Brve histoire du tlphone mobile Prsentation ralise par
Brève histoire du téléphone mobile Présentation réalisée par l’AHTI pour le compte du Service Mécénat d’IBM France © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 1
Les hommes ont toujours communiqué à distance MP 3 tropical télégraphe tropical Mail marin Télégraphe indien © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 2
Les hommes ont toujours communiqué à distance On a gagné!! Athènes 490 avant J C Marathon 4 heures © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 3
Les hommes ont toujours communiqué à distance Pendant les croisades (11 eme et 12 eme 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. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 4
Les hommes ont toujours communiqué à distance Jusqu’à la fin du 18 eme siècle, la poste a été le seul moyen organisé pour la communication à distance entre les hommes © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 5
Les hommes ont toujours communiqué à distance Le Télégraphe optique de Chappe a 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 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 6
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 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 7
Les fréquences Une 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) Amplitude d’énergie 3 Hz. . . 15 Hz 1 seconde © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 8
Les fréquences sonores 20 Hz 20 000 Hz 55 Hz 300 Hz © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 7 000 Hz 3 400 Hz 9
Les fréquences radioélectriques n Exemples de fréquences n n n n Courant EDF: Radio AM: Radio FM: Télévision: GSM: Wi. Fi: Micro-ondes 50 Hz 200 KHz 87. 5 MHz-108 MHz 110 MHz 900 MHz; 1800 MHz 2. 5 GHz K= 1000 M= 1000 G= 1000 000 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Kilo Méga Giga 10
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) © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 11
Le problème de la transmission du son à distance ? ? La transmission mécanique ne permet pas non plus une bonne transmission du son à distance © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 12
L’électricité a révolutionné les communications: le téléphone 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. Haut Parleur Micro SON Courant électrique © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 13
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): n n n Câbles métalliques symétriques Câbles métalliques coaxiaux Faisceaux hertziens Satellites Fibre optique © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 14
Le réseau téléphonique a rapidement dû être organisé ? © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 15
On a donc introduit très tôt des points d’aiguillage (les commutateurs téléphoniques) et un annuaire des abonnés. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 16
Les commutateurs téléphoniques ont été automatisés à partir de 1920 Les demoiselles du téléphone 1920: premiers commutateurs électromécaniques © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 1975: premiers Commutateurs électroniques 17
La naissance de la radio (Télégraphie Sans Fil) X 1888: Hertz (*) a fait la preuve expérimentale des ondes RADIO (*) on parle d’ondes hertziennes et de fréquences en Hertz © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 18
La naissance de la Télégraphie Sans Fil tititi S O S tatata tititi 1912: Le naufrage du Titanic: premier usage célèbre de la TSF © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 19
Le son transporté par 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. Son + Le son est transporté par l’onde radio Onde radio © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 20
La naissance de la radiodiffusion 1922: première émission de radio à Paris © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Les triodes étaient les Composants critiques 21
Pourquoi utiliser la radio pour le téléphone ? n Les avantages du sans fil: n Permet la mobilité n Est économique : pas besoin de câble reliant chaque utilisateur n Les problèmes par rapport au téléphone fixe: n Il faut des fréquences radio n Il faut se protéger contre les brouillages des ondes radio n Les récepteurs sont compliqués n Besoin d’énergie électrique © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 22
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!! © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 23
Les débuts du radio téléphone n 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 n Puis on a commencé à l’utiliser dans le civil avec des systèmes spécialisés; © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 24
Les débuts du radio-téléphone civil © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 25
Les débuts du radiotéléphone Un des premiers radiotéléphones militaires portables (radiotéléphone de campagne) © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 26
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 € © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 27
