La norme WiMAX

Fold Table of Contents Introduction : Le WiMAX cest qui ? Le WiMAX c'est quoi ? Bref Historique Examen critique des concepts implments : Quels sont les concepts communs avec dautres technologies RSFM (Rseau Sans Fil et Mobile) ? Cellules Antennes Laccs en vue directe Laccs hors vue directe Terminaux Protocole TDM\TDMA Interface Air Vs Rseau Cur intgr Gestion de la Mobilit Techniques et quipements BLR (FR) & WLL (USA) Le concept de Boucle locale La boucle Locale Radio (BLR) Applications du WiMax: Roaming et volution. Performances Etendue mondiale et succs commercial Un concurrent srieux

Introduction :

Ne reprenons pas depuis le tout dbut, il ya peu, il existait 2 possibilits daccs Internet, le filaire (xDSL, T1-3, E1-3, rseau electrique (Allemagne), ISDN, modem) ou le sans-fil (HotSpots WiFi, satellites.. ), chacune ayant ses avantages et dsavantages.

Dvelopp dans l'immdiat pour connecter les points d'accs tel que Wi-Fi un rseau de fibres optiques, le WiFi tant une technologie sans fil proposant une porte effective trs limite et une mobilit rduite, le WiMAX se veut tre un bon compromis entre les capacits de BP de lADSL et labsence de fil du WiFi, en ayant soin daugmenter la couverture de cette dernire technologie.

Ceci est rendu possible grace lapparition des normes dIEEE 802.16 et de lHiperMAN de lETSI qui dfinissent linterface utilis, des technologies sur lesquelles sappuie WiMAX. WiMAX ressemble la boucle locale radio (FR), mais soutenu un niveau international. Cette connexion, sans fil, permet d'atteindre des distances suprieures au Wi-Fi et n'a pas besoin d'une vue directe entre les lments interconnects.

Le WiMAX cest qui ?

On peut comparer le consortium WiMAX forum pour les rseaux sans fils mtropolitains au Wi-Fi Alliance qui effectue un travail identique sur les standards de rseaux locaux sans fil. Pousse par les leaders de lindustrie (Intel, leader mondial des constructeurs de puces informatiques, Fujitsu, Nokia, ), la norme IEEE 802.16 sannonait comme le standard pour les technologies daccs MAN (Metropolitan Area Network).

Le WiMAX c'est quoi ?

WiMax est le nom de scne pour Worlwide Interoperability for Microwave Access . Le but final est dobtenir des liaisons hertziennes concurrentes de lxDSL pour des accs hauts dbits Internet tout en offrant des nouvelles applications la Boucle Locale Radio (ou Wireless Local Loop).

Bref Historique

Le groupe de travail 802.16 a mis en place des sous-groupes, qui se sont attaqus des problmes distincts. Le groupe de travail de base a normalis un accs mtropolitain dans la bande des 10-66 GHz avec une vue directe des antennes entre elles et un protocole point--point. Finalise en 2001, cette norme a t complte en 2002 par la norme 208.16c, qui introduit des profils systme WiMax, et par une partie de la norme 802.16d de 2004, qui apporte des correctifs et des fonctionnalits supplmentaires autorisant une stabilit de quelques annes pour la norme WiMax.

La rfrence qui sert de base aux constructeurs est appele IEEE 802.16 2004. La norme 802.16e a pour objectif d'tendre WiMax des quipements mobiles, impliquant la possibilit de raliser des connexions xDSL vers des mobiles. Les frquences utilises se situeront en 2 et 3 Ghz.

Examen critique des concepts implments :

Quels sont les concepts communs avec dautres technologies RSFM (Rseau Sans Fil et Mobile) ?

