Le point sur les systèmes mobiles de la troisième génération (3G)

Evolution des technologies hertziennes

Depuis leur mise en service commercial, au début des années 80, les systèmes mobiles cellulaires ont progressé de façon inimaginable sur tous les plans: couverture, services, technologie, portables et réglementation. Mais la véritable révolution, peut-être, est qu’en l’espace d’environ 20 années le nombre des abonnés à la téléphonie mobile s’est accru au point de dépasser le nombre des abonnés à la téléphonie fixe en 2002, de sorte que les techniques de communication mobile interviennent désormais dans la majeure partie des communications vocales (figure 1, graphique de gauche).

Les réseaux cellulaires mobiles de la première génération étaient des réseaux analogiques. Par la suite, l’évolution de la technologie numérique a abouti aux systèmes de la deuxième génération (2G). A la fin des années 80, les réseaux de la deuxième génération offraient une meilleure qualité de service, une plus forte capacité et un plus grand nombre de fonctions que les systèmes analogiques. A la fin 2002, dans le monde entier, la transition vers les réseaux cellulaires numériques était pour ainsi dire achevée, les utilisateurs de systèmes analogiques ne représentant que trois pour cent du total des utilisateurs de systèmes mobiles. On dénombre actuellement dans le monde quatre technologies de communication hertzienne cellulaire numérique dites de la deuxième génération (figure 1, graphique de droite¹):

¹ Le système de téléphones portables personnels (PHS, Personal Handyphone System) est un système numérique en service au Japon depuis 1995. Ce système, conçu comme solution de remplacement, à moindre coût, de la téléphonie cellulaire, présente une couverture limitée. En décembre 2002, il comptait 5,6 millions d’abonnés, tous au Japon.

• Système mondial de communications mobiles (GSM, Global System for Mobile Communications). La technologie GSM est la technologie la plus utilisée dans le monde, tout d’abord en Europe, puis dans de nombreuses nations d’Afrique, d’Asie, du Moyen-Orient et dans quelques pays de la région Amériques. A la fin décembre 2002, le GSM comptait 788 millions d’abonnés répartis en 467 réseaux dans 169 pays.
• Accès multiple par répartition dans le temps (TDMA, Time Division Multiple Access): principale technologie utilisée dans la région Amériques, avec 109 millions d’abonnés en décembre 2002.
• Accès multiple par répartition en code (CDMA, Code Division Multiple Access). En décembre 2002, on dénombrait 147 millions d’abonnés au système CDMA: 61% dans la région Amériques, 37% dans la région Asie-Pacifique et moins de 2% en Europe, au Moyen-Orient et en Afrique.
• Communications cellulaires numériques personnelles (PDC, personal digital cellular). Ce système n’est utilisé qu’au Japon, avec 60 millions d’abonnés en décembre 2002.

Fait intéressant à noter en ce qui concerne les systèmes de la deuxième génération, l’utilisation croissante des services de type données, par exemple du service de messages courts (short message service, SMS), qui permet l’échange de brefs messages de texte entre mobiles. Environ 360 milliards de messages SMS ont été acheminés sur les réseaux GSM en 2002². Par ailleurs, les mobiles sont de plus en plus utilisés pour accéder à l’Internet, et le phénomène est particulièrement notable au Japon, où 80% des utilisateurs de la téléphonie cellulaire ont souscrit un abonnement auprès d’un fournisseur de services Internet mobiles³. Cette généralisation de l’utilisation des systèmes mobiles de communication de données a suscité une demande de débit de transmission plus important que celui adopté initialement pour le GSM, soit 9,6 kbit/s. Pour répondre à cette demande, on peut par exemple mettre à niveau les réseaux GSM existants avec la technologie GPRS (General Packet Radio Service, service général de radiocommunication en mode paquet). Pour ce qui est des réseaux cdmaOne (de type accès multiple par répartition en code), la mise à niveau repose sur la technologie CDMA2000 1X. Ces apports technologiques permettent de disposer de débits égaux ou supérieurs aux valeurs que l’on peut obtenir en téléphonie automatique traditionnelle.

