Réseau cellulaire de téléphonie mobile

Qu’est ce qu’un réseau cellulaire?

Un réseau cellulaire est un réseau de télécommunications mobiles qui doit répondre aux contraintes imposées par la mobilité de l’abonné dans le réseau, par l’étendue du réseau et enfin par les ondes radios qui lui sont allouées. L’onde radio dans le cas d’un réseau cellulaire est le lien entre l’abonné et l’infrastructure de l’opérateur. Comme dans tout réseau téléphonique l’échange de données doit se faire dans les deux sens. Ainsi contrairement à la radio FM classique, l’installation d’une antenne émettrice puissante par l’opérateur ne suffit pas à réaliser un réseau efficace [61]. L’abonné doit aussi émettre: Si on appelle Pe la puissance d’émission d’un émetteur en espace libre et Pr la puissance reçue par un récepteur à une distance r en champ lointain, les lois de la propagation des ondes nous disent que: 2 r P P e r = Cette contrainte impose donc que l’abonné et l’émetteur du réseau soient à proximité. De plus un opérateur n’a qu’une bande de fréquence réduite (bande passante) qui lui est La révolution actuelle dans le domaine des télécommunications entraîne un essor considérable des réseaux mobiles. Dans ce chapitre, nous présentons les différents composants techniques nécessaires à l’exploitation d’un réseau cellulaire dans le but de comprendre les problèmes de transmission. Dans la première section nous définissons le réseau cellulaire, ensuite, nous présentons les constituants du réseau qui gèrent l’échange et la transmission des données en particulier la station de base et le contrôleur de station. Enfin, nous présentons les méthodes d’accès aux réseaux tels que le FDMA, TDMA et CDMA. Réseau cellulaire de téléphonie mobile Chapitre 1: Réseau cellulaire de téléphonie mobile 20 allouée par l’UIT (Union Internationale des Télécommunications). Si on part du principe qu’un téléphone égale une fréquence, l’ensemble des fréquences pour tout le réseau GSM français permettrait de satisfaire tout au plus un demi millier d’abonnés (capacité théorique du réseau) on en compte plus de treize millions. Il a donc fallu trouver des astuces pour ouvrir au plus grand nombre ces réseaux. Tout d’abord chaque terminal utilise lors d’une communication une fréquence variable qui lui est attribuée par l’opérateur en fonction des ressources disponibles [5]. Mais cette seule astuce ne suffirait pas à satisfaire tous les abonnés dans les zones les plus denses. L’opérateur peut réutiliser une fréquence dans plusieurs endroits géographiques dans la mesure où il n’y a pas de risque d’interférences. Chaque zone couverte par un émetteur est appelée cellule. Leur taille est variable de 200 mètres à 20 kilomètres pour les plus grandes. Plus la taille d’une cellule est petite, plus la quantité d’appels passés sur le réseau pour une surface donnée est grande. On modélise les cellules par des hexagones, ce qui permet de bien visualiser les contacts avec les cellules voisines et donc de limiter les risques d’interférences.

Sous-système radio (BSS)

Le sous-système radio est l’ensemble des constituants du réseau qui gère l’échange et la transmission des données par la voie hertzienne [5]. Le sous-système radio est principalement constitué de deux éléments: la station de base et le contrôleur de station. 2.1) Station de base (BTS) La BTS est un ensemble d’émetteurs-récepteurs. Elle gère les problèmes liés à la transmission radio (modulation, démodulation, égalisation, codage correcteur d’erreur…). Le placement et le type des BTS déterminent la forme des cellules. Elle réalise aussi des mesures radio pour vérifier qu’une communication en cours se déroule correctement (évaluation de la distance et de la puissance du signal émis par le terminal de l’abonné): Ces mesures sont directement transmises au contrôleur de station de base (BSC). La répartition géographique et le type de BTS utilisées jouent un rôle primordial pour évaluer la qualité d’un réseau [61]. La capacité maximale d’une BTS est de 16 porteuses, c’est à dire qu’elle peut supporter au plus une centaine de communications simultanées. Une configuration en zone urbaine est constituée d’une BTS à 4 porteuses pouvant écouler environ 28 communications. Comme nous l’avons vu dans le paragraphe précédent, la bande passante allouée à un opérateur est limitée. C’est pourquoi il doit réduire au minimum la puissance de ses BTS en ville de manière à ce qu’elles couvrent une zone la plus restreinte possible. De plus la croissance des réseaux en termes d’abonnés impose une continuelle remise à niveau des BTS. La plupart du temps, les Chapitre 1: Réseau cellulaire de téléphonie mobile 22 opérateurs choisissent d’augmenter la densité les BTS en réduisant leur portée: ce choix impose le redéploiement du réseau déjà existant. Il existe plusieurs types d’antennes de station de base et le choix de celles-ci dépend de l’environnement à couvrir. Ces stations sont conçues par différents constructeurs qui respectent strictement la norme GSM de manière à ce que le matériel de différents constructeurs puisse être compatible. Les BTS sont de puissance variable de manière à éviter les interférences entre deux cellules. • Les plus petites, c’est-à-dire les stations picocellulaires sont installées à l’intérieur de bâtiments comme des bureaux. Elles sont généralement placées sur les plafonds et les murs. Leur rayon d’action (leur portée) est inférieur à 100 m. • Les stations microcellulaires ont une puissance un peu plus élevée et sont utilisées pour couvrir des zones peu étendues mais où la densité des utilisateurs est forte (gares ou centres commerciaux par exemple). Elles sont installées sur les façades et leur rayon d’action est inférieur à 1 000 m. • Les plus courantes sont les stations macrocellulaires. Physiquement, elles sont constituées d’une antenne et de matériel radio contenant le dispositif électronique. Ces antennes sont de différents types (antennes perches, panneaux…) selon la couverture voulue dans la cellule. Elles sont reliées par des câbles de liaison au matériel radio composé, entre autres, d’émetteurs-récepteurs, et contenues dans une « armoire » placée à proximité de l’antenne. La plupart des antennes disposées dans le réseau sont des antennes directionnelles se présentant sous forme de panneaux, ce qui a donné le nom « antenne panneau ». En général, elles sont installées à l’extérieur, sur des mâts, et utilisées pour couvrir les zones urbaines et rurales. Cette catégorie d’antennes directionnelles présente un gain pouvant aller jusqu’à 18 dB pour une hauteur d’environ 2.5 m à 900 MHz. Plus l’antenne est haute, plus le gain est grand.