brève histoire du téléphone mobile

© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 1

Brève histoire du téléphone mobile

Présentation réalisée par l’AHTI pour le compte du Service Mécénat d’IBM France


Les hommes ont toujours communiqué à distance

MP3tropical

télégraphetropical

Mailmarin

Télégrapheindien



On a gagné!!

Athènes Marathon

490 avant J C

4 heures


Pendant les croisades (11eme et 12eme siècle), les Turcs et les Arabes maîtrisaient déjà l'élevage des pigeons pour transmettre des messages ce qui leur rendait bien des services aux dépens des Croisés.




Jusqu’à la fin du 18 eme siècle, la poste a été le seul moyen organisé pour la communication à distance entre les hommes



Le Télégraphe optique de Chappea été inventé pendant la Révolution française. La ligne Paris Lille fut créée en 1794. Il suffisait d’une heure au lieu d’un jour pour envoyer un message


Le télégraphe électrique: première application de l’électricité pour la transmission d’informations

1837 : L'Américain Samuel Morse invente un télégraphe électrique simple: des piles, un interrupteur, un électro-aimant et des fils suffisent.

Code binaire Morse


1 seconde

Les fréquencesUne fréquence mesure le nombre de vibrations par seconde. S’applique au son , à l’électricité (courant alternatif), aux ondes radio, etc. S’exprime en cycles/seconde ou en Hertz (Hz)

3 Hz.....

15 Hz

Amplitude d’énergie


20 Hz 20 000 Hz

55 Hz 7 000 Hz

300 Hz 3 400 Hz

Les fréquences sonores


Les fréquences radioélectriques Exemples de fréquences

Courant EDF: 50 Hz Radio AM: 200 KHz Radio FM: 87.5 MHz-108 MHz Télévision: 110 MHz GSM: 900 MHz; 1800 MHz WiFi: 2.5 GHz Micro-ondes 2.5 GHz

K= 1000 KiloM= 1000 000 Méga G= 1000 000 000 Giga


Le problème de la transmission du son à distance

Le son dans l’air ne se propage pas très loin et pas très vite

Ici un soldat avec des « grandes oreilles » pour mieux recevoir le son afin de détecter des avions (avant le RADAR, dans les années 1930)


La transmission mécanique ne permet pas non plus une bonne transmission du son à distance

?

Le problème de la transmission du son à distance

?


SON SON

Courant électrique

MicroHaut Parleur

Le 10 mars 1876 Graham Bell réussit à transmettre par fil électrique une première phrase devenue célèbre :" Monsieur Watson , veuillez venir dans mon bureau , je vous prie“.

C’était l’invention du téléphone.

L’électricité a révolutionné les communications: le téléphone


La transmission a fait des progrès continus:

On a développé des moyens de transmission de plus en plus puissants (c.a.d en nombre de circuits téléphoniques simultanés et en distance):

Câbles métalliques symétriques Câbles métalliques coaxiaux Faisceaux hertziens Satellites Fibre optique


Le réseau téléphonique a rapidement dû être organisé

?


On a donc introduit très tôt des points d’aiguillage (les commutateurs téléphoniques) et un annuaire des abonnés.


Les commutateurs téléphoniques ont été automatisés à partir de 1920

1920: premiers commutateurs

électromécaniques

1975: premiers

Commutateurs électroniques

Les demoisellesdu téléphone


X

1888: Hertz (*) a fait la preuve expérimentale des ondes RADIO

La naissance de la radio (Télégraphie Sans Fil)

(*) on parle d’ondes hertziennes et de fréquences en Hertz


1912: Le naufrage du Titanic: premier

usage célèbre de la TSF

S O Stititi tatata

tititi

La naissance de la Télégraphie Sans Fil


Le son transporté par radio

Son

Onde radio

+Le son est transporté

par l’onde radio

Il faut « moduler » l’onde radio pour transporter le son. La restitution du son se fait par « démodulation ». Ces opérations complexes sont à la base de la radio.


