Intégration d’une solution 4G GSM au cahier des charges

A la vue du grand nombre de sollicitations effectuées par des bureaux d’étude et cabinets d’architecte, voici notre dossier complet pour intégrer la couverture 4G – GSM dans votre cahier des charges.

Amplificateur de Signal GSM 4G – choisir la bonne technologie.

Il existe deux types de systèmes pour améliorer la réception des appels au sein d’un bâtiment : 

Solution Active : l’infrastructure se compose d’une ou plusieurs unités d’amplification de signal 4G / GSM connectées à des bornes de distribution de signal via câble RJ45. Chaque borne doit être alimentée en électricité et paramétrée pour chaque fréquence prise en charge par la solution. Les unités d’amplifications peuvent s’intégrer dans les baies de brassage classiques. IMPORTANT : le câblage en RJ45 doit être spécifique à la solution, ainsi il est nécessaire d’installer un réseau indépendant.

• Avantages : bornes de diffusion couvrant une grande superficie, comparable aux solutions WIFI, intégration plus simple dans l’infrastructure de communication de l’édifice.
• Inconvénients : prises de courant requises pour chaque borne, temps de paramétrage et mise en service plus long, maintenance et failles techniques accrues.

 Solution Passive :  l’infrastructure se compose d’un ou plusieurs amplificateurs de signal 4G / GSM connectés à des antennes de diffusion de signal via câble Coaxial à haut blindage pour limiter les pertes. Chaque antenne est alimentée via le câble Coaxial et ne nécessite pas de prise de courant. Les d’amplificateurs GSM doivent être répartis en différents point du bâtiment que ce soit verticalement (étages) ou horizontalement si la surface au sol est conséquente (entrepôts, chaines de montage etc…). 

• Avantages : un seul élément actif susceptible de faille technique, l’amplificateur GSM. Simplification du réseau électrique, maintenance très limitée. 
• Inconvénients : Surface de couverture des antennes de diffusion GSM – 4G limitée. Conception de l’infrastructure plus poussée pour équilibrer la puissance du signal par antenne.

Dans la grande majorité des cas la solution passive est économiquement plus compétitive et limite la nécessité de formation des personnels techniques pour la maintenance du système. Les solutions actives sont pertinentes pour les bâtiments de très grande superficie ou comptant de grandes distances horizontales (formes allongées). 

Prendre en compte les particularités du bâtiment et de son activité

Tout comme l’infrastructure WIFI, les systèmes permettant d’assurer la couverture en signal GSM 4G doit être adaptée aux particularités du bâtiment et de son activité et plus précisément sa structure interne. 

Activités tertiaires : la grande majorité des nouvelles constructions ou les rénovations d’édifices existants sont dédiées aux activités tertiaires, entre elles les immeubles de bureaux, consultez notre dossier spécial. En tant que bureau d’étude, vous devez identifier les « écrans » internes pouvant bloquer les ondes, entres autres : 

• les murs porteurs coupant le bâtiment en intérieur.
• Les isolations spécifiques (acoustiques – radioélectriques) par exemple salles de réunion / formation, amphithéâtres, locaux de production audiovisuels.
• Les structures d’ornement de type métallique.

Activités industrielles : dans le cadre d’un site de production industriel ou de logistique, aux éléments cités ci-dessus prenez soin d’identifier les zones : 

• Frigorifiques – congélation
• Les zones de stockage à haute densité (racks pour palettes)
• Les machineries lourdes type chaine de montage 
• Les zones à forte activité électromagnétiques (production d’électricité, radiologie)

Laboratoires de recherche – hôpitaux : ces bâtiments ont des réglementations spécifiques et des isolations répulsives aux ondes radioélectriques. 

• Laboratoires hermétiquement isolés 
• Cellules stériles
• Structures renforcées anti-explosion 
• Zones APEX

Une fois ces zones spécifiques et obstacles définies, vous pourrez passer à la première étape de conception de la solution de couverture GSM – 4G et au découpage de la surface interne en blocs distincts à équiper.  

