Spectre 5G
Arrière-plan
La 5G est sur le point de changer considérablement la donne en termes d’attribution et d’utilisation du spectre, et dans cet article, nous visons à apporter plus de clarté sur les nombreuses questions liées aux licences, à la normalisation/harmonisation et à l’utilisation du spectre alors que nous nous dirigeons vers l’ère de la 5G.
Le spectre est très recherché, principalement parce qu’il permet à un opérateur d’augmenter efficacement la capacité du réseau. Le spectre supplémentaire peut être ajouté aux stations de base existantes, ce qui réduit le nombre de nouvelles stations de base nécessaires. Cela rend le spectre très précieux, c'est pourquoi les régulateurs factureront des frais pour le spectre sous licence. Le coût du spectre varie, mais peut être assez important en fonction des fréquences spécifiques faisant l'objet d'une licence.
Un mécanisme d'enchères est souvent utilisé afin d'établir la valeur du spectre. Non seulement cela génère des revenus pour le régulateur/le gouvernement, mais, grâce aux forces du marché, cela garantit en grande partie que le spectre sera utilisé de manière appropriée et comme prévu. Des portions importantes du spectre de fréquences inférieures entraîneront généralement des frais plus élevés que la même quantité de spectre de fréquences plus élevées en raison de la meilleure couverture qu'elles offrent.
Spectre 5G – Vue d’ensemble
Avec l’introduction de la 5G, une gamme de spectre de fréquences beaucoup plus large peut être mise à la disposition de l’industrie. Outre les fréquences cellulaires plus traditionnelles (généralement de 450 MHz à 2 600 MHz), un spectre compris entre ~ 3 et 7 GHz et dans les bandes mmWave beaucoup plus élevées (initialement supérieures à 24,25 GHz) peuvent être mis à disposition. La propagation radio à ces fréquences plus élevées signifie que l'attribution du spectre peut être beaucoup plus flexible (en raison de la nature isolée de la couverture cellulaire et des interférences minimisées) et que les bandes sans licence, partagées ou locales sont plus réalisables. La manière dont la 5G fonctionne avec la 4G introduit également plus de flexibilité. En bref, la 5G est appelée à changer considérablement la donne en termes d'attribution du spectre. La figure ci-dessous illustre le principe général.
Bandes de fréquences standard 3GPP
En ce qui concerne ce qui peut réellement être autorisé dans un pays particulier, dans les premières versions 3GPP de la 5G (versions 15 à 17), la nouvelle radio 5G a été spécifiée pour fonctionner dans deux gammes de fréquences.
- La plage de fréquences 1 (FR1) se situe entre 410 et 7 125 MHz, elle englobe et étend donc la plage de fréquences du LTE.
- La gamme de fréquences 2 (FR2) englobe les ondes millimétriques, initialement comprises entre 24 250 et 52 600 MHz.
3GPP a défini les deux gammes de fréquences (FR) car les exigences et les conditions de test de la radio analogique 5G en FR1 et FR2 sont quelque peu différentes. Comme le montre le tableau sous cet article (Source : 3GPP TS 38.104 Release 17), des bandes au sein de chaque plage ont été spécifiées pour prendre en charge la nouvelle radio 5G, et pour chaque bande, le mode de fonctionnement est défini comme FDD (Frequency Division Duplex, où il existe des fréquences de liaison montante et descendante distinctes), ou TDD (Time Division Duplex, où les mêmes fréquences sont utilisées à la fois pour la liaison montante et la liaison descendante). Chaque bande est numérotée, avec le préfixe « n » (pour New Radio).
FR1 intègre certaines des bandes précédemment utilisées pour le LTE, ainsi que de nouvelles bandes. À quelques exceptions significatives près, en dessous de 3 000 MHz, les bandes sont principalement spécifiées pour utiliser le mode duplex par répartition en fréquence (FDD), et les bandes au-dessus de 3 000 MHz sont spécifiées pour utiliser le mode duplex par répartition dans le temps (TDD). FR2 ne prend en charge que TDD et utilise les numéros de bande à partir de n257.
