Coordination aux frontières dans la nouvelle bande 5G 3,5 GHz

La propagation des fréquences ne connait pas de frontières géographiques. Pour un déploiement sans  brouillage de part et d’autre dans chacun des pays, la coordination aux frontières entre administrations est essentielle. Elle permet d’acquérir des droits d’usage et de protection vis-à-vis des pays voisins. Un enjeu déterminant pour permettre une bonne qualité de service des réseaux mobiles sur tout le territoire.

En vue de l’introduction de la 5G, l’Arcep a lancé le 31 décembre 2019  la procédure de sélection pour l’attribution des fréquences de la bande 3490 ‑ 3800 MHz (aussi appelée 3,5 MHz) aux opérateurs mobiles. L’arrivée de la 5G,  prévue sur le territoire métropolitain dès le second semestre 2020, permettra d’améliorer les performances des services mobiles proposés aux utilisateurs notamment en termes de débit et de latence.

Cette technologie implique une adaptation des métriques utilisées en coordination aux frontières. Elles  devront tenir compte de l’effet combiné de l’usage des antennes actives, qui génèrent de multiples faisceaux dans la direction des terminaux (voir figure 1) et du mode de transmission en duplex temporel (TDD), où la même fréquence est utilisée par la voie montante et la voie descendante à des intervalles de temps différents.

Les antennes actives (source ANFR)

En mode TDD,  une trame  détermine le séquencement de la durée de transmission dans un sens puis dans un autre et le temps de renversement et une horloge commune permet de faire fonctionner tous les équipements ensemble. A date, seuls le Royaume-Uni et Monaco ont fait le choix de la trame (illustrée ci-dessous) définie par l’Arcep pour cette bande. La plupart des pays n’ont pas encore pris de décision.

Lorsque deux réseaux TDD adjacents utilisent des structures de trame différentes ou des structures identiques mais de façon non synchronisée, des perturbations peuvent survenir. En effet si une station de base émet au moment où une station reçoit, il peut y avoir brouillage (figure 2).

Les brouillages en mode TDD (source : ANFR)

Dans ce cas, la zone d’impact sur le déploiement peut s’avérer importante. La figure 3 représente la zone de brouillage à la frontière, évaluée à partir du dépassement d’un seuil de 0 dBµV/m/5 MHz. La figure 3 illustre pour des pays comme la Belgique, le Luxembourg ou la Suisse ce que pourrait être la zone d’impact, pour un corridor de coordination de 100 km de large. 

Exemple de corridor de coordination d’une largeur de 100 kms

Les débats s’engagent alors à de multiples niveaux, entre pays mais aussi  entre opérateurs mobiles et leurs fournisseurs qui recherchent la meilleure solution technique et les moyens pour les mettre en œuvre. Le temps presse alors que les enchères sont engagées en France et dans de nombreux pays d’Europe. 

Plusieurs obstacles rendent difficile la recherche de solution : 

• le caractère novateur du mode de transmission jamais utilisé à grande échelle pour les réseaux mobiles dans un contexte concurrentiel ;
• la présence de réseaux 4G TDD dans la bande 3,5 GHz, tels que les réseaux THD en  France;
• le caractère obligatoire de la synchronisation des réseaux TDD au niveau national : en France, la synchronisation des réseaux 5G entre eux et avec les réseaux 4G (THD radio), sur la base de la trame commune 4G/5G, est obligatoire.  Dans de nombreux pays européens, les opérateurs mobiles peuvent s’accorder entre eux pour définir le mode de synchronisation, le régulateur n’intervenant qu’en absence d’accord.

L’ANFR, les opérateurs français et les équipementiers sont activement engagés dans la recherche d’une solution. Ainsi de nouveaux seuils de coordination pour les réseaux TDD 5G, synchronisés et non-synchronisés, dans la  bande 3.4- 3.8 GHz, vont être recommandés dans un livrable de référence européen. Une solution technique, encore perfectible, est proposée pour éviter que des réseaux émettent un signal descendant quand les réseaux voisins émettent un signal montant, lorsque les réseaux sont synchronisés mais utilisent des trames différentes. On parle de downlink symbol blanking (DSB) .  Des travaux complémentaires seront nécessaires pour harmoniser au mieux les structures de trame 5G et détailler les techniques comme le DSB, qui nécessitent aussi de limiter la combinatoire entre les structures de trame 5G.

Des discussions sont en cours avec les administrations voisines afin de voir comment adresser cette problématique. Ces échanges doivent aussi permettre la protection des autres services existants. Parmi eux,  le THD radio et les stations terriennes (stations FSS) recevant les signaux des satellites dans les bandes 3,4-3,8 GHz et 3,8-4,2 GHz. La figure 4 illustre à date l’emplacement des stations terriennes étrangères à protéger.

 

 Les stations terriennes aux frontières