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Wi-Max - Fiche d’expertise de la FING

 

Wi-Max - Fiche d’expertise de la FING

WiMAX (World Interoperability for Microwave Access) est le nom d’un consortium (http://www.wimaxforum.org) qui s’est monté pour promouvoir les standards de réseaux sans fils adaptés aux réseaux métropolitains développés par le groupe de travail 802.16 de l’IEEE (http://www.ieee802.org/16/) et les réseaux HiperMAN développés en Europe par l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute : http://www.etsi.org) en poussant vers une convergence et une interopérabilité entre les deux standards. Ceux-ci décrivent l’interface physique (PHY) et la couche de contrôle du Média (MAC). Le consortium WiMAX propose un processus de labélisation des équipements.

On peut comparer le consortium WiMAX pour les réseaux sans fils métropolitains au Wi-Fi Alliance (http://www.wi-fi.org) qui effectue un travail identique sur les standards de réseaux locaux sans fil.

Au commencement était la BLR

La boucle locale radio, comme technologie sans fil métropolitaine a connu des débuts difficiles en France. Cette infrastructure point-multipoints, bien qu’utilisant les technologies LMDS (Local Multipoint Distribution System) et MMDS (Microwave Multipoint Distribution System) dans les bandes 3,5 et 26 GHz a souffert d’un manque de standardisation de l’ensemble du dispositif. Malgré les licences octroyées par l’Autorité de régulation des télécommunications (ART) sur ces bandes à plusieurs société (deux au niveau national et deux pour chacune des régions), les candidats ont peu à peu déclaré forfait.

WiMAX, une technologie pour les réseaux métropolitains
Il ne s’agit pas principalement de permettre l’accès direct mais plutôt d’interconnecter les différents points d’accès au niveau d’une ville tels que par exemple des hotspots Wi-Fi ou des accès résidentiels ou en entreprise (équivalent à une connexion ADSL ou à une liaison spécialisée). WiMAX permet d’obtenir une connectivité du même type que les lignes louées utilisées par les opérateurs de télécommunications pour le transport de l’Internet ou de la téléphonie : T1 (pour les fournisseurs américains ou japonais 1,544 Mb/s) ou E1 (pour les fournisseurs européens 2 Mb/s, 50 km maximum). WiMAX, avec un débit théorique de 70 Mb/s dans des canaux de 20 MHz, permet quelques centaines de connexions équivalentes à ADSL.

La portée prévue est au maximum de 50 km. Il faudra dans la pratique prévoir plutôt 20 ou même 8 km lorsqu’il y a des obstacles, ce qui permet cependant de proposer une interconnexion à l’échelle d’une ville.

Il existe 3 bandes de fréquences qui peuvent être utilisées dans WiMAX (pour l’instant dans des fréquences inférieures à 11 GHz telles que décrites dans le standard IEEE 802.16a) :

- 5,86 GHz (bande sans licence) ;
- 2,5 et 3,5 GHz (bandes nécessitant une licence).

Une quatrième bande à 2,4 GHz ne nécessitant pas de licence devrait être ajoutée et peut être d’autres encore par la suite.

A la base de WiMAX : les standards IEEE 802.16

Il existe plusieurs axes de travail au sein de l’IEEE 802.16 (http://www.ieee802.org/16/) :

- IEEE std 802.16 définit des réseaux métropolitains sans fil utilisant des fréquences supérieures à 10 GHz. Il est homologué comme standard IEEE 802 depuis octobre 2002 ;
- IEEE std 802.16a est un amendement au standard 802.16 pour les fréquences entre 2 et 11 GHz. Il est homologué comme standard IEEE 802 depuis le 9 octobre 2003 ;
- IEEE P802.16b a travaillé sur des solutions très proches mais dans les bandes de fréquences sans licence. Il a été fusionné avec 802.16a ;
- IEEE std 802.16c définit les profils (les choix d’option) pour les réseaux utilisant les fréquencess entre 10 et 66 Ghz. Il est homologué comme standard IEEE 802 depuis juillet 2003 ;
- IEEE P802.16d Il a été converti en projet de révision des standards de base (802.16, 802.16a et 802.16c) Il porte maintenant le nom de IEEE 802.16-REVd et doit être publié en juin 2004 ;
- IEEE P802.16e ajoute des possibilités d’utilisation en situation mobile du standard (jusqu’à 60 km/h, ce qui ne concurrence pas les mobiles 3G ou les réseaux MBWA mais permet une mobilité urbaine). Il est actuellement en recirculation au sein du groupe de travail avant le premier vote par le comité IEEE. Un standard pourrait être publié fin 2004 début 2005 ;
- IEEE std 802.16.2 s’occupe de l’interopérabilité entre toutes les solutions 802.16. Une nouvelle version vient d’être publiée en mars 2004 ;
- Il existe également des projets de tests de conformité dont les deux premiers sont d’ores et déjà publiés et le troisième vient d’être approuvé (pour les fréquences entre 10 et 66 GHz). Les tests de conformité pour les réseaux entre 2 et 11 GHz font l’objet d’un quatrième document P802.16/Conformance04 dont les travaux viennent de commencer.

