Comment améliorer la couverture indoor ?

Une couverture indoor de qualité fait aujourd’hui l’objet d’une attente de plus en plus forte de la part des utilisateurs. Que cela soit dans les transports, les centre-commerciaux ou autres, ils ne peuvent plus supporter l’absence de couverture 4G régulière et sans couture, au moins dans les grandes villes comme Paris.

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La couverture indoor, qu’est-ce que c’est ?

Assurer une couverture indoor, ou « à l’intérieur des bâtiments », c’est assurer la couverture de zones (ex : zones en sous-sol, bâtiments avec murs trop épais, etc.) qui ne le sont pas naturellement par des réseaux classiques.

En effet, la propagation des ondes émises par les antennes extérieures classiques peut être perturbée par des obstacles et certains matériaux. À titre d’exemple, si une habitation est bien isolée, son isolation réduira la réception mobile en intérieur.

L’insuffisance de la couverture naturelle

Comme évoqué précédemment, au sein même d’un bâtiment, la couverture mobile dite « naturelle », qui résulte de l’émission des ondes radioélectriques par les relais extérieurs, ne peut être garantie.

En effet, l’atténuation du signal dépend de plusieurs facteurs : distance du relais par rapport au bâtiment en question, topographie des lieux, sursol, bâtis dans les zones urbaines denses et nature même de la construction. Ce phénomène de masquage s’est accentué depuis quelques années avec l’apparition de nouvelles normes environnementales, limitant la pénétration du signal à l’intérieur des bâtiments.

En outre, quand bien même le niveau de couverture pourrait s’avérer satisfaisant en raison de la proximité immédiate d’un relais, on constate souvent, en particulier dans les zones urbaines denses où le trafic est élevé (ex : le métro parisien), que les performances obtenues dans les bâtiments sont dégradées, notamment pour ce qui relève du débit des flux de données. Ces phénomènes s’expliquent par une saturation des relais extérieurs.

Pour toutes ces raisons, les relais extérieurs déployés ne peuvent donc garantir une bonne qualité de service pour des applications mobiles au sein même des bâtiments, et tout particulièrement dans les zones urbaines denses.

La couverture indoor, quels enjeux ?

Pourquoi évoquer aujourd’hui des défauts de connectivité dans ce que l’on pourrait appeler des « zones blanches indoor » ? C’est parce qu’aujourd’hui, un tiers des Français utilisent leur smartphone dans les centres commerciaux, 40% disent l’utiliser dans les transports, et 60% au travail (statistiques Omnicom ; SFR Group ; PHD ; Baromobile 2015). Au total, ce serait 80% des communications téléphoniques qui seraient réalisées en intérieur. Les différences de qualité de connectivité en fonction des lieux peut donc peser sur les utilisateurs, professionnels ou particuliers, qui se trouvent freinés dans leurs activités et leur productivité.

L’accroissement du nombre de smartphones, la portabilité accrue des objets, mais aussi l’utilisation de plus en plus répandue de capteurs de confort (ex : température, maintenance etc.) peut aussi expliquer la mise en lumière de cette problématique : la majorité des technologies apparues au cours de la dernière décennie nécessite l’implémentation d’une couverture réseau fiable et sans couture, afin d’en exploiter tout le potentiel.

La couverture indoor est donc un nouvel enjeu de la connectivité, qui nécessite dès maintenant des solutions n’excluant aucun territoire, aucun utilisateur, afin de soutenir la croissance de notre pays.

Quelles solutions pour améliorer la couverture indoor ?

Plusieurs solutions existent pour répondre aux enjeux de couverture indoor, tant pour la voix que pour les services de données, et tant pour les particuliers que pour les entreprises.

Le système d’antennes distribuées (DAS)

Le DAS (Distributed Antenna System) est une solution dite « toute active », qui permet de couvrir des sites aux surfaces étendues et/ou des bâtiments de plusieurs étages.

Cette solution consiste à créer un réseau mobile à l’intérieur même d’un bâtiment, indépendamment du réseau extérieur. Les antennes de diffusion sont donc actives et ont une apparence similaire à celle des bornes Wi-Fi. Les équipements intermédiaires entre le cœur de réseau et les antennes ont un fonctionnement semblable à celui des routeurs.

