Worldwide Interoperability for Microwave Access

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WiMAX (acronyme pour Worldwide Interoperability for Microwave Access) est une famille de normes, certaines encore en chantier, définissant les connexions à haut-débit par voie hertzienne. C'est également un nom commercial pour ces normes, comme l'est Wi-Fi pour 802.11 (la Wi-Fi Alliance est en cela comparable au WiMAX Forum).

WiMAX regroupe des standards de réseaux sans fils auparavant indépendants : HiperMAN, proposé en Europe par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute), et 802.16 proposé par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

WiMAX utilise des technologies hertziennes destinées principalement à des architectures point-multipoint : à partir d'une antenne centrale, on cherche à toucher de multiples terminaux.

WiMAX promet des débits de plusieurs dizaines de mégabits/seconde sur des rayons de couverture de quelques dizaines de kilomètres. WiMAX s'adresse notamment au marché des réseaux métropolitains, le MAN (metropolitan area network) de HiperMAN.

Plusieurs standards relèvent du terme WiMAX : les plus avancés concernent les usages en situation fixe (le client ne bouge pas), mais une version mobile (connexion à haut-débit en situation de mobilité) est également prévue un peu plus tard.

Sommaire

[modifier] WiMAX : un nom, plusieurs standards

Un des objectifs fondateurs du WiMAX Forum est la recherche de l'interopérabilité : elle est obtenue par les voies de la normalisation et de la certification, et est un des enjeux majeurs du WiMAX, comme elle l'a été, avec un assez bon succès, pour le Wi-Fi. C'est un enjeu d'autant plus important que WiMAX est défini pour une large bande de fréquences, de 2 à 66 GHz, dans laquelle on trouve des technologies existantes, comme le Wi-Fi, et qui autorise des débits, des portées et des usages très variés.

Cette multiplicité des bandes de fréquences visées, des débits, portées et usages possibles, est d'ailleurs le principal écueil qu'affronte le commentateur : selon l'angle choisi, WiMAX est tour à tour un simple prolongement du Wi-Fi, le cœur de réseau du Wi-Fi, ou mieux, la convergence du Wi-Fi et du réseau cellulaire de troisième génération (UMTS, dite « la 3G »).

[modifier] 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 - En cours

Les principales normes citées dans la presse début 2005 sont celles indiquées en gras : a, d et e.

D'abord conçu pour la partie 10-66 GHz en 2001, 802.16 s'est intéressé par la suite aux bandes 2-11 GHz pour donner naissance en 2003 à 802.16a. En Europe, c'est autour des 3,5 GHz que 802.16a peut se déployer ; aux États-Unis, c'est dans des bandes proches de celles utilisées par le Wi-Fi, 2,4 et 5 GHz. Cette partie de la bande est celle qui a le plus d'activités au sein du WiMAX Forum aujourd'hui.

802.16a a été amendé depuis, par 802.16-2004, et en toute rigueur on ne devrait plus parler de cette version a. Conduite par le groupe de travail IEEE 802.16 d, cette version amendée est parfois également appelée 802.16d.

À côté de 802.16-2004, qui est le WiMAX de ce début d'année 2005, on trouve également 802.16.2, standard qui définit l'interopérabilité entre toutes les solutions 802.16 et les solutions (comme Wi-Fi) qui sont présentes sur les mêmes bandes de fréquence.

Deux autres standards viennent également de paraître : « e », le plus avancé et le plus intéressant, apportant la mobilité (à la fois le passage d'une antenne à l'autre sans problème, et le déplacement en véhicule), et « f », plus secondaire, doit spécifier une MIB pour la gestion des couches MAC et physiques.

À ces standards on doit ajouter des tests de conformité dont certains ont déjà été publiés. Ceux des fréquences entre 10 et 66 GHz le sont, ceux des fréquences entre 2 et 11 GHz sont en cours d'élaboration à la date de publication de ce dossier.

