Étude sur la demande future de spectre radioélectrique au Canada 2011-2015

6.3 Installations de raccordement par faisceau hertzien

6.3.1 Aperçu général

Bien que les installations de raccordement par faisceau hertzien (hyperfréquences) soient utilisées pour un large éventail d'applications, la présente étude porte principalement sur la demande d'installations de raccordement destinées à soutenir la croissance accélérée des réseaux cellulaires et des systèmes d'accès large bande à des fréquences pouvant atteindre 28 GHz. L'utilisation des technologies hyperfréquences pour les communications point à point et la demande de spectre correspondante sont traitées dans la section précédente, intitulée Accès fixe sans fil.

Le développement des installations de raccordement hyperfréquences a connu un virage important depuis le milieu des années 1980, pour soutenir les réseaux de télécommunications publics. Un certain nombre de grandes installations à fibres optiques nationales et régionales ont été construites pour prendre en charge les réseaux de transmission de données et de téléphonie publics, la transmission du trafic Internet, le transport interurbain de la programmation télévisuelle aux centres distributeurs de câblodistribution et aux passerelles de satellites de radiodiffusion directe à domicile ainsi que pour répondre à d'autres besoins de transmission. Pour les réseaux longue distance à gros trafic, fonctionnant dans certaines bandes sous les 10 GHz, notamment dans les bandes de 4 et de 6 GHz, les systèmes radio hyperfréquences ont été largement remplacés par de grands systèmes à fibres optiques. Ces systèmes peuvent accroître leur capacité de transmission grâce à l'emploi de multiplexeurs et de récepteurs optiques de nouvelle génération et de techniques évoluées de traitement des signaux.

Les entreprises de télécommunications titulaires, les exploitants de câble locaux et de nouveaux venus sur le marché des télécommunications ont réalisé des projets semblables pour construire une vaste gamme de systèmes à fibres optiques dans les zones urbaines et les communautés environnantes, pour compléter les installations de distribution par câbles en cuivre et coaxiaux classiques desservant les clients résidentiels et commerciaux. La raison principale ayant motivé ces projets est l'accroissement de la capacité et de la qualité de transmission de leurs offres Internet large bande et de télédistribution par câbles, y compris les forfaits comprenant plusieurs services (télévision par IP, téléphonie, large bande).

Pour sa part, le secteur des installations hertziennes à hyperfréquences a été considérablement actif dans les années 1990, dans le déploiement de liaisons point à point dans les bandes de 23 GHz et de 38 GHz, pour desservir la grande entreprise. Pendant cette période, une quantité importante de spectre a été autorisée par licence dans des processus de sélection concurrentiels pour l'accès large bande point-multipoint, dans les bandes 24/28/38 GHz, la bande 2 500 MHz et les bandes 2 300/3 500 MHz. Le spectre point-multipoint sous 6 GHz a été progressivement attribué au service AFSF large bande. La prestation de services AFSF aux domiciles n'a pas été économiquement viable dans la plage de fréquences de 24 GHz à 38 GHz en raison du manque chronique d'équipement de locaux d'abonné (CPE) pour utilisation résidentielle. Toutefois, une partie du spectre est utilisée efficacement pour les liaisons de raccordement de courte portée.

Ainsi, si les entreprises de télécommunications titulaires et les câblodistributeurs disposent de vastes installations filaires (cuivre/fibres optiques et coaxial/fibres optiques), les liaisons de raccordement à hyperfréquences et l'AFSF leur procurent des moyens de transmission supplémentaires. Pour les nouveaux venus dans le secteur du cellulaire et de la large bande, l'AFSF et le raccordement par faisceau hertzien constituent souvent les seules possibilités.

Étant donné le grand nombre de réseaux cellulaires nationaux et régionaux, comptant des milliers de sites cellulaires concentrés dans le sud du pays et la croissance rapide du trafic mobile, l'emploi d'installations de raccordement à hyperfréquences a considérablement augmenté pour relier les groupes de stations cellulaires aux points collecteurs et aux réseaux publics commutés. En raison de la proximité relative des stations cellulaires dans les zones urbaines, l'utilisation des hyperfréquences dans les bandes Ku (11/14 GHz) et Ka (18/21 GHz) a été énormément populaire pour le raccordement. L'utilisation de ces bandes pour les liaisons de raccordement hyperfréquences a aussi augmenté pour appuyer l'accès Internet large bande au moyen des bandesAFSF sous 6 GHz.

La demande d'installations de raccordement et de spectre hyperfréquences est étudiée dans le contexte d'autres installations de liaisons de raccordement, principalement des systèmes à fibres optiques et des réseaux numériques sur cuivre assurant l'acheminement de gros volumes de trafic produits par les services de distribution cellulaires et Internet large bande.

6.3.2 Inventaire du spectre et utilisation du spectre

Le rapport d'inventaire (chapitre 2.0) présente le nombre d'attributions de fréquences dans les bandes de fréquences du service fixe (point à point et point-multipoint). Il aborde divers paramètres, dont la distribution régionale et la concentration géographique, l'utilisation métropolitaine/non métropolitaine, la croissance de l'utilisation des fréquences et les tendances ressortant des dix dernières années d'exploitation de bandes choisies.

Le spectre qui intéresse la présente étude pour les installations de raccordement est constitué des bandes de fréquence au-dessus de 10 GHz pour les liaisons hyperfréquences point à point bidirectionnelles. Ces liaisons sont de plus en plus utilisées, en raison de la croissance du trafic dans les réseaux cellulaires mobiles et les systèmes de distribution large bande. Les bandes 11 GHz, 14 GHz, 18 GHz et 23 GHz présentent un intérêt plus particulier. Ces bandes subissent la plus grande demande pour la fourniture de liaisons de transmission de courte portée dans les régions urbaines et rurales.

