L'impact de la radio reconfigurable sur la gestion des fréquences

29/08/2017
Auteurs : Eric Fournier
Publication REE REE 2006-7
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2006-7:19700
DOI :

Résumé

L'impact de la radio reconfigurable sur la gestion des fréquences

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vu I : impact de la radio reconfigurable sur la gestion des fréquences Eric FOURNIER Agence Nationale des Fréquences (ANFR) Mots clés Radio reconfigurable, SDR, Gestiondesfréquences, Réglementation Introduction La radio reconfigurable constitue une évolution radicale dans le domaine des radiocommunications qui a déjà partiel- lement commencé avec le développement des équipements multi-modes et multi-bandes. Il n'est pas nécessaire de savoir quand et comment l'objectif ultime d'équipements, et surtout de terminaux, capables de modifier instantanément leurs interfaces radios sera atteint, et s'il restera certaines limitations, pour anticiper les évolutions que cela entraînera en matière de gestion des fréquences. Comme les technologies, la réglementation et la gestion des fréquences font l'objet de questionnements et de révi- sions permanentes qui visent à l'adapter à un environnement changeant [1]. Mais pour permettre ces évolutions réglemen- taires, il convient d'anticiper les éléments de la réglementa- tion qui deviendront obsolètes face aux développements technologiques et ceux qui seront nécessaires pour les facili- ter, tout en évitant de verser dans une euphorie trop rapide quant à la possibilité qu'offre une simple technologie comme la radio reconfigurable pour répondre à une problé- matique de fond comme la rareté des fréquences. En effet, les conséquences de la radio reconfigurable sur la gestion des fréquences n'ont été que très peu étudiées ( [2], [31) et ont même parfois donné lieu à des conclusions hâtives : la ges- tion des fréquences devra évoluer pour intégrer les nouvelles opportunités offertes par la radio reconfigurable mais il res- tera nécessaire d'assurer en tout lieu et à tout moment que les multiples utilisations des fréquences ne se brouillent pas mutuellement. La réglementation comporte deux volets bien séparés, au moins en Europe : le premier porte sur l'autorisation d'uti- lisation des fréquences, et donc sur les applications pouvant être introduites dans une bande de fréquence donnée, le second sur la conformité des équipements qui sont mis sur le marché. Dans les deux cas, des évolutions réglementaires seront rendues nécessaires ou possibles par le développe- ment de la radio reconfigurable. 2. Les applications prévues pour la radio reconfigurable et leurs conséquences sur la gestion des fréquences et les autorisa- tions d'utilisation des fréquences La radio reconfigurable est une technologie dont on commence à percevoir les principales potentialités et appli- cations possibles. On retrouve parmi les applications le plus souvent citées : . La modification de l'interface radio en itinérance . La mise à jour des interfaces radios . La reconfiguration dynamique des équipements . L'utilisation dynamique des ressources en fréquence ESSENTIEL SYNOPSIS Laradioreconfigurableouvreun nouveaudegréde liberté à lages- tion des fréquences et il est nécessaireque la réglementation s'adapte et anticipe cette évolutiontechnologique.Cette adapta- tion porte sur les réglementations applicablesaux autorisations d'utilisation des fréquences et à l'évaluationde la conformité de ces équipements radioélectriques. Ils'agit donc d'identifier l'en- semble des dispositions réglementairesqui pourraientfreiner le développement de la radio configurableen fonction des applica- tions envisagéeset cellesqui seraientnécessairespourl'encoura- ger, tout en continuant à assurerl'objectif essentiel de la gestion des fréquences : permettre une utilisation optimisée de la res- source spectrale en évitant les brouillages préjudiciablesà l'en- semble des utilisateurs du spectre des fréquences. Reconfigurableradio providesa new degree of freedom in spec- trum managementand regulationshaveto adaptandto anticipate this technological evolution.Suchadaptationconcernsregulations applicableto authorizationto use spectrum and to the conformity assessmentof radioequipment. It is therefore necessaryto iden- tify the set of regulatoryprovisionswhich may impairthe develop- ment of reconfigurableradio,dependingon the envisagedapplica- tions, and those which would be needed to encourageit, while ensuringthe essential objective of spectrum management: opti- mized utilizationof spectrum resource and avoidanceof harmful interferenceto all spectrum users. REE M°S Septembre2006 Chacune de ces applications verra le jour à un horizon plus ou moins lointain, en fonction des défis technologiques correspondants, mais, d'un point de vue réglementaire, elles peuvent être analysées séparément. 