Par Jeremy Cook
Le spectre des radiofréquences (RF) est partout autour de nous, invisible, transmettant des signaux naturels et artificiels à une fréquence…stupéfiante. Cet article répond à la question « Qu’est-ce que les radiofréquences ? » et explore la manière dont les régulateurs travaillent pour garantir un accès adéquat à cette ressource limitée. Nous aborderons également la question de la place de la 5G dans ce contexte.
Physique des radiofréquences
À la base, un signal électrique variable sur une antenne peut produire des oscillations électromagnétiques (c’est-à-dire des ondes RF). Il peut s’agir de signaux non intentionnels (susceptibles de provoquer des interférences avec d’autres appareils) ou intentionnels, soigneusement modulés, qui peuvent être reçus par d’autres antennes et interprétés comme des informations utilisables. La modulation d’amplitude (AM), par exemple, utilise une série d’ondes à fréquence fixe comme onde porteuse, tout en modifiant l’amplitude de ces ondes en série comme signal modulé.
Le spectre RF peut être défini comme des ondes électromagnétiques circulant entre 3 Hz et 3 000 GHz, ce qui lui confère un large éventail de caractéristiques et de cas d’utilisation. Considérez qu’une porteuse de 3 Hz produit trois ondes électromagnétiques complètes par seconde et que le signal modulé qui « monte » sur cette porteuse est généralement d’une fréquence inférieure.
Bien que plusieurs facteurs entrent en jeu, le débit de données d’un signal modulé utilisant une porteuse de 3 Hz sera extrêmement lent, probablement exprimé en bits/seconde ou même moins. À l’autre extrémité du spectre, une onde porteuse de 3 000 GHz permet d’obtenir un signal modulé beaucoup plus rapide, et il existe une large gamme de valeurs (plus pratiques) entre les deux. Cette gamme permet les débits de données à grande vitesse que nous considérons aujourd’hui comme standard dans les communications WiFi et cellulaires, ainsi que dans les radios AM et FM traditionnelles.
Les fréquences radio sont liées à la vitesse de la lumière et inversement proportionnelles à la longueur d’onde, exprimée par l’équation :
vitesse de la lumière = longueur d’onde x fréquence
La vitesse de la lumière (environ 3 x 10^8 m/s) ne change jamais. Par conséquent, lorsque la longueur d’onde d’un signal RF augmente, la fréquence diminue proportionnellement, et vice versa. Un signal RF à relativement haute fréquence a une longueur d’onde courte, et un signal RF à plus basse fréquence a une longueur d’onde plus élevée.
La contrepartie des signaux à haute fréquence et des débits de données est que, s’ils peuvent transmettre beaucoup d’informations sur une courte distance, ces signaux sont rapidement absorbés par l’atmosphère et les objets environnants. Prenons un exemple concret : les débits de données du WiFi 2,4 GHz sont un peu plus lents que ceux du WiFi 5 GHz, mais ils peuvent être reçus à une plus grande distance.
À l’extrémité des transmissions de données à faible débit sur de longues distances, les signaux dans la gamme des sub-hundred-hertz sont utilisés pour communiquer avec les sous-marins, pénétrant ainsi dans les profondeurs de l’océan. La principale contrepartie est un débit de données très faible. L’autre considération est que le travail avec des longueurs d’onde RF plus grandes nécessite des antennes plus longues en conséquence.
Signaux RF et réglementation pour éviter les interférences
Étant donné qu’il existe une plage de fréquences fixe à laquelle les communications RF peuvent raisonnablement avoir lieu, les ondes mondiales sont, par définition, une ressource limitée. La bande passante finie a dû sembler académique (si tant est qu’elle ait été prise en compte) aux pionniers de la RF au début du 20e siècle, mais aujourd’hui, la RF est utilisée pour un éventail incroyable de technologies et doit être allouée avec précaution. Lorsque les signaux se chevauchent nécessairement (par exemple, le canal radio 97,1 MHz à New York et la même fréquence à Austin, ou les milliards d’appareils Bluetooth dans le monde), des limites de puissance sont imposées pour réduire les interférences au minimum.
