Étude portant sur les droits exclusifs axés sur le marché relativement au spectre

Annexe 4 – Le problème du brouillage

Pour mieux comprendre le problème du brouillage, on se penchera d'abord sur la façon dont les ondes radio se déplacent dans un système radio simple constitué d'un émetteur et d'un récepteur. Dans le système le plus élémentaire, l'émetteur transmet, grâce à son antenne, un signal qui parcourt une certaine distance pour atteindre le récepteur. La taille, la forme et l'orientation (hauteur, angle) de l'antenne de l'émetteur influent sur la puissance d'émission dans toutes les directions, et, de même, le modèle d'antenne du récepteur influe sur la capacité de ce dernier de recevoir le signal voulu (au lieu des signaux provenant d'autres émetteurs). Par exemple, les antennes les plus élémentaires sont omnidirectionnelles et visent à émettre de façon égale dans toutes les directions; les antennes directionnelles, elles, permettent de diriger le signal en fonction d'un diagramme de rayonnement donné. Cependant, les antennes directionnelles étant imparfaites, on s'attend habituellement à ce qu'une partie du rayonnement aille dans une direction non désirée. Un émetteur qui concentre plus efficacement son rayonnement peut couvrir une plus grande distance dans la direction souhaitée, à puissanceNote de bas de page 124 égale, qu'une antenne qui rayonne dans des directions non désirées, y compris par le haut et dans toute autre direction opposée à celle du récepteur visé. Une antenne surélevée (érigée sur une montagne ou une grande tour) rayonne sur une plus grande distance, ce qui montre que l'angle et l'emplacement de l'antenne (hauteur et terrain) influent sur la distance de transmission réelle et sur la densité de puissance rayonnée par l'émetteur.

De plus, dans l'espace qui sépare l'émetteur du récepteur, les ondes radio se déplacent dans l'air et peuvent se buter à des obstacles (gouttes de pluie, feuilles ou bâtiments) susceptibles de bloquer ou de réfléchir le rayonnement. Enfin, il y a une relation entre la fréquence, la longueur d'onde et le déplacement des ondes radio : les fréquences supérieures ont des ondes plus courtes, ce qui veut dire que les antennes peuvent être plus petites et que les signaux ont tendance à se déplacer en ligne droite. Les fréquences en deçà de 3 GHz se prêtent à une émission sans visibilité directe, alors que les fréquences plus élevées exigent une ligne visuelle directe. Ainsi, le modèle d'antenne de l'émetteur et du récepteur aide à déterminer le diagramme de rayonnement, que ce soit le long du parcours voulu ou dans d'autres directions. Les caractéristiques du terrain (montagnes? forêt? points surélevés?), le modèle d'antenne de l'émetteur et du récepteur, d'autres caractéristiques du système radio ainsi que divers facteurs environnementaux (rayonnement naturel? conditions météorologiques?) influeront sur le rayonnement de l'antenne d'un émetteur.

Le résultat de ces caractéristiques physiques du déplacement des ondes, c'est que les signaux suivent plusieurs trajets pour se rendre de l'émetteur au récepteur (propagation par trajets multiples) et peuvent être déformés ou bloqués par ce qu'ils traversent (c.-à-d. l'air), de sorte qu'il est plus difficile pour le récepteur de décoder le signal voulu. En outre, le schéma de modulation adopté (y compris les bits codés par Hz) ainsi que la mesure dans laquelle le système est intelligent peuvent influer sur la capacité d'émission et de réception du système radio. Par exemple, les techniques modernes de traitement des signaux peuvent faire fond sur des connaissances relatives aux caractéristiques de propagation et à la propagation par trajets multiples pour permettre à un récepteur d'utiliser des entrées et des sorties multiples (MIMO) pour extraire de l'information supplémentaire et, par conséquent, d'améliorer la réception dans un milieu bruyant.

Ainsi, la cause du brouillage est la présence non désirée de signaux d'un tiers émetteur que le récepteur considère comme du bruit, car il ne sait pas comment le séparer du signal qui lui est destiné. Cela peut tenir au rayonnement naturel (p. ex. les moteurs électriques) ou à la présence d'autres émetteurs sur la même bande de fréquences (intrabande) ou sur une bande de fréquences adjacente (hors bande). La conception de systèmes radio efficaces a pour but d'aider l'émetteur à transmettre suffisamment d'énergie au récepteur pour que celui-ci puisse recevoir et décoder le signal, tout en réduisant au minimum le brouillage occasionné par le rayonnement de tiers émetteurs.

Robert Matheson et Adele Morris (2007)Note de bas de page 125 expliquent en quoi il est utile d'envisager la propagation des ondes radio (et le flux d'énergie qui en découle) dans le contexte de l'espace radio, volume à sept dimensionsNote de bas de page 126 :

  • la fréquence (1 dimension);
  • le temps (1 dimension);
  • l'emplacement (3 dimensions) : longitude, latitude, élévation;
  • la direction du mouvement (2 dimensions) : azimut, élévation.

On peut imaginer l'ensemble de l'espace radio divisé en cellules à sept dimensions. En principe, dans la mesure où deux émetteurs ont au moins une dimension différente, il est théoriquement possible de mettre au point un récepteur, situé dans une cellule donnée, qui pourrait distinguer les deux émetteurs et, par conséquent, permettre un partage de l'espace radio sans brouillage. Ce partage pourrait prendre diverses formes : des émetteurs similaires occupent des fréquences adjacentes, et le récepteur est doté d'une capacité de sélection de fréquence lui permettant de s'attacher à diverses fréquences; deux émetteurs pourraient utiliser le canal à tour de rôle; un éloignement géographique suffisant permet aux émetteurs de partager la même fréquence. Cependant, dans la pratique, la conception des systèmes radio limite la capacité de distinguer des signaux qui coexistent (ou presque) dans le même volume d'espace radio.

