Mobile : mieux comprendre les fréquences et les technologies

Mobile : mieux comprendre les fréquences et les technologies

Nous vous avions parlé il y a quelques semaines du rachat de SFR par Numericable. Il était donc question de ces actifs fondamentaux pour les opérateurs que sont les fréquences qu’ils sont en droit d’utiliser d’une part (objet de licences acquises auprès des pouvoirs publics), et des réseaux physiques (antennes) déployés d’autre part. En effet, un réseau exploite une bande de fréquence, selon différentes technologies : 2G, 3G et 4G en l’occurrence en France.

Tout ça étant d’une complexité certaine, nous vous proposons de remettre à plat cette thématique afin de permettre aux moins experts d’entre vous d’y voir plus clair. De manière concise. Autant que faire se peut, donc ce sera un peu long malgré tout. Promis, à la fin vous saurez (presque) tout.
Parce que parfois, l’innovation passe aussi par une bonne compréhension de la technologie !

Mais au fait 2G, 3G et 4G : quelles grandes différences?

On ne reparlera pas ici de la « 1G » : c’était Radiocom 2000,  pour les moins jeunes d’entre vous.
  • La 2G :
    • C’est ce qu’on appelle le GSM. La deuxième génération, qui a remplacé Radiocom 2000, donc. Les nouveautés de la 2G : le fait que ce soit du tout numérique, et un standard européen (qui a conquis le monde), permettant de faire des économies d’échelle, d’autoriser l’interopérabilité des équipements, et aussi par la même occasion le roaming entre réseaux différents
    • Est arrivé ensuite le GPRS : la possibilité d’avoir une connexion de données (« data »), potentiellement permanente. Avec une faible bande passante dans un premier temps
    • …et qui fut améliorée avec EDGE, plus efficace pour compresser les données sur un canal GPRS, et donc offrant plus de débit (mais sans changer le principe de fonctionnement)
    • En résumé : en 2G, on est en numérique, on passe des appels voix en mode  « circuit », et on fait de l’internet en mode « paquets ». Et on ne fait pas les deux en même temps: un appel voix suspend la connexion GPRS/EDGE
  • La 3G :
    • Evolution qui est arrivée en France vers 2005, la 3G nécessite un nouveau réseau physique, des terminaux compatibles, le tout sur de nouvelles fréquences. En France, si on vous parle de WCDMA et d’UMTS : ce sont des technologies 3G
    • C’est à partir de la 3G qu’on a vu arriver la « visio » (flop à l’époque)
    • En 3G, on est toujours en mode circuit pour la voix, et en mode paquet pour la data
    • La nouveauté : on peut faire voix et data en même temps. Et on a une meilleure bande passante, ainsi qu’une latence plus courte (latence = le temps que ça prend entre le moment où on clique sur un lien et le moment où on commence à avoir la réponse)
    • ATTENTION : certains parle de « 3G » pour désigner la connexion data sur le mobile… C’est une confusion, on fait bien des appels voix en 3G, et on fait aussi des connexions data en 2G
  • De la 3G+ au H+ :
    • Toutes les évolutions qui sont arrivées ensuite sont des améliorations de la 3G, offrant plus de bande passante d’une part, et une meilleure latence d’autre part. Après la 3G, on a donc eu le HSDPA (ou « H »), puis dernièrement le HSPA (« H+ »).
    • Dernière évolution en date : le « Dual Carrier », qui permet en fait à un mobile compatible d’utiliser deux canaux H+ en même temps
  • Et maintenant : la 4G
    • Qu’on appelle aussi LTE (Long Term Evolution), là aussi un nouveau réseau sur de nouvelles fréquences qui requiert un téléphone compatible
    • Il s’agit cette fois d’un standard mondial : donc encore plus d’économies d’échelle, et à terme des équipements moins onéreux
    • Par rapport à la 3G, on est en 100% communication paquets : plus d’appels circuits pour la voix
    • Ce qui veut dire que pour le moment en France : quand on est en 4G, dès qu’on passe ou reçoit un appel le mobile bascule temporairement en 3G ou 2G
    • Pour éviter ça, il faudra que la VoLTE (Voice over LTE) soit mise en service : de la voix 100% voix sur IP sur le réseau 4G
    • La 4G apporte concrètement une latence très faible, et un débit beaucoup plus élevé que la H+ en download (en gros 2x une bonne ligne ADSL) mais aussi en upload (de 10 à 30 x plus rapide qu’une ligne ADSL !)
    • Une petite particularité : en 4G le « handover » (passage d’une antenne à l’autre) peut se passer à plus haute vitesse. Donc si les opérateurs avaient la bonne idée de mettre de la 4G le long des voies TGV on pourrait enfin faire de l’internet dans le train … A bon entendeur !
    • Pour les plus curieux : LTE-Advanced sera une évolution de la 4G permettant à un terminal d’utiliser plusieurs bandes de fréquence 4G en même temps

