Haut débit: Vue d’ensemble de la technologie

Technologies à large bande filaire

Un large éventail de technologies de communication avec des capacités techniques différentes sont capables de fournir l’internet haut débit aux ménages. Les technologies câblées comprennent le câble en cuivre (xDSL), le câble coaxial (par exemple HFC), le haut débit sur les lignes électriques (BPL) et le câble à fibres optiques (FTTx).

Fils de cuivre

Les fils de cuivre sont définis comme «pair torsadée de cuivre non blindé de téléphone ancien», fournissant des connexions à large bande à l’aide de technologies xDSL, telles que ADSL/ADSL2 +(max. 24/3 Mbps en aval/en amont dans une plage d’efficacité maximale de 0,3 km) ou VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2/G.fast (avec un débit vectoriel maximal de 300/100 Mbps en aval/en amont dans une fourchette d’efficacité de 0,2 km).

• Points positifs: Ils nécessitent des investissements relativement faibles pour les infrastructures passives (une ligne téléphonique en cuivre est déjà présente dans la plupart des ménages) et sont les moins perturbateurs pour les utilisateurs finaux.
• Points négatifs: Les vitesses élevées (téléchargement) dépendent de la longueur de la ligne de cuivre. La technologie xDSL est fortement asymétrique: les vitesses de téléchargement sont généralement beaucoup plus basses que les vitesses de téléchargement; cela peut entraver de nouveaux services (par exemple, l’informatique en nuage, la visioconférence, le télétravail, la téléprésence). Des investissements plus importants sont nécessaires dans l’équipement actif (d’une durée de vie de 5 à 10 ans). Il s’agit peut-être d’une solution provisoire, mais l’investissement dans l’infrastructure fibreuse ne serait probablement reporté que de 10 à 15 ans.
• Durabilité: Nouvelles technologies à base de cuivre (p. ex.: Vectoring, G.fast) peut fournir des vitesses plus élevées, mais souffre des mêmes limitations. Ils font la démonstration de technologies de transition vers des infrastructures complètes de câbles à fibres optiques.

Câbles coaxiaux

La connexion par câble classique serait les deux fils d’une ligne téléphonique («paire tordue»), le plus sujet aux effets perturbateurs tels que les interférences. Internet haut débit par câble coaxial est généralement offert aux clients via le réseau de télévision par câble (CATV) existant. Le câble coaxial se compose d’un noyau de cuivre et d’une couche de blindage en cuivre. Les réseaux câblés de télévision sont donc beaucoup plus efficaces que les réseaux téléphoniques traditionnels.

• Points positifs: Cela nécessite des investissements relativement faibles pour les infrastructures passives et est également le moins perturbateur pour les utilisateurs finaux. Cette infrastructure offre un peu plus de possibilités d’offrir des vitesses à large bande plus élevées que sur les lignes téléphoniques. Des vitesses ultra-rapides sont possibles si l’infrastructure est correctement mise à niveau et si les distances sont réduites.
• Points négatifs: La bande passante est partagée entre plusieurs utilisateurs réduisant sa disponibilité pendant les périodes de pointe du trafic de la journée. L’impossibilité de dissocier les services rend la concurrence des services essentiellement absente sur le marché du câble; rarement présent dans les zones de séparation numérique. Une solution provisoire pour investir dans l’infrastructure fibreuse ne serait probablement reportée que de 10 à 15 ans, comme pour les fils de cuivre.
• Durabilité: La mise en œuvre de nouvelles normes( docSIS 3.1, 3.1 duplex complet) permet une bande passante plus élevée pour les utilisateurs finaux jusqu’à 10 Gbps.

Large bande sur ligne électrique (BPL)

Le haut débit peut être fourni sur les réseaux de distribution d’énergie électrique de basse et moyenne tension existants. Les vitesses BPL sont comparables à celles des câbles xDSL et coaxiaux.