Un essai : le BIBOP En 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. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 28
Le lancement du GSM n 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). n Le GSM a démarré en Europe au début des années 1990 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 29
Les principes du GSM © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 30
Le GSM est très innovant n Il utilise le principe de la téléphonie cellulaire; n La voix est numérisée dès le poste téléphonique; n Il faut beaucoup d’intelligence (grâce à l’informatique) pour gérer la mobilité; © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 31
La gestion des fréquences radio Il faut des arbitres internationaux © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 32
Les fréquences radio Une ressource naturelle très disputée! GSM © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 33
La gestion des fréquences Dans les premiers systèmes de radiotéléphonie (radio maritime, Ci. Bi) un principe simple était appliqué: les échanges se partageaient le même canal (bande de fréquences): il fallait parler chacun son tour! © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 34
La gestion des fréquences Avec 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) © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 35
Le téléphone cellulaire On divise le territoire en cellules, chacune desservie par un émetteur. Deux cellules voisines doivent utiliser des fréquences différentes (représentés ici par des couleurs) © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 36
Le téléphone cellulaire Problèmes: • • 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). © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 37
Le téléphone cellulaire On a introduit le mécanisme de "hand over“ permettant de changer de cellule sans couper les communications Ne coupez pas © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 38
Le prix des portables Un portable est un appareil très complexe, en fait un véritable ordinateur de poche. Principales fonctions d’un portable n Numérotation d’un appel n Identification et gestion de la carte SIM (Subscriber Identity Module), facteur de sécurité n Microphone / haut-parleur n Numérisation (codage/décodage) n Gestion des SMS n Gestion de l’annuaire local n Internet n Et il faut une bonne batterie © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 39
Le prix des portables Ces terminaux complexes sont devenus économiques grâce aux progrès technologiques. 1993 rix , p ids Po Entre 1970 et 2000, la puissance des composants a été multipliée par 100 000 (loi de MOORE) 2006 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 40
La numérisation n De plus en plus, on numérise l’information, et pas seulement celle qui est échangée sur Internet. n Exemples: n n n Musique: CD, MP 3 Télévision: la TNT Photographie : JPEG Bientôt la radio Téléphonie: GSM, voix/Internet Etc. . . © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 41
La numérisation n La numérisation a de nombreux avantages. Elle permet: n Une bonne protection contre les parasites (le bruit) n 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 (MP 3) n Des appareils à bas prix (grâce aux composants numériques en grande série) © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 42
La numérisation 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 Micro Salut Haut Parleur SON Courant électrique analogique Hz: Hertz ou cycle par seconde © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 43
La numérisation 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. Haut Parleur Micro T’es où? SON COD 0101101101 DEC SON Canal numérique © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 44
La numérisation Courant 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. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 45
La numérisation Numérique Dans le "vieux" réseau fixe: le local est analogique Dans le GSM la communication est tout numérique © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 46
La numérisation débit divisé par 5 64 000 b/s COMPRESSION 13 000 b/s 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. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 47
L’intelligence dans le réseau n La gestion de la mobilité n’est possible qu’avec des ordinateurs puissants (le réseau sait à tout instant localiser tous les mobiles allumés!) n 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. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 48
L’intelligence dans le réseau INFORMATIQUE CENTRALE C 001 Commutateurs CXXX Numéro de cellule C 1001 (environ 5000 cellules en France C 002 C 1000 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Les principaux composants d’un réseau GSM 49
L’intelligence dans le réseau INFORMATIQUE CENTRALE Annuaire Localisation Consommation C 001 CXXX C 1001 C 002 C 1000 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 N° de Cellule Zigoto 06 87 65 43 21 50
L’intelligence dans le réseau Données Permanentes Données mises à jour en temps réel La base de données centrale, cœur du fonctionnement du réseau © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 51
