Le problème du voisinage : LoRaWAN et les réseaux cellulaires coexistent.

Imaginez que vous essayez d'avoir une conversation discrète dans une pièce juste à côté d'un concert de rock, séparés par de fines cloisons en papier. Même si vous êtes dans une autre pièce, le volume assourdissant du concert d'à côté rend presque impossible d'entendre quoi que ce soit. Mais voilà le hic : vous avez aussi besoin de crier pour répondre à vos amis de l'autre côté de la rue – et quand vous le faites, vous dérangez les fans de rock d'à côté qui n'apprécient vraiment pas ça.

C’est précisément ce qui se produit lorsque des passerelles LoRaWAN fonctionnant à 922–925 MHz sont placées à proximité de tours de téléphonie mobile au Pakistan et dans toute l’Asie.

Dans cet article, nous allons explorer les raisons de ce « problème de voisinage », les défis techniques qu'il engendre et ce que vous pouvez faire pour déployer votre réseau de manière sûre et fiable.

Comprendre ses voisins

Au Pakistan et dans la majeure partie de l'Asie, les réseaux cellulaires utilisent ce que l'on appelle le spectre GSM 900 étendu, ou E-GSM 900, qui fonctionne sur deux bandes de fréquences distinctes :

• 880–915 MHz pour la liaison montante (téléphones mobiles transmettant vers la tour de la station de base)
• 925–960 MHz pour la liaison descendante (antenne-relais transmettant aux téléphones mobiles)

Vos passerelles LoRaWAN fonctionnent sur la bande 922–925 MHz, entre ces deux importantes bandes de fréquences cellulaires. Imaginez des voisins vivant dans des appartements mitoyens aux murs très fins, chacun ayant ses propres activités susceptibles d'interférer avec l'autre.

Que se passe-t-il donc lorsqu'un de ces voisins devient trop bruyant ? Examinons le premier problème.

Problème n° 1 : L’effet « voisin bruyant » – Interférences cellulaires avec LoRaWAN

Lorsque l'antenne-relais cellulaire transmet

Les antennes-relais de téléphonie mobile sont incroyablement puissantes : elles émettent à une puissance de 20 à 80 watts (voire plus) pour atteindre les téléphones portables situés à plusieurs kilomètres. Bien qu’elles soient censées émettre sur leurs fréquences de liaison descendante dédiées (925-960 MHz), leur puissance est telle que leur signal déborde sur les fréquences voisines. C’est un peu comme si le son d’une chaîne hi-fi très puissante traversait les murs.

La liaison descendante cellulaire à 925–960 MHz est littéralement à 0–3 MHz de votre passerelle LoRaWAN fonctionnant à 922–925 MHz. Même une infime interférence — peut-être seulement 0.001 % de la puissance de l'antenne-relais cellulaire — peut complètement saturer les signaux LoRaWAN beaucoup plus faibles que votre passerelle tente de recevoir.

Le défi « Oreilles sensibles »

Les passerelles LoRaWAN sont conçues pour capter des signaux extrêmement faibles provenant de capteurs situés à 10 ou 15 kilomètres de distance. Elles fonctionnent sur de minuscules batteries et émettent avec une puissance de seulement 25 milliwatts. C'est comme essayer d'entendre un murmure à l'autre bout d'un terrain de football.

La différence de puissance est stupéfiante : une antenne-relais peut émettre à 40 000 milliwatts (40 watts) tandis que votre passerelle tente de détecter des signaux aussi faibles que 0.000000001 milliwatt (un nanowatt). Cela représente une différence de 100 milliards de fois.

En cas d'interférences provenant d'antennes-relais voisines, c'est comme essayer d'entendre un murmure lointain alors que quelqu'un se tient juste à côté de vous avec un mégaphone. Le récepteur de votre passerelle est saturé, désensibilisé, voire complètement désensibilisé par les signaux cellulaires environnants.

Sans filtrage adéquat, votre passerelle LoRaWAN :

• Il manque 50 à 90 % des messages des capteurs qu'il devrait recevoir.
• Créez une « zone morte » où les appareils LoRaWAN ne peuvent tout simplement pas communiquer.
• Fonctionnent parfaitement en laboratoire, mais tombent complètement en panne lorsqu'ils sont déployés à proximité d'infrastructures cellulaires.

