Rester en course dans un monde bouleversé

En vingt ans, la tech­nolo­gie des réseaux mobiles a pro­fondé­ment évolué. Mais, avec la 4G, l’ingénieur est con­fron­té au même prob­lème que celui qui a conçu le GSM : com­ment tir­er prof­it au max­i­mum du canal radio ? Par­tant de la com­préhen­sion de la physique et de la théorie de l’information, il doit tir­er le meilleur de la tech­nolo­gie disponible.

Avec la 4G, l’ingénieur est con­fron­té au même prob­lème que celui qui a dévelop­pé le GSM

Comme rap­pelé dans le bref his­torique ci-après, celle-ci a rapi­de­ment évolué guidée par le principe fon­da­men­tal de Shan­non : le débit pos­si­ble sur un canal radio est pro­por­tion­nel à la largeur de la bande de fréquence util­isée et dépend du log­a­rithme de 1 + S/B, où S est la puis­sance du sig­nal reçu et B celle du bruit. La con­cep­tion des sys­tèmes de com­mu­ni­ca­tion radio s’efforce d’atteindre cette lim­ite en allouant de larges ban­des de fréquence et en essayant, à chaque trans­mis­sion, de max­imiser le rap­port sig­nal à bruit.

Elle doit lut­ter con­tre les fluc­tu­a­tions inces­santes, aléa­toires et rapi­des du rap­port sig­nal à bruit dû aux inter­férences con­struc­tives et destruc­tives des tra­jets mul­ti­ples de prop­a­ga­tion et des inter­féreurs externes.

REPÈRES
Aujourd’hui, dans tous les domaines, on recherche l’accès partout et tou­jours à la con­nex­ion Inter­net. Après avoir relié les hommes, Inter­net reliera les objets, du réfrigéra­teur à la voiture, que cer­tains scé­nar­ios con­sid­èrent comme un ter­mi­nal de récep­tion de pub­lic­ité géolo­cal­isée ser­vant acces­soire­ment à se déplac­er. C’est l’Internet sans fil qui les fera com­mu­ni­quer. Une révo­lu­tion en pro­fondeur de la société est en cours.

La 2G, solution mal adaptée au transfert de données

Pal­li­at­ifs
Pour lim­iter les incon­vénients de la 2G des évo­lu­tions ont été mis­es en place. La 2,5G a intro­duit le mode paquet per­me­t­tant de rem­plir et libér­er les cir­cuits à chaque trans­fert de don­nées pour d’autres util­isa­teurs. La 2,75G (EDGE) y a rajouté une mod­u­la­tion adap­ta­tive (toutes les 20ms) pour max­imiser le débit en opti­misant le com­pro­mis bits trans­portés – pro­tec­tion con­tre les erreurs selon les con­di­tions radio qui fluctuent très rapidement.

La 2G (GSM) par­ti­tion­nait le spec­tre en por­teuses de 200 kHz allouées à 8 util­isa­teurs à tour de rôle toutes les 4,615 ms. Cha­cun avait ain­si une ressource dédiée (de type cir­cuit) isolée des autres, sauf via d’éventuelles inter­férences d’antennes util­isant la même fréquence.

Réservé à un util­isa­teur, même entre deux de ses trans­ferts, le cir­cuit était très coû­teux pour trans­fér­er des données.

La 3G facilite les transferts de données

La 3G (UMTS) a util­isé une approche dif­férente : tous les util­isa­teurs ont droit à un large spec­tre (5 MHz) qu’ils se parta­gent en étant iden­ti­fiés par un code, séquence pseu­do-aléa­toire de bits mul­ti­pliée par chaque bit d’information. L’orthogonalité des codes min­imise l’effet des inter­férences. Sur ces bases, la 3G per­met de trans­fér­er en mode cir­cuit ou paquet à débits moyens (384 kbits/s) que la 3,5G (HSPA) aug­mente par mod­u­la­tion adap­ta­tive toutes les 10 ms, et que la 3,75G (3G+) dou­ble par agré­ga­tion de deux por­teuses pour un débit pic de 42 Mbits/s.

La nouvelle approche de la 4G

Plus d’antennes, plus de débit
En mode 4G, plusieurs antennes sur un même site pou­vant génér­er des canaux radio aux fluc­tu­a­tions indépen­dantes (par des chemins de prop­a­ga­tion dif­férents), on peut trans­met­tre les bits d’information en par­al­lèle. Avec deux antennes d’émission et deux de récep­tion, la 4G per­met un débit pic de 150 Mbit/s par util­isa­teur sur 20 MHz (600 fois plus que le débit pic offert par la 2,75G sur 200 kHz).

