Normes 5G - 4G - 3G - 2G:

Les normes de communication sans fil telles que LTE (4G), GSM (2G et 3G), CDMA (2G et 3G), 5G et les bandes ISM constituent la base des réseaux de télécommunications modernes. Chacune de ces technologies a été conçue pour répondre à des besoins spécifiques en matière de débit, de latence, de capacité et de couverture.
La différence fondamentale entre ces technologies réside principalement dans la manière dont elles transmettent, reçoivent et traitent les informations radio.

LTE (4G – Long Term Evolution)

LTE (Long Term Evolution), est une norme de communication 4G conçue pour offrir des performances nettement supérieures à celles des réseaux 3G traditionnels. Elle a été développée afin de répondre à la croissance exponentielle des usages mobiles, notamment la vidéo en streaming, les applications cloud et les communications multimédias.

La technologie LTE permet une communication entièrement basée sur IP, incluant la voix (VoLTE), les données et les services multimédias. Les débits théoriques peuvent atteindre 100 Mbit/s à 1 Gbit/s, selon la catégorie LTE et les conditions réseau.

LTE utilise des techniques avancées telles que :

• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) pour le lien descendant
• SC-FDMA pour le lien montant
• MIMO (Multiple Input Multiple Output) pour améliorer la capacité et la fiabilité

Un algorithme sophistiqué permet à LTE d’envoyer de grands volumes de données en paquets IP, ce qui optimise le trafic réseau, réduit la latence et améliore l’expérience utilisateur, notamment pour la vidéo haute définition et les jeux en ligne.

GSM (2G et 3G)

GSM signifie Global System for Mobile Communications. Il s’agit de l’une des normes cellulaires numériques les plus répandues dans le monde, initialement développée pour les communications vocales, puis étendue aux données.

Les réseaux GSM fonctionnent généralement dans les bandes de fréquences 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz et 1900 MHz. Cette technologie utilise une méthode appelée AMRT (Accès Multiple par Répartition dans le Temps – TDMA), qui permet à plusieurs utilisateurs de partager la même fréquence en se répartissant des créneaux temporels.

Dans un système GSM :

• Les données sont converties en signaux numériques
• Elles sont transmises via deux canaux horodatés distincts
• Les débits typiques varient entre 64 kbps et 120 kbps

Bien que limitée en vitesse, la technologie GSM est reconnue pour sa fiabilité, sa large couverture et sa compatibilité mondiale, ce qui explique son utilisation persistante dans certaines applications M2M et IoT à faible débit.

CDMA (2G et 3G)

CDMA (Code Division Multiple Access) est une autre technologie de communication cellulaire utilisée principalement dans certains réseaux 2G et 3G, notamment en Amérique du Nord et en Asie.

Contrairement au GSM, qui divise le canal par le temps, le CDMA permet à plusieurs transmissions simultanées sur le même canal. Chaque signal est encodé avec un code unique associé à l’émetteur et au récepteur.

Les principaux avantages du CDMA incluent :

• Une meilleure efficacité spectrale
• Une résistance accrue aux interférences
• Une gestion plus fluide du passage entre cellules (handover)

Cette approche dite à spectre étalé améliore la capacité globale du réseau, mais nécessite des algorithmes complexes de synchronisation et de décodage.

Bandes ISM (Industrielles, Scientifiques et Médicales)

Les bandes ISM (Industrial, Scientific and Medical) sont des bandes de fréquences radio réservées à des usages non télécoms à l’origine, tels que les équipements médicaux, industriels ou scientifiques.

Ces bandes incluent notamment :

• 433 MHz
• 868 MHz (Europe)
• 915 MHz (Amériques)
• 2,4 GHz
• 5,8 GHz

Bien qu’elles n’aient pas été conçues pour les télécommunications, les bandes ISM sont aujourd’hui largement utilisées par des technologies telles que :

• Wi-Fi
• Bluetooth
• Zigbee
• LoRa
• RFID

Leur principal avantage est qu’elles sont libres de licence, mais elles peuvent être sujettes à des interférences, en raison du grand nombre d’appareils qui les exploitent.

Technologie cellulaire 5G

La 5G, ou cinquième génération de réseaux sans fil, marque une rupture technologique majeure. Elle promet des vitesses de transfert de données comparables, voire supérieures, à celles de la fibre optique, tout en offrant une latence extrêmement faible.

La 5G améliore significativement :

• La bande passante
• La capacité du réseau
• La fiabilité
• La densité de connexion (jusqu’à 1 million d’appareils/km²)

Les réseaux 5G ont commencé à être déployés à partir de 2018 et utilisent à la fois des bandes de fréquences existantes (4G) et de nouvelles bandes spécifiquement allouées à la 5G.

Bandes de fréquences 5G vs 4G LTE

La 5G repose sur trois grandes catégories de bandes de fréquences :

1. Ondes millimétriques (mmWave)

Les bandes 26, 28, 38 et 60 GHz offrent des vitesses pouvant atteindre 20 Gbit/s. Elles utilisent des antennes MIMO massives (64 à 256 éléments), offrant des performances jusqu’à 10 fois supérieures à la 4G.

Limite principale : portée plus courte et pénétration réduite dans les bâtiments.

2. Bandes moyennes

Généralement situées entre 3,5 et 4,2 GHz, elles représentent le meilleur compromis entre débit, portée et capacité.

3. Bandes basses

Entre 600 MHz et 1 GHz, idéales pour la couverture étendue et les zones rurales.

Répartition mondiale des bandes 5G

• États-Unis : 3100–3550 MHz, 3700–4200 MHz
• Chine : 3300–3600 MHz, 4400–4500 MHz, 4800–4990 MHz
• Japon : 3600–4200 MHz, 4400–4900 MHz
• Corée : 3400–3700 MHz
• Europe : 3400–3800 MHz

L’Amérique du Nord a également lancé des déploiements précommerciaux sur les bandes mmWave très élevées de 27,5 à 28,35 GHz et 37 à 40 GHz.

Conclusion

De GSM à la 5G, l’évolution des normes cellulaires reflète l’augmentation constante des besoins en connectivité, en débit et en fiabilité. Comprendre les différences entre ces technologies est essentiel pour choisir les bonnes antennes, les bons modules radio et les bonnes architectures réseau, notamment dans les domaines de l’IoT, des télécommunications industrielles et des réseaux privés.