[TRIBUNE de Ludger Boeggering et Samuele Falcomer, U-BLOX] Des qualités de propagation adaptées à la couverture de zones étendues, une excellente pénétration du signal et de nombreux réseaux de stations de base déjà en place rendent l’utilisation de la bande des 400 MHz idéale pour les applications nécessitant une communication extrêmement fiable. Explications de Ludger Boeggering, Senior Principal Application Marketing, Energy and Industry 4.0, et Samuele Falcomer, Senior Product Line Manager, Product Center Cellular, de la société u-blox.

On n’insistera jamais assez sur l’importance d'un fonctionnement régulier et sûr des technologies de communication dans notre monde contemporain. De la réaction aux grandes catastrophes à l’exploitation quotidienne d’infrastructures critiques, tout repose sur la faculté des gens et des objets à s’envoyer des données et des instructions de façon fiable. Au vu du développement, entre autres, des villes ou des réseaux de services publics intelligents, cette dépendance vis-à-vis d’une communication résiliente ne peut qu’augmenter.

L’importance des réseaux de communication pour le bon fonctionnement de notre modèle de société a été reconnue par les autorités, et se reflète d’ailleurs dans les exigences imposées aux réseaux servant à gérer les infrastructures essentielles. En Europe par exemple, les réseaux gérant le transport et la distribution de l'électricité et autres infrastructures critiques doivent pouvoir rester opérationnels pendant au moins 24 heures en cas de panne de courant. C’est nettement plus long que ce que permettent de nombreux réseaux commerciaux de communication cellulaire.

Pour atteindre ce degré de résilience, l’industrie de l’énergie européenne a réclamé l’adoption de bandes de fréquence inférieures à 1 GHz. Dans ce cadre, les normes 3GPP offrent dorénavant un accès privilégié aux bandes de fréquences 410 et 450 MHz pour les communications LTE de type longue portée et basse consommation (LPWA), que ce soit pour les communications vocales, le LTE, le LTE-M ou le NB-IoT.

À l’échelle mondiale, des bandes de fréquence aux alentours des 400 MHz sont mises aux enchères dans le but de créer des réseaux privés ou publics prenant en charge les communications critiques. La Pologne, l’Estonie, l’Allemagne, la République tchèque, les Pays-Bas, l’Afrique du Sud, ainsi que des régions du Moyen-Orient et d’Amérique du Sud ont été parmi les premiers pays à les adopter. D’autres pays européens sont susceptibles de leur emboîter le pas.

Trois avantages essentiels du spectre hertzien autour des 400 MHz pour les réseaux d’infrastructures critiques

L’un des plus gros atouts de l’usage du spectre hertzien autour des 400 MHz dans le contexte des communications critiques est la très longue portée. La majorité des bandes LTE commerciales fonctionnent au-delà de 700 MHz, certains réseaux 5G atteignant même 39 GHz. Cela leur permet de fournir les débits de données sensationnels nécessaires à certaines applications comme le streaming de vidéos haute qualité. En revanche, leur inconvénient est que les signaux s’atténuent rapidement, nécessitant donc des réseaux très denses de stations de base. Même un pays relativement petit comme les Pays-Bas nécessite des dizaines de milliers de stations de base pour garantir une couverture globale du réseau LTE commercial.

La bande de fréquence des 400 MHz se situe elle à l’autre extrémité de l’échelle. Grâce à ses portées plus importantes, le nombre de stations de base requises est beaucoup plus faible : quelques milliers suffisent pour un pays de la taille des Pays-Bas. Concernant l’exploitation fiable d’une infrastructure critique, la maintenance d’un réseau de cette taille, avec toute la redondance électrique nécessaire, est beaucoup plus simple qu’avec le réseau LTE commercial décrit ci-dessus.

L’atténuation moins forte des signaux dans la bande des 400 MHz renferme un autre avantage crucial puisqu’ils peuvent passer à travers les murs et autres surfaces solides. Ce spectre s’avère ainsi idéal pour plusieurs applications comme les compteurs intelligents, qui sont soit enterrés soit installés à domicile.

Enfin, de nombreux pays disposent déjà d’une large infrastructure de stations de base qui sont compatibles avec le spectre des 400 MHz puisque ce dernier a été utilisé pour les réseaux de radio mobile analogique professionnelle (PAMR), puis pour les réseaux CDMA. Avec ces derniers, la longue portée a servi pour fournir une couverture dans des régions reculées et peu peuplées, notamment en Afrique rurale et en Europe du Nord.

Un nombre d’applications en constante augmentation

Les opportunités que renferment des réseaux mobiles résistants utilisant des bandes de fréquence dans le spectre 400 MHz suscitent un intérêt énorme dans de nouvelles applications. Par exemple, des ingénieurs en Pologne mettent actuellement en place un réseau sans fil privé pour relier des millions de compteurs intelligents et des dizaines de milliers de systèmes de commande et de surveillance utilisés avec les éoliennes et d’autres applications.

En Allemagne, le gouvernement a attribué ce spectre aux services publics. La licence a été accordée à 450connect GmbH pour les vingt prochaines années, les cas d’utilisation principaux étant la gestion de réseau, les compteurs intelligents et les communications vocales (en remplacement de la radio mobile professionnelle ou PMR).

Nous assisterons très probablement à l’émergence d’autres utilisations de la bande des 400 MHz au cours des prochaines années pour garantir une opération fiable des applications, même en cas de panne d’électricité. Les domaines susceptibles d’y avoir de plus en plus recours sont les équipements de surveillance intelligente des soins de santé, les applications de sécurité et les technologies pour villes intelligentes, comme l’infrastructure de gestion de la circulation.

Considérations au niveau des conceptions

Les appareils fonctionnant dans la bande des 400 MHz doivent se faire "entendre" du réseau. Les normes 3GPP permettent de "parler" plus fort que ce qui est autorisé sur les autres bandes de fréquence, et les dispositifs peuvent ainsi émettre à 26 dBm (classe de puissance 2) au lieu de 23 dBm (classe de puissance 3).

Les ingénieurs qui sélectionnent des composants cellulaires pour des appareils qui fonctionneront dans la bande des 400 MHz doivent tenir compte de plusieurs facteurs. L’appareil devra-t-il émettre selon la classe de puissance 2 ? L’appareil sera-t-il utilisé sur des réseaux publics, privés ou les deux ? Aura-t-il besoin des nouvelles fonctionnalités de la Version 14 des spécifications 3GPP pour le LTE-M et/ou le NB-IoT ? Si l’appareil doit fonctionner dans les bandes LTE, permet-il le réglage actif des antennes pour optimiser les performances ? Quels sont les besoins énergétiques de l’appareil et offre-t-il une fonction "dernier souffle" pour envoyer un dernier message en cas de panne totale de courant ? Compte tenu de la nature critique de l’application à laquelle le module se destine, quelles sont ses capacités de sécurité ?

La bande des 400 MHz est prête à jouer un rôle clé

Alors que les technologies contrôlées numériquement critiques pour la sécurité deviennent des éléments de plus en plus importants des sociétés modernes, la demande en réseaux de communication extrêmement robustes continuera de croître. Avec sa longue portée, l’excellente pénétration du signal et la disponibilité de réseaux de stations de base déjà établis dans de nombreux pays, il n’est pas surprenant que la bande des 400 MHz soit amenée à jouer un rôle clé dans cet environnement dans les années à venir. La société u-blox a notamment développé le module SARA-R540S compatible LTE-M/NB-IoT à cette fin.