La naissance de la radiodiffusion

1922: première émission de radio à Paris

Les triodes étaient les Composants critiques


Pourquoi utiliser la radio pour le téléphone ?Les avantages du sans fil:

Permet la mobilité Est économique : pas besoin de

câble reliant chaque utilisateurLes problèmes par rapport au

téléphone fixe: Il faut des fréquences radio Il faut se protéger contre les

brouillages des ondes radio Les récepteurs sont compliqués Besoin d’énergie électrique


La télégraphie sans fil en avion !!

Pendant la guerre de 1914-1918 on utilisait encore des pigeons voyageurs pour envoyer des messages depuis les avions!!


Les débuts du radio téléphone

Le radio téléphone a débuté sur les avions , navires et autres véhicules militaires: il n’a été opérationnel sur les avions qu’à partir de la guerre 39-45

Puis on a commencé à l’utiliser dans le civil avec des systèmes spécialisés;


Les débuts du radio-téléphone civil


Les débuts du radiotéléphone

Un des premiers radiotéléphones militaires portables (radiotéléphone de campagne)


Les premiers téléphones mobiles commerciaux en France

En France, le premier service commercial significatif de radiotéléphone fut lancé en 1984: RADIOCOM 2000. Juste avant le GSM, vers 1992, il n’y avait que 200 000 abonnés en France: le téléphone mobile était pour les professionnels.

10 Kg

3000 €


Un essai : le BIBOPEn 1991, France Télécom a lancé un service limité de téléphonie sans fil de poche. Il fallait s’arrêter près d’une borne marquée du signe BIBOP et s’identifier. Il a été abandonné rapidement au profit du GSM.


Le lancement du GSM

En 1982 les opérateurs européens de télécom se sont mis d’accord sur:1. La réservation de la même plage

de fréquences radio dans tous les pays pour la téléphonie mobile.

2. L’étude d’un nouveau système mobile appelé GSM (Global System for Mobile communications).

Le GSM a démarré en Europe au début des années 1990


Les principes du GSM


Le GSM est très innovant

Il utilise le principe de la téléphonie cellulaire;

La voix est numérisée dès le poste téléphonique;

Il faut beaucoup d’intelligence (grâce à l’informatique) pour gérer la mobilité;


La gestion des fréquences radio

Il faut des arbitres internationaux


Les fréquences radio

GSM

Une ressource naturelle très disputée!


La gestion des fréquences

Dans les premiers systèmes de radiotéléphonie (radio maritime, CiBi) un principe simple était appliqué: les échanges se partageaient le même canal (bande de fréquences): il fallait parler chacun son tour!


La gestion des fréquencesAvec un seul émetteur, la plage des fréquences réservées pour le GSM permet d’écouler au plus de l’ordre de 1000 communications simultanées.

On a donc cherché à multiplier le nombre d’émetteurs, avec un nouveau problème: comment éviter le brouillage entre émetteurs? C’est pourquoi on a inventé le téléphone cellulaire (Bell Labs vers 1947)


Le téléphone cellulaireOn divise le territoire en cellules, chacune desservie par un émetteur.

Deux cellules voisines doivent utiliser des fréquences différentes (représentés ici par des couleurs)


Le téléphone cellulaireProblèmes:

• Il faut savoir où sont tous les mobiles par la gestion de la mobilité

• Il faut que la communication ne soit pas interrompue quand on passe d’une cellule à l’autre (piéton, voiture, train).


Le téléphone cellulaireOn a introduit le mécanisme de "hand over“ permettant de changer de cellule sans couper les communications

Ne coupez

pas


Le prix des portablesUn portable est un appareil très complexe, en fait un véritable ordinateur de poche.

Principales fonctions d’un portable Numérotation d’un appel Identification et gestion de la carte

SIM (Subscriber Identity Module), facteur de sécurité

Microphone / haut-parleur Numérisation (codage/décodage) Gestion des SMS Gestion de l’annuaire local Internet

Et il faut une bonne batterie


Le prix des portables

1993 Ces terminaux complexes sont devenus économiques grâce aux progrès technologiques.

Entre 1970 et 2000, la puissance des composants a été multipliée par 100 000 (loi de MOORE)

2006

Poid

s, prix


La numérisation

De plus en plus, on numérise l’information, et pas seulement celle qui est échangée sur Internet.