Maintenant que nous avons vu comment les signaux cellulaires peuvent perturber LoRaWAN, inversons la situation : que se passe-t-il lorsque LoRaWAN devient le voisin bruyant ?

Problème n° 2 : L’effet « voisin perturbateur » – Interférences entre LoRaWAN et les réseaux cellulaires

Voici le point crucial souvent négligé : lorsque votre passerelle LoRaWAN transmet des messages de liaison descendante aux capteurs à une fréquence de 922–925 MHz, vous devenez un perturbateur. Vous émettez alors une puissance radiofréquence à seulement 7–10 MHz de la fréquence à laquelle la station de base cellulaire tente de capter les appels mobiles (880–915 MHz).

La station de base cellulaire possède un récepteur extrêmement sensible, à l'écoute des faibles signaux de téléphonie mobile. Votre passerelle LoRaWAN, potentiellement installée sur le même toit ou la même tour, commence soudainement à émettre sur la bande 922-925 MHz. Même si vous utilisez votre propre bande de fréquences, un équipement mal conçu peut générer des émissions hors bande qui perturbent la bande de liaison montante cellulaire.

Poursuivez votre lecture pour découvrir pourquoi ce scénario peut s'avérer encore plus problématique, tant sur le plan technique que juridique.

Pourquoi c'est en réalité le pire problème

1. Vous perturbez un service commercial
   Vous n'êtes pas seulement victime d'interférences ; vous perturbez potentiellement un réseau cellulaire commercial qui dessert des milliers, voire des millions de clients payants.
2. Conséquences légales et réglementaires
   Les opérateurs de téléphonie mobile sont des services agréés bénéficiant de droits d'utilisation du spectre radioélectrique protégés. Ils sont légalement habilités à exiger la mise hors service de votre équipement si vous provoquez des interférences.
3. Les rapports de force jouent contre vous.
   Les opérateurs de téléphonie mobile disposent de ressources, d'un soutien réglementaire et d'une légitimité juridique bien supérieurs à ceux d'un déploiement LoRaWAN. Il vous incombe donc de prouver votre conformité.
4. Exigences de coordination
   Dans de nombreuses juridictions, le déploiement d'équipements RF à proximité d'infrastructures cellulaires nécessite une coordination, une certification et une documentation préalables.

Cela signifie que les risques vont bien au-delà de la simple perte de signal : ils peuvent affecter la crédibilité et la légalité de votre projet. Alors, comment garantir sa conformité ?

Que signifient réellement les « exigences de colocation » ?

Ce terme technique signifie : si vous souhaitez placer différents équipements radio à proximité les uns des autres sans interférence mutuelle, vous devez respecter des règles d’ingénierie et réglementaires spécifiques.

Pour les passerelles LoRaWAN extérieures fonctionnant à 922–925 MHz à proximité de l'infrastructure cellulaire E-GSM 900, les exigences de colocalisation répondent aux deux problèmes : la protection à partir de interférence cellulaire et protection of réseaux cellulaires.

Voyons maintenant quelles mesures techniques permettent de prévenir ces problèmes.

Protection contre les interférences cellulaires (Problème n° 1)

1. Filtrage approprié à la réception
   • Filtres passe-bande de haute qualité bloquant les signaux de liaison descendante cellulaire (925–960 MHz)
   • Les passerelles bon marché ignorent souvent ces filtres pour réduire les coûts.
2. Récepteur Spécifications
   • Plage dynamique élevée pour gérer les signaux puissants des canaux adjacents.
   • Bonne sélectivité et IP3 (point d'interception du troisième ordre) adéquat
   • Traitement numérique du signal pour réduire l'intermodulation et le bruit
3. Séparation physique
   • Espacement adéquat des antennes entre les antennes LoRaWAN et les antennes cellulaires
   • Installation d'antennes LoRaWAN sur les côtés opposés des structures
   • Séparation verticale ou horizontale pour réduire le couplage

Poursuivez votre lecture pour découvrir comment les transmissions LoRaWAN peuvent également impacter les réseaux cellulaires, et quelles mesures de protection sont essentielles pour l'éviter.

