802.16

WiMAX

WiMAX (acronyme pour Worldwide Interoperability for Microwave Access) est une famille de normes (IEEE 802.16) dont certaines sont encore en chantier. Elles définissent les transmissions de données à haut-débit, par voie hertzienne. Ce terme est également exploité comme label commercial de ces normes, à l'instar du Wi-Fi pour 802.11. Le WiMAX Forum regroupe tous les acteurs (industriels, opérateurs, exploitants, diffuseurs...) impliqués dans cette série de normes.

WiMAX regroupe des normes et standards de réseaux sans fil précédemment indépendants : HiperMAN développé en Europe par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ou encore 802.16 développé par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

WiMAX utilise plusieurs technologies de diffusion hertziennes destinées principalement à une architecture "point-multipoint" : un ou plusieurs émetteurs/récepteurs centralisés couvrent une zone où se situent de multiples terminaux.

Le WiMAX procure des débits de plusieurs dizaines de mégabits/seconde sur une zone de couverture portant sur quelques dizaines de kilomètres au maximum. Le WiMAX s'adresse notamment au marché des réseaux métropolitains, le MAN (metropolitan area network) de HiperMAN mais également aux secteurs péri-urbains voire ruraux qui n'ont pas d'infrastructure téléphonique filaire exploitable.

Plusieurs normes et standards relèvent de l'acronyme WiMAX : les plus avancés concernent les usages en situation fixe (l'usager est équipé d'une station domestique et d'une antenne extérieure); les autres concernent une version mobile (connexion à haut-débit en situation de mobilité) dont la norme est en cours d'homologation internationale.

Sommaire

WiMAX : un terme, plusieurs normes

Un des objectifs fondateurs du WiMAX Forum est la volonté d'interopérabilité. Cet objectif est obtenu grâce à la normalisation et la certification qui représentent un des enjeux majeurs du WiMAX, à l'instar du succès obtenu par le Wi-Fi. WiMAX est défini pour exploiter une gamme de fréquences allant de 2 à 66 GHz - dans laquelle d'autres modes de transmission existent comme le Wi-Fi - autorisant des débits, des portées et des usages variés.

La multiplicité des bandes de fréquences, des différents débits exploités, de l'étendue des couvertures et d'applications envisageables représente le principal écueil que doit affronter le commentateur : selon différents points de vue, le WiMAX est tour à tour, un simple prolongement du Wi-Fi, le cœur de réseau du Wi-Fi, voire encore, la convergence du Wi-Fi et du réseau cellulaire de troisième génération (UMTS, dite « 3G »).

La famille 802.16

WiMAX réunit donc plusieurs standards, tous à des états d'avancement différents, qui sont autant d'axes de travail du groupe IEEE 802.16.

Standard Description Publié Statut
IEEE std 802.16-2001 définit des réseaux métropolitains sans fil utilisant des fréquences supérieures à 10 GHz (jusqu'à 66 GHz) 8 avril 2002 obsolètes
IEEE std 802.16c-2002 définit les options possibles pour les réseaux utilisant les fréquences entre 10 et 66 GHz. 15 janvier 2003
IEEE std 802.16a-2003 amendement au standard 802.16 pour les fréquences entre 2 et 11 GHz. 1er avril 2003
IEEE std 802.16-2004 (également désigné 802.16d) il s'agit de l'actualisation (la révision) des standards de base 802.16, 802.16a et 802.16c. 1er octobre 2004 obsolète/actifs
IEEE 802.16e (également désigné IEEE std 802.16e-2005) apporte les possibilités d'utilisation en situation mobile du standard, jusqu'à 122 km/h. 7 décembre 2005 actifs
IEEE 802.16f Spécifie la MIB (Management Information Base), pour les couches MAC (Media Access Control) et PHY (Physical) 22 janvier 2006
IEEE 802.16m Débits en nomade ou stationnaire jusqu'à 1 Gbit/s et 100 Mbits/s en mobile grande vitesse. Convergence des technologies WiMAX, Wi-Fi et 4G 2009 (IEEE 802.16-2009) actifs

Les principales normes publiées au début de l'année 2005 sont indiquées en gras : a, d et e.

Historiquement conçu pour la partie 10-66 GHz en 2001, la norme 802.16 a concerné par la suite, les bandes 2-11 GHz pour donner naissance en 2003, à la norme 802.16a. En Europe, la gamme des 3,5 GHz a été retenue pour le déploiement du 802.16a ; aux États-Unis, les bandes choisies sont proches de celles exploitées par le Wi-Fi avec 2,4 et 5 GHz. Cette portion du spectre est celle qui concentre le plus d'applications et de développements au sein du WiMAX Forum.

Le 802.16a a été amendé depuis, par le 802.16-2004 ce qui d'un point de vue technique devrait entrainer l'abandon de la terminologie "a". Conduite par le groupe de travail IEEE 802.16d, cette version amendée est parfois également appelée 802.16d.

