Le gestion des fréquences radio

Le point sur...
Les applications de communication et de diffusion par ondes radioélectriques cohabitent dans un
ensemble borné : à une fréquence, à un instant et dans un lieu donnés, on ne peut avoir qu'une seule
onde porteuse d'un signal intelligible. Le spectre radio, qui fait partie du domaine public de l'État, est
une ressource rare gérée par différents acteurs institutionnels. Parmi ceux-ci, l'Autorité de régulation
des communications électroniques et des postes, l'ARCEP, est en charge des fréquences ouvertes
aux services de télécommunications ; elle en autorise l'utilisation suivant différents modes. Ainsi,
une utilisation efficace du budget radio permet d'optimiser la gestion du spectre, limité.
Synthès
e
aménagement numérique des territoires
la gestion des fréquences radio
Les fréquences radio : une ressource rare
Le principe physique des technologies radio
Les technologies dites hertziennes (ou radio) sont basées sur la radiodiffusion : des ondes électromagnétiques, portant
les signaux à transmettre, sont émises dans l'air. Physiquement, une onde électromagnétique correspond à une variation
régulière de la valeur du champ électromagnétique, en un point donné. Le nombre de variations par seconde est la
fréquence de l'onde (exprimée en Hertz). A un instant et en un lieu donnés, il ne peut y avoir qu'une seule onde d'une
fréquence donnée. Si on génère plusieurs ondes de même fréquence, il n'est alors plus possible de distinguer les
différents signaux, portés par chacune des ondes (phénomène d'interférences). A l'inverse, plusieurs signaux radio
peuvent cohabiter sans interférences si leurs fréquences sont différentes.
Le spectre radiofréquence : un ensemble borné
La famille des ondes électromagnétiques inclut les ondes radio et les micro-ondes mais aussi la lumière visible, les
rayons X... Le spectre radiofréquence utilisé par les technologies de transmission radio s'étend de quelques hertz à
300 gigahertz. Toutes les applications radio (télévision, radiophonie, téléphonie mobile, réseaux d'accès internet sans fil,
applications militaires, communications avec les satellites...) doivent cohabiter dans cet intervalle clos et inextensible.
Plus la fréquence utilisée est basse, plus la portée des ondes est élevée et plus les ondes sont capables de
traverser les obstacles. En revanche, la fréquence détermine la capacité de transport d'information de l'onde : plus la
fréquence est élevée, plus les variations de signal sont nombreuses dans un intervalle de temps donné. Or l'information
numérique est constituée de variations du signal représentant des successions de 0 et de
Application
Fréquence
1 (les bits) ; plus le signal varie souvent, plus on peut véhiculer de bits par seconde, et
Radio FM
≈ 100 MHz
donc plus la vitesse de transmission de l'information numérique est élevée.
De ces deux contraintes, l'une poussant à l'utilisation de fréquences basses, l'autre à
l'utilisation de fréquences hautes, on déduit qu'il existe un ensemble de fréquences
constituant le meilleur compromis entre vitesse de transmission et portée ; il s'agit
des fréquences de l'ordre de quelques centaines à quelques milliers de MHz. Les
applications consistant à desservir des utilisateurs répartis sur un territoire ont tendance à
se concentrer dans cette partie réduite du spectre. Cette concentration et le bornage
physique du spectre font des fréquences radio une ressource rare.
Les acteurs qui gèrent la ressource
TNT
450-860 MHz
GSM (2G)
≈ 900 et
1800 MHz
UMTS (3G)
≈ 1900 et
2100 MHz
Wi-Fi (b-g)
≈ 2400 Mhz
WiMAX
≈ 3500 MHz
Fréquences utilisées en France par
quelques applications de
communication grand public
La répartition des rôles
Le spectre radio fait partie du domaine public de l'État. Afin de permettre la cohabitation des différents émetteurs d'ondes
radio, plusieurs acteurs institutionnels en fixent les règles : type d'application autorisé (fixe ou mobile, civile ou militaire...),
limitation de puissance (afin de restreindre la portée et le niveau de pollution radioélectrique), localisation des stations...
Ainsi, l'Agence Nationale des Fréquences Radio (ANFR) attribue des portions du spectre radio (c'est-à-dire des
bandes de fréquence) à différentes autorités, comme par exemple l'ARCEP, le CSA, l'Aviation Civile... Ces autorités
peuvent utiliser les fréquences pour leurs besoins propres ou les attribuer à des entités utilisatrices (éventuellement
après les avoir découpées en plus bandes plus étroites) sous forme de licences d'autorisation d'émettre.
Ces différents acteurs sont également chargés de fixer les limites réglementaires (puissances, fréquences) que doivent
respecter les équipements grand public émettant des ondes radio (téléphones fixes sans fil, jouets radiocommandés,
puces RFID, etc.) afin d'éviter que ceux-ci ne perturbent la propagation des signaux en extérieur.