2.1. Modification de l'interface radio en itinérance La possibilité pour un terminal de s'adapter, grâce à des fonctionnalités de reconfiguration ou de chargement de nou- velles interfaces radios, permet en théorie d'alléger les contraintes d'harmonisation mondiale des fréquences, de la même manière que le développement des terminauxmulti- modes et multi-bandes. Le chargement de la nouvelle interface radio ou plus généralement du profil de configuration et la façon dont le terminal détectera qu'il doit utiliser cette nouvelle interface sont les points essentiels à résoudre pour la mise en oeuvre de ces solutions. Plusieurs solutions ont été imaginées : Un chargement des paramètres de l'interface radio avant le déplacement par tout moyen disponible. Il s'agit donc d'une action volontaire de l'utilisateur qui prépare son voyage en chargeant les données mises à disposition par son opérateur. Une mise àjour régulière, dans la mémoire du terminal, de l'ensemble des paramètres radios utilisés en situation d'itiné- rance, dans le cas où les interfaces radios peuvent être décrites de façon simple (tableau de paramètres) sansrequérir une mise àjour complète de l'interface radio. Un chargement des paramètres de l'interface radio à l'ar- rivée. Cela suppose un protocole minimal de communication permettant au terminal de savoir comment récupérer les don- nées et donc aussi un niveau minimal d'haniionisation des fréquences (canal commun, plage de fréquences, mode de recherche, modulation par défaut...). Bien évidemment, cette solution s'appliquera plus favorablement au cas où un nombre limité de paramètres devront être chargés, plutôt que l'intégralité de l'interface radio. Le niveau minimum d'har- monisation nécessaire pour mettre en oeuvre une telle appro- che pourrait se traduire en ten-nesréglementaires. Il convient de noter que ce type d'utilisation de la radio reconfigurable n'amène pas de changement significatif de la réglementation au niveau national (sauf dans le cas éventuel de la troisième solution) : les autorisations d'utilisation de fréquences continuent de spécifier les fréquences disponi- bles, les règles de canalisation et tout autre paramètre radio pertinent. cement de GPRS ou d'EDGE aurait été facilité siun opéra- teur avait pu du jour au lendemain mettre à jour l'ensemble des terminaux fonctionnant sur le réseau. Le même exemple peut aussi illustrer le défi technologique qu'aurait repré- senté la mise au point d'un terminal reconfigurable initiale- ment prévu pour faire du GSM mais qui aurait eu la capacité d'intégrer ultérieurement GSPR et EDGE, mais ceci est une autre histoire... En revanche, pour les équipements de réseaux, la reconfi- gurabilité est déjà plus ou moins une réalité. Les stations de base vendues par les constructeurs intégrent en général les capacités d'évolution envisagée qui peuvent être activées par simple action logicielle, éventuellement par téléchargement. Là encore, la réglementation n'est pas directement affec- tée par ce mode d'utilisation de la radio reconfigurable. En revanche, de manière indirecte, la réglementation devra être adaptée au rythme d'évolution des interfaces radios soit en étant suffisamment flexible (par exemple, en France, les autorisations GSM couvraient les utilisations GPRS et EDGE, ce qui n'était pas le cas de tous les pays) soit en étant capable de s'adapter de manière dynamique sans freiner l'évolution technologique (similaire à la problématique de l'utilisation de l'UMTS dans les bandes GSM). 