Offensive sur le spectre électromagnétique

La Conférence mondiale des radiocommunications (CMR15), qui s’est ouverte le 2 novembre sous l’égide de l’Union internationale des télécommunications (UIT) n’a pas l’honneur de faire la une des médias. Pourtant, les décisions qui seront prises d’ici le 27 novembre – applicables pour certaines dès le lendemain – vont affecter durablement le secteur des télécommunications, non seulement du côté des opérateurs et de l’industrie, mais aussi et surtout pour les utilisateurs des services qu’ils rendent quotidiennement.

Cent soixante cinq pays participent à l’édition 2015, soit plus de 3 000 délégués venus du monde entier. Ils étudieront une trentaine de modifications éventuelles à apporter au plan de partage des fréquences dans les trois grandes régions de la planète : 1 (Europe, Afrique, Proche-Orient et ex-URSS), 2 (Amériques) et 3 (Asie-Pacifique). L’ordre du jour a été fixé à la précédente conférence en janvier et février 2012 (CMR12) et depuis lors des positions communes ont été négociées par des groupes de pays réunis en forums régionaux.

Les industriels des différents secteurs affectés participent aussi à la conférence, au sein de certaines délégations nationales. « Ils ne s’expriment généralement que dans certaines commissions, sous-commissions et groupes de travail créés en fonction des débats. Lors de ces prises de parole, ils ne peuvent pas faire état d’un avis divergent de celui décidé au niveau de leur délégation nationale, » explique Jean-François Migeon, directeur des affaires réglementaires chez Thales Alenia Space, coordonnateur des activités sur les fréquences du groupe Thales, et membre de la délégation française.

Avec l’essor exponentiel du marché des télécommunications, les bandes de fréquences disponibles sont devenues une ressource stratégique, qui est parvenue à saturation. Cela signifie que certaines bandes de fréquences doivent être partagées et si une coexistence s’avère impossible, tout extension du domaine des uns se traduit par une amputation de celui des autres.

L’essor des mobiles terrestres

Créée en 1995, la GSM Association (GSMA) est devenue l’un des plus puissants acteurs de ce secteur. Elle regroupe désormais plus de 800 opérateurs mobiles terrestres dans 218 pays et territoires et revendique une clientèle de plus de 6,5 milliards d’individus. Depuis 2003, elle s’ingénie à accroître le nombre de bandes de fréquences qui sont attribuées aux réseaux mobiles, que ce soit pour la téléphonie ou les données. « Aujourd’hui, il n’y a pas de portion du spectre qui soit inutilisée, donc forcément, en attribuer aux réseaux mobiles se ferait au détriment d’un autre secteur, » rappelle Jean-François Migeon. Le premier point de l’ordre du jour de la conférence de Genève – numéroté 1.1 – porte sur l’attribution aux services mobiles terrestre de nouvelles fréquences en dessous de 6 GHz. La GSMA a jeté son dévolu sur une portion de spectre utilisée depuis cinquante ans par les satellites : la bande C, entre 3,4 et 4,2 GHz. Située en bas du spectre SHF (Super High Frequency), elle se caractérise par une très forte résilience aux atténuations causées par les précipitations et une forte propagation. C’est pour cela qu’elle a été le premier choix de l’industrie spatiale pour développer ses services de télécommunications et de télédiffusion. Pour les opérateurs mobiles elle permet d’établir des réseaux avec de vastes cellules et donc de réduire le coût des infrastructures. De plus, ces fréquences « basses » pénètrent bien dans les bâtiments.

La demande actuelle se concentre sur la portion basse de la bande entre 3,4 et 3,8 GHz. Ce n’est pas une première : elle était déjà à l’ordre du jour des CMR de 2003 et 2007, mais elle bénéficie cette année d’un précédent de choix. En 2008, la Commission européenne, via sa délégation à la concurrence, a décidé d’ouvrir cette partie basse de la bande C aux réseaux mobiles. Avec l’attribution de licences aux réseaux terrestres, notamment pour le WiFi ou le WiMax, il y a eu des cas de brouillages des systèmes de satellites en exploitation, ce qui a conduit à ne pas renouveler les licences d’exploitation des satellites dans ces fréquences. Ce « partage » s’est traduit par une utilisation exclusive par les réseaux mobiles.

« L’objectif de l’industrie des mobiles est d’obtenir des attributions au niveau global, afin de pouvoir uniformiser les spécifications des récepteurs en limitant le nombre de bandes de fréquences avec lesquels ils doivent être compatibles pour être utilisables dans le monde entier », explique un expert proche du dossier. A titre d’exemple, un iPhone 6 est compatible avec sept bandes différentes.