Le rapport d'inventaire présente la synthèse du nombre de fréquences attribuées pour les bandes hyperfréquences bidirectionnelles dans la plage de 2 GHz à 38 GHz. Un certain nombre des bandes de cette plage de spectre ont été désignées comme les bandes principales d'installations de raccordement à l'appui des réseaux cellulaires et d'accès sans fil à large bande. Ces deux types de réseau connaissent une très forte demande d'installations de raccordement. Les bandes hyperfréquences au-dessus de 10 GHz conviennent bien aux courtes longueurs de sauts généralement moins de 16 km) servant à relier les sites cellulaires et large bande à leurs réseaux respectifs, directement ou par l'intermédiaire d'autres installations de transmission. Les bandes hyperfréquences sous 10 GHz prennent en charge des distances de sauts beaucoup plus longues (20 à 50 km) et sont destinées aux transmissions de moyenne à longue portée, souvent dans des systèmes provinciaux ou interprovinciaux. La figure 6.3.1 ci-dessous est tirée du chapitre 2 du rapport d'inventaire; elle indique le nombre d'attributions de fréquences dans les diverses bandes hyperfréquences pour service fixe point à point et l'intérêt relatif pour le spectre dans les gammes 11 GHz, 14 GHz, 18 GHz et 23 GHz pour les installations de raccordement à hyperfréquences.

Figure 6.3.1 — Nombre total de fréquences attribuées pour les stations terrestres fixes

Nombre total de fréquences attribuées pour les stations terrestres fixes (la description détaillée se trouve sous l'image)

Source : rapport d'inventaire, figure 2.1, Section 2.3.2

Description de la figure 6.3.1

Ce graphique indique le nombre total de fréquences attribuées pour les stations terrestres fixes dans tout le spectre. Les valeurs du graphique sont résumées dans le tableau ci-dessous.

Nombre total de fréquences attribuées pour les stations terrestres fixes
Plage de fréquences Nombre d'attributions
953-960 MHz 1314
1700-1710 MHz 1477
1780-1850 MHz 477
2025-2110 MHz 2474
2200-2285 MHz 896
3700-4200 MHz 133
5925-6425 MHz 3973
6425-6930 MHz 3420
6930-7125 MHz 2295
7125-7725 MHz 2942
7725-8275 MHz 1051
8275-8500 MHz 473
10550-10595 MHz 991
10615-10660 MHz 991
10700-11700 MHz 3617
12700-13250 MHz 2618
14500-14875 MHz 3597
14875-14975 MHz 212
14795-15350 MHz 3605
17800-18300 MHz 4671
19300-19700 MHz 4672
21800-22400 MHz 3609
23000-23600 MHz 3611

Voici quelques-uns des points clés du rapport d'inventaire qui sont utiles à la présente étude :

  • Les bandes 11 GHz, 14 GHz, 18 GHz et 23 GHz connaissent une croissance exponentielle sur le plan des fréquences attribuées. Cette situation est vraisemblablement entraînée par les besoins de capacité croissants à l'appui des réseaux cellulaires et d'accès large bande;
  • C'est la bande de 18 GHz qui a fait l'objet du plus grand nombre d'attributions de fréquences au Canada, pour la plupart en Ontario, avec près 4 600 attributions;
  • La bande 5 925-6 425 MHz arrive au deuxième rang pour le nombre de fréquences attribuées, avec près de 4 000 attributions. Ici, le principal facteur est probablement le réaménagement des canaux d'une partie de la bande pour appuyer les systèmes hyperfréquences de faible capacité par l'aménagement d'un plus grand nombre de canaux à bande étroite;
  • En moyenne, environ 65 % des liaisons de raccordement sont situées dans des zones non métropolitaines;
  • Le nombre d'attributions dans les zones métropolitaines tend à être plus grand dans les bandes au-dessus de 14 GHz, sauf pour la bande 6 930-7 125 MHz.
  • Le rapport d'inventaire indique de nouvelles fréquences pour les liaisons de raccordement au-dessous de 10 GHz, dans les bandes 7 975-8 025 MHz et 3 700-4 200 MHz, et au-dessus de 10 GHz, dans les bandes 12,7-13,2 GHz et 28 GHz.
  • Nous remarquons que 600 + 600 MHz de spectre hyperfréquence fixe a été réservé depuis le début des années 1990 dans les bandes appariées 21,2-21,8/22,4-23,0 GHz. Ces bandes sont adjacentes au spectre apparié populaire dans les bandes 21,8-22,4/23,0-23,6 GHz, pour lesquelles la technologie existe déjà.
  • On peut aussi constater que malgré l'accessibilité de technologie appropriée, il existe du spectre non attribué dans la gamme 31 GHz, qui pourrait augmenter le spectre pour les installations de raccordement hyperfréquences.

