Boucle Locale Radio (BLR)

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1 Boucle Locale Radio (BLR) Systèmes utilisés par Hmad CHAFIAI Département Planification et Optimisation Radio Lorris Consulting 1. Méthodes d accès radio... TE Différents systèmes Système DECT Système PHS Système PACS Système DCS1800 (GSM1800) Systèmes LMDS Autres systèmes Technologie LMDS et son implémentation en BLR Définition Architecture générale Applications Description de l interface radio Conclusion Références bibliographiques L es boucles locales ont déjà fait l objet de l article [TE 7 400]. Une boucle locale réalisée à l aide d un lien radio est appelée «boucle locale radio» (BLR) et en anglais WLL (Wireless Local Loop) ou encore WITL (Wireless In The Loop). Historiquement, le recours à la voie radio pour le raccordement d abonnés a été presque exclusivement réservé à la desserte d habitats isolés ou difficiles d accès. Plus récemment, la boucle locale radio a été utilisée dans les pays à faible taux de pénétration téléphonique pour fournir rapidement et à moindre coût une infrastructure et un service téléphonique. Ce n est que dernièrement, avec l évolution des technologies et la perspective de la libéralisation des marchés des télécommunications que les technologies radio sont apparues comme des solutions alternatives intéressantes à la boucle locale filaire traditionnelle. Actuellement, les technologies radio deviennent une solution de rechange au raccordement téléphonique filaire en permettant un déploiement rapide et à coût raisonnable tout en offrant des services aussi perfectionnés que ceux proposés par les réseaux filaires : voix, Internet à haut débit et vidéocommunication. Il n est pas nécessaire d utiliser un lien radio dans tout le chemin de l abonné jusqu au centre de commutation pour réaliser la boucle locale radio, le lien radio est souvent utilisé dans la dernière partie de la boucle. Le lien complet jusqu au centre de commutation est réalisé moyennant d autres liens qui peuvent être des câbles métalliques, des fibres optiques ou des faisceaux hertziens. Dans le cas de la boucle locale radio, les abonnés fixes sont munis d antennes fixées dans la direction de l antenne du point de distribution. Ce dernier peut servir plusieurs abonnés et la distribution s appelle dans ce cas : point-à-multipoint. La boucle locale radio présente plusieurs avantages pour les opérateurs de réseaux publics : la capacité d atteindre des régions à accès difficile par câble (montagnes, déserts...) ; Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications TE

2 BOUCLE LOCALE RADIO (BLR) le coût de déploiement très faible comparé à celui des autres technologies ; la flexibilité et la rapidité d installation ; le faible coût de maintenance ; la possibilité de profiter de la mobilité offerte par la radio. Plusieurs systèmes radio sont utilisés pour réaliser la boucle locale radio. Ces systèmes peuvent être des réseaux sans fils, des systèmes cellulaires utilisés pour la téléphonie mobile ou bien des systèmes utilisant les hautes fréquences et nécessitant une visibilité directe entre l abonné et le point de distribution. Ces systèmes diffèrent par leur mode de fonctionnement, leur qualité vocale, leur flexibilité et facilité de déploiement, leur bande de fréquence et leur capacité à offrir des services multimédia. Cependant, les besoins de plus en plus exigeants en terme de services multimédia et par conséquent en débit de transmission de données ont poussé au développement de systèmes offrant d une part une qualité vocale équivalente ou meilleure que celle de la boucle locale traditionnelle et des débits de transmission assez élevés satisfaisant les besoins multimédia des abonnés. (0) Principaux sigles ADPCM Adaptive Differential Pulse-Code Modulation AMRC Accès multiple à répartition par code AMRF Accès multiple à répartition en fréquence AMRT Accès multiple à répartition en temps ARIB Association of Radio Industries and Businesses ART Autorité de régulation des télécommunications ATM Asynchronous Transfer Mode AuC Authentication Centre (Centre d Authentification) BLR Boucle locale radio BSC Base Station Controller BSS Base System Sub-system BTS Base Transceiver Station CDMA Code Division Multiple Access (AMRC en français) CS Cell Station CT2 Cordless Telephony Generation 2 D-AM Digital-AM DCA Dynamic Channel Allocation DCS Digital Communication System DECT Digital Enhanced Cordless System ETSI European Telecommunications Standards Institute FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access (AMRF en français) GFSK Gaussian Frequency-Shift Keying GPRS General Packet Radio Services HLR Home Location Register HSCSD High Speed Circuit Switched Data IDSL Integrated Services Digital Network DSL JTC Joined Technical Comittee LAN Local Area Network LEO LMDS LMCS C NSS PABX PACS PHS QAM QK QSAFA RCR RFP RNIS CU RTCP SSL TACS TDD TDMA VLR WCDMA WITL WLL Principaux sigles Low Earth Orbit Local Multipoint Distribution Service Local Multipoint Communication Service Mobile Station Mobile Services Switching Centre Network Services Sub-system Private Automatic Branch Exchange Personnal Access Communication System Personal Handy Phone System Partie portable Personal Station Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Quasi-Static Autonomous Frequency Assignment Research and Development Centre for Radio Systems Radio Fix Party Réseau numérique à intégration de service Radio Part Radio Part Control Unit Réseau téléphonique commuté public Secure Sockets Layer Total Access Communication Service Time Division Duplex Time Division Multiple Access (AMRT en français) Visitor Location Register Wideband CDMA (AMRC large bande en français) Wireless In The Loop Wireless Local Loop TE Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications

3 BOUCLE LOCALE RADIO (BLR) 1. Méthodes d accès radio Afin de rendre plus efficace la boucle locale radio, plusieurs méthodes d accès sont utilisées dans le lien radio pour avoir une meilleure efficacité spectrale. Les différentes méthodes d accès utilisées sont les suivantes. AMRF (accès multiple à répartition en fréquence, en anglais FDMA) : cette méthode d accès utilise un partage en fréquence des utilisateurs. Chaque utilisateur a une fréquence dédiée pendant toute la durée de la connexion et il peut émettre et recevoir en continu sur cette fréquence. Cette fréquence pourra être allouée à un autre utilisateur dès sa libération. Afin d assurer une bonne efficacité spectrale, la largeur de bande allouée à l utilisation peut être dynamique en fonction du débit demandé. AMRT (accès multiple à répartition en temps, en anglais TDMA) : cette méthode permet de partager en temps les usagers. Chaque utilisateur doit émettre pendant un intervalle de temps bien déterminé et arrêter d émettre à la fin de cet intervalle afin que d autres utilisateurs puissent y émettre à leur tour. Cette méthode permet d augmenter l efficacité spectrale du système en permettant le partage de la même bande de fréquence entre plusieurs utilisateurs séparés dans le temps. La transmission est dans ce cas discontinue côté usager mais continue côté station de base. Pour des débits plus élevés, les systèmes peuvent allouer plusieurs intervalles de temps à un seul utilisateur en fonction du débit demandé. Il est à signaler que l AMRT est dans la plupart des cas combinée avec l AMRF. AMRC (accès multiple à répartition par code, en anglais CDMA) : cette méthode, qui fait partie des méthodes à étalement de spectre, permet aux usagers d utiliser toute la bande de fréquences pendant toute la durée de la communication en les partageant par codes. Avant la transmission, chaque usager multiplie ses informations par un code bien déterminé qui permettra à la station de base de le distinguer des autres utilisateurs. La station de base n a qu à multiplier la résultante des informations reçues par le code de l usager qu elle désire décoder pour récupérer les informations de celui-ci. Il est clair que les codes doivent être les plus orthogonaux possibles afin de permettre une très bonne utilisation du système. Cette méthode permet d avoir des débits très élevés comparée aux deux méthodes précédentes car l usager peut utiliser toute la bande de fréquences disponible. Une version plus évoluée de cette méthode d accès, consistant à appliquer cette dernière sur une bande plus large, est appelée AMRC large bande (en anglais W-CDMA). Cela permet d avoir des débits très élevés pouvant aller jusqu à 2 Mbit/s voire plus. Il est à signaler aussi qu il y a plusieurs combinaisons entre l AMRC et l AMRT. Le partage duplex définit la manière dont sont séparées l émission et la réception dans un système radio. Deux méthodes principales sont utilisées : le partage en fréquence (FDD Frequency Division Duplex) qui consiste à émettre dans une fréquence et à recevoir dans une autre fréquence. Les systèmes utilisant ce genre de partage duplex ont alors deux bandes de fréquences : une pour l émission du mobile vers la station (sens montant) et l autre de la station vers le mobile (sens descendant) ; le partage en temps (TDD Time Division Duplex) qui consiste à utiliser la même fréquence pour l émission et la réception. La séparation sera effectuée en temps en utilisant un intervalle de temps pour l émission et un autre pour la réception. Il est à noter que cette méthode ne peut être utilisée que dans le cas de la méthode d accès AMRT (TDMA). 