Du cuivre à l’optique : Une évolution irréversible vers le très haut débit

17/03/2015
Auteurs :
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2015-1:13010

Résumé

Du cuivre à l’optique : Une évolution irréversible vers le très haut débit

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	    <date dateType="Updated">Tue 17 Apr 2018</date>
            <date dateType="Submitted">Tue 24 Apr 2018</date>
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REE N°1/2015 85 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUES DOSSIER 2 Introduction Cet article fait le point sur l’évolution actuelle des réseaux d’accès filaires dans un contexte de course au plus haut débit Internet. Avec des déploiements largement engagés de fibres optiques, la notion de « très haut débit » apparaît comme très relative dans la mesure où les technologies évoluent rapide- ment. Néanmoins, conformément à ce qui figure dans les textes européens, le « très haut débit » offert à l’usager est aujourd’hui défini comme « un débit supérieur à 30 Mbit/s ». Rappelons que l’accès aux services « Internet, voix et vidéo » peut être proposé par différents types de réseaux filaires, parmi lesquels : - 1 ; en place pour les services de télévision, dont la modernisation permet de fournir un accès à Internet, en complément de la TV, 2 » ; - ment déployé pour l’accès à Internet et l’ensemble des ser- vices “over IP” : on déploie alors la fibre optique du central 1 ADSL: Asymetric Digital Subscriber Line. 2 DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) spécifie les moyens d’accéder à Internet par les réseaux câblés. que celles de la boucle locale cuivre. Au-delà des réseaux « filaires », d’autres options sont pos- sibles et seront utilisées plus ou moins massivement, en fonction du contexte, notamment le satellite, le WiMAX ou la technologie 4G : à l’instar de plusieurs initiatives lancées en Allemagne, des expérimentations s’appuyant sur la « 4G 3 ». Du très haut débit, pourquoi faire ? vidéo, la télévision, l’Internet, les jeux en réseau mais aussi des applications professionnelles telles que la télémédecine, observée aujourd’hui en termes de débit est liée pour une part à la compétition féroce qui se joue depuis des années au plan mondial entre les opérateurs de télécommunications et - tant de faire passer de la vidéo sur les lignes téléphoniques - teurs qui de leur côté se lançaient dans les services de télé- 3 http://www.francethd.fr/ – La mission Très Haut Débit assure notam- ment l’encadrement des déploiements, l’instruction des demandes de soutien financier, l’accompagnement technique ainsi que l’harmonisa- tion des référentiels techniques. Du cuivre à l’optique : Une évolution irréversible vers le très haut débit Par Bruno Capelle1 , Hervé Touzeau2 Orange labs-Lannion1 , Programme Fibre Orange France2 The evolution towards higher bit rates in the fixed access network was mainly based on the advanced DSL techno- logies evolution and on the existing copper local loop infrastructure. As a matter of fact, due to the market demand for higher bit rates, as “up to 1 Gbit/s” commercial announcements, introduction of optical fiber cables is required. FTTH (Fiber To The Home) with optical fiber “up to the customer premises” is seen as the target option: optical cables probably will replace copper cables in the future. ABSTRACT 86 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 été adoptée massivement durant ces 15 dernières années, repose sur le fait qu’elle réutilise le réseau cuivre existant4 et donc qu’elle limite considérablement les investissements des opérateurs de télécommunications voulant offrir un service de données à haut débit. - rateurs se sont progressivement moder- nisés, pour atteindre notamment le palier de 30 Mbit/s évoqué plus haut, la course au débit a repris de façon effré- née… et n’a pas depuis vraiment cessé ; elle a abouti aujourd’hui à des offres de connectivité sur la boucle locale dépas- sant au final très largement les besoins réels en débit du client résidentiel (des débits jusqu’à 1 Gbit/s sont parfois Les limites du cuivre - sieurs années un comité d’experts indé- pendants, chargé d’étudier les conditions la boucle locale de cuivre. Ce comité rassemble l’ensemble des opérateurs et les principaux équipementiers, ainsi que des représentants des collectivités - lissant et coûteux à entretenir, continue à fonctionner avec une excellente qua- lité, et ceci même s’il ne transporte fina- lement plus majoritairement les signaux analogiques de la voix comme par le passé5 4 Paire de cuivre installée entre le central téléphonique et le domicile du client, réseau historiquement conçu et installé pour un ser- vice de téléphonie analogique avec transport du son dans la bande de fréquence 300-3 400 kHz, avec une distance moyenne en Europe de 2 km entre le central téléphonique et le logement du client.. 