Fréquences pour la 4G : le gâteau des 700 MHz peut en cacher un autre

On a dit trois parts, Obélix ! 35
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Téléphonie
Guénaël Pépin

Tout le monde veut les fréquences en 700 MHz pour la 4G, mais pas aux mêmes conditions. Les réponses à la dernière consultation publique de l’ARCEP montrent l’ampleur de l’enjeu pour ces quelques MHz : aider à couvrir le territoire et absorber le trafic à moindres frais et, si possible, fournir à Free Mobile un moyen de s’émanciper encore plus rapidement. Par ailleurs, l’appétit des opérateurs pourrait ne pas se limiter qu’à cette bande.

La semaine dernière, le régulateur des télécoms, l’ARCEP, a publié la synthèse des réponses à sa consultation publique sur le très haut débit mobile. Au menu : l’ouverture de la très attendue bande des 700 MHz, l’optimisation du réseau mobile, l’aménagement du territoire ou encore l’extinction de la 2G.  Lancée à la mi-décembre, la consultation a reçu 46 réponses d’opérateurs, d’équipementiers, d’associations professionnelles et d’associations de collectivités, avec des avis parfois très tranchés.

Pour l’ARCEP, les opérateurs mobiles doivent faire face à une « augmentation exponentielle » du trafic mobile, et il faut trouver les moyens de l’absorber. Sur le dernier trimestre 2014, les mobinautes ont consommé 96 pétaoctets de données, contre 48 pétaoctets un an plus tôt. Certaines réponses à la consultation pointent deux grands facteurs de monté du trafic : les communications entre machines (« machine to machine », MtoM) qui représentent plus de 10 % des cartes SIM en circulation et la vidéo. Sans surprise, il s’agit d’équipementiers et d’opérateurs qui misent commercialement sur l’Internet des objets (IoT), comme Orange et Bouygues Télécom.

« Les acteurs souscrivent à la vision de l’ARCEP selon laquelle l’augmentation du trafic sera absorbée par trois leviers : l’augmentation de l’efficacité spectrale, la densification des réseaux et l’allocation de nouvelles fréquences » résume le régulateur. Le levier le plus sensible est l’allocation de nouvelles fréquences, avec l’ouverture prochaine de celle des 700 MHz, aujourd’hui réservée à la TNT, qui doivent permettre d’améliorer la couverture mobile et peut-être la concurrence. Les enjeux autour de ces fréquences sont colossaux, comme nous l’expliquions dans une analyse détaillée en décembre.

Les 700 MHz, un moyen d’équilibrer la concurrence

« L’attribution de la bande 700 MHz revêt une importance stratégique pour le déploiement de réseaux mobiles à très haut débit étendus et performants à court et moyen terme, ainsi que pour accompagner, à plus long terme, les futures innovations » explique l’ARCEP dans sa synthèse. Ces fréquences doivent être attribuées cette année, dans une procédure accélérée.

Chacun des quatre opérateurs mobiles nationaux disposant de leur réseau veulent une part du gâteau des 700 MHz. L’objectif commun est d’obtenir le maximum de bandes de fréquences basses, sous la barre des 1 GHz, pour diffuser leurs données. Ces fréquences basses ont un double intérêt : elles se propagent sur de très grandes distances et bien plus efficacement dans les bâtiments que les fréquences plus hautes. Elles permettent de couvrir plus de territoire, plus profondément, à moindres frais.

Fréquences 700 800 MHz ARCEP
Crédits : ARCEP

Deux bandes de fréquences sont déjà en usage, dans les 800 MHz et 900 MHz, répartie entre les trois plus anciens opérateurs. Tous ont envie de plus de fréquences, mais le besoin est bien plus réel pour Free Mobile, qui a un accès indirect à ces précieuses bandes basses. Le groupe n’a obtenu aucune fréquence lors de la vente des fréquences 800 MHz et doit donc se rattraper sur les 700 MHz, ce dont il ne se cache pas.

Cette bande des 700 MHz concerne en fait deux blocs de 30 MHz (un bloc pour la réception de données, l’autre pour l’émission). Ils sont divisibles au mieux en blocs de 5 MHz. Les répartir sera donc plus simple entre trois opérateurs ou moins, en blocs de 5 MHz ou 10 MHz. Avant la consultation, l’ARCEP penchait pour des blocs de 10 MHz. À quatre, le casse-tête serait donc un peu plus complexe. Diviser 30 MHz en quatre blocs de 10 MHz est ce qu’on peut appeler un défi mathématique. Cette répartition reste donc à trancher.