2. Différents systèmes utilisés pour réaliser la boucle locale radio Les systèmes utilisés pour réaliser la boucle locale radio [1] [2] [3] incluent les systèmes sans fil, les systèmes cellulaires analogiques, les systèmes cellulaires numériques, ainsi que les systèmes utilisant des ondes millimétriques. Parmi les systèmes utilisés, on peut citer le système sans fil CT2 (Cordless Telephony Generation 2), le système analogique AM (Advanced Mobile Phone Service) et sa version numérique D-AM (Digital AM), le système numérique américain IS-95, le système numérique européen GSM (Global System for Mobile communications) avec ses versions dans les différentes fréquences (GSM900, GSM1800, GSM1900), le système numérique japonais PHS (Personnal Handyphone System), le système numérique européen DECT (Digital Enhanced Cordless System), le TACS (Total Access Communications System), le PACS (Personnal Access Communications System) et plusieurs autres systèmes utilisant différentes méthodes d accès et surtout celles à étalement de spectre et à bande large AMRC. Suite à la demande accrue des services nécessitant de hauts débits comme la vidéo, les services multimédia etc., d autres systèmes large-bande ont été développés pour assurer ces services ; c est le cas des systèmes LMDS qui sont considérés comme une révolution dans le monde de la boucle locale radio. Dans la suite de ce document, on décrira plus précisément l utilisation des systèmes DECT, PHS, PACS, DCS (GSM1800) et les systèmes LMDS pour la boucle locale radio. Une évaluation et une comparaison de ces systèmes sera effectuée. 2.1 Système DECT Le DECT (Digital Enhanced Cordless Telephone) est le système européen développé par l ETSI (European Telecommunications Standards Institute) en 1990 pour combler les insuffisances de l ancien système sans fil CT2. Il a été initialement destiné aux applications résidentielles et aux PABX sans fil. Aujourd hui, le DECT est un candidat très sérieux pour la réalisation de la boucle locale radio. La force du DECT est représentée par sa qualité vocale, la possibilité d offrir un débit important et la planification automatique des fréquences. Le système DECT s apparente, de par sa technologie, au GSM. Il en retient les grands éléments et quelques fonctionnalités qui font la force du GSM. Les principales fonctionnalités sont la recherche dynamique des fréquences au niveau du terminal, la gestion de la localisation et le contrôle de puissance. Architecture générale (figure 1) Le système DECT se divise en trois parties principales : la partie fixe radio (RFP) ou la borne qui couvre une zone relativement réduite et gère les liens radio établis avec les combinés (ou partie portable) se trouvant dans la zone de couverture ; le système central qui gère un ensemble de cellules et assure les fonctions de gestion qui sont nécessaires pour soutenir les connexions internes dans le système. Il gère également la mobilité et l authentification ; les unités d interfonctionnement qui permettent d accéder, via les protocoles de conversion de niveau 3 du modèle OSI, au réseau sur lequel le système DECT est greffé (RTCP, RNIS, ATM...). Caractéristiques techniques Le système DECT opère dans la bande à MHz et utilise la méthode d accès AMRT avec 10 porteuses espacées de khz acheminant chacune 24 intervalles de temps et offrant 12 canaux Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications TE

4 BOUCLE LOCALE RADIO (BLR) RFP Réseau hôte (RTCP, RNIS) Unité d'interfonctionnement Système central RFP RFP Figure 1 Architecture générale du système DECT Partie centrale Partie radio CS duplex simultanés en partage duplex temporel TDD. La capacité totale du système DECT est donc de 120 canaux duplex. Le codage de la parole est en mode 32 kbit/s ADPCM et la modulation utilisée est la GFSK. Le DECT utilise l allocation des canaux dynamique et, contrairement aux autres systèmes mobiles, il autorise l utilisation des canaux adjacents dans la même cellule. La puissance crête des stations émettrices est de 250 mw (25 dbm). Cette puissance peut être réduite par le mécanisme de contrôle de puissance jusqu à 60 mw. Le débit brut de transmission par porteuse est kbit/s. Nota : dbm pour décibel milliwatt. La couverture peut atteindre 5 km, la mobilité est très restreinte (vitesse de marche de l utilisateur) et le débit de transmission de données peut atteindre 522 kbit/s par utilisateur. 