Développée très récemment dans le but d’offrir une couverture des services de téléphonie mobile pour les bâtiments tertiaires. Elle ne visent pas à se substituer de manière systématique aux solutions classiques, mais plutôt à répondre à un besoin sur des ouvrages de taille intermédiaire (ex : immeubles de bureaux).

Les avantages du DAS :

  • Le DAS permet de garantir un haut niveau de service data et voix, quel que soit le nombre d’utilisateurs
  • Faibles besoins de maintenance
  • Bonne gestion de la mobilité (handover)
  • Solution mono-opérateur ou multi-opérateurs. Dans le cas d’un choix multi-opérateur, une seule antenne sera suffisante pour supporter tous les opérateurs (via un déploiement mutualisé, coaxial, ou fibre optique).

 

Les inconvénients du DAS :

  • Un coût élevé : le DAS passe par l’installation de nombreux équipements radio qui doivent être connectés à un réseau optique ou coaxial
  • Une complexité liée aux raccordements : chaque élément radio doit être raccordé au hub central, ce qui nécessite de mettre en place un « cable management» suffisamment sophistiqué (ex : intégrer des passages de câbles dans la structure même du bâtiment)
  • La faible évolutivité : il est difficile de mettre à niveau un DAS, en raison du nécessaire changement de l’intégralité des éléments radios, des stations de base, des opérateurs et des standards
  • Un modèle économique peu attractif pour les opérateurs (sauf si cela permet à un opérateur de gagner des parts de marché)
  • Une forte dépendance vis-à-vis d’un ou plusieurs opérateurs.

 

L’amplificateur cellulaire

Une autre solution de couverture à l’intérieur des bâtiments peut être l’amplificateur cellulaire, ou répéteur. Cet amplificateur permet de renforcer la réception au départ faible du signal mobile extérieur, en le répétant à l’intérieur d’un bâtiment. Il se compose donc d’une antenne réceptrice (généralement située à l’extérieur) et d’une antenne émettrice, les deux étant reliées par une liaison wifi.

Toutefois, ce type de solution est soumis à l’autorisation des opérateurs. Or ceux-ci voient en ces dispositifs une source de perturbation de leurs relais extérieurs, en particulier dans les zones denses, car le répéteur est susceptible de générer du bruit sur la voie montante et de dégrader ainsi les performances et le bon fonctionnement des relais.

Les avantages de l’amplificateur cellulaire :

  • Faibles coûts d’installation et de maintenance
  • Délai de mise en service immédiat
  • Solution mono-opérateur.

 

Les inconvénients de l’amplificateur cellulaire :

  • Risque de saturation du trafic en cas de forte densité
  • Faible niveau d’évolutivité
  • Dépendance aux opérateurs par rapport à leur couverture extérieure et à leur propriété sur la solution (ex : les antennes à installer).

 

La FEMTO

La FEMTO, ou FEMTOCELL, est un produit relativement récent qui a été développé pour répondre à des problématiques de déficit de couverture dans des espaces de taille modeste, comme une salle de réunion, un plateau de travail, ou encore un auditorium.

Il s’agit concrètement d’un boitier qui se connecte au réseau internet fixe pour émettre un signal de faible puissance (100 mW maximum). Le bâtiment doit être éligible à une offre haut débit fixe (512 kbit/s ou plus), mais ce critère est déjà rempli par 99,7 % des lignes fixes. Si sa mise en fonctionnement ne nécessite pas l’intervention d’installateurs professionnels, pour en bénéficier il pourra être demandé de déclarer préalablement, sur l’espace internet de l’opérateur, les différents mobiles à relier à l’équipement.

 

Avec cette technologie, les appels téléphoniques ou consultations de pages web sur le smartphone passeront par la ligne internet fixe (ADSL ou fibre) et non plus par le réseau mobile.

Les avantages de la FEMTO :

  • Adaptée à des besoins importants en voix et en données sur des surface ciblées
  • Faible coût de déploiement
  • Compatible avec la future 5G
  • Solution mono-opérateur.

