Tout comprendre sur les fréquences de la 5G

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12 juin 2019 à 17h49
- Mis à jour le 8 octobre 2019 à 10h45 -

Les fréquences sont indispensables au futur réseau mobile 5G. Pour tenir toutes ses promesses, la 5G s'appuiera à termes sur plusieurs bandes de fréquences avec des propriétés très différentes. Explications.

5G : pourquoi les fréquences sont-elles si importantes ?

Soyons clair : Il n'y a pas de réseau mobile 5G sans les fréquences. Car, les communications numériques utilisent des bandes de fréquence pour transmettre les données. Or, chaque bande de fréquences a des propriétés bien distinctes. Plus les fréquences sont hautes, plus les débits sont élevés mais la portée du signal est réduite. À l'inverse, plus les fréquences sont basses, plus la portée du signal est élevée mais les débits sont moindres.

Pour tenir toutes ces promesses et répondre a tous les besoins, le futur réseau mobile 5G aura besoin d’utiliser plusieurs bandes de fréquences, justement parce qu'elles ont des propriétés différentes.  En France, à termes, trois bandes de fréquences seront utilisées : la bande 700 MHz, la bande 3,5 GHz et la bande 26 GHz. La 5G reposera sur un patchwork de fréquences. Et, c'est l'agrégation de ces trois bandes de fréquences qui permettra à la 5G d'offrir autant de possibilités d'usages.Trois bandes de fréquences ont été retenues pour la 5G.

Mais, ce n'est pas tout. Demain, avec la 5G, notre consommation de data va exploser. D'ici 2025, à en croire l'équipementier Ericsson, un mobinaute sur cinq devrait utiliser 200 Go par mois d'Internet mobile. Pour vous donner un ordre idée, sachez qu'aujourd'hui, en France, les usagers les plus gourmands en data sont ceux de Free, et ils consomment en moyenne 11,6 Go d'Internet mobile par mois. Et, il va falloir répondre à cette demande. Cela nécessite d'avoir la bande passante la plus grande possible, et donc un élargissement du spectre utilisé. Car, plus la bande de fréquence utilisée par la 5G est large, plus la quantité de données pouvant être transmises est élevée.

La bande de fréquences des 700 MHz : c'est celle de la 4G

La bande des 700 MHz (694 - 790 MHz) est l'une des trois bandes de fréquences identifiées pour la 5G. Elle est intéressante pour sa faculté à pénétrer les obstacles physiques. Mais, aussi et surtout, parce qu'elle permet de répondre aux enjeux de couverture, y compris en zone rurale. Les fréquences basses, en effet, sont celles qui ont la plus grande longueur d'ondes, et donc la plus grande portée. En contrepartie, elles ne permettent pas des débits très élevés. Mais, ce n'est pas forcément un problème pour tous les usages liés à la 5G, et notamment l'Internet des objets dont l'objectif est de pouvoir multiplier les objets connectés mais nécessitant des débits réduits.16avril2019 - 5g-1

Il y a néanmoins un problème avec la bande des 700 MHz : c'est la bande de fréquences utilisée par la 4G. Et donc, seules de petites largeurs de bandes (20 MHz) sont disponibles aujourd'hui. D'ailleurs, dans un premier temps, la bande des 700 MHz restera dédiée à la 4G. Elle sera attribuée à la 5G dans un second temps, à une date qui reste à déterminer.

La bande de fréquences des 3,5 GHz : le meilleur compromis

La bande 3,4 - 3,8 GHz sera la première bande de fréquences attribuée à la 5G en Europe. Elle présente un excellent compromis entre la largeur de bande et les possibilités de couverture. Elle permet aussi une montée en débit significative.

Théoriquement, 400 MHz sont donc à la disposition de la 5G. Il y a de quoi voir venir, même à quatre opérateurs, comme en France. Cela revient en effet à 100 MHz chacun. C'est une largeur de bande suffisante. Les équipementiers télécoms considèrent en effet qu'un opérateur a besoin d'environ 80 MHz pour offrir un service qualité en 5G.La bande de fréquences des 3,5 GHz est celle qui offre le meilleur compromis pour la 5G

Seulement, il y a un problème.La bande de fréquences des 3,5 GHz est celle qui sera dédiée à la 5G en premier mais... elle est déjà partiellement occupée.

30 MHz ont été attribués au WiMax, jusqu'en 2026. Cette technologie radio est développée par Bolloré Télécom (aujourd'hui Wifirst) et SFR. C'est un échec commercial et, aujourd'hui, personne n'utilise ces fréquences. Mais, l'Arcep, le régulateur des télécoms, ne peut pas révoquer leurs droits d'utilisation.Mais, ce n'est pas tout. Il y a un peu plus d'un an, l'Arcep a rogné une seconde fois sur la bande phare de la 5G. Dans le cadre du plan THD, dont l'objectif est de fournir le Très Haut Débit à tous les Français en 2022, il a attribué au THD Radio 50 MHz de la bande de fréquences des 3,5 GHz, mais uniquement dans certaines régions. Là encore jusqu'en 2026. Enfin, 10 MHz sont mis de côté pour éviter les interférences avec d'autres technologies.