La bande la plus robuste

La décision européenne s’expliquait par la faible utilisation de la bande C sur le territoire de l’Union. Depuis le début des années 1980, la plupart des services par satellite développés en Europe, notamment pour la télévision, l’ont été en bande Ku (12-14 GHz). En revanche, la bande C est utilisée par de nombreux services essentiels dans le reste du monde et plus particulièrement dans les zones intertropicales, en raison de sa robustesse face aux intempéries. C’est ainsi qu’elle sert à la transmission par satellites des informations météorologiques à destination des aéroports et aérodromes pour la définition des plans de vol, à l’interconnexion des centres de contrôle du trafic aérien en Afrique ou même, ce qui est moins connu, à la surveillance des sites nucléaires.

Dans de nombreux pays, elle est aussi utilisée par les forces d’intervention et la sécurité civile en cas de catastrophe, justement en raison de sa robustesse face aux éléments. « Lors du séisme en Haïti en 2010, les seules liaisons à subsister ont été les services satellitaires en bande C », rappelle Jean-François Bureau, directeur des relations institutionnelles d’Eutelsat.

De son côté, Daniela Genta, en charge des activités réglementaires sur les fréquences et l’accès au marché chez Airbus Defence & Space et présidente du groupe réglementaire sur les fréquences d’Airbus Group, relève un paradoxe : « Ces services en bande C servent aussi beaucoup à l’alimentation des réseaux terrestre. Orange, par exemple, utilise les connexions satellitaires en Afrique. Sans elles, il n’y aurait pas de réseau cellulaire sur le continent. »

Coexistence impossible 

Durant les trois années qui ont précédé la CMR15, des études techniques ont été menées pour voir si une coexistence entre satellites et mobiles sur ces fréquences serait possible. Le résultat – illustré par le scénario européen – a été largement négatif. Le faible signal arrivant de l’orbite géostationnaire ne peut pas lutter contre les signaux terrestres. Suivant la taille des antennes, un émetteur au sol situé à plusieurs dizaines de kilomètres d’une station de réception suffit à brouiller les signaux des satellites.

Si les services actuels devaient être déplacés vers d’autres fréquences, ceux qui les utilisent aujourd’hui devraient se rééquiper en stations au sol, et pour garantir la disponibilité et la qualité du service dans des bandes plus hautes, ils devront se doter d’antennes de plus grande taille, de récepteurs plus sensibles et plus coûteux.

Un autre effet secondaire affecte plus directement l’industrie des satellites. Si la bande C est amputée de moitié, les opérateurs vont-ils continuer à commander des satellites équipés pour l’utiliser ? Et si le marché se réduit, justifiera-t-il une poursuite des investissements technologiques ? « Eutelsat avait une autorisation attribuée en 2004 autour de 3,6 GHz, qui n’a pas été renouvelée en 2014 », explique Jean-François Bureau. « Nous n’avons plus de station terrestre fonctionnant dans cette bande en France. Le régulateur nous a supprimé notre autorisation. »

A ce jour, environ 50 à 70 satellites dans le monde utilisent la bande 3,4-3,6 GHz et près de 180 utilisent la bande 3,6-3,8 GHz (ainsi que la bande 3,8-4,2 GHz).

Des arguments convaincants

Le travail d’information (de « lobbying » diront certains) de l’industrie des satellites a porté ses fruits, comme en témoignent les dernières prises de position des groupes régionaux et sous-régionaux avant l’ouverture de la conférence. La CEPT, en particulier, a révisé son jugement dans les derniers six mois. Initialement elle souhaitait que la décision de la Commission soit étendue à l’ensemble de la région 1, mais la perspective de voir disparaître des services vitaux en Afrique l’a amené à réaliser que ce qui était valable pour l’Europe ne l’était pas forcément pour le reste du monde. Elle a donc adopté comme position d’entrée en négociations une demande de ne pas interférer avec les services satellitaires dans la partie basse de la bande C hors d’Europe, et même que ceux-ci soient protégés.

En Afrique un consensus s’est dégagé pour préserver la bande 3,6-4,2 GHz pour les services par satellite. En revanche, elle est restée divisée sur l’usage de la bande 3,4-3,6 GHz. Les pays d’Afrique de l’Ouest ne sont pas parvenus à prendre de décision, ceux d’Afrique australe souhaitent attribuer la bande aux mobiles, tout comme ceux d’Afrique centrale, mais pas d’Afrique de l’Est.