Optimisation des liaisons montantes et descendantes
Le TDD présente des avantages d'efficacité significatifs par rapport au FDD à des fréquences plus élevées, où des schémas d'antenne avancés sont utilisés. À ces fréquences plus élevées, les interférences sont moins importantes, ce qui annule certains des avantages du FDD aux fréquences plus basses (liés au contrôle des interférences) – d'où le passage au TDD alors que nous adoptons ces parties supérieures du spectre pour les communications cellulaires. Cependant, il existe également d’importantes bandes héritées qui ont été attribuées aux générations précédentes ou pour une utilisation sans licence – ce qui complique considérablement la situation. C’est essentiellement la raison pour laquelle nous avons une très longue liste de bandes dans FR1 et une très courte liste dans FR2, qui est nouvellement attribuée avec l’introduction de la 5G (sans la complication des bandes existantes).
Dans les tableaux, SDL signifie Supplementary Downlink. Il s'agit d'une fonctionnalité héritée du LTE, dans laquelle une cellule secondaire utilisée pour l'agrégation de porteuses peut être uniquement en liaison descendante. De même, SUL signifie Supplementary Uplink. Il s'agit d'une nouvelle fonctionnalité 5G, dans laquelle l'UE est configuré avec deux porteuses de liaison montante (transmettant une à la fois – selon les instructions de la station de base), qui correspondent toutes deux à une seule liaison descendante de la même cellule. La liaison montante supplémentaire est généralement sur une fréquence inférieure à la liaison montante normale et améliore la couverture de liaison montante pour les mobiles proches de la limite de la cellule.
Quels groupes doivent obtenir une licence ?
Dans le cadre de leur planification globale du spectre, différents régulateurs peuvent choisir (en théorie) d'accorder une licence à n'importe laquelle des bandes standardisées 3GPP. Toutefois, le déploiement rentable de la 5G sur un marché particulier dépend d’un soutien plus large de l’industrie pour des options spécifiques. À cet égard, la situation devient plus claire.
Un bon exemple est que les bandes n28 (703 à 748 UL, 758 à 803 DL), n78 (3 300 à 3 800) et n258 (24 250 à 27 500) revêtent une importance particulière pour les opérateurs 5G en Europe. Il s'agit des bandes d'ondes basses, moyennes et mm harmonisées par la CEPT (Conférence européenne des administrations des postes et télécommunications). Cette approche de l’attribution du spectre 5G offre une flexibilité indispensable aux opérateurs et à l’écosystème émergent au sens large. Il garantit qu’une fois l’attribution des licences pour les bandes obtenue, toutes les exigences clés des cas d’utilisation, existantes ou nouvelles, pourront être satisfaites efficacement, au moins en termes de spectre. Cela inclut la couverture, la capacité, la latence, le déploiement de petites cellules, la prise en charge de l'IoT (sur une zone plus large) ou la 5G dans des bandes sans licence/partagées (parmi de nombreuses autres considérations). De nombreux autres pays adoptent des approches similaires en matière de licences.
D'autres bandes importantes incluent n1, n3, n7, n8, n20 et n38, héritées du GSM, du WCDMA et du LTE. Au fil du temps, et une fois qu'un nombre suffisant de combinés du bon type seront disponibles sur les différents marchés (à différents moments à travers le monde), et si les régulateurs le permettent, ces bandes devraient connaître une évolution vers la 4G et la 5G afin de maximiser l'efficacité du réseau. L'abandon des bandes GSM/GPRS (encore largement utilisées pour les communications de type machine (MTC) dans de nombreux réseaux) pourrait prendre un peu plus de temps – pour des raisons liées aux performances radio.
Spectre pour 4G vs 5G
Les interfaces radio 4G et 5G partagent la même technologie sous-jacente et sont capables de fonctionner ensemble de manière transparente pour fournir la connectivité globale au sein du réseau. Les appareils sont spécifiés pour utiliser une technique appelée double connectivité pour fonctionner simultanément sur les deux types d'interfaces, permettant à un appareil de fonctionner de manière transparente dans un réseau combiné 4G/5G (ainsi que d'interfonctionner avec les générations précédentes).
