Une meilleure maîtrise de la modulation de fréquence et un maillage plus dense en France font exploser les débits des réseaux mobiles.
En matière de réseaux mobiles, nous avons tendance à oublier que les débuts de la 3G (UMTS) ne datent que de 2003... Et les trois principaux opérateurs mobiles français, Orange, SFR et Bouygues Télécom, ont tous commencé depuis 2006 le déploiement du HSDPA (Iligh-Speed Downlink Packet Access). Plus connue sous le nom de 3G+, cette technologie réseau a multiplié par quatre les débits de la 3G classique (1,8 Mbit/s). Et encore, dans sa version initiale. Dans les grandes villes, les opérateurs ont largement généralisé le HSDPA à 3,6, 7,2 et 14,4 Mbit/s (bien tôt 21,1 Mbit/s). Et demain, le LTE (Long Term Evolution), considéré comme le réseau mobile de quatrième génération (4G), fera entrer l'Internet mobile dans une autre dimension, où les débits at teindront 40, 80 Mbitis voire 3401VIbit/s. Le plus étonnant, c'est que le passage d'une technologie à l'autre ne passe parfois que par une « simple » mise à jour logicielle de l'infrastructure. Magique ? N'exagérons rien. Un réseau mobile se compose du terminal de l'usager (un smartphone, une tablette, une clé USB modem...), de plusieurs stations de base (les antennes relais), d'un système d'information centralisé (identification, facturation...) et enfin de fréquences. Celles-ci font partie du patrimoine immatériel de l'État, qui délivre régulièrement des licences d'exploitation pour une durée déterminée à des sociétés souhaitant les utiliser. Et définit, via l'Autorité des télécoms (Arcep), à quel usage sera dédié chaque bande de fréquences. Chacune a des propriétés de propagation spécifiques et est adaptée à certains types de services. Les basses fréquences, par exemple, ont une meilleure portée que celles élevées. Ce dispositif permet aussi d'éviter les interférences entre les divers organismes utilisant la voie hertzienne en France (télévision, radio. armées...). En général, les grands réseaux de télécommunications exploitent les fréquences de la bande UHF (300 MHz à 3 GHz), plus propice à un déploiement à l'échelle nationale.
En France, la 3G exploite les bandes comprises entre 1920 et 1980 MHz et entre 2110 et 2170 MHz. Ces deux bandes de 60 MHz sont partagées entre les opérateurs par lots de 5 MHz, l'une pour les communications du terminal vers le réseau, l'autre pour le sens inverse. Le GSM exploite les bandes des 1800 et 900 MHz, une partie de celle-ci étant aussi utilisée en 3G de puis 2010 pour améliorer sa couverture. De même, en 2012, lorsque la télévision analogique sera définitivement arrêtée sur toute la France. la bande des 800 MHz sera proposée aux opérateurs télécoms les plus offrants pour déployer le LTE.
De la modulation au réseau cellulaire
Pour transporter des données numériques (voix + data) par les airs, les réseaux mobiles utilisent la modulation de phase ou de fréquence, technique largement répandue. Une fréquence porteuse est représentée par une courbe sinusoïdale régulière, dont l'espacement entre chaque « sommet », exprimé en hertz, lui est spécifique. La modulation consiste à modifier ces espacements, donc à perturber sa régularité. Ces perturbations, interprétées par un code de modulation décidé par les organismes de standardisation, créent un signal. Pour qu'il soit décodé, il faut qu'émetteur et récepteur reconnaissent les nouvelles modulations. Les stations de base, généralement sur les toits, sont constituées de trois antennes, d'un module radio et d'une unité de calcul (BaseBand Unit), cette dernière pouvant être comparée à un gros PC. Les antennes se cliargrnt de positionner l'usager, mais aussi d'assurer le transit des informations à destination ou en provenance de son terminal. Les trois antennes couvrent chacune un tiers du périmètre de la zone où elles sont implantées. C'est le principe du réseau cellulaire, où chaque antenne crée une « cellule», représentée la plupart du temps par un hexagone. En zone urbaine, ces cellules couvrent quelques centaines de mètres carrés. En zone rurale. moins denses. elles peuvent desservir plusieurs dizaines d'hectares. Les antennes prennent en charge une multitude de fréquences, il est donc rare d'avoir à les remplacer pour déployer une technologie réseau plus récente. Elles fonctionnent de pair avec un module radio, qui fait aussi office d'amplificateur, reçoit les