2.2 Système PHS Réseau hôte (RTCP, RNIS) Commutateur CS Figure 2 Architecture générale du système PHS Le système PHS (Personal Handy phone System) est un système développé au Japon pour assurer de la téléphonie mobile à moindre coût. Il a été développé par ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) connue avant 1993 sous le nom de RCR (Research and Development Centre for Radio Systems). Le PHS est basé sur une technologie sans fil à travers une architecture micro-cellulaire. Architecture générale (figure 2) La partie centrale/commutateur contient les éléments nécessaires pour assurer les fonctions de commutation, de gestion d abonnés, de maintenance, de contrôle des différents composants et de facturation. CS HLR/VLR La partie radio assure la desserte radioélectrique soit directement, en assurant le rôle de la station de cellule (CS Cell Station), soit indirectement en assurant celui du répéteur entre la partie centrale et la CS. Le terminal d abonné (Personal Station ) peut être : fixe comprenant une antenne installée à l extérieur et un poste comportant l émetteur/récepteur PHS ; fixe à 2 fils regroupant l antenne installée à l extérieur de l émetteur/récepteur PHS auquel est raccordé le poste téléphonique ordinaire ; portatif regroupant le terminal et l antenne qui y est incorporée. Caractéristiques techniques Le système PHS utilise la méthode d accès TDMA avec un partage duplex TDD. Il opère dans la bande à 1 917,95 MHz et comporte 77 porteuses espacées de 300 khz et composées de 8 intervalles de temps chacune (4 canaux duplex). Le PHS utilise un codage de la parole à 32 kbit/s ADPCM, une modulation π/4-qk et un débit de transmission brut de 384 kbit/s. La puissance des stations mobiles peut atteindre 10 mw et celle des CS peut atteindre 500 mw. L allocation des fréquences est dynamique et la mobilité est très restreinte (vitesse de marche de l utilisateur, 20 km/h max.). Le PHS peut couvrir des distances allant jusqu à 5 km. 2.3 Système PACS Le système PACS (Personnal Advanced Communication System) est une version modifiée du PHS. Elle a été développée en 1994 par le JTC (the Joined Technical Committee) afin de l adapter à l environnement radio-mobile américain (surtout dans la bande de fréquences). De ce fait, il est similaire au PHS sur plusieurs points. Architecture générale (figure 3) La partie centrale comporte le système de commutation et le gestionnaire d accès. Ce dernier est en relation directe avec le VLR (Visitor Location Register) et permet de communiquer avec le HLR (Home Location Register), de collecter et de faire des rapports concernant les détails de mesure d appel, d accepter, de maintenir et de mettre à jour les profils d abonnés et enfin d enregistrer les abonnés et de les authentifier. La partie radio est constituée des CU (Radio Part Control Unit) qui assurent le codage de la parole, l authentification, le contrôle d appel, le transfert automatique des communications (Handover), la gestion de la mobilité (l enregistrement) et le contrôle de puissance dans le sens montant. Le terminal d abonné est le portatif (Radio Part) qui est caractérisé par sa petite taille, son autonomie de 6 h, son coût réduit par rapport à d autres systèmes PCS, ses accessoires normalisés. Caractéristiques techniques Le PACS utilise la méthode d accès AMRT mais, contrairement au PHS, il utilise le partage duplex FDD. À cet effet, il utilise deux bandes TE Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications

5 BOUCLE LOCALE RADIO (BLR) Partie centrale Partie radio CU Réseau hôte (RTCP, RNIS) Commutateur CU Figure 3 Architecture générale du système PACS de fréquences à MHz dans le sens montant et à MHz dans le sens descendant. Le PACS utilise la même méthode d accès, la même modulation, le même codage de la parole et le même débit de transmission que le PHS. Les bandes de fréquences sont divisées en 200 porteuses espacées de 300 khz et acheminant chacune 8 intervalles de temps. L allocation des canaux combine l allocation quasi statique et l allocation dynamique des fréquences (QSAFA/DCA). La mobilité est restreinte à quelques dizaines de kilomètres par heure. La puissance maximale des stations mobiles est de 200 mw avec une puissance moyenne de 25 mw. 2.4 Système DCS1800 (GSM1800) Le système GSM est le système européen de téléphonie mobile. Il est sous forme de 3 versions standards liées à la fréquence d utilisation : le GSM900, utilisé en Europe et partout dans le monde dans la bande 900 MHz ; le système GSM1800 (ou DCS1800), qui opère dans la bande 1800 MHz et est utilisé en combinaison avec le système GSM900 pour offrir plus de capacité ; le système GSM1900 utilisé aux États-Unis. Les équipements mobiles des abonnés peuvent fonctionner dans une seule bande, deux bandes (bi-bande) ou trois bandes (tri-bande). Les variantes les plus utilisées dans la boucle locale radio sont le GSM1800 et le GSM1900. Architecture d un réseau GSM en boucle locale radio (figure 4) La station mobile est l équipement mobile de l abonné. Elle est installée à bord de véhicule, portable ou portatif. Plusieurs classes CU HLR/VLR des stations mobiles sont définies dans le GSM. Chaque classe correspond à une puissance bien déterminée. Pour le GSM900, la classe la plus utilisée est la classe 4 avec une puissance de 2 W. La BTS (Base Transceiver Station) est la station d émission/ réception qui permet de desservir les stations mobiles ( Mobile Station). Les stations BTS couvrent une zone dite cellule et dont le rayon est souvent inférieur à une dizaine de kilomètres dans le cas des systèmes GSM1800 et GSM1900 MHz. La station BTS s occupe du codage/décodage, de la modulation de l amplification et de tout ce qui concerne l émission et la réception radio. Le BSC (Base Station Controller) est le contrôleur des stations de base. Il s occupe de la gestion des BTS soit la gestion des ressources radio (allocation des canaux), le relevé des alarmes radio, la gestion de la mobilité, la récolte des statistiques radio concernant la qualité et le trafic abonné et permet aussi le lien entre les équipements mobiles et le commutateur mobile C. Le C (Mobile services Switching Centre) est le centre de commutation des services mobiles. Il permet, en plus de la commutation et de la gestion des communications, d assurer la gestion de la mobilité en utilisant des registres spécifiques appelés HLR (Home Location Register) et VLR (Visitor Location Register). Le C permet aussi d assurer la sécurité du réseau en appliquant l authentification des abonnés et le chiffrement des données sur l interface radio à l aide des clés stockées dans une base de données dite AuC (Authentication Centre). Enfin, c est le C qui se charge de l interconnexion du réseau GSM avec les autres réseaux externes tels que le réseau téléphonique fixe, les réseaux de transmission de données, etc. Caractéristiques techniques Le système GSM900 utilise la méthode d accès AMRT/AMRF avec un partage duplex fréquentiel (FDD). Il opère dans la bande de fréquences 890 à 915 MHz dans le sens montant (mobile vers BTS) et 935 à 960 MHz dans le sens inverse. Nota : il est à signaler qu il existe deux bandes de fréquences dans le GSM900, la bande primaire (ou bande de base) GSM900 citée ci-avant et la bande étendue E-GSM900 qui représente une extension de la bande vers les fréquences inférieures et qui est de 880 à 915 MHz dans le sens montant et 925 à 960 MHz dans le sens inverse. L écart duplex est alors de 45 MHz. Les porteuses sont espacées de 200 khz, ce qui donne un nombre total de porteuses de 124. Dans le cas du GSM1800, la bande de fréquence utilisée est à MHz dans le sens montant et à MHz dans le sens inverse. Tandis que pour le GSM1900, la bande utilisée est à MHz dans le sens montant et à dans le sens descendant. Chaque porteuse est constituée de 8 intervalles de temps AMRT offrant une capacité globale de 992 canaux simultanés pour le GSM900, pour le E-GSM900, pour le GSM1800 et pour le GSM1900. Cette capacité est réduite par la nécessité d utiliser des intervalles de temps pour le contrôle et pour la signalisation dans chaque cellule et par les contraintes de découplage entre les antennes d une même cellule ou des cellules voisines. Cependant, l utilisation de la technique de réutilisation géographique des fréquences permet d augmenter l efficacité spectrale des réseaux GSM. Partie NSS Partie BSS BTS Réseau hôte (RTCP, RNIS) C BSC BTS BTS Figure 4 Architecture générale du système GSM Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications TE