6.3.3 Analyse de l'apport des intervenants et de la recherche

Observations des intervenants

  • Les fournisseurs de service soulignent les avantages suivants des installations de raccordement hyperfréquences :
    • L'hyperfréquence offre un moyen économique de déployer rapidement des installations et de transporter le trafic des stations cellulaires aux points d'agrégation. Ceci est particulièrement important pour les nouveaux venus qui disposent d'infrastructures filaires et à fibres optiques limitées.
    • Les liaisons de raccordement hyperfréquences appuient les réseaux de distribution large bande. Certains nœudsAFSF large bande sont passés de 36 Mbit/s à 150 Mbit/s et il est prévu d'augmenter davantage la capacité dans un avenir proche.
    • Actuellement, les sites HSPA ont recours à des liaisons de raccordement hyperfréquences de 150 Mbit/s de capacité. Ces liaisons peuvent prendre en charge 220 Mbit/s. Lorsque les sites LTE seront lancés, la capacité sera portée à 530 Mbit/s.
    • Avec l'agrégation de trafic en relais de raccordement multisauts, la capacité de ces sauts est de deux à trois fois supérieure à celle d'un site occupé moyen.
  • Les fournisseurs de service donnent aussi leur point de vue sur les besoins futurs :
    • Le déploiement de la technologie 4G, pour les services large bande, entraînera un énorme bond de la demande de capacité des liaisons de raccordement au cours des cinq prochaines années.
    • Une entreprise de services locaux titulaire (ESLT) prévoit une croissance exponentielle des besoins en capacité de liaisons de raccordement dans le s prochaines années.
    • Un fournisseur de gros de liaisons de raccordement hyperfréquences prévoit une croissance annuelle de 20 % des besoins en capacité de liaisons de raccordement en hyperfréquences, entraînée par la largeur de bande exigée par les entreprises.
    • Un autre exploitant, discutant des zones fortement congestionnées de Toronto et d'Ottawa, suggère que ses besoins en capacité de liaisons de raccordement se multiplieront par 25 au cours des cinq prochaines années.
  • Les commentaires de certains indiquent qu'ils passent à la fibre optique pour réaliser des économies :
    • On fait remarquer qu'avec le temps, il faudra ménager plusieurs canaux hyperfréquences par liaison, ce qui coûte plus cher que les installations à fibres optiques. On prévoit donc une augmentation de l'emploi des systèmes à fibres optiques pour les liaisons de raccordement.
    • Un service public d'électricité signale qu'il a déjà remplacé des liaisons hyperfréquences par des liaisons à fibres optiques, en raison des avantages économiques à long terme qu'il y trouvera.
    • Une autre grande ESLT et ESLC indique que la plupart de ses routes de gros trafic ont été déplacées des liaisons hyperfréquences à la fibre. Elle signale aussi que la majorité de ses routes de trafic léger qui ont plus de deux sauts seront remplacées par la fibre optique d'ici cinq ans. Toutefois, dans un avenir prévisible, elle prévoit utiliser les liaisons de raccordement hyperfréquences pour la commutation du transport des bureaux et pour l'accès aux sites éloignés, où les coûts de la fibre optique sont prohibitifs.
    • Au lieu de déployer des systèmes à hyperfréquences de plus grande capacité, un fournisseur de service d'infrastructure signale qu'il continue de maintenir de la fibre noire et des installations à fibres optiques louées pour regrouper le trafic et décharger les liaisons hyperfréquences surutilisées. Bien que cette solution aide à alléger les besoins à court terme dans les corridors à fort trafic, elle ne répond pas aux besoins de redondance de certaines entreprises canadiennes.
  • Plusieurs intervenants abordent la question de l'utilisation courante de diverses bandes.
    • On signale que les bandes utilisées en fonction des diverses distances de sauts sont les suivantes:
      • Longues distances de sauts : 6, 7, 8 GHz
      • Moyennes distances de sauts : 11, 15 GHz
      • Courtes distances de sauts : 18, 23 GHz
    • Certains font remarquer que dans certains cas, les bandesAFSF de 24 et de 28 GHz, et même de 38 GHz pour les applications point-multipoint, sont traitées davantage comme des bandes de liaisons de raccordement et comme des canaux large bande vers les entreprises.
    • Étant donné que le prolongement des réseaux dans les régions rurales nécessite de longues distances de sauts et des fréquences sous 10 GHz, on soulève des inquiétudes au sujet de la largeur de bande de canal disponible limitée de 30 MHz.
    • Une ESLT provinciale a recours à un système à hyperfréquences mixte de 2, 6 et 8 GHz dans les régions rurales et nordiques éloignées.
    • Les nouveaux venus utilisent plusieurs bandes pour les liaisons de raccordement, dont les bandes de 11 GHz, de 14 GHz, de 18 GHz et de 23 GHz, ainsi que les bandes de 24 GHz et de 38 GHz dans les grands centres urbains. La capacité de transmission va de 30 Mbit/s à 227 Mbit/s avec une largeur de canal de 4 MHz à 10 MHz. Dans de nombreux cas, les entreprises ne disposant pas d'installations filaires entrevoient une croissance annuelle de 50 % de l'utilisation des attributions d'hyperfréquences.
    • Un grand fournisseur de service large bande indique qu'il utilise les quatre bandes principales au-dessus de 10 GHz dans une largeur de bande allant de 30 MHz à 50 MHz, pour prendre en charge une capacité pouvant atteindre 300 Mbit/s suivant le nombre de sauts de relais. La première liaison à partir d'un point de présence (POP), où la liaison est reliée à l'installation de raccordement à fibres optiques, a la plus grande capacité de transmission. Prochainement, avec l'arrivée de la large bande 4G, la capacité minimale des liaisons de raccordement hyperfréquences devrait être portée à 150 Mbit/s. Par conséquent, la dernière liaison en hyperfréquences raccordée au réseau à fibres optiques pour trois ou quatre sites large bande nécessitera une capacité de 500 Mbit/s.
    • Un exploitant de réseau cellulaire national signale qu'il utilise principalement les bandes de 11 et de 18 GHz pour les liaisons de raccordement hyperfréquences. Ces liaisons sont principalement utilisées dans les zones mi-urbaines et le besoin de capacité prévu dans cinq ans est de 1 Gbit/s, suivant la progression ci-dessous :
      • 2011 – 134 Mbit/s;
      • 2012 – 300 Mbit/s;
      • 2013 – 500 Mbit/s;
      • 2014 – 750 Mbit/s;
      • 2015 – 1 Gbit/s.

      Depuis cinq ans, l'exploitant préfère la fibre optique à l'hyperfréquence pour les liaisons de raccordement de moyenne portée. La capacité pour ces liaisons hyperfréquences a bondi de 15 Mbit/s à 135 Mbit/s par saut de transmission hertzienne.

