[Dossier H+ / 4G] Où sont-ils ? Avec quel mobile ? Qu’en attendre ?
[EDIT du 14/03/2013] : 4G sur la bande des 1800 Mhz A - Rappel des normes de transmission de données : Génération Norme de transmission de données Autres noms Débit descendant maxi théorique de la norme Débit descendant maxi théorique en France 2G GPRS 2.5G 172 kbps 54 kbps EDGE 2.75G 384 kbps 236 kbps 3G UMTS 3G 1.9 Mbps 984 kbps HSPA 3G+, 3.5G 14 Mbps 14 Mbps Evolved HSPA HSPA+, H+, 3G++, 3.75G 337 Mbps 42 Mbps LTE 3.9G, 4G 300 Mbps 100 Mbps 4G LTE-Advanced 3 Gbps L’Union Internationale des Télécommunications (UIT) a donné l’autorisation aux opérateurs de commercialiser le LTE sous le nom de 4G bien qu’il ne réponde pas aux normes de la 4G définies par le 3GPP, notamment à cause d’un débit maxi théorique inférieur à 1 Gbps et de l’absence d’implémentation de l’IP Multimédia Subsystem (IMS). Les débits maximum théoriques annoncés par les opérateurs correspondent, sauf mention contraire, à des débits en station fixe et non en déplacement. L'écart entre les débits maximum théoriques de la norme et ceux des réseaux existants s'expliquent par les options techniques retenues au moment de l'implémentation de la norme. Par exemple, la norme UMTS n'a jamais été implémentée dans sa totalité parce que la norme HSPA l'a supplantée assez rapidement. B - Le H+ : 1. Les bénéfices : L'implémentation actuelle du H+ n’apporte qu’une amélioration du débit descendant. Le débit montant reste inchangé par rapport à la 3G+ (maxi théorique de 5,8 Mbps), de même que la latence (70 à 200 ms). Le H+ apporte deux innovations dans le downlink par rapport à la 3G+ : la modulation en 64-QAM (1) au lieu de 16-QAM qui permet de passer de 4 bits à 6 bits par cycle de modulation (14,4 > 21,6 Mbps), mais qui ne fonctionne qu'avec un très bon signal hertzien. la double porteuse (Dual Carrier ou DC) qui permet d’utiliser deux canaux de 5 Mhz et donc de doubler le débit même sans changer de type de modulation de la porteuse. En pratique, dans les zones urbaines couvertes en H+, on peut rarement bénéficier de la modulation en 64-QAM à cause des obstacles, des pollutions électromagnétiques et des interférences des cellules voisines. En revanche, le débit descendant est pratiquement toujours au moins doublé grâce au DC lorsque le mobile supporte cette technologie. Les débits sur le réseau Orange : Débit réel moyen disponible en DC-H+ : 14 Mbps Débit réel crête en station fixe : environ 28 Mbps 2. Les mobiles : Il existe actuellement deux catégories de mobiles H+ : Les mobiles de catégorie 14 supportant uniquement la modulation en 64-QAM, donc plafonnant à un débit théorique maxi de 21 Mbps et peu intéressants vu les limites du 64-QAM mentionnées précédemment. Exemples : Galaxy S2/S3/Note Les mobiles de catégorie 24, dits « DC-H+ », supportant à la fois la modulation en 64-QAM et le Dual Carrier (42 Mbps). Exemples : iPhone 5, Galaxy S3 4G, Xperia Z, tous les mobiles compatibles LTE Pour trouver les mobiles compatibles H+ en France, allez sur http://www.gsmarena.com/search.php3 et cochez la case « HSDPA 2100 » et saisissez dans le champ free text : « 42 Mbps » 3. La couverture H+ d’Orange France : La couverture commence à être assez étendue, elle ne se limite plus aux centres de quelques villes, elle s’étend sur une quarantaine d’aires urbaines. Vous pouvez la retrouver sur cette carte dynamique : http://couverture-reseau.orange.fr/france/netenmap.php C - Le LTE (4G) : 1. Les bénéfices : Cette fois, les avancées ne se limitent plus au seul débit descendant. Voici les principaux avantages par ordre croissant d’intérêt : Le LTE supporte des vitesses de déplacement plus de 350 km/h (jusqu’à 500 km/h) ce qui permet un service de qualité dans les TGV ou dans les avions en phase d’approche (c’est interdit mais tout le monde le fait). Le débit downlink monte à 100 