Accès hertziens, mobiles, satellites et small cells
Accès hertziens, mobiles, satellites et small cells
Section intitulée « Accès hertziens, mobiles, satellites et small cells »Quand le câble ne passe pas, l’accès se fait par les ondes : réseau mobile, faisceau hertzien, satellite. Ces accès obéissent à des contraintes que le filaire ignore : un spectre limité et partagé, une capacité divisée entre les utilisateurs d’une cellule, une latence fixée par la distance, et une forte dépendance envers l’opérateur. Ce chapitre décrit l’architecture mobile, son évolution vers le logiciel, les satellites, puis la sécurité et la résilience d’un site qui en dépend.
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Comprendre l’accès radio mobile
Section intitulée « Comprendre l’accès radio mobile »Cellule, station de base, cœur et terminal
Section intitulée « Cellule, station de base, cœur et terminal »Un réseau mobile se lit en quatre éléments. Le terminal porte une carte SIM (Subscriber Identity Module), ou une eSIM intégrée, qui contient l’identité de l’abonné et ses secrets. La station de base émet et reçoit sur une zone appelée cellule ; elle s’appelle BTS (Base Transceiver Station) en 2G, NodeB en 3G, eNodeB en 4G et gNodeB en 5G, preuve que la normalisation ne manque pas de constance dans le changement. Le réseau d’accès radio, ou RAN (Radio Access Network), regroupe ces stations ; le cœur de réseau authentifie l’abonné, suit sa position et relie ses sessions à Internet.
En 4G, le cœur s’appelle EPC (Evolved Packet Core) : la MME (Mobility Management Entity) gère signalisation et mobilité, des passerelles acheminent les données, le HSS (Home Subscriber Server) stocke les profils. En 5G, le 5GC (5G Core) éclate ces rôles en fonctions logicielles : AMF (Access and Mobility Management Function) pour l’accès et la mobilité, SMF (Session Management Function) pour les sessions, UPF (User Plane Function) pour les données. Les premières 5G fonctionnaient en mode NSA (Non-Standalone), radio 5G accrochée à un cœur 4G ; seul le mode SA (Standalone), avec un vrai cœur 5G, apporte les fonctions avancées comme le découpage en tranches.
Les générations sans catalogue
Section intitulée « Les générations sans catalogue »Chaque génération a déplacé le centre de gravité. La 2G, avec le GSM (Global System for Mobile Communications) lancé en 1991, a numérisé la voix et reçu ensuite des données lentes (GPRS, puis EDGE). La 3G (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System) a banalisé les données, et ses évolutions HSPA (High Speed Packet Access), vendues comme « 3G+ », ont atteint plusieurs Mbit/s. La 4G (LTE, Long Term Evolution) a tout basculé en IP (Internet Protocol), voix comprise. La 5G, normalisée par le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) à partir de la Release 15 en 2018, vise le très haut débit mobile, les objets en masse et les communications à faible latence. La 5G-Advanced désigne les Releases 18 et suivantes, publiées par étapes depuis 2024. La 6G, enfin, fait l’objet d’études au 3GPP et à l’UIT (Union internationale des télécommunications) avec des déploiements commerciaux visés vers 2030 : ce n’est pas une technologie disponible, c’est un calendrier, et les calendriers de normalisation ont l’optimisme des horaires de train affichés la veille d’une grève.
Avant la 4G, le WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access, norme IEEE 802.16) promettait une boucle locale radio capable de remplacer la ligne téléphonique dans les zones mal desservies ; la LTE l’a largement supplanté, et la boucle locale radio survit sous la forme d’accès fixes sans fil en 4G ou 5G.
Mobilité, handover, latence et couverture
Section intitulée « Mobilité, handover, latence et couverture »Le handover (transfert intercellulaire) fait passer une session d’une cellule à une autre sans la couper : le terminal mesure les cellules voisines, la station de base décide et prépare la cellule cible, par l’interface X2 en 4G ou Xn en 5G. Un transfert raté coupe l’appel ou suspend les données plusieurs secondes, assez pour faire tomber un tunnel VPN (Virtual Private Network) mal paramétré.
