Quelles sont les normes de fréquence utilisées par la 5G ?
La technologie 5G utilise un large éventail de bandes de fréquences pour répondre aux divers besoins de performance, de couverture, de capacité et de latence. Contrairement aux générations précédentes de réseaux mobiles, la 5G repose sur une architecture flexible et scalable qui exploite aussi bien les basses fréquences que les bandes millimétriques très élevées. Ces fréquences sont réparties en trois grandes catégories : bandes basses, moyennes et hautes, chacune ayant ses avantages spécifiques selon les cas d’usage.
Bandes de fréquence principales utilisées par la 5G
- Basses fréquences (Sub-1 GHz) : Ces bandes incluent des fréquences comme 700 MHz (n28), 800 MHz ou 600 MHz (n71). Elles offrent une grande portée de couverture, y compris à l’intérieur des bâtiments, mais une capacité de débit relativement faible. Elles sont idéales pour les zones rurales et la couverture de base.
- Bandes moyennes (1 GHz – 6 GHz) : Cette catégorie comprend des fréquences telles que 1800 MHz (n3), 2100 MHz (n1), 2600 MHz (n7) et surtout la bande 3,5 GHz (n78), considérée comme la bande « cœur » de la 5G dans de nombreux pays. Elle offre un compromis idéal entre portée, débit et capacité.
- Bandes hautes (mmWave, au-dessus de 24 GHz) : Utilisées pour des applications très exigeantes en termes de bande passante comme la réalité virtuelle, l’ultra haute définition ou les environnements urbains denses. Les bandes typiques sont 26 GHz (n258), 28 GHz (n257) et 39 GHz (n260). Elles permettent des débits supérieurs à 10 Gbit/s, mais avec une portée très réduite et une faible pénétration dans les obstacles.
Normes et nomenclature 3GPP des bandes 5G
Le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) attribue à chaque bande une désignation numérique précédée de la lettre « n » pour New Radio (NR). Ces identifiants sont standards à l’échelle mondiale pour permettre la compatibilité entre équipements et réseaux. Par exemple :
- n78 : 3300 – 3800 MHz (bande TDD très utilisée en Europe et en Asie)
- n258 : 24,25 – 27,5 GHz (bande mmWave)
- n28 : 703 – 748 MHz (bande basse FDD)
La norme 5G NR est conçue pour fonctionner à la fois en duplex temporel (TDD) et en duplex fréquentiel (FDD), selon les caractéristiques de la bande. Les bandes TDD sont particulièrement bien adaptées aux scénarios urbains à forte densité de trafic, tandis que les bandes FDD sont préférées pour leur couverture continue.
Distribution régionale des fréquences 5G
Les régulations de fréquences diffèrent selon les zones géographiques, en fonction des décisions des autorités de télécommunications comme l’ARCEP en France, la FCC aux États-Unis ou l’ANFR en Europe. Voici quelques exemples :
- Europe : bande principale n78 (3,4 – 3,8 GHz), bande n28 (700 MHz), et expérimentation mmWave sur n258
- États-Unis : bandes n41 (2,5 GHz), n260 (39 GHz), n261 (28 GHz), et n71 (600 MHz)
- Asie : forte utilisation de la bande n78, ainsi que les bandes mmWave comme n257 (26 GHz)
Particularité du spectre 5G partagé (Dynamic Spectrum Sharing – DSS)
Une innovation importante introduite avec la 5G est la technologie Dynamic Spectrum Sharing, qui permet de partager dynamiquement une même bande de fréquence entre la 4G et la 5G. Grâce à DSS, les opérateurs peuvent déployer la 5G sur des bandes existantes (comme 1800 MHz ou 2100 MHz) sans retirer immédiatement la 4G, facilitant une transition progressive tout en garantissant la compatibilité des services.
Caractéristiques techniques des bandes millimétriques (mmWave)
Les bandes mmWave sont définies par des longueurs d’onde très courtes (1 à 10 millimètres), correspondant à des fréquences très élevées. Cela permet une densité spectrale élevée, essentielle pour les usages intensifs comme la transmission de vidéos 4K en temps réel, les voitures connectées ou l’Internet industriel. Toutefois, leur atténuation dans l’air, leur sensibilité à la pluie, aux murs et aux obstacles naturels est un défi majeur.
Allocation harmonisée par l’UIT
L’Union Internationale des Télécommunications (UIT) via la Conférence Mondiale des Radiocommunications (CMR) a établi des bandes prioritaires globales pour la 5G. Cela garantit une harmonisation internationale et favorise l’interopérabilité entre les pays et les fabricants. Les bandes proposées pour harmonisation mondiale incluent notamment 24,25 – 27,5 GHz, 31,8 – 33,4 GHz, 37 – 43,5 GHz et 66 – 71 GHz.
Rôle des fréquences dans les cas d’usage 5G
- eMBB (Enhanced Mobile Broadband) : utilise principalement les bandes moyennes et mmWave pour les services vidéo à haut débit, cloud gaming, streaming 8K.
- URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications) : requiert un spectre dédié, souvent en bande moyenne ou haute, pour des communications critiques à très faible latence (ex : télémédecine, robotique industrielle).
- mMTC (massive Machine Type Communications) : s’appuie sur les basses fréquences pour connecter des milliers d’objets IoT sur de grandes zones avec une faible consommation énergétique.
Perspectives d’évolution du spectre 5G
À l’avenir, la 5G s’étendra vers des bandes encore plus élevées, appelées fréquences sub-THz, dans le cadre du développement de la 6G. Par ailleurs, des mécanismes d’agrégation de porteuses (Carrier Aggregation) permettront de combiner plusieurs bandes 5G (basse, moyenne et haute) pour optimiser les performances globales.
Conclusion technique
La norme 5G repose sur une approche multiniveau du spectre radioélectrique, exploitant intelligemment des bandes complémentaires pour adresser des cas d’usages variés. Sa flexibilité en termes de fréquence, combinée à une architecture réseau virtualisée, en fait une technologie de rupture apte à transformer l’économie numérique et les infrastructures connectées dans tous les secteurs.