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Les technologies radio de demain sont déjà là
Les réseaux locaux radio haut débit et les réseaux cellulaires 3G de nouvelle génération devraient utiliser les antennes multiples ou le multiplexage.
Les technologies radio sont engagées dans une quête sans fin de capacité et donc de débit supérieur, couplée à un besoin constant d'amélioration de la qualité de la transmission. Les réseaux sans fil vont avoir à gérer un nombre
croissant d'utilisateurs connectés et une intensification du trafic multimédia, avec une exigence de qualité de service comparable à celle des réseaux filaires haut débit. Si ces objectifs sont partagés par toute l'industrie des
télécoms et des réseaux, un consensus règne désormais sur le choix des technologies pour y parvenir.
' OFDM et Mimo sont des technologies clés, et pas seulement pour le futur des réseaux cellulaires 3G ', a déclaré récemment Scott Wickware, vice?"président chargé des réseaux GSM
et UMTS pour l'Europe, le Moyen?"Orient, l'Afrique et l'Asie chez Nortel Networks. Déjà employé dans la télévision numérique terrestre (ou DVB) ou les réseaux Wi?"Fi (802.11a et g), OFDM est réputé pour augmenter le
débit et l'efficacité spectrale dans les transmissions par voie radio, mesurée en nombre de bits transmis par hertz. Elle est au c?"ur de la technologie WiMAX fixe (802.16-2004).
L'OFDM, meilleur compromis performances?"complexité
Son mode de fonctionnement repose sur l'utilisation de multiples fréquences sous?"porteuses pour transporter simultanément le signal : jusqu'à 256 dans le cadre du standard Wimax fixe, et jusqu'à
2 048 pour le nouveau standard Wimax mobile. En prenant une image, l'OFDM revient à transporter un flux unique de 1 Mbit/s en le convertissant en cent flux de 10 kbit/s chacun. Transmises parallèlement autour d'une
porteuse principale, les sous?"porteuses occupent chacune une petite portion de fréquence du canal de transmission alloué au signal (5, 10 ou 20 MHz, par exemple).
Ces sous-porteuses, de par leur multiplicité, offrent une meilleure résistance aux obstacles qui peuvent se dresser entre un émetteur (une station de base radio) et un récepteur (terminal équipé de son antenne). Elles sont dites
orthogonales au sens où elles ne génèrent pas d'interférences entre elles en dépit de leur juxtaposition. OFDM gère a priori mieux les distorsions et autres parasitages (liés en partie aux phénomènes d'échos) que subit le signal dans
le monde radio. La technologie évite de recourir à de complexes algorithmes d'égalisation corrigeant, à la réception, les distortions dont souffre habituellement le signal émis puis transmis par les ondes hertziennes.
Le multiplexage OFDM présente aussi l'atout de fonctionner avec des espacements de canaux radio variables ?" de 1,25 à 20 MHz ?", ce qui permet de transmettre des hauts débits de manière plus
confortable : 10 ?- 2 MHz pour un canal à 20 MHz, par exemple. ' OFDM offre le meilleur compromis performances-complexité pour transmettre des bandes passantes supérieures à 5 MHz, ce qui en fait
une des briques de base pour les systèmes de quatrième génération ', est?"il précisé dans la revue Alcatel Telecommunications Review (2e trimestre 2005, p.102).
Un raffinement supplémentaire de cette technologie consiste à gérer des accès multiples à un instant T, plusieurs utilisateurs partageant en même temps un même canal radio. Cela correspond aux contraintes des réseaux d'opérateurs
qui doivent gérer des flux à la fois bidirectionnels et émanant simultanément d'abonnés multiples.
Le principe du multiplexage OFDMA évolutif (ou SOFDMA, Scalable orthogonal frequency division multiple access) entre ainsi en scène. Cette technique, plus complexe que l'OFDM, a été retenue au sein du récent standard Wimax
mobile, adopté fin 2005 par l'IEEE (802.16e), afin de tenir compte des conditions de transmission propres aux terminaux en situation de mobilité. OFDMA alloue de manière dynamique des groupes de sous-porteuses à différents utilisateurs,
ce qui autorise une gestion plus souple du spectre de fréquences.
