Prolifération des normes et standards: Vers un terminal multi-standards

Introduction

Aujourd’hui, les multiples normes et standards de télécommunications envahissent nos vies quotidiennes. En effet, à cause de cette prolifération des normes et standards, nous parlons de la notion de Handover vertical qui s’ajoute au Handover horizontal déjà existant. Si le Handover horizontal qualifie la capacité d’un terminal à « naviguer » entre les différentes zones cellulaires d’un même standard, le Handover vertical qualifie la capacité d’un terminal à « naviguer » entre les différents réseaux et standards. Cependant si cette nouvelle notion permet d’élargir l’éventail des offres et des services pour les utilisateurs, elle représente pour les concepteurs un défi technique qui est le suivant: comment pouvons-nous fournir à l’utilisateur un terminal unique capable de naviguer entre les multiples standards de radiocommunication ? La première solution qui vient à l’esprit est l’utilisation dans un même terminal des composants dédiés à chacun de ces standards, cette technique s’appelle la technique «Velcro». Celle-ci, présente deux inconvénients majeurs qui sont: l’augmentation des coûts de fabrication et elle n’autorise pas la prise en compte de nouveaux standards et normes. La radio logicielle a été crée pour répondre à ces deux problèmes de la technique « Velcro ». Dans la première partie de ce chapitre, et après une introduction au concept du réseau sans-fil, le document s’attarde sur la diversification des normes et standards. Ensuite, et dans le but de proposer des architectures génériques et universelles utilisables pour plusieurs standards et normes, un aperçu détaillé sur la Radio Logicielle, la Radio Logicielle Restreinte et la Radio Intelligente fait l’objet de la deuxième partie de ce chapitre.

Définition d’un système de transmission sans fil

Un réseau sans fil (en anglais Wireless network) est un réseau dans lequel au moins deux terminaux peuvent communiquer sans liaison filaire. L’avantage essentiel que représentent les réseaux sans fil est la mobilité. Celle-ci permet aux usagers de communiquer sur une zone plus ou moins étendue et de pouvoir poursuivre une communication tout en se déplaçant avec toutefois, des limites en vitesse et en distance. Celle-ci permet aussi aux fournisseurs d’éviter la complexité d’installation de tels réseaux (creusement pour acheminer les câbles, câblage, connecteurs, équipements lourds des bâtiments etc. comme dans le cas des réseaux filaires). Les principaux paramètres qui permettent de définir les exigences d’un système de communication sans fil sont: la distance entre l’émission et la réception, le débit de la communication c’est-à-dire la quantité d’informations à transmettre et enfin le type de communication qui peut être un transfert de données comme dans l’internet ou une communication vocale en télécommunication mobile.

Système de radiocommunication

Les systèmes de radiocommunications sont apparus à la fin du XIXème siècle avec l’invention du téléphone filaire (fixe) par le Canadien G. BELL et E. GRAY en 1876, puis la découverte des ondes radios par le physicien allemand H. HERTZ en 1878 et l’établissement par Guglielmo Marconi des premières liaisons radio en 1895 sur un peu plus de 2 km et en 1901 à travers l’Atlantique [9] [10]. Un système de radiocommunication est basé sur l’utilisation d’ondes radioélectriques pour transmettre des informations entre deux points distants. L’onde radio (ou onde radio électrique ou aussi onde hertzienne) est une onde électromagnétique dont la fréquence est inférieure à 300 GHz soit une longueur d’onde dans le vide supérieure à 1 millimètre. Afin d’éviter toutes formes d’anarchies des communications par ondes radios, leur utilisation est régie par l’UIT (Union Internationale des Télécommunications). On parle de la réglementation du domaine des radiocommunications. Cette organisation affecte les bandes de fréquences à des services différents tels que la transmission de données, la télémesure, la télécommande, la téléphonie, la radiodiffusion sonore, la télévision (vidéo), etc. Par conséquent, le spectre des fréquences a été découpé en plusieurs bandes de fréquences dont les noms sont normalisés [10] [11]. Ainsi, chaque bande est découpée en plusieurs sous-bandes fréquentielles, où chacune de ces sous-bandes est réservée à une utilisation spécifique.

Évolution des standards et normes de communication

Depuis les premières expériences de Marconi à la fin du XIXe siècle, les communications sans fil entre deux éléments mobiles ont été limitées à des applications professionnelles et 9 ce, jusqu’à la fin des années soixante dix. Il a fallu attendre les années quatre vingt avant de voir la naissance des systèmes de téléphonie mobile cellulaire, de première génération, entièrement analogiques comme l’AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Néanmoins, les ressources spectrales réduites, la courte durée de vie des batteries et le coût du terminal, ont été des obstacles qui ont restreint les débuts du développement des téléphones portables de première génération. La seconde génération des systèmes cellulaires est apparue au début des années 90 avec le GSM (Global System for Mobile communications, Europe) [12], le PDC (Personal Digital Cellular, Japon), et le PCS (Personal Communication System, États-Unis). Par rapport à la norme de première génération, cette norme a permis l’essor des communications mobiles en plus, les performances comme l’efficacité spectrale, la sécurité et la fonctionnalité sont les plus importantes. Dans le cas de GSM, le faible débit de ce standard permet principalement une émission-réception vocale, ou des services simples comme les SMS et MMS (prévus initialement pour des applications de transport de la parole et de données à faibles débits (9600 bits/s) autour des fréquences (935-960 MHz) ou (890-915 MHz)). Toutefois, la demande de nouveaux services de transmission de données plus rapides a été vite reconnue et la norme GSM a été dotée de nouvelles fonctionnalités comme le HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), GPRS (General Packet Radio Service) et EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Le HSCSD est basé sur la commutation de circuits qui n’a pas eu de succès commercial et a été abandonné. Le GPRS est basé sur la commutation de paquets qui a été introduite à large échelle en 2002, il est considéré comme des systèmes d’une génération nommée 2.5G. L’EDGE, est une norme pour le téléphone mobile, il représente l’évolution du GPRS et qui est présenté comme la génération 2,75G. Après l’apparition de ces nouveaux standards, l’ITU-R (International Telecommunications Union-Regulatory) a cherché à établir un nouveau standard encore plus performant. Le standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) fut créé. La troisième génération (3G) de systèmes cellulaires, a été principalement conçue et imaginée afin de satisfaire l’acheminement de données multimédia (accès à Internet, aux réseaux d’entreprise, à des services de messageries, de visioconférence, de jeux,….). Cette troisième génération de communication mobile est basée sur la technologie W-CDMA et permet un transfert de données important allant jusqu’à 2 Mbits/s théorique [13]. Au cours d’une communication, l’UMTS ajuste sa puissance de sortie en fonction de la distance entre le téléphone et la station, afin d’économiser l’énergie.