : le lancement du premier réseau UMTS expérimental par Mobilis en Algérie.

2013 ➔ Attribution des licences provisoire 3G : L’ARPT attribue trois licences 3G nationales à : Mobilis, Ooredoo, et Djezzy.

I.3 Les réseaux de télécommunication I.3.1 Définition

D’une façon générale, les télécommunications regroupent tous les moyens, les techniques ou les méthodes permettant la transmission d’informations à distance sous forme d’un signal physique (courants, ondes, lumières), et cela d’une source ou plusieurs sources vers une seule ou plusieurs destinations, à une distance quelconque à travers des canaux de transmissions, avec des coûts raisonnables et à des instants souhaités.

Un réseau de télécommunication est un système composé d’un ensemble d'équipements informatiques et de dispositifs interconnectés par des supports de transmission, ce système permet le partage des ressources et l'échange de données.

I.3.2 Les composants d’un réseau de télécommunication

Un réseau de télécommunication est généralement conçu en respectant le model général proposé par C. Shannon dans son article de 1948, qui a donc modéliser d’une façon formelle la communication entre deux machines.

La figure (I.1) présente une chaine de transmission de base.

Figure I.1 : Schéma d’une chaîne de transmission de base.

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications --- Une chaine de transmission de base est généralement composée de :

a. La source

La source envoie un message (ou donnée), souvent constitué d’une série de symboles pris dans un alphabet spécifique, on parle dans ce cas d’un message numérique, ce message peut prendre la forme de données discrètes (texte, numéros, etc.) ou de données analogiques numérisées (image, voix, vidéo, etc.).

b. L’émetteur

Cette entité sert à fournir et générer un signal (message) adapté au canal de transmission, le signal va donc passer par les étapes montrées sur la figure (I.2).

Figure I.2 : Schéma synoptique d'une chaîne d’émission.

❖ La conversion

Le processus de conversion consiste à transformer l’information à transmettre d’une grandeur physique quelconque (une image, fichier audio, température, etc.) en une forme électrique, en utilisant un transducteur (un microphone, une caméra, une photodiode, etc.).

❖ Le traitement

Pour ce processus il existe deux cas, si l’émetteur est analogique, le bloc de traitement va contenir des filtres pour éliminer les bruits et les signaux indésirables et aussi améliorer la forme de signal et limiter sa bande passante. Si l’émetteur est numérique, le bloc de traitement va contenir un Convertisseur Analogique/Numérique (CAN) et généralement un bloc pour l’analyse et le traitement numérique de signal (filtrage, codage, compression, cryptage).

❖ La modulation

En général la plupart des signaux qu’on veut transmettre ont des fréquences relativement

peu élevées, par exemple pour la téléphonie, de 300 Hz jusqu’à 3400 Hz.

En cas réel, on ne peut pas transmettre ces signaux directement, car à cette fréquence le signal ne se déplace pas à grande distance, en plus le canal présente une bande passante située sur des fréquences très élevées, c’est ici que la modulation entre en jeu et permet de positionner le signal à émettre dans la bande passante du canal de transmission, en transposant ainsi sa fréquence vers les hautes fréquences [1].

❖ L’amplification

Cette opération est réalisée par un amplificateur de puissance, qui amplifie le signal pour qu’il puisse parcourir le canal.

❖ L’interface

L’interface se trouve à la sortie de l’émetteur et elle permet de rendre le signal compatible avec le canal qu’il va utiliser.

Donc pour résumer, l’émetteur reçoit l’information depuis la source, et effectue les processus suivants :

La compression des données pour minimiser au maximum la taille de ces données. Cette étape est effectuée en remplaçant le message à envoyer par un message plus court, souvent représenté sous forme d’une série binaire, c’est le « Codage source ».

Le rajout de bits d’information supplémentaires dans le message pour minimiser et corriger les erreurs éventuelles de transmission, c’est le « Codage de canal ».