Le couplage OFDM?"Mimo, la formule magique ?
En couplant cette technologie de multiplexage avec celle des antennes multiples Mimo, les industriels des télécoms pensent détenir la formule magique qui réconciliera définitivement le très haut débit avec la transmission de données par
onde radio. Mimo repose sur le postulat ' simple ' qu'en multipliant les antennes radio émettrices et réceptrices, on multiplie dans l'espace les chemins empruntés par les signaux radio.
Résultat : le débit, la fiabilité ainsi que la portée sont améliorés. Bien que connu de longue date, le procédé à antennes multiples suppose toutefois la mise au point d'une électronique complexe, ce qui explique sa récente apparition
sur le marché.
Techniquement, ce concept de transmission utilise le multiplexage spatial : plusieurs antennes sont réglées sur le même canal, chacune assurant la transmission avec des caractéristiques spatiales différentes. Mimo n'est donc
pas seulement un concept d'antennes multiples. Cette technologie repose sur une électronique qui doit gérer le signal relatif aux données, via de multiples émetteurs et récepteurs, en utilisant un seul canal radio tout en exploitant de
multiples chemins dans l'espace.
Une utilisation dans tous les domaines du sans?"fil
Cette technologie intervient au niveau de la couche physique. Elle est donc indépendante de la couche applicative. Elle a vocation à être utilisée dans tous les domaines du sans?"fil : réseaux radio locaux Wi?"Fi, réseaux
cellulaires et boucle d'abonnés WiMAX. Dans sa revue technique interne, Nortel Technical Journal,, l'équipementier canadien estime qu'un gain en débit d'un facteur 5 peut être atteint dans
le débit descendant (pour un téléchargement d'un fichier) par rapport à la technologie HSDPA des réseaux 3G, la plus rapide des technologies actuellement disponibles sur ce type de liaison. Celle?"ci atteint déjà de 1 à
3 Mbit/s, soit cinq fois plus que le canal à 384 kbit/s des réseaux cellulaires 3G en W?"CDMA déployés dans le monde.
Plusieurs fabricants de points d'accès radio Wi?"Fi, comme Netgear ou D?"Link, ont commencé à développer des points d'accès radio à antennes multiples. La technologie Mimo sera même au c?"ur du futur standard
Wi?"Fi à très haut débit (lire l'encadré), connu pour le moment sous l'appellation 802.11n et dont la finalisation au sein de l'IEEE est prévue dans le courant de 2006. Son utilisation devrait permettre de doper le débit
d'une liaison radio entre point d'accès et client bien au?"delà des 100 Mbit/s actuels, obtenus au moyen de techniques propriétaires.
Compromis technologique autour du futur standard wi?"fi à haut débit
Si l'industrie des réseaux s'accorde pour placer la technologie à antennes multiples Mimo au centre du futur standard 802.11n de réseau local radio à très haut débit, deux camps se sont opposés en proposant chacun
sa propre version : le groupe d'industriels WWiSE, soutenu notamment par Texas Instruments et Airgo Networks, et le groupement TGn Sync, soutenu par Intel en particulier.
À la fin 2005, les deux consortiums se sont mis d'accord pour faire converger leurs propositions. Un troisième groupe est alors apparu : EWC (Enhanced Wireless Consortium). Censé faire la synthèse des deux propositions
et accélérer la standardisation en cours, il réunit une partie des industriels des deux consortiums précédents. Dans le meilleur des cas, l'IEEE entérinera un standard dans le courant de l'année, ce qui repoussera à la fin 2006 ou à
2007 l'avènement de produits industriels et interopérables entre eux.
Lexique
Mimo (Multiple input, multiple output) : le canal radio utilisé pour la transmission, à travers des antennes multiples utilisées, dispose de plusieurs entrées (input) et de plusieurs sorties (output).
OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing) : cette technologie recourt au multiplexage par répartition en fréquence sur des porteuses orthogonales, c'est?"à?"dire ne générant pas d'interférences entre elles.
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