Les inconvénients de la FEMTO

  • Risques d’interférences multi-cellulaires
  • Dépendance vis-à-vis d’un opérateur (mode multi-opérateur possible mais complexe)
  • Coupures fréquentes possible du fait de l’absence de mobilité assurée entre ce réseau indépendant et les relais extérieurs
  • Solution peu encouragée par les opérateurs, sauf pour les particuliers.

Le Wi-Fi et la voix sur Wi-Fi (VoWi-Fi)

Le déploiement d’une architecture Wi-Fi

Le Wi-Fi est un ensemble de protocoles de communication sans fil régis par les normes du groupe IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11). Un réseau Wi-Fi permet de relier par ondes radio plusieurs appareils (ordinateur, routeur, smartphone, modem Internet, etc.) au sein d'un même réseau informatique, afin de permettre la transmission de données entre eux.

Les avantages du Wi-Fi :

  • Une connexion en mobilité facile à mettre en place, peu chère et disponible sur tous les supports connectés (ex : TV, tablette, ordinateurs, etc.)
  • Capacité suffisante pour garantir une bonne couverture dans les zones à forte densité et/ou consommation, et au plus « profond » des bâtiments
  • Pas forcément de dépendance vis-à-vis d’un opérateur exploitant pour une entreprise.
  • Evolutivité de la solution et complémentarité avec la future 5G déjà prouvées
  • Indépendant du réseau mobile
  • Possibilité de connecter en réseau la plupart des appareils
  • Possibilité de séparer les services Wi-Fi interne et guest ainsi que de crypter de bout en bout les communications.

Les inconvénients du Wi-Fi :

  • Mobilité limitée entre les spots Wi-Fi ;
  • Absence de connexion automatique avec le réseau cellulaire ;
  • Possible diminution du débit en cas de gros trafic
  • Risque d’interférences dans zones denses
  • Impossible de prioriser les flux
  • Modèle peu intéressant pour les opérateurs si les entreprises en sont les gestionnaires

La VoWi-Fi, qu’est-ce que c’est ?

La VoWi-Fi, ou voix sur Wi-Fi, consiste à utiliser le réseau Wi-Fi pour bénéficier des services mobiles et ainsi transporter la voix et non plus seulement des données.

Plus précisément, les appels passés via un smartphone passeront dès lors de manière transparente par le réseau Wi-Fi et non plus par le réseau mobile, tout en permettant une continuité d’appel entre ces deux réseaux. La voix sur Wi-Fi nécessite toutefois de disposer d’un téléphone compatible car les appels/SMS seront traités sans application supplémentaire sur le cœur réseau mobile des opérateurs.

Assez ancienne, cette technologie a récemment bénéficié de la fonctionnalité VoLTE (service de voix sur le réseau 4G) : les clients concernés par cette mise-à-jour peuvent désormais faire passer tous leurs appels téléphoniques via un réseau Wi-Fi enregistré pour une meilleure qualité, il s’agit de la fonctionnalité « Wi-Fi Calling ». Le taux de coupure observé par les opérateurs est de 5% maximum.

Si cette solution présente l’intérêt de pouvoir pallier un déficit de couverture mobile dans une zone déjà couverte par du Wi-Fi, elle possède cependant des inconvénients :

  • Elle n’est pas sans couture : il faut d’abord s’enregistrer sur un réseau Wi-Fi pour en profiter
  • La qualité de la communication vocale dépend de la conception du réseau Wi-Fi et du nombre de personnes connectées
  • Il y a un risque d’interférence du fait du libre accès des bandes de fréquences Wi-Fi.

Ainsi, l’expérience utilisateur n’est pas garantie, et cette solution relève plus d’un palliatif ponctuel que d’une approche pérenne.

D’autres solutions complémentaires

Des bornes plus capacitives

L’évolution de la norme a permis, au fil des années, d’offrir des débits plus importants et de nouveaux usages se sont développés (ex : l’interopérabilité des réseaux Wi-Fi).