• Points positifs: Il n’est pas nécessaire de déployer de nouvelles infrastructures car les lignes électriques existantes peuvent être utilisées. BPL a un grand potentiel futur car les lignes électriques existent presque partout.
• Points négatifs: Dans les zones à faible densité de population, la technologie n’est économiquement viable pour l’utilisateur final que si 4 à 6 maisons sont équipées de transformateurs pour rendre le haut débit disponible sur les lignes électriques. Sinon, les prix des utilisateurs finaux pour l’accès à Internet dépassent ceux des solutions xDSL et de câbles coaxiaux. Il y a des défis techniques en raison du fait que les lignes électriques sont un environnement très «bruit» et des interférences avec les communications radio à haute fréquence et la radiodiffusion.

Fibre optique

Les lignes de fibres optiques sont constituées de câbles en fibre de verre reliés aux résidences des utilisateurs finaux (FTTH), aux bâtiments (FTTB) ou aux armoires de rue (FTTC). Ils permettent des vitesses de transmission très élevées de 100 Gbps et plus dans une très large plage d’efficacité (10-60 km). Il s’agit de la solution la plus tournée vers l’avenir, mais nécessite des investissements élevés dans les infrastructures passives.

• Points positifs: Niveau extrêmement élevé de vitesses de transmission et de symétrie (bande passante Gbps et Tbps possible), moins sensible aux interférences et à peu de chute de puissance à de plus grandes distances par rapport au distributeur contrairement à DSL ou VDSL et suffisamment de réserves d’alimentation également pour les ménages multi-personnes exigeants.
• Points négatifs: Des coûts d’investissement élevés dans les infrastructures passives en raison des coûts élevés du génie civil pour l’excavation et la tuyauterie; L’infrastructure déployée n’est pas localisée et nécessite une documentation exacte.
• Durabilité: Technologie de nouvelle génération avec la capacité de répondre à des exigences de bande passante élevées attendues dans un avenir proche. 

Méthodes de déploiement

Le déploiement de l’infrastructure à large bande câblée est une option coûteuse et riche en ressources. La réduction des coûts encouragera les investissements dans le déploiement du haut débit et abaissera le seuil d’entrée sur le marché. Cela peut être facilité par l’accès à d’autres infrastructures et réseaux de services publics et par l’utilisation de stratégies de déploiement à faible impact (par exemple, les tranchées).

Installation au sol (par trencher)

La construction de tranchées ouvertes est une méthode pour le déploiement de tuyaux d’approvisionnement et d’élimination. La surface de la terre est ouverte et une tranchée est excavée. Pour la pose de lignes de télécommunication, des fouilles manuelles ainsi que des équipements de construction sont utilisés.

• Points positifs: La construction de tranchées ouvertes est utilisée dans tous les scénarios topologiques et est généralement réalisable pour tous les types de surfaces. La durabilité est très élevée et il n’y a aucune restriction pour l’utilisation de tuyaux et de composants. Les coûts potentiels peuvent être évités en s’écartant de la profondeur régulière, en se déployant dans des sentiers pédestres ou cyclables ou en utilisant un trencher.
• Points négatifs: Le fait de s’écarter de la profondeur normale augmente le risque d’endommagement des câbles dans le cadre des travaux de construction et de réparation d’infrastructures adjacentes ou qui se chevauchent. La restauration des surfaces est assez complexe et l’environnement du bâtiment est altéré par la pollution sonore et les perturbations de la circulation. La méthode est coûteuse et montre de longs temps de construction.

Tranchées

Une fente est broyée dans une couverture routière, une passerelle asphaltée ou une piste cyclable, dans laquelle des microtubes sont insérés puis immédiatement fermés par un remplissage. Une distinction est faite entre le nanotrenching (jusqu’à 2 cm), le micro-(8 cm à 12 cm), le mini-(12 cm à 20 cm) ou le macrotrenching (20 cm à 30 cm) et la technique de découpe ou de fraisage utilisée.