Transformer l’information en un signal physique (électrique ou onde hertzienne, etc.) et il la conditionne pour qu’elle soit pour pouvoir la transmettre, c’est « l’adaptation au canal de transmission ».

c. Le support de transmission

Le canal de transmission est le porteur du signal et son achemineur d’un point à un autre, il existe plusieurs supports de transmission, on cite principalement :

▪ La paire torsadée.

▪ Les câbles coaxiaux.

▪ L’espace libre.

▪ La fibre optique.

❖ La paire torsadée

La paire torsadée se compose de deux fils de cuivres isolés généralement avec une

épaisseur d'environ 1mm, enroulés l'un sur l'autre créant une forme hélicoïdale. Cette structure

permet de réduire les effets d’inductions électromagnétiques bruits venant de l’environnement.

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications ---

❖ Les câbles coaxiaux

Un câble coaxial se compose d'une âme qui est un conducteur rigide en cuivre enfermé dans un matériau isolant, lui-même entouré d'une tresse conductrice. Le tout est recouvert avec une gaine protectrice en plastique. Ce dernier présente de meilleures caractéristiques que la paire torsadée. Il offre en outre un bon compromis entre la largeur de bande passante qu’il présente et la résistance contre les rayonnements électromagnétiques indésirables.

❖ L’espace libre

Dans ce cas l’utilisation des ondes électromagnétiques permet la transmission des signaux sur un support immatériel qui est l’espace libre, ce support est pratiquement indispensable en cas de liaisons avec de très longues distances. De plus l’absence de support matériel permet d’apporter une certaine souplesse et convient bien aux applications ponctuelles.

❖ La fibre optique

La fibre optique est constituée d’un fil de verre très fin (quelques micromètres) à base de silice qui constitue le cœur dans lequel se propage la lumière, d’une gaine en silice dopée et d’un revêtement de protection en polymère. Une impulsion lumineuse représente l’information binaire 1, tandis que l’absence de lumière représente l’information binaire 0, parmi les avantages principaux de la fibre optique, sa grande largeur de bande passante utilisable, qui permet le multiplexage d’un grand nombre de canaux de télévision ou de téléphone sur le même support. Un autre avantage est sa faible atténuation et son insensibilité envers les parasites électromagnétiques. L’inconvénient principale des fibres optiques tient aux coûts.

d. Le récepteur

Le récepteur reçoit l’information depuis le canal et il la restaure à sa forme physique d’origine pour qu’elle soit utilisable à la destination, le signal reçu va passer par les étapes montrées sur la figure (I.3).

Figure I.3 : Schéma synoptique d'une chaîne de réception.

❖ L’interface

Le signal reçu par le canal passe par une interface qui le transforme en un signal de nature physique. Par exemple dans le cas d’une transmission par fibre optique on utilise une photodiode ou un phototransistor pour passer à un signal électrique [1].

❖ L’amplificateur

Le signal reçu est très faible, il doit être amplifié par un amplificateur très sensible pour le ramener à un niveau qui va permettre de l’exploiter prochainement.

❖ La démodulation

Un démodulateur permet de remettre le signal modulé sur sa bande de fréquence initiale (avant modulation).

❖ Le traitement

Si l’émetteur est analogique, Il est possible qu’on ait besoin d’amplifier ou bien de filtrer le signal pour améliorer sa forme.

Si l’émetteur est numérique, le bloc de traitement contient un CAN et un processeur pour effectuer les opérations de : décodage, décompression, décryptage.

❖ La conversion

On rend à l’information sa forme physique initiale en utilisant un Haut-parleur, un tube cathodique ou un écran LCD.

e. Destinataire

Le destinataire recueille le message qui a été généré par la source (signal d’origine).

I.4 La classification d’un Réseau de communication

Pour pouvoir classifier les réseaux de communications, il faut tout d’abord prendre en considération que le mot ‘communication’ est général, après tout, un réseau de communication peut être défini comme l’ensemble des ressources matériels et logiciels liées à la transmission et l’échange d’informations entre de différentes entités, suivant leurs organisations, leurs architectures, les distances et les vitesses de transmission , et aussi la nature des informations transmises, les réseaux font l’objet d’un certain nombre de spécifications et de normes [4].