5 Pour les États-Unis, le nombre d’accès fixes à la téléphonie commutée est ainsi passé de 192,5 millions en 2000 à 85,3 millions à fin 2013, soit un recul de plus de 50 % en treize ans. - portent aujourd’hui un service de Voix - niques de voix sur IP. Paradoxalement, l’infrastructure de cuivre est donc utili- sée majoritairement pour une techno- logie autre que celle pour laquelle elle avait été conçue. estimait même, il y a quelques semaines, que « le cuivre serait encore là dans 100 6 depuis le central téléphonique est, selon l’ARCEP, de l’ordre de cinq millions. Par ail- leurs, l’expérimentation récente d’Alcatel- sur une ligne cuivre pour une distance de 30 mètres a frappé les esprits. 6 Very high speed Digital Subscriber Line 2: Technologie DSL qui permet d’atteindre des débits de l’ordre de 100 Mbit/s sur des lignes de quelques centaines de mètres. - encore, selon certains, de très beaux jours devant lui. Qu’en est-il exactement ? Les limites de la boucle locale cuivre boucle locale il y a plusieurs dizaines d’années, présente essentiellement deux limitations techniques lorsqu’on veut y limitées principalement par l’affaiblisse- locale d’une part, et par l’impact des dif- férents couplages électromagnétiques observés sur le support de transmission qu’est la paire téléphonique, d’autre part. ayant été conçus à l’origine pour trans- mettre les services de voix téléphonique une forte dégradation des performances du support de transmission dès qu’on monte en fréquences car l’affaiblisse- 7 Source www.arcep.fr (à fin 2014). Figure 1 : Répartition des lignes portant un service téléphonique - Source ARCEP. Figure 2 : Couplages télédiaphoniques entre paires d’un même câble (sens descendant). REE N°1/2015 87 Du cuivre à l’optique : Une évolution irréversible vers le très haut débit ment et le couplage augmentent tous deux rapidement avec cette dernière. En termes de couplage, on distingue les bruits internes souvent très pénalisants, principalement dits de « diaphonie » (voir - supérieures s’il n’est pas perturbé par - liorations significatives ont été apportées au fil du temps et introduites dans les pour ce qui concerne l’annulation des effets du bruit interne et externe, notamment avec le “vectoring ”, la retransmission de paquets, etc. mais 8 UIT : Union Internationale des Télécommuni- cations. 9 Vectoring VDSL2 : Technique de traitement de signal dite de vectorisation qui permet d’éli- miner le bruit affectant les différentes paires d’un même toron de câble transportant du VDSL2. - tant dans la boucle locale ne peut-elle être que difficilement combattue10 figure 3 illustre l’apport du vectoring en termes de débit offert. L’apport de VDSL2 façon significative le débit par rapport - taines conditions, du « très haut débit » à l’utilisateur final. Toutefois, en raison de contraintes physiques inhérentes à cette technologie et au support de cuivre, le aux lignes de cuivre dont la longueur est la plus courte. Ainsi, pour les lignes de longueur supérieure, les performances - 10 Les différentes études effectuées dans le domaine de l’amplification du signal (pour contrer l’affaiblissement du câble) se sont révélées relativement décevantes à ce jour. valentes voire inférieures à celles fournies - tion de cette technologie sur un terri- toire donné, en la déployant depuis les centraux téléphoniques comme le pres- crit l’ARCEP, ne peut pas bénéficier à l’en- semble des clients finaux dans la mesure où la majorité des lignes de cuivre – de - permet d’augmenter les débits sur les lignes courtes qui bénéficiaient déjà de . point depuis plusieurs années : on ne peut pas au final espérer transmettre la majorité des lignes existantes de la boucle locale cuivre11 , en continuant depuis le seul central téléphonique. C’est seulement en réduisant la lon- gueur des lignes de cuivre que l’on peut espérer y arriver. Que peut-on donc faire pour permettre à l’ensemble des clients d’accéder au très haut débit ? clients, lesquels sont répartis comme indiqué12 sur la figure 4. dopé par l’accélération du déploiement, 11 Les caractéristiques techniques des boucles locales cuivre peuvent varier d’un continent/ pays à l’autre mais la distance moyenne entre le central et le logement du client est (sauf pour de très rares exceptions), comprise entre 1 km et 3 km. 12 A noter que les clients « VDSL2 » en France sont très majoritairement des clients raccor- dés depuis le central téléphonique historique (et non pas, comme en Allemagne ou au Royaume-Uni, des clients raccordés depuis l’armoire de sous-répartition sur le trottoir située à proximité du client). Figure 3 : Gain de performances escomptées en VDSL2 : Débit (en Mbit/s) versus Portée (longueur du câble en m) - Source Openreach/mesures en laboratoires. Figure 4 : Répartition des abonnements Haut et Très haut débit en France (T3 2014) - Source ARCEP. 