Couverture et capacité diffèrent : la première dit où le signal arrive, la seconde combien de débit la cellule partage. Les basses fréquences (700 ou 800 MHz) portent loin mais offrent peu de bande ; la bande des 3,5 GHz de la 5G offre l’inverse. Cinq barres dans un stade plein ne garantissent rien : le signal est excellent, la part de chacun minuscule.
Architectures mobiles modernes
Section intitulée « Architectures mobiles modernes »RAN et cœur virtualisés
Section intitulée « RAN et cœur virtualisés »La virtualisation des fonctions réseau (voir Virtualisation réseau, NFV et data planes ouverts) touche les deux moitiés du réseau mobile. Côté cœur, le vEPC (virtual EPC) fait tourner l’EPC sur des serveurs standards, et le v5GC est conçu d’emblée comme un ensemble de fonctions logicielles, souvent en conteneurs. Côté radio, le Cloud-RAN centralise le traitement du signal de plusieurs sites, ce qui impose un fronthaul (liaison entre antenne et unité de traitement) à très faible latence ; le vRAN (virtual RAN) exécute ce traitement sur du matériel généraliste ; l’Open RAN vise l’interopérabilité entre fournisseurs. Ces approches sont en production chez plusieurs opérateurs, avec une maturité très variable : la souplesse se paie en intégration.
La 5G SA apporte aussi le MEC (Multi-access Edge Computing), du calcul placé près des antennes (voir Edge, MEC, Fog, Cloud-RAN et infrastructures distribuées), et le network slicing, qui découpe un réseau physique en tranches logiques aux garanties différentes.
Small cells et backhaul
Section intitulée « Small cells et backhaul »Les small cells sont des stations de faible puissance couvrant quelques dizaines à quelques centaines de mètres (gares, rues commerçantes, entrepôts), qui ajoutent de la capacité là où la macro-cellule sature. Chacune doit être reliée au cœur par un backhaul (lien de collecte) en fibre ou en faisceau hertzien. C’est le maillon oublié : une small cell capable de plusieurs centaines de Mbit/s, raccordée par un faisceau de 100 Mbit/s, délivre 100 Mbit/s partagés, avec des barres de réception magnifiques.
UMA, IMS, NGN et réseaux hétérogènes
Section intitulée « UMA, IMS, NGN et réseaux hétérogènes »Les NGN (Next Generation Networks) désignent le passage des opérateurs à des cœurs entièrement IP. Dans le mobile, l’IMS (IP Multimedia Subsystem) en est la pièce maîtresse : il transporte la voix en 4G (VoLTE, Voice over LTE) et sur Wi-Fi (VoWiFi), après l’UMA (Unlicensed Mobile Access), technique des années 2000 qui faisait passer les appels GSM par un point d’accès Wi-Fi.
Un terminal moderne vit donc dans un réseau hétérogène : cellulaire, Wi-Fi, parfois satellite. Le multihoming consiste à disposer de plusieurs accès simultanés : fibre et modem 4G sur un routeur d’agence, SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network) qui répartit les flux selon la qualité mesurée, ou MPTCP (Multipath TCP) qui utilise plusieurs chemins dans une même connexion.
Satellites et radio avancée
Section intitulée « Satellites et radio avancée »Géostationnaire, MEO et LEO
Section intitulée « Géostationnaire, MEO et LEO »L’orbite fixe la latence, et la vitesse de la lumière ne se négocie pas.
| Orbite | Altitude | Latence aller-retour typique | Conséquence |
|---|---|---|---|
| GEO (géostationnaire) | 35 786 km | 550 à 700 ms | trois satellites couvrent presque tout le globe, latence pénible pour l’interactif |
| MEO (orbite moyenne) | environ 8 000 km pour O3b | 120 à 150 ms environ | compromis, constellations de quelques dizaines de satellites |
| LEO (orbite basse) | environ 500 à 1 200 km | 25 à 60 ms environ | latence proche du filaire, mais des milliers de satellites et des terminaux qui suivent leur passage |
Pour le géostationnaire, requête et réponse montent et descendent chacune : quatre fois 35 786 km, environ 143 000 km, soit 477 ms à la vitesse de la lumière avant tout traitement. Une poignée de main TCP (Transmission Control Protocol) suivie d’une négociation TLS (Transport Layer Security) coûte ainsi plus d’une seconde avant le premier octet utile. Les constellations LEO comme Starlink ont changé l’équation, mais concentrent la dépendance sur un opérateur unique, souvent étranger.
