Tel qu'il a été conçu, le réseau GSM convient parfaitement aux communications « vocales » (téléphonie). Le réseau étant de typeà sélection de circuits, les circuits ne sont alloués que pour la durée de la conversation, comme lors de l'utilisation de lignes téléphoniques fixes. Les clients peuvent soit acheter une carte prépayée, soit souscrire un abonnement.
Sous l'égide de l'organisation3GPP, la norme GSM a ensuite été enrichie afin de faire circuler des débits plus importants et des informations en mode « paquet » par les extensionsGPRS (General Packet Radio Services) puisEDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Ces deux modes peuvent cohabiter avec le mode « vocal » du GSM, et utilisent les mêmesantennes et les mêmes bandes de fréquence.
Le concept de réseau cellulaire tire son origine des réseaux depremière génération mis en service au début des années 1980. Plusieurs pays développent à leur tour des réseaux, exploitant leurs propres systèmes dits analogiques (les conversations sont transmises en clair), fonctionnant sur des bandes de fréquences souvent différentes d'un État à un autre. Les réseaux sont organisés au mieux, selon des zones (des cellules) de tailles variables, correspondant grosso modo à des cercles de 30 à 50 kilomètres de rayon, jointifs ou pas, au centre de chacun desquels est installée uneantenne-relais.
Selon la topographie, il est possible que certaines cellules couvrent une même portion de territoire. Quand un abonné met en marche son terminal (un téléphone mobile le plus souvent embarqué), celui-ci effectue automatiquement par balayage radio la recherche d'unestation de base (BTS). S'il trouve plusieurs stations de base, la connexion au réseau du terminal embarqué se fait avec la station proposant la meilleure qualité de signaux nécessaire à la communication. On dit alors que le terminal est reconnu et inscrit au réseau, et qu'il est configuré en « mode-veille ». Il peut désormais recevoir les appels qui lui sont destinés, comme en émettre via cette station de base. Cette connexion demeure active tant que les signaux restent d'un niveau convenable.
Chaque station de base dispose d'un certain nombre de canaux différents, bidirectionnels (ou full duplex), affectés de manière dynamique (en fonction des besoins) aux terminaux inscrits. Si en cours de communication le terminal vient à quitter la cellule, en perdant la liaison avec la station à laquelle il est relié, la conversation est peu à peu dégradée, voire subitement interrompue, même s'il vient à se trouver dans une autre cellule du même réseau où le terminal cherche immédiatement à se réinscrire. Cet inconvénient oblige souvent les utilisateurs à arrêter leur véhicule pour garder (quand ils le peuvent) ou retrouver une bonne qualité de communication. Longtemps inconnue, la technique dutransfert intercellulaire (possibilité de maintenir une communication sans limite d'espace à l'intérieur des frontières nationales) reste à définir et à développer.
Malgré le coût élevé de l’installation des terminaux et quelques défauts, les différents systèmes connaissent un succès certain, débouchant vers un engorgement des ressources. La capacité de chaque station de base, limitée en connexions en veille en plus des communications simultanées, rend nécessaire une amélioration de quelques systèmes, via l'allocation d'une bande de fréquence de service. Cela permet d'augmenter le nombre d'abonnés jusqu'à un certain stade, dans l'hypothèse où ceux-ci ne téléphonent pas tous en même temps.
Dans les années 1980, les systèmes detéléphonie mobile en sont encore à leurs balbutiements. Lesantennes-relais desBTS nécessitent alors des puissances assez importantes pour desservir les terminaux mobiles de 2 ou10 watts, aux poids différents selon s'ils équipent de rares piétons ou des automobilistes. Afin d'éviter les interférences, les cercles de couverture adjacents ne peuvent pas réutiliser les mêmes fréquences, réduisant ainsi lespectre fréquentiel disponible dans chaque cellule.
En 1991, une première communication expérimentale est faite par le groupe GSM, et le le premier appel GSM dans le monde a été fait en Finlande. Le sigle GSM change également de signification pour devenirGlobal System for Mobile communications. Les spécifications techniques sont ensuite complétées pour pouvoir fonctionner dans la bande des 1 800 MHz.
Au salon Telecom 91 de Genève, au moyen destations de transmission de base installées dans le territoire français tout proche, des démonstrations sont faites de l'utilisation de terminaux GSM embarqués dans des véhicules automobiles.
Ils sont présents aux États-Unis et au Canada. Certains pays n'utilisent que la norme GSM 850 (Équateur, Panama…). Le GSM 1900 est également appelé PCS 1900 (Personal Communications Service).
Selon les décisions de l'Arcep de, Bouygues Telecom, Orange[9] et SFR[10] peuvent depuis utiliser cette bande de fréquence pour le GSM et pour leLTE.
Depuis 2016, Free dispose de15 MHz duplex dans cette bande de fréquence utilisable pour leLTE[11].Les bandes de fréquence des trois autres opérateurs ont été décalées et réduites à 20 MHz duplex en France métropolitaine :
Carte SIM à l'intérieur d'un téléphone, la batterie étant enlevée.