² Voir «GSM Statistics», sur le site web de la GSM Association: www.gsmworld.com/news/statistics/index.shtml.

³ Voir. la section «Internet Provider Services (Mobile Telephone)» du rapport «Number of Subscribers» publié mensuellement au Japon par l’Association des exploitants des télécommunications (TCA, Telecommunication Carriers Association). En décembre 2002, selon la TCA, les services Internet mobiles connus sous l’appellation i-mode (fournis par le NTT DoCoMo Group), Ezweb (fournis par le au Group et le Tu-Ka Group) et J-sky (fournis par J-Phone) comptaient au total 59,5 millions d’abonnés, sur un total de 73,5 millions d’abonnés à la téléphonie mobile dans ce pays (Voir www.tca.or.jp/eng/database/daisu/yymm/0210matu.html).

Evolution des systèmes 3G

Le passage aux systèmes 3G, c’est-à-dire aux systèmes de la troisième génération, procède de la nécessité de disposer d’un débit plus important, d’obtenir la compatibilité à l’échelle mondiale et enfin d’assurer des services multimédias. S’efforçant de regrouper des infrastructures mobiles incompatibles en un réseau mondial parfaitement homogène, l’UIT a adopté une «famille» de méthodes d’accès radioélectrique à l’occasion de son Assemblée des radiocommunications d’Istanbul (mai 2000). Connue sous l’appellation IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000, c’est-à-dire télécommunications mobiles internationales-2000), cette norme universelle est le fruit de plusieurs années de collaboration entre l’UIT et la communauté mondiale du cellulaire. A la fin mai 2000, la Conférence mondiale des radio­communications (qui s’est également tenue à Istanbul) a désigné des bandes de fréquences additionnelles pour les systèmes de la troisième génération (IMT-2000)⁴. La norme IMT-2000 couvre cinq méthodes différentes d’accès radio­électrique: W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Acces), soit accès multiple par répartition en code à large bande), CDMA2000 1X, TDSCDMA, EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution — débits binaires améliorés pour les GSM de demain et enfin DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications — télécommunications numériques améliorées sans cordon).

⁴ Voir les communiqués de presse de l’UIT: «L’UIT donne le feu vert aux spécifications des interfaces radioélectriques des IMT-2000» (8 mai 2000) sous www.itu.int/newsarchive/press_releases/2000/10.html et «OK pour les IMT-2000» (30 mai 2000) sous www.itu.int/newsarchive/press_releases/2000/12.html.

La transition des systèmes de la deuxième génération aux systèmes de la troisième génération a été définie pour les réseaux existants (figure 2). En la matière, l’évolution dépend du réseau 2G considéré. D’une manière générale, l’accès W-CDMA nécessite l’installation d’un nouveau réseau alors qu’avec la technologie CDMA2000 1X, les investissements requis sont moins importants puisque l’on peut procéder à la mise à niveau à partir d’un réseau CDMA de la deuxième génération. Parmi les cinq technologies d’accès radio­électrique approuvées dans le cadre de la norme IMT-2000, les technologies W-CDMA et CDMA2000 1X sont celles qui recueillent le plus de suffrages auprès des régulateurs, des opérateurs de réseau mobile et des fabricants d’équipements.

Licences 3G

A la fin 2002, 119 licences avaient été accordées dans le monde à des opérateurs pour l’exploitation des fréquences IMT-2000 dans le cadre des services mobiles de la troisième génération. En matière de licences 3G, il importe de savoir exactement ce qui est offert. Dans la plupart des pays, les licences couvrent les fréquences requises, typiquement situées dans la gamme des 2 GHz. Dans certains cas, et notamment dans la plus grande partie de l’Europe, l’interface radioélectrique 3G est également spécifiée. Dans d’autres cas, aucune disposition ne s’applique explicitement à l’interface radioélectrique et il est simplement entendu que l’interface doit être de type IMT-2000. Les méthodes d’attribution préférées sont les enchères et les sélections comparatives, mais, dans certains pays, des licences 3G sont automatiquement accordées aux opérateurs en place. Par exemple, en Europe, des licences 3G ont été offertes sans frais aux opérateurs de systèmes mobiles établis de l’île de Man, du Liechtenstein et de Monaco.