    • Selon un exploitant muni d'installations, ses liaisons de raccordement hyperfréquences ont atteint plus de 70 % d'utilisation sur certains sauts et il devra trouver une solution à court terme pour soutenir la charge croissante de trafic. Il prévoit que les marchés à haut taux d'utilisation du spectre, comme le Grand Toronto, Montréal, Calgary et Vancouver, se trouveront à 80 % -100 % de la capacité d'ici cinq ans.
  • Comme prévu, les répondants indiquent que certaines bandes deviennent congestionnées dans certaines régions :
    • La congestion s'amplifie autour de Toronto et d'Ottawa dans les bandes de 18 GHz et de 23 GHz, en raison de l'arrivée de nouveaux exploitants cellulaires.
    • Une ESLC indique avoir des difficultés dans la coordination des fréquences dans la bande 11 GHz à Toronto, destinée à éliminer le brouillage d'autres utilisateurs. Ce genre de problème existe dans le Grand Toronto (GT) et dans le Grand Vancouver (GV), où la bande de 11 GHz est congestionnée.
    • Le GT, le GV, Calgary, Edmonton et Montréal présentent aussi un haut taux d'utilisation dans la bande de 18 GHz.
    • On suggère qu'il y a de graves problèmes de congestion dans la bande de 11 GHz en Ontario en raison du moratoire sur la bande de 15 GHz, qui a pour effet le déplacement de nombreuses liaisons dans la bande de 11 GHz. En outre, le réseau LTE entraîne davantage d'encombrement dans la bande de 11 GHz dans les régions urbaines. La bande de 6 GHz pourrait présenter des problèmes dans les régions rurales en raison de l'expansion continue des réseaux et des multiples longues distances de sauts nécessaires. En réalité, on signale que la partie supérieure de la bande de 6 GHz est déjà congestionnée en Alberta.
  • Il existe quelques exceptions chez les exploitants régionaux, qui indiquent disposer de suffisamment de spectre pour leurs besoins :
    • Une ESLC provinciale utilise les bandes de 2, 6, 7, 11, 18, 24 et 38 GHz pour établir des installations de raccordement pour le trafic mobile et large bande. L'exploitant ne subit aucun problème de congestion, et n'entrevoit aucune congestion au cours des cinq prochaines années.
    • Un autre exploitant régional indique qu'il utilise beaucoup l'infrastructure à fibres optiques. Les liaisons hyperfréquences ne sont utilisées que dans les régions éloignées, où le déploiement de la fibre optique est trop difficile et hors de prix. Dans ces zones éloignées, le nombre de canaux disponibles dans les bandes de 6 et de 8 GHz est suffisant pour fournir la capacité nécessaire aujourd'hui et dans un avenir prévisible.
  • Certains répondants font des recommandations :
    • Des fréquences devraient être attribuées dans la bande de 13 GHz, qui présente des caractéristiques de propagation analogues à celles de la bande de 11 GHz, ainsi que dans la bande de 80 GHz, qui est utile pour fournir plusieurs accès gigabits dans les zones urbaines densément peuplées. Il existe actuellement de l'équipement de fournisseurs radio canadiens et américains pour les deux bandes.
    • Les canaux de 50 MHz sont particulièrement à privilégier, parce qu'ils maximisent le potentiel du matériel. Tout le nouveau matériel à hyperfréquences actuellement déployé est en mesure de prendre en charge des canaux de 50 MHz, mais il est généralement utilisé uniquement avec des canaux de 30 MHz. C'est 40 % du potentiel de la radio qui est inutilisé dans ce cas.
    • Utiliser la polarisation croisée dans la mesure du possible, pour maximiser la capacité sur un même canal.
    • Veiller à utiliser la modulation adaptative (jusqu'à 256-QAM) pour fournir les débits binaires « au mieux » les plus élevés possible.
    • Déployer la fibre optique dans la mesure du réalisable, car elle présente une meilleure extensibilité.
    • Les systèmes exploitant la bande de 11 GHz utilisent des schémas de modulation élevée pouvant atteindre 256-QAM, avec une bonne propagation et de petites largeurs de bande de 30 MHz–40 MHz; le rendement spectral permet d'atteindre une capacité de 200 Mbit/s. De plus, le rendement spectral est doublé par l'emploi de deux liaisons hyperfréquences indépendantes, en utilisant une seule paire attribuée aux deux polarités le long du même trajet. Cette configuration prend en charge un trafic agrégé dépassant les 400 Mbit/s. Avec l'autorisation d'utiliser la largeur de canal de 50 MHz, les systèmes radio peuvent atteindre les mêmes 400 Mbit/s à 256-QAM sur une seule radio et 800 Mbit/s à 256-QAM, en employant deux systèmes radio.

Recherche et analyse

Dans l'étude des tendances des autres marchés, le marché des États-Unis a été examiné. On constate qu'il existe plusieurs parallèles entre les marchés canadien et américain.

Un rapport de la FCC de 2009Note de bas de page 22 sur la concurrence dans le sans-fil mobile résume la situation des installations de raccordement appuyant les réseaux cellulaires. Le rapport signale qu'en raison de la croissance du trafic voix et données mobile, les installations de raccordement existantes doivent prendre en charge une capacité de transmission accrue et, souvent, nécessitent des réaménagements importants. L'étude américaine fait remarquer que la capacité de raccordement des stations cellulaires a été multipliée par quatre entre 2007 et 2011.

Trois technologies principalesNote de bas de page 23 sont employées pour la transmission de raccordement, soit les systèmes filaires numériques, à hyperfréquences fixes et à fibres optiques. L'étude américaine estime qu'en 2009, quelque 71 % du trafic de raccordement étaient acheminés sur lignes filaires, 16,8 % par les systèmes à fibres optiques et 12,3 % par transmission en hyperfréquences. Par rapport à 2005, la part des systèmes filaires a diminué de 15 % au profit des systèmes à fibres optiques, 11 %, et des systèmes à hyperfréquences, 4 %.

La situation canadienne ressemble beaucoup à ce qui se passe aux États-Unis. Plusieurs tendances dans le marché mobile ont entraîné des demandes accrues en capacité de raccordement. La croissance rapide des dispositifs informatiques mobiles intégrant vidéo et navigation Internet a entraîné une hausse de consommation de bande passante beaucoup plus élevée que ce qui avait été prévu. Avec l'accélération du taux de pénétration des téléphones intelligents, les services de données comptent pour un pourcentage dominant du trafic global. Le rapport américain indique que le trafic de données mobile croît à des taux exponentiels et que les prix concurrentiels des services Internet mobiles permettent aux abonnés de consommer davantage. On prévoit que l'expérience américaine va se reproduire au Canada.

