Le réseau de téléphonie mobile a une structure « cellulaire » qui permet de réutiliser de nombreuses fois les mêmes fréquences. En France, aux heures d'affluence, près d'un million d'appareils sont en service avec seulement 500 canaux disponibles. Comment fait-on alors?
Le réseau de téléphonie mobile utilise des ondes électromagnétiques, tout comme le réseau pour la radio, la télévision, les satellites et les autres réseaux de communication tels que ceux dédiés aux gendarmes, ambulanciers et autres. En général, pour transmettre une information (binaire ou analogique) on utilise un canal. Ce canal est une fréquence spécifique à laquelle l'onde est modulée. On préfère garder un certain espace entre les canaux car si leurs fréquences sont trop proches, ils finissent par empiéter les uns sur les autres.
On a donné à chaque application (radio, télévision, téléphones, etc.) des groupes de fréquences, qui varient de continent à continent, voire parfois de pays à pays. En Europe, la téléphonie mobile a reçu deux groupes : autour de 900 et autour de 1800 mégahertz (MHz).
Il a tout d'abord fallu scinder chacun de ces groupes en deux : une fourchette de fréquences pour envoyer des données vers les téléphones mobiles, l'autre pour leurs émissions. L'un donc pour être appelé et entendre, l'autre pour appeler et parler.
| Émission (en MHz) | Réception (en MHZ) | |
| Groupe 1 | 890-915 | 935-960 |
| Groupe 2 | 1710-1785 | 1805-1880 |
Vient alors la subdivision en canaux. En GSM (pour Global System for Mobiles), l'écart de fréquence entre deux canaux adjacents a été fixé à 200 kHz, soit 0,2 MHz. Le groupe 1 a donc 125 canaux et le groupe 2 en a 375, ce qui fait 500 au total. S'il n'y avait qu'un émetteur pour toute l'Europe, on ne saurait effectuer que 500 communications à la fois. 500 canaux pour ne pas se noyer et mourrir c'est pour le sauvetage en cas d'inondation
On a donc installé un grand nombre d'émetteurs à courte portée ne couvrant qu'un domaine bien délimité, une cellule. De là le terme « téléphone cellulaire ». La portée moyenne est de 1 km. Ainsi, les téléphones reçoivent les ondes d'un mât et lui répondent pour faire savoir s'ils souhaitent en dépendre. Si celui-ci accepte, il retient le numéro d'identité de l'appareil, lui réserve un canal et reprend le contact si un appel pour ce téléphone lui parvient ou si le téléphone en effectue un.
Cette solution pose néanmoins un problème : les antennes adjacentes utilisent la même fréquence pour chaque utilisateur. Si l'un d'eux se situe à la frontière entre les deux zones de portée, il reçoit les deux messages.
On a alors divisé les émetteurs eux-mêmes. Souvent, les antennes relais (BTS pour 'Base Transceiver Station') sont regroupées par trois sur un pylône ou suivant une configuration équivalente. Chacun supporte donc un tiers des canaux. Sur ce schéma, chaque couleur (vert, bleu, jaune) figure un groupe de fréquences. Elles créent ainsi un « damier hexagonal » de cellules. Ce damier est avant tout une vue de l'esprit, les zones se recouvrant les unes avec les autres et variant avec la météo, le nombre d'utilisateurs, etc.
Mais cela pose un problème pour la localisation du destinataire d'un appel. Lorsque le téléphone (MS) décide de changer de cellule, il informe le VLR (Visitor Location Register) dont dépend la nouvelle cellule. Si l'on a changé de MSC ( Mobile service Switching Center), le HLR (Home Location Register) est contacté, ce dernier contactant le précédent MSC. L'utilisateur s'identifie soit avec l'IMSI (International Mobile Suscriber Identity) ou le TMSI (Temporary Mobile Suscriber Identity), ce dernier étant préféré pour des raisons de sécurité.
Pour augmenter le nombre d'utilisateurs d'une zone donnée, on réduit la taille des cellules.
Contrairement à ce que peut faire croire le nom de cette technique, le multiplexage temporel est assez simple à effectuer en numérique. Dans le combiné, la voix est numérisée et donne donc un code binaire. Celui-ci a la particularité de pouvoir être compressé. Or sur une bande de 200 kHz, on peut faire passer plusieurs paquets de telles données compressées. Du coup, le téléphone numérise, puis compresse le son et n'envoie cela que par « paquets » toutes les 20 millisecondes. Ainsi, on peut imbriquer huit émissions (7 communications + 1 canal de contrôle) par canal.