D’une façon générale, on peut classifier ces réseaux en fonction du type d’informations

transportées et de la nature des entités impliquées. On distingue ainsi trois principales catégories

de réseaux [4] :

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications ---

I.4.1 Les réseaux de télécommunications

Ce sont les réseaux de communications les plus anciens. Ils ont pour objectif d’acheminer les communications vocales entre individus. La parole pouvant être envoyée brute sous la forme d’ondes électromagnétiques, on parle alors de communication vocale analogique, ou sous la forme d’une suite d’information binaire (‘0’ ou ‘1’) après avoir subis un traitement appelé numérisation [4]. On cite comme exemple, le réseau téléphonique commuté public, les réseaux mobiles GSM/DCS, etc.

I.4.2 Les réseaux Téléinformatiques

Les réseaux téléinformatiques sont définis comme étant un ensemble d’équipements informatiques géographiquement distants, relié entre eux par un support de communication leur permettant l’échange d’information. Leurs utilisations assurent plusieurs objectives, nous citons :

• Le partage et l’échange de l’information entre les terminaux informatiques.

• Assurer la communication et la collaboration entre des groupe de personnes.

• Une utilisation fiable et raisonnable des ressources matérielles et logicielles (disques, imprimantes, données, application, etc.).

Il existe plusieurs critères de classification pour les réseaux téléinformatiques, on cite principalement :

• La couverture géographique ou distance.

• La topologie.

• Les modes de liaisons.

• La nature du support physique.

a. La classification par couverture géographique

La figure (I.4) montre la classification des réseaux par la couverture géographique.

❖ PAN (réseaux personnels : 1m a 10m) : Ce sont des réseaux qui interconnectent des équipements Personnels grâce aux technologies comme : le Bluetooth ou InfRared Data Association (IrDA).

❖ LAN (réseaux locaux : 10m a 1km) : Ce sont des réseaux intra-entreprises, assurant le transport des informations numériques de l’entreprise (Exemple : Ethernet).

❖ MAN (réseaux métropolitains : 1km a 10km) : Ce sont des réseaux qui permettent l’interconnexion des sites ou entreprises sur un réseau spécialisé à haut débit.

❖ WAN (réseaux étendus : 10km a plusieurs centaines de km) : Ce sont des réseaux transportant

les informations sur de grandes distances. (Internet, réseau mobile).

Figure I.4 : Réseaux classifiés par la couverture géographique.

b. La classification par la topologie utilisée

Un réseau informatique se compose d’un ensemble d'ordinateurs reliés entre eux grâce à des équipements permettant un bon échange de données (câblage, cartes réseau).

L'arrangement physique (type de câblage) de ces éléments est appelé topologie physique.

Il existe plusieurs topologies, on cite quelqu’une [5] :

❖ Topologie en bus

Considérée comme la topologie la plus simple, tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne de transmission par l'intermédiaire de câble, le câble est généralement un câble coaxial, le terme « bus » désigne la ligne physique qui relie les machines du réseau. Une seule station peut émettre sur le bus. Lorsque celle-ci émet, la trame parcourt tout le bus jusqu’à ce qu’elle arrive au destinataire, à chaque extrémité, le réseau est terminé par une résistance (appelé bouchon) pour empêcher l'apparition de signaux parasites . Comme le montre la figure (I.5). L'exemple le plus courant de ce type de réseau est le réseau Ethernet .

Figure I.5 : Topologie en bus.

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications ---

❖ Topologie en anneau

I l s'agit d'un réseau local dans lequel les nœuds sont reliés à un répartiteur (appelé MAU, Multi station Access Unit), les informations circulent sur un anneau (souvent virtuel) d'un nœud à l'autre, à un instant donné, un seul nœud peut émettre sur le réseau. Il ne peut donc pas se produire de collision entre deux messages contrairement au cas du réseau de type bus. Comme il est illustré sur la figure (I.6).

