Tout savoir sur les fréquences de la 5G

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

Pour fonctionner, un réseau mobile s'appuie sur des fréquences et des antennes pour les utiliser. Sans fréquences, donc, pas de 5G. En effet, les communications numériques utilisent des bandes de fréquence pour transmettre les données.

Pour tenir toutes ces promesses et répondre à tous les besoins, le réseau 5G a besoin d’utiliser plusieurs bandes de fréquences. Et, c'est encore plus vrai avec la 5G que ça ne l'est avec la 4G. En effet, chaque bande de fréquences a des propriétés bien distinctes.

• Dans les fréquences basses, on trouve une bonne portée du signal, mais des débits moindres.
• À l'inverse, dans les fréquences hautes, on trouve des débits élevés mais une portée du signal plus faible.

L'une des promesses du réseau mobile 5G, c'est de garantir des débits élevés, jusqu'à 10 fois plus rapides que ceux de la 4G. C'est notamment pourquoi la 5G va devoir explorer des bandes de fréquences encore jamais utilisées dans les télécommunications civiles.

À termes, trois bandes de fréquences 5G seront utilisées par le réseau mobile. Et, c'est l'agrégation de ces trois bandes de fréquences qui permettra à la 5G d'offrir autant de possibilités d'usages.

Les fréquences 5G en France :

• La bande des 3,5 GHz est celle qui a été attribuée en exclusivité à la 5G, à l'issue d'un long processus d'attribution et d'enchères. C'est celle qui offre les meilleurs débits.
• Les fréquences de la 2G, 3G, 4G (700 Mhz, 800 Mhz, 900 Mhz, 1,8 Ghz, 2,1 Ghz, 2,6 Ghz), que les opérateurs peuvent basculer en 5G.
• La bande des 26 GHz est celle qui permettra à la 5G d'exprimer tout son potentiel. Elle sera attribuée à la 5G dans les années à venir, pas avant 2022 ou 2023.

Tous les opérateurs ont choisi d'utiliser en priorité pour la 5G les fréquences dans la bande des 3,5 GHz qu'ils ont achetées à l'automne 2020. En complément, ils prévoient également de déployer la 5G dans d'autres fréquences, comme celle des 2,1 GHz ou celle des 700 MHz.

L'un des objectifs du réseau mobile 5G, c'est aussi de répondre à l'explosion de notre consommation de données. D'ici 2025, selon l'équipementier Ericsson, un abonné mobile sur cinq devrait utiliser 200 Go par mois d'Internet. Pour vous donner un ordre idée, il faut savoir qu'aujourd'hui, en France, la consommation mensuelle moyenne de données est d'un peu plus de 15 Go par utilisateur. 

Il va donc falloir falloir répondre à cette demande, et l'on constate déjà que les enveloppes data des forfaits mobiles 5G augmentent régulièrement et passent souvent le cap des 100 voire même 200 Gigas. Cela nécessite d'avoir la bande passante la plus grande possible et donc d'avoir un spectre de fréquences le plus large possible. D'où l'intérêt d'aller explorer des bandes de fréquences jamais utilisées par un réseau mobile.

Les 3,5 GHz : la bande cœur de la 5G

La bande de fréquences des 3,5 GHz (3,4 - 3,8 GHz) est celle qui sera utilisée en priorité pour le réseau mobile 5G. C'est la bande cœur de la 5G. Sur les 400 MHz de largeur de spectre, 310 MHz étaient disponibles pour la 5G et ils ont été attribués en exclusivité à la 5G. Cela devrait malgré tout suffire aux opérateurs pour proposer à leurs abonnés une bonne qualité de services en 5G. 

De toutes les fréquences qui seront utilisées par la 5G, la bande des 3,5 GHz est celle qui offre le meilleur compromis. Tout d'abord, elle offre une largeur de bande suffisante. C'est pourquoi la 5G, dans un premier temps,  va apporter de l'oxygène au réseau et empêcher les effets de saturation. En outre, cette bande de fréquences permet d'avoir les meilleurs débits en 5G tout en ayant une bonne longueur d'ondes, ce qui permet aussi à la 5G de répondre aux enjeux de couverture mobile. Les fréquences 3,5 GHz ont une portée moyenne de 400 mètres en zone urbaine et 1,2 km en zone rurale.

Les 700 MHz : une bande de fréquences qui voit loin

La bande des 700 MHz (694 - 790 MHz) appartient à ceux qu'on appelle les fréquences basses. Le moins que l'on puisse dire c'est qu'on la connaît. Et pour cause : elle était occupée par la TNT et maintenant, elle est dévolue au réseau 4G. Elle est déjà bien occupée et les opérateurs ne pourront faire la 5G dans la bande des 700 MHz à la seule condition d'avoir du spectre disponible ou d'en libérer.