• Points positifs: Les tranchées promettent des temps de construction courts et des coûts de construction nettement inférieurs. Le processus a un rendement de construction élevé d’environ 600 m par jour et conduit à très peu de troubles de la circulation en raison du remplissage rapide de la carrosserie de la route.
• Points négatifs: Les fentes broyées peuvent entraîner des dommages à la surface de l’asphalte sous forme de fissures, de décantation ou de dommages au gel. Le niveau de pose supplémentaire de la route peut rendre les travaux ultérieurs de génie civil — en particulier dans le centre-ville — plus difficiles et conduire à des constructions plus longues et plus coûteuses.

Forage directionnel horizontal

La technique de forage directionnel permet de poser des tuyaux de protection de câbles sans tranchée, par exemple pour traverser des obstacles tels que la rivière, les avenues (protection des arbres) et les chemins de fer. Un trou pilote contrôlable est effectué entre deux fosses d’excavation. L’effet de la rotation, de la course et des mouvements d’impact et de la liquéfaction permet une propulsion dans une grande variété de conditions de sol. Au moyen d’un fluide de forage de bentonite (suspension de forage), le sol est desserré et extrait (rincé). Après cela, la tête de forage élargit le canal existant.

• Points positifs: La méthode offre une solution de rechange lorsque des tranchées ouvertes ne sont pas possibles (par exemple, franchissement d’obstacles tels que les chemins de fer ou les rivières) ou économiquement réalisables.
• Points négatifs: À faible profondeur et à faible terrain, la suspension de forage peut s’échapper à la surface pendant le processus de forage (blow-out). En outre, les inexactitudes de contrôle peuvent entraîner des déviations dans le gradient longitudinal.

Forage

Cette technologie est un processus de déplacement du sol dans lequel un marteau de déplacement au sol pneumatique (roquette) est conduit à travers le sol par l’air comprimé. Un tube de protection est tiré dans le tube de terre créé dans la même opération. La technologie est particulièrement utilisée pour connecter les bâtiments.

• Points positifs: Les coûts d’excavation et de restauration sont évités, les restrictions de circulation ou les barrières routières ne sont souvent pas nécessaires. La méthode permet de gagner du temps car les tuyaux sont alimentés directement avec la fusée. Il peut être utilisé même dans les sols extrêmes et à de plus longues distances.
• Points négatifs: La profondeur de déploiement doit être au moins décuplée par le diamètre de la fusée afin d’éviter le gonflement de la surface du terrain. Il ne convient qu’à des distances relativement courtes et ne peut pas être utilisé dans les tourbières ou les sols très rocheux.

Techniques de labourage

Au cours du processus de labour, une charrue de déploiement est tirée à travers le butin à l’aide d’un tracteur. Un conduit flexible (composés de micro-câbles) est posé dans le sillon résultant, particulièrement adapté au labour direct.

• Points positifs: La procédure est relativement peu coûteuse et permet le routage de longues distances avec peu d’effort.
• Points négatifs: Il ne peut être utilisé que sur des surfaces non scellées et ne convient donc pas aux routes asphaltées.

Installation dans les réseaux d’égouts

Un robot d’assemblage est utilisé dans des conduits non accessibles, tandis que dans les zones piétonnes, le travail est effectué par des techniciens. Les itinéraires doivent être installés de telle sorte que les travaux de service et de nettoyage de l’opérateur d’égout ne soient pas entravés et que la sécurité soit assurée à tout moment. L’espace requis dans le système de tuyauterie est minime et ne représente pas un obstacle important aux conditions d’écoulement. L’opérateur respectif peut évaluer si cette installation peut être appliquée. En outre, la situation locale en ce qui concerne l’état du canal, la tendance à l’obstruction, les technologies de nettoyage, les aspects liés à la santé et à la sécurité au travail devraient être prises en considération avant la prise de décision.