Un jeton (trame de donnée) circule en permanence le long de la boucle . Lorsque aucun nœud n'émet de message, le jeton est dans un état libre (trame vide). Seul le nœud qui a envoyé le message est en attente d'un accusé de réception , les autres nœuds n'étant pas en alerte, se contentent de retransmettre l'accusé de réception sans le lire.

Lorsque le jeton arrive à la station émettrice celle-ci vérifie l'accusé de réception, retire son message et rend le jeton libre et ainsi de suit e. Cette topologie est utilisée par les réseaux Token Ring et FDD.

Figure I.6 : Topologie en anneau.

❖ Topologie en étoile

Chaque nœud du réseau est en liaison par un RJ45 avec le nœud central qui peut être un switch ou un hub par exemple comme le montre la figure (I.7).

Le nœud central est un appareil qui reçoit un signal d’informations venant d’une de ses entrées, il retransmit ensuite ce signal aux autres entrées qui sont directement connectées à des ordinateurs ou périphériques (autre noeuds).

Figure I.7 : Topologie en étoile.

c. La classification par modes de liaison

Il est également possible de classifier les liaisons de télécommunication suivant le sens de communication entre deux terminaux (figure I.8) :

❖ Liaison simplex

C’est une liaison a un seul sens unique, où l’un des deux terminaux est un émetteur et l’autre est un récepteur, exemple : la radio, la télévision, la télécommande.

❖ Liaison half-duplex

Dans ce cas, la communication est dans les deux sens, les terminaux sont capables d'émettre et de recevoir mais chacun à leur tour, exemple : le talkie-walkie.

❖ Liaison full-duplex

Les deux terminaux interconnectés sont capables d'émettre et de recevoir simultanément, exemple : la téléphonie.

Figure I.8 : Classification des liaisons de télécommunications selon leur mode de liaison.

d. La classification par la nature du support physique

Un réseau téléinformatique regroupe généralement plusieurs équipements informatiques situés à distance les uns des autres. Le support physique qui est un ensemble d’éléments matériels ou immatériel, entre en jeu pour relier ces différents périphériques et assurer la transmission des données de nature binaire.

La nature du support physique peut prendre deux formes, une nature filaire (câble coaxial, paire torsadée, fibre optique, etc.) ou une nature sans fils (éther, ondes hertziennes, etc.).

I.4.3 Les réseaux de télédiffusion

Sont actuellement récents, sont un ensemble de services et d’opérations permettant la

diffusion des canaux de radio ou de télévision. On retrouve dans cette catégorie, les réseaux de

distribution terrestre, les câblo-opérateurs et les réseaux satellitaires.

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications ---

I.5 Normalisation I.5.1 Introduction

L’utilisation des normes et des protocoles dans un domaine spécifique permet le fonctionnement et le développement régulier d’un système qui en fait partie.

Les systèmes de télécommunications, qui sont des systèmes assez complexes, exigent l’utilisation de la normalisation. Aujourd’hui beaucoup de normes sont disponibles pour le secteur des télécommunications et beaucoup d’organismes internationales sont actives. Le fonctionnement du secteur des télécommunications est facilité grâce à l’utilisation de ces normes.

I.5.2 Nécessité de la normalisation

Une norme est un moyen d’assurer la compatibilité entre de différents systèmes de télécommunications dans les différentes régions du monde, donc chaque nouvel équipement construit par un certain constructeur, est obligé de respecter et suivre une (ou plusieurs) normes qui vont garantir son fonctionnement harmonieux avec des équipements d’autres constructeurs à l’intérieur d’un même réseau par exemple, la figure (I.9) montre pourquoi la normalisation est si nécessaire.

Figure I.9 : Nécessite de normalisation.

I.5.3 Définitions importantes

Dans cette section, on cite quelques définitions importantes.

Protocole : une liste de règles à respecter entre des terminaux de communication afin d’effectuer des échanges et des transferts d'information.

Norme : un document descriptif établie par consensus entre des diverses parties impliqués dans chacun des sujets à normaliser et approuvée par un organisme reconnu.