L'ensemble des règles d'utilisation des fréquences fait l'objet de travaux d'harmonisation aux niveaux européen et
mondial, d'une part pour faciliter la conception et la commercialisation d'équipements sur les marchés internationaux,
d'autre part pour éviter les éventuels problèmes d'interférences aux frontières, liés à des règles de gestion différentes.
L'exemple de l'ARCEP
L'ARCEP est chargée de définir les conditions d'utilisation des fréquences dédiées
aux services de communications électroniques, téléphonie et internet en particulier.
Dans ce but, l'Agence nationale des fréquences radio lui attribue certaines bandes
de fréquences.
La méthode d'attribution des autorisations
Dans les bandes qui lui sont attribuées par l'ANFR, l'ARCEP délivre les autorisations
d'émettre suivant différents modes :
- Le plus permissif est celui des bandes libres, dans lesquelles tout le monde est
autorisé à émettre, sous certaines conditions, en particulier une puissance du signal
limitée. C'est le cas des bandes 2,4 et 5 GHz, utilisées notamment par le Wi-Fi.
- Le second mode d'autorisation est dit "au fil de l'eau" : les autorisations sont
délivrées suivant la règle du "premier arrivé, premier servi" ; cette méthode est
utilisée lorsque les fréquences mises en jeu sont relativement peu sollicitées.
- Enfin la troisième voie est celle des autorisations délivrées après appel à candidatures ; cette méthode est utilisée
lorsque la quantité de fréquences disponible sera probablement insuffisante pour satisfaire tous les candidats. C'est la
solution qui a été employée pour les licences de téléphonie mobile (GSM, UMTS et future 4G) ou encore pour la bande
des 3,5 GHz utilisée pour le WiMAX. Les
Type d'autorisation,
Fréquences
Usage
critères de choix peuvent porter sur la somme
méthode d'attribution
proposée par le candidat, ses engagements sur Wi-Fi
Bande libre
Bande 2,4 GHz
Réseaux locaux sans fil, petites
la couverture du territoire, les services qu'il
(normes
(sous conditions
Bande 5 GHz
boucles locales radio
b/g, n et a)
d'usage)
prévoit de proposer...
Les différents types d'autorisation
- L'assignation autorise une station à émettre
à un endroit précis et une fréquence donnée.
- L'allotissement autorise à l'émission dans
une fréquence donnée, mais en laissant la
liberté quant au positionnement des stations,
sous réserve du respect des éventuelles
servitudes de protection radioélectrique.
Évolutions
Allotissement par
région après appel à
candidatures
Boucles locales radio
(desserte haut débit sans fil)
WiMAX
Bande 3,5 GHz
Faisceaux
hertziens
Allotissement/assignati Liaisons point-à-point, par exemple
Différentes bandes
on, généralement au fil pour relier entre elles des stations
entre 3 et 40 GHz
de l'eau
de téléphonie mobile
GSM /
UMTS /
LTE
900 et 1800 Mhz
1900 et 2100 MHz
800 et 2600 MHz
Allotissements
Réseaux de téléphonie mobile :
nationaux après appels
2G / 3G / future 4G
à candidatures
Quelques exemples gérés par l'ARCEP
Note : une autorisation porte bien sur une bande, c'est-à-dire un intervalle de fréquences, et non
sur une fréquence précise. Par exemple, la bande libre 2,4 GHz correspond en fait aux
fréquences comprises entre 2,4000 et 2,4835 GHz.
Pour en savoir plus...
L'évolution des applications entraîne une évolution des besoins. Par exemple, le remplacement de la télévision
analogique par la télévision numérique terrestre (TNT) doit permettre de libérer fin 2011 la bande des 800 MHz pour
les besoins de la future génération de téléphonie mobile, la 4G ; ce « dividende numérique » intéresse de nombreux
acteurs car les fréquences concernées se situent dans le domaine des centaines de MHz, particulièrement adapté
aux réseaux mobiles à très haut débit.
L'électronique, les techniques de codage et le multiplexage (transport de plusieurs signaux distincts sur un même
canal) se perfectionnent, permettant de transporter davantage de bits utiles par hertz. Dans un avenir proche, la radio
cognitive apportera des perspectives de gestion plus dynamique du spectre. Selon l'ARCEP, à un instant donné,
seul 20% du spectre est utilisé ; si les réseaux radio sont capables de s'adapter en temps réel en choisissant euxmêmes d'émettre dans une fréquence peu encombrée, on peut décloisonner les bandes de fréquences et autoriser
plusieurs utilisateurs sur les mêmes bandes.
Sur internet
Dossier Fréquences sur le site de l'ARCEP : http://www.arcep.fr/index.php?id=8807
Agence Nationale des Fréquences Radio (ANFR) : http://www.anfr.fr
Contact
Point d'appui national Aménagement Numérique des Territoires – CETE de l'Ouest
[email protected] – mise à jour en octobre 2010
La série complète des fiches est disponible sur internet : http://www.ant.developpement-durable.gouv.fr/article.php3?id_article=99
groupe
Aménagement
Numérique
des Territoires
CETE de l'Ouest
MAN – rue René
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2
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