La Russie, de son côté refuse d’ouvrir la bande 3,4-4,2 GHz aux mobiles et, compte tenu de sa taille, peut se permettre de mettre en place des services satellitaires dans cette bande sur son propre territoire. La Chine est dans la même logique. Les pays arabes – peu sensibles aux précipitations – sont totalement divisés. Aucune position commune n’a pu être définie entre le Maroc, l’Algérie et la Tunisie, pas plus qu’entre les Emirats Arabes Unis et le Qatar. L’Egypte, elle, veut ouvrir la bande 3,4-3,8 GHz aux mobiles.

En Asie-Pacifique, en dépit de l’opposition du Japon (patrie de Sony) et de la Corée du Sud (Samsung et LG) qui souhaitaient attribuer l’ensemble de la bande C satellitaire aux réseaux mobiles, un consensus s’est établi autour d’un statu quo. La situation américaine rappelle la situation européenne, car le Canada et les états-Unis ont déjà décidé, à leur niveau fédéral respectif, d’attribuer la bande de 3,4 à 3,7 GHz aux mobiles terrestres. Toutefois, ils ne demandent pas au reste des pays de la Citel (Commission interaméricaine des télécommunications) de suivre le mouvement.

« A terme, il faudra déterminer quelle sera l’importance géographique de l’ouverture aux mobiles de la bande 3,4-3,6 GHz et quelle sera la proportion des pays de grandes dimensions à décider cette ouverture au niveau national, » conclut Jean-François Bureau.

Cette tendance générale à la préservation de la bande 3,6-4,2 GHz est plutôt de bon augure pour les opérateurs comme Eutelsat. Comme l’ouverture de la bande C aux mobiles ne figure pas parmi les sujets potentiels de la prochaine conférence, au début de 2019 (CMR19), une bande de fréquences suffisamment large serait pérennisée pour près de dix ans, jusqu’aux environs de 2023. Les services actuels sont donc protégés et les opérateurs ont le temps de planifier les services futurs. Eutelsat 8 West B, le dernier satellite lancé par l’opérateur européen en août est équipé de répéteurs en bande C, mais uniquement au dessus de 3,6 GHz.

Le spectre de la radio par satellite

Une autre bande de fréquences satellitaire convoitée par la GSMA se situe dans la bande L, entre 1,452 et 1,492 GHz. « Nous ne voyons pas encore d’avenir commercial pour ces services dans cette bande » reconnaît Daniela Genta, « mais si elle est réattribuée aux mobiles elle sera perdue pour les satellites. » En Grande-Bretagne elle a déjà été transférée aux mobiles et a été acquise par Qualcomm.

Initialement attribuée à la radiodiffusion sonore par satellites, elle a notamment été utilisée par l’opérateur Worldspace qui cherchait à offrir une alternative aux ondes courtes avec ses satellites développés par Alcatel sur une plateforme Eurostar d’Astrium : Afristar (lancé en 1998), Asiastar (2000) et Ameristar (non lancé). L’opérateur a déposé son bilan en 2008 et Asiastar est aujourd’hui exploité sur la Chine par New York Broadband LLC (NYBB) qui vient de passer commande à Boeing d’un satellite – Silkwave 1 – pour le compte de l’opérateur CMMB Vision de Hong Kong.

« La Chine pourra ne pas autoriser le déploiement de réseaux mobiles dans ces fréquences si elle souhaite préserver ces services satellitaires, » note Jean-François Migeon.

Car si les décisions de la CMR seront intégrées dès le 28 novembre au Règlement international des radiocommunications – qui a valeur de traité – chaque pays reste maître chez lui. Pour un pays de grande taille, ou un archipel isolé, il est facile de gérer son spectre. Ce n’est pas le cas pour les pays continentaux de petite taille qui sont pour leur part tributaires des décisions de leurs voisins et des nécessaires coordinations qu’elles entrainent pour éviter interférences et brouillages.

L’autre point essentiel de la conférence consiste à préparer l’ordre du jour de la suivante.

« La définition de l’ordre du jour de la CMR suivante est un point de négociation en soi, parfois extrêmement difficile », explique Jean-François Migeon. Chaque pays arrive avec une liste de souhaits énumérant les points qu’elle souhaiterait voir évoqués, ce qui peut aboutir à plus d’une centaine de sujets alors que chaque conférence ne peut pas en traiter plus d’une trentaine ce qui impose des arbitrages pour définir les sujets prioritaires. Ceux-ci font ensuite l’objet de négociations au niveau national, puis régional, et d’études techniques.