Normalisation : un processus fondamental qui consiste en l’élaboration et l’adoption de normes

par des parties intéressées sous le patronage d’un organisme reconnu. Dans le cas des

communications, ce process assure la pérennité des équipements et des services.

I.5.4 Organismes de normalisation

Les organismes de normalisation sont des organisations qui définissent des normes permettant l’intégration des éléments provenant de fournisseurs distincts, mais aussi assurer une concurrence plus saine. Le secteur de télécommunications a connu une longue histoire avec la normalisation.

Le tableau I.1 mentionne quelques groupes de normalisation important au niveau international et régional.

Tableau I.1 : Quelques groupes de normalisation.

Acronyme Description

UIT Une institution spécialisée des Nations Unies pour le développement des technologies du domaine d'information et des communications.

ISO

Organisation internationale de normalisation composé de représentants d'organismes nationales de normalisation, produit des normes Internationales dans

les domaines industriels et commerciaux portant le nom de « normes ISO ».

CEI

Une autre organisation internationale de normalisation, chargée des domaines de l'électricité, de l'électronique, de la compatibilité électromagnétique, de la

nanotechnologie et des techniques connexes, complémentaire de l'IS.

IEEE

Regroupe de nombreux chercheurs et ingénieurs en électronique et informatique jouant un rôle important comme forum d'étude et de discussion sur la normalisation. Elle a notamment joué un rôle prépondérant dans la normalisation

des réseaux locaux.

IANOR L’organisme algérien qui représente son pays auprès de l'Organisation internationale de normalisation.

3GPP

Une coopération entre les organismes de normalisation en télécommunications qui produit et publie les spécifications techniques pour les réseaux mobiles de 3G, 4G

et 5G.

Chapitre I : Introduction au domaine de télécommunications ---

I.6 Services de Télécommunications

I.6.1 Définition d’un service de télécommunication

Les services de télécommunications sont des services qui permettent d’une façon partielle ou totale de transmettre et acheminer des données sur un réseau de télécommunication spécifique.

Une application télécom met en œuvre, en vue d'un usage précis, un ensemble organisé de téléservices (du côté de l'utilisateur) et de services support (du côté du réseau), on cite quelques exemples sur ces applications [6] :

1- Une application de télésurveillance qui fait remonter des alarmes (brefs messages de données) du site surveillé vers la centrale de surveillance. Pour faciliter l'interprétation de ces alarmes, des images provenant des caméras installées sur le site peuvent être affichées sur l'écran de la centrale de télésurveillance.

2- Une application de messagerie électronique est représentée en un ensemble d’éléments formant un système permettant la transmission et la réception des courriers électroniques. Elle respecte des normes et des protocoles spécifiques afin d'autoriser le dépôt de courriels dans la boîte aux lettres électronique d’un destinataire choisi par l’émetteur.

I.6.2 Classification des services de Télécommunications

Les services de télécommunications sont généralement classifiés en 4 catégories principales (figure I.10) [6].

Figure I.10 : Services des télécommunications [6] .

I.7 Conclusion

Dans ce chapitre, on a présenté les généralités et les définitions entourant le domaine des télécommunications, un domaine qui a vu une grande activité dans les 20 ans passées, grâce à l’apparition des smartphones et à la demande croissante des services de télécommunication.

Nous avons mis en revu les éléments indispensables d’un système de télécom pour

effectuer une transmission. Par ailleurs, un exposé a été présenté sur la classification des réseaux

de télécommunications selon des critères qui les distinguent par le type d’informations transportées

et la nature des entités impliquées. Et enfin, on a terminé avec normalisation et le type des services

offerts par le domaine de télécommunication.

II

II.1 Introduction

Le besoin de communiquer avec une personne à distance dans un état de mobilité a toujours été une nécessité. Dans de telles situations, chaque personne pourra communiquer, ou qu’il soit et reste en contact en permanence avec la personne désirée. Cette nécessite est donc devenue une réalité avec l’apparition du marché des réseaux mobiles et du concept de radiotéléphonie cellulaire au début des années 80.