88 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 de prises installées, progressivement mis à niveau vers le très haut débit. Pour passer du haut débit au très haut débit, en particulier si on souhaite rester sur une option filaire, il faut probable- ment déployer la fibre optique sur tout - férentes stratégies sont mises en œuvre pour offrir du très haut débit filaire. Ainsi, du très haut débit, on note des straté- gies différentes selon les acteurs : - des équipements actifs déportés dans le placé au maximum à 1 000-1 500 m des clients ; 13 . - taient respectivement 6,1 millions et 10,4 millions d’abonnés à très haut - - sance de couverture, même si, ici et là, des opérations complémentaires de montée en débit (associées à l’utilisa- - tral déporté spécialement créé pour la 14 et auront vocation à répondre aux besoins des zones les moins denses ou d’habitat isolé. 13 GPON : Gigabit Passive Optical Network : technique qui permet de fournir un support haut débit bidirectionnel à plusieurs clients sur une même architecture physique arbo- rescente réalisée en utilisant des coupleurs optiques. Son avantage est de réduire le nombre de fibres nécessaires et de ne néces- siter des équipements actifs qu’au central et chez le client. 14 Sans oublier les options telles que la 4G, le satellite, etc. qui viennent de façon naturelle en complément selon le contexte. Architecture des réseaux d’accès FTTH pruntent la plupart du temps les par- par la boucle locale cuivre ; ils en re- prennent donc souvent la même topo- logie arborescente, et coexistent avec elle dans les centraux, les armoires de rue, les chambres souterraines de trans- port/distribution et parfois même les points de branchement. Ainsi, selon les les emplacements des points de mutua- lisation optique, particulièrement en zone moins dense, devraient logique- ment être renommés « sous-répartiteurs optiques » et coïncider souvent avec les emplacements initialement choisis lors de l’installation des armoires de sous répartition cuivre. Quelques opérateurs, notamment son temps la boucle locale cuivre, avec une fibre par usager résidentiel, réser- vée du central jusqu’au domicile client. Cependant l’écrasante majorité des opé- le nombre de fibres à gérer depuis le central téléphonique : l’ensemble du tra- fic résidentiel (de 32 ou 64 clients typi- fibre en transport. - pondent aujourd’hui aux standards actuels : majoritairement aujourd’hui les - cendant15 de 2,5 Gbit/s et un débit mon- tant de 1,25 Gbit/s, ces débits sont au maximum partagés entre les 32 ou 64 15 Le flux descendant est celui qui va du réseau vers le logement du client. offriront 10 Gbit/s puis 100 Gbit/s par- tagés dans le sens descendant : ainsi est garantie l’évolutivité sans réelle contrainte de la boucle locale optique (à l’inverse part importante définies par un comité d’experts indépendants mis en place par l’ARCEP qui rassemble (comme des opérateurs impliqués, les principaux équipementiers, ainsi que des représen- tants des collectivités locales. Il convient en particulier de souligner que les solutions techniques adoptées pour les « réseaux d’accès optiques » sont très différentes de celles déployées pour les « réseaux optiques transatlan- tiques, cœur et/ou métropolitains » ; les contraintes en termes de débit, de por- tée, d’environnement et surtout de coût des liens optiques sont en effet très dif- des besoins résidentiels et qu’il s’agit donc de raccorder à terme – indivi- duellement – plusieurs dizaines de mil- doivent pouvoir atteindre des capaci- tés en nombre de fibres beaucoup plus élevées que dans le cœur de réseau et chez le client il est nécessaire de dispo- - cité faciles à installer avec des très petits rayons de courbure. Figure 5 : Exemple d’une chambre de distribution de la boucle locale cuivre réutilisée pour l’accès FTTH (câbles optiques ici de couleur verte). REE N°1/2015 89 Du cuivre à l’optique : Une évolution irréversible vers le très haut débit La totalité des Français seront ils connectés au très haut débit en 2022 ? débit sur le territoire national tel que consiste à déployer en majorité des lignes en fibre optique, afin d’obtenir des débits supérieurs voire très supé- rieurs à 30 Mbits. Ainsi, plus le débit augmente, plus les usages sont facilités. - qui pourrait coûter entre 20 et 30 mil- liards d’euros si l’on fait la somme de l’ensemble des investissements publics et privés. sera pour les décennies à venir (30 à 50 d’aptitude et de coût de la maintenance, de pérennité et d’interopérabilité, il est primordial de bien prendre en compte, dès la conception des réseaux, les points suivants : - saire d’en créer du nouveau ; connectivité tels que coupleurs, connec- teurs, adaptateurs ; - teurs ; réception de ces réseaux. Conscients des points listés ci-des- sus et de l’impérieuse nécessité d’aller vers des réseaux les plus homogènes possibles à l’instar du réseau cuivre, déployé par le seul opérateur historique, d’où son homogénéité « par construc- tion », plusieurs fédérations profession- nelles ont uni leurs compétences au - per des outils prenant en compte tous - les actions qui sont en cours dans ce domaine et de visualiser différents documents pratiques. consciente de l’importance de tous les aspects évoqués ci-dessus, particuliè- rement dans un environnement déré- gulé et mixant investissement privé par de grands opérateurs et réseaux d’initia- par des acteurs plus modestes, a entre- pris un certain nombre d’actions com- plémentaires qui devraient permettre d’éviter la trop grande hétérogénéité des réseaux de distribution optique notam- ment en édictant des préconisations et recommandations d’architecture/ingénie- rie que doivent respecter les RIPs pour être subventionnés. modes de montée en débit et en particulier une étape intermédiaire qui Figure 6 : Évolutions considérées des réseaux d’accès - Source : Mission Très Haut Débit. 90 REE N°1/2015 CÂBLES ET INFRASTRUCTURES OPTIQUESDOSSIER 2 consiste à remplacer partiellement le réseau historique cuivre afin d’amélio- rer les débits offerts et d’apporter du très haut débit à une partie des usa- gers. Plus rapides et moins coûteuses à déployer, de telles opérations peuvent constituer des solutions transitoires avant le déploiement à terme de la fibre jusqu’à l’usager. Vers une extinction de la boucle locale cuivre ? - sieurs dizaines de milliards d’euros sont énormes et quelques opérateurs aux É semblent hésiter à poursuivre sur cette voie en gelant certains budgets program- més… Mais ces investissements s’ins- crivent dans une stratégie long terme d’aménagement du territoire. souvent déjà une relativement bonne qualité de service ? « Tout est une ques- tion de positionnement tarifaire respectif des offres ADSL et FTTH » répondent NTT En tout état de cause, maintenir longtemps deux réseaux à vocation universelle, le premier sur fil de cuivre et le second sur fibre optique, semble non pertinent à la plupart des acteurs mission sur la transition vers les réseaux à très haut débit (mission présidée par Paul Champsaur, ancien Président de visant à inciter les clients à migrer vers la les analyses portant sur le passage du cuivre à l’optique trois scénarios sont envisageables : mesure d’accélération vers le très haut débit ; seau cuivre ; - ment de la transition du cuivre vers l’optique. - scénario « fermeture programmée du réseau cuivre » ne semble pas réaliste avec encouragement de la transition du cuivre vers l’optique » privilégie une migration en masse vers l’optique de la clientèle résidentielle dans les zones où une infrastructure très haut débit ouverte sera présente pourrait être le scénario optimal à privilégier. - teur lui aussi d’un plan national très haut débit, a de son côté envisagé de réduire nouvelle infrastructure est en concur- rence avec le réseau de cuivre mais semble aujourd’hui hésiter. Au niveau européen, les recommandations émises par Bruxelles (Recommendations for l’immédiat un délai de prévenance de cinq ans pour les opérateurs historiques. Conclusion - table : la croissance des débits et des usages devrait conduire à une évo- lution, plus ou moins rapide selon les contraintes de marché, de finance- ment et de régulation mais indispen- sable, vers des réseaux de boucle locale optique partout où l’arbitrage den- sité clients versus coûts rendra ceux-ci viables en termes de déploiement sur le moyen ou long terme. Ces réseaux, d’emblée conçus pour être mutualisés entre les opérateurs de service, répon- dront aux enjeux commerciaux et socié- taux du 21e siècle qui conduisent à des usages réclamant abondance, instanta- néité et simultanéité, que seule la fibre optique et sa capacité quasi sans limite permettront de satisfaire. LES AUTEURS Bruno Capelle - riaux ; après plusieurs postes chez Yvon, puis Alsthom Atlantique, il en tant que responsable d’unités de l’infrastructure d’accès notam- ment pour l’expérimentation de la fibre optique résidentielle à Biarritz, puis des systèmes de transmission émérite » des réseaux d’accès, il a participé aux travaux des comités d’experts pour les accès cuivre et optique à l’ARCEP. Il a contribué activement aux expérimentations, pré-déploiements puis déploie- ments du haut et très haut débit Hervé Touzeau, diplômé de l’Ecole - - sion des Yvelines, dans le cadre du en région et au niveau national, dans - ting B2B des entreprises et grands comptes ; de retour au domaine technique à la direction de l’unité il y a mis notamment en œuvre le - où il crée la direction technique du - nal et de l’ensemble de ses aspects techniques.