La bande de fréquences des 700 MHz est intéressante à bien des égards. Tout d'abord, les fréquences basses sont celles qui ont la plus grande longueur d'ondes. Comme elles ont une grande portée, 2 km en zone urbaine et 8 Km en zone rurale, elles permettent d'assurer une meilleure couverture en 5G du territoire, y compris en zone rurale. Autre avantage : une bonne pénétration à l'intérieur des bâtiments.

En revanche la bande des 700 MHz n'est pas celle qui permet aux opérateurs de délivrer les meilleurs débits. Avec de la 5G dans la bande des 700 MHz, la différence avec la 4G/4G+ n'est pas significative en termes de débits

La bande des 2,1 GHz : le bon compromis entre débit et couverture

La bande de fréquences des 2,1 GHz est aussi une vieille connaissance. Elle a en effet été attribuée pour la première fois en 2001 afin que les opérateurs puissent déployer la 3G. En 2017, l'Arcep a ensuite modifié les autorisations d'utilisation de ces fréquences afin que les opérateurs puissent y déployer la 4G. Si les opérateurs ont encore du spectre disponible dans cette bande de fréquences, ou qu'ils en libèrent, ils pourront également faire de la 5G dans la bande des 2,1 GHz.

Comme la bande des 3,5 GHz, la bande des 2,1 GHz représente un très bon compromis entre vitesse, couverture et pénétration à l'intérieur des bâtiments. Bref, elle présente beaucoup d'avantages, avec malgré tout des débits moindres.

La bande des 26 GHz : un terrain qui reste à explorer

On l'a dit un peu plus haut : l'un des objectifs majeurs de la 5G est de répondre à l'explosion de la consommation de data. En 2019, on estimait à 22 milliards le nombre d'objets connectés dans le monde. Il y en aura plus de 38 milliards en 2025 et 50 milliards en 2030, selon différentes estimations. Une problématique qui nécessite d'aller chercher de la bande passante là où elle est, c'est à dire là où il y a de la place, à savoir dans les fréquences hautes qui sont dans la bande des 26 GHz (24,25 - 27,5 GHz), jusque là inexploitées dans les télécommunications civiles. Elles permettent non seulement d'avoir un très large spectre mais aussi d'avoir des débits comparables à ceux de la fibre.

Mais, les fréquences très hautes ont aussi leur lot d'inconvénients. D'abord, elles ont une faible pénétration dans les bâtiments. Ensuite, elles ont une portée limitée, de l'ordre de 150 mètres en zone urbaine, ce qui nécessitera le déploiement d'un grand nombre d'antennes.

La bande des 26 GHz sera attribuée à la 5G dans les années à venir, mais pas avant 2022/2023. Pour le moment, elle fait simplement l'objet d'expérimentations. Dommage. Car, ce sont les ondes millimétriques qui permettront à la 5G d'entraîner une révolution des usages.

Comment s'est passée l'attribution des fréquences 5G en France ?

En France, le coup d'envoi du réseau mobile 5G a été donné le 18 novembre. Auparavant, les opérateurs ont dû respecter tout un protocole pour obtenir des fréquences dans les 3,5 GHz. Les autres fréquences de la 5G ont en effet déjà été attribuées aux opérateurs pour le lancement de la 4G ou le seront dans les années à venir. Au cours de ce processus d'attribution des fréquences de la 5G, l'État, via l'Arcep, le régulateur des télécoms, a donc concédé aux opérateurs un spectre de fréquences de 310 MHz dans la bande des 3,5 GHz. Il a été attribué aux quatre principaux opérateurs : Bouygues Telecom, Free, Orange et SFR.

Tout d'abord, chaque opérateur a acheté un  bloc de fréquences de 50 MHz, moyennant la somme de 350 millions d'euros. Le reste, soit les 110 MHz restants, a été attribué par bloc de 10 MHz lors d'une vente aux enchères. Leader incontesté du marché de la téléphonie mobile, Orange est sorti vainqueur des ces enchères 5G. Au final, il dispose de 90 MHZ dans la bande des 3,5 GHz, SFR de 80 MHz, Bouygues et Free  de 70 MHz chacun. Une répartition qui correspond bien au rapport de force entre les opérateurs. 

Dans l'histoire, L'État fait également une belle opération financière. Grâce à l'attribution des fréquences 5G, Il a engrangé la bagatelle de 2,786 milliards d'euros de recettes. Une fois achevé ce processus d'attribution des fréquences, l'Arcep a délivré des autorisations d'utilisation des fréquences 5G, ouvrant ainsi la voie à l'exploitation commerciale de la 5G. Précision importante : les licences 5G délivrées aux opérateurs sont valables pendant 15 ans.