La bande de fréquences des 26 GHz et les ondes millimétriques

Dans le développement de la 5G, il y a un enjeu primordial : monter en fréquence. Cela  implique d'aller dans des bandes jusque là inexploitées dans les télécommunications civiles. L'objectif est de permettre aux opérateurs d'utiliser plus de bande passante et d'augmenter les débits. En France, les fréquences qui répondent le mieux à cet impératif se situent dans la bande des 26 GHz (24,25 - 27,5 GHz). On les appelle les ondes millimétriques.

C'est la bande qui permet les débits les plus élevés, avec des débits comparables à ceux de la fibre. Néanmoins, les ondes millimétriques ont une portée limitée à quelques centaines de mètres, d'où leur nom, ainsi qu'une très faible pénétration des bâtiments. Pour combler la portée réduite des ondes millimétriques, les opérateurs vont déployer des small cells au plus près des utilisateurs, des antennes de taille réduite qui peuvent être placées dans des lampadaires ou des arrêts de bus. Ils vont aussi utiliser des techniques comme le Massive MIMO et le beamforming pour multiplier la capacité du réseau et diriger les signaux de manière intelligente ver les appareils.Les ondes millimétriques sont intéressantes pour la 5G en zones très denses.

La bande de fréquences des 26 GHz est particulièrement intéressante en zones très denses et permettra de développer de nouveaux services 5G liés à l'industrie. Néanmoins, dans un premier temps, la bande des 26 GHz ne sera pas attribuée à la 5G. Elle est d'ailleurs aujourd'hui en partie encombrée par l'armée, la recherche spatiale et l'administration chargée de la météo. La bande des 26 GHz sera dédiée à la 5G dans un second temps, le temps pour l'Arcep de libérer lesdites fréquences. Et, c'est à ce moment-là que l'on pourra découvrir toutes les promesses de la 5G.

En attendant son attribution, l'Arcep a autorisé des expérimentations dans la bande des 26 GHz. Début octobre 2019, 11 projets ont été retenus pour tester la 5G pendant trois ans en exploitant les ondes millimétriques. Par exemple, le Grand Port Maritime du Havre veut tester des applications concernant la performance des opérations de maintenance. Quant à la Métropole de Bordeaux, elle veut valoriser son réseau d'éclairage public en déployant de nouvelles infrastructures. La SNCF, de son côté, souhaite tester des usages grand public ou à destination des agents et du système d'information.

Moins de fréquences 5G que prévues

En Europe, comme en France, trois bandes de fréquences ont été retenues pour la 5G : la bande 700 MHz, la bande 3,5 GHz et la bande 26 GHz. Le problème, c'est que ces trois bandes de fréquences sont déjà tout ou partie occupées. D'ailleurs, dans un premier temps, la bande 700 MHz et la bande 26 GHz ne seront pas attribuées aux opérateurs pour la 5G. C'est donc la bande 3,5 GHz qui sera dédiée à la 5G dans un premier temps. Mais, on l'a vu. Elle est déjà bien amputée. Sur les 400 MHz, seulement 310 MHz sont réellement disponibles pour la 5G. C'est donc près de 25% des fréquences 5G qui vont manquer à l'appel.

L'Arcep a promis de trouver des solutions pour que la France ne rate pas le rendez-vous de la 5G. Le régulateur des télécoms mène actuellement des négociations pour obtenir la libération de certaines fréquences qui sont déjà occupées. 

Au début, donc, la 5G française devrait manquer de vigueur et être dans l'impossibilité de tenir toutes ses promesses. Faute d'avoir suffisamment de spectre de fréquences 5G à distribuer aux opérateurs.

Comment se passe l'attribution des fréquences 5G en France ?

Pour le lancement de la 5G en France, le rendez-vous est fixé en 2020. On n'en est pas encore là et il va d'abord falloir passer, cette année, par une étape importante : l'attribution des blocs de fréquences 5G, 310 MHz au total.

Ils vont être mis en enchères cet automne. Des enchères auxquels les industriels ne vont pas participer. "Éclater la bande entre un trop grand nombre d'acteurs peut poser des problèmes dans sa gestion et causer des interférences", justifie Agnès Pannier-Runacher, secrétaire d'État chargée des télécoms. Mais, il sera demandé aux opérateurs de proposer "des accès 5G dans de bonnes conditions aux acteurs extérieurs aux télécoms qui le souhaiteraient". Le match pour l'attribution des fréquences 5G va donc se jouer entre les quatre principaux opérateurs téléphoniques : Bouygues Telecom, Free, Orange et SFR.5g-frequences-operateurs-encheres

C'est l'Arcep, le régulateur des télécoms, qui jouera les arbitres. Et, il souhaite que chaque opérateur reparte avec un minimum de spectre, pour éviter des "réseaux 5G de seconde zone". Les uns plaident pour 40 MHz, les autres pour 60 MHz. Un volume minimal qui serait cédé à prix fixe, le reste étant vendu au plus offrant.

