Universal Mobile Telecommunication System – Système de télécommunications mobiles universelles. Norme pour le réseau radio mobile dit de 3ème Génération, support de services multimédias à haut débit et en mobilité.
Dénomination de la norme retenue en Europe pour les systèmes de radiocommunications mobiles de troisième génération, qui permettront d’offrir une large gamme de services, intégrant la voix, les données et les images. Dans le cadre de l’UIT, il existe plusieurs normes concurrentes pour ces systèmes, dans le cadre de l’appellation générique « IMT 2000″.
Il est bien connu que l’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) est une technologie radio basée sur le CDMA (Code Division Multiple Access), une méthode d’accès extrêmement complexe qui a été utilisée sur les réseaux de 2e génération en Amérique et en Asie.
Dès lors, le profane peut s’interroger sur l’intérêt de s’appuyer sur cette technologie inconnue, notamment en Europe, plutôt que sur la technologie du GSM, le TDMA… Mais seule l’évolution 3G du CDMA [autrement dit le Wideband CDMA] est capable de répondre aux exigences en bande passante de la nouvelle génération de téléphonie mobile.
Les capacités du CDMA sont en effet plus performantes en regard des autres générations de réseaux de radiocommunication (voir graphique). La première génération, celle par exempte du service Radiocom 2000 des années 1980, allouait une fréquence pour un utilisateur : c’est le FDMA (F pour Frequency Division Multiple Access). Le TDMA (T pour Time Division Multiple Access), technologie utilisée par Le GSM actuel, ajoute le temps comme variable, permettant à plusieurs utilisateurs de partager la même fréquence de façon séquentielle, ce qui offre déjà une bien meilleure utilisation du spectre radio. Le CDMA franchit une étape supplémentaire, en permettant à tous les utilisateurs d’émettre en même temps, à la même fréquence. Pour reconnaître chacun d’entre eux, un code leur est attribué à chaque établissement de communication, codage qui est reconnu par les stations de base UMTS. Les ressources radio sont alors optimisées en minimisant le niveau d’interférence. Bien évidemment, ce gain de capacité de transmission a un revers : la complexité.
L’UMTS est en effet un savant compromis entre capacité et couverture, entre capacité et performances radio, et ce pour chaque cellule. L’occasion de démontrer que l’expérience en technologie Radio sera indispensable pour optimiser l’UMTS. Deux fonctions vitales qui, bien que décrites dans la norme, nécessiteront une mise au point très fine par
l’équipementier (et devront être finement encadrées par les opérateurs) :
- Le contrôle de puissance est un algorithme destiné à s’assurer que chaque mobile reçoit avec la même puissance le signal. Ce dialogue constant entre la base émettrice et tous les terminaux s’effectue à une rapidité étonnante : 1 500 fois par seconde !
- L’algorithme appelé soft handover sert à relier un terminal UMTS jusqu’à 6 stations de base en même temps. Cette technique très complexe offre l’avantage d’éviter les coupures et minimise la puissance nécessaire au terminal car il est « écouté » par plusieurs stations de base.
Ces deux algorithmes ont été mis au point sur la base des réseaux CDMA déployés par des équipementiers et assurent à l’opérateur la maîtrise de son réseau. Mais avant d’exploiter tous ces raffinements de la technologie CDMA, les opérateurs seront confrontés au déploiement optimisé de leur réseau UMTS. Là encore, il existe une gamme de logiciels capables de planifier, d’optimiser et, au-delà, d’adapter le réseau en fonction des retours d’utilisation en grandeur réelle.
Ces outils assureront une fiabilité et une efficacité plus grande des réseaux. Ils permettront également de réduire considérablement le temps de déploiement. L’UMTS est une norme définissant la troisième génération des systèmes de télécommunication en Europe. Elle a pour but de prendre la relève des systèmes de la deuxième génération tel le GSM.
Les limites du GSM : Ces dernières années, les télécommunications ont vu un essor à l’échelle mondiale des services de communications avec les mobiles. Ainsi, on comptait 10 millions de mobiles en 1991 et 210 millions en 1997. On espère aujourd’hui atteindre + de 900 millions en 2000. Cette croissance est actuellement assurée par le GSM mais pour des raisons d’allocation de spectre de fréquences, cet essor ne pourra être totalement assuré que par des systèmes de troisième génération tels l’UMTS. Par ailleurs, un deuxième changement radical dans les télécommunications doit être intégré au marché des mobiles : il s’agit de l’explosion du trafic et des réseaux Internet. A cela s’ajoute le rapide développement des services multimédias. On pourrait assister à une convergence de ces deux marchés vers un marché de services mobiles multimédias. Enfin, la dynamique d’innovation et la diminution des coûts devraient permettre de maintenir la croissance de la vente des mobiles. Toutefois, ce développement implique des besoins en ressources spectrales car il risque d’atteindre les limites du GSM. Ce développement fait donc appel à une
nouvelle génération de systèmes à plus fort débit tel l’UMTS qui permettront de surcroît une meilleure répartition des spectres.