Bien définir les besoins en termes de couverture de signal mobile

En tant qu’expert de bureau d’études, vous êtes au fait que votre client, à la définition du projet a des attentes très élevées et c’est votre travail que de faire correspondre le niveau de qualité de services aux impératifs budgétaires. La couverture en signal mobile n’échappe pas à cette règle. Voici quelques conseils pour vous aider à réduire les zones à couvrir :

Exclure les zones non-prioritaires : toute entreprise possède des pièces ayant peu d’intérêt à y maintenir les communications, par exemple les archives, locaux d’entretiens, espaces de stockage de fournitures etc… Ces salles prises une à une sont de petites superficies, mais additionnées cela peut représenter une surface importante. Autres zones ayant peu d’intérêt à couvrir, les toilettes. Est-il réellement impératif de fournir le signal GSM – 4G dans ces lieux ? Quel type de communication professionnelle peut-on y réaliser ?

Moduler la qualité de couverture dans les zones peu sollicitées : un autre levier à utiliser pour réduire le coût de la solution en couverture de signal GSM 4G est de réduire la qualité du signal dans certaines zones. Par exemple, si votre cahier des charges inclus une puissance de -85dB hors datas sur 95% des surfaces de bureaux, il vous suffit de baisser les exigences à -95dB hors datas sur 75% des parkings souterrains. Vous réduirez ainsi de 50% la densité des antennes de diffusion nécessaires.

Le cas spécifique des ascenseurs : lorsque votre client se déplace au sein du bâtiment en maintenant un appel téléphonique, il est probable qu’il utilise les ascenseurs. Il est possible de les couvrir cependant le coût est très élevé : Intervention de techniciens spécialisés, infrastructure spécifique… A noter que la grande majorité des ascenseurs ne sont pas conçus pour recevoir un système de diffusion de signal mobile. 

Votre client ajoute au dernier moment une nouvelle zone prioritaire. Pas de panique. 

Les projets évoluent au fil du temps et dans nos expériences passées, il n’est pas rare que le client réaffecte une zone non prioritaire en prioritaire, mais pas de panique. Tout bon système de couverture de signal mobile ne doit pas être utilisé à 100% de son rendement dès l’élaboration du cahier des charges. Gardez une marge de manœuvre en vue de futures modifications des besoins ou de la structure interne du bâtiment. Chez ComuTech, nous appliquons une marge de sécurité de 15% de la puissance totale disponible, car il est plus aisé d’ajouter une antenne de diffusion au système existant que de devoir déployer un nouvel amplificateur de signal GSM et de répartir les antennes installées entre l’ancien et le nouveau système. 

Définir les services fournis par l’amplificateur GSM 4G. 

Un amplificateur GSM – 4G peut fournir différents services suivant les fréquences qu’il prend en charge (vous trouverez ci-dessous un tableau récapitulatif des services par fréquence). En tant que bureau d’étude, vous devez définir quelles plages seront à amplifier dans votre cahier des charges. Les options, si elles étaient nombreuses il y a une dizaine d’années, se sont considérablement réduites, explications : 

L’arrivée prochaine de la 5G et le développement de nouvelles technologies amèneront les appels vocaux GSM tels que nous les connaissons à disparaitre. Si vous souhaitez en savoir plus sur les performances de la 5G. En effet, progressivement, nos appels seront pris en charge via les datas 4G – 5G. Donc il n’est pas judicieux de limiter votre cahier des charges aux appels GSM hors datas, car votre solution de couverture en signal mobile sera caduque sous 5 ans. La seule véritable option est de définir si le bâtiment à équiper se trouve en zone dite « rurale » ou « urbaine » pour en limiter les fréquences. 

Définir les fréquences à diffuser.

Comme nous l’avons mentionné, définir les plages de fréquences à prendre en charge dépend de la localisation géographique de l’édifice à équiper. En termes simples, si le cahier des charges concerne un bâtiment en :

– zone rurale : vous devrez privilégier les fréquences basses. 

