5G

En télécommunications, 5G est la cinquième génération de standards pour la téléphonie mobile, faisant suite à la 4G+[1].

La technologie 5G est une « technologie clé »[2] qui pourrait permettre des débits de télécommunication mobile, de plusieurs gigabits de données par seconde, soit jusqu'à 1 000 fois plus rapides que les réseaux mobiles en 2010[3] et jusqu'à 100 fois plus rapide que la 4G à l'horizon 2020[4].

Ces débits de données sont susceptibles de répondre à la demande croissante de données avec l'essor des smartphones et objets communicants, connectés en réseau. Ce type de réseau devrait favoriser le cloud computing, l'intégration et l'interopérabilité d'objets communicants et de smartgrids et autres réseaux dits intelligents, dans un environnement domotisé et une « ville intelligente ». Cela pourrait également développer l'imagerie 3D ou holographique, le datamining, la gestion du big data et du tout-internet « Internet of Everything » (expression évoquant un monde où tous les ordinateurs et périphériques pourraient communiquer entre eux). D'autres applications concernent les jeux interactifs et multijoueurs complexes, la traduction automatique et assistée instantanée…

Histoire et contexte

La 5G n'est pas encore définie et n'est donc pas officielle, mais le terme est utilisé pour désigner la prochaine génération successeur de la 4G dans certains journaux et documents.

Le terme 5G était déjà évoqué par les industriels de l'électronique dans les années 1980[5] ; cette technologie pourrait voir le jour vers 2020.

En France, le 22 septembre 2015, l'ARCEP a autorisé Orange à tester des technologies 5G[6] dans les bandes de 3,7 GHz, 10,5 GHz et 17 GHz dans la ville de Belfort (Territoire de Belfort, Franche-Comté).

En juillet 2016, l'Institut de recherche technologique b-com est retenu par l'Arcep pour effectuer un test de la 5G dans la ville de Rennes[7].

En janvier 2017, le LETI annonce le déploiement sur le complexe Minatec d'un réseau 5G afin de tester une nouvelle forme d'onde multiporteuse[8].

En France, le 22 juin 2017, l'ARCEP a publié un communiqué de presse indiquant qu'elle souhaite préparer à partir de 2018 la procédure d'attribution de fréquences dans les bandes 3,5 GHz (3400 à 3800 MHz) pour l'accès fixe à Internet à très haut débit et elle souhaite aussi s'engager immédiatement dans les travaux préparatoires au lancement des réseaux mobiles 5G dans la bande des 3,460 à 3,800 GHz vers 2020[9].

Début octobre 2017, l'ARCEP a autorisé Free Mobile à tester des technologies 5G[10] dans les bandes de 3,6 GHz à 3,7 GHz dans la ville de Paris à la mi-octobre 2017.

En juillet 2017, Telecom Italia Mobile signe un accord avec le gouvernement du micro-État Saint-Marin en vue de faire passer son réseau 4G en 5G[11].

En juillet 2017, les 28 ministres des télécommunications de l'UE et de la Norvège signent une déclaration d'intention à Tallinn en Estonie, en vue d'« établir les bases communes des futurs standards 5G et confirmer la volonté des États signataires de positionner l'Europe comme un leader du marché de la 5G[12] ».

Le 29 novembre 2017 la société Verizon Communications Inc. annonce qu'elle va déployer un service 5G dans cinq villes des États-Unis dès la seconde moitié de 2018[13].

En janvier 2018 la société AT&T annonce être en mesure de proposer de la 5G à partir de la fin 2018. Le déploiement initial concernera 12 agglomérations aux États-Unis[14].

En mars 2018 des acteurs européens dénoncent la lenteur du déploiement de la 5G[15],[16] en Europe suite à de nombreux désaccords sur les licences d’utilisations des bandes radioélectriques et à la complexité du processus décisionnel européen[17].

Enjeux

De nombreux enjeux sont identifiés ou pressentis.

Enjeux économiques

De nombreux acteurs voient là un marché émergent, potentiellement riche en applications et débouchés nouveaux ; la 5G pourrait par exemple permettre de nouveaux usages numériques dans des domaines variés tels que la santé (diagnostic automatique ou distant, chirurgie et médication commandées à distance), du travail (télétravail), du déploiement d'objets communicants (dont voitures et autres véhicules sans conducteurs), de détecteurs et senseurs du e-commerce, des smartgrids, de l'intelligence artificielle, de la sécurité (téléprotection, gestion des flux de personnes, véhicules, denrées, biens et services en temps réel…), de l'éducation et de l'accès à l'information.