Au début, les technologies de communication radio mobile assurent aux utilisateurs des services téléphoniques purement vocaux ou des services de message court (SMS).

Par la suite, le réseau de téléphonie mobile a considérablement évolué et les données transitent plus rapidement avec des tailles plus grandes, avec des meilleurs débits et une excellente qualité de service, qui a permet aux utilisateurs de naviguer sur le web, consulter leurs mails, télécharger des vidéos, des cours ou même de regarder la télévision, tout cela sur le même terminal et en situation de mobilité.

Dans ce chapitre, nous allons présenter les différentes générations des réseaux mobiles, en mettant en évidence les éléments les plus importants qui les différencient.

Chapitre Générations des réseaux de communications

mobiles

II.2 Le début des réseaux mobiles

Durant la deuxième guerre mondiale, l’utilisation des premiers téléphones radio qui travaillent avec la modulation d’amplitude (AM radio phones) a été limitée aux utilisations militaires, et n’étais pas disponible pour les utilisations civiles ou commerciales. Ces téléphones fonctionnent comme les talkie- walkie (système demi duplex).

Les « téléphones de voiture » ont été commercialisés pour la première fois en 1946 et développés par Bell System aux États-Unis, ces derniers ont continué à s’améliorer et se populariser jusqu’à 1960, tandis que le IMTS (Improved Mobile Telephone Service) a été introduit, qui est un service téléphonique amélioré lié et connecté au réseau public comité (PSTN).

Nippon Telephone et NTT (Nippon Telegraph and Telephone) ont établi le premier véritable réseau mobile 1G à Tokyo, les premiers téléphones été des téléphones de voiture, mais cela n’a pas empêcher la structure du réseau a ressemblé à un vrai « réseau cellulaire »

(La couverture des zones géographique grâce aux stations de base, l’utilisation de la fonction

« handover » et la commutation automatique sans une intervention humaine) [7].

Le premier téléphone portable à main a été inventé par Mr. Martin Cooper et construit par Motorola en 1983.

Figure II.1 : Téléphones cellulaires (a) le premier téléphone radio AM, (b) téléphones de voiture (c) le premier téléphone mobile portable à la main [7].

L’apparition des réseaux 1G a donc déclaré la naissance des générations de réseaux

téléphoniques mobiles, qu’on développera en détails dans la suite du chapitre.

Chapitre II : Générations des réseaux de communications mobiles

---

II.3 Les réseaux mobiles II.3.1 Définition

Un réseau mobile est un réseau téléphonique permettant l'utilisation simultanée de millions de téléphones , qui sont en situation de mobilité ou immobilité, tout cela grâce à l’utilisation d’un nombre de fréquences formant un spectre hertzien, il fournit au moins l’un des deux services caractéristiques de la mobilité :

❖ Un accès sans fils mobile ou immobile à l’information.

❖ Préservation de l’état d’échange des données, même lors d’un déplacement à grande vitesse et sur une grande distance.

Le réseau mobile est basé sur le concept cellulaire, un concept qui partitionne le réseau téléphonique mobile en plusieurs cellules, où chaque cellule couvre une zone géographique prédéfinie.

II.3.2 L’architecture cellulaire

Le principe de l’architecture cellulaire est de diviser le territoire en petites zones géographiques dont l’opérateur a eu une licence qui le permet de l’utiliser, ces zones sont appelées

« cellules ».

L’opérateur va donc partager les ressources radio entre celles-ci, la couverture d’une de ces zones est réalisée à partir d’un maillage constitué de cellules de forme hexagonale, au centre de la cellule, il peut y avoir deux cas :

• Une seule antenne omnidirectionnelle installée au centre, qui émette en 360° pour toute la zone.

• Trois antennes directives (tri-sectorielles) installées au centre, où chaque antenne émet à 120°, si on veut subdiviser la zone en trois petites cellules.

Le cas le plus fréquent est le deuxième cas, où on obtient des cellules dont la forme théorique est celle d’un losange, cette solution est fréquemment utilisée, car elle permet de tripler la capacité du réseau tout en conservant le même nombre de sites d’antennes et permet un maillage optimisé d’une zone géographique [8].

