Introduction aux bandes de fréquences 3G

Contrairement aux systèmes 2G précédents, la 3G a été conçue autour d'une norme mondiale unifiée appelée International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000), établie par l'Union internationale des télécommunications (UIT). Cependant, la réalisation d'une véritable harmonisation mondiale s'est révélée impossible. Différentes régions ont adopté des bandes de fréquences distinctes pour les services 3G, façonnées par des attributions historiques du spectre, des priorités réglementaires et des choix technologiques (UMTS vs CDMA2000). Cet article examine les bandes de fréquences spécifiques utilisées pour les réseaux 3G dans les grandes régions, les compromis techniques qui sous-tendent ces choix et les implications pour la couverture, la capacité et, éventuellement, l'extinction des réseaux.

Technologies 3G mondiales: UMTS, CDMA2000 et TD-SCDMA

Avant de plonger dans des bandes régionales, il est essentiel de comprendre les trois principales familles d'interfaces aériennes 3G. Le système universel de télécommunications mobiles (UMTS), basé sur la WCDMA, a été adopté par le 3GPP et est devenu la norme dominante en Europe, en Asie et dans une grande partie du reste du monde. CDMA2000, développé par 3GPP2, est issu de 2G CDMA (IS-95) et est resté solide en Amérique du Nord, en Corée du Sud et dans certaines régions de l'Asie. La Chine a développé sa propre norme, TD-SCDMA, qui fonctionnait dans des bandes de fréquences distinctes attribuées par le gouvernement chinois.

Répartition des bandes de fréquences par région

Le tableau ci-dessous résume les bandes de fréquences de base utilisées pour les réseaux 3G dans les six principales régions géographiques.

  • Amérique du Nord:[ 850 MHz (bande 5), 1900 MHz (bande 2), 1700/2100 MHz AWS (bande 4), 800 MHz (bande 0 pour CDMA)
  • Europe: 900 MHz (bande 8), 1800 MHz (bande 3), 2100 MHz (bande 1)
  • Asie-Pacifique (sauf la Chine):[ 850 MHz, 900 MHz, 2100 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz AWS (certains marchés)
  • Chine:[ 850 MHz, 900 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz (pour TD-SCDMA: 1900–190 MHz et 2010–2025 MHz)
  • Afrique:[ 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz
  • Amérique latine:[ 850 MHz, 900 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz

Amérique du Nord

Aux États-Unis et au Canada, les déploiements de 3G ont été répartis entre les exploitants de CDMA2000 et d'UMTS en raison des fonds de spectre historiques. La Federal Communications Commission (FCC) et Industrie Canada ont mis aux enchères des spectres dans des bandes qui sont devenues par la suite la base de 3G. Les bandes principales sont les suivantes :

  • 850 MHz (Band 5):[ À l'origine utilisée pour les cellules AMPS, cette bande a été réexploitée pour CDMA2000 (p. ex. Verizon, Sprint) et UMTS (AT&T, T-Mobile après rebandage). Elle offre une excellente couverture dans les zones rurales et suburbaines en raison de ses caractéristiques de propagation.
  • 1900 MHz (Band 2): La bande des SCP (1850–1990 MHz) a été mise aux enchères dans les années 1990 et est devenue la bande principale pour les opérateurs CDMA2000, comme Sprint et Verizon, sur les marchés urbains denses.
  • 1700/2100 MHz AWS (bande 4): Les bandes des Services sans fil avancés (1710–1755 MHz, 2110–2155 MHz vers le bas) ont été introduites dans les enchères 2006 de FAC. T-Mobile USA a fortement adopté AWS pour son déploiement UMTS 3G, permettant des services de données à large bande sans interférer avec le spectre existant de 1900 MHz.
  • 800 MHz (Band 0):[ Utilisé par certains opérateurs CDMA2000 pour la rebandage numérique AMPS (p. ex., retraite de Sprint iDEN). Il se chevauche avec la partie inférieure de la bande cellulaire dans certains pays, mais est moins normalisé.

Par exemple, un téléphone AT&T 3G avait besoin de 850/1900 MHz UMTS, tandis qu'un téléphone Verizon 3G avait besoin de 800/1900 MHz CDMA2000. L'absence d'une seule bande panaméricaine 3G a entraîné des ententes d'itinérance complexes et des exigences en matière de soutien des appareils.

Europe

L'Europe a été le fer de lance de la norme UMTS dans le cadre de l'Institut européen des normes de télécommunications (ETSI). La Commission européenne a harmonisé le spectre pour la 3G par la directive UMTS, en allouant la 2100 MHz (Band 1) comme bande primaire (1920–1980 MHz uplink, 2110–2170 MHz uplink).