Lestéléphones mobiles contiennent unecarte SIM amovible, qui permet d'identifier l'utilisateur (l'abonné) et optionnellement de stocker un certain nombre denuméros de téléphone. Dans certains terminaux récents, la carte SIM peut être remplacée par une carte SIM virtuelle non amovible, l'eSIM.
Chaque appareil (équipement de l'utilisateur) est aussi identifié, quelle que soit sa marque, par un numéroIMEI que l'on obtient, en entrant sur le clavier, la séquenceUSSD :*#06#. On peut noter cet identifiant IMEI et le signaler à sonopérateur, en cas de vol, de façon à procéder à son blocage. Cet identifiant ne doit pas être confondu avec l'IMSI contenu dans la carte SIM.
Lecode PIN est le mot de passe de lacarte SIM ; le code PUK permet de débloquer une carte SIM, bloquée après l'introduction de 3 codes PIN erronés. Le code PIN2, s'il existe, est un mot de passe pour un sous-ensemble de fonctions précises de la carte SIM ; le code PUK2 lui est associé de la même manière.
Sur unréseau cellulaire, un appareil est identifié via un code TMSI (Temporary Mobile Station Identifier) dérivé du code IMSI. Grâce à ce système de IMSI/TMSI, un téléphone portable ne voit pas son numéro d'appel divulgué sur leréseau radio, ce qui garantit la confidentialité des appels : comme les TMSI changent souvent et sont alternativement attribués à plusieurs terminaux, une personne interceptant le trafic a très peu de chances d'associer un numéro de téléphone à un TMSI.
Le réseau spécifique pour le GSM s'appelle PLMN (Public Land Mobile Network), chaque opérateur ayant le sien propre. Il est relié auRéseau Téléphonique Commuté Public (RTCP), mais aussi directement aux autres réseaux de téléphonie mobile (UMTS,LTE) et à ceux des autres opérateurs.
Communication entre le téléphone mobile et la station de base
Le GSM utilise deux bandes de fréquences, l'une pour la voie montante (TX), l'autre pour la voie descendante (RX), auxquelles s'intègrent des canaux de signalisation ; la puissance du signal est modulée selon la distance entre l'antenne et le GSM considéré, ce qui permet d'avoir une estimation de la distance entre un utilisateur et l'antenne.
Chaque porteuse comporte huittime slots (TS). Ils durent environ 577 μs. Ces slots sont les canaux physiques servant à émettre la voix (ou la signalisation).
Leplan de fréquence GSM est assez complexe, car il faut répartir les longueurs d'onde utilisées entre lesantennes de manière à éviter un effet de mise en résonance[12] qui brouillerait les communications. Donc, la portée des antennes ainsi que la distribution des longueurs d'onde est un travail assez délicat afin que les cellules ne se brouillent pas entre elles (une cellule = la surface radiante d'une antenne).
Dans la pratique, si un GSM est placé en limite de cellule radio, il peut voir jusqu'à7 antennes : celle à laquelle il est actuellement attaché et 6 en réserve, sur lesquelles il pourra permuter en cas de déplacement dès que la puissance d'émission nécessaire pour communiquer avec l'une des antennes de réserve deviendra plus faible que celle nécessaire pour atteindre son antenne actuelle. Une règle est d'utiliser en permanence l'énergie minimale pour communiquer.
les services à valeur ajoutée, par exemple les services de localisation (Location Based Services), d'information à la demande (météo, horoscope), de banque (consultation de compte, recharges de compte prépayées).
Les réseaux GSM sont implantés sur une large portion de la surface terrestre. Une condition nécessaire de connexion à un réseau est la disponibilité destations de base (« cellules radio ») à proximité de l'emplacement du téléphone mobile (la charge de la batterie du téléphone influence également la portée de réception). Ainsi, les zones faiblement peuplées (haute montagne, larges campagnes, déserts), les hautes altitudes (en avion par exemple), les cavités terrestres (grottes, tunnels) et la mer (au-dessus comme en dessous de la surface) sont souvent dépourvues d'accès réseau GSM.
Les réseaux GSM (Global System for Mobile Communications) couvrent 219 pays ou territoires en 2014.
En 2016, l’associationGSMA comptabilisait pour les réseaux mobiles GSM et dérivés (UMTS etLTE) 4,8 milliards d’utilisateurs uniques et 7,9 milliards decartes SIM connectables à travers le monde[13].
Orange France, une filiale deOrange (anciennementFrance Télécom), l'opérateur historique de téléphonie fixe français. Elle s'appelait autrefois France Télécom Mobile, et opérait sous les trois marquesItineris, Ola et Mobicarte (26,5 millions d'abonnés mobiles en 2012[14]) ;
SFR (groupe SFR-Cegetel), un opérateur privé de téléphonie mobile qui a été vendu àNumericable en 2014 par son ancien propriétaireVivendi ;
Bouygues Telecom, une filiale du groupeBouygues, lequel est propriétaire notamment de la chaîne de télévisionTF1 ;
Free mobile, une filiale du groupeIliad, lequel est propriétaire notamment du fournisseur d'accès à InternetFree ; il a proposé ses premières offres mobiles le.
