L’ (UMTS) est l'une des technologies de téléphonie mobile de troisième génération (3G). Elle est basée sur la technologie W-CDMA, standardisée par le 3GPP et constitue l'implémentation dominante, d'origine européenne, des spécifications IMT-2000 de l'UIT pour les systèmes radio cellulaires 3G.

L'UMTS est parfois appelé 3GSM, soulignant la filiation qui a été assurée entre l'UMTS et le standard GSM auquel il succède. Elle est également appelée 3G, pour troisième génération.

Voir aussi le tableau de synthèse des différentes générations de technologies de téléphonie mobile en bas de page.

Débuts Le déploiement de l'UMTS, initialement prévu pour le début des années 2000, a été reporté en raison de son coût et de la mauvaise conjoncture économique du monde des télécommunications à la suite de l'éclatement de la bulle Internet.

En France Le premier opérateur de réseau mobile à lancer son offre commerciale en France a été SFR, le , suivi par Orange le . Bouygues Telecom a d'abord préféré se concentrer sur la technologie EDGE en 2005, pour offrir les mêmes types de services (excepté la visiophonie) avec un investissement moindre ; néanmoins, Bouygues Telecom dispose d'une licence UMTS et a été tenu, du fait de ses engagements envers l'ARCEP, à ouvrir son réseau commercialement début 2007. Suez s'était allié à l'opérateur espagnol Telefónica pour proposer une offre dans le cadre de l'appel à candidature lancé par l'ARCEP en 2003 sous la dénomination « ST3G », mais n'a finalement pas déposé sa candidature, abandonnant le projet quelques jours avant l'échéance de remise des offres.

C'est le , après de nombreuses péripéties et tergiversations que l'ARCEP retient la candidature de Free Mobile (groupe Iliad) pour la UMTS. Elle est officiellement attribuée le .

En Europe Le , l'opérateur de réseau mobile norvégien Telenor a annoncé le déploiement du premier réseau commercial UMTS. L'opérateur autrichien Mobilkom Austria a quant à lui lancé le premier service commercial UMTS le .

Technologie et fréquences

Technologie

L'UMTS est une technologie de téléphonie cellulaire dont la partie radio (UTRAN) repose sur la technique d'accès multiple W-CDMA, une technique dite à étalement de spectre, alors que l'accès multiple pour le GSM se fait par une combinaison de multiplexage temporel TDMA et de multiplexage fréquentiel FDMA.

Une amélioration importante de l’UMTS par rapport au GSM consiste, grâce à une nouvelle technique de codage, en la possibilité de réutiliser les mêmes fréquences dans des cellules radio adjacentes et en conséquence d’affecter une largeur spectrale plus grande à chaque cellule (), alors qu’en GSM, les cellules radio adjacentes doivent utiliser des bandes de fréquences différentes (facteur de réutilisation variant de 1/3 à 1/7) ce qui implique (en GSM) de diviser et répartir les fréquences attribuées à un opérateur entre plusieurs cellules radio.

La disparition de cette contrainte permet en UMTS d'avoir plus de bande passante et donc plus de débit (ou plus d'abonnés actifs) dans chaque cellule.

Fréquences attribuées à l'UMTS

Lors de la CAMR de 1992 organisée par l’UIT à Torremolinos (province de Malaga en Espagne), les bandes hertziennes suivantes avaient été choisies pour les systèmes 3G IMT-2000 (exploité en France avec la technologie UMTS) : Duplex temporel TDD : à (bande de de largeur) et à (bande de ) ; Duplex fréquentiel FDD : à ( de ) et à ( de ) ; Bandes satellites : à (uplink de ) et à ( de ).

D'autres bandes de fréquences ont, plus tard, été attribuées à l'UMTS, notamment des fréquences dans la bande des qui peuvent être partagées entre le GSM et UMTS en Europe et en France Décisions n° 2008-0228 et n° 2008-0229 de l’Arcep sur la réutilisation des fréquences GSM pour l’UMTS Astrid-online - Arcep, communiqués du 26 février 2008. et certaines fréquences dans les bandes et en Amérique du Nord et en Asie.