La question de savoir quelle est la méthode d’attribution optimale n’est toujours pas tranchée. Pour les partisans des enchères, les fréquences sont une ressource très rare dont les prix doivent être définis par le marché. Les tenants des sélections comparatives diront que leur méthode permet d’éviter que des prix d’enchère trop élevés soient, au bout du compte, répercutés sur les consommateurs. Il faut tenir compte aussi des aspects politiques puisque, dans certains cas, les redevances de licences sont réinjectées dans le budget national.

Enchères

Dans cette méthode, on propose d’attribuer aux enchères une gamme de fréquences désignées pour les réseaux de la troisième génération. Un certain nombre de licences sont offertes, selon les fréquences disponibles et la situation sur le marché. Les adjudicataires sont par définition les plus offrants.

On observe une grande variation des prix relatifs des licences 3G attribuées dans le monde. En Allemagne et au Royaume-Uni, le prix moyen par habitant était respectivement de 615 et 644 euros. En revanche, en Autriche et au Danemark, le prix moyen obtenu correspondait respectivement à 103 et 95 euros par habitant. Les variations s’expliquent en partie par le facteur chronologique: l’Allemagne et le Royaume-Uni ont été parmi les premiers à attribuer des licences 3G aux enchères: le marché étant euphorique, les prix étaient très élevés. Les licences peuvent être cédées au prix de réserve (enchère minimale) ou à un prix à peine supérieur, lorsqu’il y a autant de soumissionnaires que de licences proposées. On a pu observer ce type de situation en Suisse, par exemple, à l’occasion des enchères organisées en décembre 2000. Dans de telles circonstances, il arrive d’ailleurs que les enchères soient annulées, comme cela s’est produit à Singapour et en Slovénie (les soumissionnaires n’avaient offert que le prix de réserve). Au total, 77 licences d’exploitation de systèmes de la troisième génération ont été accordées dans 19 pays par voie d’enchères, pour un total de 101 milliards USD (voir tableau 1).

Sélection comparative

Dans une sélection comparative, un nombre fixe de licences est accordé aux candidats qui répondent le mieux à certains critères. Le régulateur lance à toutes les parties intéressées une invitation accompagnée d’un certain nombre de directives et de conditions. Les candidats sont retenus sur la base de critères préalables précis. Les critères de sélection diffèrent d’un pays à l’autre, en fonction des plans et des objectifs présentés à l’appui du projet de réseau 3G considéré. En général, l’évaluation des soumissionnaires se fait sur la base de leur capacité financière, de leurs plans d’activité et de leurs compétences techniques. Les critères le plus souvent utilisés se rapportent à l’engagement d’assurer le service à brève échéance et de couvrir des régions et des groupes de population étendus. D’autres éléments peuvent être pris en considération, par exemple la concentration du marché et les spécifications technologiques.

Les candidats obtiennent un certain nombre de points selon les critères précis auxquels ils répondent. Les licences sont accordées aux candidats les mieux notés. Normalement, les bénéficiaires doivent également acquitter une redevance de licence, mais, dans certains pays, au Japon et en Finlande par exemple, cette disposition n’a pas été appliquée. Avec cette méthode, les licences sont sensiblement moins coûteuses qu’avec la méthode des enchères, et pourtant la France et la Pologne se sont distinguées par des redevances particulièrement élevées.

Environ 41 licences d’exploitation de systèmes de la troisième génération ont été délivrées dans 13 pays selon la procédure de sélection comparative, pour un total de 6,9 milliards USD (voir tableau 2).

