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La technologie E-Band : description et modalités d’exploitation

La technologie E-Band : description et modalités d’exploitation

Dans le contexte actuel où la demande concernant la capacité data est très forte et reste en perpétuelle évolution, les réseaux de transmission doivent évoluer et s’adapter pour répondre aux  besoins des clients mobiles ou fixes.

Pour supporter ce besoin en capacité au niveau des réseaux de transmission, deux technologies se sont imposées comme les meilleures options, la fibre optique et les liaisons Radio Microwave. La solution Microwave reste, malgré le développement que connait la fibre, la solution la plus utilisée au  niveau du Backhauling des sites Radio et continuera à l’être en 2020 pour 65% des sites Radio (voir Figure.1).

Backhaul media distribution (excluding China, Japan, Korea and Taiwan)

Backhaul media distribution (excluding China, Japan, Korea and Taiwan)

Concernant les bandes de fréquences, actuellement la majorité des liens Microwave installés le sont sur des bandes inférieures à 40 GHz. Les bandes de fréquences supérieures à 40GHz ne sont pour l’instant pas trop utilisées et représentent une vraie ressource à exploiter pour pallier aux nouveaux besoins en capacité.

Parmi les bandes hautes, la bande E (70/80GHz) est la bande de fréquence qui suscite le plus d’intérêt actuellement et connait un développement continue aussi bien au niveau de la réglementation qu’au niveau commercial (plusieurs annonces de records de débit dépassant les 5Gbps ont eu lieu entre 2015 et 2016). On prévoit donc que 20% des liens Microwave installés en 2020 par les opérateurs le seront en Bande E.

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  1. Caractéristiques techniques :

L’E-Band fait partie des fréquences extrêmement haute (Extremely High Frequency EHF) faisant partie du spectre Radio (30GHz a 300GHz), correspondant à des longueurs d’ondes entre 1mm et 1cm, d’où le terme (ondes millimétriques).

Au niveau Internationale, E-band se compose de deux intervalles de fréquences 71–76GHz et 81–86GHz. Les organismes de standardisation ont défini le Plan de cette bande de fréquence de la manière suivante :

Exemple Plan CEPT/ECC REC(05)07 avec Possibilité de canaux de 250 à 4750MHz en FDD ou TDD.

Exemple Plan CEPT/ECC REC(05)07 avec Possibilité de canaux de 250 à 4750MHz en FDD ou TDD.

L’ITU-R, qui a publié en 2012 la recommendation F.2006 [11], a repris le Plan de la recommandation ECC/REC(05)07 on y ajoutant de nouvelles options concernant l’assignation des block de fréquences (voir tableau comparatif des deux normes CEPT et ITU-R).

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Plusieurs éléments techniques ont porté le choix des experts vers cette bande. Premièrement, La disponibilité d’un large spectre de fréquences sur cette bande permettant l’assignation de canaux très larges (jusqu’à 2x5GHz, canaux multiples de 250MHz) ce qui permet d’obtenir des débits dépassant ceux des autres bandes inférieures, supérieurs à 1Gbps.

Cette bande de fréquences disposant d’une longueur d’onde très petite (millimetre waves), elle permet de réduire de manière importante les risques d’interférences entre liens voisins, en comparaison avec les fréquences plus basses, et nécessite donc moins de mécanismes de coordinations et de gestion d’interférences.

Au niveau équipements, la disponibilité de plusieurs solutions basées sur des antennes directionnelles très performantes a facilité le développement de cette technologie.

Concernant la longueur par Hop et vu l’atténuation du signal sur les fréquences très hautes, les Experts préconisent un maximum de 2Km pour un service, avec une disponibilité maximale.

  1. Réglementation :

L’un des points fondamentaux dans l’essor de cette bande reste l’adoption d’une règlementation encourageante consistant à minimiser les coûts des fréquences, tout en permettant aux utilisateurs un accès facile et rapide au service.

Au niveau international la plupart des pays ont adopté des règles propres aux fréquences hautes notamment la bande E.

On peut distinguer trois types de règlementation :

  • Accès libre sans Licence,

  • Accès avec licence et auto-coordination

  • Accès avec licence sous responsabilité du régulateur (mode de gestion classique).

L’accès aux fréquences de l’E-band sans licence:

Pour un lancement de service sur la bande E, aucune licence, autorisation individuelle ou frais ne sont demandés. Les utilisateurs doivent seulement informer le régulateur et respecter des règles d’émission préétablies.

Ce type de règlementation offre plusieurs avantages comme la flexibilité et la rapidité de déploiement ainsi que l’exonération de frais de licence. Ceci dit, il peut devenir bloquant pour l’exploitation des fréquences.

L’exploitation des fréquences sans entité et outils de coordination peut devenir rapidement impossible surtout à cause des interférences. Ce type de réglementation a été initié en République Tchèque et au Mexique.

Auto-coordination: Self coordinated, Light Licensed

Cette approche, utilisée dans un certain nombre de pays dans le monde comme les Etats-Unis, le Royaume-Uni, Nigeria, l’Inde, le Qatar et l’Australie, donne généralement aux titulaires de licences la responsabilité de coordonner tous les nouveaux liens avec les utilisateurs existants à proximité de l’emplacement proposé.

