Guide Vertiv sur la technologie 5G

Le réseau 5G sera beaucoup plus dense que les réseaux 3G et 4G existants afin de tenir la double promesse consistant à garantir une meilleure bande passante et réduire la latence. Ainsi, nous assisterons à une recrudescence des sites cellulaires sur le réseau et chaque site abritera davantage d’équipements informatiques. Ce sont des différences importantes. Les opérateurs ne se contentent pas de renforcer leurs réseaux existants, ils créent de nouveaux réseaux sur la base de ces architectures 3G et 4G.

Ces différences se manifestent de différentes manières. L’ajout d’équipements informatiques sur le réseau exige de veiller particulièrement à la protection de l’environnement de ces composants électroniques sensibles. Cela implique des armoires et enceintes plus résistants, ainsi qu’un contrôle précis du refroidissement et de l’humidité. En général, le refroidissement de précision n’était pas nécessaire dans tous les environnements (sauf les contextes les plus extrêmes) de réseaux de télécommunications classiques, étant donné que ces réseaux, notamment la 3G et la 4G nécessitaient un équipement informatique minimal dans l’espace d’accès. Ce n’est pas le cas de la 5G.

L’intégration généralisée de systèmes informatiques au réseau entraîne une autre difficulté. Les équipements informatiques nécessitent beaucoup plus d’énergie pour fonctionner et sont donc généralement alimentés en courant alternatif, alors que les réseaux et équipements de télécommunications existants reposent sur une alimentation DC. De plus, des sources d’énergie alternatives sont utilisées pour renforcer l’alimentation des réseaux dans plusieurs régions du monde, et ces sources produisent également du courant continu. Ce fossé peut être comblé avec le bon partenaire. Vertiv possède une expertise approfondie et unique dans les domaines de l’informatique et des télécommunications qui peut aider les opérateurs à maîtriser des architectures d’alimentation électrique parfois peu familières.

Les solutions informatiques et l’alimentation AC sont intégrées depuis plusieurs années dans les sites centraux, et cette modernisation se poursuit. L’espace d’accès est la nouvelle frontière de la 5G, les sites de tours de téléphonie cellulaires subissent d’importantes modifications ou améliorations visant à prendre en charge la 5G et ces nouvelles ressources informatiques. Ces sites sont passés par de multiples architectures, de RAN à D-RAN, puis à C-RAN, pour aboutir à ce qui sera finalement le Cloud-RAN, c’est-à-dire un réseau cellulaire virtualisé qui transfère les charges de manière transparente entre les sites et les zones géographiques.

Ces architectures ont évolué afin de répondre aux exigences du réseau ; les équipements au sol ont été déplacés vers la tour et ceux à la base de la tour sont transférés vers des hubs centralisés en fonction des besoins en bande passante et en latence.

Les premières stations de base macro dotées d’une architecture de réseau d’accès radio (RAN) étaient constituées d’une tour cellulaire et d’une antenne, avec tous les équipements nécessaires à la base de la tour reliés à l’antenne par un câble coaxial. Ces types de sites nécessitaient plusieurs enceintes ou parfois des shelters plus grands hébergeant tous les équipements nécessaires.

Avec le réseau d’accès radio distribué (D-RAN), les têtes radio à distance (RRH) ont été déplacées de la base de la tour au sommet de la tour, à côté de l’antenne, et le câble coaxial a été remplacé par la fibre optique. Les autres équipements sont restés à la base. Le réseau D-RAN a permis de réduire la puissance nécessaire et d’améliorer la capacité du réseau en limitant la distance entre l’antenne et la radio, atténuant ainsi la perte de signal. L’utilisation de RRH sur la tour a également permis de réduire l’encombrement des équipements à la base de la tour.

L’évolution plus récente vers un réseau d’accès radio centralisé (C-RAN) a été plus bouleversante. Les architectures C-RAN ont pris en charge la 4G et ont permis de dégager les équipements de la base de la tour pour les centraliser ailleurs afin de desservir plusieurs sites. Cela a permis de réduire l’empreinte physique au niveau de la tour et d’offrir d’autres avantages liés à la surveillance et à l’entretien des équipements. De nombreux sites 4G actuels sont équipés des architectures C-RAN, mais le passage à la 5G nécessite une autre réévaluation de la conception des sites cellulaires.