Analyse régionale

En Europe, les réseaux de la troisième génération sont connus sous l’appellation «systèmes de télécommunications mobiles universelles» (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System), lesquels prévoient la transition des réseaux GSM aux 3G. Le système UMTS utilise l’interface radioélectrique IMT-2000 W-CDMA dans les bandes de fréquences 1900—1980 MHz, 2010—2025 MHz et 2110—2170 MHz. En décembre 1998, le Parlement européen a décidé que tous les pays de l’Union européenne (UE) devaient adopter l’UMTS. Cette décision comportait un calendrier précis, le 1^er janvier 2000 étant la date limite d’octroi des licences, l’introduction des services commerciaux devant avoir lieu avant le 1^er janvier 2002. Tous les pays membres de l’Union européenne avaient mené à bien la procédure d’octroi des licences 3G en mai 2002. Les pays de l’Europe de l’Ouest non-membres de l’Union européenne tels que la Norvège et la Suisse, ont également mené à bien cette procédure. En Europe centrale et en Europe de l’Est, la République tchèque, la Lettonie, la Pologne, la République slovaque et la Slovénie ont octroyé des licences à des opérateurs de systèmes 3G. Au 31 décembre 2002, environ 26 pays et territoires d’Europe avaient mené à bien leur procédure d’octroi de licences 3G.

En Asie, des pays tels que Hong Kong (Chine), Israël, le Japon, la République de Corée, la  Malaisie, Singapour et Taiwan (Chine), avaient délivré 23 licences d’exploitation de systèmes de la troisième génération en décembre 2002.

Dans la région Océanie, l’Australie et la NouvelleZélande avaient à cette date attribué les fréquences nécessaires et accordé les licences demandées.

Le Canada est le seul pays de la région ­Amériques à avoir proposé aux enchères des licences d’exploitation de systèmes 3G dans la gamme des 2 GHz. Plusieurs pays de la région Amériques ont déjà attribué des licences pour les services de communication personnelle (PCS), licences qui absorbent une partie des bandes de fréquences désignées pour les services 3G. Plusieurs facteurs bloquent l’attribution de fréquences additionnelles pour les systèmes 3G dans la région. Tout d’abord, certains opérateurs locaux ont déjà consacré d’importants investissements à la mise en place de réseaux de la 2^e génération (dans la bande 1900 MHz). L’utilisation de fréquences additionnelles imposerait davantage d’investissements, que les opérateurs n’ont actuellement pas la possibilité de consentir — ou qu’ils ne sont pas disposés à consentir. Autre élément, le grand nombre de systèmes différents dans la région (TDMA, GSM et CDMA), qui complique la transition des systèmes 2G aux systèmes 3G.

Tableau 1 — Cession de licences d’exploitation de systèmes mobiles de la troisième génération par voie d’enchères
Situation au 31 décembre 2002

Tableau 2 — Cession de licences d’exploitation de système mobile de la troisième génération par sélection comparative
Situation au 31 décembre 2002

Tableau 3 — Répartition régionale des licences 3G et installation des réseaux 3G
Situation au 31 décembre 2002

¹ Attribution de licences 3G par procédure officielle.
² Lancement dans le cadre de l’élargissement d’un réseau existant.
Source: UIT.

Dans certains pays, les fréquences désignées dans les bandes IMT-2000 ne peuvent pas être rendues disponibles, étant réservées pour la sécurité nationale. Enfin, les bandes existantes (1850—1990 MHz) peuvent être exploitées pour assurer des services 3G et les opérateurs de la région qui disposent de réseaux fonctionnant en accès multiple par répartition en code choisissent pour la mise à niveau de leurs infrastructures la technologie CDMA2000 1X (reconnue comme norme IMT-2000) et n’ont donc pas besoin de fréquences additionnelles.

Aucun pays d’Afrique n’a accordé de licences IMT-2000. Dans la plupart des pays d’Afrique, le nombre des abonnés à la téléphonie mobile est déjà largement supérieur au nombre des abonnés à la téléphonie fixe, de telle sorte que les systèmes de la 3^e génération pourraient être déterminants pour la pénétration de l’Internet dans la région. S’il est vrai qu’aucune procédure officielle d’octroi de licences IMT-2000 n’a été lancée, il se pourrait bien que les opérateurs, dans certains pays — d’Afrique, proposent des services de type 3G avec les attributions de fréquences existantes. Tel pourrait être le cas, par exemple, des opérateurs de systèmes hertziens fixes faisant appel à l’accès multiple par répartition en code qui souhaiteraient ajouter un mode de mobilité. Par exemple, au Nigéria, un opérateur de télécommunication a annoncé son intention de mettre en place un réseau CDMA2000 1X⁵.

