spectre

En ingénierie radiofréquence, le spectre fait référence à la portion de la gamme électromagnétique allouée à un usage particulier. Un émetteur occupe une bande de fréquences centrée sur une fréquence porteuse, et la largeur de cette bande est appelée bande passante. La Federal Communications Commission aux États-Unis, l'UIT au niveau international, et des organismes comparables dans chaque pays divisent le spectre radio utilisable en tranches et les attribuent aux diffuseurs, aux opérateurs cellulaires, aux utilisateurs militaires et aux applications industrielles. Un réseau de téléphonie mobile, par exemple, peut fonctionner dans les bandes 700 MHz, 850 MHz, 1,9 GHz ou 2,4 GHz, chaque bande étant ensuite divisée en canaux plus étroits.

Le spectre n'est pas nécessairement contigu. Un diffuseur peut détenir des licences pour des blocs de fréquences non adjacents, ou une entreprise peut opérer sur plusieurs bandes distinctes. Le terme « spectre » peut désigner les fréquences elles-mêmes, le droit de les utiliser (une licence) ou l'énergie électromagnétique réelle présente dans une plage de fréquences donnée. En pratique, lorsqu'un ingénieur dit qu'un signal occupe 20 MHz de spectre, il signifie que l'énergie du signal se répartit sur une bande de 20 MHz de large, et non qu'elle remplit chaque fréquence de manière parfaitement uniforme.

Partage du spectre et interférences

Parce que le spectre est fini et précieux, les régulateurs contrôlent qui peut émettre sur quelles fréquences et avec quelle puissance. Deux émetteurs fonctionnant sur la même fréquence dans la même zone interféreront l'un avec l'autre, brouillant les deux signaux. Le spectre sous licence donne des droits exclusifs à une bande; le spectre sans licence (comme la bande industrielle, scientifique et médicale de 2,4 GHz) est ouvert à tous, mais les utilisateurs doivent tolérer les interférences d'autres appareils. Les systèmes modernes utilisent des techniques comme le saut de fréquence, la modulation à étalement de spectre et l'orientation de faisceau pour partager le spectre plus efficacement ou réduire l'impact des interférences.

L'efficacité spectrale est mesurée en bits par seconde par hertz (bit/s/Hz). Alors que la demande de données sans fil a explosé, les ingénieurs ont développé des schémas de modulation et de codage plus sophistiqués pour extraire plus de débit de la même quantité de spectre. Un canal cellulaire de 20 MHz utilisant une technologie plus ancienne pourrait transporter 5 Mbps; le même canal avec une modulation avancée peut transporter 100 Mbps ou plus.

Le spectre radio s'étend des très basses fréquences (ELF, en dessous de 3 kHz) en passant par les micro-ondes, les ondes millimétriques et jusqu'à la région des térahertz. Différentes parties du spectre se comportent différemment: les basses fréquences se propagent plus loin et pénètrent mieux les obstacles, mais nécessitent des antennes plus grandes; les hautes fréquences permettent des antennes plus petites et des débits de données plus élevés, mais sont absorbées par la pluie, le feuillage et les murs. Les ingénieurs sélectionnent les bandes de fréquences en fonction des compromis requis par leur application.