Copernicus sauvé in extremis

C’est grâce à ces études techniques qu’un des points soulevés à la CMR12 n’est pas parvenu à s’imposer pour la CMR15, et a été retoqué dans la dernière ligne droite, aucun pays ne l’ayant fait figurer dans ses demandes.

Il s’agissait d’une revendication du secteur des télécommunications mobiles, sous l’impulsion de Cisco, sur une autre portion de la bande C entre 5,35 et 5,47 GHz. Ces fréquences se situent en fait entre deux bandes affectées au WiFi, mais elles sont surtout celles affectées à l’observation radar par satellites, notamment pour des instruments clés des séries de satellites Sentinel 1 et 3 du système d’observation européen Copernicus. Le radar des Sentinel 1 travaille à 5,405 GHz, tout comme celui des satellites canadiens Radarsat. De son côté, l’altimètre radar des Sentinel 3 utilise 320 MHz autour de 5,41 GHz pour corriger le signal principal de son radar en bande Ku des interférences causées par l’ionosphère. Cette correction permet d’atteindre 3 cm de précision sur la mesure du niveau moyen des océans.

L’industrie a dû effectuer un travail d’information intensif auprès des régulateurs pour démontrer que la cohabitation était impossible dans ces fréquences. Or l’Europe a engagé de lourds investissements sur Copernicus. Sentinel 1A a été lancé en avril 2014, Sentinel 1B suivra en 2016 et la commande des deux exemplaires suivants, 1C et 1D, devraient être finalisée avec l’industrie dans les prochaines semaines pour étendre le service au delà de 2030. De plus, le 16 octobre, la Commission et les Etats-Unis ont signé un accord pour le partage des données de Copernicus.

Néanmoins, la Citel demande que cette bande soit à nouveau étudiée à la CMR19, malgré l’absence d’élément technique nouveau qui justifie de refaire les études. « Du coup nous n’avons aucune certitude réglementaire car ces prétentions doivent être prises en compte malgré l’évidence technique, » déplore Daniela Genta.

Et l’offensive de l’industrie des mobiles va se poursuivre avec de nouvelles demandes de spectre au dessus de 6 GHz, qui ciblent des bandes utilisées par les satellites de télécommunications et d’observation de la Terre, en particulier dans la bande Ka. « Utilisées par les réseaux mobiles, les bandes hautes ne sont efficaces que pour véhiculer du haut débit sur de courtes distances, notamment pour des microcellules très rapprochées, » explique un spécialiste des fréquences. Une campagne a d’ores et déjà débuté en janvier pour limiter le nombre de bandes qui seront identifiées pour des études.

Ces demandes de spectre pour la technologie 5G ne sont pas technologiquement justifiées, estiment les opérateurs de satellites. « Nul ne connaît les caractéristiques techniques de la 5G, pas plus que son architecture de réseau » rappelle Daniel Genta. Néanmoins, il y a eu un soutien politique pour que la CMR se saisisse de la question. »

Des ressources inutilisées par le mobile

« Il n’y a pour le moment aucun standard approuvé pour la 5G », renchérit Jean-François Bureau, qui y voit une opportunité. « D’ici 2019, nous auront les moyens de démontrer, selon la manière dont seront configurées les cellules, qu’elles interfèrent avec les autres usages de ces fréquences. Nous pourrions même imposer qu’elles soient configurées pour éviter des interférences significatives avec ces autres usages. »

Se basant sur une étude de LS Telcom, spécialiste allemand de la gestion du spectre, l’ESOA, l’association des opérateurs de satellites de la région EMEA (Europe, Moyen-Orient et Afrique), estime que sur les bandes de fréquences déjà attribuées au mobile, à peine 50 % ont fait l’objet de licences nationales dont les trois quart seulement sont effectivement utilisées. « Des ressources ont été immobilisées et ne sont pas utilisées, » selon Daniela Genta, qui est également coordinatrice au niveau de l’association.

Une gestion efficace du spectre déjà alloué permettrait de soutenir une croissance importante du secteur, estime-t-elle. D’autant que l’amélioration de l’efficacité spectrale est déjà largement pratiquée au niveau des satellites, tout comme la coordination entre les différents opérateurs.

Cet article a été publié dans le numéro 0.1 d’Aerospatium, daté du 14 novembre 2015.