cellulaire

En génie électrique et en télécommunications, « cellulaire » décrit une architecture de réseau où une zone géographique est divisée en petites régions, chacune desservie par son propre émetteur-récepteur radio et sa station de base. Un appareil mobile se déplaçant à travers ces régions transfère sa connexion d'un émetteur-récepteur à un autre, maintenant le service sans interruption. Le terme vient du motif en nid d'abeille que ces zones de couverture forment sur une carte, ressemblant à des cellules biologiques.

L'approche cellulaire a résolu un problème fondamental de la radio mobile : la réutilisation du spectre. Les premiers systèmes mobiles utilisaient un seul émetteur puissant couvrant une ville entière, ce qui limitait sévèrement le nombre d'appels simultanés possibles. En divisant le territoire en cellules de 1 à 20 kilomètres de diamètre (selon le terrain et la conception du système), les mêmes fréquences radio peuvent être utilisées dans des cellules non adjacentes sans interférence. Cette multiplication de la capacité a été essentielle pour les réseaux de téléphonie mobile pratiques.

Le transfert intercellulaire (handoff) est le cœur technique du fonctionnement cellulaire. Lorsqu'un utilisateur se déplace, la force du signal de la station de base desservante diminue tandis que la force du signal d'une station adjacente s'améliore. Le réseau surveille ces mesures et transfère l'appel vers la nouvelle cellule avant que la connexion d'origine ne tombe. Les premiers systèmes analogiques nécessitaient un réglage minutieux pour éviter les appels interrompus ; les systèmes numériques modernes gèrent les transferts de manière plus fiable et peuvent se produire entre des cellules de différents opérateurs dans des scénarios d'itinérance.

Variantes et bandes de fréquences

Différentes générations cellulaires utilisent des allocations de fréquences et des technologies distinctes. Les systèmes de deuxième génération comme le GSM fonctionnaient autour de 900 MHz et 1800 MHz en Europe et en Asie. Les systèmes de troisième génération (3G) comme l'UMTS ont ajouté des bandes au-dessus de 2 GHz. Les systèmes LTE de quatrième génération occupent de 800 MHz à 2,6 GHz selon la région et l'opérateur. Les systèmes 5G de cinquième génération introduisent des bandes millimétriques autour de 28 GHz et 73 GHz, qui nécessitent des cellules beaucoup plus petites en raison d'une perte de propagation plus élevée.

La taille et la disposition des cellules dépendent de la densité de la demande et du terrain. Les zones urbaines utilisent de petites cellules (microcellules, picocellules) espacées de quelques centaines de mètres pour gérer la charge de trafic. Les zones rurales utilisent de plus grandes macrocellules de plusieurs kilomètres de diamètre là où le trafic est clairsemé. Les collines et les bâtiments créent des zones d'ombre nécessitant des cellules supplémentaires pour combler les lacunes. Les planificateurs de réseau utilisent des modèles de propagation basés sur la fréquence, la hauteur de l'antenne et le type de terrain pour prédire la couverture et concevoir les agencements de cellules en conséquence.

Les interférences et la capacité restent des défis majeurs. Même avec la réutilisation des fréquences, les interférences entre canaux adjacents peuvent dégrader la qualité du signal si les cellules sont trop proches. Les systèmes modernes utilisent une modulation avancée, une correction d'erreurs et une annulation d'interférences pour tolérer des schémas de réutilisation de fréquences plus serrés. La croissance du trafic de données a entraîné une densification, les opérateurs déployant des petites cellules, l'agrégation de porteuses et des techniques de duplex intégral pour extraire plus de capacité d'un spectre limité.