Brian Lavallée  est directeur du marketing des technologies et des solutions en charge des solutions de réseau par paquets de Ciena.

 

L’Union Internationale des Télécommunications (UIT) a récemment publié son rapport « Trends in Telecommunication Reform 2016 » (tendances des réformes dans les télécommunications en 2016), qui confirme les investissements en cours dans les infrastructures de fibre, lesquels devraient atteindre le niveau époustouflant de 144,2 milliards de dollars entre 2014 et 2019. Un des principaux moteurs de ces investissements massifs dans les infrastructures de fibre se matérialise sous la forme des radios 5G de demain.

Les réseaux de téléphonie mobile 5G affecteront sensiblement tant le côté sans fil (évidemment !) que le côté filaire de l’infrastructure de réseau globale, car les bits aéroportés proviennent et se dirigent vers des réseaux filaires terrestres. Dans un billet précédent, j’ai résumé les principaux objectifs1 de performances de la 5G, que je rappelle ci-dessous. Ces formidables objectifs de performances réseau reposent largement sur la disponibilité de fibre, en grande quantité, vers les sites cellulaires.

  • Jusqu’à 1 000 fois plus de bande passante par unité de surface
  • Jusqu’à 100 fois plus d’appareils connectés
  • Jusqu’à 10 Gbit/s de taux de connexion vers les appareils mobiles sur le terrain
  • Une disponibilité réseau perçue de 99,999 %
  • Une couverture réseau perçue de 100 %
  • Un temps de transmission aller-retour de bout en bout (délai de transit) de 1 ms maximum
  • Jusqu’à 90 % de réduction de la consommation d’énergie des réseaux

Traditionnellement, les réseaux mobiles 2G et 3G ont souvent utilisé des circuits de multiplexage temporel (TDM) à base de cuivre, tels que des circuits T1 ou E1 regroupés, pour connecter les sites cellulaires à un centre de commutation mobile voisin via le réseau de liaison mobile (MBH). Même si cette architecture MBH désormais ancienne a bien servi le secteur pendant des décennies, elle trahit maintenant son âge avec l’avènement de la 4G. Des mises à niveau ont lieu partout dans le monde, transformant les anciens sites cellulaires cuivrés pour les MBH en un transport par paquets sur fibre, qui offre des capacités bien supérieures aux meilleurs réseaux MBH pérennes. La croissance de l’adoption de la technologie de réseau mobile 4G LTE et LTE-Advanced accélère ces mises à niveau des fibres MBH, qui peuvent être et seront exploitées par les futurs réseaux 5G, étant donnée la bande passante quasi illimitée qu’offrent les réseaux de fibre optique. Vous pouvez étudier des options viables pour l’avenir dans notre guide Essentials Series: Mobile Backhaul.

Afin d’améliorer la couverture, la capacité et la qualité de l’expérience des utilisateurs mobiles, les opérateurs de réseaux mobiles adoptent des petites cellules, qui rapprochent stratégiquement les radios des utilisateurs. Les petites cellules peuvent être transportées sur cuivre (xDSL, modems câble HFC, etc.), dans l’air (micro-ondes, ondes millimétriques, etc.) ou sur fibre (Ethernet, PON, etc.). Ces trois supports sont utilisés de nos jours, à des degrés divers, le choix de la technologie étant basé sur des critères économiques, environnementaux, réglementaires et de délai de commercialisation, souvent spécifiques au site géographique ciblé et à l’application. Les réseaux MBH à petites cellules sur fibre sont toujours l’option privilégiée, dans la mesure du possible, car cette technologie est évolutive, sécurisée, comprise et, souvent, la plus économique. Il existe toutefois des cas où le déploiement d’une fibre optique n’est tout simplement pas une option viable.

La vitesse de téléchargement théorique maximale pour LTE-Advanced (version 8) est de 300 Mbit/s, mais les vitesses de téléchargement typiques réelles sont nettement inférieures, se situant à environ 40 Mbit/s, si on a la chance d’avoir ce type de couverture de service dans son voisinage. À mesure qu’un nombre croissant d’utilisateurs mobiles accéderont à davantage de contenu vidéo sur de plus longues périodes à l’aide de smartphones de plus en plus puissants, la demande en bande passante sur les réseaux d’accès radio (RAN) continuera de croître sans fléchir.

Le calcul : vitesses 4G contre 5G

Aujourd’hui, une macrocellule moderne classique est desservie par une liaison réseau optique de paquets 1 GbE, même si le trafic sur cette connexion physique 1 GbE est généralement d’environ 200 à 300 Mbit/s, ce qui laisse une certaine marge de croissance, pour les réseaux 4G. Ainsi, la bande passante totale cumulée consommée par tous les utilisateurs mobiles simultanés vers une macrocellule classique équivaut grosso modo à la vitesse de téléchargement théorique maximale d’une seule connexion utilisateur LTE-Advanced (version 8). Certes, il s’agit d’une estimation grossière, mais vous voyez où je veux en venir. Même si les réseaux MBH actuels peuvent suffire pour la 4G aujourd’hui, les vitesses d’accès promises par la 5G vont probablement surcharger assez rapidement les réseaux MBH existants.

