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.