• Points positifs: Grâce à l’utilisation des infrastructures existantes, les installations au sol coûteuses et longues sont évitées. L’installation dans les réseaux d’égouts est une bonne alternative partout où les troubles de la circulation et de l’environnement doivent être minimisés.
• Points négatifs: La situation locale doit être correctement analysée et les obstacles éventuels doivent être résolus avant la mise en œuvre de cette technologie. Un inconvénient est que, jusqu’à présent, aucune connexion à la maison ne pouvait être établie. Il y a maintenant différents systèmes qui évoluent pour la mise en œuvre de la connexion à la maison.

Installation au sol

Les câbles en fibre optique sont posés sur des mâts en bois ou des mâts de rue existants. Cette méthode est principalement utilisée sur les voies de connexion sur les lignes haute et haute tension. Il convient particulièrement aux bâtiments éloignés situés en dehors de la zone de peuplement, pour lesquels d’autres connexions ne seraient pas économiquement viables.

• Points positifs: Par rapport à l’installation souterraine, l’installation hors sol permet une installation initiale rentable.
• Points négatifs: Le système de câbles est exposé à des influences extérieures plus fortes, ce qui augmente la susceptibilité. Étant donné que l’installation nécessite un personnel spécialement formé et des outils appropriés, l’installation des câbles est donc coûteuse.

Technologies à large bande sans fil

Les technologies à large bande sans fil comprennent des solutions de radio mobile (par exemple HSPA, LTE), des solutions de radio fixe (par exemple WiMAX) et des solutions satellitaires.

Sites d’antennes pour les connexions sans fil

Une connectivité à large bande sans fil terrestre est généralement fournie par les solutions WiMAX (jusqu’à 60 km d’efficacité), Wi-Fi (jusqu’à 300 m d’efficacité) ou 4G/LTE/LTE Advanced (jusqu’à 3-6 km d’efficacité). D’autres améliorations porteront sur de nouvelles normes comportant des caractéristiques supplémentaires et sur la fourniture de spectres de fréquences supplémentaires (5G).

Chaque fois que la mise à niveau de l’infrastructure câblée n’est pas possible et que des fonds pour FTTB/FTTH ne sont pas disponibles pour une certaine zone, une option consiste à construire une infrastructure pour le haut débit terrestre sans fil, principalement des sites d’antennes pour les connexions point à multipoint (par exemple WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Points positifs: Les connexions filaires dupremier kilomètre ne sont pas nécessaires. L’infrastructure peut également être utilisée pour les services mobiles commerciaux.
• Points négatifs: Étant donné que la bande passante peut être partagée entre plusieurs utilisateurs, les périodes de trafic de pointe de la journée réduira la bande passante disponible pour chaque utilisateur. La force du signal diminue rapidement avec la distance et est affectée par les conditions météorologiques; la ligne de vision perturbée peut réduire la qualité du signal. Solution provisoire: des investissements dans l’infrastructure fibreuse seront nécessaires d’ici 10 à 15 ans.
• Durabilité: Pour accéder aux futurs services NGA, les besoins en bande passante nécessitent des fréquences supplémentaires; cependant, le spectre disponible est limité.

Haut débit par satellite

Le haut débit par satellite, également appelé Internet par satellite, est une connexion Internet bidirectionnelle à haut débit établie via des satellites de communication situés sur l’orbite géostationnaire. Le client final envoie et reçoit des données via un satellite dishe.g. situé sur le toit.