• 700MHz – 4G et futur 5G
• 800MHz – 4G
• 900MHz – appels GSM et 3G

– zone urbaine : vous devrez intégrer un grand nombre de fréquences basses et hautes. 

• 800MHz : 4G
• 900MHZ : Appels GSM et 3G
• 1800MHz : Appels GSM et 4G
• 2100MHz : 3G ou 4G
• 2600MHz : 4G

Si vous avez un doute concernant les fréquences diffusées sur zone, vous pouvez consulter la cartographie des tours de relais de l’ANFR via son site internet dédié.

Définir le nombre d’amplificateur GSM 4G à déployer. 

A partir de cette étape, les choses sérieuses commencent. L’équilibre entre le nombre d’amplificateur de signal mobile, la puissance du signal GSM disponible en extérieur et la surface à couvrir, impactera directement l’investissement. Dans le cadre théorique d’un bâtiment de 5000m2 également réparties sur 5 étages, nous prendrons les deux extrêmes pour illustrer notre propos. 

– Un amplificateur 4G GSM par zone de 500 m2. La solution semble avantageuse, aucun besoin de tirer des câbles coaxiaux et d’installer des séparateurs de voies pour connecter plusieurs antennes de diffusion. En calcul simplifié 10 amplificateurs de faible puissance pourraient couvrir la surface. Cependant un problème de taille se présentera au niveau du toit, 10 antennes de réception seront à installer et avec elles le risque de croisement des signaux entre elles. Ceci génèrerait un brouillage dans la transmission des communications et rendrait la solution peu efficace ou inopérante.  

– Un seul amplificateur de signal 4G très puissant de 5000 m2 de couverture. A l’inverse du précédent exemple, aucun de problème de positionnement de l’antenne extérieure, vous en auriez besoin d’une seule. Resterait à déployer un réseau de câble coaxial avec diverses antennes de diffusion. Mais de nouveau un problème se pose, pour couvrir les 5000m2 avec un seul amplificateur 4G GSM, ce dernier devrait avoir une puissance d’au moins -27dB de gain maximum. Hors, au-delà de -23dB les amplificateurs 4G GSM génèrent du bruit, c’est-à-dire des perturbations électromagnétiques qui polluent la qualité du signal. Le risque est élevé, car ces perturbations dégradent les réseaux des opérateurs et peuvent affecter les utilisateurs voisins présents sur zone. 

Par ces deux exemples, vous comprendrez qu’il est impératif de définir précisément le nombre d’amplificateurs requis.

Puissance de couverture des amplificateurs 4G GSM – de quoi parle-t-on ?

Si vous avez parcouru des sites de vente en ligne d’amplificateurs GSM 3G 4G, vous avez certainement noté la grande volatilité des prix et des surfaces de couverture annoncées. Voici notre éclairage :

– La surface de couverture en m2 n’a aucune valeur technique. Cette information est indicative et non normée, ainsi pour une puissance d’amplification similaire de -17dB certains sites afficheront une couverture 500m2 d’autres de 1000m2, du simple au double. Seuls l’Output Power, le maximum gain dans les fiches techniques vous permettra de définir la surface couverte, en voici un exemple :

– Les surfaces de couverture affichée, des valeurs à Maxima. Comme son nom l’indique, un amplificateur amplifie et dépend donc de la valeur entrante. Une valeur 5 amplifiée 10 fois donnera 50, une valeur 1 amplifiée 10 fois donnera 10. Si nous prenons en compte la surface de couverture annoncée comme valeur fiable, si la surface affichée est 2000m2 ceci est la couverture obtenue maximale avec un signal d’entrée à 100% de sa puissance. En vulgarisant le calcul, chaque perte d’une barre de réception réduit de 20% la surface de couverture réelle.

