Interférences : Les véhicules en mouvement, les murs et bâtiments, ainsi que les intempéries peuvent perturber la transmission du signal sans fil en extérieur. Une diminution de la puissance du signal réduit les performances du système, car celui-ci réduit sa vitesse de transmission pour maintenir la connexion.

Utilisation multiple : le sans-fil est par essence un support partagé (transmission hertzienne). La bande passante totale disponible depuis un point d’accès ou une station de base est partagée entre plusieurs utilisateurs, ce qui se traduit en pratique par des débits réduits. Dans les zones à forte densité de population, comme les centres-villes et les stades de football, la capacité du réseau peut rapidement être saturée par le grand nombre d’utilisateurs, à moins que l’opérateur n’installe davantage d’émetteurs mobiles pour faire face à la demande exceptionnelle.

Malgré leurs limites, les réseaux sans fil sont devenus un élément essentiel des communications modernes. Ils ont révolutionné notre utilisation des ordinateurs et des appareils mobiles, aussi bien à la maison qu'au bureau, ainsi que lors de nos déplacements.

Nous estimons toutefois que les réseaux sans fil devraient être promus avant tout pour leurs atouts – la capacité à fournir une connectivité Internet en mobilité – et non comme un remplacement direct des réseaux d'accès fixes.

Ces hypothèses supposent également la disponibilité de réseaux à haut débit, ce qui n'est pas toujours le cas. Les réseaux mobiles les plus rapides ont une couverture géographique limitée. Les réseaux LTE ont été déployés principalement dans quelques grandes villes ; bien que leur déploiement ait commencé il y a 10 ans, les réseaux 3G n'ont pas encore atteint de nombreuses zones rurales.
Dans certains pays, le déploiement de la LTE a été lent à démarrer, car il est nécessaire d'allouer au préalable un spectre suffisant. Le spectre est une ressource rare (une seule fibre optique a une capacité supérieure à celle de l'ensemble du spectre radioélectrique), et les autorités de régulation nationales doivent souvent supprimer des portions du spectre pour faire place aux nouvelles technologies et aux nouveaux services.

Le défi du backhaul mobile :
un réseau sans fil n’est sans fil qu’à ses extrémités.
Le backhaul désigne le transport du trafic de communication depuis un nœud distribué, tel qu’un point d’accès Wi-Fi ou une station de base mobile, vers un nœud plus centralisé. Dans le domaine mobile, le backhaul correspond à la portion du réseau située entre les stations de base et le point d’agrégation le plus proche, généralement un contrôleur de réseau radio.

Avec l'augmentation des débits de données mobiles, la capacité du réseau de collecte mobile doit elle aussi augmenter. Comme l'indique le tableau ci-dessous, une station de base dédiée à la voix GSM nécessite généralement une bande passante d'environ 1,3 Mbit/s. Les besoins en bande passante d'une station de base EDGE 2,75G passent à environ 6 Mbit/s, ceux de la 3G à environ 21 Mbit/s et ceux de la LTE jusqu'à 80 Mbit/s. Si un opérateur mobile dispose de davantage de spectre ou utilise des antennes MIMO pour accroître sa capacité, les besoins en bande passante augmentent encore davantage.

Traditionnellement, les stations de base sont reliées à leurs réseaux centraux par des lignes louées T1/E1 (le débit T1 en Amérique du Nord équivaut à 1,544 Mbit/s et le débit E1 en Europe à 2,048 Mbit/s). Pendant de nombreuses années, lorsqu'un opérateur avait besoin de plus de capacité, il lui suffisait de mettre en service davantage de lignes louées. Avec la LTE, cette approche ne sera plus suffisante.

Les opérateurs de réseaux mobiles sont déjà confrontés à des difficultés financières. Au cours de la dernière décennie, ils ont massivement investi dans le déploiement des réseaux 3G. Il est donc naturel qu'ils cherchent à minimiser leurs investissements futurs dans le déploiement des réseaux LTE afin de répondre à la demande croissante en bande passante mobile. Par conséquent, les opérateurs mobiles devront tirer parti des infrastructures existantes autant que possible.