• Points positifs: Elle nécessite un faible investissement pour les infrastructures passives, car il n’est pas nécessaire de mettre en place des réseaux régionaux et régionaux. Il est facile de connecter des utilisateurs dispersés sur une zone relativement vaste (régionale, macrorégionale ou même nationale).
• Points négatifs: Un nombre total limité d’utilisateurs peut être couvert dans une région. Sa latence du signal intrinsèquement élevée en raison du temps de propagation vers et depuis le satellite entrave certaines applications. Un investissement relativement élevé pour l’équipement actif de l’utilisateur final est nécessaire. Les intempéries et la visibilité limitée peuvent réduire la qualité du signal. Le trafic de données est généralement plafonné mensuellement ou quotidiennement dans les offres commerciales actuelles.
• Durabilité: La bande passante disponible dépend en particulier du nombre d’utilisateurs qui exigent la technologie satellitaire. En fonction de nouveaux potentiels de développement (par exemple, méthodes de transmission, constellation de satellites), la technologie jouera un rôle important dans la couverture des zones qui ne sont pas encore connectées autrement.

Technologies à venir

Les systèmes de communication de prochaine génération seront probablement la première instance d’un réseau véritablement convergent où les communications filaires et sans fil utiliseront la même infrastructure.

5G — réseaux convergents

La 5G décrit la prochaine phase des normes de télécommunications mobiles au-delà de l’actuel 4G/LTE. La cinquième génération de radio mobile est en cours de développement sur la base de la Conférence internationale des télécommunications mobiles 2020. La 5G permet une latence d’application de bout en bout de 4 à 1 millisecondes, selon l’Union internationale des télécommunications (UIT). La technologie est capable de télécharger au moins 10 Gbps et 20 Gbps de transmission de données. Les appareils et les applications sélectionneront automatiquement le réseau qui correspond le mieux à leurs besoins. L’industrie et la recherche s’attendent à un déploiement commercial de la 5G en 2020. En savoir plus sur les derniers développements politiques concernant la 5G dans l’UE.

• Points positifs: La 5G offre des améliorations dans la couverture, l’efficacité de la signalisation, les taux de transmission et la latence réduite. Contrairement aux réseaux existants, la 5G comprendra de nombreuses technologies radioélectriques différentes — chacune optimisée pour un besoin spécifique (par exemple, l’internet des objets, les communications critiques, la connexion des voitures, des maisons et des infrastructures énergétiques).
• Points négatifs: La plupart des services actuels n’ont pas encore besoin de tels taux de transmission de données à grande vitesse. Cela changera au fur et à mesure que de nouvelles applications nécessitant d’énormes capacités se développeront.

Satellites en orbite basse (LEO)

Les satellites circulant plus près de la terre (l’orbite terrestre basse s’étend d’environ 160 à 2 000 km au-dessus de la terre) permettent de meilleures performances web, couvrent de vastes zones et permettent un accès à haut débit abordable. Les petits terminaux utilisateurs à faible coût communiquent avec les satellites et livrent LTE, 3G et WiFi dans les zones environnantes.

SpaceX prévoit de mettre en orbite des milliers de petits satellites jetables à faible coût (projet Starlink). Les satellites seront en orbite autour de trois obus orbitaux (1,110, 550 et 340 km) pour permettre un service Internet plus rapide. SpaceX a l’intention de fournir une connectivité Internet par satellite aux zones mal desservies de la planète, ainsi que de fournir un service à des prix compétitifs aux zones urbaines. Les essais de la technologie ont commencé en 2018 et l’exploitation initiale pourrait commencer à partir de 2020/2021.

• Points positifs: Les satellites en orbite terrestre moyenne (MEO) et en orbite terrestre basse (LEO) présentent une latence plus faible. Ils peuvent couvrir de vastes zones et ainsi faciliter la couverture à large bande pour les zones très rurales et éloignées.  
• Points négatifs: Un grand réseau de satellites lancés en orbite est nécessaire pour couvrir de vastes zones/la majeure partie de la planète. Cela entraîne des coûts élevés pour les entreprises d’approvisionnement, y compris en termes de contrôle par les stations terrestres nécessaires de satellites volants non stationnaires.

Ballons Internet

Des ballons Internet sont envoyés jusqu’à 20 km dans la stratosphère. Un logiciel spécifique les déplace vers le haut ou vers le bas pour trouver les bons vents pour les diriger vers la position. Chaque ballon émet une connexion Internet jusqu’aux antennes au sol.