Les standards IEEE 802.16 incluent en base les notions de Qualité de Service permettant par exemple le transport de la voix ou de la télévision. C’est également le cas de la sécurité qui est incluse dans IEEE 802.16

Le consortium WiMAX a effectué des choix parmi ceux possibles au sein du standard 802.16a pour garantir une bonne interopérabilité (couche Physique utilisant 256 OFDM et couche MAC non optionnelle utilisant le Dynamic TDMA [1]).

Pour en savoir plus : IEEE 802.16 versus IEEE 802.16a

Les bandes de fréquences supérieures à 11 GHz (standard IEEE 802.16) ne sont pas incluses actuellement dans WiMAX. Elles permettent des débits maximaux de 32 à 134 Mb/s avec des canaux d’une largeur maximale de 28 MHz et une portée réelle entre 2 et 5 km. La technologie utilisée pour ce standard est plus limitée que celle de l’IEEE 802.16a (qui intègre par exemple la taille flexible des canaux). Par ailleurs les bandes de fréquences en dessous de 6 GHz sont mieux adaptées à la traversée des obstacles

WiMAX versus Wi-Fi

WiMAX et Wi-Fi ne s’adressent pas au même marché et sont très complémentaires :

• Wi-Fi permet de réaliser un réseau local sans fil pour une maison ou un petit bâtiment. Il peut également servir à réaliser un hotspot public permettant à des nomades de se connecter dans un hôtel, un aéroport, etc. ;
• WiMAX est une technologie métropolitaine dont l’objectif est d’interconnecter des maisons, des bâtiments ou bien encore des hotspots entre eux pour permettre la communication entre eux et avec le reste des réseaux (internet, etc.)

Pour en savoir plus : les technologies utilisées par Wi-Fi et WiMAX

Bien que n’étant pas ciblé sur le même usage la technologie WiMAX, plus récente, présente plusieurs avantages par rapport à Wi-Fi. Ils montrent bien les progrès effectués en quelques années dans les réseaux sans fil :

• Meilleure tolérance aux réflexions ;
• Meilleure pénétration des obstacles ;
• Permet une interconnexion de quelques centaines plutôt que de quelques dizaines d’équipements.

Les standards utilisés par WiMAX utilisent un codage par division du temps pour permettre le partage de la bande passante entre tous les appareils (TDMA) qui est plus efficace et permet le support de plusieurs canaux par rapport au codage utilisé par Wi-Fi (CSMA-CA très proche du CSMA-CD utilisé par les réseaux Ethernet). Cela permet entre autre d’obtenir une meilleure optimisation de l’occupation du spectre radio : économisent au mieux la bande passante. On dit que leur efficacité (bits / secondes et par Hertz) est meilleure.

Ainsi, WiMAX à une efficacité de 5 bps/hz par rapport au 3,2 bps/hz du MBWA ou du 2,7 bps/hz du Wi-Fi. Grâce à cette excellente efficacité, il devient possible de transmettre 100 Mb/s dans un canal large de seulement 20 MHz).

Le démarrage de WiMAX

L’arrivée de la nouvelle version du standard (appelée IEEE 802.16-REVd) qui doit être publiée en juin 2004 devrait permettre le décollage de WiMAX. Cette version ne modifie pas les standards antérieurs (802.16 et 802.16c pour les bandes au-dessus de 10 GHz et 802.16a pour les bandes entre 2 et 11 GHz), mais les clarifie et les fusionne dans un seul et même document.

Les standards étant disponibles, l’année 2004 devrait voir les tests initiaux des vendeurs puis les premières solutions disponibles sur le marché. La disponibilité en volume devrait intervenir en 2005.

D’ores et déjà, Altitude Télécom

(http://www.altitudetelecom.fr), acteur traditionnel de la Boucle Locale Radio a annoncé couvrir dès juin 2005 l’ensemble de la Vendée en WiMAX grâce à une vingtaine de stations de base pour les 7 000 km² du territoire pour offrir aux particuliers et aux entreprises des débits jusqu’à 10 Mb/s [2]. Associé à la couverture des zones économiques par LDCOM et à l’accès ADSL par téléphone, se seront 99 % des habitants du département qui pourront accéder au haut débit.

Par la suite, IEEE 802.16e devrait apporter un certain niveau de mobilité à WiMAX (jusqu’à 60 km/h mais avec un débit maximum de 15 Mb/s et des canaux d’une largeur de 5 MHz), lui permettant d’être utilisé en situation de mobilité urbaine, sans toutefois concurrencer les mobiles de 3e génération ou la future technologie MBWA (IEEE 802.20), dédiée au réseaux MAN Mobiles.

Jean-Michel Cornu


[1] Il peut sembler étonnant que WiMAX se soit orienté vers le TDMA alors que la téléphonie mobile de 3e génération soit passée au CDMA (aussi bien pour les normes UMTS que cdma2000), mais le coût des composants CDMA, plus complexes, sont bien plus chers que ceux pour le TDMA. Un des objectifs de WiMAX est de permettre un accès à l’internet à très haut débit à faible coût.
[2] http://www.altitudetelecom.fr/default.asp?id=133&mnu=133


Voir en ligne : http://www.fing.org/index.php?num=5031,2

jeudi 1er juillet 2004 par Patrick Vincent