  • 900 MHz (Band 8):[ Au départ réservé au GSM, la bande 900 MHz (880–915 MHz uplink, 925–960 MHz downlink) a été ouverte pour l'UMTS par le biais du processus de refermement GSM/UMTS. Vodafone, Orange et d'autres grands transporteurs européens ont déployé la 3G à 900 MHz dans les zones rurales pour améliorer la couverture et la pénétration intérieure.
  • 1800 MHz (Band 3):[ Cette bande (1710–1785 MHz, 1805–1880 MHz, liaison descendante) a été utilisée à l'origine pour GSM1800 (DCS). Avec l'augmentation de la demande en 2G, certains exploitants ont réaménagé une petite partie de la capacité UMTS dans les zones urbaines denses, bien qu'elle soit demeurée plus fréquente pour LTE plus tard.
  • 2100 MHz (Band 1):[ Presque tous les opérateurs européens ont lancé UMTS dans la bande 1. Il reste la bande 3G par défaut pour de nombreux pays, offrant initialement jusqu'à 384 kbps, puis passant à HSPA+ avec jusqu'à 42 Mbps (dual-carrier).

Les réseaux 3G européens étaient généralement monotechnologiques (UMTS/HSPA), mais à partir de 2010, la plupart des opérateurs ont déployé LTE comme couche séparée. Le coucher du soleil 3G a commencé vers 2020, avec des transporteurs en Suisse, au Royaume-Uni et en Allemagne réagricolent le spectre pour LTE et 5G.

Asie-Pacifique

L'Asie-Pacifique présente un ensemble diversifié d'allocations de bandes en raison de la diversité des environnements réglementaires et des préférences technologiques.

  • Japon: NTT DoCoMo a lancé le premier réseau commercial 3G au monde en 2001 en utilisant la WCDMA dans 2100 MHz (Band 1). SoftBank et KDDI ont également déployé la 3G dans la même bande. De plus, le Japon a utilisé 800 MHz (Band 0) pour CDMA2000 par KDDI (au).
  • Corée du Sud: Corée Telecom (KT) et SK Telecom ont initialement lancé CDMA2000 1xEV-DO en 800 MHz (Band 0) et ont ensuite déployé la WCDMA en 2100 MHz (Band 1). La Corée du Sud a également utilisé 1,8 GHz[ (Band 3) pour LTE mais pas pour 3G. Le pays a rapidement déménagé vers LTE et 5G, les réseaux 3G étant en grande partie coupés d'ici 2022.
  • Australie: Telstra, Optus et Vodafone ont utilisé une combinaison de 850 MHz (Band 5) pour les UMTS en milieu rural et 2100 MHz (Band 1)[ pour la capacité urbaine. Telstra="s Next G network (850 MHz UMTS) a fourni une couverture exceptionnelle, un point de repère dans l'histoire de la téléphonie mobile australienne.
  • Inde: Au départ, les exploitants indiens ont lancé des UMTS en 2100 MHz (Band 1) après que le gouvernement ait mis aux enchères le spectre 3G en 2010. Plus tard, certains exploitants ont réaménagé 900 MHz (Band 8) pour 3G (p. ex., Bharti Airtel, Vodafone Idea). L'Inde a également utilisé 850 MHz (Band 5) pour CDMA2000 (Reliance Communications, Tata Teleservices), mais ces réseaux ont été fermés en 2018.

L'Asie-Pacifique a également vu l'utilisation de 1500 MHz (Band 21)[ pour les UMTS au Japon (KDDI) et 2300 MHz (Band 40)[ pour des déploiements TD-LTE limités qui n'ont pas affecté la 3G.

Chine

Chine Mobile, le plus important transporteur mondial d'abonnés, a été mandaté pour déployer TD-SCDMA dans les bandes 1900–1920 MHz[ et 2010–2025 MHz[ [souvent appelées bandes 34 et 39 pour TD-LTE, mais initialement attribuées pour la TDD 3G]. China Unicom et China Telecom ont respectivement déployé WCDMA et CDMA2000 dans 2100 MHz (Band 1) et 800 MHz (Band 0). Au fil du temps, la Chine a réaménagé 900 MHz et 1800 MHz pour la LTE, laissant la bande TD-SCDMA largement abandonnée après 2015 alors que China Mobile déménageait à la LTE. Le coucher du soleil chinois 3G s'est produit rapidement après 2016.

Afrique

Le déploiement de la 3G en Afrique dépendait fortement des programmes des donateurs et des décisions réglementaires.