Les opérateurs de réseaux mobiles connectant des cellules 3G et 4G (tant petites cellules que macrocellules) par l’intermédiaire de la fibre posent actuellement les fondations de la 5G, qui offre des vitesses de téléchargement théoriques maximales allant de 1 Gbit/s pour les utilisateurs à grande mobilité (p. ex. des banlieusards dans des trains à grande vitesse) à 10 Gbit/s pour les utilisateurs à faible mobilité (p. ex. stationnaire, à pied). Même si la vitesse de téléchargement théorique maximale de 10 Gbit/s était réduite de 90 % pour être ramenée à 1 Gbit/s, toute la connexion MBH 1 GbE vers une macrocellule classique actuelle, destinée à servir tous les utilisateurs 4G simultanés, serait consommée par un seul utilisateur 5G gourmand en bande passante, comme moi.

Il est important de poser de la fibre maintenant pour connecter les petites cellules et macrocellules, dans la mesure du possible, si l’on veut pouvoir mettre ces sites cellulaires au niveau de la 5G dans les prochaines années, car les connexions MBH cuivrées et aériennes ne peuvent tout simplement pas s’adapter pour faire face à l’immense quantité de trafic MBH qui sera générée par un RAN 5G. Heureusement, la 5G est conçue pour se superposer aux réseaux mobiles 3G/4G existants, ce qui signifie que, pour les cellules existantes qui ne doivent pas être mises au niveau de la 5G à l’avenir, les connexions MBH cuivrées et aériennes restent des options viables aujourd’hui et demain.

La majeure partie de la bande passante consommée sur les ondes des réseaux mobiles est liée au contenu vidéo provenant d’un Data Center distant situé de l’autre côté d’une ville, d’un pays ou même d’un océan. Notre affinité croissante, notre dépendance, pour ne pas dire notre addiction aux appareils mobiles en ont fait le véhicule souvent privilégié pour accéder au contenu en ligne, reléguant les modems câble et xDSL à un rôle plus secondaire. Si la 5G doit être déployée de manière agressive dans les prochaines années, offrant des vitesses d’accès réelles nettement plus rapides que ce qui est disponible sur les réseaux 3G/4G d’aujourd’hui, quelle que soit in fine la vitesse de la 5G, toutes les parties du réseau filaire connectées au RAN seront affectées par le déluge de contenu en direction et provenance des Data Centers. Le seul support de transport capable d’évoluer pour répondre à ces exigences est la fibre, ce qui signifie qu’elle devra être disponible partout, particulièrement dans le RAN pour l’accès à centaines de milliers de petites cellules et macrocellules déployées dans le monde.

La 5G pour un accès à haut débit fixe

Un autre problème est l’utilisation d’un accès 5G fixe en remplacement du haut débit, solution actuellement envisagée par certains opérateurs. Bien que la partie « mobile » soit supprimée une fois que les radios 5G sont installées dans un site privé ou professionnel, celle-ci a toujours un effet majeur sur le RAN et sur toutes les parties du réseau situées entre les sites cellulaires et les Data Centers. Le déploiement d’accès à haut débit fixe 5G devrait être plus rapide et plus facile que la pose de câbles jusqu’aux installations, ce qui signifie que la mise en service de la bande passante se trouve accélérée, exacerbant ainsi la pression sur les différentes parties du réseau global. Bien que l’accès 5G nécessite moins de fibre optique au niveau du site client, on installe plus rapidement davantage de bande passante et il faut donc plus de fibres au niveau du RAN.

Quasiment tous les réseaux métropolitains, régionaux, longue distance et sous-marins sont aujourd’hui basés sur de la fibre, ce qui signifie qu’ils peuvent déjà évoluer pour répondre à la croissance vorace des interconnexions de Data Centers en profitant des technologies de transmission optique les plus récentes. Le réseau d’accès, qui inclut le RAN, est la seule partie de l’infrastructure réseau globale où est encore déployée une quantité importante de cuivre et de technologie sans fil (micro-ondes/ondes millimétriques), ce qui sera un problème pour les déploiements 5G, en raison des vitesses promises par cette nouvelle technologie. Les domaines ciblés par la couverture 5G exigent beaucoup de fibre pour réussir, pas seulement pour des raisons de capacité, mais aussi pour répondre aux autres objectifs de performances 5G plutôt ambitieux concernant la diversité, la disponibilité et la couverture du réseau, puisque chacun de ces trois objectifs exige un plus grand nombre d’interconnexions de fibre. Il est assez ironique de se dire que les objectifs de performances envisagés de la 5G sans fil dépendront de la disponibilité de fibres filaires.

En fait, la seule raison pour laquelle que nous n’avons pas de fibre connectée directement à nos smartphones est que nous serions moins mobiles.

1:  Understanding 5G - Perspectives on Future Technological Advancements in Mobile, décembre 2014 (GSMA Intelligence)