Fréquences radio : le spectre ne répond plus

Ondes. Avec l'essor des technologies sans fil, le spectre hertzien est aujourd'hui sur-utilisé et sur-attribué. On redoute même une pénurie.

Eau potable, pétrole, minerais… On le sait, notre planète commence à manquer de bien des choses. Et voici qu'une autre ressource naturelle s'achemine vers la pénurie : le spectre hertzien ! Soit ce long ruban de fréquences électromagnétiques qui courent de quelques centaines de hertz à environ 300 gigahertz (impulsions électromagnétiques par seconde). Indispensables aux télévisions, radios, téléphones mobiles, appareils wi-fi, télécommandes ou encore GPS. Sans oublier les radars du trafic aérien et maritime, les radars militaires, ainsi que ceux de la recherche scientifique.
Comment des ondes peuvent-elles être menacées de pénurie ? Il faut savoir que le spectre hertzien, s'il se compose en théorie d'un nombre infini de fréquences, est en fait utilisé par bandes. De 108 à 137 MHz pour les liaisons radio aéronautiques, de 470 à 790 MHz pour la bande Ultra Haute Fréquence (UHF) de la télévision, par exemple. L'attribution des fréquences relève de la responsabilité de chaque pays, qui dispose de sa ressource spectrale comme bon lui semble, au même titre que des richesses de son sous-sol. La gestion du spectre au niveau international est assurée par l'Union internationale des télécommunications (UIT), avec un impératif physique : ne pas utiliser une même fréquence à un même endroit et à un même moment, sous peine d'interférences entre les signaux. Mais avec l'essor rapide des technologies sans fil, le spectre est aujourd'hui sur-utilisé et sur-attribué. De fait, dans la plupart des pays industrialisés, plus une seule bande n'est disponible sous les 5 GHz.
Explication : non seulement la multiplication des objets communicants réduit le nombre de fréquences disponibles à la portion congrue, mais l'envolée du trafic pèse sur le spectre. Car la hausse des besoins en débits nécessite des bandes de fréquences de plus en plus importantes. Or, le trafic mobile explose depuis l'apparition des smartphones. Chacun engendre 35 fois plus de trafic (150 mégabits par mois en moyenne selon le spécialiste des réseaux Cisco) qu'un téléphone traditionnel (4,3 Mb par mois). Car ils autorisent le transfert de musique et de vidéos, le stockage de données sur des serveurs distants (Cloud Computing), etc. Le trafic mobile pourrait ainsi être multiplié par 33 entre 2010 et 2020.
Cette tension est d'autant plus sensible qu'elle se focalise sur une petite partie du spectre, plus apte à la transmission des ondes que les autres. Selon les lois de la physique, plus la fréquence est élevée, plus la portée du signal diminue et moins l'onde pénètre dans les bâtiments. C'est pourquoi, sur l'ensemble des 300 GHz qui composent le spectre hertzien, seule une infime partie, celles des fréquences inférieures à 5 GHz, sont exploitables par la téléphonie mobile.
L'engorgement est tel que le risque de parasitage est déjà une réalité, car deux signaux émis à des fréquences proches peuvent « baver » l'un sur l'autre. Pour résoudre ces problèmes, une possibilité consiste donc désormais à demander à des utilisateurs de faire migrer leurs services au-dessus de 5 GHz afin de libérer de la place pour endiguer la demande issue des télécoms mobiles. Car les transmissions par rayonnement multidirectionnel comme celles des antennes et terminaux mobiles ne peuvent, avec les techniques actuelles, passer le cap des 5 GHz, alors que les liaisons directionnelles, point à point, comme les transmissions montantes et descendantes vers des satellites, peuvent parfaitement être effectuées à des fréquences supérieures.
Des bandes à libérer
C'est pourquoi l'UIT a annoncé en février dernier que des bandes de fréquences, sous les 3 GHz, devraient être libérées pour les services mobiles d'ici à 2015. Aviation civile, météorologues, radioastronomes… tous craignent d'être contraints de changer de fréquences.
Certains préféreraient, eux, que les équipementiers télécoms montent en fréquences, au-dessus du cap des 5 GHz, pour désengorger le bas du spectre. Mais la piste bute sur deux obstacles : la portée limitée des signaux de fréquences élevées, et la difficulté à intégrer dans un terminal mobile la puissance de calcul suffisante pour gérer ces signaux. Autre piste : le Mimo (multiple input-multiple output) qui consiste à multiplier les capacités de transfert d'un canal. Mais là encore, une limite surgit avec la difficulté d'intégrer un nombre suffisamment élevé d'antennes dans un terminal mobile.
Un nouvel espoir a cependant émergé : en mars dernier, une équipe italo-suédoise a annoncé être parvenue à émettre et à recevoir simultanément deux signaux distincts sur la même fréquence de 2,414 GHz. Un exploit rendu possible par l'ajout d'une dimension à l'onde : le moment angulaire orbital. En faisant tourner l'onde sur son axe, on obtient deux ondes caractérisées par des moments orbitaux différents sur une même fréquence, sans qu'elles se recouvrent, à la façon d'escaliers en colimaçons entrelacés. En théorie, une infinité d'ondes peuvent ainsi être codées sur une fréquence donnée. Mais en théorie seulement : le moment angulaire orbital n'est pas conservé en cas de réflexion du signal. Et le risque de parasitage d'un tel codage par les bruits ambiants est aussi plus élevé.

source lunion