  • 900 MHz (Band 8):[ Utilisé sur tout le continent pour les UMTS, en tirant parti de l'infrastructure GSM850/900 existante. De nombreux opérateurs ont lancé la 3G initialement sur 2100 MHz dans les villes et ont ensuite ajouté 900 MHz pour l'expansion rurale.
  • 2100 MHz (Band 1):[ Déployé dans la plupart des capitales africaines par tous les grands opérateurs, y compris MTN, Airtel, Vodacom et Orange.
  • 850 MHz (Band 5):[ Utilisé dans plusieurs pays d'Afrique de l'Ouest et d'Afrique australe (par exemple, le Nigéria, le Ghana, l'Afrique du Sud) pour l'UMTS et CDMA2000. Zain et d'autres ont déployé CDMA2000 dans 850 MHz sur certains marchés d'Afrique de l'Est.
  • 1800 MHz (Band 3):[ Moins fréquent pour la 3G, mais certains opérateurs ont réaménagé cette bande dans les années 2010 pour la capacité de la 3G, en particulier en Afrique du Sud.

La couverture du réseau 3G en Afrique reste inégale, de nombreux pays s'appuyant encore sur la 2G/3G pour la connectivité rurale.

Amérique latine

L'Amérique latine présente un mélange d'influences nord-américaines et européennes. Les bandes dominantes pour la 3G sont :

  • 850 MHz (Band 5) :[ Des déploiements majeurs au Brésil, au Mexique, en Argentine et au Chili par des opérateurs comme Claro, Telcel et Movistar. Cette bande a permis une bonne couverture dans de vastes zones géographiques.
  • 1900 MHz (Band 2): Utilisé au Mexique et sur certains marchés d'Amérique centrale par Telefonica et América Móvil pour UMTS.
  • 900 MHz (Band 8):[ Commun dans les pays andins et le sud de l'Amérique du Sud (p. ex., Pérou, Colombie, Chili).
  • 2100 MHz (Band 1):[ Déploiements urbains dans de nombreuses capitales par des opérateurs comme Vivo (Brésil) et Claro (Argentine).
  • 1700 MHz AWS (Band 4):[ Utilisé au Chili, en Colombie et en Équateur pour les UMTS, après l'attribution des AWS dans les Amériques.

L'Amérique latine a déjà commencé à se coucher du soleil en 3G, de nombreux exploitants réagricolent ces bandes pour les LTE et les 5G.

Considérations techniques : Propagation, vitesse et capacité des données

Les fréquences inférieures (p. ex., 700 à 900 MHz) se propagent plus loin et pénètrent mieux les bâtiments, ce qui les rend idéales pour la couverture dans les banlieues et les zones rurales. Les fréquences supérieures (p. ex., 1800 à 2100 MHz) offrent plus de bande passante par transporteur (jusqu'à 5 MHz pour les UMTS) et peuvent supporter des densités d'utilisateurs plus élevées en raison de la réduction de la taille des cellules.

  • Couverture vs Capacité:[ Une cellule 3G à 900 MHz peut avoir un rayon allant jusqu'à 30 km en milieu rural, tandis qu'une cellule 2100 MHz dans les zones urbaines ne peut atteindre que 2 à 3 km en raison de la perte de trajectoire et de l'interférence plus élevées.
  • Permission de données: L'UMTS avec HSPA+ (Dual-Cell) peut fournir jusqu'à 42 Mbps dans 5 MHz de spectre. L'utilisation d'un déploiement de 10 MHz (p. ex., biporteur) dans 2100 MHz a permis des vitesses plus élevées, mais la disponibilité du spectre l'a limitée.
  • Interférence et réutilisation:[ Les fréquences inférieures sont plus sensibles au bruit des cellules adjacentes, nécessitant une planification minutieuse de la fréquence.Les opérateurs utilisaient des modèles de réutilisation 1:3 ou 1:1, selon la bande et le trafic.
  • Pour parcourir les régions, les téléphones 3G ont besoin de plusieurs bandes. Un téléphone 3G global a souvent pris en charge les bandes 1, 2, 5 et 8. L'iPhone 4S, par exemple, a supporté les bandes UMTS 1, 2, 5, 8. Cette complexité a conduit au développement de radios définies par logiciel.

Conducteurs réglementaires et économiques

En Europe, les enchères de 1998 des UMTS ont permis de recueillir plus de 109 milliards d'euros, mais le coût élevé des licences de 2100 MHz a retardé les investissements dans la couverture rurale. Aux États-Unis, les plafonds de fréquences de la FCC et l'augmentation du CDMA2000 ont entraîné une fragmentation du paysage. Le cadre IMT-2000 de l'UIT a initialement identifié trois bandes de base : 1885-2025 MHz et 2110–2200 MHz (TDD et FDD) et 806-960 MHz pour les extensions de la DDF.