Dans les réponses, l’ARCEP retient tout de même que plusieurs acteurs préfèrent un découpage des fréquences entre les quatre entreprises. Il faut donc trouver un équilibre. Cela avec une question importante : l’État doit-il prendre en compte le manque de fréquences de Free Mobile pour répartir au mieux les fréquences basses ou doit-il laisser le marché décider seul ?

Free Mobile contre le reste du marché, épisode 700

Selon le régulateur, « deux visions s’opposent : d’une part, Free Mobile estime indispensable que la procédure lui garantisse des fréquences en bande 700 MHz ; d’autre part, Orange, Numericable-SFR et Bouygues Telecom estiment qu’une telle garantie ne serait pas légitime dans la mesure où, selon ces opérateurs, Free Mobile a eu l’occasion d’obtenir des fréquences dans la bande 800 MHz ». Pour Free Mobile, il faut garantir sa capacité de concurrence, quand ceux-ci estiment que Free a esquivé volontairement une autre occasion.

Dans sa réponse, Iliad (Free) estime que l’équilibrage est nécessaire pour lui éviter de se reposer indéfiniment sur une itinérance sur les fréquences basses. Ce que le groupe estime « inenvisageable ». Par contre, pour Bouygues Telecom, « le fait que Free Mobile ait moins de fréquences basses que les autres opérateurs ne constitue pas un déséquilibre concurrentiel, mais résulte des choix qu’il a délibérément effectués ». Si c'est le cas pour la bande des 800 MHz, la situation est un peu différente dans celle des 900 MHz ou le dernier arrivé ne dispose que de 5 MHz, contre 10 MHz pour les trois autres. Free ne dispose donc que de 5 MHz dans les fréquences basses, contre environ 20 MHz pour ses concurents.

Par ailleurs, la majorité des acteurs estiment qu’il n’y aura pas besoin d’itinérance sur ces fréquences pour compenser un éventuel manque d’un des quatre opérateurs... Tous disposant d’un accès aux basses fréquences dans les zones peu denses, que ce soit via leur licence 800 MHz ou via l'itinérance dans le cas de Free Mobile. Une itinérance serait par contre utile pour les opérateurs virtuels (MVNO). Free pense également que son droit d’itinérance sur le réseau de SFR en 800 MHz, ce qu’il y a de plus proche des 700 MHz, devrait perdurer dans ces zones les moins denses, peu importe le résultat des enchères sur les 700 MHz.

À l’issue de la consultation, ce point est encore loin d’être tranché. L’ARCEP et le gouvernement devront décider d’ici la mise en vente si les parts du spectre que possèdent déjà les opérateurs influenceront ou non la vente de la bande des 700 MHz.

Antennes Téléphone Ondes
Crédits : Manuel-F-O/iStock/Thinkstock

D’autres obstacles en vue pour les 700 MHz

La répartition n’est pas le seul obstacle sur la mise en vente de ces fréquences, selon les réponses à la consultation. « Ces acteurs mettent en avant leur manque de visibilité sur les trois points suivants : l’utilisation qui sera faite en France de la bande 700 MHz en dehors des 2×30 MHz, les modalités de protection de la TNT en bande adjacente et l’absence de disponibilité à court terme de la bande 700 MHz aux frontières en raison des dates de libération différentes qui existeront entre les pays » écrit le régulateur, qui devra encore décider sur ces points.

Dans sa réponse, Orange s’inquiète d’ailleurs particulièrement de l’impact de la transition des fréquences de la TNT vers les réseaux mobiles. Il faut éviter que les opérateurs soient tenus pour responsables des problèmes de réception de la télévision une fois la transition amorcée.

Point positif : les terminaux compatibles avec ces prochaines fréquences sont nombreux, notamment grâce à l’usage de cette bande en Asie. L’intérêt pour de nouveaux usages ne sera par contre pas immédiat. La bande des 700 MHz n’est pas liée à une nouvelle technologie, comme l’a été la 4G avec la bande des 800 MHz. La 5G n’en est encore qu’au stade de spéculation, malgré ses promesses : une réduction drastique de la consommation d’énergie (- 90 %) et l’amélioration les débits pour atteindre le gigabit (contre 150 Mb/s actuellement en 4G). Elle n’est pas attendue avant 2020 à 2022 par une partie des participants à la consultation. 