Le déploiement des réseaux HSPA et HSPA+, accompagné de vitesses de transmission accrues, la disponibilité des téléphones intelligents haut de gamme et des tablettes, des cartes AirCard pour les portables et les miniportatifs et un nombre toujours croissant d'applications, augmenteront considérablement les besoins en capacité de liaisons de raccordement. Et la pression exercée sur les installations de raccordement sera probablement encore accrue au cours de l'an prochain, avec le déploiement des réseaux mobiles 4G qui offrent une vitesse d'accès beaucoup plus élevée.

Au Canada, les compagnies de téléphone ont construit des installations de distribution filaires et à fibres optiques importantes dans les zones à forte densité de population, le long des principales autoroutes et dans de nombreuses localités rurales. De même, les câblodistributeurs ont établi des installations de distribution à fibres optiques importantes dans les zones à forte densité de population et entre diverses villes. Ces installations prennent en charge les besoins de leurs services cellulaires et large bande. Les nouveaux exploitants doivent relever le défi de déployer leurs propres installations en temps opportun. En conséquence, nombreux sont les nouveaux venus qui doivent négocier l'utilisation d'installations de raccordement des exploitants existants.

Un nombre considérable d'installations à fibres optiques appuient un grand nombre de projets large bande provinciaux. Dans les villes, le trafic d'un groupe de trois à cinq stations cellulaires est souvent acheminé à une station de contrôle centrale par liaisons hyperfréquences agrégées, puis sur des anneaux de raccordement à fibres optiques et des systèmes numériques filaires. Le trafic cellulaire peut être généralement délesté en n'importe lequel des nombreux points d'un réseau cellulaire. Dans les zones suburbaines et rurales, les installations de raccordement hyperfréquences acheminent souvent le trafic mobile sur quelques sauts radio et il y a accumulation de trafic à mesure que s'ajoute le trafic de stations cellulaires.

Le rapport d'inventaire présente la synthèse du nombre d'attributions de fréquences pour les bandes hyperfréquences bidirectionnelles entre 2 GHz et 38 GHz. Un certain nombre de ces bandes a été défini comme spectre principal pour les installations de raccordement à l'appui du nombre croissant de réseaux cellulaires et des systèmes d'accès sans fil large bande. Les bandes hyperfréquences au-dessus de 10 GHz conviennent bien aux courts sauts (distance de transmission généralement inférieure à 16 km), pour relier les stations cellulaires et les nœuds d'accès large bande directement aux réseaux ou par l'intermédiaire d'autres installations de raccordement. Les bandes hyperfréquences sous 10 GHz prennent en charge des distances de sauts beaucoup plus longues (de 20 à 50 km) et conviennent mieux pour les systèmes de transmission en hyperfréquences interurbains de moyenne à longue portée.

L'étude est centrée sur les installations de raccordement hyperfréquences servant à transporter le trafic des réseaux fixes et cellulaires. Plusieurs technologies de liaisons de raccordement sont déployées pour répondre à la demande de trafic en croissance continue des réseaux cellulaires et Internet large bande. Les principales installations filaires sont celles des exploitants de systèmes filaires numériques et de systèmes à fibres optiques.

Autre solution de rechange du raccordement en hyperfréquences, les systèmes fixes par satellite en tuyau coudé assurent souvent le raccordement vers les communautés nordiques et éloignées.

Cette section de l'étude est axée sur les liaisons de raccordement en hyperfréquences dans les bandes de 10 à 23 GHz. Ces installations sont très utilisées dans les zones urbaines et suburbaines. Elles sont aussi largement déployées comme liaisons de courte portée dans le transport du trafic des stations cellulaires et du service large bande fixe en zone rurale.

Résultat de l'analyse

Pour donner une idée de la concentration des stations cellulaires et des installations de raccordement en hyperfréquences associées au Canada, nous avons examiné la répartition des stations de base dans le paysNote de bas de page 24. Il est possible de faire une évaluation relativement satisfaisante, bien qu'elle ne soit pas précise, des besoins en liaisons de raccordement, en tenant pour acquis l'emploi d'une combinaison d'installations de transmission, dont les liaisons de raccordement hyperfréquences. Cette hypothèse, plus les renseignements présentés dans le rapport d'inventaire et dans d'autres sources, a été utilisée pour établir les prévisions figurant dans le tableau ci-dessous. Le tableau présente une estimation de la densité d'attributions de fréquences par 100 km2 dans les villes ontariennes.

(Source : analyse de Red Mobile portant sur les villes ontariennes, fondée sur les figures 2.2 et 2.3 du rapport d'inventaire et sur d'autres sources, comme il a été mentionné)

Tableau 6.3.1 — Estimation des zones de plus haute densité de fréquences attribuées au Canada, tenant pour acquis que les villes ont une superficie égale à 10 % de la couverture cellulaire
Bande
(LB)
Nombre total d'attributions de fréquences [AF] au Canada Pourcentage d'AF dans les villes canadiennes Partie des AF de villes canadiennes dans les villes ontariennes Est. du nombre d'AF dans les villes d'Ontario Est. de la superficie des villes ont. (10 % de la couverture cell. de 150 000 km2)
[km2]
Densité d'AF par 100 km2 dans les villes d'Ontario [AF/100 km2]
11 GHz

500 + 500
(Auj. 375 + 375) MHz
3 700 AF 23 %

(851 AF)
45 %

(c.-à-d. 383 AF sur 851)
383 AF 15 000 2,5
14 GHz

375 + 375 (Auj. 215 + 215) MHz
7 400 AF 33 %

(2 442 AF)
47 % 1 150 AF 15 000 7,7
18 GHz

500 + 500
MHz
9 600 AF 53 %

(5 088 AF)
45 % 2 290 AF 15 000 15,3
23 GHz

600 + 600
MHz
7 200 AF 75 %

(5 400 AF)
40 % 2 160 AF 15 000 14,4

Source : analyse de Red Mobile portant sur les villes ontariennes, fondée sur les figures 2.2 et 2.3 du rapport d’inventaire et sur d’autres sources, comme il a été mentionné


On peut constater que la région de l'Ontario compte entre 40 % et 50 % de toutes les attributions de fréquences du pays dans les quatre bandes principales. L'évaluation de la densité de spectre dans les villes ontariennes constitue une bonne approximation des zones de plus haute densité d'attributions de fréquences du Canada.

