Réseau 5G, fibre optique VS faisceaux hertziens ?

Réseaux télécoms & FTTH
Jeudi 14 octobre 2021

Qu’est-ce qu’un faisceau hertzien ?

Le faisceau hertzien (FH) est un système de transmission point à point (P2P) par signal radio, permettant de transporter des données mobiles. Un lien en FH peut couvrir jusqu’à 150 kilomètres de distance entre un émetteur et un récepteur. A l’origine développé pour les applications militaires, il est aujourd’hui largement utilisé dans les réseaux mobiles pour le raccordement des sites (Backhaul).

En comparaison à la fibre optique, qui représente l’alternative principale, le FH a deux avantages majeurs :

  • Simplicité et rapidité d’installation : un lien FH est déployé et rendu fonctionnel en seulement quelques semaines
  • Faible coût : utilisant l’air, le lien FH ne nécessite pas de travaux de génie civil entre l’émetteur et le récepteur. Son coût en est ainsi considérablement réduit.

Néanmoins, cette technologie ne garantit pas une transmission sans coupure et n’est donc pas sécurisée. Le signal est sensible aux :

  • Caractéristiques atmosphériques : un champ qui doit rester libre, conditions météorologiques
  • Interférences : perturbations électromagnétiques et potentiel piratage de faisceau

Evolution vers la 5G

Dans les bandes de fréquences traditionnelles, les FH peuvent atteindre un débit 300 Mbps à 1 Gbps. Grâce à l’exploitation de nouvelles bandes de fréquences (V Band & E Band) les FH pourront alors atteindre un débit 10 à 25 fois supérieur d’ici à 2025, mais sur de plus courtes distances.

 

Frequency table

 

Les FH en France et dans le monde

A ce jour, le réseau français compte près de 90 000 sites mobiles. Avec le déploiement des nouvelles technologies 5G et de leurs enjeux, ce nombre de sites devrait être 6 à 25 supérieur et atteindre quelques centaines de milliers de sites d’ici 2030.

On compte aujourd’hui plus de 55 600 faisceaux en France, dont la distance moyenne est de 5 kilomètres.

A l’échelle internationale, la part de liens FH était de 68% en 2017, face à 26% pour la fibre optique. Il est estimé que cette part diminuera à 57% d’ici à 2025 tandis que les liens fibres progresseront jusqu’à représenter 40%.

 

Répartition technologie mobile

 

La part des FH passe de 57,1% à 62 % en excluant l’Asie du Nord Est, territoire déjà fortement fibré (Chine, Corée du sud, Japon).

Les grands enjeux de la 5G : quelle infrastructure choisir pour les réseaux mobiles de demain ?

Agrégation de débit sur site, une disparité des besoins

L’évolution des usages liés à la 5G (en nombre et en qualité) nécessitent d’augmenter constamment la capacité en débit du réseau.

En 2025, les besoins en capacité des sites mobiles varieront en zones urbaines de 5 à 20 Gbps. Ces besoins pourraient atteindre jusqu’à 100 Gbps en 2030. En zone rurale, compte tenu de la moindre densité de population, un site mobile agrégera moins de débit, de 300 Mbps à 2 Gbps.

Les FH seront techniquement en mesure de fournir ces débits, mais sur des distances beaucoup plus réduites (1 à 3 kilomètres maximum). Il est donc probable qu’ils soient privilégiés en zone rurale, là où la demande en débit sera moins importante.

 

Backhaul capacity

 

Temps de latence, un enjeu traité au travers de l’architecture :

Les nouveaux usages comme l’industrie 4.0, la télémédecine, les véhicules en réseau ou encore le gaming seront progressivement portés par la technologie 5G et nécessiteront de réduire au maximum le temps de latence. La latence sera un levier essentiel dans la monétisation des réseaux 5G.

La vitesse de propagation d’une onde dans l’air est la vitesse de la lumière. Hors, dans une fibre, l’onde lumineuse se propage à 75% de cette vitesse. Le FH a donc intrinsèquement un atout en terme de latence.

La latence est à mesurer à l’aune de l’architecture. En effet, les réseaux 5G Standalone, centralisent une partie de l’intelligence en amont des sites radios, notamment dans des Edge Datacenter. Ces Data center de proximité seront positionnés à quelques kilomètres des sites radios. A ces distances, l’avantage technique du lien FH sur la latence devient plus ténu, et n’est donc pas forcément un critère clé. 

Sécurisation des réseaux mobiles, un enjeu primordial

Au-delà de la latence, les usages à haute valeur ajoutée de type URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) doivent être extrêmement fiables. Ils nécessitent une forte sécurisation du réseau (double adduction, cryptage, …) qui aujourd’hui n’est pas assez durci et ne répond pas à cet enjeu.

Comme cité précédemment, l’inconvénient principal du FH réside dans sa sensibilité à son environnement et aux interférences. Ainsi, les liens optiques sont plus favorables à l’amélioration de la sécurité des réseaux mobiles.

Optimiser son TCO dans le déploiement des infrastructures mobiles

Le TCO (Total cost of ownership ou coût global de possession) correspond au coût total du réseau, étendu sur l’ensemble de sa durée de vie (somme des coûts de l’infrastructure réseau, d’installation, de déploiement, d’entretien, d’utilisation, …). Son optimisation est essentielle pour assurer la rentabilité des investissements.

Sur la distance d’un lien FH, le cout d’un lien optique est environ 10 fois supérieur. Les liens optiques peuvent donc sembler plus onéreux. Cependant, avec des liaisons FH sur des distances de plus en plus courtes, le nombre d’équipement augmentera et le cout global sera plus élevé à terme. De plus, les liens optiques, bien que plus couteux au déploiement, seront exploitables sur des distances beaucoup plus longues mais aussi plus pérennes et plus évolutifs (bande passante illimitée). Cette évolutivité technologique est donc un avantage considérable à long terme à prendre en compte dans l’anticipation des besoins et dans un calcul de TCO. Les investissements dans ces infrastructures optiques pourront notamment être exploitables pour les futures générations de réseaux mobiles.

Fibre optique et faisceau hertzien, deux technologies complémentaires

Chaque technologie de transmission de données mobiles trouve son positionnement.

La fibre optique est la technologie d’avenir, plus fiable, plus sécurisée, capable de véhiculer plus de débit, et plus évolutive. Sans aucun doute possible, elle sera la technologie des cœurs de réseaux mobiles, et supplantera petit à petit les liens FH.

Néanmoins, le faisceau hertzien continuera de trouver sa place en zone rurale et/ou sur des portées courtes. Une réponse technico-économique optimale s’appuiera donc sur une complémentarité de ces deux technologies.

 

Mobile backhaul technology trade-offs