En plus du 802.16-2004 qui représente le WiMAX du début d'année 2005, figure également le 802.16.2, un standard qui définit l'interopérabilité entre toutes les solutions 802.16 et les solutions (comme le Wi-Fi) qui sont présentes sur les mêmes bandes de fréquence.

Deux standards complémentaires on également été publiés :

  • « e » est considéré comme le plus avancé et le plus intéressant d'un point de vue commercial car il apporte la mobilité (permettant à la fois le passage d'un relais à l'autre ainsi qu'un fonctionnement embarqué en véhicule, lors de déplacements)
  • « f », secondaire, lequel doit spécifier une MIB pour la gestion des couches MAC et physiques.

À ces standards, doivent s'ajouter certains tests de conformité dont certains ont été publiés; notamment ceux portant sur les fréquences entre 10 et 66 GHz. Les tests concernant les fréquences entre 2 et 11 GHz ont été publiés dans un second temps.

Contraintes techniques et réglementaires

Certaines contraintes techniques, inhérentes aux technologies radio, limitent cependant les usages possibles.

La portée, les débits, et surtout la nécessité ou non d'être en ligne de vue de l'antenne émettrice, dépendent de la bande de fréquence utilisée. Dans la bande 10-66 GHz, les connexions se font en ligne de vue (LOS, line of sight), alors que sur la partie 2-11 GHz, le NLOS (non line of sight) est possible notamment grâce à l'utilisation de la modulation OFDM. Ceci ouvre la voie à des terminaux d'intérieur, facilement installables par l'utilisateur final car ne nécessitant pas l'installation d'antennes extérieures par un technicien agréé.

Le tableau ci-dessous — non exhaustif — donne quelques exemples de débits possibles selon les cas, sachant qu'une antenne porte sur plusieurs secteurs (6, par exemple) pour couvrir tout son périmètre. Ces débits sont à partager entre utilisateurs et les modèles économiques envisagés tablent sur des offres symétriques entre 1 et 10 Mbit/s destinées aux entreprises, c'est-à-dire comparables au DSL, mais avec la mobilité en plus.

Environnement Taille de la cellule Débit par secteur d'antenne
Urbain intérieur (NLOS) 1 km 21 Mbit/s (canaux de 10 MHz)
Rurbain intérieur (NLOS) 2,5 km 22 Mbit/s (canaux de 10 MHz)
Rurbain extérieur(LOS) 7 km 22 Mbit/s (canaux de 10 MHz)
Rural interieur (NLOS) 5,1 km 4,5 Mbit/s (canaux de 3,5 MHz)
Rural extérieur (LOS) 15 km 4,5 Mbit/s (canaux de 3,5 MHz)
Relations entre largeur de canal, débit, taille de la cellule et ligne de vue

(Source, Alcatel Strategy White Paper : WiMAX, making ubiquitous high-speed data services a reality, 28 June 2004)

Par ailleurs, entre 10 et 66 GHz WiMAX se déploiera sur des sous-bandes de fréquences soumises à licences, tandis que sur 2-11, et selon les pays, les bandes WiMAX sont soit libres soit soumises à licence.

Usages du WiMAX

WiMAX est exploitable à la fois au niveau des réseaux de transport et de collecte ainsi que des réseaux de desserte. Pour la collecte, le backhauling de hotspots, c'est-à-dire, la connexion entre les sites d'émission/réception Wi-Fi au réseau Internet, non pas par des dorsales filaires (par exemple ADSL) mais par une dorsale radio (hertzienne). Pour la desserte, le principe repose - notamment pour les avantages de mobilité offerts par WiMAX - que des zones de couvertures ("hotzones") soient déployées sous technologie spécifiquement WiMAX.

Pour la collecte, le WiMAX concerne uniquement les équipements de réseau; un marché orienté vers les opérateurs. Pour la desserte, le WIMAX s'impose aux terminaux utilisés (ordinateurs, PDA, téléphones) et en particulier, des processeurs compatibles à la fois Wi-Fi et WiMAX.

Grâce à la couverture et les débits pouvant être offerts, le caractère de mobilité promis à terme ainsi que l'hypothèse de coûts industriels et d'installations réduits, ouvrent la voie à de nombreuses applications :

  • Offres commerciales grand public triple play : données, voix, télévision, vidéo à la demande ;
  • Couvertures conventionnelles de zones commerciales (hotzones) : zones d'activité économique, parcs touristiques, centres hôteliers... ;
  • Déploiements temporaires : chantiers, festivals, infrastructure de secours sur une catastrophe naturelle... ;
  • Gestion de réseaux de transports intelligents ;
  • Zone hospitalière étendu (lieu médicalisé) ;
  • Sécurité maritime et sécurité civile ;
  • Systèmes d'information géographique déportés ;
  • Métrologie (télémesure, pilotage à distance, relevés géophysiques...)
  • ...

