Techno 5G: fréquences et ondes, mode d'emploi

Annoncée comme le big bang des télécoms, la 5G doit proposer des services innovants tout en reposant sur la même ressource publique que les générations précédentes de téléphonie mobile: les ondes électromagnétiques. Limitées, celles-ci doivent être réparties selon leurs caractéristiques physiques pour pouvoir répondre à tous les usages.

Les fréquences, nerf de la guerre

La lumière, des infra-rouges aux ultra-violets en passant par les couleurs, le four à micro-ondes, la radio ou la téléphonie mobile passent par des ondes électromagnétiques, toutes mesurables via leur longueur d'onde mais aussi par leur fréquence en hertz, raison pour laquelle on parle d'ondes hertziennes.

La majorité des ondes utilisées pour les activités technologiques humaines (télévision, radio, téléphone, mais aussi satellites, talkie-walkie, wifi, radar...) se situent entre 3 kilohertz (KHz) et 300 gigahertz (GHz).

Pour chaque usage, on réserve une partie du spectre, délimité par deux longueurs d'ondes précises: c'est ce qu'on appelle les bandes de fréquences, qui peuvent être de tailles très diverses, selon les besoins et les possibilités.

La téléphonie mobile n'utilise qu'une très petite partie de toutes ces bandes de fréquences: tout au plus six en tenant compte de celle sur le point d'être attribuée, improprement appelée bande 3,5 GHz (mais en réalité comprise entre 3,4GHz et 3,8GHz).

Des propriétés physiques variées

Selon leur position sur le spectre électromagnétique, les bandes n'ont pas les mêmes qualités physiques.

En particulier, plus elles sont basses, plus elles permettent d'avoir une portée importante avec une meilleure pénétration dans les bâtiments – des éléments importants pour les télécoms. C'est la raison pour laquelle la bande 700MHz, la plus basse utilisée pour la téléphonie mobile, est surnommée la «fréquence d'or».

Mais ces bandes plus basses sont également les plus chargées. Les opérateurs télécoms utilisent les bandes 700 à 900MHz pour les réseaux 2G et 3G, toujours actifs, la 4G bien entendu, mais aussi un certain nombre d'usages pour objets connectés ou encore le RFID, la radio-identification.

Surtout, ces bandes sont coincées entre celles utilisées pour la télévision et celles des systèmes aéronautiques. Les opérateurs télécoms ne peuvent donc pas disposer d'une largeur de bande importante. Lors de la mise à disposition de la bande 700MHz, ils se ont dans les faits reçu chacun entre 5MHz et 10MHz.

Plus on monte dans les fréquences, moins elles sont utilisées, du fait d'une portée qui se réduit. Ce moindre usage permet de débloquer 300MHz aux opérateurs entre les fréquences 3,4 et 3,8GHz. Les 100MHz restants sont déjà utilisés par les télécoms, pour le WiMax, un standard de communication visant à apporter de l'internet fixe.

A partir de 25 Ghz, on parle d'ondes millimétriques du fait de leur longueur d'onde très réduite: la capacité de diffusion est limitée par toutes sortes d'obstacles, même la pluie.

Des usages différents selon les fréquences

La 3G et plus encore la 4G ont fait décoller l'usage de l'internet mobile et considérablement augmenter le trafic de données. L'explosion de la vidéo sur smartphone y contribue particulièrement, avec le risque de venir saturer les réseaux. Car jusqu'ici, l'attribution des bandes de fréquences était pensée en fonction des besoins du moment. Or si une bande de fréquence n'est pas très large, elle peut vite être saturée. Pour contourner cette difficulté, les opérateurs commencent à agréger des bandes de fréquences, c'est-à-dire à les associer afin de créer de manière indirecte un canal de communication plus large.

La 5G devant accélérer encore ce mouvement, il était nécessaire de trouver des bandes plus larges et disponibles. C'est le cas de la bande 3,5GHz.

A terme, les autres bandes actuellement employées par les opérateurs basculeront en 5G. Les bandes plus basses (700-800-900 MHz) serviront à faire la couverture, les bandes moyennes (1,8 GHz, 2,4 GHz, 3,5 GHz) pour la renforcer dans les zones les plus denses, absorber le trafic et accélérer la vitesse de connexion, les bandes hautes (26 GHz) pour proposer un très haut débit avec peu de latence. Mais ces dernières, encore mal connues, débutent tout juste leur phase de test.