6 BOUCLE LOCALE RADIO (BLR) Le GSM utilise la modulation GK et offre un débit de transmission de bit/s. L allocation des fréquences est statique et la mobilité est assez élevée pouvant aller jusqu à 250 km/h. La couverture peut atteindre dans de bonnes conditions de propagation 30 km environ pour le GSM900 et moins de 5 km pour le GSM1800 et le GSM1900. Les versions ultérieures du GSM peuvent offrir des débits supérieurs en combinant plusieurs intervalles de temps (cas du HSCSD) ou en changeant le codage et en utilisant plusieurs intervalles de temps (cas du GPRS). 3. Technologie LMDS et son implémentation en BLR 3.1 Définition 2.5 Systèmes LMDS Le terme LMDS est un nom donné à tous les systèmes qui utilisent les ondes millimétriques (fréquences des faisceaux hertziens) pour offrir aux abonnés fixes des débits assez importants pouvant aller jusqu à 155 Mbit/s. Ces systèmes sont considérés actuellement comme les systèmes futurs des réseaux de la boucle locale radio. Vu leur importance, nous les aborderons de façon plus approfondie dans le paragraphe Autres systèmes En plus des systèmes déjà cités, plusieurs autres systèmes sont utilisés pour réaliser la boucle locale radio. Les systèmes AMRC et AMRC large bande (CDMA et WCDMA) sont caractérisés par leur interface radio qui utilise l étalement de spectre. Cette technique leur permet d offrir des débits très importants. Les centres de commutation des systèmes AMRC et AMRC large bande sont souvent basés sur une architecture ATM afin d assurer ces débits élevés côté réseau. Exemple : le système IS-95 est un système américain basé sur la technologie CDMA. Il est caractérisé par sa capacité largement supérieure à celle des autres systèmes cellulaires. Il opère dans la bande de fréquences 824 à 849 MHz dans le sens montant et 869 à 894 MHz dans le sens descendant. L espacement entre les porteuses est de 1,25 MHz et l écart duplex est de 45 MHz. L IS-95 utilise une modulation QK et offre un débit maximal de transmission de données de 9,6 kbit/s. Le système TACS (Total Access Communications System) est un système analogique qui opère dans la bande des 900 MHz, ayant un espacement entre les canaux de 25 khz et un écart duplex de 45 MHz. Le TACS ne peut offrir qu un débit de transmission maximal de 1,2 kbit/s mais offre une couverture allant jusqu à 35 km. La boucle locale radio par satellites a été utilisée pendant plusieurs années pour offrir les services de téléphonie aux zones non desservies par les systèmes cellulaires terrestres, et notamment dans les montagnes, les déserts et les océans. Dernièrement, et grâce à la couverture importante de ces systèmes, l idée de les utiliser comme boucle locale radio devient de plus en plus présente. L utilisation des satellites géostationnaires pour ce service offre moins de difficultés de gestion et ne nécessite pas le suivi des satellites. Elle permet d utiliser les mêmes antennes (paraboles) pour la réception de la télévision et l acheminement des communications. Cependant, plusieurs limitations n encouragent pas l utilisation des satellites géostationnaires pour la boucle locale radio. Notamment, le temps de transit (250 ms environ), les dimensions des antennes et le besoin en puissance élevée. Ces limitations poussent à utiliser des satellites à orbite basse (LEO Low Earth Orbit) pour la réalisation de la BLR, même si ces satellites ont aussi plusieurs limites telles que leur couverture (empreinte au sol) restreinte et le nombre de satellites nécessaires pour assurer la couverture permanente au sol. Les systèmes BLR par satellites offrent une couverture globale. Cependant, leur utilisation reste très limitée à cause du prix des équipements et du coût des communications. Le terme LMDS (Local Multipoint Distribution Service) appelé aussi LMCS (Local Multipoint Communication Service) désigne l ensemble des systèmes radio opérant dans les bandes de fréquences hertziennes (ondes millimétriques). Ces systèmes étaient initialement destinés à offrir des services de télévision avant qu ils ne soient adoptés pour les services duplex de téléphonie vocale, de vidéo, de multimédia et de transmission de données haut débit. Ils sont utilisés pour servir de boucle locale radio et comme support de réseau local radio (Wireless LAN). Le lecteur se reportera aux références bibliographiques [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]. 