Bandes de fréquence : différences, et petit historique

Toutes ces technologies s’adossent sur des fréquences spécifiques : en effet les opérateurs acquièrent des licences auprès des pouvoirs publics pour avoir le droit d’exploiter une technologie sur une bande de fréquences donnée. Avec, d’ailleurs, des obligations de calendrier de déploiement en matière de couverture du territoire et de la population : le rôle des pouvoirs publics étant d’assurer le développement des infrastructures dans le pays.
Un propos préliminaire : il faut savoir que plus la fréquence est élevée (nombre de MHZ élevé), moins le « réseau » porte loin et  rentre dans les bâtiments, mais plus cela permet une forte densité (nombre d’utilisateurs sur un territoire donné).
Si on refait l’historique de départ, voilà comment cela s’est passé :
  • Orange et SFR en 2G : bande des 900MHz (utilisée largement en Europe). Puis par la suite, un peu de 1800Mhz dans les zones très denses
  • Bouygues Telecom en 2G : au départ en 1800MHz (moins utilisée en Europe), puis également en 900MHz pour couvrir les zones non urbaines
  • Lancement de la 3G : bande des 2,1GHz (utilisée largement en Europe) pour les 3 opérateurs, rejoints par Free par la suite. Petite remarque: à l’époque SFR a choisi de ne pas mettre à jour le réseau 2G en 900MHz vers EDGE sur les zones 3G. Résultat: quand vous rentrez dans un bâtiment, vous êtes en GPRS et même pas en EDGE…
  • Lancement de la 4G : bande des 2,6GHz pour les 4 opérateurs, et également bande des 800Mhz pour couvrir les zones non urbaines pour seulement 3 des opérateurs, Free ayant choisi de délaisser ces fréquences

Tout paraît assez simple : chaque technologie, par région géographique du monde, a en général une fréquence attribuée. C’est pour ça que les mobiles sont les mêmes en Europe, et sont légèrement différents aux Etats Unis, avec des bandes de fréquence pas toujours compatibles. Exemple : le premier iPhone 5 d’Apple qui ne faisait de la 4G qu’en 18000MHz : bande supportée au départ aux US et en Allemagne mais pas en France.

Concrètement: à quoi ressemble une antenne

En matière de fréquences et de déploiement, il faut bien comprendre que déployer un réseau mobile est une tâche complexe :

  • Chaque fréquence a un comportement propre : reflets sur les bâtiments, couverture, pénétration des bâtiments, tout est à bien calculer pour choisir l’emplacement de ses antennes
  • Ensuite il faut négocier le droit d’installer lesdites antennes : de moins en moins facile
  • Et enfin il faut raccorder les antennes à du très haut débit, car il faut bien assurer en aval la bande passante que permettent les dernières technologies entre l’antenne et le mobile

Le « refarming » : réattribution de bandes de fréquences à de nouvelles technologies

Ce serait trop simple si l’histoire s’arrêtait là ! Comme dit précédemment : plus les fréquences sont basses, mieux on rentre dans les bâtiments et plus on couvre loin. Donc pratique pour couvrir les zones non urbaines. Et voilà : la 3G est sur une fréquence élevée (2100MHz), or avec le développement de la 3G la bande des 900MHz attribuée à la 2G devenait moins utile. Vous aurez peut être remarqué par ailleurs que bien souvent, quand vous étiez en 3G en extérieur, le fait de rentrer dans un bâtiment vous faisais basculer en 2G: parce que le 2100MHz rentrant moins bien en intérieur, le téléphone bascule en 900MHz.
L’« UMTS 900 » a donc été lancé : les pouvoirs publics ont donc autorisé les opérateurs à faire de la 3G sur les fréquences 2G. Ils ont donc petit à petit réattribué une partie de leurs fréquences en 900MHz pour faire de la 3G.  Les bénéfices :
  • La possibilité de couvrir plus rapidement le territoire en 3G, le 900MHz permettant de couvrir de plus grandes zones. Avec en outre des antennes de toute façon déjà installées
  • Le fait de ne plus basculer en 2G à l’intérieur d’un bâtiment, car le téléphone bascule toujours en 900MHz mais en restant sur une technologie 3G
  • Remarque: les opérateurs n’ont pas fini de faire un « refarming » optimal sur tout le territoire, mais à terme (fin 2014 pour certains opérateurs, un peu plus tard pour d’autres) cela signifie que la couverture 3G sera égale à la couverture 2G

