La fonction d’agrégation des opérateurs est une innovation clé dans la quatrième génération de technologie de communication mobile pour le routeur CPE 4G LTE ; elle améliore considérablement la vitesse du réseau et la stabilité de la connexion en regroupant plusieurs canaux de spectre discrets dans un pipeline de données plus large. Cette technologie résout non seulement le problème de fragmentation des ressources spectriques, mais permet également d’assurer une planification dynamique efficace entre les stations de base et les terminaux, fournissant un support sous-jacent pour des scénarios applicatifs tels que la vidéo haute définition et l’interaction en temps réel. C’est comme intégrer plusieurs routes étroites à plusieurs voies dans une large autoroute, permettant aux flux de données de fonctionner sans problème. Sa valeur fondamentale réside dans la maximisation de l’utilisation des actifs spectraux existants et constitue un pont important vers les communications de cinquième génération.

1. Définition technique et évolution de l’agrégation des porteurs

L’agrégation de porteuses est essentiellement une solution technique qui intègre plusieurs canaux porteurs continus ou discontinus dans un seul canal logique. Dans le processus d’évolution de la technologie de communication de la troisième à la quatrième génération, les ressources spectrales obtenues par les opérateurs sont souvent étalées dans différentes bandes de fréquences, formant une distribution fragmentée. Les méthodes traditionnelles de transmission à porteuse unique, comme l’utilisation d’une seule voie pour la conduite, ne peuvent pas être utilisées efficacement même si les ressources de la bande de fréquence sont inactives. Le projet de partenariat de 3e génération a introduit l’agrégation des opérateurs dans la norme de communication mobile de 4e génération précisément pour résoudre le problème principal de faible utilisation du spectre. Selon les données publiées par la Global Mobile Equipment Suppliers Association, plus de 200 opérateurs dans le monde ont déployé différentes formes de réseaux d’agrégation d’opérateurs jusqu’à la fin de 2023, vérifiant pleinement leur nécessité technique.

2. Véritable défi de la fragmentation du spectre

Pour des raisons d’allocation historique, le spectre détenu par les opérateurs montre souvent l’état de distribution d'« opportunité ». Par exemple, un opérateur peut avoir une bande passante de 10 MHz dans la bande 800 MHz, une bande passante de 15 MHz dans la bande 1,8 GHz et une bande passante de 20 MHz dans la bande 2,6 GHz en même temps. Si ces ressources réduites ne peuvent pas être utilisées ensemble, chaque bande de fréquences ne peut fournir qu’un débit limité de manière indépendante ; ce phénomène de ressources inactives est particulièrement présent dans les zones à forte intensité utilisateur, la technologie d’agrégation des porteurs est la clé d’or pour résoudre ce problème.

3. Caractéristiques techniques de trois types de méthodes d’agrégation

Selon les caractéristiques de la distribution du spectre, l’agrégation de porteuses peut être divisée en trois types : l’agrégation continue de porteuses, l’agrégation discontinue de porteuses dans les bandes de fréquence et l’agrégation de porteuses entre bandes de fréquence. L’agrégation continue traite des canaux adjacents dans la même bande de fréquences et présente la complexité d’implémentation la plus faible ; le type non continu doit traiter des canaux séparés dans la même bande de fréquences, ce qui impose des exigences plus élevées pour la conception des fréquences radio ; Bien que l’agrégation inter-bandes interfréquences reflète le mieux la valeur technique, elle peut intégrer des ressources sur plusieurs bandes de fréquences, mais elle est nécessaire pour résoudre le problème de synchronisation causé par les différences dans les caractéristiques de propagation des différentes bandes de fréquences. Le « Livre blanc sur la 5G et le spectre des communications mobiles du futur » publié par le ministère de l’Industrie et des Technologies de l’Information de mon pays a souligné que la technologie d’agrégation interbande augmentera l’utilisation du spectre de plus de 40 %.

4. Mécanisme central pour augmenter le taux de pic

En regroupant plusieurs opérateurs, la bande passante totale du système permet une croissance arithmétique. En supposant qu’un seul porteuse fournisse un débit de 75 mégabits par seconde, lorsque trois porteurs sont agrégés, le débit de pic théorique peut atteindre 225 mégabits par seconde, cette relation d’amélioration linéaire est particulièrement évidente dans le réseau de communication mobile de quatrième génération. Selon les données mesurées de l’Académie chinoise de l’information et des communications, le taux de téléchargement du réseau de communication mobile de quatrième génération utilisant l’agrégation à trois porteurs peut atteindre 2,8 fois celui des réseaux conventionnels, répondant ainsi efficacement à la demande de streaming vidéo ultra-haute définition 4K.

