Impact des réseaux 5G sur les exigences de câblage fibre optique

Par Kara Mullaley
Publié dans Cabling Installation & Maintenance , août 2018

La 5G peut-être plus révolutionnaire plutôt qu’évolutive dans sa demande en infrastructure fibre.

Les réseaux 5G promettent de connecter les personnes et les objets via des réseaux et des applications intelligents, tous générant une immense quantité de données. Il cherche à fournir le meilleur de tous les facteurs de performance tout en connectant simultanément plus d’appareils. Ces progrès du réseau permettront et inspireront une nouvelle vague d’innovation informatique et technologique qui changera notre façon de vivre et de travailler. Mais avant que la 5G ne devienne une réalité, l’infrastructure réseau doit être en place pour prendre en charge les milliards d’appareils et les billions de mégabits de données qui inonderont le réseau. Examinons l’impact de la 5G sur les exigences en matière de fibre optique.

Les capacités cellulaires ont commencé assez simplement, mais à mesure que chaque génération augmentait les fonctionnalités, les applications et les services, l’infrastructure réseau qui les supportait est devenue de plus en plus complexe. Pour atteindre toutes les offres de la 5G, une infrastructure réseau plus dense et riche en fibres sera nécessaire pour fournir les indicateurs de performance clés: latence plus faible, durée de vie de la batterie plus longue, débits de données plus élevés, fiabilité ultra-élevée et appareils plus connectés

En quoi la 5G diffère

La 5G permet la vision d’une société véritablement connectée, son impact se faisant sentir dans pratiquement tous les secteurs. L’Internet des objets (IoT) transformera l’économie et la façon dont nous vivons. La 5G aussi créera de nouvelles opportunités économiques.

• Les bâtiments/villes/communautés intelligents 5G fourniront des services plus efficaces aux citoyens, augmenteront la collaboration entre différents secteurs économiques et encourageront des modèles commerciaux innovants dans les secteurs privé et public.
• Dans le domaine de la santé, la 5G permettra à la médecine virtuelle d’augmenter considérablement l’efficacité des soins préventifs, ainsi que de la chirurgie robotique.
• Les véhicules autonomes contribueront à rendre les transports plus sûrs, à se garer plus facilement et à améliorer la circulation et la congestion. 

Les opportunités ci-dessus dépendent fortement des données en temps réel aussi le besoin d’une latence plus faible et d’une bande passante plus élevée devient beaucoup plus critique. Ceci, à son tour, renforce le besoin d’Edge compute pour permettre le transfert rapide des données critiques.

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Les capacités cellulaires sont passées de la voix analogique, à 14,4 kbits/ec, à la promesse d’une connectivité Internet des objets à plusieurs Gigabits par seconde. La prochaine étape de l’évolution de l’accès sans fil, vers la 5G, sera très différente des étapes précédentes.

Le développement précoce des réseaux cellulaires a utilisé des antennes-relais utilisant des spectres de plus faible longueur d’onde capables de couvrir de larges zones physiques, en en positionnant parfois à une distance de 40 km (si la topologie le permettait). Ces antennes, cependant, ne pouvaient pas être placées partout, et de small cells/petites cellules et têtes de radio étaient de plus en plus déployées pour rapprocher le signal radio de l’utilisateur.

Lorsque les petites cellules ont commencé à augmenter la couverture et la capacité 3G et 4G, le terme «densification» a été introduit. Avec la 5G, un autre ensemble de fréquences sera utilisé pour mettre en œuvre de nouveaux services. Les fréquences inférieures à 6 GHz seront utilisées dans le monde entier comme base de la connectivité mobile à l’échelle de la ville, tandis que les parties supérieures du spectre (fréquences d’ondes millimétriques de 24 GHz et plus) seront utilisées pour une couverture à large bande. Ce nouveau spectre à bande supérieure a intrinsèquement une limitation de couverture de distance plus importante. Ainsi, la densification prend un tout nouveau sens.

Comme le montre la figure «Réseaux 4G actuels par rapport aux futurs réseaux 5G», la portée d’une macro-cellule 4G typique aujourd’hui peut théoriquement couvrir 26 km carrés. Les plans pour la 5G comptent jusqu’à 60 petites cellules couvrant seulement 1,5 km carré. Les besoins réels de déploiement varient, mais un ratio de 1: 600 est un tout nouveau niveau de densification à prendre en compte.

La fibre optique est le support préféré pour les réseaux de liaison sans fil existants, et même dans les réseaux où ce n’est pas le cas, la liaison sans fil  se connecte à une liaison par fibre. La fibre sera également préférée pour ce que l’on appelle le «fronthaul», reliant le maillage dense de petites cellules 5G. Pourquoi ? Des vitesses accrues avec une atténuation plus faible, une immunité aux interférences électromagnétiques, une petite taille et un potentiel de bande passante pratiquement illimité sont parmi les nombreuses raisons pour lesquelles la fibre est le bon choix. La question devient: « Combien de fibres sont nécessaires pour soutenir chaque cellule? » Et la réponse dépendra principalement des protocoles technologiques.

