La croissance du marché des
smartphones a poussé les constructeurs vers une surenchère
technologique. Si les performances augmentent sans cesse au gré des
nouveaux SoC, la connectivité est bien la clef de voûte des terminaux
mobiles. C’est le fil d’Ariane qui les connecte au monde extérieur.
La
norme de troisième génération (3G) a été poussée dans ses derniers
retranchements avec l’introduction de la HSPA+ avec l’utilisation
simultanée de 2 cellules radio (DC-HSPA). Ayant atteint ses limites, les
constructeurs et opérateurs mobiles poussent désormais la norme de
quatrième génération (4G LTE).
À
cela, il y a plusieurs raisons, les bandes de fréquence allouées à la 3G
voient de plus en plus d’utilisateurs les utiliser simultanément. Le
réseau 3G est donc saturé, notamment en zone urbaine.
Le
phénomène est mécanique et nécessite l’allocation de nouvelles bandes
de fréquences. La 4G LTE tombe à pic puisqu’elle fait véhiculer les
données sur des nouvelles bandes de fréquences. Les bandes sont plus
larges et la modulation est encore optimisée. L’apogée de cette nouvelle
norme étant la LTE de catégorie 5 qui prévoit un débit descendant
maximum théorique de 300 Mb/s contre 42 Mb/s pour le HSPA+, soit un
rapport de 7.
Mais les enjeux et les bénéfices de la 4G LTE dépassent la simple augmentation de la bande passante et du débit.
La 4G LTE : un défi technologique
Avec
la 4G LTE, ce sont avant tout des défis technologiques que les
constructeurs doivent relever. Il suffit pour s’en rendre compte de
constater que les ambitions ont dans un premier temps dû être revues à
la baisse par rapport à ce qui était prévu par l’UIT-R.
La
4G LTE est en gestation du côté des constructeurs de terminaux mobiles,
des opérateurs mobiles et des équipementiers télécom depuis plusieurs
années. Les Scandinaves ont été les premiers à la mettre en oeuvre à
Stockholm en Suède ainsi qu’à Oslo en Norvège dès décembre 2009 grâce à
l’opérateur suédois TeliaSonera. Une date à marquer d’une pierre blanche
tout comme le fut celle de la première communication GSM.
Depuis
lors, les constructeurs ont planché sur des solutions afin de tirer
profit de ce nouveau mode cellulaire. Samsung a été le premier à
dégainer un
téléphone mobile compatible 4G LTE avec le SCH-R900 au second semestre 2009.
Mais avant cela, en 2008, la 4G LTE
telle que la prévoyaient les spécifications « IMT-Advanced »
(International Mobile Telecommunications Advanced) établies par
l’organisme de normalisation UIT-R stipulaient que le débit devrait
plafonner à 1 Gb/s afin de prétendre au titre de standard de 4ème
génération pour la téléphonie mobile.
Or,
l’UIT-R est un organisme administratif composé de près de 200 états
membres qui doit prendre en compte les desiderata des différents pays,
l’état d’avancement de la technologie, les attentes des utilisateurs
pour les différents marchés, les besoins réels, les coûts de mise en
oeuvre et identifier tous les problèmes qui pourraient ralentir la
diffusion d’une nouvelle norme de télécommunication au niveau mondial.
L’ampleur
de la tâche est vaste et l’équation extrêmement difficile à résoudre.
C’est pourquoi l’organisme a décidé de transiger en faveur des
industriels qui poussaient pour des spécifications revues à la baisse.
Appelée
norme de 3G ultime ou encore 3,9G, le standard que l’on appelle
actuellement « 4G LTE » a finalement eu l’aval de l’UIT-R pour pouvoir
prendre cette appellation pour des raisons commerciales. Le Wimax a
également bénéficié de ce « changement de statut opportun. »
Mais la véritable norme de 4G LTE sera finalement la 4G LTE Advanced.
Il n’en reste pas moins que les
challenges sont multiples et très difficiles à résoudre pour rendre les
terminaux mobiles avec le successeur de la 2G et de la 3G.
Pour
s’en rendre compte, il suffit de comprendre que faire transiter des
données (les émettre et les recevoir) consomme beaucoup de courant
électrique. Or, si la conception des puces permet de les diminuer, c’est
principalement la finesse de gravure des circuits intégrés qui les
baisse de façon significative. Or, les débits visés par les normes 3, 4
et 5 de la 4G LTE sont respectivement de 100 Mb/s, 150 Mb/s et 300Mb/s,
soit 2.4, 3.6 et 7 fois supérieures aux 42 Mb/s du DC-HSPA. Mais dans le
même laps de temps, les technologies
CMOS
avancées n’ont pas progressé dans les mêmes proportions. Les puces sont
bien passées d’une longueur de grille de 45 nm pour les transistors à
28 nm ou 32 nm (pour les derniers Medfied et Clover Trail+ d’Intel).
Rappelons
que la finesse de gravure se traduit par des transistors plus
performants pour une même consommation électrique (fréquence de
transition plus élevée, gain plus important et courant de fuite
moindre).
Il faudra attendre les
technologies plus avancées (22nm puis 14nm) pour espérer voir arriver
des smartphones supportant la 4G LTE et disposant d’une autonomie
« satisfaisante ».
Concernant les
débits, au-delà des largeurs de bande qui peuvent varier de 1.4 MHz à 20
MHz, le multiplexage OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple
Access) optimise l’utilisation spectrale et minimise les interférences.
Le codage 64QAM est ainsi utilisé dans les zones qui le permettent.
Des
techniques mettant en oeuvre plusieurs antennes (MIMO pour
multiple-input and multiple-output) en émission et en réception (au
niveau du terminal mobile et des stations de base) assurent également
l’augmentation du débit ainsi que la portée.