Le cas précis de la 4G lancée par Bouygues Telecom: explications

Qu’en est-il de la 4G ? Eh bien il se trouve qu’en France, Bouygues Telecom a justement réussi, au moment du lancement de l’iPhone 5 en France (compatible 4G mais uniquement en 1800MHz en France, une bande 2G utilisée seulement par Bouygues Telecom vous vous souvenez ?), à négocier avec les pouvoirs publics d’avoir le droit de faire du « refarming » 4G sur sa bande 2G des 1800MHz.  Ce qui leur a été accordé : l’opérateur a donc pu, en très peu de temps, basculer une partie de son spectre 1800MHz en 4G et ainsi offrir quasiment instantanément une couverture de 40% de la population en 4G.

Communication de Bouygues Telecom au lancement de sa 4G

Un avantage concurrentiel représentant des mois voire années d’avance en terme de déploiement par rapport à la concurrence, obligée de passer par de nouvelles antennes en 2600 et 800MHz.

Alors, en résumé: quels opérateurs sur quelles fréquences?

Par conséquent, finalement voilà comment ça se passe :

  • Orange : 900MHz en 2G et 3G, 2100MHz en 3G, 800 et 2600MHz en 4G. Et un peu de 1800Mhz pour Orange en zone urbaine sur de la 2G
  • SFR : pareil qu’Orange
  • Bouygues Telecom : 900MHz en 2G et 3G, 1800MHz en 2G et 4G, 2100MHz en 3G, 800 et 2600MHz en 4G
  • Free : 2100MHz en 3G, 900MHz en 3G également (car les 3 autres opérateurs ont rétrocédé une partie de leur spectre 2G à Free par obligation réglementaire), et 2600MHz en 4G (pas de 800MHz en 4G pour Free, qui n’a pas souhaité acheter de licence)

D’une manière un peu plus visuelle (source ARCEP 2014) :

Les blocs de fréquences attribués aux 4 opérateurs en France

Le résultat?

Le résultat : pour chaque opérateur, on obtient donc une couverture spécifique par technologie (2G, 3G, 4G), chaque technologie correspondant à un mix de fréquences. Vous pouvez retrouver ce que ça donne de manière visuelle sur le site de Sensorly (n’hésitez pas à télécharger l’appli mobile).

Plusieurs enjeux pour les opérateurs:

Free passe devant les autres

Et s’il ne devait en rester plus que 3?

Avec un Bouygues Telecom qui s’avère de trop petite taille pour continuer d’exister sur le marché français, et qui est pourvu d’un réseau de bonne qualité (notamment de cet atout formidable d’un réseau 4G à 40% de la population en 1800MHz au lancement – ils couvrent désormais 69%) d’une part, et d’un Free ayant plutôt un déficit de réseau (accord avec Orange pour utiliser son réseau 2G, et obligations de déploiement 3G/4G) d’autre part, il serait donc assez cohérent que ces 2 acteurs se rapprochent. A suivre !

12 Comments Mobile : mieux comprendre les fréquences et les technologies

  1. jayne

    Joli article de synthèse. Bravo!
    (fabricant une antenne patch pour améliorer ma réception 3g dans la campagne bretonne, je vais pouvoir la dimensionner selon la fréquence utiliser par mon opérateur)

    Reply
    1. frogmobile

      J’ai le meme poblème ici en Australie avec Optus 3G en 900 Mhz donc j’ai construit une antenne yagi (rateau) et ça marche très bien. Je devrai faire la même pour ma propriéte dans le Morvan pour Orange en 900 Mhz 3G.. Modèles et plans sur Internet ( yagi antenna for 900 Mhz diagrams and plans)