Mbps en statique dans un premier temps, comme la fibre grand public à la maison. A court terme, ce débit sera peu utile en pratique car les contenus ne sont pas prêts à l’exploiter. Seuls les téléchargements de très gros fichiers en bénéficieront mais les forfaits grand public ne sont pas du tout adaptés (30 à 45 min de download seulement pour 10 à 15 Go). Le débit uplink progresse encore plus avec un maxi théorique de 50 Mbps en statique, ce qui rend enfin viable le clouding en situation de mobilité qui souffrait du faible débit montant de la 3G. Mais surtout, la latence atteint des valeurs proches de la fibre, meilleures que l’ADSL, avec une latence de 10 à 20 ms. La VoIP et le jeu en réseau seront les principales applications bénéficiaires, mais la réactivité de votre navigateur Web s’améliorera aussi. Comment est-ce possible ? • D'une part, le LTE adopte comme le H+ les dernières techniques de transmission hertzienne : modulation en 64-QAM, multiplicité des porteuses, agrégation de porteuses... • D'autre part, le LTE utilise comme la vraie 4G le codage numérique OFDMA qui remplace le W-CDMA utilisé par la 3G jusqu'au H+. L'OFDMA dérive des techniques de codage OFDM (multiplexage par division de fréquences orthogonales) utilisé dans les technologies de transmission numérique haut-débit : ADSL, WiFi, TNT... Ce codage a une meilleure efficacité spectrale (bits transmis / Hz de bande radio) que le WCDMA et une meilleure résistance aux aléas de propagation des ondes (échos et propagation multi-chemin résultant de la réflexion, réfraction, diffraction des ondes). 2. L’implémentation en France : Pas de Voice Over LTE (VoLTE) pour l’instant : les appels voix doivent basculer sur le circuit commuté WCDMA de la 3G, car le LTE supporte uniquement la commutation par paquet (trafic IP) ; ceci entraîne la coupure de l’accès data pendant les appels puisqu'il faut changer de réseau radio (OFDMA > WCDMA). Attribution des fréquences : Utilisation de la norme Duplex Fréquentiel (FDD) : 2 bandes distinctes pour le downlink et l'uplink. La charge entre downlink et uplink n’est pas répartie dans le temps sur une seule bande comme dans la norme TDD. • Bande VII (2,6 Ghz) pour les villes, canaux de 20 Mhz maxi pour Orange et Free, 15 Mhz pour SFR et BT. • Bande XX (800 Mhz) pour la campagne, issue du « dividende numérique » (anciennes fréquences TV analogique), pas encore en service commercial, canaux de 10 Mhz maxi attribués à tous les opérateurs sauf Free qui sera en itinérance sur le réseau SFR. La largeur des canaux est très importante pour les débits. SFR et BT ne pourront pas offrir des débits commerciaux comparables à Orange ou Free en ville lors des prochaines évolutions. Le débit en zone peu dense sera forcément moindre pour tous les opérateurs. Si les opérateurs français le demandent et paient les redevances fixées (prochainement) par décret, ils pourront réutiliser tout ou partie de leur spectre dans la bande des 1800 Mhz (2G DCS) pour la 4G à partir du 1er octobre 2013. Et à partir du 25 mai 2016, toutes les bandes de fréquence 2G ou 3G seront potentiellement utilisables en 4G. Les débits sur le réseau Orange : Débit maxi théorique en station fixe : 100 Mbps downlink, 50 Mbps uplink Débit réel moyen sur réseau Orange : 42 Mbps downlink 3. Les mobiles : C’est la fin du mobile multi-bande universel : la compatibilité internationale universelle devient impossible à cause du trop grand nombre de bandes autorisées par la norme (44 dont plus de 20 utilisées). C'est pourquoi, le GSA (Global mobile Suppliers Association) milite fortement pour faire du LTE1800 une fréquence universelle afin de faciliter le roaming. L'idée est d'avoir au moins un réseau national en LTE1800 dans chaque pays pour le roaming. Comme c'est une des bandes les plus anciennes, elle est disponible presque partout. Les critères