2.3. Reconfiguration dynamique des équipements On peut imaginer un équipement reconfigurable capable de charger une nouvelle interface en même temps qu'il com- munique ou même capable d'utiliser plusieurs interfaces radios simultanément. Il s'agit là d'un cas extrême de la mise à jour des inter- faces radios, permettant aussi une optimisation de l'interface radio en fonction de paramètres géographiques ou de charge du réseau. Mais, fondamentalement, cette reconfiguration dynamique n'a que peu d'impact sur la réglementation en matière de gestion des fréquences si ce n'est qu'il ne s'agit plus là pour la réglementation de s'adapter dynamiquement, mais bien d'être suffisamment flexible. De même, l'utilisation de plusieurs interfaces radios simultanée par un même terminal n'a rien de nouveau. Les autorisations sont délivrées aux opérateurs (ou sont de plein droit) pour chaque interface radio et aucune réglementation ne limite les capacités d'un terminal à intégrer de multiples interfaces radios. 2.2. Mise à jour des interfaces radios Il s'agit là du mode le plus naturel d'utilisation des fonc- tionnalités de la radio reconfigurable. Les opérateurs sont confrontés en permanence aux difficultés de mise à jour et d'évolution de leurs réseaux et des tenninaux, qu'ils s'agis- sent de résoudre un dysfonctionnement ou d'améliorer signi- ficativement l'interface radio. On peut imaginer que le lan- 2.4. Utilisation dynamique des ressources en fréquences Nous arrivons là au véritable défi que pose la radio reconfigurable en termes de gestion des fréquences. Deux types d'échanges peuvent être envisagées et qui peuvent être combinées : Un opérateur dispose de plusieurs autorisations et bandes REE NQ 8 Septembre2006 de fréquence et souhaite pouvoir utiliser l'ensemble de ses bandes de fréquence de manière générique, en pouvant y uti- liser l'interface radio qu'il souhaite en fonction de la charge du réseau et des utilisations à un moment donné. Plusieurs opérateurs veulent pouvoir échanger dynami- quement des parties de spectre pour adapter leur ressource aux besoins. Le premier type d'échange peut être illustré par des exemples simples : un opérateur GSM souhaite pouvoir uti- liser dans les bandes GSM une interface IMT-2000 ou une interface RLAN et réciproquement. Cela peut sembler natu- rel puisque il s'agit pour lui de gérer au mieux l'ensemble de la ressource qui lui a été attribuée. Toutefois, la gestion des fréquences continuera à dresser des barrières techniques et réglementaires à ce type de possibilité compte tenu de la nécessité d'assurer dans une bande de fréquence, à un moment et en un lieu donné, la compatibilité entre tous les usages, c'est-à-dire l'absence de brouillage préjudiciable. Si l'on reprend ces exemples simples, l'introduction d'une interface IMT-2000 dans une bande GSM, à des fré- quences adjacentes à celles utilisées par d'autres opérateurs n'est pas sans difficulté. Cette possibilité ayant été ouverte dans le cadre du renouvellement des licences GSM, les étu- des de compatibilité en cours ont permis de déten-niner dans quelles conditions (bande de garde, coordination entre opé- rateurs) cela pouvait être réalisé. Mais, on ne peut imaginer ouvrir une telle possibilité a priori à n'importe quelle inter- face radio. Dans le cas d'une interface RLAN, par exemple, utilisant une largeur de bande beaucoup plus importante, le brouillage d'un opérateur voisin continuant à utiliser le GSM risque d'être plus important. D'autres questions de compati- bilité peuvent aussi concerner les utilisateurs du spectre autres que les opérateurs. Par exemple, il n'est pas envisa- geable d'utiliser des interfaces GSM et UMTS dans les ban- des RLANs à 5 GHz compte tenu des restrictions très préci- ses en terme de puissance et de sélection dynamique des fré- quences imposées pour permettre la protection des systèmes d'exploration de la terre et des radars fonctionnant en par- tage dans cette bande. Le deuxième type d'échange correspond en fait à un marché secondaire des fréquences fonctionnant de manière dynamique, quasiment en temps réel. La possibilité de ces- sion des autorisations de fréquence est maintenant ouverte dans la loi française mais est introduite de manière prudente compte tenu des risques identifiés. Ainsi, dans une première phase, elle ne concernera pas les autorisations GSM et IMT- 2000. Dans le long terme, si les