Encore une fois, la promesse de la 5G repose sur la capacité des opérateurs à rapprocher l’informatique au plus près du consommateur, en commençant par là où ils ont déjà accès à un espace, au niveau des tours cellulaires. Le système C-RAN a permis d’éliminer les équipements informatiques de ces sites. Nous n’assisterons pas à un revirement immédiat, étant donné que ces sites C-RAN centralisés joueront un rôle dans la 5G, mais nous observerons le retour d’un grand nombre d’équipements informatiques au niveau de ces tours de téléphonie cellulaires, l’introduction du réseau d’accès radio ouvert (O-RAN), ainsi qu’une toute nouvelle vague de défis en matière de déploiement.

On a tendance à penser que la 5G se limite aux sites de tours cellulaires existants; cela constitue certainement l’un des objectifs de la campagne de déploiement mondial en cours. En réalité, cependant, la 5G peut être déployée dans les sites centraux, sur les nouveaux sites cellulaires et dans les équipements informatiques au niveau du Edge du réseau. Le réseau 5G est beaucoup plus dense et plus complexe que les générations précédentes, et son déploiement est un véritable défi.

Sur le site central, le but est de moderniser les installations existantes afin qu’elles puissent prendre en charge les serveurs informatiques nécessaires au trafic 5G. Les sites centraux classiques étaient des centres de commutation alimentés exclusivement en courant continu et avec une charge thermique de 2 à 3 kW qui nécessitait peu de refroidissement. La 5G change tout. Les câbles en cuivre et les commutateurs de ligne ont été éliminés et remplacés par des racks de serveurs, des systèmes d’energie DC supplémentaires et/ou des onduleurs AC, ainsi que des unités de refroidissement de précision capables de gérer la charge thermique correspondante.

Ce sont là des différences fondamentales entre les architectures des télécommunications et de l’informatique depuis des décennies. Le secteur des télécommunications s’appuie sur l’alimentation DC pour faire fonctionner le réseau et nécessite un refroidissement minimal. Les datacenters et les installations informatiques alimentent leurs serveurs en courant alternatif. Par ailleurs, les composants électroniques de ces serveurs sont plus sensibles à la chaleur et nécessitent un refroidissement plus important pour un fonctionnement optimal.

Grâce à la 5G, il n’y a plus de limites. Davantage d’équipements informatiques sont introduits dans les milieux traditionnels des télécoms, ce qui modifie complètement les profils d’alimentation et de refroidissement de ces installations. Dans la plupart des cas, il ne s’agit pas d’une simple alimentation en courant alternatif ou continu. Ces installations évoluent et incluent désormais les deux types d’alimentation, ce qui nécessite une expertise particulière pour une installation sûre et une gestion efficace. Fort de plusieurs décennies de savoir-faire dans la prise en charge des infrastructures de télécoms et de datacenters, Vertiv propose des solutions destinées aux environnements à alimentation AC et DC et maîtrise les deux architectures.

L’approche la plus courante est un mélange, qui consiste à utiliser des systèmes d’énergie DC pour certains éléments de l’installation en y associant des onduleurs AC comme alimentation de secours des serveurs. Une tendance émerge dans tous les cas : le recours au refroidissement de précision. Ce système est nécessaire pour refroidir les équipements informatiques, mais il ajoute des équipements supplémentaires à la charge énergétique. C’est l’une des raisons pour lesquelles, même si la 5G est plus efficace que la 4G en termes de gigaoctet, la consommation énergétique globale sera beaucoup plus élevée avec la 5G.

Bien qu’ils soient conçus à l’origine pour les environnements de datacenters, les systèmes SmartRow et SmartAisle peuvent être configurés de manière à prendre en charge ces environnements mixtes AC/DC, bien que ces modules AC et DC soient le plus souvent séparés pour des raisons de sécurité. Dans les sites centraux, SmartRow et SmartAisle sont généralement déployés avec 10 à 20 racks et intègrent le confinement des allées chaudes ou froides pour favoriser l’efficacité énergétique.

