Comment un appel arrive jusqu'à votre mobile
Un réseau mobile est une mosaïque de cellules, et chaque cellule est la zone qu'une antenne relais couvre par radio. Pour joindre votre mobile, l'opérateur cherche le groupe de cellules où votre téléphone a été vu pour la dernière fois, fait appeler votre téléphone par toutes les antennes de ce groupe, puis fait passer l'appel par l'antenne à laquelle votre téléphone répond. Aujourd'hui, votre voix traverse l'air en petits paquets sur la 4G et la 5G, et les anciens réseaux 2G et 3G ferment.
Violet : l'appel et les éléments qu'il utiliseLégende
- Violet : l'appel et les éléments qu'il utilise
- Pointillés : la liaison radio à travers l'air
- Une case : la zone que couvre une antenne
Votre mobile est allumé · le registre l'a vu en dernier dans la zone B
Appuyez sur un bouton, ou cliquez sur votre téléphone pour qu'on vous appelle.Appuyez sur un bouton, ou touchez votre téléphone pour qu'on vous appelle.
Les étapes sont les mêmes. Votre téléphone a changé, et la façon dont votre voix traverse l'air aussi.
Anatomie d'un appel vers un mobile : la maison de l'appelant, le central et le registre de l'opérateur mobile, et une ville en plateau de cases, une case par antenne. La case A appartient à la zone A, les cases B1 et B2 à la zone B. Le sélecteur montre le même réseau dans les années 1990. Le dessin n'est pas à l'échelle.
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Suivez un appel
Appuyez sur Lancer l'appel pour le regarder, ou faites défiler la page : le dessin vous suit, une étape à la fois. Sous le dessin, Essayer vous laisse passer votre propre appel.Appuyez sur Lancer l'appel pour le regarder, ou sur Suivant pour avancer d'une étape. Sous le dessin, Essayer vous laisse passer votre propre appel.
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Étape 1 sur 5
Quelqu'un compose votre numéro de mobile
Chez lui, un ami décroche son téléphone fixe et compose votre numéro de mobile. Grâce au numéro, son opérateur sait chez quel opérateur mobile vous êtes, et il lui passe l'appel. L'appel arrive au central de votre opérateur, l'ordinateur qui relie ses appels. Rien dans votre numéro ne dit où vous vous trouvez.
Pourquoi l'appel passe-t-il d'abord par votre opérateur, et pas par une antenne près de vous ?
Parce que seul votre opérateur sait où est votre téléphone. La norme qui décrit un appel vers un mobile donne le nom de passerelle au central qui le reçoit en premier. Sa première tâche consiste à demander au registre de votre opérateur un moyen de vous joindre.
Le registre demande un numéro temporaire, le numéro d'itinérance, à la partie du réseau qui dessert votre zone, et le transmet à la passerelle. Celle-ci s'en sert pour faire suivre l'appel jusqu'au central proche de vous.
Sources: ETSI TS 123 018: basic call handling in mobile networks (2022)
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Étape 2 sur 5
Le registre sait dans quelle zone vous êtes
Le central interroge le registre, une base de données qui tient une fiche pour chaque téléphone que l'opérateur dessert. Votre fiche ne nomme pas l'antenne près de vous. Elle nomme la zone de localisation où votre téléphone a été vu pour la dernière fois, un groupe de cellules voisines. Sur le dessin, c'est la zone B, deux cases du plateau.
Comment le registre sait-il où est votre téléphone ?
C'est votre téléphone qui le lui dit. Chaque antenne appartient à une zone, et quand votre téléphone entre dans une nouvelle zone, il envoie au réseau un court message pour le signaler. La norme appelle cela une mise à jour de localisation, et le registre de votre téléphone, l'enregistreur de localisation nominal.
Dans une même zone, votre téléphone reste silencieux, quel que soit le nombre d'antennes qu'il croise. Il se signale aussi à intervalles fixes quand il ne bouge pas. Le réseau peut ainsi distinguer un téléphone encore allumé d'un téléphone devenu muet.
Sources: ETSI TS 123 012: location management in mobile networks (2022)
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Étape 3 sur 5
Toutes les antennes de la zone appellent votre téléphone
Le registre dit zone B, sans préciser l'antenne. Le central demande donc à chaque antenne de la zone B d'appeler votre téléphone, et les deux envoient un court message radio qui porte l'identité de votre téléphone. Les ingénieurs appellent cela le paging, la recherche du mobile. L'antenne de la case A reste muette, car votre téléphone n'est pas dans sa zone.