« Compte tenu des propriétés de la bande 700 MHz, très similaires à celles de la bande 800 MHz, cette bande pourra être exploitée dans un premier temps pour les réseaux 4G aux mêmes endroits que la bande 800 MHz » estime le régulateur. Mais les bandes 700 MHz et 800 MHz ne pourront pas être associées pour obtenir des débits 4G plus importants, comme c’est le cas entre d’autres bandes de fréquences aujourd’hui. Elles cohabiteront donc, sans plus.

Les collectivités veulent plus d’obligations sur le mobile

Un autre enjeu important est l’aménagement du territoire. Les collectivités se plaignent beaucoup du manque d’uniformité du réseau et cette consultation est une nouvelle occasion d’être entendues. La bande 700 MHz est « mobilisable pour l’aménagement du territoire » pour le régulateur, en améliorant la couverture 4G. L’ARCEP proposera d’ailleurs des « scénarios » d’améliorations au gouvernement. Globalement, les réponses opposent collectivités et opérateurs sur ce point.

Dans sa réponse, l’AVICCA (Association des villes et collectivités pour les communications électroniques et l’audiovisuel) demande clairement de nouvelles obligations pour couvrir les zones blanches (peu ou pas couvertes en 2G ou 3G), d’accélérer les obligations de couverture (pour par exemple les faire coïncider avec le Plan Très haut débit sur le fixe) et de mutualiser plus fortement les réseaux en zones peu denses, comme le font actuellement Bouygues Telecom et Numericable-SFR sur une partie du territoire. Des demandes formulées avec les associations des maires et des régions de France, et l’assemblée des départements de France. Tous demandent « la mise en place rapide d’une instance nationale de concertation sur la couverture mobile » pour organiser le dialogue entre État, collectivités et opérateurs, « qui fait actuellement défaut ».

Mutualisation Bouygues SFR 1280 px

À la mi-mars, le gouvernement a annoncé une série de mesures pour améliorer la couverture en zones peu denses. La première sera une obligation de couvrir l’ensemble du territoire en 2G d’ici la fin 2016, suivie de la 3G dans des conditions à définir. L’État compte également améliorer la couverture dans les bâtiments en concluant un accord avec les opérateurs, pour qu’ils fournissent aux abonnés des équipements comme des femto-cells. Un guichet unique pour les projets de collectivités devrait aussi être ouvert. De quoi couvrir au moins certaines inquiétudes desdites collectivités.

Divisions sur l’aménagement du territoire

Côté opérateurs, les obstacles à des solutions d’aménagement du territoire sont nombreux. Par exemple, il leur semble difficile de leur imposer de mutualiser les fréquences basses, à cause des contraintes techniques. Pareil pour une éventuelle mutualisation des réseaux dans les zones les plus mal couvertes.

« Deux opérateurs considèrent qu’un tel dispositif nuirait au bénéfice d’une concurrence par les infrastructures. Il reviendrait à restreindre la liberté des opérateurs, nuirait à la compétitivité du secteur et ferait ainsi baisser la valeur des fréquences en bande 700 MHz » résume l’ARCEP. Cela même si la concurrence entre réseaux sur les zones ciblées n’est pas toujours très grande. Pour rappel, Bouygues Telecom et SFR ont déjà un accord de mutualisation sur les zones les moins denses, mais dont il faudra voir ce qu'il en adviendra maintenant que SFR a été racheté par Numericable.

De même, lier plus fortement l’attribution des fréquences sous les 1 GHz à des obligations de couverture n’est pas du goût des acteurs interrogés, équipementiers inclus, à l’exception notable des représentants des collectivités. Plus précisément, conditionner l’attribution des 700 MHz à la couverture 3G des centres-bourgs des communes en zone blanche ne plait pas à tous.

Les associations de collectivités y sont les plus favorables, quand d’autres acteurs estiment que les obligations en place sont suffisantes. D’autres demandent si une telle obligation serait compatible avec le droit européen. Certains opérateurs estiment aussi qu’écrire des obligations de couverture dans les contrats sur les fréquences (censés courir des décennies) enlèverait une grande part de flexibilité pour adapter le réseau aux nouvelles situations et technologies. Le point reste donc à trancher.

La 2G a encore de beaux jours devant elle

En lançant sa consultation, l’ARCEP avait détaillé toutes les possibilités, notamment celle de permettre aux opérateurs d’allouer l’ensemble de leurs fréquences pour la 4G. Les fréquences les plus évidentes à convertir seraient celles de la 2G, censées être les plus rapidement obsolètes.