L’objectif ici est donc de faciliter l’accès à l’Internet mobile pour le grand public, en offrant des débits de plus en plus importants. La dernière évolution grand public est la norme 802.11ac, qui offre un débit théorique de 1 300 Mbit/s en utilisant des canaux de 80 MHz dans la bande des 5 GHz.

Malheureusement, cette évolution s’est également accompagnée d’une augmentation :

  • Des coûts d’investissement et de maintenance
  • De la taille et du poids des bornes.

Ces inconvénients incitent plutôt à la prudence dans le déploiement de solutions Wi-Fi.

Un design plus prédictif

Afin de répondre à des exigences de dimensionnement et de performance plus précises, les acteurs chargés de mettre en œuvre les réseaux Wi-Fi recourent de plus en plus à :

  • Des études de conception impliquant des simulations de couverture indoor;
  • Des relevés de performances au moyen d’outils de trace.

Ces outils permettent de donner des gages sur l’atteinte des objectifs de couverture indoor.

L’internet des objets

Une des promesses de l’internet des objets ou réseaux IoT, et notamment des réseaux à bande étroite (LPWAN), est de couvrir plus facilement les bâtiments à partir des relais du réseau extérieur.

Ceci est vrai jusqu’à un certain point, car dans le cas des grands bâtiments, cette couverture reste difficile.

Pour pallier ces problèmes, les opérateurs de réseaux sont amenés ponctuellement à déployer des micro-relais dans les bâtiments. Cette solution reste peu coûteuse dans la mesure où les micro-relais sont en mesure d’assurer une couverture sur des espaces très importants.

Quelques conseils pratiques pour améliorer la couverture indoor

Anticiper

La formidable adoption de la technologie 4G rend désormais indispensable l’intégration des réseaux mobiles dans tous les projets de construction ou de réaménagement de bâtiments.

Il est donc important d’étudier la mise en œuvre des réseaux mobiles le plus tôt possible lorsqu’un projet de construction ou de réaménagement est initié. Une bonne anticipation facilite l’intégration des infrastructures réseaux.

Être à l’écoute des besoins

Il est essentiel de recueillir au démarrage d’un projet l’ensemble des besoins et attentes vis-à-vis des réseaux sans fil, et de déterminer les données de dimensionnement pour chacune d’elles (ex : le trafic, la surface, etc.).

Rationnaliser la prise de décision

Plusieurs types de solutions existent et doivent donc être envisagées. De même plusieurs types de prestataires potentiels existent et doivent être consultés.

Traiter en commun les projets de mise en œuvre des réseaux ouvre des possibilités de synergie, qu’il s’agisse de la mutualisation d’équipements réseaux (ex : antenne, fibre, etc.) ou de partage d’équipements d’aménagement (ex : local technique, chemin de câble, etc.)

Cela permet également d’appréhender au plus tôt les éventuels problèmes de cohabitation électromagnétique (CEM) pouvant dégrader les performances des réseaux et de proposer les mesures de précaution adéquates.

La durée de vie d’un projet immobilier étant généralement de l’ordre d’une quinzaine d’année. La mise en œuvre et l’exploitation des réseaux mobiles doit se caler sur une durée équivalente. Il faut donc comparer les solutions en se basant sur leur coût de revient à cet horizon, ainsi qu’en anticipant les évolutions et le traitement de l’obsolescence.

Sources externes

www.arcep.fr

www.francethd.fr

www.caissedesdepots.fr

www.banquedesterritoires.fr

www.lexpansion.lexpress.fr

www.archives.arcep.fr

www.sfrbusiness.fr

www.fftelecoms.org

www.vinci-energies.com

www.tdf-telecom.fr

Contactez Benjamin Fradelle

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Tactis - Directeur associé - Benjamin Fradelle- Aménagement numérique des territoires

Benjamin Fradelle

Directeur Associé Tactis
Depuis 2002, Benjamin Fradelle développe une expertise de l’aménagement numérique des territoires tant sur le plan de la définition de la stratégie des collectivités locales que les approches techniques et économiques associées aux réseaux d’initiative publique.