Le soleil se couche sur les réseaux 3G. Crédit : Ted/Flickr, CC BY-NC
Le 22 février 2022, AT&T a commencé à éteindre son réseau cellulaire 3G. T-Mobile devrait l’éteindre le 1er juillet 2022, et Verizon devrait faire de même le 31 décembre 2022.
La grande majorité des téléphones cellulaires en service fonctionnent sur des réseaux 4G/LTE, et le monde a entamé la transition vers la 5G, mais… pas moins de 10 millions de téléphones aux États-Unis dépendent encore du service 3G. En outre, les fonctions de réseau cellulaire de certains appareils plus anciens comme les Kindles, les iPads et les Chromebooks sont liées aux réseaux 3G. De même, certains systèmes plus anciens connectés à l’internet, tels que les systèmes de sécurité domestique, de navigation automobile, de divertissement et les modems de panneaux solaires, sont spécifiques à la 3G. Les consommateurs devront mettre à niveau ou remplacer ces systèmes.
Alors pourquoi les opérateurs de télécommunications désactivent-ils leurs réseaux 3G ? En tant qu’ingénieur électricien qui étudie les communications sans filje peux vous expliquer. La réponse commence par la différence entre la 3G et les technologies ultérieures telles que la 4G/LTE et la 5G.
Imaginez un voyage en famille. Votre conjoint est au téléphone en train d’organiser les activités à faire à destination, votre fille adolescente écoute de la musique en continu et discute avec ses amis sur son téléphone, et son petit frère ou sa petite sœur joue à un jeu en ligne avec ses amis. Toutes ces conversations et flux de données distincts sont communiqués sur le réseau cellulaire, apparemment simultanément. Vous considérez probablement cela comme acquis, mais vous êtes-vous déjà demandé comment le système cellulaire peut gérer toutes ces activités en même temps, depuis la même voiture ?
Comment cela fonctionne-t-il lorsque tout le monde dans votre voiture utilise le service cellulaire voix et données en même temps, tout comme la plupart des personnes dans les voitures autour de vous ?
Communiquer tous ces messages
La réponse est une astuce technologique appelée accès multiple. Imaginez que vous utilisez une feuille de papier pour écrire des messages à 100 amis différents, un message privé pour chaque personne. La technologie d’accès multiple utilisée dans les réseaux 3G revient à écrire chaque message à chacun de vos amis en utilisant toute la feuille de papier, de sorte que tous les messages sont écrits les uns sur les autres. Mais vous avez un jeu spécial de stylos de différentes couleurs qui vous permet d’écrire chaque message dans une couleur unique, et chacun de vos amis a une paire de lunettes spéciale qui ne révèle que la couleur destinée à cette personne.
Cependant, le nombre de stylos de couleur est fixe, donc si vous voulez envoyer des messages à plus de personnes que le nombre de stylos de couleur dont vous disposez, vous devrez commencer à mélanger les couleurs. Maintenant, lorsqu’un ami applique ses lentilles spéciales, il verra un peu des messages destinés à d’autres amis. Il n’en verra pas assez pour lire les autres messages, mais le chevauchement peut être suffisant pour brouiller le message qui lui est destiné, le rendant plus difficile à lire.
La technologie d’accès multiple utilisée par les réseaux 3G est appelée accès multiple par répartition en code, ou AMRC. Elle a été inventée par le fondateur de Qualcomm Irwin M. Jacobs avec plusieurs autres ingénieurs électriciens de renom. La technique est basée sur le concept d’étalement du spectre, une idée qui peut être utilisée dans le cadre d’un projet de recherche. remonter au début du 20e siècle. Jacobs’ 1991 article a montré que le CDMA peut multiplier la capacité cellulaire par rapport aux systèmes de l’époque.
L’AMRC permet à tous les utilisateurs cellulaires d’envoyer et de recevoir leurs signaux à tout moment et sur toutes les fréquences. Ainsi, si 100 utilisateurs souhaitent lancer un appel ou utiliser un service cellulaire à peu près au même moment, leurs 100 signaux se chevaucheront sur l’ensemble du spectre cellulaire pendant toute la durée de leur communication.