Protection des réseaux cellulaires (Problème n° 2 – Le plus critique)

1. Émetteurs LoRaWAN extrêmement propres
   • Filtrage abrupt côté émission
   • Conformité aux exigences du masque spectral (–60 dBc ou mieux)
   • Faible bruit de phase et émissions parasites
2. Limites d'émission hors bande
   • Doit satisfaire aux exigences réglementaires dans la bande de liaison montante cellulaire (880–915 MHz)
   • Nécessite que les émissions soient de 60 à 80 dB inférieures au niveau du signal LoRaWAN.
3. Gestion de l'énergie
   • Puissance d'émission contrôlée pour éviter la surcharge des récepteurs à proximité
4. Blindage et mise à la terre
   • Blindage métallique adéquat et mise à la terre électrique solide
5. Tests de conformité et certification
   • Analyse et certification du spectre avant déploiement
   • Documentation destinée aux autorités réglementaires

Une fois ces mesures mises en place, les deux systèmes peuvent fonctionner côte à côte sans interférence, mais seulement si la conception de la passerelle le permet réellement.

L'impact dans le monde réel

Scénario 1 : Utilisation d’une passerelle bon marché et non conforme
Les problèmes immédiats incluent la non-réception de messages et l'absence de réseau. Dans les jours qui suivent, l'opérateur mobile peut détecter une augmentation du bruit, l'attribuer à votre appareil et exiger sa coupure.

Scénario 2 : Utilisation d’équipements de collocation appropriés
Une passerelle bien conçue peut maintenir des performances LoRaWAN fiables tout en respectant pleinement la réglementation et en protégeant les opérations cellulaires.

Il est clair qu'une ingénierie de qualité n'est pas une option, mais une condition essentielle au succès. Mais où ces problèmes sont-ils les plus fréquents ?

Pays où ce problème bidirectionnel existe

Ce défi touche pratiquement tous les pays où les deux conditions sont réunies :

1. Réseaux cellulaires E-GSM 900 (880–915 MHz / 925–960 MHz)
2. LoRaWAN dans les bandes AS923 (gamme 920–928 ​​MHz)

Zones d'interférence critiques en Asie :
Asie du Sud – Pakistan, Bangladesh, Sri Lanka, Népal, Bhoutan
Asie du Sud-Est – Thaïlande, Malaisie, Singapour, Indonésie, Vietnam, Myanmar, Cambodge, Laos, Brunei
Moyen-Orient – ​​Iran, Irak, Arabie saoudite, Émirats arabes unis, Koweït, Qatar, Bahreïn, Oman, Jordanie, Liban
Asie centrale – Ouzbékistan, Turkménistan, Kirghizistan, Tadjikistan
De plus : la Mongolie et de nombreux autres pays asiatiques

Si vous prévoyez un déploiement dans l'une de ces régions, poursuivez votre lecture : les sections suivantes expliquent comment se préparer et quel équipement choisir.

L'exception importante

L'Inde utilise la bande IN865 (865–867 MHz) pour LoRaWAN, suffisamment éloignée de la bande E-GSM 900 pour éviter les problèmes de colocalisation importants. Ce choix judicieux a permis à l'Inde de bénéficier d'un spectre beaucoup plus propre pour LoRaWAN.

Cet exemple montre comment l'harmonisation des réglementations peut améliorer directement la fiabilité du réseau.

L'Europe aussi

Pratiquement tous les pays européens utilisent la norme E-GSM 900 et sont donc confrontés aux mêmes défis. C’est pourquoi les normes européennes (ETSI EN 300 220) imposent des exigences strictes de colocalisation auxquelles les fabricants de passerelles LoRaWAN professionnelles doivent se conformer.

Autrement dit, il ne s'agit pas seulement d'un problème asiatique, mais d'un problème mondial.

Pourquoi vous ne pouvez pas simplement acheter des passerelles bon marché sur Internet

Les passerelles grand public sont conçues pour des environnements à spectre propre avec un minimum d'interférences.
Les passerelles de colocation, quant à elles, sont conçues pour :

• Fonctionnement en environnements RF hostiles
• Protection contre et des réseaux cellulaires
• Respect des limites d'émission
• Performances fiables dans les déploiements professionnels

Si la fiabilité est importante pour votre entreprise, cette distinction peut faire ou défaire votre projet IoT.

Quel est le coût d'une conception de passerelle appropriée ?