La technologie qui se compare le plus facilement WiMAX est dfinitivement le WiFi en mode infrastructure. Cependant, les diffrences entre le WiFi (802.11) et le WiMax (802.16) sont nombreuses. La couverture est beaucoup plus importante pour le WiMax puisqu'elle peut dpasser 10km, contre quelques dizaines quelques centaines de mtres pour le WiFi. Pour un mme canal de 20 Mhz, WiMax permet de faire passer un peu plus de dbit. La qualit de service est aussi plus facile garantir. Les avantages du 802.11 par rapport la 802.16 rsident principalement dans son prix de revient faible, une forte rutilisation et un large succs commercial. Pour revenir aux points communs, le WiFi utilise aussi des

Cellules

Quest ce quune cellule ? : La zone de couverture prise en charge par une antenne. Le fonctionnement des cellules WiMAX (surtout mobile, v. plus loin) sapparente cependant plus celui de la tlphonie cellulaire qu celui du WiFi.

Antennes

Lantenne reste le point daccs un rseau WiMAX, chaque utilisateur doit se connecter dans une zone dlimite par lantenne WiMAX la plus proche pour avoir accs aux services offerts. Il existe cependant 2 modes daccs directement lis aux normes 802.16 et 802.16a :

Laccs en vue directe

Permet laccs une antenne visible depuis le priphrique, c--d sans obstacles entre lantenne et le priphrique. On sen doute ce mode est plus efficace et exploite mieux les capacits du WiMAX : les frquences utilises sont comprises entre 10 et 66GHz ce qui implique une BP assez leve ! Qui dit mieux , dit plus de conditions requises : en effet part la disposition idale des priphriques, ce mode de connexion ncessite lutilisation dantennes directionnelles orientes dans la direction de lantenne vise.

Laccs hors vue directe

Ce mode-ci impose au client de recevoir les ondes ambiantes (faon WiFi) et les met de faon circulaire aux alentours. Lantenne la plus proche doit cependant se trouver entre 6 et 10km de distance maximum. Les frquences utilises sont alors comprises entre 2 et 11 GHz.

(N)LOS = (Near) Line Of Sight

La porte, les dbits, et surtout la ncessit ou non d'tre en ligne de vue de l'antenne mettrice, dpendent de la bande de frquence utilise. 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 (Near line of sight) est possible notamment grce l'utilisation de la modulation OFDM. Ceci ouvre la voie des terminaux d'intrieur, facilement installables par l'utilisateur final car ne ncessitant pas l'installation d'antennes extrieures par un technicien agr.

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Terminaux

Selon le mode utilis, les terminaux seront donc orients ou pas vers lantenne, on parle de terminaux (non) directionnels pour le mode en vue (in)directe.

Protocole TDM\TDMA

Cest le protocole utilis par la couche 2 (couche daccs au mdia) pour multiplexer les donnes communiquer. Le Time division multiple access (TDMA) est un mode de multiplexage permettant de transmettre plusieurs signaux sur un seul canal. Il sagit du multiplexage temporel, dont le principe est de dcouper le temps disponible entre les diffrentes connexions (utilisateurs). Par ce moyen, une frquence peut tre utilise par plusieurs abonns simultanment.

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Interface Air Vs Rseau Cur intgr

La technologie WiMAX nimplmente pas de rseau cur, cest une technologie visant en connecter dautres en fait. Plus prcisment la norme 802.16 dfinit une Interface Air et recouvre 3 couches (couche physique et couche daccs au mdia et couche englobant les couches suprieures ). La couche daccs est conue de sorte supporter des protocoles de couches suprieures (cf. IP par exemple)

Gestion de la Mobilit

On va le voir plus loin, le WiMAX utilise le concept de Boucle Locale Radio (BLR). Il sera donc logiquement utilis afin de remplacer son prdcesseur : la boucle locale filaire. Cest dans cette optique que lon comprend mieux pourquoi la norme 802.16a ne gre pas la mobilit, cest dire le changement de cellule pour un mme utilisateur. De plus comme on la vu plus haut, il existe un mode daccs pour lequel les antennes doivent tre diriges vers une antenne visible , ce mode-ci empche clairement la mobilit, on se tournera des lors vers

lautre mode et ses volutions pour esprer accder une mobilit digne de ce nom. A noter que les cellules WiMAX tant assez tendues, il existe dj une libert de mouvement non ngligeable ce stade-ci.