En utilisant cette approche, les autorités de régulation émettent encore des licences individuelles pour l’exploitation des liens, cependant chaque titulaire assume la responsabilité de l’attribution et la coordination avec les tiers.

Aux Etats-Unis, la FCC exige des demandeurs l’obtention d’une licence nationale (valable pendant dix ans), préalablement au processus de coordination.

Par la suite, le processus d’auto – coordination est réalisé de la manière suivante: après obtention d’une autorisation, les utilisateurs doivent ensuite coordonner les modalités d’exploitation des liens attribués avec l’Administration Nationale des Télécommunications et de l’Information (NTIA), puis procéder à l’enregistrement de ces ressources auprès de l’un des trois gestionnaires de bases de données.

Pour la coordination avec la NTIA, il existe un mécanisme automatisé qui calcule si le lien proposé pourrait interférer avec les opérations fédérales. Si aucune interférence n’est détectée, le demandeur procède alors à l’enregistrement du lien.

L’accès à l’E-bande avec coordination, et gestion d’interférences (Mode de gestion Classique):

En utilisant cette approche, le régulateur prend l’entière responsabilité de la coordination des fréquences pour évaluer les risques d’interférences des liens prévus avec ceux déjà établis dans la même voisinage. Elle est similaire à la procédure d’attribution dans les bandes de fréquences plus basses.

Cette approche, qui est considérée comme étant la plus classique, est utilisée dans un certain nombre de pays en Europe tels que la France, la Suède et l’Irlande, ainsi qu’au Brésil et en Nouvelle-Zélande.

En France, l’utilisation de fréquences pour l’établissement de faisceaux hertziens est soumise à une autorisation individuelle préalable, de la part de l’ARCEP. Celle-ci procède à l’attribution de ces autorisations individuelles au fur et à mesure des demandes qu’elle reçoit tant qu’il n’existe pas une rareté de la ressource demandée (procédure dite  » au fil de l’eau « ). De plus, à chaque demande d’autorisation, l’ARCEP effectue la coordination technique de cette liaison hertzienne, afin d’assurer l’absence de brouillage préjudiciable avec d’autres utilisateurs de fréquences.

L’approche du management mixte au Royaume-Uni :

Au Royaume-Uni, l’Ofcom propose les fréquences E-Band en deux modes : coordonné et auto-coordonné.

La possibilité d’avoir une partie de cette bande en mode coordonné a été permise suite à la demande des opérateurs mobiles désirant avoir une solution protégée pour leurs liaisons de Backhauling. Cette bande permet actuellement l’accès à 2×4.75 GHz de spectre de fréquence ainsi que la possibilité d’avoir des capacités dépassant 1 Gbit/s.

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L’OFCOM a mis en place une structure de fréquence en mode coordonnée conforme au Plan du CEPT (ECC/REC/(05)07) avec la disponibilité des canaux suivants :

4 paired 250 MHz channels,

2 paired 500 MHz channels,

1 paired 750 MHz channel and

1 paired 1000 MHz channel.

Les frais liés aux fréquences.

Selon l’étude réalisée par Analysys Mason en Janvier 2016, et tenons compte de la liste des pays étudiés, les frais varient d’un pays à un autre mais reste en dessous de 450USD pour le mode de  réglementation Self Coordinated et peuvent aller jusqu’à 619 USD (Cas de la France avec USD619 pour 250MHz et la modulation 16QAM) dans le cas Coordinated. Cette étude a permis de relever que le niveau des frais liés aux fréquences ne dépend pas de la nature et mode de réglementation (Coordonné ou non). Un résumé des niveaux de frais liés aux fréquences est donné par la figure suivante.

Range of spectrum fees for E-band [Source: Analysys Mason, 2015]

Range of spectrum fees for E-band [Source: Analysys Mason, 2015]

  1. Conclusion

En résumé, les liaisons par faisceaux hertziens dans la bande E sont devenus de plus en plus attractives en raison des exigences sans cesse croissantes en termes de quantité́ de données à transmettre. La configuration de la bande choisie par les régulateurs est généralement celle recommandée par l’ITU-R avec des canaux multiple de 250MHz, permettant le support d’applications THD comme le Backhauling 4G.

Une grande majorité de régulateurs ont ouvert la bande 70/80GHz aux utilisateurs pour des applications de transmission Radio Point à Point, permettant aux opérateurs d’accéder aux fréquences E-Band avec des procédures d’attribution faciles et des frais encourageant leur développement. Dans la majorité des cas, les frais liés à l’utilisation des fréquences E-Band ont été plus faibles que ceux relatifs aux fréquences plus basses (inférieures à 40GHz).

Sources :

ETSI White Paper No. 9  E-Band and V-Band – Survey on status of worldwide regulation  First edition – June 2015  ISBN No. 979-10-92620-06-1.

Microwave towards 2020, Delivering high-capacity and cost-efficient backhaul for broadband networks today and in the future, Ericsson 2015.

Microwave Capacity Evolution, Ericsson Review, Ericsson 2011.

Review of Spectrum Management Approaches for E-Band, Analysys Mason.

Spectrum Management Approach in the 71-76 GHz and 81-86 GHz bands, Ofcom’s decision on the future management approach for the 70/80 GHz bands. 2013.

Par René Serres Consultant Télécom et TICS

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