La bande de fréquence (porteuse) affectée à chaque cellule radio est de avec une largeur spectrale réelle de . Depuis l'arrivée de la norme HSPA+ en 2008, plusieurs porteuses de peuvent être agrégées pour augmenter les débits.

Attribution des fréquences en France

Débits Débits théoriques

L'UMTS dans sa version initiale « 3GPP R99 » (normalisée en 1999 et complétée en 2001) permettait un débit maximum théorique de données descendantes (téléchargement) de . Cette vitesse est nettement supérieure au débit initial du GSM qui était de et supérieure à celles des vitesses maximales offertes par les variantes du GSM optimisées pour le transfert de donnée (GPRS et EDGE) : pour l’EDGE.

Les débits UMTS varient suivant le lieu d'utilisation et la vitesse de déplacement de l'utilisateur. Pour la première génération de l'UMTS (celle disponible en France de 2005 à 2009), les débits maximum descendants (download) étaient de : pour une utilisation mobile en mouvement rapide (voiture, train…) et en zones rurales loin de l'antenne ; pour une utilisation piétonne ; jusqu’à depuis un point fixe (terminal immobile) et dans des conditions idéales.

Les versions 7 et 8 (rel-8 du 3GPP)3GPP, Radio aspects, voir les versions rel-8 et notamment les normes FDD et HSPA 25101, 25104, 25306, 25321 et 25825 3gpp.org, appelées HSPA+ ou (3.75G), ont défini de nouvelles améliorations de la norme UMTS (voir article HSPA+) permettant d’atteindre, pour la variante FDD utilisée en Europe en 2013, des débits descendants pics de , en « Dual Carrier » et même, dans le futur en mode multi antennes MIMO. Le débit montant crête est limité à 5,8 Mb/s ou 11,5 Mb/s selon la catégorie de terminal (pas de mode "Dual Cell", ni de codage 64QAM en liaison descendante) UMTS - UE Radio Access capabilities, release 8, voir table 5.1g , catégories 6 et 7, débits uplink etsi .org / 3GPP.org, consulté en juillet 2014 HSPA+, slides 5 et 16 : 11.5 Mb/s uplink in HSPA+ tu-ilmenau.de, consulté en aout 2014.

L’implémentation qui en est faite sur les réseaux 3G français en 2014 et qui est supportée par les terminaux récents (smartphones et tablettes) correspond à la variante dite « DC-HSPA+ » qui implique d’utiliser deux cellules radio simultanément (deux bandes de fréquence UMTS adjacentes de ) ; elle permet un débit pic descendant de .

Nota : Ces débits théoriques crêtes supposent un terminal immobile, placé dans des conditions de réception radio parfaites et, en pratique, d’avoir un seul terminal actif à un instant donné dans la cellule radio (zone couverte par la ou les antennes du Node B).

Débits réels

Le débit réel de données d'un terminal UMTS est le plus souvent très inférieur aux débits binaires théoriques promis par les normes UMTS. Les principaux facteurs ayant une influence sur les débits réels observés par l’abonné sont les suivants :

Le nombre d’utilisateurs actifs se partageant la bande passante au sein d’une cellule radio (surface radiante d'une antenne UMTS); plus il y a d’abonnés actifs, moins chacun a de débit unitaire. Il en découle que le débit observé dépend de l'heure (moins d'abonnés actifs durant la nuit). La position fixe (statique) ou « en mouvement » du terminal de l’abonné ; le débit utile est réduit pour un terminal en mouvement rapide. La distance entre le terminal et l’antenne relais. Le débit est quasi constant dans une grande partie de la cellule radio puis décroît en limite de portée quand le signal s’affaiblit. la position d'un terminal à la frontière entre deux cellules radio (même près de l’antenne)Un site d’antenne-relais UMTS (macrocells) est généralement équipé de trois antennes qui émettent chacune sur un secteur de 120°, la zone en limite de deux lobes d’émission de 120° est une zone d’interférences si les deux cellules utilisent la même bande de fréquence hertzienne. Le débit est très inférieur dans cette zone à cause des interférences avec les cellules adjacentes qui en UMTS utilisent généralement les mêmes fréquences hertziennes (contrairement à ce qui se passe en GSM/EDGE où les cellules radio adjacentes utilisent des fréquences différentes). Le type et la catégorie du terminal UMTS et le fait qu'il soit compatible (ou pas) avec les dernières générations des normes UMTS (HSPA et HSPA+). les conditions de réception radio (interférences, bruit, affaiblissements, échos liés aux réflexions sur les immeubles…). La capacité en débit et en nombre d'utilisateurs simultanés de la station de base (Node B), le débit des liens (cuivres ou optiques) reliant cette station au cœur de réseau (RNC) et sa compatibilité avec les nouvelles normes HSPA, HSPA+ et DC-HSPA+. La position du terminal mobile à l'intérieur d'un bâtiment induit une atténuation du signal radio qui peut entrainer une diminution du débit Rapport sur la couverture et la qualité des services mobiles en France métropolitaine - p.12 à 15, et p.20, La variabilité des performances des réseaux mobiles Arcep.fr, novembre 2012.