3.2 Architecture générale Le diagramme simplifié de l emplacement d un système LMDS dans la chaîne du réseau est donné par la figure 5. Le système LMDS permet la connexion des abonnés à leur centre de service (réseau téléphonique commuté, ATM, etc.) en utilisant des ondes millimétriques. Les interfaces entre les différentes parties du réseau doivent pouvoir acheminer les services offerts par ce réseau. Ces services peuvent être de la téléphonie, de la vidéo compressée ou de la transmission de données (en RNIS, Frame Relay ou ATM). Les principaux éléments du système sont : le système central qui doit contenir les modems de base, des modems optiques, des multiplexeurs/démultiplexeurs et tous les équipements qui permettent d optimiser l acheminement des données. Dans le cas général, l équipement de base est relié au réseau téléphonique (ou ATM) via des fibres optiques qui assurent une transmission à faibles pertes à des distances pouvant aller à des centaines de kilomètres ; le nœud qui permet la conversion de la transmission filaire en transmission radio. C est l élément de base du système LMDS. Il contient des modems, des multiplexeurs/démultiplexeurs, des modulateurs/démodulateurs, des amplificateurs et tous les éléments habituels d un système radio. Le nœud permet la transmission, en multipoint, des ondes millimétriques. Il est souvent connecté à l équipement de base via des fibres optiques afin d avoir une flexibilité concernant la distance entre les deux entités ; le dernier élément du réseau qui est l équipement de l abonné. Il est localisé chez l abonné et il est muni d une antenne externe fixe et des équipements radio lui permettant la connexion avec le nœud. 3.3 Applications Grâce à la flexibilité et au débit possible des systèmes LMDS, ces derniers sont ouverts à plusieurs utilisations allant de la voix aux services de télévision sur demande en passant par la boucle locale radio et les réseaux locaux radio. Voix : c est un service équivalent aux services actuels avec la possibilité d offrir une meilleure qualité équivalente à celle des nouveaux systèmes mobiles et nécessitant plus de débit. TE Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications

7 BOUCLE LOCALE RADIO (BLR) Réseau téléphonique Réseau ATM Système central Système LMDS Nœud Fréquences millimétriques Visibilité directe Équipements d'abonnés Figure 5 Diagramme simplifié d un système LMDS Hub (macrostation) Commutateur Hub Microstation Microstation Microstation Couche unique Deux couches Figure 6 Architecture en couche des systèmes LMDS Transmission de données à plusieurs débits : le LMDS peut être utilisé pour offrir des débits faibles comme 1,2 kbit/s et 9,6 kbit/s, des débits moyens de 19,2 kbit/s et 64 kbit/s et des hauts débits pouvant dépasser 1,544 Mbit/s avec un maximum de 155 Mbit/s. Le développement de nouveaux systèmes LMDS à des fréquences plus élevées permettra d atteindre des débits plus importants. Télévision et vidéo : le LMDS permet à l utilisateur d accéder aux services de télévision analogiques et numériques et permet de remplacer la desserte classique par câble. Les services supportent aussi la télévision interactive et la vidéo sur demande. Réseaux locaux radio : l utilisation du LMDS dans les réseaux locaux radio est favorisée par les débits qu il est capable d offrir. Il peut être utilisé pour réaliser un simple réseau local comme pour relier des réseaux locaux de la même entreprise situés à des grandes distances dans des immeubles différents. 3.4 Description de l interface radio Le LMDS utilise une combinaison entre les faisceaux hertziens et les réseaux mobiles : il emploie une architecture cellulaire avec des ondes millimétriques. Cette combinaison est l origine de la force du LMDS puisqu elle lui permet de profiter des débits élevés des faisceaux hertziens et de la flexibilité et du mode de planification des réseaux cellulaires. Bande de fréquence L interface radio des systèmes LMDS opère dans la bande des ondes millimétriques (souvent de 27 à 31 GHz ou 40 GHz) et la visibilité en espace libre est nécessaire dans le cas de ces ondes. Ces fréquences sont fortement atténuées par la pluie et le brouillard et ces phénomènes naturels réduisent fortement la disponibilité du service pour des grandes distances. Cela limite la couverture des réseaux LMDS à 3 ou 5 km. Plusieurs algorithmes de contrôle de puissance peuvent être utilisés du côté de la station de base et de l équipement du mobile afin de compenser l atténuation de la pluie. Ces algorithmes permettent le maintien de la même couverture en cas d intempéries voire même son extension pour atteindre 7 km. Méthode d accès, partage duplex et modulation Les systèmes LMDS utilisent plusieurs méthodes d accès AMRF, AMRT et AMRC (CDMA) et chacune de ces méthodes a ses caractéristiques, avantages et inconvénients en fonction de la couverture demandée et du trafic à écouler. Toutefois, la plupart des