Réseaux cellulaires (2G/3G/4G/5G)

Les réseaux mobiles sont aujourd’hui le premier accès aux télécommunications au Niger et en Afrique de l’Ouest : voix, SMS, Internet mobile et Mobile Money reposent sur les réseaux 2G, 3G et 4G des opérateurs (Airtel, Moov Africa, Zamani Telecom, Niger Telecoms), sous le contrôle de l’ARCEP. Ce cours explique comment ces réseaux sont construits et comment ils ont évolué. Il présente d’abord le principe cellulaire (réutilisation des fréquences, interférences, trafic), puis les architectures successives normalisées par l’ETSI puis le 3GPP : GSM/GPRS (2G), UMTS/HSPA (3G), LTE/EPC (4G) et NR/5GC (5G). La dernière leçon traite du déploiement réel : bilan de liaison et rayon de cellule, dimensionnement, alimentation solaire des sites, transmission (faisceaux hertziens, fibre, VSAT), et enjeux économiques, réglementaires et techniques de la 5G en Afrique.

Objectifs d’apprentissage

• Expliquer le principe cellulaire : motif de réutilisation, rapport C/I, handover, trafic en Erlang.
• Décrire l’architecture et les interfaces des réseaux 2G et 3G et dimensionner une cellule avec la loi d’Erlang B.
• Décrire l’architecture tout-IP de la 4G (eNodeB, EPC) et celle de la 5G (gNB, cœur 5GC orienté services, tranches de réseau).
• Calculer un débit crête LTE et un rayon de cellule à l’aide d’un bilan de liaison et du modèle d’Okumura-Hata.
• Analyser les enjeux du déploiement de la 5G en Afrique et au Niger (spectre, énergie, transmission, coûts, usages).

Prérequis

Principes des télécommunications : modulation, multiplexage, décibels, notions de propagation radio.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Principe cellulaire et évolution des générations mobiles
2. Leçon 2 — Architecture 2G (GSM/GPRS) et 3G (UMTS) et dimensionnement du trafic
3. Leçon 3 — Architecture 4G LTE et 5G NR
4. Leçon 4 — Déploiement des réseaux cellulaires et enjeux de la 5G en Afrique

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de CM, 10 h de TD, 10 h de TP et 20 h de TPE, pour 3 crédits. Évaluation : contrôle continu (quiz, TD notés, compte rendu de TP de mesures radio, exposé sur la 5G en Afrique) et examen terminal écrit.

Bibliographie

• X. Lagrange, P. Godlewski, S. Tabbane, Réseaux GSM, Hermès Lavoisier.
• H. Holma, A. Toskala, LTE for UMTS: Evolution to LTE-Advanced, Wiley.
• E. Dahlman, S. Parkvall, J. Sköld, 5G NR: The Next Generation Wireless Access Technology, Academic Press.
• Y. Bouguen, É. Hardouin, F.-X. Wolff, LTE et les réseaux 4G, Eyrolles.
• Spécifications 3GPP (TS 23.401 pour l’EPC, TS 23.501 pour le système 5G).