Worldwide Interoperability for Microwave Access
WiMAX (acronyme pour Worldwide Interoperability for Microwave Access) est
une famille de normes, certaines encore en chantier, définissant les connexions
à haut-débit par voie hertzienne. C'est également un nom commercial pour ces
normes, comme l'est Wi-Fi pour 802.11 (la Wi-Fi Alliance est en cela comparable
au WiMAX Forum).
Wimax regroupe des standards de réseaux sans fils auparavant
indépendants : HiperMan, proposé en Europe par l'ETSI (European
Telecommunications Standards Institute), et 802.16 proposé par l'IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers).
WiMAX utilise des technologies hertziennes destinées principalement à des
architectures point-multipoint : à partir d'une antenne centrale, on
cherche à toucher de multiples terminaux.
WiMAX promet des débits de plusieurs dizaines de megabits/seconde sur des
rayons de couverture de quelques dizaines de kilomètres. WiMAX s'adresse
notamment au marché des réseaux métropolitains, le MAN (metropolitan area
network) de HiperMAN.
Plusieurs standards relèvent du terme WiMAX : les plus avancés
concernent les usages en situation fixe (le client ne bouge pas), mais une
version mobile (connexion à haut-débit en situation de mobilité) est également
prévue un peu plus tard. Sommaire
- 1 WiMAX : un nom, plusieurs standards
o 1.1 La famille 802.16
- 2 Contraintes techniques et réglementaires
- 3 Usages du WiMAX
- 4 Informations techniques
o 4.1 Couche MAC / liaison de données o 4.2 Couche physique
WiMAX : un nom, plusieurs standards
Un des objectifs fondateurs du WiMAX Forum est la recherche de
l'interopérabilité : elle est obtenue par les voies de la normalisation et
de la certification, et est un des enjeux majeurs du WiMAX, comme elle l'a été,
avec un assez bon succès, pour le Wi-Fi. C'est un enjeu d'autant plus important
que WiMAX est défini pour une large bande de fréquences, de 2 à 66 GHz, dans
laquelle on trouve des technologies existantes, comme le Wi-Fi, et qui autorise
des débits, des portées et des usages très variés.
Cette multiplicité des bandes de fréquences visées, des débits, portées et
usages possibles, est d'ailleurs le principal écueil qu'affronte le
commentateur : selon l'angle choisi, WiMAX est tour à tour un simple
prolongement du Wi-Fi, le cœur de réseau du Wi-Fi, ou mieux, la convergence du
Wi-Fi et du réseau cellulaire de troisième génération (UMTS, dite « la 3G
»).
La famille 802.16
WiMAX réunit donc plusieurs standards, tous à des états d'avancement
différents, qui sont autant d'axes de travail du groupe IEEE 802.16. Standard
Description Publié Statut IEEE std 802.16-2001 définit des réseaux
métropolitains sans fil
utilisant des fréquences supérieures à 10 GHz (jusqu'à 66 GHz) 8 avril 2002
obsolètes IEEE std 802.16c-2002 définit les options possibles pour les
réseaux
utilisant les fréquences entre 10 et 66 GHz. 15 janvier 2003 IEEE std
802.16a-2003 amendement au standard 802.16 pour les
fréquences entre 2 et 11 GHz. 1er avril 2003 IEEE std 802.16-2004 (également
désigné 802.16d) il s'agit de l'actualisation (la révision) des
standards de base 802.16, 802.16a et 802.16c. 1er octobre 2004
obsolète/actifs IEEE 802.16e (également désigné IEEE std 802.16e-2005) apporte
les possibilités d'utilisation en
situation mobile du standard, jusqu'à 122 km/h. 7 décembre 2005 actifs IEEE
802.16f Spécifie la MIB (Management Information Base), pour les couches MAC
(Media Access Control) et PHY (Physical) 22 janvier 2006
Les principales normes citées dans la presse début 2005 sont celles
indiquées en gras : a, d et e.
D'abord conçu pour la partie 10-66 GHz en 2001, 802.16 s'est intéressé par
la suite aux bandes 2-11 GHz pour donner naissance en 2003 à 802.16a. En
Europe, c'est autour des 3,5 GHz que 802.16a peut se déployer ; aux
États-Unis, c'est dans des bandes proches de celles utilisées par le Wi-Fi, 2,4
et 5 GHz. Cette partie de la bande est celle qui a le plus d'activités au sein
du WiMAX Forum aujourd'hui.
802.16a a été amendé depuis, par 802.16-2004, et en toute rigueur on ne
devrait plus parler de cette version a. Conduite par le groupe de travail IEEE
802.16 d, cette version amendée est parfois également appelée 802.16d.
À côté de 802.16-2004, qui est le WiMAX de ce début d'année 2005, on trouve
également 802.16.2, standard qui définit l'interopérabilité entre toutes les
solutions 802.16 et les solutions (comme Wi-Fi) qui sont présentes sur les
mêmes bandes de fréquence.
Deux autres standards viennent également de paraître : e, le plus
avancé et le plus intéressant, apportant la mobilité (à la fois le passage
d'une antenne à l'autre sans problème, et le déplacement en véhicule), et f,
plus secondaire, doit spécifier une MIB pour la gestion des couches MAC et
physiques.