En complément de ce modèle traditionnel cœur/accès, on assiste à l’émergence de la périphérie du réseau nécessaire pour prendre en charge la 5G. Ces ressources Edge renforcent les capacités informatiques qui deviennent davantage à la portée de l’utilisateur final, ce qui est nécessaire pour faciliter les applications à faible latence et à large bande passante rendues possibles grâce à la 5G. Ces ressources peuvent être déployées au niveau des antennes ou ailleurs dans l’espace d’accès.

On assiste à la croissance du Edge dans les datacenters depuis plusieurs années. De plus, les opérateurs télécoms déploient désormais leurs propres ressources d’Edge Computing et, dans certains cas, tirent parti des fournisseurs d’Edge Computing et de cloud existants pour satisfaire leurs besoins en matière de 5G.

Ces datacenters Edge sont perfectionnés et essentiels à la fourniture de fonctionnalités 5G complètes. Le système Vertiv™ SmartMod™ est une solution modulaire à ce besoin ; elle est généralement déployée comme datatcenter de 100 kW, avec jusqu’à 10 racks à 10 kW par rack. Le SmartMod comporte des salles distinctes pour les équipements informatiques, les systèmes d’alimentation et les batteries, et prévoit une gestion de refroidissement de tous les systèmes.

S’il semble que la 5G nécessite une expertise supérieure à celle exigée des opérateurs télécoms par le passé, c’est parce que c’est le cas. Ce réseau 5G est un hybride de ressources de télécommunications et de datacenters, combinant les équipements et les architectures AC et DC d’une manière peu familière à la plupart des opérateurs. Des compétences avérées dans les deux domaines sont essentielles pour optimiser le déploiement de la 5G.

Vertiv se distingue par sa connaissance et son expérience en matière d’équipements et d’architectures de datacenters et de télécommunications. Nous soutenons ces industries convergentes grâce à notre expertise inégalée et la fourniture de solutions intégrées en toute transparence, en supprimant ces obstacles inconnus des opérateurs qui n’ont pas le temps d’apprendre.

La 5G impose au réseau d’accès des changements presque aussi drastiques que ceux observés au niveau du site central. Les stations de base sur les sites d’antennes relais supportent une charge d’environ 5 kW sur un site 3G ou 4G standard. Avec la 5G, la charge passe à 20 à 40 kW. Cette augmentation considérable de la puissance et de la performance informatique nécessite des améliorations importantes des sites existants.

La gestion de l’espace limité sur ces sites constitue la préoccupation majeure, et c’est l’une des raisons pour lesquelles les radios ont été déplacées au sommet des antennes relais. Ainsi, ces dernières peuvent désormais contenir des dizaines de radios. Dans certains cas, des redresseurs comme la série NetSure™ IPE sont également placés sur les antennes, ce qui permet à l’opérateur d’alimenter l’antenne en courant alternatif, se traduisant ainsi par des économies puisque le câble à courant alternatif est moins onéreux que le câble à courant continu.

Même si la 5G est une technologie mondiale, elle n’est pas déployée au même rythme ni de la même manière dans le monde entier. La Chine et la Corée du Sud ont pris une longueur d’avance dans la course à la 5G, entraînant avec elles le reste de la région Asie-Pacifique.

Les opérateurs de cette partie du monde ont déployé très rapidement de nouveaux réseaux et équipements de réseau, effectuant des mises à niveau de sites selon les besoins et en complément d’un déploiement agressif de nouveaux sites. Ils ont également été plus ouverts aux architectures DC à haute tension, ce qui n’est pas surprenant étant donné qu’un grand nombre d’utilisateurs de cette technologie dans les datacenters se trouvaient dans cette région.

La stratégie utilisée aux États-Unis a été légèrement plus conservatrice que celle adoptée en Asie, étant donné que les améliorations du site pour passer de la 4G à la 5G ont joué un rôle important. Des différences ont été observées entre les fournisseurs, les plus grands opérateurs ont choisi un déploiement qui satisfait les besoins actuels et futurs, et les petits opérateurs ont opté pour des déploiements plus modestes afin de minimiser les investissements en capital.

L’exception surprenante reste l’Europe, où le déploiement de la 5G est en retard d’environ un an par rapport à l’Asie et aux États-Unis. Plusieurs difficultés sont rencontrées, notamment les retards persistants dans l’attribution des fréquences du spectre.