Pourtant, dans la synthèse de la consultation, le gendarme des télécoms écarte d’emblée cette possibilité. « Il n’est pas encore envisageable de réutiliser totalement pour le très haut débit mobile [4G et plus] les fréquences des réseaux 2G, qui devront encore être utilisées en 2G pour de nombreuses années » affirme l’ARCEP, sur la base des retours du secteur. En cause, les communications « machine to machine » (MtoM) à bas débit, qui exploitent entre autres le réseau 2G, les téléphones qui ne sont pas encore compatibles 3G et les étrangers en itinérance en France.

Les communications entre machines sont censées croître exponentiellement ces prochaines années. Elles couvrent autant les outils interactifs embarqués que des compteurs d’eau, des alarmes, des outils de localisation... Ils ont souvent des besoins de données très réduits, que les réseaux 2G arrivent généralement bien à couvrir.

2G ANFR avril 2015

Selon des équipementiers, le CEREMA et Bouygues Telecom, ces réseaux 2G (et 3G) ont un grand intérêt pour les communications entre machines : le prix. « [Ils] permettent l’utilisation de composants éprouvés et peu chers dans le contexte de contrats de longue durée » souligne ainsi le régulateur. Une carte SIM en « MtoM » coûte quelques euros par mois pour des communications régulières, quand d’autres solutions (sans carte SIM) à quelques euros par an existent pour le très bas débit, de quelques octets à peine par message. Pour Nokia, ces communications entre machines obligeront à conserver un réseau GSM (2G) jusqu’en 2030.

Des propositions émergent tout de même pour réduire ces vieux réseaux à leur plus simple expression. Par exemple, plusieurs acteurs proposent un réseau 2G mutualisé, réduit à deux bandes de 5 MHz à « moyen terme ». En clair, le minimum pour qu’il soit exploitable, en libérant de l’espace pour la 3G et la 4G.

Globalement, la question d’éteindre les réseaux 2G mène à deux camps. D’un côté, les opérateurs qui investissent encore dans leurs réseaux 2G, qui souhaitent donc les rentabiliser avec les clients qui n’ont pas accès à la 3G ou la 4G. De l’autre, des équipementiers qui pensent déjà au moment de la « rationalisation » en évitant de maintenir plusieurs générations de réseau en parallèle. La question risque encore d’attendre quelques années avant d’avoir une réponse claire.

Et pourquoi pas des réseaux neutres ?

Plutôt que de couper les réseaux 2G, pourquoi ne pas permettre aux opérateurs de décider eux-mêmes quelles fréquences allouer à telle ou telle génération du réseau ? C’est une des autres pistes : instaurer une neutralité technologique sur l’ensemble du spectre radio qui sert actuellement à la téléphonie mobile.

Plutôt que d’avoir des fréquences réservées à la 2G ou à la 3G, l’ARCEP estime réaliste de les ouvrir à toutes les technologies, en laissant le choix de l’usage aux opérateurs. Suite à la consultation, le régulateur estime que l’usage de la 4G sur les bandes 900 MHz, 1800 MHz et 2,1 GHz est envisageable sans problème. « Il existe un écosystème industriel mature autour de la 4G LTE » sur ces fréquences, estime même le régulateur.

Ce ne sera par contre pas pour tout de suite. « Les contributeurs s’accordent pour dire que les bandes 900 MHz et 2,1 GHz continueront d’être utilisées pour la 2G et la 3G à moyen terme avec peu de visibilité sur le moment où elles pourraient être effectivement réutilisées pour la 4G » poursuit l’Autorité.

L’ARCEP et la majorité des contributeurs pensent que supprimer les limites technologiques sur les bandes 900 MHz et 2,1 GHz ne devrait pas mener à une réattribution des fréquences entre les opérateurs. Un avis que ne partage pas Free. Le trublion songe à obtenir une plus grande part de la bande des 900 MHz dans ce cas, surtout s’il n’obtient pas assez de spectre dans les 700 MHz. « L’opérateur pointe également que la bande 2,1 GHz ne serait pas pleinement exploitée par Numericable-SFR et Orange » note l’ARCEP. Dans tous les cas, les groupes télécom envisagent concrètement cette neutralité : ils souhaitent connaître au plus vite le prix des redevances des bandes de fréquences dans cette éventualité.

Avant cela, on peut déjà optimiser les réseaux 4G actuels. Les moyens ne manquent pas. Cela passera par des alternatives aux points hauts (les antennes), comme la « densification du réseau par l’ajout de « small cells », l’adaptation dynamique du réseau à la demande, une plus grande intégration aux réseaux mobiles des systèmes Wi-Fi… » liste l’ARCEP.

