Mise au point : 3G, UMTS, HSPA, c'est quoi ?

Cet article a été publié il a plus d'un an, il n'est peut-être plus d'actualité.

Vous ne savez pas à quoi correspond le terme "3G", quelles sont les différentes normes et ce qui les distingue ? Alors vous êtes au bon endroit.

La 3G est un ensemble de normes de téléphonie mobile définies par le consortium 3GPP. La première norme de la 3G, en Europe, est l'UMTS, qui succède à la 2G au milieu des années 2000.

UMTS (Universal Mobile Telecom System)

Spécifié en 2000, l'UMTS répond (au début) au doux nom de Release 99 chez le 3GPP. Concrètement, l'UMTS permet de faire transiter des données (navigation web, chat, etc) et de la voix. Cette Release n'existe plus aujourd'hui, au profit la R4 (Cf. ci-dessous).

Cette technologie se base sur le CDMA, c'est-à-dire que chaque utilisateur envoie ses données multipliées par un code. De son côté, le récepteur (appelé Node B) re-multiplie le signal par le même code et récupère ainsi les informations de chaque utilisateur séparément. Cela s'oppose au FDMA en 2G où chaque utilisateur envoyait ses données sur une fréquence légèrement différente, ce qui n'est pas le cas en 3G.

L'UMTS permet des débits théoriques autour des 2 Mbps, mais on observe en réalité des débits autour de 384 kbps / 64 kbps (down / up).

La Release 4 de 2001 qui a désormais remplacé la R99 ajoute à celle-ci la transmission des données entre la partie radio (les antennes) et le cœur de réseau (qui est connecté à internet) via le protocole IP.

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)

On continue avec la Release 5 (2002) qui introduit HSDPA, qui, comme son nom l'indique, augmente les débits dans le sens descendant et passe en mode paquet.

Oui, en mode paquet, par opposition au mode circuit. Plutôt qu'un grand paragraphe, voici un schéma du mode circuit.

Parmi le réseau, la ligne verte est dédiée à la communication entre les deux mobiles, toutes les données passent par là. La qualité est très bonne, mais les ressources mobilisées sont grandes par rapport à ce qui est nécessaire. Peu de communications sont possibles en même temps.

La commutation par paquet, au contraire, repose sur le fait qu'on découpe les données en paquets et qu'on les transmet sans savoir à l'avance par où ils vont passer. Ils peuvent arriver dans le mauvais ordre, ce n'est pas grave car ils seront remis dans l'ordre à l'arrivée. Il se peut que des paquets se perdent, dans ce cas, ils seront ré-émis.

Le mode paquet est bien plus flexible et robuste. Si le lien tout en haut tombe, les paquets passeront par un autre chemin, tout simplement. Si un second mobile vient communiquer, on peut faire passer ses avec ceux du premier mobile, tant qu'on n'excède pas la capacité des liens.

HSUPA (High Speed Uplink Packet Access)

Il n'y a pas grand-chose à dire sur HSUPA, introduit avec la R6 de 2005 sinon qu'il permet d'atteindre en pratique les débits théoriques d'UMTS en upload. Le download ne change pas.

HSPA (High Speed Packet Access)

Futé, le 3GPP s'est dit qu'il pourrait combiner HSDPA avec HSUPA pour augmenter les débits à la fois dans le sens montant et dans le sens descendant. Cette norme s'appelle HSPA (abrégé H) et correspond à la 3G+, ou encore 3,5G.

Cette version de la 3G est déployée en France autour de 2010 et permet des débits théoriques de 14,4 Mbps / 5,8 Mbps (down / up).

HSPA+ (Evolved High Speed Packet Access)

HSPA+ (H+ pour les intimes) sort avec la Release 7 en 2007 et promet simplement des débits supérieurs à HSPA (21 à 28 Mbps / 11 Mbps, down / up). Cela correspond à la 3.75G ou 3G++.

DC-HSPA+ (Dual Carrier HSPA+)

Vous vous souvenez, j'ai dit qu'en 3G, on différenciait les utilisateurs grâce à des codes et que tout le monde émettait sur la même fréquence. Ces communications se faisaient sur une bande de fréquence de 5 MHz autour de ce qu'on appelle la porteuse et qui se situe dans les 2 GHz, à deux patates près.

Eh bien en DC-HSPA+ (Release 8), on peut utiliser deux porteuses et deux bandes de 5 MHz pour émettre deux fois plus vite. C'est ainsi qu'on obtient des débits de 42 Mbps en upload.

D'ailleurs, le DC-HSPA+ est aussi appelé DC-HSDPA parce qu'au final, il ne double que les débits descendants par rapport au HSPA+.

HSPA+ MIMO 2x2

Alors là, ça devient tordu. Le HSPA+ MIMO 2x2 est introduit également avec la R8, mais existe en parallèle du DC-HSPA+.

Le principe du MIMO (Multiple Input Multiple Output) est d'émettre avec plusieurs antennes et de recevoir avec plusieurs antennes. Selon comment on l'utilise, on peut gagner en fiabilité, en débit, ou les deux.

Les débits sont les mêmes qu'en DC-HSPA+.

Advanced HSPA+

Là où le MIMO 2x2 et le Dual Carrier étaient mutuellement exclusifs en R8, il est désormais de les combiner en A-HSPA+ pour obtenir un super HSPA+ à 84 Mbps en uplink et 23 Mbps en downlink (Release 9, 2009).

MC-HSPA+ (Multi Carrier HSPA+)

Le Saint Graal de la 3G. Le terme "multi" réfère à quatre porteuses, soit des débits logiquement doublés par rapport au A-HSPA+, avec jusqu'à 168 Mbps en download. L'upload reste par contre inchangé (c'est pourquoi on peut retrouver parfois le terme MC-HSDPA).

LTE (Long Term Evolution)

LTE, parlons-en.

 En réalité, LTE, que l'on appelle commercialement 4G n'apporte pas grand-chose de plus par rapport à HSPA+ si ce n'est une transmission différente sur la voie radio. En effet, exit les codes et bonjour l'OFDM.

Pour faire simple, on transmet des données sur des bandes radio de plusieurs MHz autour d'une porteuse. En LTE, cette bande est divisé en sous-porteuses. En fait, on va transmettre beaucoup moins d'informations sur chaque sous-porteuse, mais celles-ci sont très nombreuses (1200 sur 20MHz, l'équivalent de la bande du MC-HSPA+).

En plus de ça, on se débrouille pour choisir des sous-porteuses qui, même si elles sont proches, n'interfèrent pas avec les autres. C'est pour ça qu'on peut en caser autant sur une bande de fréquence. A partir de là, on alloue un certain nombre de sous-porteuses à chaque utilisateur pour communiquer.

LTE est donc officiellement encore considéré comme de la 3G (on utilise souvent le terme 3,9G), malgré le fait que les opérateurs l'appellent 4G. La 4G à proprement parler correspond plutôt à LTE-A, le standard défini à partir de la Release 10 (2011).

Bref, dresser un panorama des normes 3G, c'est un peu comme faire un arbre généalogique des personnages de GoT, ça part vite en cacahuètes. Et tenez-vous bien, toutes les normes énoncées ci-dessus ne sont que les normes européennes.

Parce que oui, à cette époque (c'est moins le cas aujourd'hui), chacun y allait de sa norme 3G. On peut citer notamment CDMA2000 qui est utilisé à la place d'UMTS en tant que 3G aux Etats-Unis et en Asie notamment.