Radio logicielle, radio cognitive et antennes directives
Section intitulée « Radio logicielle, radio cognitive et antennes directives »La radio logicielle (SDR, Software Defined Radio) remplace une partie de l’électronique radio par du traitement numérique : un même matériel parle plusieurs protocoles selon le logiciel chargé. C’est ce qui rend le vRAN possible, et ce qui permet de bâtir pour quelques centaines d’euros une fausse station de base. La radio cognitive, formulée par Joseph Mitola à la fin des années 1990, observe le spectre et choisit dynamiquement les fréquences libres ; elle reste surtout un sujet de recherche et de partage de spectre encadré.
Les antennes directives concentrent l’énergie dans une direction : Yagi pointée vers un relais lointain, parabole d’un faisceau hertzien, ou beamforming des antennes 5G à MIMO (Multiple Input Multiple Output) massif. Sur un site isolé, une antenne directive sur le toit vaut mieux qu’un routeur plus cher posé au fond d’un bureau.
Sécurité, résilience et dépendance opérateur
Section intitulée « Sécurité, résilience et dépendance opérateur »La 2G n’authentifie que le terminal, pas le réseau, et son chiffrement A5/1 est cassé : une fausse station de base, l’IMSI catcher, attire les terminaux, relève leur identité et, en les forçant en 2G, intercepte leurs communications. La 3G et la 4G ont introduit l’authentification mutuelle par AKA (Authentication and Key Agreement) ; la 5G chiffre en plus l’identifiant permanent de l’abonné, transmis sous forme de SUCI (Subscription Concealed Identifier). Restent les rétrogradations vers les anciennes générations, les failles de la signalisation entre opérateurs (SS7, Signalling System No. 7, puis Diameter) et le vol de cartes SIM dans des équipements isolés : désactiver la 2G quand c’est possible et verrouiller la SIM par code PIN sont deux mesures simples.
La 5G privée est un réseau dont l’entreprise, ou un intégrateur pour elle, exploite le cœur, sur des fréquences dédiées ou partagées selon le pays : maîtrise et isolement, au prix d’une compétence radio à posséder. La 5G publique, même avec une tranche dédiée, laisse le cœur chez l’opérateur, avec ses pannes et ses choix.
Exemples et ateliers
Section intitulée « Exemples et ateliers »Le chemin d’un paquet mobile. Un smartphone ouvre une page web : smartphone → gNodeB (radio) → backhaul (fibre ou faisceau) → UPF du cœur 5G → point d'interconnexion de l'opérateur → Internet. La signalisation suit un autre chemin, gNodeB → AMF → SMF, sans aucune donnée utilisateur : dessiner les deux plans séparément explique qu’un réseau puisse afficher « connecté » sans laisser passer un octet.
Le site isolé. Une station de mesure en montagne a besoin d’un accès permanent.
| Option | Atouts | Limites |
|---|---|---|
| 4G publique | matériel bon marché, déploiement immédiat | couverture incertaine, capacité partagée, dépendance à l’opérateur |
| Wi-Fi longue portée (pont point à point) | pas d’abonnement, débit élevé | visibilité directe obligatoire, relais à alimenter |
| Satellite LEO | couverture quasi universelle, latence correcte | dépendance à un opérateur unique, ciel dégagé requis |
| Satellite GEO | disponible partout, offres anciennes | latence de plus d’une demi-seconde |
La réponse raisonnable en combine deux, d’opérateurs différents ; une 5G privée serait ici disproportionnée.