Enjeux éthiques

Des questions éthiques nouvelles, et des défis techniques et de soutenabilité se posent concernant la gestion et gouvernance de la bande passante (Cisco annonce d'ici 2018 une multiplication en 4 ans par 11 du trafic de données mobiles dans le monde ; par rapport à 2014[18]), mais aussi concernant de possibles effets pervers du très haut débit dans les domaines de la vitesse de l'information sécurité informatique[19], flux financiers, bancaires et gestion boursière, de stockage des informations qui tendront à beaucoup grandir, voire d'« épidémiologie virale » et de protection des données privées (le piratage pouvant devenir quasiment instantané). L'analyse du cycle de vie (consommation d'énergie et de métaux rares par les serveurs et réseaux) (phrase(s) mal tournée(s)).

Enjeux environnementaux et sanitaires

Des questions se posent encore concernant les incertitudes en termes d'effets de la multiplication du nombre et de la puissance des antennes et relais en termes de smog électromagnétique et de santé environnementale, de même pour d'éventuels effets du haut-débit sur la psyché humaine.
Un défi énergétique consiste à atteindre une meilleure efficience énergétique, voire une sobriété ou indépendance énergétique d'appareils qui auraient fait l'objet d'une écoconception permettant des économies et un recyclage intégral (économie circulaire) de ressources rares et toxiques. Ceci implique des moyens plus intelligents, propres, sûrs et sobres pour alimenter les appareils mobiles mais aussi tout le réseau Internet[18].

Enjeux techniques

De nombreux défis sont à relever, qui vont d'une moindre consommation, voire d'une autonomie énergétique à la gestion du big data et d'un très grand nombre d'IP.

Techniques

Le 12 mai 2013, Samsung a annoncé avoir testé pour la première fois avec succès des techniques de sa future offre de réseaux 5G qu'il prévoit pour 2020, avec des débits de données d'un Gbit/s (1 gigabit par seconde) et allant dans le futur jusqu'à 10 Gbit/s[20],[21],[22].

En 2015, le Centre de l’université du Surrey, en Grande-Bretagne, a annoncé avoir réussi à atteindre un débit d'un Tbit/s[23] (1 térabit par seconde, soit 125 Go/s) sur des fréquences supérieures à 6 GHz. La même année, le centre mathématiques et algorithmiques de Huawei à Paris propose 5 technologies permettant des débits compatibles avec les pré-requis de la 5G : Le F-OFDM (Filtered OFDM) pour la forme d'onde, le SCMA (Sparse Code Multiple Access) pour la technique d'accès, les codes polaires (pour le codage des différents types de paquets), le MU-MIMO massif (pour le système d'antennes avec des techniques de précodages non-linéaires) et enfin le full duplex radio (qui combine les modes TDD et FDD). L'ensemble de ces technologies ont permis de démontrer lors d'essais en extérieur à Chengdu avec NTT DoCoMo en Chine en octobre 2015 des efficacités spectrales downlink de 50 bit/s/Hz et une capacité en nombre de liens[Quoi ?] multipliée par 3 en uplink sur des fréquences inférieures à 6 GHz.

F-OFDM

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La technologie F-OFDM constitue un socle pour la création d'une interface radio ultra-flexible et capable de s'adapter parfaitement aux types d'utilisation de la 5G définis par l'UIT-R, à partir d'une plate-forme unique de technologie radio. Elle permet à plusieurs numérologies d'interface radio concurrentes et à la structure de base d'assurer la fourniture de services très divers. Grâce au F-OFDM, le système 5G est paré pour l'avenir et sera en mesure de satisfaire aux exigences des services innovants émergents. D'après les résultats des tests, la technologie F-OFDM peut augmenter le débit du système de 10 %, en utilisant les bandes de garde du système LTE. De plus, le F-OFDM prend en charge les transmissions asynchrones en provenance de différents utilisateurs. Des récents tests ont montré que cette solution assurera une augmentation de 100 % du débit du système par rapport au système LTE, dans le cas de services mixtes utilisant la même porteuse avec plusieurs numérologies d'interface radio.