Figure II.2 : Sites cellulaires (a) Site équipé de trois antennes directives, (b) Site équipé d’une seule antenne Omnidirectionnelle.

(a) )

(b)

))

D’une façon générale, une cellule est constituée d'une station de base à laquelle on associe un certain nombre de canaux de fréquences à bande étroite, nommées fréquences.

Ces dernières ne peuvent pas être utilisées dans les cellules adjacentes afin d'éviter les interférences. Et ainsi, on définit des motifs (clusters), chaque motif est constitué de plusieurs cellules, dans lesquels chaque fréquence est utilisée une seule fois. La figure (II.3) montre un tel motif, en guise d'exemple.

Figure II.3 : Ensemble de motifs dans un réseau cellulaire.

En théorie, la cellule est représentée sous la forme d’un hexagone car cette forme est la plus proche d'un cercle, mais il faut prendre en compte que la forme d’une cellule dépend en réalité de la topographie de la région couverte par cette cellule.

Donc, en prenant en considération la nature du terrain, les constructions, et les différents obstacles, les cellules n'ont pas une forme exactement circulaire. De plus, afin de permettre à un utilisateur de se déplacer d'une cellule à une autre, sans perdre son échange de données, il est nécessaire que les zones de couverture se recouvrent de 10 à 15%, ce qui renforce la contrainte de ne pas avoir une même bande de fréquence dans deux cellules voisines [9].

Pour éviter les interférences entre les cellules qui utilisent les mêmes fréquences, il est également possible de contrôler la puissance d'émission de la station de base en fonction de la distance qui la sépare du terminal mobile. La même chose s’applique en sens inverse. En effet, pour améliorer l’autonomie des terminaux mobiles, leur puissance d'émission est calculée en fonction de leur distance à la station de base. Il faut aussi noter que la taille des cellules n'est pas la même partout. Cella dépends de plusieurs éléments :

• La densité des utilisateurs ou le nombre d'utilisateurs potentiels dans la zone.

• La configuration du terrain (relief géographique, présence d'immeubles, etc.).

• La nature des constructions (maisons, buildings, immeubles en béton, etc.).

•

Chapitre II : Générations des réseaux de communications mobiles

--- Ainsi, dans une zone rurale où le nombre d'abonnés est faible et le terrain relativement plat,

les cellules seront plus grandes qu'en ville où le nombre d'utilisateurs est très important sur une petite zone et où l'atténuation due aux bâtiments est forte. Donc l’opérateur est de son devoir de prendre en compte les contraintes topographiques et les contraintes urbanistiques pour dimensionner correctement ses cellules [9].

II.3.3 Evolution des réseaux mobiles

Depuis leur apparition, les réseaux mobiles ont beaucoup évolué, depuis les années 1970 jusqu’à nos jours. Les réseaux téléphoniques mobiles ont évolués par plusieurs générations.

Chaque génération a présenté des nouvelles fonctionnalités et des évolutions par rapport à la précédente.

Figure II.4 : Evolution des générations de la téléphonie mobile.

Le tableau II.1 présente avec plus de détails le développement des générations des réseaux mobiles depuis la première jusqu’à la cinquième génération.

Tableau II. 1 : Générations des réseaux de téléphonie mobile .

Génération Acronyme Description Débit Théorique (download)

1G RC2000 et

NMT Analogique

2G GSM Échanges de type voix

uniquement 9,05 Kbits/s

2.5G GPRS Échange de données

seulement 171,2 Kbits/s

2.75G EDGE Évolution du GPRS 384 Kbits/s

3G UMTS Voix et données

144 Kbits/s rurale, 384 Kbits/s urbaine, 2 Mbits/s

point fixe 3.5G ou 3G+ HSPA Évolution de l'UMTS 14,4 Mbits/s 3.75G ou 3G++

ou H+ HSPA+ Évolution de l'UMTS 21 Mbits/s 3.75G ou H+

Dual Carrier DC-HSPA+ Évolution de l'UMTS 42 Mbits/s