– Puissance maximale d’amplification recommandée. Sur internet, il n’est pas rare de trouver des amplificateurs de réseaux GSM ayant des puissances supérieures à -27dB. Notre recommandation est de ne pas dépasser -23dB afin de préserver l’intégrité des réseaux. Alors pourquoi les fabricants produisent des modèles si puissants ? En réalité cela dépend du pays d’utilisation de l’équipement, de la densité du réseau et de la tolérance des autorités de régulations des fréquences radios. En effet, vous pouvez totalement utiliser des modèles puissants en Afrique ou Amérique Centrale sans contrainte, ce n’est pas le cas de la France.

Calcul par superficie de couverture des antennes, une méthode fiable. 

Une autre méthode, sans avoir recours à une étude technique poussée, consiste à calculer le nombre d’amplificateurs GSM requis grâce au nombre d’antennes à déployer pour couvrir le bâtiment. Pour cela il faut affecter une valeur de couverture en m2 par antenne 4G GSM, qui diffère selon leur emplacement. Surface couverte par antenne 4G :

• 100m2 en environnement fortement cloisonné.
• 150m2 en « open-space ».
• 250m2 en parking avec une couverture de qualité réduite.    

IMPORTANT : si le bâtiment comporte des pièces spécifiques fortement isolées comme citées précédemment, comptez une antenne de signal 4G GSM par compartiment.

Cas particulier – Les grands volumes.

Ces conseils de calcul de solution à déployer sont applicables pour les édifices comportant des hauteurs d’étages « normales ». Dans le cadre de grand volume telles que des salles d’évènementiels, grands halls à double ou triple hauteur d’étages, des hypermarchés ou centre commerciaux équivalents, les antennes omnidirectionnelles de type plafonnier sont inefficaces et ne parviennent à atteindre la hauteur d’utilisation des téléphones mobiles au-delà 5 mètres de distance verticale. Il est nécessaire, dans ce cas précis, de déployer des antennes murales 4G GSM directionnelles. La méthode de calcul de surface de couverture varie avec une pénétration de 20 mètres horizontale. 

Nombre d’antennes prises en charge par amplificateur de signal mobile : 

Avec un signal entrant de 4 barres sur 5 en extérieur, les amplificateurs 4G GSM peuvent supporter le nombre maximal d’antennes comme suit : 

• Amplificateur GSM -23dB – 20 antennes
• Amplificateur 4G -20dB – 12 antennes
• Amplificateur Mobile -17dB – 4 antennes

IMPORTANT : n’oubliez pas de conserver une marge de sécurité de 15% pour palier à tout changement des attentes de votre client. 

Écartez les offres irréalistes et les amplificateurs GSM 4G de qualité douteuse.

Une fois votre cahier des charges bouclé et votre appel d’offre publié, il vous restera à faire le tri entre les différentes propositions de vos futurs fournisseurs, une tâche difficile compte tenu des écarts de prix sur le matériel disponible sur internet. Ci-dessous quelques conseils pratiques pour évaluer les offres : 

– Écartez les amplificateurs de signal mobile de puissance supérieure à -23dB. Nous sommes certains que vous ne souhaitez pas avoir de démêlés avec les autorités de régulation des fréquences radio ou les opérateurs télécoms, Notre expérience dans le domaine a démontré que le risque de générer des perturbations augmente de manière exponentielle avec des amplificateurs GSM 4G supérieurs à -23dB, donc nous recommandons une grande prudence sur ce point. 

– Vérifiez le nombre d’antennes prises en charge par unité d’amplification. Diviser le signal de manière inconsidérée par un grand nombre d’antennes de diffusion est contreproductif. En effet chaque connecteur, séparateur de voies, génèrent de la perte. Certes l’offre peut -être attractive si elle ne comporte qu’un seul amplificateur, mais si le travail de calcul de couverture a bien été réalisé, le prestataire devra compenser le faible rayonnement de chaque antenne par une augmentation de leur nombre. En fin de compte, l’écart de prix avec une solution plus adaptée sera négligeable et les performances bien inférieures. 