Pensez au nombre d’appareils qui vous entourent et qui émettent et reçoivent intentionnellement des signaux RF. Les smartphones classiques disposent d’au moins quatre modes RF : WiFi, Bluetooth, cellulaire et GPS. En outre, il existe un large éventail d’émetteurs RF non intentionnels, allant des ampoules électriques aux moteurs électriques en passant par le câblage.
Heureusement, les signaux RF du monde entier s’entendent généralement grâce aux conseils de groupes tels que l’Union internationale des télécommunications (UIT), la Commission fédérale des communications (FCC) et l’Administration nationale des télécommunications et de l’information (NTIA). Ces organisations divisent le spectre en morceaux utilisables. Bien que le spectre soit limité en raison de notre utilisation massive de cette ressource, rappelez-vous que cette gamme s’étend de 3 Hz à 3 000 GHz (3 000 000 000 000 Hz, en toutes lettres). Le tableau officiel en ligne de la FCC sur les attributions de fréquences comporte 181 pages de texte.
Comment la 5G fonctionne-t-elle avec les bandes de fréquences ?
Le public s’attend simplement à ce que les dispositifs RF fonctionnent, s’intéressant rarement à leurs subtilités, de la même manière que nous nous attendons à recevoir du courant électrique lorsque nous nous branchons sur une prise. Cependant, peut-être parce que la 5G est largement vantée dans les publicités des opérateurs, les radiofréquences, et plus particulièrement la 5G, font partie de notre conscience collective. La 5G promet de meilleurs débits de données et une latence réduite pour le transfert de données cellulaires, mais elle a également fait l’objet de controverses, notamment en raison de craintes d’interférences avec les altimètres radar utilisés dans les avions.
Mises à part les inquiétudes, la 5G est désormais mise en œuvre dans la majeure partie des États-Unis sans problème majeur. La 5G n’utilise pas une seule bande de fréquences, mais, comme nous l’avons vu, elle fonctionne sur trois plages de fréquences distinctes. Les fréquences élevées sont utilisées pour des débits de données élevés à courte distance d’un émetteur, et les fréquences inférieures permettent de transmettre sur de plus longues distances à des débits de données plus faibles.
La 5G n’est pas non plus la même chose que le WiFi 5 GHz, une technologie RF qui n’a pas grand-chose à voir et qui porte un nom similaire. Pour ajouter à la confusion, WiFi 5 utilise 5 GHz pour la transmission, mais le 5 signifie en fait « sans fil de cinquième génération ». Et les nouvelles normes WiFi ne cessent d’arriver : le WiFi 6E étend la signalisation à la nouvelle gamme de 6 GHz, tandis que le WiFi 7 utilise les mêmes bandes que 6E, mais permet un fonctionnement multi-link et des vitesses allant jusqu’à 46 Gbps. En savoir plus sur les différences entre la technologie 5G et 5 GHz.
La portée des radiofréquences : une ressource limitée qui doit être allouée avec soin
Si les fréquences RF ne s’épuiseront jamais de la même manière que le pétrole ou les métaux rares, la bande de 3 Hz à 3 000 GHz est celle avec laquelle nous devons travailler. Cette gamme était la même à l’aube des communications radio à la fin du XIXe siècle et, à moins d’un changement radical dans la façon dont nous comprenons la physique, il en sera de même à l’avenir.
Pour utiliser correctement cette ressource, nous devons procéder à une attribution minutieuse des fréquences avec des limites de puissance appropriées et des innovations technologiques (telles que la signalisation QPSK) qui nous permettent de transférer plus de données sans occuper plus d’espace de fréquence.
Arrow dispose d’une large gamme de produits et d’appareils de radiofréquence de fabricants de premier plan pour votre prochain projet. Par exemple, la carte de développement DFR0868 ESP32-C3 vous permet de commencer à utiliser le WiFi et le Bluetooth dans le même module.
Liens vers les produits associés :
Voir les produits connexes
Voir les produits connexes
Voir les produits connexes