de choix : • Compatibilité « LTE » ou « 4G » ou « OFDMA » • Bande VII (2,6 Ghz) au minimum et si possible bandes III (1800 Mhz) et XX (800 Mhz) • Catégorie 3 au minimum: 102 Mbps downlink et 51 Mbps uplink. Exemples : Galaxy S3 4G, Xperia Z, Lumia 820/920, BB Z10 Catégorie 4 à venir : 150 Mbps downlink et 51 Mbps uplink Pour trouver les mobiles compatibles LTE en France, allez sur http://www.gsmarena.com/search.php3 et cochez la case « LTE 2600 » 4. La couverture LTE d'Orange France : Au 1er février 2013, uniquement quelques centres-villes : Marseille, Nantes, Lille, Lyon et Paris-Opéra. La couverture de Paris ne se fera que progressivement mais devrait être achevée fin 2013. En avril 2013, une quinzaine de villes (centre) devraient être couvertes. En plus des villes actuelles : Nancy, Metz, Clermont-Ferrand, Bordeaux, La Rochelle, Chartres, Orléans, Dunkerque, Grenoble et Annecy. 5. Les forfaits proposés : Forfait grand public classique aux USA : 10 Go/mois Forfait SFR grand public : 6 Go/mois Forfait Orange Business Service en France : 15 Go/mois Les premiers forfaits grand public d'Orange seront proposés en avril 2013. Vu les débits, un forfait grand public de moins de 10 Go/mois aurait assez peu d’intérêt pratique. Par exemple, au débit moyen réel de 42 Mbps, 34 minutes suffisent pour un download de 10 Go ; un film long métrage en HD1080p de qualité TNT HD (7 Mbps) représente à lui seul près de 6 Go. A l'heure actuelle, les forfaits commercialisés sont clairement inadaptés aux nouveaux usages que vise la technologie LTE : clouding, vidéo en très haute définition... 6. Les évolutions prévisibles : • Évolution jusqu’à des mobiles de catégorie 5 : 300 Mbps downlink et 75 Mbps uplink • Implémentation de la Voice Over LTE (VoLTE) qui permettra de se passer totalement de la 3G et de ne plus couper l’accès data pendant les appels. D - Et la vraie 4G ? La vraie 4G commencera avec le LTE-Advanced qui n’est pour l’instant implanté commercialement nulle part. De nouveaux blocs de fréquence devront être attribués avec des canaux de 100 Mhz cette fois. Cela devrait être possible en récupérant une plus grande part du « dividende numérique », ainsi qu'une partie des bandes de fréquence de la 2G, voire de la 3G. Les principaux bénéfices : • Débit théorique downlink de 1 Gbps minimum en mobilité, 3Gbps en station fixe • Débit théorique uplink de 500 Mbps en mobilté, 1,5 Gbps en station fixe • Implémentation 3GPP IMS (IP Multimédia Subsystem) : la ToIP est native, le trafic est entièrement IP. • Latence réduite à 5 ms en transmission (50 ms en attente de connexion) • Usage flexible du spectre en fonction de la charge : agrégation de porteuses, y compris sur des canaux non contigus ; adaptation à la charge de la largeur de bande des canaux utilisés • Mobiles jusqu’à la catégorie 8 : 3 Gbps downlink et 1,5 Gbps uplink • Rétrocompatibilité avec le LTE dans les deux sens : mobiles LTE simple sur réseau LTE-Advanced et mobiles LTE-Advanced sur réseau LTE La 4G poursuit trois objectifs : • deux objectifs récurrents depuis la 3G : l'augmentation des performances en débit et en latence, et l'efficacité spectrale (30 bits/Hz de spectre contre 8,4 bits/Hz en H+ pour le downlink) • un objectif nouveau : l'économie du spectre de fréquences via la flexibilité. Il s'agit d'un véritable programme d'économie du spectre hertzien, ressource encore plus rare que l'énergie, visant à ne plus bloquer de canaux, même temporairement, quand le terminal ne les utilise pas au maximum. __________________________________________________ (1) : 64-QAM = modulation d’amplitude en quadrature à 64 états. La QAM combine modulation d’amplitude et modulation de fréquence. Plus il y a d’états possibles, plus les « points de la constellation » sont rapprochés, donc plus la précision de la modulation doit être élevée et non perturbée.