Les opérateurs, tôt ou tard, et une fois que l’adoption de la 5G s’accélérera, voudront peut-être même migrer le spectre 4G vers la 5G. Ceci peut être réalisé de manière très efficace grâce à une fonctionnalité appelée Dynamic Spectrum Sharing (voir ci-dessous). Cette fonctionnalité permet d’attribuer dynamiquement ou de partager le spectre au sein de la même bande entre la 4G et la 5G. Par conséquent, au fil du temps, à mesure que davantage de combinés ou d’appareils compatibles 5G seront vendus ou fournis, le réseau allouera plus de ressources à la 5G qu’à la 4G.
Conclusion
Dans l’ensemble, l’utilisation du spectre pour la 5G est très complexe, avec de nombreuses considérations – certaines techniques, d’autres réglementaires, et beaucoup associées à divers cas d’utilisation et options de déploiement. En outre, les marchés ont des positions très différentes en termes de licences de spectre existantes et, bien sûr, suivent des trajectoires différentes en termes d'environnement concurrentiel de la 5G (notamment en termes de délais, de nombre de fournisseurs de services de communication et d'implication du gouvernement). Une vision claire des enjeux liés à l’utilisation du spectre avec la 5G donnera aux organisations de télécommunications un avantage dans leur prise de décision stratégique. Nous espérons que ce court article vous aura aidé à clarifier les choses !
Bandes de fonctionnement NR en FR1
(Source : 3GPP TS 38.104 version 17)
Bande de fonctionnement NR | Bande de fonctionnement de la liaison montante (UL) F UL, faible – F UL, élevé | Bande d'exploitation de liaison descendante (DL) F DL, faible – F DL, élevé | Mode recto-verso |
n1 | 1920 MHz – 1980 MHz | 2 110 MHz – 2 170 MHz | FDD |
n2 | 1 850 MHz – 1 910 MHz | 1930 MHz – 1990 MHz | FDD |
n3 | 1 710 MHz – 1 785 MHz | 1 805 MHz – 1 880 MHz | FDD |
n5 | 824 MHz – 849 MHz | 869 MHz – 894 MHz | FDD |
n7 | 2 500 MHz – 2 570 MHz | 2 620 MHz – 2 690 MHz | FDD |
n8 | 880 MHz – 915 MHz | 925 MHz – 960 MHz | FDD |
n12 | 699 MHz – 716 MHz | 729 MHz – 746 MHz | FDD |
n13 | 777 MHz – 787 MHz | 746 MHz – 756 MHz | FDD |
n14 | 788 MHz – 798 MHz | 758 MHz – 768 MHz | FDD |
n18 | 815 MHz – 830 MHz | 860 MHz – 875 MHz | FDD |
n20 | 832 MHz – 862 MHz | 791 MHz – 821 MHz | FDD |
n24 7 | 1 626,5 MHz – 1 660,5 MHz | 1 525 MHz – 1 559 MHz | FDD |
n25 | 1 850 MHz – 1 915 MHz | 1930 MHz – 1995 MHz | FDD |
n26 | 814 MHz – 849 MHz | 859 MHz – 894 MHz | FDD |
n28 | 703 MHz – 748 MHz | 758 MHz – 803 MHz | FDD |
n29 | N / A | 717 MHz – 728 MHz | SDL |
n30 | 2 305 MHz – 2 315 MHz | 2 350 MHz – 2 360 MHz | FDD |
n34 | 2 010 MHz – 2 025 MHz | 2 010 MHz – 2 025 MHz | TDD |