Project Loon est un réseau de ballons solaires transmettant des signaux Internet à des stations au sol, des maisons, des lieux de travail ou directement à des appareils personnels utilisant la technologie LTE. Les ballons naviguent dans la stratosphère à une altitude d’environ 18 km, spécialement conçus pour connecter les gens dans les zones rurales et éloignées.

• Points positifs: Les ballonsInternet sont capables d’apporter un accès Internet aux régions les plus reculées de la planète. Les algorithmes d’IA garantissent que les ballons trouvent et exploitent les flux de vent optimaux pour rester plus longtemps dans les airs.
• Points négatifs: L’énorme froid ajoute au matériau nylon du ballon et le rend cassant. Les lubrifiants deviennent difficiles à ces températures. Les ballons sont exposés à de fortes radiations ultraviolettes et cosmiques et à des différences de pression marquées tout au long de leur parcours. Le contrôle par les stations terrestres nécessaires de ballons volants non stationnaires est très difficile.

Fidélité à la lumière (LiFi)

Le LiFi est une technologie de communication sans fil bidirectionnelle et haut débit. Il utilise la communication lumineuse visible ou le spectre infrarouge et proche ultraviolet (au lieu des ondes radiofréquences). La lumière des diodes électroluminescentes (LED) sert de moyen de communication. PureLiFi a démontré le premier système LiFi disponible dans le commerce, le Li-1st. Il y a maintenant un certain nombre d’entreprises qui développent cette technologie.

• Points positifs: LeLiFi est 100 fois plus rapide que le WiFi, atteignant des vitesses de 224 Gbps. La technologie est utile dans les zones sensibles électromagnétiques telles que dans les cabines d’aéronefs, les hôpitaux et les centrales nucléaires sans causer d’interférence électromagnétique. En outre, le LiFi devrait être dix fois moins cher que le WiFi.
• Points négatifs: La technologie ne fournit la communication que sur une courte portée. Une faible fiabilité et des coûts d’installation élevés sont d’autres inconvénients potentiels.

Une comparaison des technologies à large bande donne une vue d’ensemble et aide à choisir la meilleure technologie.

Tendances et développements futurs

La recherche et le développement se concentrent de plus en plus sur le réseau de protocole tout-internet (AIPN). Cela permet d’améliorer la communication et la transmission de données via les technologies et services de réseau basés sur le protocole Internet (IP) qui incluent la téléphonie Internet ou la VoIP (Voice-over Internet Protocol).

La transmission de paquets de données IP permet le développement de services et d’applications innovants indépendamment de l’infrastructure réseau sous-jacente. La 5G est un exemple typique de la convergence des technologies de communication mobile et des réseaux à large bande existants en parallèle.

La conversion complète en infrastructures de réseau basées sur le protocole Internet (migration All-IP) est la base d’une réalisation convergente de services dans la société Gigabit et pour l’utilisation de diverses combinaisons de technologies individuelles d’accès au réseau.

Les développements récents impliquent que les infrastructures de réseau soient complétées par des réseaux entièrement optiques, ce qui permettra le routage et la commutation des applications et des contenus.

Un quatrième volet de recherche comprend le type de transmission de données post-IP, qui se caractérise par:

• Nouvelle architecture dotée d’une capacité de gestion prenant en charge plusieurs domaines;
• Nouveaux protocoles sans fil (efficacité énergétique et spectrale) capables de prendre en charge une variété de réseaux sans fil, des réseaux de capteurs de très faible puissance aux réseaux mobiles de grande surface.

Les taux de transmission actuels et futurs, les méthodes novatrices de compression des données et l’amélioration des normes de transmission répondront aux services et aux applications à forte intensité de bande passante. Il convient de noter que la compression entraîne toujours des pertes en termes de qualité des données (formats TV, vidéoconférences par exemple).

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