Rappel sur la recommandation de nombre d’antennes par amplificateur 4G GSM :

• Amplificateur signal mobile -23dB – 20 antennes
• Amplificateur 4G GSM -20dB – 12 antennes
• Amplificateur GSM 4G -17dB – 4 antennes

– Exigez les fiches techniques du câble coaxial Une méthode très simple de réduire le coût d’une solution d’amplification de signal GSM 3G 4G est d’utiliser un câble coaxial de faible qualité. Le delta de prix entre un câble commun et un câble de bonne facture est de 3 à 4. Pour vérifier la qualité du câble coaxial, une donnée ne trompe pas, le diamètre. Si l’offre du prestataire inclue un câble de diamètre inférieur à 10.00 mm, les pertes de signal GSM générées nuiront fortement aux performances de la solution. 

– Vérification via prix minimum par antenne de la solution. Un moyen simple d’écarter les offres irréalistes est de diviser le prix global Hors Taxe de la prestation (incluant son installation physique) par le nombre d’antennes de diffusion déployées. Selon notre expertise, il est presque impossible de fournir une solution d’amplification de réseaux mobile performante pour un coût par antenne inférieur à 800.00€ HT. Cette donnée est à titre indicatif et la validation des offres reste de votre responsabilité.   

– Demandez des détails concernant la procédure de validation des résultats. Toute entreprise sérieuse se doit de valider les performances de la solution proposée. Soyez intransigeant sur ce point car une fois le PV de recettes signé vous serez en première ligne en cas de litige avec votre client. Nous recommandons donc d’exiger de votre prestataire une procédure claire de la validation des résultats et si possible d’obtenir un rapport d’analyse des performances en signal mobile. 

Validation des performances de la solution d’amplification des réseaux mobiles.

Une fois le prestataire sélectionné et le chantier réalisé, il vous restera à valider les performances du système. Deux options s’offrent à vous : 

– Validation des résultats par vos équipes techniques : Notre meilleur conseil à cette étape du projet : prenez du temps pour valider les résultats avec votre prestataire et votre client, car la puissance des antennes 4G GSM peut varier du simple au quadruple suivant le schéma technique de distribution. Une solution mal équilibrée peut donner des performances très hétérogènes. Un bon installateur pourra vous amener à vérifier les antennes ayant le meilleur rendement et espérer que vous n’effectuerez les vérifications des antennes inopérantes. Notre recommandation est de vérifier une à une les antennes de signal GSM en effectuant des appels entre téléphones avec différents opérateurs. Cette tache peut sembler fastidieuse mais elle est cruciale. Chez Comutech, nous estimons à 5 minutes (incluant les déplacements entre chaque mesure), le temps nécessaire pour valider le bon fonctionnement d’une antenne. Si votre prestataire est équipé, vous pouvez doubler la vérification à l’aide d’un analyseur de spectre fournissant un rapport détaillé de ce type : 

– Validation des résultats par une société indépendante : L’autre possibilité est de sous-traiter la validation des performances de la solution par une entreprise indépendante. Le coût de leur intervention est variable, certaines peuvent fournir une analyse des réseaux des opérateurs mobiles et / ou du réseau WIFI. Nous recommandons, avant de faire appel à leurs services, de demander des détails concernant les équipements utilisés pour évaluer la puissance du signal GSM. En effet, cette activité n’étant pas normée, certains prestataires proposent de réaliser les tests à l’aide de simples smartphones de chaque opérateur équipés d’applications gratuites peu fiables. 

Exigez de votre fournisseur que les relevés soient effectués à l’aide de matériel professionnel, notamment des analyseurs de spectre qui permettront de visualiser précisément les niveaux de puissance de signal mobile diffusés par le système. 

Conclusions de votre expert en solutions de couverture de réseaux mobiles.

Comme vous l’aurez noté, définir un cahier des charges pour améliorer la qualité du signal GSM – 4G est plus complexe que le WIFI. Parmi les difficultés, l’évaluation de la puissance réelle d’amplification suivant la force du signal disponible en extérieur. Notre recommandation est de toujours conserver une marge de manœuvre sur l’utilisation de l’amplificateur 4G – GSM, de définir le plus précisément possible les besoins de votre client et de prendre le temps pour sélectionner et valider la solution technique à mettre en place.