[modifier] Contraintes techniques et réglementaires

Des 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 a plusieurs secteurs (6, par exemple) pour couvrir tout son périmètre. Ces débits sont à partager entre utilisateurs, et les modèles économiques aujourd'hui envisagés tablent sur des offres symétriques entre 1 et 10 Mbit/s pour les 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.

[modifier] Usages du WiMAX

WiMAX est envisagé à la fois pour les réseaux de transport et de collecte, et pour les réseaux de desserte. Dans le cas de la collecte, il s'agit du backhauling de hotspots, c'est-à-dire la liaison des hotspots Wi-Fi à Internet non pas par des dorsales filaires (ADSL notamment), mais par une dorsale hertzienne. Dans le cas de la desserte, c'est l'idée, et notamment pour les aspects mobilité de WiMAX, que des hotspots (des hotzones, en fait) soient déployées sous technologie WiMAX.

Dans le premier cas (collecte), seuls les équipements de réseau sont WiMAX, et le marché est orienté vers les opérateurs. Dans le deuxième cas, on doit imaginer des terminaux (ordinateurs, PDAs, téléphones) WiMAX, et en particulier des puces à la fois Wi-Fi et WiMAX. Fin 2004 des annonces ont déjà été faites en ce sens...

Côté usages, la couverture et les débits rendus possibles, le caractère à terme de mobilité, et des coûts de production et de déploiements qu'on espère réduits ouvrent la voie à de nombreuses applications. Citons-en quelques-unes :

  • couvertures classiques de hotzones : zones d'activité économique, parcs touristiques... ;
  • déploiements temporaires : chantiers, festivals, infrastructure de secours sur une catastrophe naturelle ;
  • gestion des transports intelligents ;
  • notion d'hôpital étendu ;
  • offres triple play : données, voix, télévision, vidéo à la demande ;
  • sécurité maritime et sécurité civile ;
  • systèmes d'information géographique déportés ;
  • ...

[modifier] Informations techniques

[modifier] 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.

[modifier] 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.

[modifier] Implantation du WiMAX et perspectives de déploiement

[modifier] Offres

Couverture WiMAX dans l'Orne (env. 5000 km2); les zones en vert sont couvertes, les zones blanches sont non couvertes
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 déjà 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, a annoncé la disponibilité imminente d'une offre WiMAX pour le grand public. Cette disponibilité se fera via IFW (Iliad Free Wimax anciennement Altitude SA), filiale de Iliad, qui possède une licence WiMAX valable sur l’ensemble des régions métropolitaines dans la bande de fréquences 3,5 GHz. Une option WiMAX devrait ainsi apparaître dans l'offre de Free, certainement comme dans son offre Wi-Fi, à l'aide d'un composant optionnel connecté à la Freebox. À l'heure actuelle le réseau IFW est basé sur la norme 802.16d mais son réseau se rend compatible avec la norme 802.16e. Toutefois Neuf Cegetel attaque la licence d'IFW devant le Conseil d'État après qu'une demande similaire a été déboutée par l'Arcep. Le Conseil d'État a le 30 juin 2006 rejeté le recours de Neuf Cegetel, validant la décision de l'ARCEP.

Le 7 juillet 2006, l'ARCEP donne la liste des candidats retenus pour les licences régionales en France. Trois acteurs obtiennent des licences dans plus de 10 régions (TDF, via sa filiale HDRR; Bolloré (via Bolloré telecom, HDRR et Maxtel), 6 conseils régionaux ou collectivités locales sont retenus, tandis que France Télécom n'obtient que deux licences en Outre-Mer, et Clearwire aucune. ANTALIS-TV, diffuseur technique TNT, est obligé de quitter le consortium Bolloré telecom, dont il était actionnaire à hauteur de 2000euros, lorsque qu'il est vendu à son principal concurrent : TDF. TDF est également concurrent de Bolloré telecom avec sa filiale HDRR.