Applications et services Grâce à la vitesse accrue de transmission de données, l'UMTS ouvre la porte à des applications et services nouveaux. L'UMTS permet en particulier de transférer en temps réel des contenus multimédia tels que les images, le son et les vidéos.

Initialement, les nouveaux services devaient concerner surtout les applications vidéo : visiophonie, MMS Vidéo, vidéo à la demande, télévision. Mais, la 3G a, en fait, été d'abord colonisée par les usages de type accès à Internet, principalement depuis l'explosion du marché des smartphones et des réseaux sociaux, les applications vidéo (Youtube, replayTV...) se sont développées dans un deuxième temps avec l’augmentation du volume de données inclus dans les abonnements.

Déploiement commercial dans le monde

Deux milliards d'utilisateurs étaient couverts par plus de cinq cents réseaux 3G fin 2010, avec des écarts selon les continents : 82 % de la population de l'Europe de l'Ouest mais 12 % de celle de l'Asie-pacifique alors que fin 2006 les services UMTS n'étaient proposés que par 155 opérateurs à travers le monde pour 80 millions d'utilisateurs.

Il y avait dans le monde, mi-2015, près de 2 milliards d’abonnés à des réseaux UMTS/WCDMA.

Couverture en France

La norme UMTS a imposé de déployer un nouveau réseau physique d'antennes relais et il a été nécessaire d'installer de nombreuses stations radio (Node B) afin de fournir une couverture adaptée. Ainsi en 2007, Orange France ne couvrait encore que 65 % de la population avec sites et fin 2009, 87 % de la population avec sites.

Lors de contrôles réalisés fin 2011, l'ARCEP a constaté que le taux de couverture des réseaux 3G d’Orange et de SFR couvraient désormais plus de 98 % de la population française, le réseau de Bouygues Telecom atteignant à la même date, une couverture supérieure à 93 % de la populationTaux de couverture des opérateurs français fin 2011 Arcep, communiqué du 28 février 2012. Afin d'offrir une bonne couverture dans les zones peu denses (zones blanches), il est courant d'y mutualiser les réseaux, ce que font SFR, Orange et Bouygues Telecom.

Fin 2012, l'Arcep a confirmé les taux de couverture, avec au , un taux de couverture 3G supérieur à 98 % pour Orange et SFR et de plus de 94 % pour Bouygues Telecom (disponibilité du service à l’extérieur des bâtiments, en situation statique) Rapport sur la couverture et la qualité des services mobiles en France métropolitaine - p.77, la couverture 3G en métropole au juillet 2012 Arcep.fr, novembre 2012.

Revenus

En France, les opérateurs ont mis un certain temps pour tirer un revenu supplémentaire de leur réseau 3G, mais celui-ci est devenu indispensable, face à la concurrence, pour offrir l'accès haut débit à internet nécessaire aux smartphones, en complément des services mobiles classiques du GSM : voix, SMS et . Les applications rendues possibles par la 3G : MMS, TV, musique, vidéo à la demande, accès à internet, jeux, se sont ajoutées aux usages voix et SMS, sans forcément augmenter la recette moyenne par abonné (ARPU).

Saut direct de la 2G vers la 4G ?