⁵ Voir le communiqué de presse d’Ericsson en date du 2 avril 2003: «Ericsson and Nigeria’s RelTel Sign CDMA2000 1X» (www.ericsson.com/press/20030402-083853.html).

Progression des réseaux 3G

Téléphone avec caméra rotative
UIT 030091/Samsung

La mise en place des réseaux 3G est théoriquement régie par les échéances définies dans les accords de licence, qui prévoient par exemple la mise en place d’une couverture minimale à une date précise. Toutefois, la demande du marché et la disponibilité des mobiles ont une incidence sur les calendriers d’exécution, et l’installation de nombreux réseaux a été retardée.

En Asie, SK Telecom (République de Corée) a lancé son réseau CDMA2000 1X en octobre 2000⁶. Au Japon, NTT DoCoMo a fait œuvre de pionnier avec le lancement commercial de son service 3G W-CDMA en octobre 2001.

⁶ Voir «SK Telecom Launches Commercial cdma2000 1x Service», communiqué de presse du 30 septembre 2000  (www.sktelecom.co.kr/english/news_pr/news/2002/06/01/219,1012,0,0,0.html). SK Telecom a obtenu une licence 3G, mais pour un réseau à technologie W-CDMA. En Corée, les opérateurs de systèmes mobiles estiment que le système CDMA2000 1X est un réseau 2,5G. Par exemple, LG Telecom, l’un des opérateurs mobiles du pays, déclare sur son site web que «le 1X est un service de communication mobile de la génération 2,5» (voir www.lg019.co.kr/docs/eng/imt/imt_cdma_01.jsp).

En Europe, aucun service 3G faisant intervenir la technologie W-CDMA n’était commercialement disponible au 1^er janvier 2002, comme le demandaient pourtant les directives de l’Union européenne. Les premiers réseaux 3G installés (Autriche, Finlande, île de Man et Monaco) ont initialement été mis en service pour des essais.

C’est Manx Telecom (île de Man) qui a inauguré le premier réseau 3G en décembre 2001, et le service commercial a été introduit en juillet 2002. Alors que la Finlande a été le premier pays au monde à accorder des licences d’exploitation de système 3G et que l’opérateur en place dans ce pays, Sonera, s’est acquitté de ses engagements en activant son réseau le 1er janvier 2002, le service commercial n’a pas été proposé avant septembre du fait que les portables eux-mêmes n’étaient pas disponibles. En Autriche, Mobilkom a mis en service son réseau 3G le 25 septembre 2002. En mars 2003, Hutchison a procédé au lancement commercial de ses services 3G au Royaume-Uni et en Italie, l’Australie suivant en avril et la Suède en mai.

Dans l’ensemble, l’essor des services 3G sur technologie W-CDMA a été plus lent que prévu. On a pu expliquer l’atonie du marché des systèmes de la troisième génération par les problèmes de disponibilité des portables et d’interopérabilité des réseaux. Mais la situation a été exacerbée par le peu d’intérêt suscité par ces systèmes sur le marché. Les seules autres mises en service de systèmes W-CDMA ont eu lieu au Japon, pays où, après NTT DoCoMo, J-Phone a activé un réseau W-CDMA en décembre 2002. A la fin 2002, ces deux opérateurs desservaient au total 153 200 abonnés aux services 3G.

L’adoption du CDMA2000 1X utilisant les fréquences disponibles pour les systèmes mobiles comme norme IMT-2000 a accéléré les choses. A l’exception du Japon, tous les réseaux CDMA2000 1X ont été mis en service sans qu’il soit nécessaire de disposer de nouvelles licences puisque ces réseaux fonctionnent dans les bandes de fréquences existantes. A la fin décembre 2002, on dénombrait 30 systèmes CDMA2000 1X en service commercial dans 17 pays⁷. Toujours à la fin décembre 2002, 32,6 millions d’abonnés avaient choisi le CDMA2000 1X — la grande majorité en République de Corée et au Japon.