Les signaux qui se chevauchent créent des interférences. L’AMRC résout le problème des interférences en permettant à chaque utilisateur d’avoir une signature unique : une séquence de codes qui peut être utilisée pour récupérer le signal de chaque utilisateur. Le code correspond à la couleur dans notre analogie papier. S’il y a trop d’utilisateurs sur le système en même temps, les codes peuvent se chevaucher. Cela entraîne des interférences, qui s’aggravent à mesure que le nombre d’utilisateurs augmente.
Tranches de temps et de spectre
Au lieu de permettre aux utilisateurs de partager l’ensemble du spectre cellulaire à tout moment, d’autres techniques d’accès multiple divisent l’accès en fonction du temps ou de la fréquence. La division dans le temps crée des tranches de temps. Chaque connexion peut durer pendant plusieurs tranches de temps réparties dans le temps, mais chaque tranche de temps est si courte – quelques millisecondes – que l’utilisateur du téléphone cellulaire ne perçoit pas la durée de la connexion.des interruptions dans des créneaux horaires alternés. La connexion semble être continue. Cette technique de découpage temporel est l’accès multiple par répartition dans le temps (AMRT).
La division peut également se faire en fréquence. Chaque connexion se voit attribuer sa propre bande de fréquence dans le spectre cellulaire et la connexion est continue pendant toute sa durée. Cette technique de découpage en fréquence est l’accès multiple par répartition en fréquence (AMRF).
Dans notre analogie avec le papier, FDMA et TDMA reviennent à diviser le papier en 100 bandes dans chaque dimension et à écrire chaque message privé sur une bande. Le FDMA serait, par exemple, des bandes horizontales, et le TDMA des bandes verticales. Avec des bandes individuelles, tous les messages sont séparés.
Les réseaux 4G/LTE et 5G utilisent l’accès multiple par répartition en fréquence orthogonale (OFDMA), une combinaison très efficace de FDMA et TDMA. Dans l’analogie du papier, l’OFDMA revient à dessiner des bandes dans les deux dimensions, à diviser le papier entier en de nombreux carrés et à attribuer à chaque utilisateur un ensemble différent de carrés en fonction de ses besoins en données.
Différentes techniques de partage de l’accès aux ressources des réseaux sans fil. Entropy 2019, 21(3), 273, CC BY-SA
La fin de la ligne pour la 3G
Vous avez maintenant une compréhension de base de la différence entre la 3G, la 4G/LTE et la 5G. Vous pouvez encore raisonnablement vous demander pourquoi la 3G doit être arrêtée. Il s’avère qu’en raison de ces différences dans la technologie d’accès, les deux réseaux sont construits avec des équipements et des algorithmes complètement différents.
Les combinés et les stations de base 3G fonctionnent sur un système à large bande, ce qui signifie qu’ils utilisent l’ensemble du spectre cellulaire. La 4G/LTE et la 5G fonctionnent sur des systèmes à bande étroite ou à porteuses multiples, qui utilisent des tranches du spectre. Ces deux systèmes nécessitent des ensembles de matériel complètement différents, de l’antenne sur la tour cellulaire jusqu’aux composants de votre téléphone.
Ainsi, si votre téléphone est un téléphone 3G, il ne peut pas se connecter à une tour 4G/LTE ou 5G. Pendant longtemps, les fournisseurs de services cellulaires ont maintenu leurs réseaux 3G tout en construisant un réseau complètement séparé avec de nouveaux équipements de tour et en desservant les nouveaux combinés utilisant la 4G/LTE et la 5G. Imaginez supporter le coût de l’exploitation de deux réseaux distincts en même temps pour le même objectif. Un jour ou l’autre, l’un d’eux doit disparaître. Et maintenant, alors que les opérateurs commencent à déployer les systèmes 5G pour de bon, ce temps est venu pour la 3G.
Écrit par Mai Vu, professeur associé d’ingénierie électrique et informatique, Université de Tufts.