Quant au gouvernement, il a fixé les règles du jeu pour l'attribution des fréquences 5G. Il souhaite que le déploiement de la 5G en 2020 se fasse dans plusieurs grandes villes. Et, en 2025 ou 2026, toutes les grandes agglomérations et les axes routiers prioritaires devront être couverts par la 5G. Autre objectif : que le déploiement de la 5G ne se cantonne pas "aux seules grandes agglomérations et que l'attribution des fréquences 5G contribue à une amélioration significative de la qualité de couverture". "Tous les territoires, y compris les plus ruraux ou de montagne, doivent pouvoir bénéficier du développement des services 5G dans un calendrier raisonnable", assure Agnès Pannier-Runacher. Pour y arriver, le gouvernement suggère même à l'Arcep la possibilité d'avoir un "recours accru à la mutualisation des réseaux".

Reste à savoir à quel prix les blocs de fréquences 5G seront attribués. Le gouvernement ne s'en cache pas. Pas question pour lui de brader les fréquences 5G : "Il y a sans surprise l'objectif d'équilibre des recettes pour l'État", reconnaît Agnès Pannier-Runacher. "L'enjeu est de trouver le juste milieu avec l'ampleur des investissements à réaliser par les opérateurs".

La question est donc de savoir où est le juste milieu ? On devrait avoir une première indication cet été quand sera fixé un prix de vente minimum. "Il sera plus proche de 1,5 milliard d'euros que de trois milliards", assure la secrétaire d'État chargée des télécoms qui se veut rassurante : "Cette valorisation devra laisser de la marge au développement des réseaux et les redevances associées seront fixées en regard des exigences de services, des usages souhaités et des objectifs de déploiements". Une déclaration dont il faut comprendre que si le prix de réserve des fréquences 5G est relativement faible, c'est pour que les opérateurs débloquent davantage de moyens sur la couverture réseau.

Les 1,5 GHz à la rescousse des fréquences de la 5G ?

Les usages futurs de la 5G nécessitent de la bande passante et donc un spectre de fréquences suffisamment large pour les supporter. Or, on sait qu'au début de la 5G, près de 30% des fréquences vont manquer à l'appel. Sans doute échaudé, l'Arcep, le gendarmes des télécoms, prépare déjà l'arrivée de la 5G standalone, la seconde norme de la 5G, celle qui va entraîner une révolution des usages.

En effet, l'Arcep vient d'annoncer que la bande de fréquences des 1,5 GHz devrait être disponible pour les télécoms en 2023. Pour le moment utilisées par les ministères de la Défense et de l'Intérieur et pour la liaison point à point entre deux particuliers, cette bande de fréquences se situe au milieu de celles qui sont généralement utilisées. Selon l'Arcep, elles sont donc "particulièrement intéressantes" pour la couverture du territoire et la couverture à l'intérieur des bâtiments.

Couplée à d'autres fréquences, la bande des 1,5 GHz pourra renforcer les capacités du futur réseau mobile 5G et contribuer à une augmentation significative des débits.

L'attribution des fréquences 5G chez nos voisins européens

Chargé de l'attribution des fréquences 5G, l'Arcep veut éviter un scénario à l'italienne. Le gouvernement italien a en effet touché le jackpot avec une somme folle de 6,55 milliards d'euros à la suite de l'attribution des fréquences 5G. Au début des enchères, il s'était fixé un objectif de 2,5 milliards d'euros. Les opérateurs allemands ont, eux, déboursé à peu près la même somme, 6,49 milliards d'euros, pour obtenir les fréquences de la 5G. Le gouvernement allemand espérait initialement en tirer entre trois et cinq milliards d'euros. 

Plus ou moins 6,5 milliards d'euros : rapporté au MHz par habitant, c'est sept fois plus qu'en Espagne et près de trois fois plus qu'au Royaume-Uni.

Mais, pourquoi les fréquences 5G se sont-elles vendues aussi chères ? D'un côté, le gouvernement italien a tout fait pour que les enchères décollent, avec des blocs de fréquences de tailles inégales. Les opérateurs se sont étripés pour avoir les meilleurs et les tarifs se sont envolés. De l'autre, le gouvernement allemand a mis aux enchères 420 MHz de spectre de fréquences.Les fréquences de la 5G sont mises aux enchères

Alors, qu'en sera-t-il en France ? L'Arcep va mettre aux enchères un spectre de 310 MHz de fréquences. Cela devrait donc coûter moins aux opérateurs. En outre, le gouvernement dit vouloir trouver le "juste milieu". Les modalités des enchères devraient donc permettre d'éviter que les prix s'envolent.

Mais un risque subsiste : c'est qu'au moment des enchères, les fréquences 5G disponibles soient jugées insuffisantes aux yeux des opérateurs pour déployer leurs services. Auquel cas, les enchères pourraient décoller. Mais, les opérateurs n'ont aucun intérêt à voir ce scénario se produire. Car, après, il faudra continuer de financer le déploiement de la 5G.

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