La communication GSM et ses évolutions

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Description détaillée

Historique:

La norme GSM (Global System for Mobile) est apparue en 1982 en Europe et est devenue norme internationale en 1991. Elle a ensuite fait son apparition à bord des véhicules automobile dans les années 2000 afin de passer de simple communication téléphonique. En France, la bande passante utilisée variait de 900MHz à 3800MHz en fonction des applications.

 

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La norme GSM

 

 

La norme GSM appelé également 2G autorise un débit maximal de 9.6 Kbps, ce qui permet de transmettre la voix ainsi que les données numériques de faible volume comme les messages textes (SMS) ou les messages multimédias (MMS).

Dès 1997, la norme GSM a évolué pour améliorer le débit de communication. Le GPRS est alors apparu (General Packet Radio Service). Il s'agit du prolongement de la norme GSM, elle permet un débit de données allant à 40 Kbit/s à un débit théorique de 171Kbits/s. Elle transmet les données par paquet en empruntant simultanément plusieurs canaux GSM. Le réseau GPRS correspond à la génération 2.5G ou 2G+.

 

Le contenu des échanges étant de plus en plus graphique ou vidéo, a poussé vers une nouvelle évolution du réseau GSM avec l'apparition du standard EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution)  qui permet l'augmentation des débits. Cette génération correspond à la solution 2.75G.

 

Depuis son apparition, les applications se sont considérablement développées. Pour faire face aux nouveaux besoins, l'augmentation des débits, l'amélioration des algorithmes de sécurités  A5/1 et A5/2 et différentes évolutions sont apparues, la 3G, la 4G puis la 5G.

 

 

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La norme UMTS

La norme UMTS (Universal Mobile Télécommunications System), lancée en France en 2004 est une technologie de téléphonie mobile de troisième génération et est basée sur la technologie W-CDMA. Elle succède à la norme GSM et est également appelée 3G. Son débit théorique pour une utilisation mobile est d'environ 144 Kb/s. Cette nouvelle technologie a demandé le déploiement physique d'un nouveau réseau de communication en parallèle des réseaux GPRS et EDGE déjà existants.

Cette norme UMTS a ensuite connu plusieurs évolutions 3G+, H+ ou encore DC, toujours dans le but d'optimiser les débits et donc de posséder une connexion internet possédant un débit maximum de 42Mbit/s. Ces réseaux sont encore très utilisés en France.

 

  

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La norme LTE

 

 

La norme LTE ( Long Term Evolution) est une nouvelle évolution des normes GSM et UMTS, elle a été mise en place en 2010.

La 4G est le réseau mobile de 4ème génération. Elle permet de bénéficier d'un débit théorique maximum de 150Mbit/s, comparable au débit de l'ADSL. En pratique, le débit est plutôt de 40 Mbit/s. 

Le réseau 4G+ (ou 4G LTE Advanced) et la 4G++ (ou 4G+ UHD) sont des évolutions de la 4G, elles permettent respectivement de surfer 2 et 3 fois plus vite qu'en 4G.



Pour utiliser ces réseaux, il est nécessaire d'avoir un appareil connecté compatible.  En effet, si le débit maximum en réception de votre smartphone est de 21 Mbit/s, vous ne pourrez pas bénéficier des 100 Mbit/s offerts par le réseau 4G mais la plupart des smartphones sont compatibles 4G, voire 4G+.

 

Cette technologie est déjà très utilisé de nos jours par les véhicules connectés. Exemple: Une golf 7 de 2017 embarque une antenne LTE, en plus de l'antenne GSM.

 

 

 

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La norme 5G

La 5G devrait agir comme facilitateur de la numérisation de la société, en favorisant le développement de nouveaux usages.

Cette cinquième génération de réseau mobile permet la multiplication des services connectés, grâce à un débit 10 fois plus rapide que le débit 4G.



Le but est de désengorger le réseau 4G qui est proche de la saturation. Le réseau 5G peut atteindre jusqu'à 1 Gbits/s. Les opérateurs s'engagent à fournir un débit minimum de 100 Mbit/s aux utilisateurs.