Pourquoi ne pas suivre le téléphone antenne par antenne ?
Votre téléphone devrait alors se signaler chaque fois qu'il passe d'une cellule à la suivante. Chaque signalement coûte de la batterie et du temps radio, sur chaque téléphone qui se déplace.
Les zones sont un compromis. Votre téléphone ne se signale qu'en entrant dans une nouvelle zone, et en échange le réseau l'appelle dans toutes les cellules de cette zone quand un appel arrive. La 4G et la 5G fonctionnent de la même façon, avec des zones de suivi. Le réseau appelle votre téléphone dans toutes les cellules des zones de suivi où il est enregistré.
Sources: ETSI TS 123 012: location management in mobile networks (2022); ETSI TS 123 401: the 4G network and its paging (2023)
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Étape 4 sur 5
Votre téléphone répond à l'antenne la plus proche, et sonne
Votre téléphone reconnaît son identité et répond par l'antenne qu'il capte le mieux, ici celle de votre propre case. Le réseau connaît maintenant votre cellule. Il fait passer l'appel de votre ami par cette antenne, et votre téléphone sonne. Vous décrochez. Votre voix traverse l'air jusqu'à l'antenne, puis repart par câble, à travers le central, jusqu'au téléphone fixe de votre ami. Dans les années 1990, votre téléphone envoyait votre voix dans un créneau sur huit d'un canal radio. Aujourd'hui, il l'envoie en petits paquets, comme un appel par Internet.
Voir l'intérieur La liaison radio
- 1Voix en paquets
- 2La voix qui revient
- 3La liaison radio
50 paquets par seconde portent votre voix dans chaque sens, avec 20 ms de son dans chacun.
- 1Votre créneau
- 2Sept autres appels
- 3Une trame, 4,6 ms
- 4Le canal radio
8 appels se partagent un canal radio GSM large de 200 kHz, chacun dans son propre créneau.
À quelle distance de l'antenne votre téléphone peut-il se trouver ?
En GSM, la norme 2G, environ 35 km. Votre téléphone parle par courtes salves, chacune dans son propre créneau, et la première salve qu'il envoie est entourée d'une marge de temps. La norme dimensionne cette marge pour un téléphone situé jusqu'à 35 km de l'antenne.
En ville, les antennes sont bien plus proches. Chaque antenne ne peut porter qu'un nombre limité d'appels à la fois. Un quartier très fréquenté reçoit donc des cellules plus petites, chacune avec son antenne, et les mêmes canaux radio reviennent quelques cellules plus loin. Les ingénieurs des Bell Labs ont appelé ces deux idées la division des cellules et la réutilisation des fréquences.
Sources: ETSI TS 145 001: the GSM radio path (2022); Bell System Technical Journal: the cellular concept (1979)
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Étape 5 sur 5
Vous marchez, et l'appel passe à l'antenne suivante
Pendant que vous parlez, votre téléphone mesure sans arrêt la qualité de réception de sa propre antenne et des antennes voisines, et envoie ces chiffres au réseau. Quand vous arrivez sur la case suivante, l'antenne sur le toit de l'immeuble devient la plus forte. Le réseau prépare l'appel par cette antenne et dit à votre téléphone de basculer. L'appel continue. Les ingénieurs appellent cela un transfert intercellulaire, ou handover.
Qui décide de changer d'antenne, votre téléphone ou le réseau ?
Le réseau. Votre téléphone mesure, et il transmet ses mesures en permanence. En GSM, le contrôleur de stations de base et le central choisissent le nouveau canal, d'après les mesures que le téléphone fait sur sa propre antenne et sur les antennes voisines.
Voir l'intérieur : la liaison radio dans les années 1990 et aujourd'hui
La façon dont un appel vous trouve n'a pas changé : le registre, l'appel lancé dans votre zone, l'antenne la plus proche. Ce qui a changé, c'est votre téléphone et la façon dont votre voix traverse l'air.
L'air entre votre téléphone et l'antenne, déroulé comme une piste. Dans les années 1990, votre appel avait son propre créneau. Aujourd'hui, il envoie des paquets. Pointez un élément, ou touchez-le, pour voir à quoi il sert.
