Les femtocells servent à étendre la portée des réseaux cellulaires, principalement 3G, à l'intérieur des bâtiments. Leur fonction est similaire à celle des antennes de couverture utilisées pour la télévision numérique terrestre (TNT). Ce sont essentiellement des mini-stations de base dotées d'équipements radio équivalents à ceux utilisés dans les antennes-relais des opérateurs de téléphonie mobile. L'intérêt pour ces systèmes est croissant, comme en témoignent la création de divers forums (femtoforum.org) et de conférences dédiées, bien que leur déploiement reste encore assez lent. La plupart des opérateurs évaluent l'équipement en laboratoire, d'autres ont mené des essais pilotes et très peu proposent un produit commercial à leurs clients. Cependant, cette situation devrait évoluer dans les prochaines années, une étude récente d'ABI Research prévoyant environ 150 millions d'utilisateurs et 70 millions de points d'accès dans le monde d'ici 2012. Cet article se concentre sur l'analyse de la technologie existante.

Cependant, l'installation d'une femtocell au domicile d'un client soulève plusieurs problèmes qu'il convient de ne pas négliger. Tout d'abord, il est essentiel de connaître la position géographique de l'équipement pour diverses raisons, notamment le bon acheminement des appels d'urgence et la planification adéquate de la puissance et des canaux radiofréquences afin d'éviter les interférences. En effet, un opérateur peut disposer de canaux radiofréquences, voire de bandes de fréquences, différents dans des zones géographiques adjacentes. Par conséquent, connaître la position de la femtocell est crucial pour éviter les interférences avec la macrocellule du même opérateur ou d'autres opérateurs. Parmi les méthodes couramment utilisées pour localiser les utilisateurs mobiles figurent le GPS et la triangulation des stations de base, mais aucune ne fonctionne à l'intérieur des bâtiments. Une autre possibilité consiste à utiliser l'adresse IP de la connexion Internet, mais cette méthode n'est pas toujours fiable, sauf pour les opérateurs proposant à la fois des services fixes et mobiles et qui maîtrisent ce processus. À cela s'ajoute le problème du déplacement de l'équipement par les clients, malgré les avertissements des opérateurs, ce qui complique considérablement la localisation. Par exemple, un client résidentiel pourrait emporter l'équipement dans des bureaux ou d'autres lieux où les tarifs d'appel sont différents. Dans un cas extrême, le déplacement d'une femtocell à travers les frontières internationales constituerait très probablement une violation des licences d'utilisation du spectre.

Un autre sujet de préoccupation pour les opérateurs concerne la qualité de service (QoS) perçue par les utilisateurs. Comme l'ont démontré de nombreux tests pilotes, la faible puissance d'émission des femtocells fait que de nombreux téléphones mobiles fonctionnent à la limite de la couverture, augmentant ainsi le risque de coupures de communication dans les grandes maisons ou les immeubles de plusieurs étages. De plus, la connexion internet est partagée avec les appels vocaux, qui requièrent un débit minimal de 500 kbit/s et une latence très faible. En effet, il a été constaté que les appels sont interrompus lorsqu'un membre de la famille se connecte à internet pour télécharger une vidéo gourmande en bande passante. Là encore, seuls les opérateurs proposant des services fixes et mobiles combinés peuvent mettre en œuvre des mécanismes permettant de coordonner l'utilisation d'internet avec les femtocells et de garantir une QoS minimale. Sachant que les derniers téléphones 3G annoncent des débits de 2 Mbit/s et que l'accès à ces services à domicile est une priorité, les opérateurs doivent déployer des efforts considérables pour garantir le respect des engagements de qualité dans les femtocells.

Marché et appareils :
On peut affirmer que Sprint est l’entreprise qui a déployé avec le plus de succès le service femtocell. Son service, appelé Airave, est déjà utilisé dans de nombreux foyers aux États-Unis. L’appareil, fabriqué par Samsung, coûte environ 100 $, un prix directement répercuté sur l’abonné. L’entreprise propose toutefois des forfaits d’appels permettant de réaliser des économies substantielles sur la facture mensuelle. La figure 2 présente une photo de l’appareil ainsi qu’un schéma illustrant sa simplicité d’installation.
En Europe, plusieurs opérateurs poursuivent leurs tests pilotes de femtocells, Vodafone et O2 se distinguant particulièrement. Les prévisions indiquent qu’ils annonceront prochainement leurs premiers produits et forfaits. À titre d’exemple, la société britannique Ubiquisisys a récemment lancé le produit ZoneGate, présenté figure 3. Ses principales caractéristiques sont les suivantes :

Jusqu'à présent, nous nous sommes concentrés sur le cas des femtocells 3G, bien que ce ne soit pas la seule option. Par exemple, l'opérateur américain Comcast prévoit de déployer des femtocells WiMAX au cours du second semestre 2009. Ces équipements serviront également à étendre la couverture à l'intérieur des bâtiments, tout en acheminant les appels VoIP via le réseau câblé de l'opérateur. Puisque Comcast propose des services de télévision haute définition, de VoIP et d'Internet haut débit (triple play), la femtocell WiMAX permet, dans ce cas, la mobilité à domicile. Le fabricant de puces picoChip propose une gamme complète de modules de référence configurables par logiciel pour le développement de femtocells 3G et WiMAX. Dans le cas de ces dernières, la conception de référence PC8530 fournit l'implémentation PHY OFDMA IEEE 802.16e et une couche MAC inférieure (Figure 5). Cette conception peut être mise à niveau vers le PC8532 pour prendre en charge WiMAX Wave 2 et IO-MIMO.
Il est clair que les technologies 3G et WiMAX se livreront une concurrence féroce sur le marché des réseaux d'accès au cours des prochaines années. Il est encore trop tôt pour prédire l'issue, même si une solution de compromis sera probablement trouvée, dans laquelle les deux technologies se complètent en fonction du service ou de l'application et du type d'utilisateur final.

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Francisco Ramos Pascual. Docteur en ingénierie des télécommunications. Professeur titulaire à l'Université polytechnique de Valence.