Des évolutions de la technologie elle-même sont attendues. Le régulateur mentionne ainsi la généralisation de l’agrégation de porteuses (soit l’ouverture de deux ou plusieurs connexions pour augmenter le débit), l’évolution des antennes avec le MIMO [l’usage de plusieurs antennes] et le « beamforming » (la concentration du signal dans une direction) ou encore l’amélioration de la gestion des interférences, des fonctionnalités que l'on retrouve depuis longtemps dans le monde du Wi-Fi.

Après la bande 700 MHz, d’autres fréquences à utiliser

La bande 700 MHz n’est pas la seule qu’il est possible d’ouvrir aux opérateurs, estime l’Autorité. « Tout d’abord, la bande L (1452 - 1492 MHz) apparait comme la plus attractive » pour soutenir la 4G, écrit l’ARCEP. Elle servirait à améliorer les débits en téléchargement (mode « SDL »), pour compenser l’asymétrie des échanges. Certains contributeurs pensent qu’elle pourrait être ouverte en même temps que la bande 700 MHz. « Il semble que les équipements pourraient être disponibles au cours de l’année 2016. Cette bande pourrait donc faire l’objet d’une attribution à court ou moyen terme » soutient l’Autorité.

Plusieurs équipementiers songent aussi aux bandes ultra hautes fréquences (UHF), entre 470 et 694 MHz, donc sous les 700 MHz, pour soutenir les réseaux 4G en réception de données (encore en mode « SDL »). Ces bandes empiètent donc également sur la TNT. Une attribution aux opérateurs n’est pas à l’ordre du jour.

Un autre morceau prometteur pour les acteurs est la bande des 3,5 GHz, qui ouvrirait de nouvelles possibilités. Cette bande de fréquences hautes servirait surtout pour les zones urbaines et l’Internet fixe en hertzien. Les opérateurs spécialisés dans les zones peu denses, dont les campagnes, voient un grand intérêt à ces fréquences pour fournir du très haut débit fixe sans fil. C’est le cas d’Axione ou d’Altitude Infrastructures. Ce dernier juge ainsi que « l’intérêt de ces fréquences n’est pas le même selon le milieu (zones dense et rurale) et recommande une segmentation géographique des décisions prises pour la bande 3,5 GHz » remarque l’ARCEP. Pour rappel, Orange menait des tests sur cette bande pour de la 4G LTE-Advanced, avec l'approbation de l'ARCEP.

Et si le « temps » permettait d'économiser des fréquences

D’autres acteurs pensent au contraire que les technologies radio pour l’Internet fixe et l’Internet mobile se rapprochent, et qu’une variante de la 4G pourrait être plus efficace que le WiMAX (qui couvre actuellement une partie du territoire) pour de l’Internet fixe. Cette variante, c’est la 4G LTE en mode « TDD », qui servirait donc autant en fixe que mobile. L’ARCEP s’attend à ce que l’éventuelle ouverture de la bande 3,5 GHz contribue à son développement.

Qu’est-ce que le « TDD » ? Pour envoyer et recevoir des données, un réseau utilise le plus souvent deux fréquences différentes, l’une dédiée à la transmission, l’autre à la réception. D’où les deux blocs de 30 MHz sur la bande 700 MHz. En mode « TDD », toutes les communications passent par les mêmes fréquences, les collisions entre les messages sont évitées en allouant des plages de temps pour chaque direction. Donc plutôt que de séparer les fréquences (mode « FDD »), le mode « TDD » divise par unité de temps, et utilise logiquement moins de spectre.

Le « TDD » conquiert presque entièrement le secteur. Toutes les réponses à la consultation, sauf une, privilégient cette technologie à d’autres plans, écrit l’ARCEP. Pourtant, tout n’est pas rose. « Les contributeurs avancent, comme principaux inconvénients du mode TDD par rapport au FDD [l’usage de deux blocs de fréquences], sa portée réduite, les problèmes d’interférence et un besoin de synchronisation entre opérateurs » résume le gendarme des télécoms.

Malgré ces défauts, son arrivée est anticipée. « Les premiers équipements LTE dans cette bande pourraient être disponibles d’ici la fin de l’année 2016. L’ARCEP pourra donc envisager son attribution à court ou moyen terme » écrit le régulateur, qui a encore du pain sur la planche. L’appel à candidatures pour la bande 700 MHz ne devrait donc pas concerner que ces fréquences basses, avec le risque d’encore se complexifier avec l’appétit des opérateurs pour les ondes qui nous entourent.


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