SCMA

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Le SCMA, quant à lui, est conçu pour prendre en charge des connexions massives et améliorer le débit du système, tout en optimisant la conception des listes de codes SCMA et la modulation multidimensionnelle. Il est également possible d'envisager une optimisation de l'allocation de puissance entre les différentes couches SCMA, notamment en débit descendant, afin d'améliorer le débit global du système. Selon les résultats des tests récents, le SCMA permet d'accroître le nombre de connexions ascendantes de 300 %, tout en augmentant jusqu'à 80 % le débit descendant du système.[réf. nécessaire]

Codes Polaires

Les codes polaires assurent l'allocation des informations vers des emplacements de données d'une haute fiabilité[Quoi ?] au sein de la structure du code, afin de transmettre des informations utilisateurs particulièrement importantes. Il prend également en charge le codage de canal d'un débit de code avec une construction de code adaptée permettant de répondre aux exigences des futurs services. Les tests ont démontré que le Polar Code assure une amélioration du codage de 0,5 dB à 2,0 dB comparativement au Turbo code utilisé dans le système LTE.

MU-MIMO

Lors du test de Huawei, le système multi-utilisateur MIMO (MU-MIMO) a pris en charge jusqu'à 24 utilisateurs et 24 couches de transmission parallèles sur une même ressource temporelle de fréquence. Les tests ont démontré que le système MU-MIMO peut atteindre un débit moyen de 3,6 Gbit/s par cellule sur une bande passante de 100 MHz, soit près de 10 fois les performances obtenues avec un système de base LTE. L'essai a confirmé l'intégration optimale de ces nouvelles technologies radio, ainsi que le potentiel des technologies flexibles d'interface radio 5G. Ces tests ont également été l'occasion de procéder à une évaluation des risques techniques, qui vient étayer le travail actuel de normalisation du 3GPP.

Ondes millimétriques en 5G

Le nom d'ondes millimétriques désigne toutes les composantes présentes dans le spectre de fréquence entre 30 et 300 GHz. Les ondes millimétriques font partie des ondes radio. L'utilisation d'ondes millimétriques est jusqu'à présent restreinte aux applications indoor . L'une des raisons de cette restriction repose sur le fait que les ondes millimétriques subissent le plus l'atténuation, path loss ou affaiblissement de propagation. Vu que la formule de Friis (le calcul peut être établi ici[24]) indique que les pertes de propagation en espace libre sont directement proportionnels à la fréquence, l'utilisation des ondes millimétriques à l'extérieur pose un défi important. Le terme millimétrique met en relief l'aspect longueur d'onde.

Spectre électromagnétique et bandes de fréquences associée

Importance dans le cadre de la cinquième génération

  1. Larges bandes possibles en hautes fréquences : ce point est important dans le cadre de la 5G, vu la croissance dans la demande de hauts débits. L' Ultra Wideband, une technique appliquée dans les communications sans fil, permet des taux de transfert de données élevés tels que demandés par la 5G
  2. Spectre électromagnétique relativement disponible. Vu l'épuisement des ressources fréquentielles, les bandes de fréquences allouées forment un débat important. La question se pose également pour la 5G où les bandes utilisées ne sont pas encore définies et les bandes millimétriques peuvent être considérées comme solution possible.
  3. Cette technologie peut être utilisée pour une transmission de données avec un débit élevé en utilisant une modulation de faible ordre, ce qui permet de mapper moins de bits / symboles. Les schémas de modulation à faible ordre consomment moins de puissance, réduisent la complexité et économisent sur le coût associé. Ces avantages sont vitaux dans le cadre de la 5G.

Domaines d'application

L'utilisation de cette bande a été proposée pour de nombreuses applications, y compris le transfert de données à haute vitesse, l'imagerie radar, le security screening, l'identification des substances ainsi que beaucoup d'autres.

Full-duplex

Le mode full-duplex a fait l'objet de tests lors de la première phase des essais 5G. D'après les premiers tests, ce mode permet la transmission et la réception simultanées des données au niveau de la station de base, avec trois niveaux de technologie en cascade, à savoir l'annulation analogique passive, l'annulation analogique active et l'annulation numérique. Les tests ont prouvé que le Full-Duplex permet d'optimiser l'annulation des auto-interférences de plus de 113 dB en situation réelle, ce qui assure une augmentation de 90 % du débit du système par rapport aux modes half-duplex traditionnellement utilisés.

Tableau récapitulatif des techniques 5G

Les futures générations de réseaux mobile 5G[réf. nécessaire]
Génération Acronyme Description Version des normes 3GPP[25],[26] Intitulé Débit indicatif (download) en bit/s

(théorique/pratique/usuel)

5G IMT-2020 / LTE - B Génération de téléphonie mobile 5G pas encore normalisées Long Term Evolution Advanced (LTE - B) 50 Gbit/s[27] à l'arrêt / - / -

Recherche, tendances et prospective

Tous les grands opérateurs du secteur des télécommunications s'intéressent au sujet ainsi que de grandes institutions et de nombreux États : par exemple l'Union européenne a financé ou cofinancé de grands programmes comme 5G now, IJoin, Tropic et METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society).