Voici quelques observations supplémentaires tirées d'interviews et de l'examen de documents de recherche et de participants de l'industrie :

  • Les bandes de 11 GHz, de 14 GHz, de 18 GHz et de 23 GHz sont d'un grand intérêt pour les liaisons de raccordement des réseaux large bande et cellulaires. Une quantité considérable de spectre a été réaménagée dans les bandes de 11 GHz et de 14 GHz pour prendre en charge le trafic de RDD par satellite et des services militaires, dernièrement.
  • Les bandes de 11 GHz et de 18 GHz sont les bandes hyperfréquences les plus populaires auprès des entreprises de service sans fil. Dans certaines régions, on évalue respectivement à 20 % et à 35 % le spectre libre dans les bandes de 11 GHz et 18 GHz, grâce à une planification efficace du spectre. À l'opposé, dans d'autres régions, comme à London et à Ottawa, il reste peu de fréquences libres dans la bande de 11 GHz.
  • On a besoin de liaisons hyperfréquences de largeur de bande supérieure à 30 MHz (50 MHz et plus) et de plus grande capacité, en raison de la croissance incessante du trafic de données mobile;
  • Il existe de l'intérêt pour les liaisons de raccordement hyperfréquences dans la bande 4 GHz. Cette bande est actuellement sous-utilisée.

6.3.4 Demande de services et de spectre

À l'instar des autres services, les projections de demande de service en fonction du trafic ont d'abord été établies, puis, après étude plus approfondie et analyse, les hypothèses pertinentes ont été utilisées pour convertir ces projections de trafic en demande de spectre. Ces dernières ont été modélisées pour calculer les prévisions de demande spectre.

Demande de services : analyse du marché

On estime qu'il existe environ 28 000 liaisons de raccordement hyperfréquences bidirectionnelles, dans une répartition approximative d'un peu plus de 75 % (21 500) pour les réseaux fixes et 6 500 pour le cellulaire. Les liaisons de raccordement hyperfréquences des réseaux fixes se trouvent davantage dans des emplacements ruraux éloignés/à faible densité de population; les liaisons de raccordement du cellulaire sont distribuées dans les zones urbaines et rurales.

Lorsque les liaisons achalandées atteignent leur capacité et qu'elles doivent être mises à niveau et en raison du changement du rapport économique fibre optique-faisceau hertzien, il y a un délestage continu de liaisons et de trafic des systèmes à hyperfréquences aux systèmes à fibres optiques.

On prévoit que le trafic transporté par ces liaisons gagnera en volume, mais diminuera par rapport au trafic total transporté par les réseaux de télécommunications cellulaires, comme suit :

  • Pour les réseaux fixes, la proportion du trafic réseau fixe transporté par liaisons de raccordement hyperfréquences chute de 10 % à 5 % au cours de la période 2010-2015.
  • Pour les réseaux cellulaires, la proportion du trafic réseau fixe transporté par liaisons de raccordement hyperfréquences chute de 50 % à 25 % au cours de la même période.

Dans les deux cas, cela signifie que le volume de trafic transporté par liaisons de raccordement hyperfréquences continue de croître, mais à un rythme plus lent que le trafic total circulant dans les réseaux.

La figure 6.3.2, ci-dessous, indique la croissance prévue du trafic sur les liaisons de raccordement hyperfréquences. Le trafic des réseaux fixes domine, mais le cellulaire compte pour une proportion du trafic total qui augmente au fil des ans.

Figure 6.3.2 — Croissance du trafic, liaisons de raccordement hyperfréquences

Croissance du trafic, liaisons de raccordement hyperfréquences (la description détaillée se trouve sous l'image)

Source : projections de Red Mobile

Description de la figure 6.3.2

Ce graphique présente la croissance du trafic, liaisons de raccordement hyperfréquences, pour les réseaux de service fixe et de téléphonie cellulaire. La croissance du trafic de 2007 à 2015 est résumée dans le tableau ci-dessous.

Croissance du trafic, liaisons de raccordement hyperfréquences
Liaison terrestre - service fixe Liaison terrestre - téléphonie mobile
2007 12 480 000 961 248
2008 17 280 000 1 149 540
2009 21 120 000 1 397 125
2010 28 800 000 1 973 214
2011 38 880 000 3 879 868
2012 48 000 000 7 347 672
2013 58 800 000 12 693 111
2014 72 000 000 17 473 288
2015 84 000 000 21 010 500

Hypothèses clés et relations entre demande de service et demande de spectre

Des hypothèses distinctes sont présentées pour les raccordements vers les réseaux fixes et vers les réseaux cellulaires.