systèmes penchent vers l utilisation de la méthode d accès AMRC (ou encore AMRC large bande WCDMA) qui permet une forte résistance aux bruits et aux interférences et une meilleure utilisation du spectre. Le partage duplex varie d un système à l autre et peut être FDD ou TDD. Les modulations utilisées pour les systèmes LMDS sont spécialement des modulations d ordre supérieur pour optimiser la capacité de la bande disponible. Les plus utilisées sont QK, 16-QAM et 64- QAM. Certains systèmes utilisent plusieurs modulations en même temps et le choix de la modulation est effectué à la connexion en fonction de la nature du service (débit) demandé par l utilisateur et de la qualité de la liaison. Par exemple, les abonnés proches des stations peuvent bénéficier de la modulation 64-QAM même en présence de pluies. Déploiement radio des systèmes LMDS Afin d optimiser la planification et le déploiement des systèmes LMDS, l architecture peut être en deux modes : couche unique ou Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications TE

8 BOUCLE LOCALE RADIO (BLR) deux couches (figure 6). Ces deux architectures sont déployées en fonction du besoin en couverture. En effet, une couche dite micro est formée de microstations locales permettant d assurer une couverture pour des distances inférieures à 500 m. Une autre couche dite macro est formée de macrostations qui assurent la couverture, par des répéteurs (ou hubs), des microstations. L utilisation de deux couches est due essentiellement à la contrainte de visibilité qui ne peut pas être satisfaite entre les macrostations et tous les abonnés. L emplacement et le déploiement des hubs est la clé de succès de tout système LMDS. Leur emplacement, s il est bien choisi, permettra de réduire le nombre de hubs et de microstations à utiliser. L étude de l emplacement et le nombre de hubs se fait en tenant compte de l étude de terrain, de la couverture (nécessité de la visibilité pour les ondes hertziennes), des atténuations dues aux intempéries et du trafic demandé dans la zone à desservir. 4. Conclusion L utilisation de la boucle locale radio pour offrir l accès aux services de téléphonie et multimédia est en pleine croissance grâce au développement technologique qui lui a permis d offrir les mêmes services offerts par les différentes autres méthodes d accès en y ajoutant des services de mobilité réduite. Le déploiement de cette technologie est favorisé par le faible taux de pénétration de la téléphonie fixe et la difficulté d accès géographique dans les pays émergeants. Cependant, il est plutôt favorisé dans les pays développés pour la bande large offerte, la rapidité de déploiement, le coût réduit de maintenance, la grande flexibilité et la vitesse d extension. Plusieurs systèmes sont utilisés pour réaliser la boucle locale radio. Ces systèmes ont chacun une configuration et des caractéristiques techniques qui les adaptent à une solution et une zone géographique bien déterminées. La nouvelle technologie LMDS semble être la plus efficace pour assurer les services de plus en plus gourmands en débit de transmission. Grâce à sa méthode d accès radio, souvent AMRC large bande (WCDMA), elle reste le plus sérieux candidat pour franchir, sans encombre, les portes de chaque maison et de chaque entreprise. L article [TE 7 402] donne des éléments de choix et de comparaison des systèmes BLR. Références bibliographiques [1] WEBB (W.). Introduction to Wireless Local Loop. Artech House, London [2] ANTHONY (R.) NOEEL. WLL : Wireless Local Loop - Alternative Technologies. IEEE [3] PANKAJ (J.) PATEL. A survey of Wireless Local Loop Technologies. UTSI International Corporation [4] MOMTAHAN (O.) et HASHEMI (H.). A comparative Evaluation of DECT, PACS, and PHS Standards for Wireless Local Loop Applications. IEEE Personnal Communications, June [5] NORDBOTTEN (A.). LMDS Systems and their Application. IEEE Communications Magazine, June [6] LELAND LANGSTON (J.). Local Multipoint Distribution Services (LMDS). System Concept and Implementation, IEEE [7] SATER (G.) et ARUNACHALAM (A.). LMDS Standards Architectural Issues. Jeff Foerester, IEEE [8] GAGNAIRE (M.). An Overview of Broad- Band Access Technologies. Proceedings of the IEEE, Vol. 85, N o 12, Décembre [9] SCOTT (Y.) SEIDEL. Radio Propagation and Planning at 28 GHz for Local Multipoint Distribution Service (LMDS). IEEE [10] MÄHÖNEN (P.), SAARINEN (T.) et SHELBY (Z.). Wireless Internet over LMDS. IEEE Communications Magazine, May TE Techniques de l Ingénieur, traité Réseaux et télécommunications