opérateurs le souhaitent, il n'existe pas d'obstacles juridiques insurmontables à la mise en place d'un marché secondaire des fréquences dynamique, mais plutôt des questions liées à son intérêt et à ses inconvé- nients. Ainsi, il n'est pas certain que les opérateurs souhai- tent réellement s'échanger une ressource aussi stratégique que le spectre, comme démontré par les expériences austra- lienne et néo-zélandaise, ou bien puissent réellement dimen- sionner leurs réseaux en escomptant dans certains cas la dis- ponibilité de ressources supplémentaires sur un marché secondaire. Une évolution progressive de la réglementation applica- ble à la gestion des fréquences sera donc nécessaire pour permettre une gestion dynamique des ressources en fré- quence dans les deux types d'échanges considérés. Mais un certain niveau de réglementation restera nécessaire pour assurer dans le premier cas l'absence de brouillages préjudi- ciables et dans le second le fonctionnement d'un marché dynamique des fréquences. 3. Autorisation de mise sur le marché d'une radio reconfigurable Au sein de l'Union Européenne, la directive R&TTE (Radio and Telecommunication Terminals Equipment) régle- mente la mise sur le marché des équipements radios. Cette directive de 1999, est une directive « nouvelle approche », c'est-à-dire qu'elle laisse à l'industriel mettant un équipe- ment sur le marché la responsabilité du respect des exigen- ces essentielles de la directive. Pour notre affaire, l'exigence essentielle pertinente stipule que « les équipements hertziens sont, en outre, construits de telle sorte qu'ils utilisent effica- cement le spectre attribué aux communications radio terres- tres ou spatiales ainsi que les ressources orbitales pour éviter les interférences dommageables ». Pour établir la confortnité de son équipement, l'industriel utilise généralement une « norme harmonisée », dont les références sont publiées au journal officiel de l'Union Européenne, et qui traduit en niveaux de performance et en tests cette exigence essentielle, même si l'utilisation d'une telle norme n'a rien d'obliga- toire. L'industriel déclare le matériel conforme et conserve à disposition des administrations tous les documents démon- trant comment il a établi la confonnité et appose sur l'équi- pement la marque CE de conformité. Ce mécanisme réglementaire repose donc sur l'identifi- cation de l'entité responsable de la mise sur le marché de l'appareil, qu'il s'agisse du constructeur européen, du repré- sentant légal du constructeur au sein de l'UE ou de l'impor- tateur. Dans le cas de la radio reconfigurable, cela pose immédiatement la question du partage de responsabilité entre le fabricant du matériel et le fabricant du logiciel, sachant que les paramètres radios important pour la gestion des fréquences, comme le masque de rayonnement ou l'im- munité aux brouillages résultent à la fois des propriétés du matériel et de celles du logiciel. On distingue alors deux cas, selon que l'on se trouve dans un marché vertical ou dans un marché horizontal. 3.1. Cas du marché vertical Dans un marché vertical, le fabricant du matériel garde REE Nu 8 Septembre2006 Repères 2 2D VERS DES RADIOCOMMUNICATIONS RECONFIGURABLES ET COGNITIVES le contrôle entier des logiciels qui peuvent être chargés sur l'équipement, à travers l'utilisation de clés ou de tout méca- nisme équivalent. Il s'agit donc essentiellement des mises à jour des terminaux et, dans le cas d'une reconfiguration dynamique des terminaux ou des équipements de réseaux, l'opérateur devrait négocier avec l'industriel la possibilité de modifier les équipements et établir la liste des reconfigura- tions possibles. Dans ce marché, le fabricant de logiciel tra- vaille en lien étroit avec le fabricant de matériel qui garde la responsabilité de l'ensemble et donc, logiquement, la res- ponsabilité de la mise sur le marché. On voit donc que le cas du marché vertical ne pose pas de problème et peut être traité dans le cas de la réglementa- tion existante. A noter que dans la réglementation FCC qui a été mise en place aux Etats-Unis, seul le marché vertical est autorisé. difficulté existe aussi pour l'achat d'équipements radios sur internet, mais, au moins en théorie, les douanes peuvent alors saisir tout matériel radio qui serait importé illégale- ment, c'est-à-dire sans déclaration de conformité. La solu- tion consiste à s'assurer que la déclaration de conformité électronique s'accompagne obligatoirement de la mention d'un représentant légal au sein de l'Union Européenne. 