Autre approche, la 4G (LTE) par­ti­tionne 20 MHz de spec­tre en por­teuses de 180 kHz, dont elle alloue toutes les mil­lisec­on­des une mul­ti­tude à chaque util­isa­teur, un util­isa­teur seul pou­vant avoir 20 MHz. Elle s’efforce d’allouer à cha­cun celles sur lesquelles il aura le meilleur rap­port sig­nal à bruit, avec la mod­u­la­tion adap­tée. Le débit d’un canal étant pro­por­tion­nel à la largeur de bande, de 200 kHz (2G) à 20 MHz (4G), le débit pic est au moins 100 fois supérieur à la 2G. De plus, s’adaptant toutes les mil­lisec­on­des (et non toutes les 40 ms) aux fluc­tu­a­tions rapi­des du canal radio la réac­tiv­ité de la 4G per­met de max­imiser à chaque instant le débit offert, atteignant pra­tique­ment la lim­ite théorique (énon­cée par Shannon).

Nouveautés technologiques

La trans­mis­sion bande étroite (200 kHz) de la 2G – si lim­i­tante en débit – était imposée par la tech­nolo­gie des amplifi­ca­teurs radio qui ne fonc­tion­naient que sur la plage de fréquence où l’amplitude du sig­nal était constante.

Cloud radio
Dans la 4G, processeurs et amplifi­ca­teurs sont reliés par fibre optique. Celle-ci peut faire 40 cm entre les deux étages d’une armoire ou 40 km entre un site cen­tral et le site anten­naire dis­tant. On peut alors faire un cloud radio en cen­tral­isant le traite­ment et en définis­sant les cel­lules par logi­ciel, per­me­t­tant l’utilisation spa­tiale et dynamique opti­male des ressources.

Les amplifi­ca­teurs à large bande cou­plés aux processeurs rapi­des ont per­mis le décol­lage de la 3G à bande large (5 MHz), puis la 4G (20 MHz).

Les processeurs rapi­des ont per­mis non seule­ment la généra­tion des mod­u­la­tions rapi­des, mais aus­si celle de la ver­sion numérisée de la forme d’onde. Envoyée à l’amplificateur, elle y est con­ver­tie en sig­nal analogique puis élec­tro­mag­né­tique sur la bonne por­teuse et avec la bonne puissance.

Mutation industrielle

Ces évo­lu­tions ont pro­fondé­ment boulever­sé le paysage indus­triel des télé­com­mu­ni­ca­tions mobiles. Les anci­ennes gloires indus­trielles, européennes et améri­caines, se sont ternies ou ont dis­paru à une excep­tion près, Eric­s­son, bous­culées par d’autres indus­triels, chi­nois, arrivés avec au départ des prix et offres de finance­ment intéres­sants et aujourd’hui de nou­velles méth­odes de tra­vail, d’organisation et de man­age­ment et des pro­duits plébisc­ités par les opérateurs.

Mais le jeu n’est pas figé, et si les acteurs européens s’efforcent de rebondir, de nou­veaux acteurs appa­rais­sent, menaçant l’actuelle hiérarchie.

L’apport des « vétérans »

Choisir sa voie
Après le lance­ment d’un pro­jet, le con­sul­tant pour­ra naturelle­ment en pren­dre la direc­tion et coor­don­ner les actions de l’équipe qu’il aura for­mée. Mais, tirail­lé entre ses deux pas­sions, la réal­i­sa­tion con­crète du pro­jet ou le développe­ment de son activ­ité de con­sul­tant vers d’autres aven­tures, peut-être préfér­era-t-il cette dernière.

En vingt ans de gloire, déclin et rebonds de l’industrie, l’indus­try vet­er­an aura vécu les man­age­ments à la française, à l’anglo-saxonne et à la chi­noise, les multi­na­tionales et les start-ups, de près ou de loin, comme employé, parte­naire ou client. Évolu­ant au gré des oppor­tu­nités et de ses aspi­ra­tions, il aura pra­tiqué les dif­férents métiers de l’entreprise. Sa con­nais­sance sera restée pointue car le pro­grès tech­nique rapi­de n’a eu qu’un but, sur­mon­ter les prob­lèmes que, jeune ingénieur, il s’efforçait de traiter.

Il peut for­mer un duo de choc avec l’entrepreneur qui veut surfer sur la vague de l’Internet mobile. Par son expéri­ence poly­va­lente et plus que jamais d’actualité, il per­met à l’entrepreneur de ne pas s’encombrer d’une mul­ti­tude de parte­naires spé­cial­isés qu’il fau­dra coordonner.

Le con­sul­tant per­met à l’industriel de mon­ter un pro­jet en un temps record

À deux, ils peu­vent lancer un pro­jet aus­si com­plexe que la créa­tion d’un nou­v­el opéra­teur mobile. Le con­sul­tant sait faire tra­vailler les indus­triels pour mon­ter le dossier tech­nique, il sait con­stru­ire le plan d’affaires, base de la stratégie et de la négo­ci­a­tion avec les financiers, il sait inter­a­gir avec les autorités qui attribueront les licences.

À deux, l’efficacité est max­i­male. Les négo­ci­a­tions avec les indus­triels sont effi­caces car ceux-ci doivent coor­don­ner de lour­des équipes frag­men­tées et hiérar­chisées pour définir les prix alors qu’à deux ils ont la vue d’ensemble et le pou­voir de décision.

Évi­tant à l’entrepreneur les struc­tures lour­des et coû­teuses, il lui per­met de mon­ter le pro­jet en un temps record.