      Reply
  2. Pingback: Doriab | Pearltrees

  3. miotisoa

    Les opérateurs mobiles virtuels (MVNO) sont le nouveau phénomène du marché européen de la téléphonie mobile. Ces acteurs qui ne possèdent pas d‘infrastructure de réseau mobile signent des accords avec les opérateurs mobiles traditionnels pour leur acheter des minutes qu‘ils revendent ensuite sous leur propre marque à leurs clients en y ajoutant une valeur ajoutée spécifique. Opérateur de réseau mobile virtuel qui fournit au public un service de téléphonie mobile sans disposer de fréquences mobiles ni de réseau d‘accès mobile. Le MVNO établit un contrat avec un opérateur de réseau mobile disposant de fréquences et d‘une infrastructure de réseau mobile. Le MVNO achète du trafic et des services « en gros » auprès de l‘opérateur et le revend au détail à ses clients (individus ou entreprises) avec des services dédiés en plus. On dénombre actuellement douze MVNO sur le marché français de la téléphonie mobile. Parmi eux l’entreprise de dénommée SIM+. Même si, à ce jour, ces nouvelles offres « ne captent que 2 % du marché » du mobile, elles ont le mérite d’accentuer la concurrence dans un secteur que se partageaient, depuis l’avènement de la téléphonie mobile , les trois opérateurs historiques. Notons, à ce titre, que certaines offres de téléphonie, autre que celles provenant de ces opérateurs historiques et qui sont apparues avant l’arrivée des MVNO, ne sont pas l’œuvre d’opérateurs virtuels. Il s’agit en réalité d’accords de licences de marques. Ces derniers sont des accords passés entre une société et un opérateur historique dans le but de proposer une nouvelle offre liée à une marque (celle de la société qui s’associe à l’opérateur). Les MVNO, quand à eux, proposent à leurs clients des offres indépendantes qu’ils gèrent eux-mêmes, l’accord passé avec les opérateurs historiques se limitant uniquement à l’achat de minutes en gros. La vulgarisation du téléphone portable en Europe, a non seulement développé le rapprochement des populations entre elles mais aussi permis la naissance d’un type particulier de commerce autour de cet instrument de communication.
    Ces activités ont permis des bouleversements au niveau de la pratique commerciale de la production et de l’appropriation de l’espace par les acteurs divers intervenant dans la vente des produits vulgarisateurs du téléphone portable.

    Reply
  4. lock

    De nos jours, la téléphonie mobile connait un succès toujours grandissant. Le portable fait partie de notre vie quotidienne en devenant indispensable. De nombreux adeptes, notamment chez les jeunes, sont à la recherche des tous nouveaux gadgets pouvant équiper leurs appareils. Il apparaît néanmoins que certaines caractéristiques du marché de gros, définies par les opérateurs hôtes, ont connu des évolutions moins significatives, notamment sur certains aspects tarifaires et techniques. Les opérateurs de réseau mobile virtuel communément appelés MVNO sont apparus en France depuis une dizaine d’années. Leur essor a été favorisé par l’Etat (et indirectement par Bruxelles) qui souhaitait mettre à frein à la situation de quasi-monopole de la communication sans fil. Ne possédant pas d’infrastructures, les MVNO achètent des minutes de conversation en gros aux opérateurs mobiles historiques (Orange, SFR ou Bouygues Télécom) pour les revendre ensuite à leurs clients.

    Reply
  5. JJR70130

    Très bon exposé qui explique bien le fonctionnement du principe d’émission-réception du signal GSM. Curieux de pouvoir vérifier sur place le matériel implanté par les opérateurs, je recherche toute information sur orientation des antennes et surtout la hauteur minimale nécessaire pour une diffusion optimale de ce signal.
    J’ai essayé  »Sensorly » qui n’a pas voulu me donné les résultats de mon emplacement. J’ai les informations toutefois par l’application KA I BITS software Gmbh – Réseau Signal Info version 3.65.06 qui vous livre gratuitement toutes les données que vous souhaiter connaitre sur l’état de votre réseau GSM mais aussi sur la puissance de cotre signale WIFI. C’est assez évocateur de voir les fluctuations du réseau.
    En tout cas merci pour cet exposé.

    Reply
  6. al56

    Une petite remarque,
    entre 2000 et 2003 j’ai fait des liaisons en GPRS dans des TGV Paris- Lyon.
    Le hand-over fonctionnait bien.
    Des problèmes venaient de certains mobile GPRS qui traitaient mal le hand-over.

    Reply
  7. Pingback: Telecom | Pearltrees

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *