Quelle est la différence entre fronthaul, midhaul et backhaul dans la 5G ?
Dans l’architecture des réseaux 5G, la distinction entre fronthaul, midhaul et backhaul représente les différents segments du réseau de transport qui assurent la connectivité entre les divers éléments de l’infrastructure d’accès radio (RAN – Radio Access Network) et le cœur du réseau. Ces segments jouent un rôle fondamental pour garantir les performances, la latence, la bande passante et la qualité de service requises par les applications 5G comme l’eMBB, l’URLLC et le mMTC.
Avec la virtualisation croissante et l’introduction d’architectures ouvertes comme O-RAN (Open RAN), la séparation fonctionnelle des composants de la RAN en unités distribuées (DU), unités centralisées (CU) et radio units (RU) rend encore plus essentielle la compréhension des liaisons entre ces éléments.
Fronthaul – Liaison entre l’unité radio (RU) et l’unité distribuée (DU)
Le fronthaul représente la partie la plus proche de l’antenne, reliant la Radio Unit (RU), qui est positionnée à proximité ou directement sur l’antenne, à la Distributed Unit (DU) qui peut être centralisée dans un site technique ou dans une salle réseau distante.
Ce segment transporte les signaux radiofréquences numérisés, souvent avec des protocoles comme le CPRI (Common Public Radio Interface) ou son évolution eCPRI, qui réduit la bande passante nécessaire. En 5G, la virtualisation du RAN introduit également d’autres interfaces telles que Open Fronthaul (basé sur O-RAN).
- Exige une très faible latence (généralement < 250 µs)
- Besoins en bande passante très élevés (plusieurs Gbps)
- Souvent transporté sur fibre optique (DWDM, Ethernet 10/25G, etc.)
- Utilisé dans les architectures Centralized RAN (C-RAN)
Le fronthaul est donc essentiel pour garantir des performances radio de haut niveau, notamment dans les cellules densifiées ou les antennes Massive MIMO.
Midhaul – Liaison entre l’unité distribuée (DU) et l’unité centralisée (CU)
Le midhaul est une notion relativement nouvelle introduite avec la 5G. Il relie la Distributed Unit (DU) à la Centralized Unit (CU). Cette séparation fonctionnelle est possible grâce au découplage des couches du protocole RAN, permettant d’optimiser la répartition des fonctions selon la latence, la charge de traitement et les capacités du réseau.
Le midhaul est typiquement plus tolérant à la latence que le fronthaul, mais il doit toujours assurer une bande passante suffisante pour gérer les flux agrégés provenant de plusieurs DU.
- Latence acceptable entre 1 ms et 10 ms selon les cas d’usage
- Bande passante de quelques Gbps selon la densité d’utilisateurs
- Protocole souvent basé sur Ethernet/IP, avec transport SDN/NFV
- Peut être partagé ou mutualisé avec d’autres services (flexibilité)
Le midhaul est essentiel dans une architecture gérant des CU mutualisées dans des datacenters ou dans un MEC (Multi-access Edge Computing) distribué, permettant une évolutivité plus souple du réseau.
Backhaul – Liaison entre l’unité centralisée (CU) et le cœur de réseau (Core Network)
Le backhaul relie le RAN (notamment la CU) au cœur du réseau 5G (5GC – 5G Core). C’est la partie la plus traditionnelle de l’infrastructure de transport, déjà existante dans les réseaux 4G LTE, mais qui doit maintenant répondre à de nouvelles exigences en matière de virtualisation, slicing et mobilité.
Le backhaul transporte des données IP encapsulées vers les fonctions du core (comme l’AMF, UPF, SMF). Il doit supporter une très grande capacité et une latence minimale pour des applications critiques comme l’URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication).
- Latence souvent inférieure à 20 ms
- Bande passante agrégée en fonction du nombre de cellules (plusieurs dizaines de Gbps)
- Transport via Ethernet, fibre optique, DWDM, micro-ondes
- Supporte les fonctions d’orchestration SDN/NFV
Le backhaul est également impliqué dans le mobile transport network, dans lequel sont intégrés des mécanismes de QoS, de slicing, de synchronisation (PTP – Precision Time Protocol) et de redondance pour garantir la qualité des services 5G.
Résumé comparatif
| Segment | Connexion | Latence | Bande passante | Technologies |
|---|---|---|---|---|
| Fronthaul | RU ↔ DU | < 250 µs | Très élevée | CPRI, eCPRI, O-RAN, fibre optique |
| Midhaul | DU ↔ CU | < 10 ms | Élevée à modérée | Ethernet, IP/MPLS, SDN/NFV |
| Backhaul | CU ↔ Core | < 20 ms | Élevée (agrégée) | IP, Ethernet, fibre, micro-ondes |
Pourquoi cette distinction est-elle cruciale en 5G ?
Parce que la 5G repose sur une architecture désagrégée, ultra-flexible et virtualisée. La séparation en fronthaul, midhaul et backhaul permet de mieux dimensionner chaque segment du réseau de transport, selon ses contraintes spécifiques. Cela offre aussi la possibilité de déployer des CU et DU virtualisés dans le cloud ou en périphérie (edge computing), optimisant ainsi la performance, la latence et les coûts d’exploitation.
Les technologies de transport sont-elles partagées entre ces segments ?
Oui, mais leur exigence varie. Par exemple, la fibre optique est courante sur les trois segments, mais le fronthaul nécessitera des délais très courts et une synchronisation très précise, tandis que le backhaul est plus souple mais doit gérer de grands volumes de données.