Ces considérations pratiques, ainsi que les principes physiques sous-jacents de l'émission de signaux radio, font ressortir la nécessité de prendre des règlements prévoyant l'établissement de séparateurs adéquats entre les émetteurs afin de fournir une protection adéquate contre le brouillage. On s'intéresse principalement aux trois catégories de brouillage suivantes :

  1. Le brouillage intrabande provenant de zones adjacentes : Puisque les ondes radio transcendent les frontières géographiques, les signaux de tiers émetteurs peuvent brouiller le signal capté par le récepteur éloigné de l'émetteur prévu (c.-à-d. lorsque le signal du tiers émetteur capté par le récepteur est plus fort que le signal de l'émetteur prévu). Le principal moyen de régler ce problème consiste à éloigner adéquatement les émetteurs les uns des autres et à veiller à ce que le flux de puissance à l'extérieur de la zone de desserte autorisée soit inférieur à un seuil maximum. Le fait d'imposer des limites sur la puissance des émetteurs peut effectivement prévenir de telles situations.
  2. Le brouillage intrabande provenant de fréquences adjacentes : comme la sélection de fréquences par le récepteur est imparfaite, celui-ci peut capter l'énergie qui déborde des fréquences adjacentes, causant, encore une fois, du brouillage. Comme c'est le cas pour la première catégorie, la principale solution consiste à assurer un espacement adéquat des fréquences (séparateurs) pour limiter le brouillage dû aux bandes adjacentes. Encore une fois, le fait de limiter la puissance des émetteurs (émissions hors bande) peut régler le problème.
  3. L'interférence hors bande : Encore une fois, en raison des imperfections du récepteur, un signal fort circulant dans une bande adjacente peut interagir avec les éléments frontaux du récepteur et produire de nouveaux signaux qui sont à la fois difficiles à prédire et difficiles à contrer, puisqu'ils peuvent être fortement non linéaires. C'est le type de brouillage le plus difficile à contrer, car on présume que l'émetteur et le récepteur exercent leurs activités dans la bande de fréquences qui leur est attribuée, et que ce phénomène survient lorsque le récepteur aux prises avec le problème de brouillage est situé à proximité de la zone de desserte du tiers émetteur.

Il est donc possible, en principe, en définissant convenablement l'espace radio et la taille des unités, de spécifier les droits d'occupation des émetteurs ou des récepteurs afin que chacun puisse occuper une part différente et distincte de l'espace radio sans être confronté au brouillage. Plus loin, nous analyserons plus en détail les défis et les problèmes liés à la définition de ces unités de l'espace radio. Un émetteur ou un récepteur peuvent occuper plusieurs unités, et le contrôle de ces droits d'occupation permet également d'exercer un certain contrôle du brouillage. Ainsi, pour déployer un système radio, le fournisseur doit d'abord acquérir les droits d'occupation de l'espace radio nécessaires pour offrir une protection adéquate contre le brouillage, en fonction des droits d'utilisation actuellement attribués. Une répartition complète des unités de l'espace radio permettra d'établir le seuil de flux de puissance maximum que pourra générer le système à déployer (de façon à prévenir le brouillage) et auquel pourront résister les autres systèmes (de façon à anticiper le brouillage éventuel d'autres émetteurs et de concevoir le système cible en conséquence).

Les considérations qui précèdent jettent les bases techniques, en principe, de la démarche visant à limiter le brouillage. Avant de poursuivre, il convient de signaler que la définition et la gestion du cadre de l'espace radio sont assujetties aux caractéristiques physiques des bandes de fréquences et de la propagation radioélectrique, aux conditions locales (terrain, conditions météorologiques, occupation des canaux adjacents) et aux contraintes techniques inhérentes aux systèmes radio (limites techniques de l'émetteur ou du récepteur, normes de modélisation de la propagation). Il s'agit d'enjeux techniques très complexes hors de la portée de pratiquement toute personne qui n'est pas un ingénieur radio hautement qualifié.

Le droit exclusif d'utilisation correspond aux droits liés à l'occupation d'une part du spectre. L'utilisateur principal jouit du droit présumé d'exclure d'autres utilisateurs de son espace radio. Les utilisateurs secondaires peuvent avoir le droit d'occuper l'espace radio s'ils peuvent le faire sans brouiller les signaux de l'utilisateur principal, mais ils ne jouissent pas de droits relatifs à la protection contre le brouillage.

Notes de bas de page

Note de bas de page 124

On mesure souvent la puissance d'émission au moyen de la puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE), concept théorique qui décrit la puissance de rayonnement d'une antenne isotrope (dont le rayonnement est égal dans toutes les directions) nécessaire pour produire la densité de puissance crête observée dans la direction où l'on obtient un gain d'antenne maximal.

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Note de bas de page 125

Voir Matheson, Robert, et Adele Morris (2007), The Technical Basis for Spectrum Rights, version préliminaire, le 3 mai 2007 (une version antérieure de ce document a été présentée à l'occasion de la conférence IEEE DYSPAN tenue en avril 2007, dont voici le site Internet : www.ieee-dyspan.org).

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Note de bas de page 126

D'autres dimensions pourraient être définies, y compris la modulation ou la polarisation. Matheson et Morris (2007) ne tiennent pas compte de ces dimensions, car la gestion de ces dimensions dans tous les systèmes radio serait plutôt difficile.

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