Cette même répartition des spectres est le problème principal de la mise en place de l’UMTS qui actuellement n’a encore aucune plage de fréquences allouée. Les bandes de fréquences qui seraient concernées dans le Règlement des Radiocommunications (qui a valeur de traité international) sont à l’échelle mondiale : 1885-2025 Mhz et 2110-2200 Mhz. Pour les services mobiles par satellites ce sont les bandes à : 1980-2010 Mhz et 2170-2200 Mhz. Or en France par exemple, certaines sont attribuées au ministère de la Défense et à France Télécom. D’autres bandes sont affectées à des services de l’espace. L’ERC (European Radiocommunications Committee) demande aux états de mettre à disposition de l’UMTS 2×40 Mhz dans les bandes de fréquences concernées. En France, le ministère de la défense est favorable à
cette libération de spectre et France Télécom c’est engagé à restituer la bande qu’elle utilise pour 2005.
Toutefois, ces changements ont un coût. Ainsi, le ministère de la défense a présenté en 1998 un plan de dégagement des bandes à auteur de 630 Millions de francs. Après de nombreuses négociations, les bandes concernées ont été attribuées à l’UMTS. L’UIT qui, alors que le GSM n’avait pas encore fait ses preuves, préparait un autre système : l’IMT2000, voit aujourd’hui ce projet réalisable techniquement. En parallèle en Europe le standard UMTS est en voie
d’aboutissement après de nombreux colloques. C’est pourquoi, il a été établi que, à l’instar de l’IMT2000, l’UMTS pourrait jouir d’une plage de fréquences voisines des 2 GHz. La découpe en canaux se fait, alors, par tranche de 4 à 5 MHz. Une telle largeur de bande permet d’avoir un spectre en fréquence d’autant plus large que le bruit pourra être atténué et isolé. L’UMTS Forum, préconise donc l’attribution à chaque opérateur UMTS de 35 MHz (soit 2*15+5) pour satisfaire les besoins jusqu’en 2005. Sur 30 MHz les communications seront assurées pour un seul sens de transmission, alors que sur 5 MHz nous aurons deux sens de transmission pour une même fréquence. Au delà, une reprise des bandes GSM pourrait être envisagée (GSM : autour des 900 MHz et 1800 MHz). Dans un premier temps, il faudra assurer la compatibilité des troisièmes générations avec les terminaux et cellules de deuxième génération. C’est
pourquoi les bandes de fréquences doivent être des multiples de 20 KHz (bande de fréquence des GSM) et les débits devront se dériver d’une horloge commune de celle du GSM (13 ou 26 MHz).
La couverture se fera dans un premier temps par « taches de léopard », c’est à dire que seul les villes et les centres d’affaires seront équipés en UMTS. Ce phénomène est dû à plusieurs raisons. En effet, le territoire est globalement couvert par les systèmes de deuxième génération, ceci par l’intermédiaire de trois types de « cellules », les macro-cellules, (couverture sur 15Km de rayon), les microcellules (500m) et les pico-cellules (100m). Du fait d’un débit et d’une fréquence d’utilisation plus élevés pour l’UMTS, les cellules utilisées seront plus petites. L’UMTS se développera donc dans un premier temps dans des îlots de couverture : en milieux urbains, centres d’affaires… et se déploiera de façon progressive. L’UMTS s’appuiera donc sur le GSM pour la couverture globale, le but étant qu’en tout point géographique l’UMTS soit accessible directement soit à haut débit soit de façon dégradé lorsque le GSM prendra le relais. Cette méthode de couverture nécessitera donc l’élaboration de terminaux multimodes GSM/UMTS pour permettre la continuité du service.