Exemples: Musique: CD, MP3 Télévision: la TNT Photographie : JPEG Bientôt la radio Téléphonie: GSM, voix/Internet Etc...


La numérisation

La numérisation a de nombreux avantages. Elle permet:

Une bonne protection contre les parasites (le bruit)

La compression (on ne transmet que l’information utile, on élimine les répétitions) ce qui permet des économies de fréquences, (TNT, GSM) ou de mémoire (MP3)

Des appareils à bas prix (grâce aux composants numériques en grande série)


La numérisation

Salut

SON SON

Courant électrique analogique

MicroHaut Parleur

Dans le téléphone classique, un courant électrique reproduit les vibrations du son. Pour que la voix soit compréhensible on transmet les fréquences entre 300 Hz et 3400 Hz

Hz: Hertz ou cycle par seconde


La numérisation

T’es où?

SON SON

Canal numérique

Micro

COD 0101101101 DEC

Haut Parleur

Dans le téléphone numérique le courant électrique de la voix est codé en chiffres binaires (0 et 1): c’est sous cette forme que la voix est échangée entre les deux appareils avec un CODEUR et un DECODEUR.


La numérisationCourant électrique

mesure de l’énergie du courant 8000 fois par seconde (Echantillonnage)

Codage binaire

Ce procédé de numérisation de la parole est utilisé depuis les années 1970 dans le cœur du réseau téléphonique fixe avec un débit de 64 000 b/s par communication téléphonique.


La numérisation

Dans le "vieux" réseau fixe: le local est analogique

Dans le GSM la communication est tout numérique

Numérique


La numérisation

La compression dans le GSM permet de réduire le débit à 13 000 b/s par communication téléphonique.

Le mécanisme de compression de la voix pour le GSM a été mis au point dans les années 80 dans les labos d’IBM la Gaude.

64 000 b/s 13 000 b/sCOMPRESSION

débit divisé par 5


La gestion de la mobilité n’est possible qu’avec des ordinateurs puissants (le réseau sait à tout instant localiser tous les mobiles allumés!)

Pour comprendre le fonctionnement du réseau nous allons suivre ce qui se passe quand Mr ZAVATTA qui a pris l’avion pour Montpellier appelle Mr ZIGOTO qui est resté à Paris.

L’intelligence dans le réseau


L’intelligence dans le réseauINFORMATIQUE

CENTRALE

C001

C002

C1000

C1001

CXXX Numéro de cellule

(environ 5000 cellules en France

Commutateurs

Les principaux composants d’un réseau GSM



Zigoto06 87 65 43 21

AnnuaireLocalisationConsommation

INFORMATIQUECENTRALE

C001

C002

C1000

C1001

CXXX

N° de Cellule

NOM N° GSM N° DE STATION CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….RIGOLO 06 12 34 56 78 éteint 10 €……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001 45 €……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….


NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 éteint……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….


Données Permanentes

Données mises à jour

en temps réel

La base de données centrale, cœur du fonctionnement du réseau


Zavatta06 12 34 56 78


Zigoto06 87 65 43 21



C001

C002

C1000

C1001

Zavatta arrive à Montpellier et allume son portable. L’ordinateur central est informé et mis à jour

Information sde service

(numérotation, SMS)


NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 éteint……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….




en temps réel


NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 C001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….




en temps réel


Zavatta06 12345678


Zigoto06 87 65 43 21



C001

C002

C1000

C1001

Zavatta appelle Zigoto

• Il numérote• ça sonne chez

Zigoto


Zavatta06 123 45678


Zigoto06 87 65 43 21



C00 1

C00 2

C1000

C1001

Zigoto répond et ils se parlent:

T’es où?