En utilisant notre exemple de 60 cellules pour 1,5 km carré, certaines estimations suggèrent que les opportunités qui viendront de la 5G dépendent fortement des données en temps réel, ce qui rend plus critique que jamais une latence plus faible et une bande passante plus élevée. 13 km de câble fibre seraient nécessaires pour les connecter. Mais attendez, nous avons besoin de plus d’informations …

Aujourd’hui, de nombreux opérateurs utilisent le protocole CPRI (Common Public Radio Interface) pour les têtes radio des antennes-relais afin de prendre en charge une grande variété de services cellulaires (2G, 3G et 4G / LTE). Traditionnellement, chaque secteur et chaque bande recevaient une paire dédiée (une fibre chacun pour la transmission et la réception de données); les opérateurs pouvaient déposer 24 ou 36 fibres sur un site cellulaire et être sûrs qu’ils pouvaient encore augmenter la capacité.

Les opérateurs devront arbirer entre conserver des réseaux et des protocoles dédiés point à point ou opter pour des solutions de multiplexage par répartition d’onde (WDM) pour réduire les besoins en nombre de fibres.

Avec une solution WDM, la même antenne-relais décrite précédemment pourrait être desservie avec seulement deux fibres. Il y a des compromis avec l’une ou l’autre méthode, et les cas individuels peuvent conduire à des décisions différentes.

Avec la densification croissante des petites cellules (non seulement pour les besoins futurs de la 5G, mais également pour les besoins existants en 3G et 4G), la prolifération de la fibre optique et des points de connexion le long de ces réseaux augmentera à un rythme rapide.

Si un opérateur choisit de desservir un petit site cellulaire avec une, deux ou douze fibres, quel impact cela a-t-il réellement sur le coût ? Une chose que nous savons avec certitude dans le déploiement de l’infrastructure réseau est que l’ajout de plus de capacité physique au début est beaucoup moins coûteux que de revenir y ajouter une superposition. L’augmentation incrémentielle des coûts lorsque le nombre de fibres par cellule augmente n’est pas aussi dramatique que vous ne le pensez. L’augmentation des coûts pour passer d’une fibre à douze fibres est inférieure à dix pour cent.

Les opérateurs ont tendance à adopter une approche convergente dans les réseaux extérieurs où les réseaux sans fil se superposent à des déploiements filaires. Nous l’avons vu dans le s réseaux métro pendant des années, et maintenant, les installa tions fibre optique jusqu’à la maison (FTTH) sont souvent fusionnées avec des initiatives de densification sans fil. Poussée par le cycle de la demande des consommateurs, de nouvelles applications et des infrastructures renforcées, la demande de fibre continue de monter en flèche.

Et à l’intérieur ?

La 5G n’est pas seulement destinée à l’extérieur – son impact se fera également sentir à l’intérieur. La 5G «cassera» de nombreux réseaux de systèmes d’antennes distribuées (DAS), car le placement de l’antenne devra être plus proche que dans les déploiements 3G et 4G.

De plus, les infrastructures traditionnelles basées sur le cuivre ne pourront pas suivre la bande passante 5G. Pour suivre le rythme, les bâtiments intelligents subiront leur propre transformation avec de la fibre « horizontale » ou jusqu’au bureau.

Vous vous souvenez sûrement avoir perdu tout signal lorsque les portes de l’ascenseur se fermaient ? La majorité du trafic cellulaire actuel se produisant à l’intérieur, de nombreux bâtiments ont amélioré leur couverture cellulaire de sorte que ces incidents sont désormais rares. Le DAS et les petites cellules ont amélioré la couverture cellulaire dans les bâtiments et les grands sites publics en fonction des demandes des consommateurs pour une connectivité sans anicroche. En fait, le sans fil est maintenant souvent appelé dans l’industrie le nouveau service « d’utilié publique », aussi important pour un bâtiment que l’eau ou l’électricité. Cette tendance ne fera que se poursuivre alors que la soif de connectivité grand public se poursuit.

Ce n’est pas tout. Nous n’avons abordé que brièvement l’IoT, mais imaginons des capteurs et des appareils sur presque toutes les «choses» qui les rendent intelligents : les utilitaires et l’éclairage, les réfrigérateurs, les poubelles, les systèmes de sécurité, les parkings, etc. Ajoutez des wearables et de la réalité augmentée et commencez à voir les possibilités à l’intérieur et à l’extérieur.

La 5G sera très certainement une évolution des réseaux d’aujourd’hui, mais son impact sera probablement encore plus significatif. Au-delà d’être évolutive, la 5G est potentiellement révolutionnaire. Les possibilités sont pratiquement illimitées. Une infrastructure intelligente et profonde de fibre sera primordiale pour concrétiser cette vision.

Source : Corning.com