Grâce à des débits beaucoup plus élevés, une latence beaucoup plus faible (environ 1ms) et la possibilité de prendre en charge un plus grand nombre d'appareils, la 5G va aussi permettre, à terme, de développer des usages totalement différents de la 4G, comme la télémédecine, les véhicules autonomes ou l'automatisation des usines.



La bande de fréquence 3,5 GHz supporte le réseau mobile 5G dès sa commercialisation. Elle représente un bon compromis car elle permet d'avoir des débits plus élevés tout en assurant une bonne couverture du territoire.



Pour utiliser la 5G, il faut :

• Être dans une zone couverte par la 5G.
• Avoir un forfait 5G.
• Avoir un émetteur compatible 5G.

Les fournisseurs d'accès installent de nouvelles antennes plus petites mais beaucoup plus nombreuses.

Depuis 2020, Les 4 opérateurs déploient la 5G sur le territoire, en 2022 une cinquantaine de ville sont couvertes par la 5G.

Le déploiement sera progressif et la France devrait être intégralement couverte en 5G ou équivalent à l'horizon 2030 d'après les prévisions de l'ARCEP.

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Déploiement de ces réseaux

 

 

 

Dans un réseau GSM, le terminal de l'utilisateur est appelée station mobile. Une station mobile est composée d'une carte SIM (Suscriber Identity Module), permettant d'identifier l'usager de façon unique et d'un terminal mobile, c'est-à-dire l'appareil de l'usager (un smartphone, un véhicule…)

Les terminaux sont identifiés par un numéro d'identification unique de 15 chiffres appelé IMEI (International Mobile Equipement Identity). Chaque carte SIM possède également un numéro d'isentification unique et secret appelé IMSI (International Mobile Suscriber Identity). Ce code peut être protéger à l'aide d'un code PIN, d'un codage par empreint digitale ou encore par un codage lié à un modèle.

 

La carte SIM permet ainsi d'identifier chaque utilisateur, indépendamment du terminal utilisé lors de la communication entre une station de base (BTS ou relai). La communication entre une station mobile BSC) et la station de base se fait par l'intermédiaire d'un lien radio, généralement appelé interface air.



L'ensemble des stations de base d'un réseau cellulaire est relié à un contrôleur de stations lui-même relié à un centre de communication du service mobile afin d'assurer un lien entre téléphonie et internet et pouvoir déployer un ensemble de services à l'utilisateur.

 

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Les fréquences d'utilisations et la répartition entre opérateurs

Les fréquences dédiées à la 5G sont réparties sur 4 opérateurs :

Différentes bandes de fréquences sont utilisées afin de transmettre les données comme les bandes des 700, 800 et 2600 MHz pour le réseau LTE 4G.

  

 

 

Concernant les communications GSM 2G seul la bande de fréquence 1800MHz est utilisée.

 

 

 

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Méthodes et pratiques

Pour qu'un véhicule puisse communiquer, il est tout d'abord nécessaire que le véhicule possède d'origine ou en seconde monte un boitier télématique lui permettant de rendre le véhicule communiquant. Si le véhicule est équipé d'origine alors le véhicule peut posséder sa propre carte SIM et alors utiliser les réseaux GSM, UMTS, LTE et ainsi bénéficier de différents services connectés mais également conserver le lien avec son réparateur. Si le véhicule est équipé d'un système sans carte SIM intégré ou d'un système de seconde monte, alors il sera nécessaire d'utiliser un smartphone pour communiquer et ainsi utiliser les différents réseaux.   

 

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Impact sur les compétences en atelier

Pour tous les intervenants :

• Avoir des connaissances de base en informatique.
• Avoir une connaissance générale des systèmes télématique.
• Avoir des notions sur le fonctionnement d'un réseau de téléphonie.

Les techniciens doivent être en mesure de :

• Maitriser la technologie connecté du véhicule par carte SIM.
• Analyser les paramètres du système.
• Réaliser les initialisations des boitiers.
• Connaitre les procédures de mises à jour.
• Connaitre l'environnement télématique.

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Exemple d’outillage approprié