L'option la moins coûteuse consiste à utiliser leurs propres connexions installées, mais, comme nous l'avons vu, l'augmentation spectaculaire des besoins en liaisons de retour générée par la LTE rend cette politique irréalisable.

Certains opérateurs utilisent déjà la fibre optique pour connecter leurs stations de base mobiles. Lorsqu'une nouvelle connexion est nécessaire, l'installation de la fibre optique s'avère judicieuse. La fibre optique offre une capacité quasi illimitée et permet des mises à niveau futures sans nécessiter de nouveaux câbles.

Les réseaux de fibres optiques utilisent l'une des deux architectures de base suivantes : les systèmes point à point (P2P) ou les systèmes point à multipoint (P2MP), communément appelés réseaux optiques passifs (PON).

Les réseaux pair-à-pair (P2P) sont généralement des réseaux Ethernet bidirectionnels offrant une capacité de 100 Mbit/s ou 1 Gbit/s.
Il existe plusieurs normes PON. La norme dominante à l'échelle mondiale est le réseau optique passif Gigabit (GPON), qui offre une bande passante descendante de 2,488 Gbit/s et une bande passante montante de 1,244 Gbit/s. Une version améliorée du GPON, appelée XG-PON1, est également disponible, offrant une bande passante descendante de 10 Gbit/s et une bande passante montante de 2,488 Gbit/s avec la même configuration. Les futures normes permettront à ces systèmes de fonctionner à 40 Gbit/s. La fibre optique prend également en charge la technologie Radio over Fiber (ROF), qui permet l'utilisation de petites stations de base à faible coût dans les systèmes cellulaires. Les systèmes ROF sont désormais largement utilisés pour améliorer la couverture cellulaire à l'intérieur des bâtiments, tels que les immeubles de bureaux, les centres commerciaux et les aérogares.

Dans les systèmes ROF (Radio over Fiber), les signaux sans fil sont acheminés par voie optique entre la station centrale et la station de base avant d'être propagés dans l'air. La lumière est modulée directement par un signal radio, puis transmise par la fibre optique. (Bien que la transmission radio sur fibre puisse être utilisée à d'autres fins, comme dans les réseaux de télévision par câble, le terme ROF est généralement employé lorsque cette technique est utilisée pour l'accès sans fil.)

L'architecture RoF utilise un signal radiofréquence (RF) haute fréquence (généralement supérieure à 10 GHz) superposé à une onde lumineuse. Ceci permet la distribution optique directe des signaux sans fil vers les stations de base à haute fréquence, puis leur conversion du domaine optique au domaine électrique au niveau des stations de base avant leur amplification et leur diffusion par une antenne. Aucune conversion de fréquence n'est requise au niveau des différentes stations de base, ce qui simplifie et réduit le coût du déploiement.

Le RoF est fondamentalement un système de transmission analogique, puisqu'il distribue le signal radio directement à la fréquence porteuse depuis une unité centrale vers un point d'accès radio. Le RoF prend en charge les signaux haut débit tels que l'UMTS et le WiMAX. (À noter que, bien que ce système de transmission soit analogique, les signaux radio restent numériques.)

Le rôle du Wi-Fi dans ce nouveau monde.
Jusqu'à présent, nous avons parlé de communications mobiles et, plus particulièrement, de l'essor des réseaux mobiles. Quel est donc le rôle du Wi-Fi dans ce nouveau monde ?
Il est clair que le Wi-Fi joue un rôle important, notamment dans les bâtiments où il est utilisé pour distribuer les signaux haut débit résidentiels et professionnels aux foyers et aux bureaux. Des études sur l'utilisation des données mobiles montrent qu'un grand nombre de personnes utilisent leur téléphone à domicile. C'est pourquoi l'industrie a développé des logiciels permettant aux utilisateurs de basculer facilement entre les réseaux mobiles et Wi-Fi, ce qui permet aux consommateurs de bénéficier de coûts de données réduits tout en allégeant la charge sur le réseau mobile.