Le compteur de facturation de Zavatta est mis à jour

Voix


NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 C001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….




en temps réel


NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 C001 10 €……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….




en temps réel


Zavatta06 12345678

Le SMS: un bonus inattendu!

Zigoto06 87 65 43 21

C001

C002

C1000

C1001

Zavatta envoie un SMS à Zigoto

Centre de service de

SMS

1 SMS= 160 caractères de 7 eb ou 140 caractères de 8 eb sur le canal de signalisation


CONCLUSION


Quinze ans après

Le téléphone mobile d’aujourd'hui est le résultat de près de 150 ans de progrès scientifiques, techniques et industriels en télécommunications et informatique;

Il se développe partout dans le monde, pays riches et pauvres;


Évolutions en cours au-delà de la voix et du SMS

Internet mobile rapide (la 3G appelée aussi UMTS)

TV mobile (dérivée de la TNT) Services de localisation avec GPS Télépaiement Etc…

A vos imaginations!


Le mobile en France

Fin 200752 millions GSM


Nombre de GSM

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1995 2003 2006 2010

Mill

ions

ASIE

EUROPE WEST

AFRIQUE/ME

AMERIQUE NORD

Le mobile dans le monde

En 2010

~50% de la population mondiale disposera

d’un téléphone

mobile

3 milliards


ANNEXES


http://www.ahti.fr/

Présentation réalisée par l’AHTI pour le compte du service Mécénat d’IBM France

© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 67En partenariat avec :

Conçu par :

Cette présentation a été faite dans le cadre du programme MOBI3 pour le compte de la Direction du bénévolat d’IBM France.


Les 6 collèges du projet pilote MOBI3

78 - YvelinesCollège Magellan - 33 bis, avenue de Poissy 78570 Chanteloup les VignesCollège Ariane - Place des Frères

Voisins - 78280 GuyancourtCollège Albert Thierry - rue Albert

Thierry 78520 Limay

91 - EssonneCollège Galilée - 10, place des Fédérés

- BP 149 91005 Evry cedex

92 - Haut-de-SeineCollège Jean-Baptiste Clément - 58 rue du Président Kennedy 92700 Colombes

95 - Val d’OiseCollège Louis Aragon - 1, place Eugène Delacroix 95370 Montigny les Cormeilles

4

1

2

3

5

6


La naissance de la radio (Télégraphie Sans Fil) La découverte des ondes radio (ondes

électromagnétiques) a été faite à la fin du 19eme siècle:

1865: Maxwell : découverte théorique 1888: Hertz (*): preuve expérimentale

Démarrage de la radio: 1898: première liaison radio télégraphique 1922: émissions régulières de radio diffusion

depuis la Tour Eiffel(*) on parle d’ondes hertziennes et de fréquences en Hertz


Satellite Inmarsat

600 canaux simultanés par satellite

432 Kb/seconde


Capacité des cellules en GSM

8 IT par trametemporelle

fréquences= < 124 canaux

full duplex

1

122

123

124

1 2 8577µs

4,615ms (c.a.d. 216 trames/s)1 trame GSM

1voie de téléphone est portée par un débit de 13,8 kb/s

Jusqu’à 8 x 124 = 992 canaux logiques théoriques; 1/7 avec le plan de fréquencessoit ~ 140 canaux simultanés par cellule.


Entre 1970 et 2000, la puissance des composants a été multipliée par 100 000 (loi de MOORE)

Loi de Moore


La compression

SANS COMPRESSION

AVEC COMPRESSION

Voix GSM 4 64 13Musique MP3 16 320 128Télévision TNT 8 000 4 000 2 000

DEBIT NUMERIQUE (kb/s)LARGEUR DE BANDE DE

FREQUENCES Khz

Exemples de taux de compression

TNT: la TNT a été lancée en France en 2006. Elle permet 4 fois plus de chaînes que le TV analogique qui disparaitra en 2011. Les fréquences libérées par la TV analogique s’appellent le dividende numérique.

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