5. Améliorer l’expérience utilisateur à la périphérie du réseau

À la limite de la couverture des stations de base, la diminution de la puissance du signal entraîne des baisses de débit. La technologie d’agrégation des opérateurs permet aux terminaux de recevoir simultanément l’énergie du signal de plusieurs opérateurs grâce à un horaire coopératif multi-porteurs. Lorsqu’un signal porteuse est faible, le système alloue automatiquement plus de ressources à la porteuse avec un signal plus fort. Ce mécanisme d’équilibrage dynamique réduit les fluctuations du débit des utilisateurs en périphérie d’environ 60 %, améliorant considérablement la cohérence des services réseau. Un rapport de test d’un opérateur provincial montre qu’après l’activation de l’agrégation des opérateurs, le taux moyen d’utilisateurs de la ligne cellulaire a triplé la norme.

6. Collaboration pour l’agrégation des porteurs et les technologies d’entrée multiple multiples

La technologie à entrées multiples et sorties multiples améliore l’efficacité spectrale grâce à la transmission parallèle depuis plusieurs antennes ; l’agrégation de porteuses augmente la capacité en élargissant la largeur spectrale, et elles forment un effet complémentaire. Lorsque la technologie multi-entrées et sorties multiples est combinée à l’agrégation des porteurs, le système obtient non seulement une autoroute de données plus large, mais améliore également l’efficacité du trafic par unité de surface grâce à des voies multiples parallèles. Le projet de partenariat de 3e génération a particulièrement mis l’accent sur le schéma d’optimisation conjoint des deux dans la norme d’évolution des communications mobiles de 4e génération, cette technologie combinée permettant une croissance géométrique de la capacité réseau.

7. Exigences techniques de mise en œuvre côté terminal

Les terminaux prennent en charge l’agrégation des porteuses doivent être équipés de plusieurs systèmes d’émetteurs-récepteurs radiofréquence et de capacités de traitement du signal renforcées, cela nécessite que la puce terminale prenne en charge la démodulation synchrone multi-porteuse, et le processeur de bande de base doit intégrer des algorithmes de planification plus complexes. Actuellement, les fabricants de puces grand public tels que Qualcomm et MediaTek ont lancé des puces de communication mobile de quatrième génération qui supportent l’agrégation à cinq porteurs, utilisent en interne une architecture de processeur de signal numérique multi-cœurs, peuvent traiter simultanément une bande passante agrégée supérieure à 400 MHz, et l’évolution continue des capacités terminaux est un moteur important pour la popularisation de l’agrégation des porteurs.

8. Ajustements d’architecture côté réseau

L’équipement de la station de base doit mettre à niveau l’unité de traitement de bande de base pour supporter la planification unifiée de plusieurs ressources de transporteurs. La nouvelle carte de bande de base utilise un réseau de processeurs multicœurs, qui peut calculer en temps réel l’état de charge de chaque porteuse et allouer dynamiquement les ressources. Côté réseau central, il est nécessaire d’augmenter la bande passante du réseau porteur afin d’éviter les goulots d’étranglement dans le processus de transmission des flux de données agrégés à haute vitesse. Le livre blanc technologique de China Mobile montre que son réseau existant a atteint une agrégation inter-stations de base en introduisant une technologie de réseau défini par logiciel, augmentant ainsi le taux de réussite de transfert à différentes frontières de couverture des stations de base à 99,5 %.

9. Évolution de l’agrégation des opérateurs dans les communications mobiles de cinquième génération

La norme de communication mobile de cinquième génération poussera la technologie d’agrégation des opérateurs à un nouveau niveau et soutiendra des méthodes de combinaison de spectres plus flexibles ; elle peut non seulement agréger le spectre sous licence, mais aussi intégrer des ressources de spectre non licenciées, et supporter l’agrégation simultanée jusqu’à 16 opérateurs. Le projet de partenariat de 3e génération a défini plus de 100 schémas de combinaisons de bandes de fréquences dans la norme de communication mobile de 5e génération, incluant l’agrégation hybride des ondes millimétriques et des bandes de fréquences inférieures à 6 GHz, afin de réserver suffisamment d’espace pour l’évolution future du réseau.

10. Défis techniques en gestion de l’énergie

Le fonctionnement simultané de plusieurs opérateurs augmentera la consommation d’énergie du terminal, ce qui pose un défi pour l’autonomie de la batterie. Les puces de communication modernes adoptent un mécanisme d’activation intelligent qui ne s’active que sur tous les opérateurs lorsque la transmission à haute vitesse est nécessaire, et passe automatiquement en mode économie d’énergie à porteuse unique en état de veille quotidienne. Les données du laboratoire de MediaTek montrent que l’algorithme dynamique de planification des porteurs de sa dernière puce peut prolonger la durée de vie de la batterie de 15 %, atteignant ainsi un équilibre optimal entre performance et consommation d’énergie.