À ces standards on doit ajouter des tests de conformité dont certains ont
déjà été publiés. Ceux des fréquences entre 10 et 66 GHz le sont, ceux des
fréquences entre 2 et 11 GHz sont en cours d'élaboration à la date de
publication de ce dossier.
Contraintes techniques et réglementaires
Des contraintes techniques, inhérentes aux technologies radio, limitent
cependant les usages possibles.
La portée, les débits, et surtout la nécessité ou non d'être en ligne de vue
de l'antenne émettrice, dépendent de la bande de fréquence utilisée. 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 (non line of sight) est possible
notamment grâce à l'utilisation de la modulation OFDM. Ceci ouvre la voie à des
terminaux d'intérieur, facilement installables par l'utilisateur final car ne
nécessitant pas l'installation d'antennes extérieures par un technicien
agréé.
Le tableau ci-dessous — non exhaustif — donne quelques exemples de débits
possibles selon les cas, sachant qu'une antenne a plusieurs secteurs (6, par
exemple) pour couvrir tout son périmètre. Ces débits sont à partager entre
utilisateurs, et les modèles économiques aujourd'hui envisagés tablent sur des
offres symétriques entre 1 et 10 Mbit/s pour les entreprises, c'est-à-dire
comparables au DSL, mais avec la mobilité en plus. Environnement Taille de la
cellule Débit par secteur d'antenne Urbain intérieur (NLOS) 1 km 21 Mbit/s
(canaux de 10 MHz) Rurbain intérieur (NLOS) 2,5 km 22 Mbit/s (canaux de 10 MHz)
Rurbain extérieur(LOS) 7 km 22 Mbit/s (canaux de 10 MHz) Rural interieur (NLOS)
5,1 km 4,5 Mbit/s (canaux de 3,5 MHz) Rural extérieur (LOS) 15 km 4,5 Mbit/s
(canaux de 3,5 MHz) Relations entre largeur de canal, débit, taille de la
cellule et ligne de vue (Source, Alcatel
Strategy White Paper : WiMAX, making ubiquitous high-speed data
services a reality, 28 June 2004)
Par ailleurs, entre 10 et 66 GHz WiMAX se déploiera sur des sous-bandes de
fréquences soumises à licences, tandis que sur 2-11, et selon les pays, les
bandes WiMAX sont soit libres soit soumises à licence.
Usages du WiMAX
WiMAX est envisagé à la fois pour les réseaux de transport et de collecte,
et pour les réseaux de desserte. Dans le cas de la collecte, il s'agit du
backhauling de hotspots, c'est-à-dire la liaison des hotspots Wi-Fi à Internet
non pas par des dorsales filaires (ADSL notamment), mais par une dorsale
hertzienne. Dans le cas de la desserte, c'est l'idée, et notamment pour les
aspects mobilité de WiMAX, que des hotspots (des hotzones, en fait) soient
déployées sous technologie WiMAX.
Dans le premier cas (collecte), seuls les équipements de réseau sont WiMAX,
et le marché est orienté vers les opérateurs. Dans le deuxième cas, on doit
imaginer des terminaux (ordinateurs, PDAs, téléphones) WiMAX, et en particulier
des puces à la fois Wi-Fi et WiMAX. Fin 2004 des annonces ont déjà été faites
en ce sens...
Côté usages, la couverture et les débits rendus possibles, le caractère à
terme de mobilité, et des coûts de production et de déploiements qu'on espère
réduits ouvrent la voie à de nombreuses applications. Citons-en
quelques-unes :
- couvertures classiques de hotzones : zones d'activité économique,
parcs touristiques... ;
- déploiements temporaires : chantiers, festivals, infrastructure de
secours sur une catastrophe naturelle ;
- offres triple play : données, voix, vidéo à la demande ;
- gestion des transports intelligents ;
- systèmes d'information géographique déportés ;
- notion d'hôpital étendu ;
- sécurité maritime et sécurité civile ;
- ...
Informations techniques
Couche MAC / liaison de données
En Wi-Fi, la couche MAC (Media Access Control) est basée sur la méthode
d'accès CSMA/CA, qui a l'inconvénient de ne pas pouvoir garantir de QoS. En
effet, le trafic de chaque station peut être perturbé par les autres stations,
qui peuvent prendre la main sur la voie radio de façon aléatoire. Cela pose
problème pour les applications temps-réel comme la Voix sur IP (VoIP). La
couche MAC du WiMAX résout ce problème par un algorithme d'ordonnancement qui
alloue des ressources d'accès à chaque station. Ainsi, le réseau peut contrôler
les paramètres de QoS en répartissant dynamiquement l'allocation des ressources
radio entre les stations, en fonction des besoins des applications. La bande
passante offerte à chaque station peut être réduite ou augmentée, mais elle
reste attribuée à la station. Cela permet à la fois de garantir la stabilité de
l'accès en cas de surcharge, et d'optimiser la bande passante disponible.
Couche physique
Dans sa version 802.16e, le WiMAX utilise la modulation SOFDMA (Scalable
Orthogonal Frequency-Division Multiple Access), qui permet de partager la
ressource radio à la fois en temps et en fréquence, en utilisant un nombre de
porteuses simultanées compris entre 128 et 2048.
Le standard 802.16e prévoit aussi l'utilisation da la technologie MIMO.
Les infos sont sur Wikipedia