Les réseaux E-Plus et O2 ont fusionné en 2014 sous la marque O2 ; l'Allemagne passe alors à 3 opérateurs à la suite de l'acquisition d'E-Plus par Telefònica[15].
Proximus, anciennementBelgacom, est l'opérateur historique (Vodafone possédait une participation de 25 %, mais celle-ci a été rachetée par Belgacom en). Proximus détient le plus grand nombre de clients pour la téléphonie mobile : 4 200 000 en, soit 52 % de part de marché. Il avait commencé à offrir des services pour le 900 MHz puis pour le 1 800 MHz.
Movistar (filiale de Telefónica), qui détient 38,24 % de part de marché ;
Vodafone España (filiale de Vodafone), 28,42 % de part de marché ;
Orange (filiale de Orange ex France Télécom), 20,21 % de part de marché ;
Yoigo (filiale de TeliaSonera), 5,19 % de part de marché.
Au Royaume-Uni, il y a quatre opérateurs, à la suite de la fusion d'Orange et deT-Mobile.
Everything-Everywhere (EE), premier opérateur britannique, était unecoentreprise détenue à 50 % parOrange (ex France Telecom) et parT-Mobile (filiale deDeutsche Telekom), qui ont continué à vendre des forfaits et des cartes prépayées sous leur propre marque, à côté des forfaits4G proposés par EE. Le,BT Group (exBritish Telecom) est entré en négociations exclusives avec Orange et Deutsche Telekom puis a racheté les activités d'EE en 2015.
Mattel, la Mauritano-Tunisienne des Télécommunications ; le premier opérateur privé qui s'est installé dans le pays au mois d' et qui compte à peu près 400 000 abonnés (un sixième de la population) ;
Mauritel Mobile, un opérateur dont l'État mauritanien détient la moitié ; filiale de Maroc Telecom et qui compte 500 000 abonnés (un cinquième de la population). Le, à la suite d'un appel d'offres international lancé par le Gouvernement mauritanien, Maroc Telecom l'opérateur historique au Maroc acquiert 54 % du capital de Mauritel SA ;
Chinguitel, le nouveau-né ; une filiale du géant soudanais Sudatel. Chinguitel s'est implanté en 2007. Il compte déjà plus de 150 000 abonnés.
Au Niger il existe quatre opérateurs :
le premier opérateur privé qui s'est installé estCeltel Niger, filiale du groupe Bharti Airtel opérant sous la marque Airtel ;
le second opérateur : « sahel com » ;
le troisième opérateur Moov connu sous le nom de Telecel ;
enfin en 2008, le réseau Orange s'est installé au Niger.
Le Burkina Faso compte trois opérateurs :
Telmob, filiale de l'Office National des Télécommunications (ONATEL), l'opérateur historique ;
Les États-Unis qui utilisaient, pour des raisons historiques, une autre norme : leCDMA, possèdent depuis 2004, via les réseaux nationaux des opérateursAT&T etT-Mobile une couverture GSM / UMTS de quasiment tout le territoire[17].
Il existe également des opérateurs virtuels qui n'ont pas d'infrastructure radio GSM, ni de bande de fréquence attribuée mais qui utilisent en location les réseaux des autresopérateurs : lesMVNO.
Le réseau GSM possède la particularité de n'authentifier que l'utilisateur, à l'aide de lacarte SIM. Le téléphone n'authentifie pas le réseau.Il est alors possible de mener des attaques de typeIMSI-catcher ou de l'homme du milieu afin d'intercepter les communications[18].
Le, un ingénieur logiciel et expert dechiffrement, Karsten Nohl, a révélé lors duChaos Communication Congress que lui et un groupe avaient « cassé » le code de chiffrement GSM,A5/1. Leur attaque démontrait la possibilité dedécrypter en quasi temps réel les communications. Malgré cela, des responsables du développement du GSM ont indiqué que, même si l'algorithme est maintenant accessible à tous, intercepter un appel reste compliqué[19],[20].
Beaucoup de prestataires de téléphonie mobile proposent sur leur site une page permettant de connaître pour chaque type de transmission (2G, 3G) les zones de réception. Celles-ci sont dans de nombreux cas surévaluées. Pour cette raison il existe plusieurs projets qui ont pour but de construire ce type de carte à partir de l'information fournie par la réception réelle des téléphones et smartphones intégrant unGPS ; on peut trouver par exemple :
Opensignalmaps[21] : Utilise une application (Android) pour récupérer les informations d'intensité de signal (pour les États-Unis, l'Angleterre, l'Italie, l'Espagne, l'Allemagne et partiellement en France) ;
Sensorly fournit des cartes de couverture[22] multiplateformes et multi opérateurs pour la France et l'Europe.
↑ab etc8 zones autour de Paris, Lille, Strasbourg, Lyon, Nice, Marseille, Toulouse et Bayonne. Voir la décision n° 2006-0140 de l'ARCEP pour leur définition précise.
↑Voir l'annexe 5 de la décision n° 2002-0401 de l'ARCEP pour leur localisation précise