11. Méthodes et normes de vérification des tests

La fonction d’agrégation des porteuses nécessite des tests de cohérence stricts, incluant 128 indicateurs tels que la précision de synchronisation des porteuses et le taux de réussite de passion, les normes internationales exigent que les équipements maintiennent des erreurs de synchronisation inter-porteuses inférieures à 130 nanosecondes à des températures ambiantes de -40 °C à +85 °C. Le système de test automatisé développé par le laboratoire Tell de mon pays peut simuler la performance dans des scénarios complexes multi-fréquences et garantir que les équipements commerciaux répondent aux exigences des normes de l’organisation du programme de partenariat de troisième génération.

12. Statut actuel du déploiement commercial mondial

Jusqu’à la fin de 2023, 89 pays dans le monde ont déployé des réseaux d’agrégation des opérateurs. Les opérateurs sud-coréens sont les premiers à réaliser l’agrégation à cinq porteuses pour un usage commercial, pouvant atteindre un débit maximal de 1,2 gigabit par seconde. Les trois principaux opérateurs de mon pays ont tous terminé la couverture d’agrégation des opérateurs dans les grandes villes du pays, China Telecom a réalisé des tests d’agrégation inter-standards des communications mobiles de quatrième et cinquième génération basées sur les bandes de fréquences 2,1 GHz et 3,5 GHz en 2022, posant les bases de l’intégration future des réseaux.

13. Renforcement profond des applications industrielles

Dans le domaine industriel, la technologie d’agrégation de porteurs offre une garantie de délai milliseconde pour le contrôle collaboratif des robots. Après qu’une usine automobile a déployé un réseau dédié d’agrégation de porteurs, la précision de synchronisation de 200 robots de soudage a été portée à 0,1 mm. Dans les scénarios de télémédecine, la transmission multiporteurs assure la transmission en temps réel d’images chirurgicales 4K, permet aux experts de fournir des conseils précis et à distance ; ces applications vérifient la valeur de l’agrégation des porteurs allant du niveau consommateur au niveau industriel.

14. Combinaison avec technologie de découpage réseau

Dans les réseaux de communication mobile de cinquième génération, l’agrégation des opérateurs peut former un effet synergique avec la technologie de découpage de réseau. Pour améliorer les tranches de large bande mobile, ce qui nécessite une large bande passante, le système peut allouer dynamiquement plus de ressources de porteurs, tout en conservant le porte-avions de base pour les tranches de réseau large à faible consommation ; ce mécanisme d’allocation flexible augmente l’utilisation des ressources spectrales des opérateurs de 35 %, peut répondre aux besoins différenciés de différents secteurs verticaux.

15. Évolution technologique future

Les recherches sur la sixième génération de communications mobiles ont listé l’agrégation intelligente d’opérateurs assistés par surface comme une orientation clé. Grâce à une technologie de surface intelligente reconfigurable, le réseau peut façonner dynamiquement l’environnement de propagation des ondes radio, augmenter l’efficacité d’agrégation des bandes de fréquences discontinues de 50 %. Parallèlement, un algorithme de planification prédictive des porteurs piloté par l’intelligence artificielle est testé en laboratoire, prédisant les besoins des entreprises 500 millisecondes à l’avance et activant les combinaisons de porteuses correspondantes.

16. Politiques du spectre et progrès de la normalisation

Les régulateurs de différents pays ajustent leurs stratégies d’allocation de spectre pour réserver des bandes de fréquences contiguës à l’agrégation des porteurs. La Conférence mondiale des radiocommunications de l’Union internationale des télécommunications 2023 a adopté une résolution encourageant les États membres à planifier des blocs de spectre contigus d’au moins 100 MHz ; le « 14e Plan de développement de l’industrie de l’information et de la communication » de mon pays propose clairement de promouvoir l’utilisation coordonnée de multiples bandes de fréquences afin de créer un environnement politique plus favorable à la technologie d’agrégation des porteurs.

En tant que maillon clé dans l’évolution des communications mobiles, la technologie d’agrégation des opérateurs résout non seulement les points de douleur liés à l’utilisation actuelle des ressources spectriques, mais fournit aussi une infrastructure pour l’innovation future des réseaux. Qu’il s’agisse d’améliorer l’expérience utilisateur ou de renforcer la numérisation de l’industrie, cette technologie continue de libérer la valeur potentielle des réseaux de communication. Avec l’approfondissement de la popularisation des communications mobiles de cinquième génération et l’accélération de la recherche et du développement des communications mobiles de sixième génération, l’agrégation des opérateurs continue de jouer un rôle important à l’intersection de la technologie de connexion et des besoins pratiques.