L'autre avantage de cette intégration réside dans le fait qu'elle offre à l'utilisateur un accès mobile effectif au sein du bâtiment, sans être limité par des systèmes filaires fixes. Avec la multiplication des appareils, tels que les smartphones et les tablettes, dotés exclusivement d'interfaces sans fil, la connexion directe à un réseau téléphonique fixe n'est plus possible ; le sans-fil devient alors la seule option.

Les opérateurs mobiles peuvent également étendre la couverture à l'intérieur des bâtiments grâce aux femtocells : de minuscules stations de base capables de communiquer avec un appareil mobile jusqu'à une distance de 10 mètres, le réseau haut débit domestique assurant la liaison. Un appareil hybride combinant les technologies Wi-Fi et femtocell offre le meilleur des deux mondes.

Le Wi-Fi gagne en popularité hors des bâtiments, notamment dans les zones à forte demande de services mobiles. Dans de nombreuses grandes villes, les réseaux sans fil se déploient, offrant aux utilisateurs la possibilité de désactiver leur forfait mobile pour bénéficier de débits de téléchargement plus rapides et moins chers.
Les régions rurales profitent également des avantages du Wi-Fi : le coût de déploiement d'un réseau FTTH/FTTB y est souvent prohibitif, tandis que les équipements Wi-Fi sont moins onéreux et relativement faciles à installer.

Cependant, comme pour tout réseau de communication mobile, les réseaux Wi-Fi ont toujours besoin d'un transport de données vers le réseau principal ou central, et par conséquent, le problème de la fourniture d'une capacité de transport adéquate reste d'actualité.

La capacité des réseaux Wi-Fi sera bientôt limitée si les réseaux téléphoniques en cuivre sont utilisés pour la liaison de données. Un exemple typique serait celui d'un café en ville offrant un accès internet gratuit : le réseau Wi-Fi y fournit 54 Mbits/s, tandis que la connexion haut débit du bâtiment n'atteint que 24 Mbits/s (débit descendant). Les réseaux Wi-Fi auront également besoin d'une liaison de données en fibre optique pour répondre à la demande croissante de données des consommateurs.

Conclusions :
Les opérateurs de téléphonie mobile constatent une forte augmentation du trafic de données sur leurs réseaux, due à des utilisateurs qui exigent un accès plus facile aux services en ligne gourmands en données, sans être contraints à un emplacement fixe. La plus grande disponibilité des services haut débit mobiles, conjuguée à la prolifération des smartphones bi-mode 3G et Wi-Fi, à des forfaits de données abordables et à de nouveaux services en ligne, a alimenté la croissance du trafic de données des utilisateurs sans fil.
Les réseaux haut débit mobiles ont évolué au fil du temps, mais ils ont désormais atteint un point de saturation, ce qui nécessite une refonte complète pour garantir leur robustesse et leur capacité à répondre à la demande future. Ceci pose un dilemme : ayant investi massivement par le passé, les opérateurs de réseaux mobiles sont peu incités à entreprendre un nouvel investissement important, tandis que l’infrastructure existante aura du mal à satisfaire la demande.

La solution réside dans l'amélioration des réseaux et l'exploitation de l'infrastructure fibre optique pour le réseau de liaison sans fil, qui peut fournir la très haute capacité de bande passante nécessaire pour répondre à la croissance continue, ce qui en fait un support idéal pour un réseau robuste et pérenne.

Il existe des synergies évidentes entre le déploiement de réseaux d'accès par fibre optique et les infrastructures de téléphonie fixe et de liaison sans fil. La ville suédoise de Stockholm en est un exemple : elle compte déjà deux opérateurs mobiles LTE et un troisième est en cours d'installation, ce qui serait directement lié à la disponibilité de la fibre optique sur l'ensemble de son territoire.