La bascule fixe vers cellulaire. Une agence dispose d’une fibre et d’un routeur 4G. Le routeur sonde une adresse située au-delà de la box (un ping toutes les cinq secondes), déclare le lien mort après trois échecs, bascule la route par défaut sur l’interface cellulaire, rétablit le tunnel VPN vers le siège, puis revient sur la fibre après plusieurs minutes de stabilité pour éviter les oscillations. Le test consiste à débrancher réellement la fibre, mesurer la coupure, puis surveiller la consommation : un forfait de 10 Go épuisé par les sauvegardes en une matinée transforme le secours en panne différée. La fiche Accès terrestres, fibre, cuivre et réseaux câblés traite l’autre moitié du montage.
Pièges classiques
Section intitulée « Pièges classiques »Confondre couverture et capacité conduit à valider un site sur une carte de couverture, puis à découvrir que la cellule sature chaque midi. Ignorer le backhaul des small cells revient à construire une autoroute qui débouche sur un chemin vicinal. Traiter la 6G comme stabilisée engage des budgets sur des produits dont la norme et le support restent à écrire. Enfin, deux abonnements 4G chez deux opérateurs ne garantissent rien s’ils partagent le même pylône ou la même collecte, ce que permettent les accords de mutualisation.
À ne pas confondre
Section intitulée « À ne pas confondre »Accès radio et cœur mobile : le premier transporte le signal jusqu’à l’antenne, le second décide qui se connecte et où vont les données. Une panne radio est locale, une panne de cœur touche tout le pays.
5G publique et 5G privée : même radio, mais exploitation, responsabilité et dépendances différentes.
Handover et load balancing : le premier suit un terminal qui se déplace, le second répartit une charge entre ressources équivalentes. Quand un réseau déplace un utilisateur immobile pour délester une antenne saturée, c’est une décision d’équilibrage qui emprunte le mécanisme de handover. Le multihoming, lui, choisit entre des accès distincts.
🐝 Ce qui arrive si on s’en passe
Section intitulée « 🐝 Ce qui arrive si on s’en passe »Sans scénario de bascule ni second accès, un site qui repose sur un seul opérateur mobile partage le sort de son cœur de réseau : une panne chez l’opérateur, et plus rien ne sort, sans aucun levier local pour y remédier. Une petite cellule installée sans lien de collecte dimensionné affiche d’excellentes barres de réception et un débit décevant, ce qui trompe le diagnostic au moment où l’on en a besoin. Et un choix fondé sur une génération encore instable engage l’organisation sur un matériel dont la sécurité et la maintenance restent à écrire, avec l’optimisme propre aux calendriers de normalisation.
🦫 Explication de la marmotte 🍫
Section intitulée « 🦫 Explication de la marmotte 🍫 »Un téléphone ou un terminal mobile communique par ondes radio avec une station de base, l’antenne qui couvre une zone appelée cellule. La station de base est reliée au cœur du réseau mobile, la partie centrale de l’opérateur qui reconnaît les abonnés et achemine les données vers Internet. Le lien entre l’antenne et ce cœur s’appelle la collecte, souvent en fibre ou en faisceau radio.
Quand l’utilisateur se déplace, la connexion passe d’une cellule à l’autre : c’est le transfert intercellulaire. Il doit être assez rapide pour ne pas couper la communication. Les générations successives, de la deuxième à la cinquième, augmentent la capacité et réduisent le délai de réponse ; la sixième n’est pas encore stabilisée. La couverture indique où le signal arrive, la capacité indique combien d’utilisateurs peuvent en profiter en même temps.
Les petites cellules sont des antennes de faible portée placées dans les zones denses ; elles ne servent que si leur lien de collecte suit. Les satellites offrent une couverture là où rien d’autre n’existe : ceux placés très haut, sur une orbite fixe par rapport à la Terre, ajoutent un long délai, tandis que ceux en orbite basse, plus proches, répondent plus vite mais doivent être nombreux.
Les fonctions des antennes et du cœur sont de plus en plus logicielles et tournent sur des serveurs. Utiliser plusieurs accès en même temps permet de basculer si l’un tombe. La sécurité de l’accès mobile dépend aussi de l’opérateur, dont le site devient dépendant.
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