Le WiMAX français passe la deuxième. Après quelques déploiements locaux, sous l'impulsion des collectivités, Axione, filiale de Bouygues, SFR et Neuf Cegetel sont les premiers à exploiter les licences régionales attribuées en juillet dernier.

Au sein de la société SHD (la Société du Haut Débit), les deux opérateurs annoncent le déploiement de ses 10 premiers sites en Île-de-France.

Ces derniers sont répartis sur les quatre départements de la grande couronne de l'Île-de-France (Yvelines, Seine-et-Marne, Essonne et Val-d'Oise). Ils couvriront Épône ; Auvernaux-Auxonnette ; Méry-sur-Oise ; Belloy-en-France ; Le Thillay ; Soignolles-en-Brie ; Moissy-Cramayel ; Brie-Comte-Robert ; Mitry-Mory et Trappes.

Il s'agit ici d'offrir le haut débit dans des villes et villages peu ou mal couverts par l'ADSL notamment grâce à la haute couverture du WiMAX, technologie sans fil dédiée notamment à cette problématique. Et on a beau être à quelques dizaines kilomètres de Paris, les zones blanches ou grises sont encore très nombreuses.

Axione, a travers ses filiales qui créent et exploitent des réseaux hauts débits dans le cadre de délégations de service public, exploite et commercialise actuellement des services Wimax sur plusieurs départements (Sarthe, Creuse, Haute Vienne, Corrèze, Maine et Loire, Charente Maritime, Nièvre et dans les agglomérations de Tours et de Quimper. Axione exploite en mode commercial plus de 80 stations de base et poursuit son déploiement pour constituer un réseau qui atteindra environ 150 stations dès 2008.

SHD annonce que le déploiement se déroulera progressivement pour atteindre 443 sites d'ici 6 ans. On comptera 306 sites en région Île-de-France et 137 sites en région Provence-Alpes-Côte d'Azur où SHD peut également opérer grâce à une seconde licence.

SHD ne donne néanmoins pas de date précise de l'ouverture commerciale de ces réseaux de boucle locale radio. L'entreprise commune explique qu'elle proposera sur le marché des offres de gros permettant des offres de détail pour le grand public et les entreprises.

On peut alors se demander si Neuf Cegetel ou SFR (qui va devenir fournisseur d'accès Internet en 2007) seront clients de SHD.

Rappelons que Bolloré telecom (entreprise commune composée du groupe Bolloré et de Hub Télécom) ont obtenu la deuxième licence francilienne. Ses ambitions seront bientôt connues.

Iliad (Free) de son côté possède la seule licence nationale de WiMAX. Le trublion de l'Internet mise sur le nomadisme, deuxième application possible de cette technologie. Objectif : permettre à ses abonnés de téléphoner ou de surfer à haut débit dans des zones couvertes, principalement dans les grandes villes. Le calendrier n'a pas été précisé.

Actuellement HDRR et Motorola ont signé un accord pour implanter le WiMAX mobile 802.16e à travers la France. Plusieurs fabricants comme Lucent, Alvarion ou Cisco, ont pour le moment décidé de ralentir les développements pour le 802.16e.

Entre juin 2007 et janvier 2008, le consortium Bolloré Telecom consulte des équipementiers WiMAX. Ils installent des sites pilotes et leur trial permet à Bollore Telecom de juger des technologies. Motorola, Alcatel-Lucent, Samsung et récemment (Janvier 2008) Huawei ont participé à cette opération. Le choix d'un ou deux équipementiers ne saurait tarder, en sachant que la première phase d'ouverture du réseau WiMAX en France est prévue pour Juin 2008. Il va sans dire que les opérateurs ont attendu la disponibilité des équipements WiMAX dernier cri avant de se lancer corps et âme dans un déploiement national. Free/IFW, détenteur de la seule licence nationale, ne devrait pas tarder à lancer la première offre WiMAX. Tout en sachant que le FAI déposera à nouveau un dossier lors du second appel d'offre pour la 4ième licence 3G.

[modifier] Sources

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

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens internes

[modifier] Liens externes