Les principales hypothèses visant les liaisons de raccordement des réseaux fixes sont les suivantes :

  • Le trafic de données des réseaux fixes pour les abonnés résidentiels, de 15 Go/abonné/mois en 2010, augmente à 90 Go en 2015.
  • Ce trafic est multiplié par un facteur de 1,6 pour prendre en compte le trafic non résidentiel et le trafic vocal (non-données).
  • Le nombre de liaisons diminue au rythme de 5 % par an.
  • En 2015, 10 % du trafic de raccordement en hyperfréquences des réseaux fixes seront acheminés par des liaisons de 38 GHz ou de fréquence supérieure. Le trafic circulant dans ces liaisons est inclus dans les volumes de trafic prévus pour le service de raccordement en hyperfréquences, mais il est soustrait avant le calcul de la demande de spectre.
  • Le trafic de l'heure de pointe est 3,5 fois plus volumineux que celui de l'heure moyenne et la marge de sécurité nécessaire (notamment pour réduire au minimum la latence et pour livrer les débits en rafale aux utilisateurs) est égale à six fois le trafic de l'heure moyenne (environ 1,7 fois le trafic de l'heure de pointe).
  • Un facteur de deux est appliqué pour tenir compte des deux architectures d'acheminement/en anneau.
  • Un facteur de deux est aussi appliqué à la capacité nécessaire, pour permettre une certaine croissance future du trafic sans besoin d'installer d'autres équipements.
  • Le rendement spectral est de 4 bits/s/Hz et augmente de 5 % par an.
  • Les liaisons de raccordement sont souvent configurées pour fonctionner en série. Une liaison achalandée doit être dimensionnée pour transporter un volume de trafic égal à six fois le trafic circulant sur une liaison moyenne.
  • Quand il existe plusieurs exploitants dans le même voisinage, les liaisons de raccordement sont autorisées par licence et mises en œuvre de manière coordonnée par les exploitants. Un facteur de réutilisation des fréquences de trois est suffisant pour éliminer les risques de brouillage entre les liaisons voisines/coalignées.
  • Le spectre pour les liaisons de raccordement est toujours apparié.
  • Donc, au total, il est tenu pour acquis que lorsqu'une liaison achalandée (c.-à-d. la liaison pour le site du réseau d'accès radioélectrique (RAN) le plus proche du réseau central) est dimensionnée, elle doit l'être de manière à prendre en charge le trafic moyen de ce site RAN, majoré comme suit :
    • Multiplié par 6 pour l'heure de pointe et pour la marge nécessaire pour le site RAN;
    • Multiplié une autre fois par 6 pour la liaison achalandée, c.-à-d. transportant aussi le trafic de 5 autres sites RAN;
    • Multiplié par 3 pour l'architecture en anneau/la résilience, c.-à-d. que la liaison doit pouvoir transporter la charge supplémentaire en cas de panne ailleurs dans l'anneau de raccordement;
    • Multiplié par 2 pour la pérennité.
  • C'est donc dire que le grand total est d'environ 200 fois le trafic de l'heure moyenne dans le site RAN.

Les principales hypothèses visant les liaison s de raccordement de réseaux cellulaires sont les suivantes :

  • Le trafic voix et données des réseaux cellulaires pour les abonnés résidentiels est décrit dans la section Services cellulaires de ce rapport.
  • Le nombre de liaisons augmente de 10 % par an.
  • En 2015, 15 % du trafic de raccordement en hyperfréquences des réseaux cellulaires seront acheminés sur des liaisons de 38 GHz ou de fréquence supérieure. Comme dans le cas du raccordement des réseaux fixes, ce trafic est pris en compte dans les volumes de trafic prévus, mais il en est soustrait avant le calcul de la demande de spectre.
  • Quand il existe plusieurs exploitants dans le même voisinage, les liaisons de raccordement de réseau cellulaire sont autorisées par licence et mises en œuvre de manière coordonnée par les exploitants. Un facteur de réutilisation des fréquences de six est suffisant pour éliminer les risques de brouillage entre les liaisons voisines/coalignées.
  • Les hypothèses visant les autres paramètres — heure de pointe, capacité nécessaire, capacité pour croissance future, rendement spectral, dimensionnement pour liaisons achalandées et appariement — sont les mêmes que pour les liaisons de raccordement des réseaux fixes.

Demande de spectre

La figure 6.3.3 indique la croissance de la demande de spectre. On prévoit que cette demande sera multipliée par trois environ, soit une croissance légèrement inférieure à celle du trafic.

Les facteurs entraînant cet écart sont les améliorations du rendement spectral et l'emploi de fréquences au-dessus de 38 GHz.

Il y a aussi un déplacement du spectre nécessaire des liaisons de raccordement de réseaux fixes vers celles des réseaux cellulaires, en raison de la croissance plus rapide du trafic dans les réseaux cellulaires. Ce déplacement est toutefois légèrement compensé par l'augmentation du nombre de liaisons de raccordement pour le cellulaire.

Figure 6.3.3 — Demande de spectre, liaisons de raccordement hyperfréquences

Demande de spectre, liaisons de raccordement hyperfréquences (la description détaillée se trouve sous l'image)

Source : analyse de Red Mobile et de PA et modélisation PRISM de PA

Description de la figure 6.3.3

Ce graphique illustre la demande de de spectre, liaisons de raccordement hyperfréquences, en MHz, pour les réseaux de service fixe et les réseaux de téléphonie cellulaire. La demande de spectre entre 2007 et 2015 est résumée dans le tableau ci-dessous.

Demande de spectre, liaisons de raccordement hyperfréquences
Liaison terrestre - service fixe Liaison terrestre - téléphonie mobile
2007 307 MHz 79 MHz
2008 426 MHz 90 MHz
2009 522 MHz 103 MHz
2010 713 MHz 164 MHz
2011 965 MHz 276 MHz
2012 1 195 MHz 463 MHz
2013 1 438 MHz 667 MHz
2014 1 693 MHz 726 MHz
2015 1 896 MHz 708 MHz

À l'instar de certains autres services, certains facteurs non pris en compte dans les projections (ci-dessus) pourraient vraisemblablement créer une boucle d'équilibrage de la demande. Ainsi, dans le cas où des contraintes de spectre s'exerceraient sur les exploitants, ces derniers disposent d'options viables leur permettant d'atténuer ces contraintes, moyennant certains coûts. Ils pourraient, par exemple, délester un plus grand pourcentage du trafic vers la fibre optique, lorsque c'est possible, pour les zones/liaisons à forte demande, ou encore remplacer un plus grand nombre de fréquences par des fréquences au-dessus de 38 GHz, là où c'est réalisable.