Techniques et quipements

BLR (FR) & WLL (USA)

Le concept de Boucle locale

La boucle locale correspond l'ensemble des moyens mis en uvre par un oprateur pour collecter le trafic des utilisateurs. Une dfinition plus restrictive limite l'utilisation du terme "boucle locale" au seul cble de raccordement usager/rseau. Pour des raisons historiques, l'infrastructure du rseau de boucle locale correspond celle de la distribution des services voix. Cette infrastructure est aujourd'hui partage entre les accs aux rseaux voix et les accs aux rseaux de donnes (appartenant majoritairement Belgacom dans nos contres).

Dlimitation du concept de Boucle Locale

La boucle Locale Radio (BLR)

La boucle locale radio est un moyen pour un oprateur de tlcommunication de relier directement l'abonn ses quipements en passant par une liaison radio (faisceau hertzien) au lieu d'utiliser les fils de cuivre. La B.L.R. est une technologie de connexion sans fil, fixe et bidirectionnelle: - sans fil: utilise des ondes radio comme moyen de transmission, - fixe: le rcepteur doit tre fixe, il ne peut tre mobile comme dans le cas du GSM, - bidirectionnelle: la liaison se fait dans les deux sens oprateur-client et client-oprateur.

Les avantages de la B.L.R. sont nombreux. On peut citer la rapidit d'tre "raccord", le cot de raccordement moins lev (pas besoin de travaux pour installer du filaire). Concrtement, une connexion par B.L.R. ncessite chez le client une petite antenne plate visant directement ou non (selon la bande de frquence et la technologie utilises) l'antenne de l'oprateur, appele station de base. Ensuite un cble relie l'antenne un botier sur lequel se trouvent diffrents connecteurs: prises tlphoniques, alimentation lectrique. On peut connecter un modem ou un routeur RNIS sur l'une des prises tlphoniques pour obtenir une connexion internet en utilisant la B.L.R. WLL est lquivalent aux Etats-Unis et en Australie, il siginifie Wireless Local Loop .

Applications du WiMax:

Le WiMax est particulirement adapt pour les rgions avec des rseaux filaires complexes, o les cots de mises niveau sont trop levs et o le passage des cables ncessite un trop grand investissement de temps et d'argent. Beaucoup de dploiements Wimax ont t faits dans des rgions sans aucune infrastructure filaire ou presque, l o le sans- fils tait la seule option viable. Le Wimax est typiquement utilis en tant qualternative aux liaisons spcialises et accs Internet de toutes sortes pour les applications suivantes

3 :

Rseaux urbains avec de hautes vitesses de transmission pour la voix et les donnes

Connecter Internet des quartiers priphriques ou des villes de banlieue

Rseaux privs inter sites pour les entreprises

Scurit publique et surveillance pouvant inclure des applications vido sur IP

Relais sans fil pour les Hot Spot Wifi

Rseaux sans fils rgionaux avec de applications data et voix pour l' industrie et les transports

Communications sans fils intgrant la VoIP.

Roaming et volution.

Le 802.16a n'intgre pas le "roaming" (passage automatique d'une antenne une autre), il ne s'agit que d'une liaison point point, d'une antenne fixe vers une autre antenne fixe. En revanche le 802.16e, a t valide en dcembre 2005, intgre le roaming. Le Wimax est alors devenu complmentaire du WI-Fi ou de la 3G pour les rseaux mobiles, le nom commercial qui a baptis cette nouvelle norme est "Mobile WiMAX" (ou Wi-Mobile ou encore Universal WiMax).

4.