signaux issus de la modulation et les envoie à l'unité de processing, le fameux PC (relié en fibre optique aussi). Connecté au système d'information central de l'opérateur, celui-ci décode les signaux, assure la terminaison des appels et la gestion des données envoyées et reçues. Alors que le GSM utilise une modulation assez basique, l'UMTS et ses évolutions (HSDPA, IISUPA et IISPA+ ) exploitent des codages plus perfectionnés qui exigent une puissance de calcul supérieure. En 2005, pour le déploiement de la 3G, les opérateurs ont donc dû remplacer cette unité de calcul par un modèle plus performant sur chacune de leurs stations de base. Mais une fois cet équipement changé, une simple mise à jour logicielle suffisait pour faire face aux déclinaisons du réseau de troisième génération. Le passage au LTE nécessitera de nouveau le changement des unités de processing sur l'ensemble des stations des opérateurs. Une intervention fastidieuse qui explique pourquoi les premières offres commerciales ne sont pas attendues avant 2013. Quant aux usagers, ils doivent changer de mobile pour profiter des évolutions du réseau. Le module radio des terminaux. doit prendre en charge les nouvelles modulations, plus gourmandes en ressources, ce qui explique en partie l'invasion de processeurs surpuissants dans les smartphones actuels. L'allocation des ressources étant devenue logicielle, les opérateurs n'ont plus besoin de déplacer une partie de leurs installations en camion pour assurer des pics de consommation, par exemple sur les plages en été et à la montagne en hiver ! Dans la même logique, les concepteurs d'infrastructures - ZTE en tête - s'inspirent du Cloud computing pour penser les réseaux de demain. La partie calcul des stations de base actuelles devrait. disparaître au profit de data centers régionaux capables de réguler le trafic de centaines d'antennes qui leur enverront des données à traiter en fibre optique.
Plus de 40 Mbit/s grâce au LTE
LAutorité des Télécoms lancera très bientôt un appel à candidatures pour l'attribution des licences 4G exploitant la technologie LTE (Long Terrn Evolution) qui, en France, utilisera les bandes de fréquences de 800 MHz en zones rurales et de 2,6 GHz en zones urbaines. Le LTE reposera sur une nouvelle interface radio et bénéficiera dune meilleure efficacité spectrale grâce, notamment, à l'utilisation de la modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Ce procédé permet de diviser le spectre en plusieurs sous-porteuses réparties de façon orthogonale. ce qui réduit un peu les interférences et augmente les vitesses de transmission des paquets. Le LTE prévoit des débits théoriques de150 Mbit/s, voire jusqu'à 340 Mbit/s avec ses prochaines évolutions. SFR devrait lancer ses premières offres commerciales en 2012. Mais le vrai départ du LTE sera donné en 2013. le temps que les opérateurs français atteignent un taux de couverture suffisant.
L'USAGER
Pour bénéficier des débits élevés d'une nouvelle technologie réseau, les usagers doivent forcément s'équiper d'un mobile compatible. Les modulations du HSDPA et le futur LTE étant particulièrement complexes, on assiste à une montée en puissance des processeurs pour
smartphones.
ANTENNES
Chaque station de base est équipée de trois antennes, chacune pointée dans une direction différente. Une antenne crée une cellule, zone invisible dont la taille varie en fonction de la densité de population de la zone à couvrir. En se déplaçant, les usagers passent d'une cellule à l'autre.
MODULE RADIO
Ce boîtier, appelé Remote Radio Unit (RRU), est relié par un câble coaxial aux antennes et gère la modulation et la démodulation des signaux. Ces signaux sont ensuite envoyés pour traitement à l'unité de calcul, par fibre optique.
UNITÉ DE CALCUL
Le BaseBand Unit sert à encoder et décoder les signaux du module radio. Plus la technologie réseau est récente, et donc complexe, plus elle est gourmande en ressources. Parfois, les opérateurs mobiles doivent remplacer cette installation lors des phases de déploiement.
- SFR 92% de la population en 3G+ (HSDPA) à 7,2 Mbit/s et 76% à14,4 Mbit/s, 38% à 21,1 Mbit/s (HSPA+)
- Orange 91% de la population en 3G+ (HSDPA) à 7,2 Mbit/s
- Bouygues Télécom 85 % de la population en 3G+ à 7,2 Mbit/s (HSDPA-HSUPA)
Source : L’Ordinateur Individuel - SVM Hors-série N°31 Octobre-Novembre 2011
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