L’intelligence dans le réseau INFORMATIQUE CENTRALE Annuaire Localisation Consommation C 001 Zavatta arrive à Montpellier et allume son portable. L’ordinateur central est informé et mis à jour Zavatta 06 12 34 56 78 C 1001 C 002 C 1000 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Information s de service (numérotation, SMS) Zigoto 06 87 65 43 21 52
L’intelligence dans le réseau Données Permanentes © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Données mises à jour en temps réel 53
L’intelligence dans le réseau Données Permanentes © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Données mises à jour en temps réel 54
L’intelligence dans le réseau INFORMATIQUE CENTRALE Annuaire Localisation Consommation C 001 Zavatta appelle Zigoto • Il numérote • ça sonne chez Zigoto Zavatta 06 12345678 C 1001 C 002 C 1000 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Zigoto 06 87 65 43 21 55
L’intelligence dans le réseau INFORMATIQUE CENTRALE Annuaire Localisation Consommation C 00 1 Zigoto répond et ils se parlent: T’es où? Le compteur de facturation de Zavatta est mis à jour Zavatta 06 123 45678 C 1001 C 00 2 C 1000 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Voix Zigoto 06 87 65 43 21 56
L’intelligence dans le réseau Données Permanentes © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Données mises à jour en temps réel 57
L’intelligence dans le réseau Données Permanentes © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 Données mises à jour en temps réel 58
Le SMS: un bonus inattendu! Zavatta envoie un SMS à Zigoto C 001 Centre de service de SMS Zavatta 06 12345678 C 1001 C 002 C 1000 © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 1 SMS= 160 caractères de 7 eb ou 140 caractères de 8 eb sur le canal de signalisation Zigoto 06 87 65 43 21 59
CONCLUSION © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 60
Quinze ans après n Le téléphone mobile d’aujourd'hui est le résultat de près de 150 ans de progrès scientifiques, techniques et industriels en télécommunications et informatique; n Il se développe partout dans le monde, pays riches et pauvres; © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 61
Évolutions en cours au-delà de la voix et du SMS n n n Internet mobile rapide (la 3 G appelée aussi UMTS) TV mobile (dérivée de la TNT) Services de localisation avec GPS Télépaiement Etc… A vos imaginations! © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 62
Le mobile en France Fin 2007 52 millions GSM © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 63
Le mobile dans le monde En 2010 3 milliards © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 ~50% de la population mondiale disposera d’un téléphone mobile 64
ANNEXES © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 65
http: //www. ahti. fr/ Présentation réalisée par l’AHTI pour le compte du service Mécénat d’IBM France © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 66
Cette présentation a été faite dans le cadre du programme MOBI 3 pour le compte de la Direction du bénévolat d’IBM France. Conçu par : © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 En partenariat avec : 67
Les 6 collèges du projet pilote MOBI 3 1 2 3 78 - Yvelines Collège Magellan - 33 bis, avenue de Poissy 78570 Chanteloup les Vignes Collège Ariane - Place des Frères Voisins - 78280 Guyancourt Collège Albert Thierry - rue Albert Thierry 78520 Limay 4 91 - Essonne Collège Galilée - 10, place des Fédérés - BP 149 91005 Evry cedex 5 92 - Haut-de-Seine Collège Jean-Baptiste Clément - 58 rue du Président Kennedy 92700 Colombes 6 95 - Val d’Oise Collège Louis Aragon - 1, place Eugène Delacroix 95370 Montigny les Cormeilles © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 68
La naissance de la radio (Télégraphie Sans Fil) n La découverte des ondes radio (ondes électromagnétiques) a été faite à la fin du 19 eme siècle: n 1865: Maxwell : découverte théorique n 1888: Hertz (*): preuve expérimentale n Démarrage de la radio: n 1898: première liaison radio télégraphique n 1922: émissions régulières de radio diffusion depuis la Tour Eiffel (*) on parle d’ondes hertziennes et de fréquences en Hertz © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 69
Satellite Inmarsat 600 canaux simultanés par satellite 432 Kb/seconde © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 70
Capacité des cellules en GSM 1 voie de téléphone est portée par un débit de 13, 8 kb/s fréquences = < 124 canaux full duplex 124 123 122 1 1 1 trame GSM 2 577µs 8 8 IT par trame temporelle 4, 615 ms (c. a. d. 216 trames/s) Jusqu’à 8 x 124 = 992 canaux logiques théoriques; 1/7 avec le plan de fréquences soit ~ 140 canaux simultanés par cellule. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 71
Loi de Moore Entre 1970 et 2000, la puissance des composants a été multipliée par 100 000 (loi de MOORE) © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 72
La compression 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. © AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 73
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