Le téléphone cellulaire
Ca faisait longtemps que je n’avais pas étalé ma science alors aujourd’hui j’ai décidé de poursuivre dans la vulgarisation technologique, ça changera un peu des articles sans intérêt des jours précédents. Je ne me souviens plus exactement la date à laquelle est apparu le premier mobile, je me rappelle juste que lorsque je foulais les bancs du lycée certains de mes amis possédaient des Tatoo ou des Tam-Tam (je sais que je suis vieille … !). Quelle révolution technologique à l’époque ! Grâce à cet ancêtre du SMS, ils pouvaient sortir le soir en restant joignables à tout moment par leurs parents, un petit message sur le cadran et il suffisait de rappeler pour donner des nouvelles. Puis l’apparition du GSM a provoqué un véritable engouement vers 1996 – 97, et je rêvais moi aussi à ce petit objet révolutionnaire avant de me rendre compte de son inutilité. Avec plus de recul, j’ai une véritable appréhension du mobile, il symbolise contrainte et futilité. Lorsque je croise dans les rayons de mon supermarché préféré un abruti muni de son oreillette Bluetooth qui ressent le besoin de téléphoner à sa femme pour lui demander quelle marque de lait il doit acheter, l’envie brûlante me gagne de lui sauter au coup pour lui arracher son téléphone. Aujourd’hui, dans les lieux publics, les gens se croient dans leur salon et se permettent d’étaler leur vie sans pudeur ni respect. Je voudrais posséder un brouilleur portable pour ne plus subir les pollueurs sonores qui fréquentent cinémas, théâtres et TGV. Comment supporter deux heures de trajet aux côtés d’une brune écervelée qui raconte sans discontinuités les bêtises de son chien Vivi ? Tant mieux finalement, ces paniers percés participent à la croissance en investissant lourdement dans un modèle dernier cri avec caméra, lecteur MP3 et le top du top : la 3G pour la vidéo ! Evidemment, pour faire du 3G, il faut des bornes UMTS peu présentes en dehors des grosses villes donc les trois quarts du temps le mobile sert juste à appeler et recevoir mais aussi à émettre des sonneries polyphoniques inaudibles téléchargeables pour un tarif prohibitif. Boulet à mes yeux, le téléphone cellulaire n’en reste pas moins un outil d’une extrême complexité et je souhaite dès à présent vous déniaiser sur cet objet du quotidien qui a engendré le boom de la télécommunication des années 2000.
Le GSM (Global System for Mobile Communication) est un système cellulaire, cela signifie que la région couverte par les ondes se divise en cellules, de forme circulaire mais représentée par des hexagones par commodité. Au centre de chaque cellule se retrouve un émetteur - récepteur. La taille des cellules peut varier entre 0.5 et
Les signaux transmis de
Pour communiquer, la téléphonie mobile se base sur l’émission et la réception d’ondes électromagnétiques qui se propagent dans une bande de fréquences fixée. Les bandes allouées sont situées dans le spectre des ultra hautes fréquences du domaine des micro-ondes. Si dans un pays donné plusieurs compagnies exploitent un réseau numérique, alors chaque opérateur aura une bande de fréquences différente afin de prévenir des chevauchements. En réalité, les bandes de fréquences allouées sont subdivisées en canaux de 200 kHz de largeur, on appelle cela FDMA ou multiplexage fréquentiel (partage fréquentiel des canaux). Pour le partage des canaux, il faut prendre en compte les opérateurs Orange, SFR (Société Française de Radiocommunications) et Bouyghes Telecom (qui acquièrent chèrement l’exclusivité des canaux), mais aussi le partage des fréquences au sein d’un même opérateur pour éviter les brouillages. Admettons qu’une cellule géographique, représentée par un hexagone, dont la largeur est typiquement de l’ordre de 1km, utilise un septième des canaux disponibles car elle côtoie six cellules voisines et qu’elle ne peut pas utiliser la même bande de fréquences qu’elles (notons que ces canaux sont à nouveau disponibles un peu plus loin dans l’espace). En supposant que l’opérateur avait acquis les droits pour 100 canaux, cela ramène à 14 fréquences (100/7) disponibles seulement, en un endroit donné :
Il est bien évident que de disposer de 14 canaux de fréquences en un endroit géographique donné, pour un opérateur, ne pourrait permettre qu’à 14 utilisateurs de téléphoner en même temps, ce qui s’avère insuffisant et inacceptable. Heureusement, la clé du GSM n’est pas le multiplexage fréquentiel mais le multiplexage temporel aussi appelé TDMA (Time Domain Multiple Access) : pour chaque canal de fréquence, le multiplexage temporel permet de faire passer 8 communications à la fois permettant ainsi de remonter le nombre d’utilisateurs connectés à 112 (8*14). En fait, lors de l’établissement d’une communication, un canal (ou plus familièrement une fréquence) est alloué à l’utilisateur selon le FDMA, et pour chaque fréquence, l’utilisateur reçoit un créneau d’utilisation TDMA, appelé slot. Il y a huit slots par fréquence. Une trame TDMA est divisée en 8 timeslots (créneaux de temps) et dure 4.615ms. Par conséquent, toutes les 4.615 ms, le timeslot de l’utilisateur X a la main pendant 4.615ms/8 (= 577ms) pour communiquer (émettre ou recevoir suivant le canal) avec la station de base. On remarque tout de même que plus le nombre d’utilisateurs croit, plus le nombre de stations de base doit augmenter, sinon cela provoque une saturation du réseau et donc l’impossibilité d’appeler et de recevoir. On ne peut donc pas demander à la fois d’avoir toutes ses « briques » sur son mobile et en même temps de lutter contre l’installation d’une antenne (à bon entendeur …) !
Un jour prochain, je poursuivrai l’exposé en vous présentant simplement comment la voix est émise dans les airs puis réceptionnée à des centaines de km de distance. Intéressant, non ?