⁷ Voir la section «Operators» du site web de ­3G Today où l’on trouvera une liste à jour des réseaux CDMA2000 1X en service (www.3gtoday.com/operatorsflash.html).

Conclusion

Le lancement commercial des systèmes de la troisième génération a été considérablement retardé et la pénétration des systèmes sous licence représentait moins de 0,4% du total des abonnés à la téléphonie mobile dans le monde, quatre années après le début de la procédure d’octroi des licences. Rares sont les pays de l’Union européenne qui ont respecté la directive européenne prévoyant la commercialisation des services 3G avant le 1^er janvier 2002. Rétrospectivement, on peut dire que, s’agissant de l’octroi de licences d’exploitation de système 3G, deux problèmes se sont posés. Tout d’abord, la procédure de l’Union européenne faisant obligation aux membres de respecter un délai précis: on peut se demander si cette façon de procéder était judicieuse dans la pratique, s’agissant d’un service résolument nouveau: la disponibilité et la fiabilité des infrastructures n’étaient pas connues et les données relatives à la demande du marché étaient au mieux incomplètes. Pourtant, ces éléments étaient particulièrement importants dans le domaine des systèmes GSM car, à l’époque où les licences ont été accordées, très peu d’opérateurs disposaient d’une expérience suffisante des réseaux pour données à grand débit. Second élément à prendre en considération, le fait que les réseaux CDMA peuvent être mis à niveau à la norme CDMA2000 1X sans que les opérateurs doivent demander une nouvelle licence: ainsi, les opérateurs de réseaux CDMA bénéficiaient d’un avantage par rapport aux opérateurs GSM. Mais par ailleurs, on ne sait pas très bien si l’on peut vraiment considérer qu’un système CDMA2000 1X est effectivement un système de la troisième génération, d’autant que les opérateurs qui ont mis en service des réseaux de ce type les appellent réseaux 2,5G (un réseau CDMA2000 1X offre des débits de données allant jusqu’à 144 kbit/s, contre 384 kbit/s pour les W-CDMA).

La majorité des pays du monde n’ont pas encore accordé de licences 3G ou mis en service de réseaux 3G, et le contraste est particulièrement frappant entre pays développés et pays en développement. Mais les pays qui n’ont pas encore délivré de licence d’exploitation de réseau IMT-2000 ont, avec le recul, le choix entre plusieurs options. Tout d’abord, il n’est peut-être pas nécessaire de se hâter de délivrer des licences 3G. Les premiers réseaux W-CDMA 3G sont d’installation très récente, et leur mise en place — tous, dans des pays développés — a été très coûteuse. Pour l’heure, bon nombre de pays en développement pourraient avoir des difficultés à trouver des investisseurs prêts à investir dans une infrastructure 3G totalement nouvelle. Ces pays pourraient peut-être envisager plutôt une mise à niveau des réseaux existants au stade intermédiaire 2,5G, en une première étape vers la transition aux technologies 3G. Pour les réseaux GSM, il faudrait alors passer au GPRS tandis que pour les réseaux cdmaOne il faudrait adapter la technologie CDMA2000 1X. On obtiendrait ainsi des débits plus importants et davantage de fonctionnalités pour le développement des services mobiles de communication de données. Lorsque les mises à niveau n’imposeront aucune modification des attributions de fréquences existantes, il sera peut-être judicieux d’encourager les pays à adopter cette solution, puisqu’il ne serait pas nécessaire d’obtenir une nouvelle licence. Au cas où des fréquences additionnelles seraient requises dans la même gamme, les régulateurs devraient être encouragés à considérer les demandes favorablement, compte tenu des avantages qui en découleraient. Enfin, au cas où de nouvelles licences 2G devraient être délivrées, les autorités pourraient encourager les opérateurs à installer des infrastructures déjà prêtes pour la génération 2,5G.