Selon nous, la technologie sans fil doit être considérée comme complémentaire à la fibre optique, et non comme une technologie concurrente, pour les raisons suivantes :

• Les réseaux sans fil, sous toutes leurs formes, doivent être mis en avant pour leurs atouts – informatique nomade et mise en réseau avec des exigences de service et de débit limitées – et non comme des solutions de remplacement directes pour les connexions résidentielles et professionnelles exigeantes. Les réseaux sans fil traditionnels auront du mal à répondre aux fortes demandes de transmission de données, en particulier lorsque plusieurs utilisateurs partagent le réseau.
• Une exception à cette règle générale concerne les zones très peu peuplées où le déploiement de nouveaux réseaux filaires peut ne pas être commercialement viable. Dans ces zones, la couverture par des réseaux d'accès sans fil peut être fournie relativement rapidement et à un coût relativement faible, au moins pendant une période de transition.
• Combinés aux réseaux sans fil, les services filaires peuvent fournir des capacités de liaison terrestre alternatives pour répondre à la demande croissante de données mobiles.

La question pour les opérateurs de réseaux mobiles est la suivante : comment fournir un service qui réponde à la demande du marché du haut débit tout en maximisant le retour sur investissement ? Pour répondre à cette question, nous en revenons à notre point de départ : pour fournir un service mobile offrant la plus grande bande passante pour la liaison terrestre, une infrastructure de fibre optique est essentielle.

Si l'infrastructure de fibre optique existe déjà, il est judicieux de l'utiliser afin de minimiser les dépenses d'investissement. En revanche, pour une nouvelle construction, le déploiement de cette infrastructure nécessitera d'importants investissements ; il est donc impératif de le réaliser de manière à en minimiser les coûts. Le partage des investissements, par exemple en déployant simultanément la fibre optique jusqu'au domicile (FTTH) pour l'accès haut débit fixe et le réseau de collecte mobile, constitue une solution pertinente.

Références

1. Chris Ziegler (2011), 2G, 3G, 4G et tout le reste : un guide d’Engadget sur le sans-fil : http://www.engadget.com/2011/01/17/2g-3g-4g-and-everything-in-between-an-engadget-wireless-prim/
2. Terrence P. McGarty (2005), Alternatives au haut débit, synergies entre la fibre et le sans-fil : http://www.telmarc.com/Docu-ments/Papers/2005%2010%2006%20Broadband%20Alternatives%2002.pdf
3. Cisco et/ou ses filiales (2011), L’accès au haut débit au XXIe siècle : applications, services et technologies :
4. Cisco (2012), Index visuel des réseaux : http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white_paper_c11481360_ns827_Networking_Solutions_White_Paper.html
IDATE Consulting (2012), FTTH : La solution pour le haut débit mobile, étude réalisée pour le compte du FTTH Council Europe et du FTTH Council APAC
6. Cisco (2012), 802.11ac : Le Wi-Fi de cinquième génération (Livre blanc technique) http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/wireless/ps5678/ps11983/white_paper_c11-713103.html
7. Fujitsu (2009), Impacts de la 4G sur le réseau de transport mobile : http://www.fujitsu.com/downloads/TEL/fnc/whitepapers/4Gimpacts.pdf
8. Rysavy Research pour 4G Americas (2012), Explosion du haut débit mobile : http://www.4gamericas.org/documents/4G%20Americas%20Mobile%20Broadband%20Explosion%20August%2020121.pdf

Auteur:

Contributeurs : Stephen Hough - Sterlite Technologies Ltd, José Salgado - PT Inovação, Jim Crowfoot -
Senko Advanced Components, Didi Ivancovsky - Broadcom, Wolfgang Fischer -
Cisco, Pauline Rigby - éditrice indépendante.

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