Il existe quelques exceptions notables : la France et la Finlande ont agi tôt et des fréquences leur ont été rapidement attribuées, mais dans la plupart des cas, les enchères pour obtenir de l’espace sur le spectre n’ont pas encore été effectuées. Environ 70 à 80 % de ces fréquences devraient être attribuées d’ici fin 2021.

Le démarrage lent ne doit pas être confondu avec une absence d’activité en Europe. Les pionniers progressent à un rythme soutenu, et même les opérateurs qui attendent encore la mise aux enchères des fréquences sont fortement engagés dans la préparation du site afin de pouvoir agir rapidement au moment opportun.

De nombreux opérateurs européens vendent leurs tours cellulaires à des sociétés présentes sur ce marché afin de réunir les capitaux nécessaires à l’investissement dans la 5G. Ils font ensuite volte-face et louent ces tours à ces sociétés.

Cette situation nécessite une gestion intelligente de l’alimentation électrique sur ces sites, de sorte que les opérateurs ne sont facturés que pour le temps d’utilisation d’une tour donnée. Vertiv propose des solutions de mesure et de gestion de l’énergie pour ces accords multi-locataires.

En outre, L’Europe a prévu des réglementations concernant le nombre de tours cellulaires pouvant être déployées, de sorte que la densification du réseau 5G s’y produit de différentes manières. Pour pallier l’absence de tours, les opérateurs déploient plusieurs petites cellules qui se chevauchent. Ces conceptions qui se chevauchent permettent aux opérateurs de déployer certains sites sans alimentation de secours, optant plutôt pour le transfert des charges vers un site qui se chevauche.

Garantir la prise en charge des communications vocales par le réseau 5G est une préoccupation surprenante en Europe. Certains réseaux 4G de la région qui ne sont pas aptes à prendre en charge les appels vocaux s’appuient plutôt sur les réseaux 2G et 3G existants. Toutefois, selon les premières observations, de nombreux opérateurs prévoient de mettre hors service ces sites 3G et de conserver l’ancien réseau 2G pour les transmissions vocales.

Le déploiement plus lent en Europe a permis aux opérateurs de se concentrer davantage sur la consommation d’énergie, les émissions et l’impact global de leurs réseaux sur l’environnement. Ces problèmes sont prioritaires sur l’ensemble du continent, quel que soit le type d’énergie utilisé, et les opérateurs télécoms sont conscients des problèmes inhérents à la 5G.

Les opérateurs télécoms européens ont longtemps adopté des systèmes d’énergie hybrides et devraient continuer sur la même lancée afin de prendre en charge la 5G et de réduire l’empreinte carbone de ces réseaux.

Comme on pouvait s’y attendre, les investissements et les progrès au Moyen-Orient et en Afrique étaient limités aux pays les plus riches et aux centres urbains.

Grâce à l’augmentation exponentielle de la vitesse et du volume de transmission de données, les réseaux 5G ouvriront la voie à d’innombrables applications nouvelles, avancées et de plus en plus importantes dans tous les domaines de la vie. À mesure que nous nous appuyons sur ces applications, la fiabilité et la sécurité du réseau deviennent encore plus essentielles.

Cela représente un défi sans précédent pour les opérateurs télécoms d’aujourd’hui qui doivent moderniser des centaines de milliers de sites existants, créer autant de nouveaux sites et gérer la hausse vertigineuse de la consommation d’énergie qui accompagnera la prolifération des systèmes informatiques sur le réseau.

L’intégration généralisée de l’informatique dans le secteur des télécommunications reste la préoccupation majeure en termes d’alimentation et de protection du réseau 5G. L’ajout de l’informatique au cœur, à l’accès et au niveau du Edge implique l’ajout d’une alimentation AC dans des environnements généralement alimentés en courant continu, ce qui est un concept étranger pour la plupart des opérateurs télécoms. Leur expertise en matière d’alimentation DC remonte à plus d’un siècle. Tourefois, le courant alternatif est nouveau, différent et ajoute une complexité qu’ils ne peuvent ignorer.

Le modèle qui émerge est une sorte d’hybride des architectures traditionnelles des télécoms et des datacenters. Fort de son savoir-faire unique dans ces deux secteurs, Vertiv collabore avec des opérateurs du monde entier pour déployer des solutions d’infrastructure qui soutiennent ces intérêts parfois opposés et garantissent le fonctionnement fiable et efficace de leur réseau 5G.