Téléphonie mobile - comment cela fonctionne-t-il?

Une majorité de la population suisse possède désormais un téléphone portable. Plus de 18000 stations de base pour la téléphonie mobile garantissent que nous puissions utiliser ces téléphones et transférer des données pratiquement dans tout le pays.


1. Essor de la téléphonie mobile

À partir de 1993, le réseau Natel C a été progressivement remplacé par le standard GSM introduit à cette époque, ce qui a grandement contribué à l'essor de la téléphonie mobile. En Suisse, on utilise aujourd'hui quatre normes de téléphonie mobile (GSM, UMTS, LTE, TETRAPOL), qui peuvent être exploitées sur six bandes de fréquence (400, 800, 900, 1800, 2100 et 2600 MHz).

L'offre sans cesse élargie et la demande croissante dans le domaine de la téléphonie mobile a toutefois pour conséquence une augmentation de la charge environnementale en ondes électromagnétiques de haute fréquence.

Dans le cas de la téléphonie mobile, contrairement à la distribution d'électricité où le rayonnement constitue un phénomène secondaire indésirable, le rayonnement est un moyen de transport utilisé sciemment pour la transmission d'informations sans fil.

GSM: la norme de téléphonie mobile "Global System for Mobile Communications" est exploitée en Suisse depuis 1993.  

UMTS: "Universal Mobile Telecommunications System" est la norme de la téléphonie mobile de troisième génération. Comparé au GSM, l'UMTS permet de transmettre des quantités plus importantes de données, ce qui rend notamment possible la transmission d'images animées.

LTE: le trafic de données sur les réseaux suisses de téléphonie mobile augmente fortement. Afin de répondre aux besoins en hausse de capacité, ce qui correspond à des débits plus élevés, l'industrie a développé le nouveau système de téléphonie mobile LTE (Long Term Evolution), qui succède à l'UMTS, au HSPA et au HSPA+.

TETRAPOL: Système numérique de radiocommunications à ressources partagées pour les organismes de sécurité: Standard de radiocommunication professionnel basé sur le standard TETRAPOL spécialement développé pour répondre aux exigences des forces de sécurité.

Évolution de la téléphonie mobile en Suisse:


2. Structure du réseau

Un réseau de téléphonie mobile se compose de nombreuses cellules. Chaque cellule possède une antenne (image de gauche), qui assure la liaison, par ondes hertziennes, avec le téléphone mobile situé à proximité. En général, plusieurs cellules sont desservies à partir d'un emplacement. Toutes les antennes de cet emplacement forment ce qu'on appelle la station de base.

Les stations de base sont reliées à une centrale téléphonique par une fibre optique ou par faisceaux hertziens. C'est de là qu'elles reçoivent les appels qu'elles transmettent aux téléphones mobiles se trouvant dans leurs cellules. C'est également de là qu'elles transmettent des communications passées d'un téléphone portable se trouvant dans le rayon qu'elles desservent.

Chaque station de base ne peut transmettre qu'un volume limité de données. La grandeur d'une cellule est donc déterminée par l'intensité de son utilisation. Dans les régions rurales où la concentration de portables est faible, les cellules ont un rayon de plusieurs kilomètres alors qu'il n'est que de quelques centaines de mètres dans les zones urbaines.

Les microcellules souvent utilisées au centre des villes sont encore plus petites. Elles sont mises en place là où le volume de trafic est particulièrement nombreux ou lorsque la couverture hertzienne est difficile à réaliser en raison de la densité des constructions. Enfin, il existe des picocellules ayant un rayon limité, de quelques dizaines de mètres. Elles garantissent la desserte à l'intérieur des bâtiments.

La puissance d'émission d'une antenne doit être suffisamment élevée pour que les signaux radioélectriques transmis puissent atteindre un portable en limite de cellule, mais pas trop pour ne pas perturber les signaux des autres cellules. Les antennes des petites cellules opèrent avec une puissance d'émission plus faible; elles génèrent donc un rayonnement moins intense et, bien que cela nécessite un nombre plus élevé d'antennes, la puissance rayonnée par l'ensemble des installations n'est pas plus grande, au contraire - du moins dans les zones urbaines. Un réseau à mailles fines dont la puissance d'émission est globalement plus faible permet même de transmettre davantage de données.

Emplacement des stations émettrices


3. Fonctionnement des téléphones mobiles et des stations de base

Pour que plusieurs personnes puissent téléphoner en même temps à l'intérieur d'une même cellule, jusqu'à huit utilisateurs se partagent le même canal avec le système GSM. Un huitième du temps de transmission (intervalle de temps ou « slot ») est donc attribué à chacun d'eux. L'information est divisée en « paquets » de 577 microsecondes (µs) transmis toutes les 4,6 millisecondes (voir le graphique 1). C'est pourquoi le téléphone mobile émet un rayonnement pulsé 217 fois par seconde.

Les téléphones mobiles de la norme GSM sont équipés d'un réglage dynamique de puissance: lorsqu'une communication téléphonique s'établit, le téléphone émet à la puissance maximale. La puissance est ensuite réduite jusqu'à ce qu'une communication de qualité suffisante soit maintenue avec la station de base.

Quant à la station de base, elle émet sur un canal de signalisation ou canal de contrôle (BCCH, Broadcast Control Channel) et sur des canaux de trafic (TCH, Traffic Channel).

Le canal de signalisation (BCCH) diffuse sur les huit cellules à pleine puissance (voir le graphique 2). Entre les différents intervalles de temps, la transmission est brièvement interrompue. Des informations techniques, nécessaires notamment pour établir la communication ou la maintenir, sont transmises dans un intervalle de temps; les autres intervalles de temps du BCCH sont utilisés pour la transmission de conversations ou remplis artificiellement d'informations vides.

Lorsque la capacité du BCCH n'est plus suffisante pour la transmission des conversations, les canaux de trafic sont activés. Ces derniers n'émettent des rayonnements qu'au cours des intervalles de temps effectivement utilisés et sont régulés de façon à émettre aussi peu de puissance que possible (voir le graphique 3). Le profil temporel d'émission d'un canal de trafic diffère selon le nombre de conversations transmises et la qualité de la communication: par exemple, les intervalles de temps 2 à 4 émettent à des puissances différentes, tandis que les intervalles de temps 1 et 5 à 8 ne sont pas actifs.

Profils temporels d’émission d’un téléphone mobile (graphique 1) et d’une station de base (graphique 2: canal de signalisation; graphique 3: canal de trafic). Le niveau en dB est représenté en unités logarithmiques: une différence de 20 correspond à un facteur 100 pour la puissance d’émission et à un facteur 10 pour l’intensité de champ.

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Dernière modification 18.07.2018

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