De grandes entreprises et des réseaux de chercheurs essayent d'imaginer et préfigurer une « 5G verte »[28],[29], c'est-à-dire à moindre empreinte carbone et écologiquement plus respectueux des ressources naturelles pas, peu, difficilement ou lentement renouvelables car jusqu'ici, les progrès techniques ont toujours été compensés ou dépassés par l'« Effet rebond » induit par l'augmentation des usages et des usagers et par l'obsolescence programmée de certains dispositifs.

En , le Suédois Ericsson a fait la démonstration d'une pré-version de la technologie 5G. L'entreprise de télécommunication avait alors atteint un débit de 5 Gbit/s[30][réf. insuffisante].

En juin 2016, le Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information lance le projet de démonstrateur de technologie 5G, à l'occasion des Jeux olympiques d'hiver de 2018 devant se dérouler à Pyeongchang en Corée du Sud. En collaborant avec des entreprises comme Thales Alenia Space ou Telespazio, le laboratoire compte s’appuyer sur les technologies d'onde radioélectrique de la bande de fréquence 28 GHz qui existent déjà dans le domaine spatial pour arriver à ses fins[31].

En , Saint-Marin signe un protocole d'accord avec Telecom Italia pour le déploiement expérimental de la 5G sur son territoire, ce qui fera d'elle la première nation à mener des tests poussés à grande échelle de cette technique[32].

Financements

En mars 2013, la Commission européenne annonce 50 millions d'euros de subventions pour des projets liés à la 5G[33]. La Commission supervise et cofinance le consortium Metis (partenariat public-privé[34] contractuel de recherche « cPPP »), et a annoncé (en décembre 2013) ne pas vouloir prendre de retard sur la 5G ; il sera doté d'un budget de 700 millions d'euros pour la période 2014-2020[35].

En novembre 2013, la compagnie chinoise Huawei annonce avoir investi dans ces techniques dès 2009 et réussi à faire le premier test mondial d'un réseau cellulaire 5G en octobre 2015 à Chengdu avec NTT DoCoMo. L'entreprise investira 600 millions de dollars dans la recherche et développement de la 5G et prévoit à l'horizon 2018 que les utilisateurs auront accès à l'Internet mobile avec un débit de 1 Gbit/s avec la 4.5G et jusqu'à 50 Gbit/s avec la 5G, comme annoncé lors des Mobile World Congress de 2011 et 2012[36]. Dans ce cadre, Huawei a mis en place un centre en mathématiques et algorithmiques de 100 personnes à Paris autour de la 5G et l'intelligence artificielle pour les réseaux dirigée par le professeur Mérouane Debbah[37],[38],[39].

Début 2014, la Corée du Sud a annoncé investir 1,1 milliard d'euros pour la mise en place de la 5G en 2020[40].

[41]

[42]

Notes et références

  1. (en) Gupta P (), Evolvement of mobile generations : 1G To 5G[PDF], International Journal For Technological Research In Engineering vol. 1, no 3, novembre 2013 ISSN:(Online):2347-4718.
  2. Rapport de prospective Technologies clés 2020, publié en mai 2016
  3. Le Monde (2014) La 5G devrait vous faire rêver daté du 25 février 2014.
  4. « Alcatel et le Coréen KT partenaires dans la 5G mobile », sur lesechos.fr, (consulté le 21 mai 2015).
  5. Le Quément J (1988) Analyse économique de l'environnement international de l'industrie Européenne de l'électronique, de l'informatique et des télécommunications: Situation présente et perspectives d'avenir. Journal of European Integration, 11(2-3), 127-140 (résumé).
  6. Technologies 5G : l’ARCEP autorise Orange à mener une première expérimentation en France arcep.fr, le 22 septembre 2015
  7. ZDnet (2016) Rennes va tester la 5G daté du 26 juillet 2016
  8. (en) « Leti To Demonstrate New Multicarrier Waveform For 5g Networks On Minatec Campus », sur embedded-computing.com, (consulté le 14 mai 2017)
  9. ATTRIBUTION DE FRÉQUENCES - L'Arcep publie la synthèse des contributions à la consultation publique - De nouvelles fréquences pour le très haut débit dans les territoires, pour les entreprises, la 5G et l'innovation - lancée le 6 janvier 2017 arcep.fr, le 22 juin 2017
  10. Free Mobile a été autorisé à expérimenter son réseau 5G frandroid.com, le 18 octobre 2017.
  11. San Marino set to become first country upgraded to 5G nationwide. Financial Times.
  12. « iCOMPET: EU flagship initiative, the 5G declaration signed by EU ministers in Tallinn », Estonian Presidency of the Council of the European Union, (consulté le 1er novembre 2017).
  13. « Verizon to launch 5G residential broadband services in up to 5 markets in 2018 », Verizon Communications Inc., (consulté le 30 novembre 2017).
  14. AT&T promet de la 5G mobile dès fin 2018.
  15. « La 5G en panne en Europe », euractiv.com,‎ (lire en ligne)
  16. « Télécoms : l'Europe à la traîne dans la 5G - Les Echos », sur www.lesechos.fr (consulté le 16 mars 2018)
  17. « Les lourdeurs du trilogue européen pointées du doigt », 2018,‎ (lire en ligne)
  18. a et b (en) Basulto D (2014) Five reasons to get excited about 5G networks, News prospecrtive, 25 février 2014.
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  20. (en) Samsung to offer 5G service by 2020 - Yonhapnews Agency, 12 mai 2013.
  21. (en) Samsung wants to offer 5G in 2020, speeds of 1 Gbit/s reached in tests - pocket-lint.com, 12 mai 2013.
  22. Téléphonie mobile : Samsung teste avec succès un réseau 5G à 1 Gbit/s - Marc Zaffagni, Futura-Sciences.com, 15 mai 2013.
  23. [1]
  24. (en) « Friis Transmission Equation Calculator », (consulté le 30 mars 2017)
  25. (en)http://www.3gpp.org/
  26. (en)http://www.3gpp.org/ftp/Information/WORK_PLAN/Description_Releases/
  27. http://www.lachainetechno.tv/videos/la-chine-prepare-la-5g/ - Siège de Huawei à Shenzhen, 7 novembre 2013.
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  29. (en)News Toward Green 5G Mobile Networks (5GrEEn) - new project launched, 18 janvier 2013 (résumé), EIT ICT Labs IVZW.
  30. La 5G dans les starting-blocks zdnet.fr, le 29 janvier 2015
  31. « Le CEA-Leti mise sur les technologies spatiales pour tester la 5G aux JO... de 2018 », sur usine-digitale.fr, (consulté le 21 août 2017)
  32. Saint-Marin sur le point de devenir la première nation 5G lesechos.fr, mis en ligne le 17 juillet 2017, consulté le 17 juillet 2017.
  33. « Télécoms : Bruxelles déjà en piste pour la « 5G » », Les Échos, (consulté le 6 mars 2013).
  34. liste des partenaires de METIS, consultée 3 mars 2014.
  35. 5G : Bruxelles accentue ses efforts - Numerama, 21 décembre 2013.
  36. Huawei toutes voiles dehors vers la 5G - Johann Breton, lesnumeriques.com, 7 novembre 2013.
  37. (en) J. Hoydis, S. ten Brink et M. Debbah, « Massive MIMO in the UL/DL of Cellular Networks: How Many Antennas Do We Need? », IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 31, no. 2, Bell Labs., Alcatel-Lucent, (consulté le 2 mars 2016), p. 160–171
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  39. (en) E. Bjornson, L. Sanguinetti, J. Hoydis et M. Debbah, « Optimal Design of Energy-Efficient Multi-User MIMO Systems: Is Massive MIMO the Answer? », IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 14, no. 6, IEEE, (consulté le 2 mars 2016), p. 3059-3075
  40. « La Corée du Sud investit plus d'un milliard d'euros dans la 5G », sur lemonde.fr, (consulté le 21 mai 2015).
  41. « 5G : Orange et Bouygues Telecom ont obtenu le feu vert de l’Arcep ! », sur actu.meilleurmobile.com, .
  42. « 5G : la France représente bien l’Europe aux côtés du Royaume-Uni et de l’Allemagne », sur actu.meilleurmobile.com, .


Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

  • Portail du projet METIS 2020 (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society) et Horizon 2020 Advanced 5G Network Infrastructure for Future Internet PPP - Industry Proposal[PDF] ((en)brouillon Version 2.1)
  • (en) ETSI Summit on Future Mobile and Standards for 5G (25 novembre 2013)
  • (en) 5G mobile system requirements discussed at ETSI Future Mobile Summit (27 novembre 2013)
  • La 5G, c'est pour quand? http://bfmbusiness.bfmtv.com/mediaplayer/video/la-5g-c-est-pour-quand-1603-777372.html

Bibliographie

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