La raison du partage

Avant d’étudier la manière de réutiliser le spectre fréquentiel entre systèmes satellite et terrestre, il est intéressant de détailler rapidement les bénéfices que l’on souhaite en retirer. En effet, les services fournis par un système intégré qui exploite le principe de réutilisation des fréquences peuvent être aussi fournis par un système intégré avec partage de bande simple (Sp1 dans la Table 1-4). Or, la conception et l’implantation de techniques de réutilisation sont coûteuses, il est donc légitime de se demander ce qu’elles peuvent apporter.

La réponse est relativement simple : la demande en spectre pour les nouveaux services de communication mobile dans les bandes sous les 3 GHz a fortement augmenté ces dernières années conduisant au besoin d’utiliser le spectre disponible de façon plus efficace. C’est une des raisons qui a poussé certaines agences de règlementation à autoriser le déploiement dans la même bande de fréquence de systèmes de communication mobile terrestre et satellite.

1.3.1.1.

Une réponse à la pénurie

Tout système de communication sans fil nécessite une portion du spectre des fréquences électromagnétiques pour émettre. Or, même s’il est théoriquement infini, ce spectre est limité règlementairement dans son utilisation pour les radiocommunications. Il s’étend de 300kHz à environ 300 GHz et les fréquences inférieures à 3GHz sont les plus recherchées pour les communications sur terminaux mobiles. En effet à ces fréquences, les terminaux peuvent fonctionner avec des antennes peu directives, voire pas du tout,

Cette limitation du spectre des radiofréquences implique directement une limitation dans l’utilisation que l’on peut en faire. En effet, pour une qualité de lien donnée entre un émetteur et un récepteur, la capacité limite de transmission dans une portion (ou bande) de fréquence est proportionnelle à la largeur de cette bande. Or, le besoin global en quantité d’information à transmettre augmente sans cesse, en raison de l’augmentation du nombre de systèmes de communication sans fil et des débits de leurs applications. Même si les avancées techniques en traitement du signal permettent aujourd’hui d’accroitre la quantité d’information transmise dans une bande donnée, les besoins croissants en débit des systèmes actuels ne semblent plus pouvoir être satisfaits avec les bandes qui leur sont allouées. Des stratégies de plus en plus sophistiquées de réutilisation de fréquence au sein des systèmes sont donc mises en œuvre pour multiplier la capacité disponible et minimiser les effets des interférences intra-système qui en résultent (e.g. division en cellules, antennes multiples et directionnelles avec réutilisation spatiale, diversité de polarisation, etc.). En contrepartie, ces techniques impliquent un accroissement de la complexité des systèmes.

Ce manque de spectre fréquentiel qui est un facteur limitant de la capacité des systèmes sans fil est appelé « pénurie de spectre » (spectrum scarcity en anglais). Toutefois, dans [1.24], l’auteur soutient que cette pénurie est principalement due à la manière dont le spectre est règlementé i.e. que chaque bande de fréquence est allouée exclusivement à un système donné. En effet, des règles de partage très strictes protègent fortement chaque système dans sa bande de fréquence en interdisant d’autres systèmes à fonctionner dans la même bande. Or, l’évolution des technologies d’accès au support sans

fil (e.g. radio logicielle et intelligente) permettent notamment d’envisager la réutilisation de fréquence inter-système. Le principe est de réutiliser la fréquence d’un système dit « primaire » au niveau d’un système dit « secondaire » et ce de manière transparente pour le système primaire (i.e. sans interférence dommageable pour ce système) [1.25]. Selon ce même principe, la fréquence d’un système mobile satellite peut être réutilisée par un système mobile terrestre.

Cependant, un système intégré satellite-terrestre se démarque d’un système de type primaire/secondaire. En effet, la planification et la gestion des ressources du système principal (le système satellite) peuvent prendre en compte la présence d’un système terrestre sous-jacent qui réutilise sa fréquence. Cela permet ainsi de mettre en œuvre d’autres méthodes de réutilisation de fréquences que nous allons détailler dans le chapitre 2.

La réutilisation de la fréquence satellite par un système terrestre est une manière d’optimiser l’utilisation du spectre et donc de répondre à ce problème de pénurie dans les systèmes mobiles. C’est une des raisons qui ont poussé certaines organisations de règlementation du spectre à autoriser l’application de ce principe.

1.3.1.2.

Aspects règlementaires

L’utilisation du spectre fréquentiel est règlementée à différents niveaux (mondial, continental et national) par des agences de régulation. Pour en citer quelques unes, l’ITU-R au niveau mondial, la FCC aux USA, la CEPT, l’ETSI et la CE en Europe. En juxtaposant les différentes règlementations, on obtient l’utilisation que l’on peut faire du spectre fréquentiel à un endroit donné et selon certaines conditions. Ces conditions portent notamment sur le type de service, les caractéristiques du signal émis dans la bande de fréquence considérée (puissance maximum, roll-off, etc.), le type d’émetteur qui peut y être utilisé (téléphone mobile, station de base, satellite, etc.) et éventuellement les standards qui doivent y être utilisés.

A l’origine, les agences de règlementation allouaient la fréquence aux différents systèmes de façon exclusive et monolithique : une bande de fréquence, un service, un système. L’évolution des technologies ajoutée à la pression croissante des opérateurs de télécommunication pour l’obtention de spectre pousse les instances de règlementation à envisager de nouveaux paradigmes pour le partage de la fréquence entre différents systèmes comme par exemple la réutilisation de la fréquence satellite par un système terrestre.

Aux USA en 2003, l’optimisation de l’utilisation du spectre est une des raisons avancées dans l’autorisation donnée par la FCC aux opérateurs satellite ICO, MSV et Globalstar d’utiliser des stations terrestre dans leur bande de fréquence [1.12]. Toutefois, les opérateurs américains terrestres y voient une source potentielle de concurrence déloyale, puisque le spectre satellite est gratuit. En effet, les opérateurs satellite pourraient ne déployer que la partie terrestre de leur système, se servant du satellite comme d’un cheval de Troie. Afin d’éviter ce cas, la FCC imposa des contraintes strictes, notamment l’obligation de ne n’autoriser que des terminaux dual-mode satellite-terrestre, qui sont plus chers et volumineux que des terminaux terrestres uniquement. Or, ce critère a été levé en 2011 pour l’opérateur Lightsquared. Comme le spectre est beaucoup plus rentable s’il est utilisé pour fournir des services terrestres, la tentation sera donc forte pour Lightsquared de privilégier cette utilisation au détriment du service satellite.

En Europe, depuis 2006, la règlementation permet le déploiement de réseaux terrestres dans la bande MSS à 2GHz [1.15]. Les opérateurs Solaris et Inmarsat ont obtenu une licence pour fonctionner dans

1.3. Le partage de fréquence dans les systèmes intégrés 27 cette bande, mais jusqu’à présent seul Solaris a déployé un satellite en orbite (nommé W2A). Toutefois, le satellite n’est que partiellement opérationnel et aucun service commercial n’a encore été déployé. Les services envisagés par Solaris sont plutôt de type diffusion de radio et de TV sur mobile. Cependant, les business model pour ces marchés semblent difficiles à établir. Il n’est donc pas exclu qu’un système intégré bidirectionnel voit le jour en Europe dans quelques années et que le principe de réutilisation des fréquences y devienne donc une réalité.