Spécificités techniques

Couche MAC / liaison de données

En Wi-Fi, la couche MAC (Media Access Control) est basée sur la méthode d'accès CSMA/CA, qui a l'inconvénient de ne pas pouvoir garantir de QoS. En effet, le trafic de chaque station peut être perturbé par les autres stations, qui peuvent prendre la main sur la voie radio de façon aléatoire. Cela pose problème pour les applications temps-réel comme la Voix sur IP (VoIP).

La couche MAC du WiMAX résout ce problème par un algorithme d'ordonnancement qui alloue des ressources d'accès à chaque station. Ainsi, le réseau peut contrôler les paramètres de QoS en répartissant dynamiquement l'allocation des ressources radio entre les stations, en fonction des besoins des applications. La bande passante offerte à chaque station peut être réduite ou augmentée, mais elle reste attribuée à la station. Cela permet à la fois de garantir la stabilité de l'accès en cas de surcharge, et d'optimiser la bande passante disponible.

Couche physique

Dans sa version 802.16e, le WiMAX utilise la modulation SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency-Division Multiple Access), qui permet de partager la ressource radio à la fois en temps et en fréquence, en utilisant un nombre de porteuses simultanées compris entre 128 et 2048.

Le standard 802.16e prévoit aussi l'utilisation da la technologie MIMO.

Implantation du WiMAX et perspectives de déploiement

Opérateurs commerciaux

Couverture WiMAX dans l'Orne (env. 5000 km2); les zones en vert sont couvertes, les zones blanches sont non couvertes

Le fournisseur d'accès américain ClearWire, propose des accès WiMAX dans plus de 30 villes aux États-Unis, ainsi que certaines villes au Danemark, en Irlande et en Belgique.

Le 6 avril 2006, le fournisseur d'accès Internet français Free filiale de Iliad, annonce la disponibilité imminente d'une offre WiMAX destinée au grand public. La distribution commerciale est confiée à IFW (Iliad Free Wimax anciennement Altitude SA), filiale de Iliad. Cette société détient une licence WiMAX valable sur l’ensemble du territoire national métropolitain, dans la bande de fréquences 3,5 GHz. Une application WiMAX doit alors apparaître dans l'offre de Free, sur le même principe que son offre Wi-Fi. En 2006, l'opérateur IFW exploite la norme 802.16d mais l'évolutivité de son réseau offre une compatibilité avec la norme 802.16e. Toutefois Neuf Cegetel attaque la licence d'IFW devant le Conseil d'État après qu'une demande similaire ait été déboutée par l'Arcep. Le 30 juin 2006, le Conseil d'État rejette le recours de Neuf Cegetel, validant la décision de l'ARCEP en faveur d'Iliad.

Le 7 juillet 2006, l'ARCEP publie la liste des candidats retenus pour les licences régionales en France. Trois acteurs obtiennent des licences dans plus de dix régions (TDF, via sa filiale HDRR ; Bolloré (via Bolloré telecom, HDRR et Maxtel), six conseils régionaux ou collectivités locales sont retenus, tandis que France Télécom n'obtient que deux licences en Outre-Mer et l'opérteur Clearwire aucune. ANTALIS-TV diffuseur technique de la TNT est contraint de quitter le consortium Bolloré Telecom dont il était actionnaire à hauteur de 2 000 euros, en raison de la prise de contrôle par son principal concurrent : TDF, lequel est également concurrent de Bolloré Telecom à travers sa filiale HDRR.

Les sociétés HDRR et Motorola signent un accord pour implanter le WiMAX mobile 802.16e en France. De leur côté, plusieurs fabricants comme Lucent, Alvarion ou Cisco souhaitent ralentir les développements de la norme 802.16e.[réf. nécessaire]

Entre juin 2007 et janvier 2008, le consortium Bolloré Telecom consulte des équipementiers WiMAX. Plusieurs sites pilotes sont réalisés et cette expérimentation permet à Bollore Telecom d'évaluer les différentes technologies. Les sociétés Motorola, Alcatel-Lucent, Samsung et Huawei participent à cette opération. La première phase d'ouverture du réseau WiMAX en France est initialement prévue pour juin 2008. Les opérateurs doivent attendre la fourniture des équipements WiMAX aux dernières normes, avant de lancer le déploiement national.

Le groupe Iliad/Free/IFW détenteur de la seule licence nationale WIMAX, tient à lancer la première offre nationale de France. En parallèle, ce FAI est également candidat à pour la 4e licence 3G.

En août 2008, l'opérateur privé Altitude Telecom annonce[1] lancer une offre commerciale WiMAX destinée au grand public, sur certains départements français. Cette offre est désormais disponible sous le nom WiBox[2] et s'adresse également aux petites entreprises.

Notes et références

Bibliographie

  • WiMAX : Technology for Broadband Wireless Access, Loutfi Nuaymi, Wiley, 2007

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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