  • UIT Recommandations: Le document UIT-R M.1036 définissait des arrangements de fréquence privilégiés pour IMT-2000, mais il n'était pas obligatoire, ce qui permettait une flexibilité régionale.
  • GSMA efforts d'harmonisation:[ Le GSMA a poussé à harmoniser les bandes pour réduire les coûts d'itinérance, mais a eu du mal à l'extérieur du noyau de 2100 MHz.
  • Refermement de bandes 2G:[ À la fin des années 2000, les régulateurs en Europe, en Afrique et en Asie ont permis aux exploitants de refermer les fréquences GSM pour les UMTS.
  • Spectre Trading:[ Dans des marchés comme les États-Unis, les marchés secondaires du spectre ont permis aux exploitants d'acheter ou de louer des fréquences supplémentaires (p. ex. AT&T acquérant du spectre de Verizon dans 850 MHz).

Impact sur l'itinérance internationale

Un voyageur d'Europe (Bands 1, 8) ne pouvait se connecter à un réseau 3G nord-américain si l'appareil manquait de bande 5 ou de bande 2. Les fabricants ont répondu à cette question en créant des « téléphones mondiaux » qui comprenaient plusieurs bandes, mais ce coût supplémentaire. Par exemple, le Nokia N95 avait une GSM quad-bande mais seulement UMTS biband (2100/1900). Plus tard, l'iPhone 4S a ajouté 850/900/1900/2100 UMTS. Même aujourd'hui, les accords d'itinérance exigent des opérateurs de réseau qu'ils contrôlent les capacités de l'appareil. L'absence d'une seule bande 3G globale est une raison clé pour laquelle 4G LTE et 5G ont poursuivi une harmonisation plus agressive.

Restructuration du spectre et de la 3G

À partir de 2018, de nombreux opérateurs ont commencé à fermer leurs réseaux 3G pour récupérer du spectre pour LTE et 5G. Ce coucher de soleil est dû à la baisse du trafic 3G, à l'augmentation de la pénétration des appareils LTE/5G et au désir de déployer des bandes passantes plus larges.

  • Australie: Optus et Vodafone ont fermé la 3G en 2024; Telstra en 2024.
  • États-Unis: AT&T a fermé son réseau UMTS 3G en février 2022; Verizon a fermé CDMA2000 en 2022; T-Mobile a éliminé Sprint=3G en 2023.
  • Europe: De nombreux opérateurs en Suisse (Swisscom, 2021), au Royaume-Uni (Vodafone, 2023) et en Allemagne (Deutsche Telekom, 2022) ont un coucher de soleil de 3G. La bande de 2100 MHz est réexploitée pour les LTE (Band 1) et 5G (n1). 900 MHz est réutilisée pour les LTE (Band 8) et 5G (n8).
  • Asie: Japon NTT DoCoMo a fermé la 3G en 2023; SK Telecom en Corée du Sud a terminé la 3G en 2022; China Mobile a abandonné TD-SCDMA en 2016.
  • Afrique: Certains opérateurs (p. ex. MTN Afrique du Sud, Airtel Nigeria) ont annoncé des échéances de 3G pour 2025-2027, mais de nombreux marchés fortement ruraux peuvent conserver plus longtemps la 3G en raison de la couverture limitée des EFT.

La réexploitation libère un spectre à faible bande de valeur (850/900 MHz) qui est très recherché pour la couverture 5G. La bande 2100 MHz est également précieuse pour la capacité 5G dans les zones urbaines denses. Cependant, la transition doit être gérée avec soin pour éviter de perturber les anciens services IoT et d'urgence qui dépendent encore de la 3G.

Conclusion

Les bandes de fréquences utilisées pour les réseaux 3G dans différentes régions sont le produit de l'histoire, de la technologie, de la réglementation et des forces du marché.La combinaison de 850/1900/1700 MHz en Amérique du Nord, la dépendance de l'Europe à 210/900 MHz, le patchwork de l'Asie-Pacifique, l'utilisation intensive de 900/2100 MHz en Afrique et les diverses attributions de l'Amérique latine illustrent le manque d'harmonisation mondiale véritable.La compréhension de ces bandes est essentielle pour les ingénieurs des télécommunications, les fabricants d'appareils et les planificateurs de réseaux, surtout lorsque l'industrie passe de 3G à 5G. Bien que la 3G soit en voie de disparition, les leçons apprises sur la gestion du spectre et les nuances régionales continuent de façonner l'avenir des communications mobiles.