Années 1990, 2G
Aujourd'hui, 4G et 5G
La liaison radio
- 1Votre créneau
- 2Sept autres appels
- 3Une trame, 4,6 ms
- 4Le canal radio
8 appels se partagent un canal radio GSM large de 200 kHz, chacun dans son propre créneau.
La liaison radio
- 1Voix en paquets
- 2La voix qui revient
- 3La liaison radio
50 paquets par seconde portent votre voix dans chaque sens, avec 20 ms de son dans chacun.
Comment votre voix traverse l'airETSI TS 145 001; GSMA IR.92
1 créneau sur 8
Une salve de 0,577 ms toutes les 4,6 ms, sur un canal large de 200 kHz
Des paquets
La voix sur 4G, appelée VoLTE, transmet votre parole en paquets Internet
Combien de fois votre voix est mesuréeETSI TS 146 010; ETSI TS 126 171; GSMA IR.92
8 000 fois par seconde
Le codeur de parole plein débit du GSM : 13 000 bits par seconde
16 000 fois par seconde
Le codeur de parole large bande que tout téléphone doit prendre en charge pour les appels en 4G
Où le réseau appelle votre téléphoneETSI TS 123 018; ETSI TS 123 401
Zone de localisation
Toutes les cellules de la zone que votre téléphone a signalée en dernier
Zone de suivi
Toutes les cellules des zones de suivi où votre téléphone est enregistré
Quand la 2G et la 3G ferment
Un téléphone qui ne sait utiliser que la 2G ou la 3G cesse de fonctionner quand son réseau ferme. Chaque pays, et souvent chaque opérateur, fixe sa propre date.
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2028
Les trois opérateurs mobiles belges arrêteront leurs réseaux 2G dans le courant de 2028 et de 2029. Leurs réseaux 3G ont fermé en 2025.
Belgian Institute for Postal Services and Telecommunications: 2G networks shutdown (2026)
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2030
Au Luxembourg, les derniers réseaux 2G devraient fonctionner jusque vers 2030. POST a fini de fermer son réseau 3G en octobre 2022.
Chambre des Députés: answer to parliamentary question 1899 on the 2G and 3G switch-off (2025)
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2033
Au Royaume-Uni, les opérateurs mobiles n'offriront plus aucun réseau 2G ni 3G après 2033, au plus tard.
GOV.UK: joint statement on the sunsetting of 2G and 3G networks (2021)
Comment on en est arrivé là
- 1946
Un téléphone dans la voiture
Le Bell System ouvre à Saint-Louis un service public de téléphone mobile pour les voitures, avec trois canaux radio pour toute la ville.
Bell System Technical Journal: Advanced Mobile Phone Service, introduction and background (1979)
- 1947
De petites cellules
D. H. Ring, des Bell Laboratories, décrit de petites cellules qui réutilisent les mêmes canaux radio, pour que beaucoup plus de gens puissent appeler en même temps. Ses travaux ne sont pas publiés.
Bell System Technical Journal: Advanced Mobile Phone Service, introduction and background (1979)
- 1968
Trouver le téléphone par sa zone
Kin-ichiro Araki, de l'opérateur téléphonique public japonais, présente de petites cellules avec un enregistrement de la localisation par grandes zones. Le réseau sait ainsi dans quelle zone se trouve chaque téléphone.
- 1979
Des cellules en hexagones
Les Bell Labs exposent le concept cellulaire dans son ensemble. Ils dessinent les cellules en hexagones, car un pavage hexagonal couvre une zone avec moins d'antennes qu'un pavage en carrés ou en triangles.
- 1991
Le premier appel GSM
L'ancien Premier ministre finlandais Harri Holkeri appelle la maire adjointe de Tampere sur le nouveau réseau GSM de Radiolinja. L'appel dure un peu plus de trois minutes.
- 2021
La 3G éteinte en 29 minutes
Fin juin, Deutsche Telekom éteint son réseau 3G en Allemagne, soit 22 000 antennes en 29 minutes, et réaffecte les fréquences à la 4G et à la 5G.
La place de Voxbi
Voxbi est un standard téléphonique cloud hébergé dans l'Union européenne. Quand quelqu'un appelle le numéro de votre bureau, votre mobile peut sonner aussi : par l'application Voxbi, en données mobiles ou en Wi-Fi, ou par une carte SIM Voxbi pour la convergence fixe-mobile sur le réseau mobile. Les appels que vous passez depuis votre mobile affichent votre numéro professionnel.
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