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Actualité

Le Dynamic Spectrum Sharing fait coexister la 4G et la 5G sur les mêmes fréquences

17/12/2020

Les opérateurs mobiles utilisent pour leurs réseaux plusieurs bandes de fréquences qui n’ont pas la même capacité de couverture. Les débits disponibles sont en outre proportionnels à la largeur de bande utilisée. Les fréquences basses (en-dessous de 1 GHz) favorisent ainsi la couverture, tandis que les fréquences plus hautes sont privilégiées en zone urbaine pour leur capacité.

La bande 3,5 GHz s’est récemment trouvée sur le devant de la scène à l’occasion des enchères 5G. Il s’agit de la bande-cœur pour le déploiement de la nouvelle technologie : plus large que les bandes déjà attribuées aux opérateurs, elle pourra offrir des débits inégalés.

Pourtant, les bandes préexistantes ne sont pas restées à l’écart de la 5G. Bien au contraire, dans l’observatoire du déploiement des réseaux mobiles de l’ANFR au 1er décembre, le nombre de sites 5G autorisés en bandes 700 et 2 100 MHz dépasse nettement celui des sites en bande 3,5 GHz.

Pourtant, ces bandes accueillent toujours du trafic 4G. Mais comment 4G et 5G peuvent-elles coexister dans la même bande ?

C’est le Dynamic spectrum sharing (DSS) qui permet de faire fonctionner 4G et 5G sur les mêmes fréquences. Ce partage se fait par multiplexage temporel et de manière dynamique : les mêmes fréquences transportent ainsi des paquets de données 4G ou 5G, dans une proportion qui dépend de la charge des réseaux. Le DSS permet ainsi un usage optimal du spectre, contrairement à des partages statique ou manuel, qui sépareraient les trafics 4G et 5G ou figeraient les proportions.

L’interface physique de la 5G présente d’importantes similitudes avec la 4G : en ce sens, il s’agit d’une évolution plus que d’une révolution, notamment du fait de l’emploi de la même forme d’onde OFDMA (orthogonal frequency-division multiple access). Les deux technologies mettent en œuvre une grille « temps x fréquences » dont les différentes cases sont appelées resource blocks (RB), pouvant contenir des données utiles ou des données de signalisation. L’idée du DSS est donc d’adopter une même grille et d’y faire cohabiter la 4G et la 5G.

Pour autant, si la grille est la même, le contenu des cases diffère entre 4G et 5G, ce qui nécessite des ajustements :

  • une première approche tire parti de trames 4G spécifiques broadcast (MBSFN) beaucoup moins chargées en informations de signalisation que les trames 4G classiques. Elles peuvent être utilisées pour véhiculer de nouvelles fonctionnalités qui resteront ignorées des terminaux 4G. Et comme la signalisation de la 5G est beaucoup plus flexible, elle peut occuper les champs libres (entre 20 et 60 %) de la trame MBSFN. Cette méthode est la plus simple pour activer le DSS, mais elle crée des rigidités dans l’allocation des ressources.
  • une autre approche consiste à encapsuler des segments 5G à l’intérieur des trames 4G classiques. Dans ce cas, les données réservées la signalisation 4G doivent être préservées. Cette approche permet une meilleure allocation instantanée des ressources en offrant de nombreux créneaux pour transporter des données 5G, tandis que la signalisation associée est pilotée via les trames MBSFN. A moyen terme, l’exploitation par la 5G de multiples petits segments dans les trames 4G devrait permettre d’améliorer la latence et de se conformer aux exigences URLLC (ultra-reliable low-latency communication : faible latence, fiabilité élevée).


Ces deux approches valent pour la voie descendante (émetteur vers le terminal). Quant à la voie montante, des solutions analogues y sont envisagées, mais les premières implémentations restent encore incomplètes. Les premiers opérateurs utilisant le DSS ont néanmoins la possibilité de faire remonter les données 5G par les canaux 4G classiques.

Activer le DSS en 5G ne requiert qu’une légère mise à jour de la station de base puisque les têtes radio, les aériens, le raccordement réseau (backhaul) restent communs. Les opérateurs doivent cependant veiller à une parfaite synchronisation (temporelle et fréquentielle) entre les équipements 4G et 5G qui coopèrent.

Le DSS permet à l’opérateur de bénéficier de la meilleure efficacité spectrale de la 5G par rapport à 4G, néanmoins limitée dans ces bandes par l’impossibilité d’y déployer les antennes actives, technologie clé de l’amélioration de l’efficacité spectrale pour la 5G. Par ailleurs, le débit pour l’utilisateur reste fortement contraint par la faible largeur de ces bandes basses : dans le cas de la bande 700 MHz, le débit descendant sera ainsi limité par les 5 ou 10 MHz dont disposent les opérateurs français, à comparer aux 70 à 90 MHz qu’ils viennent d’acquérir en bande 3,5 GHz ou à la possibilité d’agrégation des porteuses de plusieurs bandes en 4G. Le DSS permettra tout de même de disposer rapidement d’une bonne couverture 5G, tout en bénéficiant rapidement des nouvelles fonctionnalités développées par les équipementiers : par exemple les améliorations du discontinuous reception (DRX ou réception discontinue) permettront d’augmenter la mise en veille des terminaux et de prolonger la batterie.