Cette volution a permis au WiMAX de prtendre de nouvelles fonctions comme nous allons le voir plus loin. Performances Un rseau WiMax-Mobile donne la possibilit de se connecter en se dplaant jusqu' des vitesses thoriques de 130km/h avec gestion de la mobilit, c'est--dire avec "handover" pour passer d'une cellule une autre. La taille des cellules est de l'ordre du kilomtre. La garantie de service (QoS) fait partie des nouveauts par rapport aux autres normes issues du groupe 802 de l'IEEE car totalement incluse dans le protocole lui-mme. Cette dernire permet un utilisateur se trouvant dans une cellule et bnficiant d'un dbit de 1Mbits/s au moment de l'ouverture de sa connexion de maintenir ce dbit pendant toute la dure de sa communication, indpendamment du nombre d'utilisateurs connects. Un client n'obtient pas systmatiquement un accs la borne, c'est le cas s'il n'y'a plus de ressources suffisantes dans le rseau, un peu la manire d'un signal "occup" dans le rseau tlphonique traditionnel (PSTN/ISDN). Ceci est possible via l'utilisation de classes de service que je ne dvelopperai pas ici.

Etendue mondiale et succs commercial

Bien que la norme ait t finalise en 2005, les premiers quipements sont arriv sur le march en 2007. Le retard important par rapport aux normes dj en place dans le monde des mobiles comme l'UMTS, ne pourra tre combl que par un cot trs infrieur de ces nouveaux quipements. La notion de mobilit tant prise en charge par la dernire rvision de la norme 802.16, il tait logique qu'un des marchs cibls soit celui de la tlphonie mobile. A l'instar de la technologie 3G utilisant UMTS, la prochaine gnration, la 4G, devra faire un choix sur l'architecture sur laquelle se reposer. Actuellement les deux choix sont le WiMax Mobile et le LTE. En thorie, rien n'empchera un oprateur avec une licence 4G d'utiliser les deux. Mais dans les faits il n'en restera qu'une, celle qui sera suivie par le plus grand nombre.

Un concurrent srieux

En Europe, le LTE se dmarque, oprateurs et quipementiers travaillent main dans la main pour exprimenter cette technologie et participer sa standardisation. Elle a d'ailleurs t officiellement choisie par les oprateurs qui ont dj obtenu des licences 4G en Sude et en Norvge.

5. Contrairement au WiMax mobile, le LTE a

l'avantage d'tre le successeur naturel de la 3G Il n'y a pas de rupture entre les deux. Il y a mme une rtro-compatibilit des quipements. Le passage de la 3G au LTE n'est toutefois pas anodin. Les oprateurs doivent tout d'abord modifier leur cur de rseau pour prvoir la monte en charge du trafic : dans sa premire gnration, le LTE pourra offrir un dbit thorique entre 20 et 100 Mbit/s par cellule ( partager entre les utilisateurs connects). Mais il faudra aussi adapter les metteurs radio (stations de base) puisque le rseau mobile deviendrait tout IP, du coeur de rseau jusqu'au bout des antennes.

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petite comparaison des dbits de diffrentes technologies dont le WiMAX

Bibliography [Rseaux et Tlcoms - DUNOD -Claude Servin] [Tlphonie sur IP - EYROLLES - Laurent Pujolle & Laurent Ouakil] Footnotes 1. http://fr.wikipedia.org/wiki/Worldwide_Interoperability_for_Microwave_Access#Contraintes_techniques_et_r.C3.A9glementaires 2. http://fr.wikipedia.org/wiki/TDMA 3. http://superwimax.blogspot.com/ 4. http://www.zdnet.fr/actualites/telecoms/0,39040748,39294202,00.htm 5. http://www.lexpansion.com/economie/actualite-high-tech/la-4g-devient-realite-en-suede_213013.html 6. http://www.01net.com/editorial/500341/4g-la-france-se-prepare-pour-le-tres-haut-debit-mobile/