Pour obtenir un débit plus important et une meilleure utilisation des spectres de fréquence, l’ETSI à décidé d’utiliser un protocole de communication baptisé UTRA. L’UTRA est basé sur la technique CDMA qui permet à une même fréquence d’accueillir plusieurs utilisateurs grâce à la modulation à étalement de spectre. Au départ le signal utile a un débit d. Artificiellement nous augmentons ce débit en insérant un code ou séquence d’étalement entre plusieurs symboles (bit après codage pour la protection des données). Le débit obtenu est alors D. Comme la séquence de codage est pseudo aléatoire, le signal émis est donc fortement parasité, c’est un signal aléatoire à spectre beaucoup plus large que le signal initial. Le récepteur capte le signal qu’il envoie dans le module radio fréquence, qui ramène celle-ci centrée sur 0.
Puis le module de dé étalement génère la même séquence de codage. Or toutes ces séquences sont orthogonales entre elles. Donc seul le signal désiré est démodulé par convolution. Le spectre apparaît alors sous forme gaussienne. Soit Q le facteur de qualité du signal, on a la relation suivante Q=(D/d)/M avec M le nombre d’utilisateurs sur une même fréquence. Donc pour un facteur de qualité donné, nous pouvons déterminer le nombre de code à établir sur un même canal.
Les mobiles devant sans cesse être en communication avec une cellule, lors du transfert intercellulaire (soft handover), le terminal est en relation avec deux à trois bornes simultanément afin de déterminer lequel sera le plus apte à faire transiter les données. Méthode d’étalement de spectre à séquence directe. Sur une bande de 5 MHz, le débit de ship (bits de la séquence de codage) est très élevé, 4.096Mships/sec. On bénéficie donc d’une très grande diversité de
fréquence dans la plupart des environnements. Le facteur d ‘étalement peut varier de 4 à 256. Pour un seul code, le débit maximal est de 384 Kbits/sec. Pour atteindre 2 Mbits/sec, on pourra utiliser 5 codes sur un même canal.
C’est un système hybride, composé d’une composante AMRT (Accès multiple à répartition dans le temps), et une composante d’étalement de spectre à l’intérieur des intervalles de temps (« time slot ») avec séparation par codes (CDMA). Chaque liaison est donc caractérisée par une porteuse, une séquence de codage et un intervalle de temps. Grâce au CDMA, 9 paquets peuvent être envoyé dans le même intervalle de temps. Le système est donc adaptable au débit des données qui transitent. Ces deux méthodes peuvent offrir des débits allant jusqu’à 2 MBits/sec, ce qui ouvre de nombreuses perspectives futures d’emplois de terminaux mobiles.
Le client du début du XXIe siècle emportera avec lui un ou plusieurs terminaux mobiles lui permettant toute sorte de communications: le téléphone mobile, dont l’usage sera complètement généralisé, le visiophone de poche, le communicateur personnel pour gérer agenda, messagerie, fax rapide, et recevoir de multiples informations. Avec son PC portatif mobile, il pourra se connecter à l’Intranet de son entreprise, et bénéficier de capacités de visioconférence, et tout le confort nécessaire pour travailler en situation de mobilité et de télétravail.
De nombreuses applications spécifiques utiliseront les capacités des systèmes mobiles à acheminer son, données et images fixes et animées: télémédecine, reportage, localisation, télésurveillance, information et guidage routier.
Les moyens de télécommunication du XXIe siècle se feront à partir de véritables bureaux mobiles, par exemple dans les voitures ou sur les chantiers. En clair, l’UMTS offrira un service de mobilité universelle dépassant les limitations dues à la multiplicité des systèmes et des réseaux. Ainsi le terminal mobile permettra de communiquer dans tous les environnements d’utilisation: domicile, bureau, rue, automobile, train, …
Le concept de « Virtual Home Environnement « (VHE)
Le concept de VHE permettra à l’utilisateur de retrouver ses services avec la même ergonomie quels que soient sa localisation et le réseau visité, lui donnant ainsi la sensation de garder au cours de ses déplacements le même environnement de communication que dans sa zone de service nominale.
Les systèmes satellites offrent une grande couverture et sont donc d’un précieux apport dans l’obtention d’un service universel tel celui que vise la prochaine génération de téléphonie mobile. Le système à satellite viendra en complément de l’infrastructure cellulaire dans les zones où celle-ci sera soit peu rentable soit difficilement déployable.
L’UMTS est résolument la norme du IIIème millénaire, orientée vers des applications de plus en plus coûteuses en ressources, l’universalité et la simplicité de communiquer. Partenariat entre de grands groupes, c’est aussi un pari sur l’avenir. Avant son installation, de nombreux points doivent encore être éclaircis, d’où une grande effervescence dans le monde des télécom.