Les travaux d'ingénierie supplémentaires requis pour les passerelles de colocation comprennent :

• Filtres haute performance
• Composants RF de qualité
• Conception numérique avec des techniques avancées
• Blindage adéquat à l'aide d'enceintes métalliques usinées ou moulées
• Tests et certification par des laboratoires accrédités
• Expertise en ingénierie RF expérimentée

Cela pourrait ajouter 250 à 500 dollars au coût de chaque passerelle, mais c'est la différence entre un réseau fiable et légal et un réseau qui risque de tomber en panne ou de s'arrêter.

Que faut-il vérifier exactement avant de choisir un fournisseur ? Examinons la liste de contrôle.

Encadré Conformité : Questions à poser à votre fournisseur

Avant d'acheter ou de déployer des passerelles LoRaWAN à proximité d'une infrastructure cellulaire, assurez-vous que votre fournisseur fournisse une documentation complète de conformité et une transparence totale. Demandez :

Exigence	Que demander
Rapports OOBE (émissions hors bande)	Preuve que la passerelle respecte les limites d'émission régionales (par exemple, ETSI, FCC ou autorité locale).
Tests de blocage et de sélectivité des canaux adjacents	Des données montrent que le récepteur peut gérer des signaux GSM900 puissants à proximité sans désensibilisation.
Tests IP3 et d'intermodulation	Vérification que le récepteur et l'émetteur de la passerelle peuvent résister à la distorsion dans des environnements à signaux mixtes.
Résumés des essais conduits et rayonnés	Résultats d'un laboratoire accrédité démontrant les performances dans des conditions RF réelles.
Certification de conformité de la colocation	Confirmation que l'appareil a été testé pour un fonctionnement sûr à proximité d'infrastructures cellulaires autorisées.

Les passerelles de niveau professionnel incluent ces rapports dans leur documentation technique ; n’hésitez pas à les demander avant le déploiement.

Voyons maintenant comment garantir un processus d'installation fluide et conforme.

Avant le déploiement : Liste de vérification essentielle

Quelques étapes essentielles permettent d'éviter les problèmes d'interférences coûteux et de garantir un fonctionnement fiable du réseau LoRaWAN dans les environnements à forte densité cellulaire :

1. Valider la certification – Vérifiez que votre passerelle répond aux normes de colocation et dispose de rapports d'émissions à jour.
2. Effectuer une analyse spectrale – Mesurez l’activité du signal sur votre site d’installation afin d’identifier les porteuses GSM900 et les émetteurs à proximité.
3. Plan d'écartement des antennes – Maintenez une distance physique (horizontale ou verticale) entre les antennes LoRaWAN et cellulaires afin de minimiser le couplage.
4. Utilisez un filtrage et un blindage appropriés – Utiliser des filtres RF de haute qualité et des boîtiers métalliques mis à la terre pour supprimer les émissions indésirables.
5. Se coordonner avec les opérateurs de téléphonie mobile – Avertir ou consulter les opérateurs locaux lors de l’installation de passerelles à proximité de tours ou de toits partagés.

Une planification et une vérification adéquates protègent à la fois votre réseau IoT et les services sous licence situés à proximité, garantissant ainsi une fiabilité à long terme, la conformité et la tranquillité d'esprit.

Glossaire 

Émissions hors bande (OOBE) : Signaux radio indésirables émis en dehors de la plage de fréquences attribuée à l'appareil.
dBc : Décibels relatifs à la puissance porteuse, utilisés pour exprimer à quel point les émissions indésirables sont plus faibles par rapport au signal principal.
Blocage: Capacité du récepteur à maintenir ses performances en présence de signaux forts à proximité en fréquence.
IP3 (Point d'interception du troisième ordre) : Mesure de la capacité d'un récepteur ou d'un émetteur à gérer des signaux forts sans distorsion.
Intermodulation : Signaux parasites créés lorsque deux fréquences ou plus se mélangent à l'intérieur de composants non linéaires.
Masque spectral : Une limite réglementaire définissant dans quelle mesure la puissance d'un émetteur peut se propager sur les fréquences adjacentes.

Le déploiement de LoRaWAN à proximité d'infrastructures cellulaires garantit non seulement la fiabilité des performances IoT, mais aussi la protection des systèmes de communication publics critiques. La réalisation de ces deux objectifs repose sur une ingénierie rigoureuse, un filtrage approprié et une conformité vérifiée.

En comprenant le « problème du voisinage » et en appliquant ces bonnes pratiques, vous pouvez construire des réseaux performants, évolutifs et conformes partout où ils opèrent.