n38 | 2 570 MHz – 2 620 MHz | 2 570 MHz – 2 620 MHz | TDD |
n39 | 1 880 MHz – 1 920 MHz | 1 880 MHz – 1 920 MHz | TDD |
n40 | 2 300 MHz – 2 400 MHz | 2 300 MHz – 2 400 MHz | TDD |
n41 | 2 496 MHz – 2 690 MHz | 2 496 MHz – 2 690 MHz | TDD |
n46 | 5 150 MHz – 5 925 MHz | 5 150 MHz – 5 925 MHz | DTJ 3 |
n48 | 3 550 MHz – 3 700 MHz | 3 550 MHz – 3 700 MHz | TDD |
n50 | 1 432 MHz – 1 517 MHz | 1 432 MHz – 1 517 MHz | TDD |
n51 | 1 427 MHz – 1 432 MHz | 1 427 MHz – 1 432 MHz | TDD |
n53 | 2 483,5 MHz – 2 495 MHz | 2 483,5 MHz – 2 495 MHz | TDD |
n65 | 1920 MHz – 2010 MHz | 2 110 MHz – 2 200 MHz | FDD |
n66 | 1 710 MHz – 1 780 MHz | 2 110 MHz – 2 200 MHz | FDD |
n67 | N / A | 738 MHz – 758 MHz | SDL |
n70 | 1 695 MHz – 1 710 MHz | 1995 MHz – 2020 MHz | FDD |
n71 | 663 MHz – 698 MHz | 617 MHz – 652 MHz | FDD |
n74 | 1 427 MHz – 1 470 MHz | 1 475 MHz – 1 518 MHz | FDD |
n75 | N / A | 1 432 MHz – 1 517 MHz | SDL |
n76 | N / A | 1 427 MHz – 1 432 MHz | SDL |
n77 | 3 300 MHz – 4 200 MHz | 3 300 MHz – 4 200 MHz | TDD |
n78 | 3 300 MHz – 3 800 MHz | 3 300 MHz – 3 800 MHz | TDD |
n79 | 4 400 MHz – 5 000 MHz | 4 400 MHz – 5 000 MHz | TDD |
n80 | 1 710 MHz – 1 785 MHz | N / A | SUL |
n81 | 880 MHz – 915 MHz | N / A | SUL |
n82 | 832 MHz – 862 MHz | N / A | SUL |
n83 | 703 MHz – 748 MHz | N / A | SUL |
n84 | 1920 MHz – 1980 MHz | N / A | SUL |
n85 | 698 MHz – 716 MHz | 728 MHz – 746 MHz | FDD |
n86 | 1 710 MHz – 1 780 MHz | N / A | SUL |
n89 | 824 MHz – 849 MHz | N / A | SUL |
n90 | 2 496 MHz – 2 690 MHz | 2 496 MHz – 2 690 MHz | TDD |
n91 | 832 MHz – 862 MHz | 1 427 MHz – 1 432 MHz | FDD2 |
n92 | 832 MHz – 862 MHz | 1 432 MHz – 1 517 MHz | FDD2 |
n93 | 880 MHz – 915 MHz | 1 427 MHz – 1 432 MHz | FDD2 |
n94 | 880 MHz – 915 MHz | 1 432 MHz – 1 517 MHz | FDD2 |
n95 1 | 2 010 MHz – 2 025 MHz | N / A | SUL |
n96 4 | 5 925 MHz – 7 125 MHz | 5 925 MHz – 7 125 MHz | DTJ 3 |
n97 5 | 2 300 MHz – 2 400 MHz | N / A | SUL |
n98 5 | 1 880 MHz – 1 920 MHz | N / A | SUL |
n99 6 | 1626,5 MHz-1660,5 MHz | N / A | SUL |
REMARQUE 1 : Cette bande est applicable uniquement en Chine. | |||
Bandes de fonctionnement NR en FR2
(Source : 3GPP TS 38.104 version 17
Bande de fonctionnement NR | Bande d'exploitation de liaison montante (UL) et descendante (DL) F UL, faible – F UL, élevé F DL, faible – F DL, élevé | Mode recto-verso |
n257 | 26 500 MHz – 29 500 MHz | TDD |
n258 | 24 250 MHz – 27 500 MHz | TDD |
n259 | 39 500 MHz – 43 500 MHz | TDD |
n260 | 37 000 MHz – 40 000 MHz | TDD |
n261 | 27 500 MHz – 28 350 MHz | TDD |
n262 | 47 200 MHz – 48 200 MHz | TDD |
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Author: Paul Waite
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