Évaluation des autres scénarios

Les projections visant le trafic et la demande de spectre pour les liaisons de raccordement hyperfréquences sont représentées aux figures 6.3.4 et 6.3.5.

Les principales différences que présentent les autres scénarios sont les suivantes :

Scénario 2

  • Croissance de trafic accrue : en 2015, 1,5 fois plus de trafic pour les réseaux fixes et deux fois plus de trafic pour les réseaux cellulaires que dans le cas du scénario 1.
  • Diminution accélérée de la part du trafic acheminée par liaisons de raccordement hyperfréquences : en 2015, elle tombe à 4 % du trafic de raccordement des réseaux fixes par rapport à 5 %.
  • Adoption accélérée des fréquences au-dessus de 38 GHz, deux fois plus rapide que dans le scénario 1.
  • Amélioration accélérée du rendement spectral, à 7 % par an par rapport à 5 %.

Scénario 3

Comme dans le cas des autres services, la croissance du trafic dans les réseaux fixes et cellulaires prévue pour le scénario 3 est la même que pour le scénario 1. Toutefois, les investissements réduits dans les installations fixes inhérents au scénario 3 ont pour effet ici d'augmenter le trafic transporté sur les liaisons de raccordement hyperfréquences. Ainsi, les écarts du scénario 3 proviennent principalement des points suivants :

  • Le scénario 3 prévoit moins d'investissements dans les liaisons de raccordement à fibres optiques des réseaux fixes, ce qui entraîne le ralentissement de 30 % de la diminution de la part de trafic acheminée par liaisons de raccordement hyperfréquences au cours de la période 2010-2015 — part qui chute à 7 % du trafic de raccordement des réseaux fixes plutôt qu'à 5 %. Dans ce scénario, le volume du trafic transporté par liaisons de raccordement hyperfréquences est ainsi 50 % plus élevé que dans les résultats du scénario 1.
  • Les investissements réduits dans les liaisons de raccordement à fibres optiques entraînent aussi une croissance annuelle de 5 % du nombre de liaisons de raccordement hyperfréquences des réseaux fixes.
  • Il y a peu ou pas de migration vers les fréquences au-dessus de 38 GHz.
  • Le rendement spectral croît de 3 % par an plutôt que de 5 %.

Le résultat net de ces écarts est que le scénario 3 (Investissements faibles) entraîne le plus haut volume de trafic par liaisons de raccordement hyperfréquences en 2015.

Figure 6.3.4 — Trafic de raccordement en hyperfréquences, par scénario

Trafic de raccordement en hyperfréquences, par scénario (la description détaillée se trouve sous l'image)

Source: projections de Red Mobile

Description de la figure 6.3.4

Ce graphique illustre la croissance totale du trafic pour les liaisons de raccordement hyperfréquences, en Go/mois, pour chacun des trois scénarios. La croissance du trafic entre 2010 et 2015 est résumée dans le tableau ci-dessous.

Trafic de raccordement en hyperfréquences, par scénario
Liaison terrestre CONT Inv. faibles
2010 30 773 214 30 773 214 30 773 214
2011 42 759 698 43 276 668 43 790 792
2012 55 347 672 58 921 871 62 350 539
2013 71 493 111 80 410 314 88 592 659
2014 89 473 288 106 367 119 121 960 620
2015 105 010 500 131 880 390 157 453 253

Quand elle est convertie en demande de spectre, la croissance accrue du trafic dans les scénarios 2 et 3 est compensée par les différences de rendement spectral, de taux de croissance/conservation des liaisons hyperfréquences et de délestage vers les fréquences au-dessus de 38 GHz.

Le graphique ci-dessous représente les projections de demande de spectre pour les trois scénarios. Le résultat net est que la demande de spectre est à peu près identique pour les scénarios 1 et 2 et légèrement plus élevée pour le scénario 3.

Figure 6.3.5 Liaisons de raccordement en hyperfréquences – demande de spectre par scénario

Liaisons de raccordement en hyperfréquences – demande de spectre par scénario (la description détaillée se trouve sous l'image)

Source: projections de Red Mobile

Description de la figure 6.3.5

Ce graphique illustre la demande totale de fréquences pour les liaisons de raccordement hyperfréquences, en MHz, pour chacun des trois scénarios. La demande de spectre entre 2010 et 2015 est résumée dans le tableau ci-dessous.

Liaisons de raccordement en hyperfréquences – demande de spectre par scénario
Liaison terrestre CONT Inv. faibles
2010 878 MHz 878 MHz 3 394 MHz
2011 1 241 MHz 1 258 MHz 1 271 MHz
2012 1 658 MHz 1 721 MHz 1 750 MHz
2013 2 104 MHz 2 176 MHz 2 356 MHz
2014 2 419 MHz 2 475 MHz 2 935 MHz
2015 2 603 MHz 2 621 MHz 3 394 MHz

6.3.5 Conclusion

Dans l'étude, nous avons modélisé les volumes de trafic (Go/mois) relatifs des installations de raccordement en hyperfréquences dans les bandes hyperfréquences principales (c. à d. 11/14/18/23 GHz) utilisées pour transporter le trafic des réseaux cellulaires et large bandeAFSF (vers les centres collecteurs ou concentrateurs) pour la période 2010-2015. Ensuite nous avons converti ces volumes de trafic des réseaux cellulaires et fixes en demande de spectre, pour la même période.

Les résultats laissent croire qu'il y aura une augmentation de la demande de spectre dans les bandes de liaisons de raccordement hyperfréquences principales (c. à d. 11/14/18/23 GHz) durant la période 2010-2015, en raison de la croissance de trafic cellulaire entraînée par les réseaux HSPA et LTE et de l'utilisation accrue par les réseaux fixes de liaisons de raccordement hyperfréquences de grande capacité.

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