3.3. Modifications requises du cadre réglementaire Les modifications du cadre réglementaire sont donc nécessaires dans le seul cas du marché horizontal et devraient consister en une modification de la directive R&TTE. La révision de cette directive, originellement pré- vue pour cette année a été repoussée, mais la question de la radio reconfigurable sera sans doute un des principaux élé- ments justifiant sa révision. 3.2. Cas du marché horizontal Dans un marché horizontal, le fabricant du matériel sou- haite laisser la possibilité à tout fabricant de logiciel ou à tout opérateur d'utiliser les possibilités du matériel comme il l'entend en laissant ouverte la possibilité de chargement de logiciels tiers. Ultimement, on peut imaginer un matériel « nu », vendu sans logiciel et pouvant être utilisé pour une large gamme d'interface radio, un peu comme une DSP pro- grammable. Dans ce cas, on peut considérer naturellement que le fabricant du logiciel, qui décide de la finalité de l'équipe- ment, est responsable de la conformité de l'ensemble. C'est à lui de s'assurer des propriétés du matériel qui devront être mises à disposition, éventuellement de manière contrac- tuelle, par le fabricant. Il s'agit alors de s'assurer que le fabricant de logiciel effectue une déclaration de conformité portant sur l'ensem- ble de l'équipement, matériel et logiciel, ou, en pratique, que le matériel n'acceptera de charger un logiciel que si celui-ci est accompagné d'une marque CE de conformité électroni- que à définir et comprend bien comme « destination d'usage » le matériel sur lequel le chargement s'effectue. Cela sup- pose de définir, de manière harmonisée, la déclaration de confortnité électronique, la manière dont celle-ci est accom- pagnée des informations concernant la destination d'usage et d'obliger le fabricant de matériel à limiter les possibilités de chargement de logiciels. Une autre inquiétude réglementaire concerne la possibi- lité d'action légale vis-à-vis du fabricant de logiciel pour lequel on ne pourrait pas forcément identifier le représentant légal au sein de l'UE. Une interprétation stricte de la direc- tive R&TTE actuelle conduirait à rendre responsable l'im- portateur, c'est-à-dire l'utilisateur ayant effectué le charge- ment, ce qui parait déraisonnable. D'une certaine manière, la 4. Conclusion Il existe déjà des pistes d'évolutions réglementaires qui seront rendues nécessaires ou possibles par le développe- ment des radios reconfigurables. Ces évolutions peuvent toucher des textes fondamentaux, comme les directives européennes, qui devront être modifiées suffisamment rapi- dement pour que la réglementation reste adaptée à la réalité technologique. D'un autre côté, l'avènement de la radio configurable réclame et permet une évolution progressive des méthodes de gestion des fréquences facilitant la mise en oeuvredes nouvelles applications offertes par cette technolo- gie mais n'affecte pas le paradigme de la gestion des fré- quences qui reste de permettre l'utilisation optimale de la ressource rare qu'est le spectre en assurant l'absence de brouillages préjudiciables. Références [1] CEPT,Draft New ECC Report 80 on Enhancing Harmonisa tion and Introducing Flexibility in the Spectrum Regulatory Framework. [21 ITU-R, Draft New Report on Software-Defined Radio in the Land Mobile Service. [3] tTU-R,Draft New Report on the Impact of Software Defined Radio on IMT-2000, the Future Oevelopment of IMT-2000 and Systems Beyond MT-2000. L'a u t e u r EricFournierestdirecteuradjointdelaplanificationduspectreet desaffairesinternationalesà IAgenceNationaledesFréquences (ANFR).IngénieurSupelec, iladéveloppélesactivitésd'ingénierie duspectreauseindecentrederecherchedeFrance Telecom puis à IANFR.A cetitre,il a participédirectementauxdiscussionsqui ontpermisdedéfinirlessolutionsréglementairespourpermettre l'accèsauspectrede nouvellestechnologiesousystèmesradios aussidiversquelesRLANs,l'IMT2000, Galileooules UWB. REE Nn8 Septembre2006