Couverture ElectroniqueS n°127

En charge de la normalisation des réseaux cellulaires 3G UMTS et de leurs évolutions, l'organisme 3GPP met la dernière main à des spécifications qui porteront le débit sur les liens radio au-delà des 100 Mbit/s d'ici à 2010. En attendant la 4G qui, à l'horizon 2012, devrait associer très haut débit, qualité de service différenciée, sécurité et services individualisés. Les 100 Mbit/s pourraient être atteints en 2010 Une chose est sûre, l'après-3G est déjà sur les rails puisque 2007 consacrera le déploiement à grande échelle de la technologie HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) au sein des infrastructures de réseaux cellulaires de troisième génération, en particulier dans l'Hexagone. Si SFR, particulièrement précoce, a proposé une offre commerciale HSDPA dès le mois de mai 2006 (l'opérateur prévoit de couvrir 70 % de la population française d'ici à 2008), Orange lui a en effet emboîté le pas en septembre dernier. Bouygues Télécom, qui fera à cette occasion son entrée sur le marché de la 3G, compte, quant à lui, se jeter à l'eau au printemps. Introduite dès 2002 dans la Release 5 des spécifications UMTS édictées par l'organisme de normalisation 3GPP*, la technologie HSDPA, parfois qualifiée de 3,5G ou de 3G+, doit booster à 14,4 Mbit/s le débit crête théorique du trafic véhiculé en mode paquets dans la voie descendante des réseaux W-CDMA, limité jusqu'alors à 384 kbit/s (1). Associer, dans un premier temps, HSDPA et Mimo Aujourd'hui, les débits atteints en pratique sont plutôt de l'ordre de 1,8 Mbit/s avec les adaptateurs PC Card, les modems intégrés ou les téléphones mobiles HSDPA de catégorie 12, mais ils devraient rapidement monter à 3,6 Mbit/s pour les matériels de catégorie 6, dont la disponibilité est plus récente. Parallèlement, les opérateurs, infatigables, commencent à évaluer le procédé HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) qui, lui, doit porter à 5,8 Mbit/s le débit crête des liaisons montantes entre les terminaux mobiles et les stations de base (2). Certains d'entre eux pourraient même en lancer le déploiement dès 2007, avec des offres probablement situées aux alentours de 1,5 Mbit/s, sachant que la technologie HSUPA devrait également améliorer les performances des transmissions descendantes HSDPA. De fait, le trafic d'acquittement des paquets reçus par les terminaux profitera, lui aussi, de l'élargissement du « tuyau » sur la voie montante et le délai de latence de bout en bout en sera globalement réduit. Particulièrement important puisqu'il influe directement sur la qualité des services IP à contraintes temps réel, le délai de latence représente le temps mis par un paquet de petite taille pour effectuer l'aller-retour entre le mobile et un serveur Internet du réseau. Il était d'une seconde avec les versions initiales du GSM/GPRS. Il est passé à 150 ms avec le W-CDMA et devrait descendre à 70 ms avec les technologies HSxPA. Ce dopage des réseaux 3G actuels n'est pourtant qu'une première étape vers les très hauts débits. Car l'organisme 3GPP et les grands équipementiers télécoms ont déjà les yeux rivés sur 2012 en rêvant à ce que pourrait être, à cet horizon, une éventuelle 4G, évolution de l'UMTS actuel. S'il semble aujourd'hui difficile de donner une définition exacte du concept, le terme 4G cristallise néanmoins une vision de la convergence, où chaque utilisateur pourra se voir offrir la possibilité de se connecter à des services de manière homogène et en toute transparence et sécurité, quel que soit le type de réseau d'accès utilisé (voir encadré page 22). Aussi, dans la perspective de véritables services « quadruple play », les débits supportés par les interfaces radio des réseaux cellulaires doivent-ils tout d'abord continuer d'évoluer pour se rapprocher de ceux offerts sur les liaisons filaires. Dans un premier temps, il est fort probable que le procédé multi-antennaire Mimo* (Multiple Input Multiple Output) soit appelé à la rescousse. En implantant, tant dans les stations de base que dans les terminaux mobiles, plusieurs antennes associées à des algorithmes de codage spatiotemporel bien choisis, un réseau 3G compatible HSDPA devrait, selon Ericsson, autoriser des débits descendants de l'ordre de 30 Mbit/s – toujours pour une largeur de canal UMTS de 5 MHz – et ce, peut-être dès 2008. Il est d'ailleurs prévu que la spécification « Mimo sur HSDPA » soit intégrée dans la Release 7 des spécifications UMTS, dont la publication est prévue cette année. L'utilisation d'une modulation plus sophistiquée (64-QAM* en plus du 16-QAM introduit avec le HSDPA) pourrait même pousser cette valeur au-delà des 40 Mbit/s. Des largeurs de canaux compris entre 1,25 et 20 MHz A plus long terme, le 3GPP, dans le cadre des travaux du groupe LTE (Long Term Evolution), s'est néanmoins fixé l'objectif d'atteindre les valeurs minimales de 100 Mbit/s pour la voie descendante, et de 50 Mbit/s pour la liaison montante, et cela, en condition de complète mobilité. En cours d'élaboration, les spécifications techniques de la future interface radio devraient être figées en septembre prochain pour un déploiement prévu à partir de 2009-2010. Outre l'amélioration des débits, l'interface radio E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access), dite « Super 3G » ou 3,9G, apportera une plus grande flexibilité dans l'utilisation du spectre (avec des canaux dont la largeur pourra varier de 1,25 MHz à 20 MHz), dopera la capacité des cellules (jusqu'à 200 utilisateurs actifs dans un canal de 5 MHz, contre une quarantaine avec les technologies HSPA) et diminuera encore la durée de latence. L'objectif est en pratique d'atteindre les 5 ms dans des conditions idéales, une valeur similaire à celles affichées par les réseaux Internet à large bande fixe. Le coût du mégaoctet transporté devrait également chuter. Selon des chiffres avancés par Nortel en 2006, l'implantation d'une interface radio Super 3G pourrait ainsi réduire d'un facteur 20 ce coût par rapport à celui affiché par les réseaux UMTS actuels ! Au niveau des couches physiques, le choix du groupe de travail LTE semble s'être déjà porté sur l'OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) pour la voie descendante et sur le SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) pour la voie montante. Ces deux technologies seront sans nul doute couplées au procédé Mimo, puisqu'il est prévu que les futurs terminaux mobiles et stations de base LTE seront dotés en standard d'au minimum deux antennes. Jamais en retard d'un train, NTT DoCoMo a dévoilé qu'il testerait les technologies Super 3G avant fin 2007 (des démonstrateurs à 100 Mbit/s ont déjà été mis au point par un certain nombre de laboratoires, et notamment en France par le CEA-Léti). L'opérateur nippon a également annoncé qu'il comptait déployer ces technologies courant 2009 et proposer des services ad hoc en 2010. Ajoutons que, migration de plus en plus massive vers la commutation de paquets IP oblige, l'organisme 3GPP prévoit également de faire évoluer l'infrastructure des réseaux cellulaires 3G UMTS pour faciliter l'intégration de technologies d'accès radio non cellulaires. Sont concernées au premier chef le Wi-Fi et le Wimax mobile (IEEE 802.16e-2005), ce dernier étant aussi basé sur l'OFDMA. Le débat qui oppose actuellement les partisans du Wimax aux promoteurs des technologies 3G et de leurs évolutions n'aura, peut-être, bientôt plus de raison d'être… * Cf Lexique page 44 (1) Les débits annoncés sont ici partagés par les utilisateurs communiquant simultanément dans la même cellule. (2) La technologie HSUPA a été intégrée dans la Release 6 des spécifications UMTS, publiée par le 3GPP début 2005. Sécurité et qualité de service : la 4G devra relever le Défi L'augmentation des débits supportés par l'interface radio des réseaux cellulaires n'est qu'un des aspects associés à une future 4G prévue à l'horizon 2012. La 4G implique aussi des modifications à l'échelle de l'infrastructure tout entière. Des modifications qui sont liées, convergence oblige, à une intégration de plus en plus étroite avec les réseaux non cellulaires (Wi-Fi, Wimax mobile, 802.22, etc.) et à l'émergence des services dits « intelligents » (IMS), deux évolutions permises par une architecture IP de bout en bout. La sécurité et la qualité de service devront sans nul doute être renforcées. Avec la montée en débit, les services vont s'étoffer et, la complexité logicielle aidant, les risques liés aux intrusions malveillantes, aux attaques virales, aux vols de données privées iront en augmentant. Pour muscler l'aspect sécurité, diverses fonctions de contrôle devront être implantées dans les n&oelig;uds des réseaux d'opérateurs et, si possible, au plus près des abonnés. Des sociétés comme Freescale pensent déjà à intégrer ces fonctions de contrôle (comme la reconnaissance de signatures virales) dans les circuits de routage. Pour les opérateurs, il deviendra judicieux de proposer une qualité de service (QoS) ajustée en temps réel aux besoins de chaque utilisateur et à l'abonnement souscrit. Pour adapter les temps de latence, il faudra que les mécanismes de QoS et de classification des trafics, aujourd'hui à la charge des contrôleurs radio RNC, soient exécutés au plus près des interfaces radio et, donc, au niveau des stations de base. Une partie de l'intelligence des RNC devra donc à terme être transférée vers les stations de base. L'industrie du mobile rêve déjà au débit de 1 Gbit/s Depuis 2004, dans le cadre des projets européens Winner (2004-2005) puis Winner II (2006-2007), une quarantaine de sociétés et de laboratoires travaillent en commun sur le développement de technologies d'interfaces radio pour terminaux sans fil en se projetant au-delà de ce que pourront permettre les interfaces 3G LTE (Long Term Evolution). Des débits supérieurs à 1 Gbit/s en mobilité restreinte sont visés, mais les technologies invoquées nécessitent des bandes de fréquences différentes de celles actuellement réservées aux réseaux de radiocommunications cellulaires 3G, probablement au-delà de 3 GHz. Les partenaires du projet comptent exposer leurs besoins spectraux à l'occasion de la prochaine Conférence mondiale des radiocommunications (WRC) qui se tiendra à Genève du 22 octobre au 16 novembre 2007. Sous l'égide de Siemens, le projet Winner II réunit notamment France Télécom, NTT DoCoMo, Telefonica, Vodafone, Alcatel-Lucent, Ericsson, Fujitsu, Motorola, Nokia, Nortel, Philips et Samsung.

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