[in English] The ANFR has published in English the first results of measurement of public exposure to waves carried out before and after the #5G roll out in 1500 sites in France.

https://t.co/Qjw8jrhyoZ https://t.co/cRFojVtYwd

L’ANFR est intervenue la semaine dernière à Lorient avec la @DGA sur la future frégate de la @MarineNationale, la FREMM Lorraine, pour vérifier les nombreux systèmes de transmission par fréquences, à l’approche des 1ers essais en mer https://t.co/CgIMi2hmaH

#25AnsANFR🎂 #1jour1date 29 janvier 2015 : la Loi dite « Abeille » (Loi sur la sobriété, la transparence, l’ information et la concertation en matière d’exposition aux ondes) confie à l’ANFR de nouvelles missions, notamment le recensement des points atypiques ©M.Chalvin https://t.co/vAWYLalkQz

🎙️Retrouvez l’intervention de @gillesbregant, DG de l’@anfr, ce matin sur @Franceculture pour répondre à la question « la 5G peut-elle perturber le trafic aérien ? »
L’intégralité de l’interview en replay : La 5G peut-elle perturber le trafic aérien ? ⤵️https://t.co/Jg4TeCENXs https://t.co/9x5S4ADyAZ

#25AnsANFR🎂 #1jour1date Depuis le 1er janvier 2014, l’@ANFR gère le dispositif national de contrôle et de mesures des ondes, qui permet aux particuliers et aux collectivités de faire des demandes de mesures d’exposition. ©M.Chalvin https://t.co/x7GMziudNi

#25AnsANFR🎂 #1jour1date 1er novembre 2012 : l’@ANFR autorise les 1ères implantations de sites 4G et publie son 1er #observatoire du déploiement des réseaux mobiles, qui rend le processus de déploiement des opérateurs mobiles plus transparent. ©M.Chalvin https://t.co/YUIv3Sgj1h

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L’oreillette divise par 10 votre exposition aux ondes des smartphones https://t.co/OI9xOJyDma

#25AnsANFR🎂 #1jour1date 8 mai 2012 : refonte des certificats radioamateurs français en un seul certificat « HAREC », qui permet une reconnaissance avec les certificats étrangers et autorise le mode numérique. ©M.Chalvin https://t.co/xDRLTuVTvh

ANFR a Retweeté

Pour le bon réseau, je vous renvoie à cette étude de l'@anfr: appeler dans de bonnes conditions peut diviser le niveau d'exposition... par 32.000.

Donc on évite les coups de fil dans le train. En plus ça énerve tout le monde.

https://t.co/WANe44JtCS

ANFR a Retweeté

Avions et 5G : pourquoi la France a moins de soucis que les États-Unis https://t.co/oiAsMf4vqP https://t.co/teDIvyqRyK

L’ANFR publie ce jour une étude sur l’exposition aux ondes du téléphone portable utilisé avec un kit oreillette : cette utilisation permet de réduire d’un facteur 10 en moyenne son exposition aux ondes, comparé à un usage direct de son téléphone portable.
https://t.co/rV86kvbq2m https://t.co/xETs9bPcMz

#25AnsANFR🎂 #1jour1date 30 novembre 2011: fin de la télévision hertzienne analogique. Une partie des fréquences est désormais utilisée pour un autre usage: le haut débit mobile, pour satisfaire les besoins croissants des 🇫🇷 d’échanger toujours + de données en mobilité ©M.Chalvin https://t.co/UF0zUCdCwe

« La 🇫🇷 compte un peu + de 123 000 antennes à faisceaux hertziens réparties sur tout le territoire et dont les fréquences s’étendent entre 1,3 GHz et 86 GHz » L’expert Ourouk JAWAD intervient au 14e #CND de l’ANFR et présente un étude sur l’exposition aux ondes de ces faisceaux. https://t.co/Sa0Ehj3urj

En 2021, l’@anfr a réalisé et publié sur https://t.co/s8clyclD8z 10 356 mesures d’exposition aux ondes, dont 5 900 ont permis d’évaluer plus précisément l’évolution de l’exposition avec la #5G. Sur l’ensemble des mesures, l’ANFR a relevé 51 points atypiques." 🗨️ #CND https://t.co/lOsp39VKXe

🗓️Ce matin, l’ANFR réunit en distanciel le 14e Comité national de dialogue sur l’exposition du public aux ondes électromagnétiques, instance de dialogue et de concertation, présidé par @michel_sauvade. https://t.co/C48GdG5Aq5

#25AnsANFR🎂 #1jour1date Le 14 octobre 2011, l’ANFR pilote des opérations terrain en Mayenne pour évaluer les brouillages entre #4G et #TNT. L’expertise servira à mettre en place un mécanisme de remédiation gratuit pour les téléspectateurs concernés. ©M.Chalvin https://t.co/Y9T5PEfIdo

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