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5G

Dernier avatar de la technologie cellulaire, la cinquième génération (5G) sans fil vise à augmenter la vitesse et la réactivité des réseaux sans fil. Avec elle, la transmission des données sur connexions haut débit sans fil pourrait atteindre, selon certaines estimations, une vitesse de 20 Gbit/s, supérieure à celle des réseaux filaires, et une latence égale ou inférieure à 1 ms pour les usages à boucle de retour en temps réel. La 5G, avec davantage de bande passante et sa technologie d'antenne avancée, ouvre aussi la voie à la croissance exponentielle des données transmises sur les systèmes sans fil.

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En plus d'améliorer le débit, la capacité et la latence, la 5G apporte des fonctions de gestion du réseau, notamment le découpage des réseaux en tranches avec lequel les opérateurs de téléphonie mobile créent plusieurs réseaux virtuels sur une même ressource réseau 5G physique.

Les connexions réseau sans fil pourraient offrir des solutions commercialisables à la demande pour prendre en charge certains usages ou scénarios métier spécifiques. Par exemple, une voiture autonome aurait besoin d’une tranche de réseau pour les connexions extrêmement rapides à latence faible afin de pouvoir se déplacer en temps réel. Néanmoins, pour un appareil électroménager, une connexion bas débit plus économe en énergie suffirait parce qu’elle n’aurait pas absolument besoin de performances élevées. Les objets connectés n'utiliseraient que des connexions sécurisées réservées aux données.

Les réseaux et services 5G seront graduellement déployés au cours des prochaines années pour accompagner l'évolution des usages des appareils connectés ou mobiles. Globalement, la 5G devrait entraîner l'apparition d'applications, d'usages et de cas métiers nouveaux et variés à mesure de son déploiement.

Fonctionnement de la 5G

Les réseaux sans fil sont formés de sites cellulaires subdivisés en secteurs qui envoient les données par ondes radio. Les technologies sans fil LTE (Long-Term Evolution) de très haut débit mobile de 4e génération (4G) jettent les bases de la 5G. Contrairement à la 4G et ses grandes et puissantes antennes relais nécessaires à l'émission des signaux sur de longues distances, les signaux 5G sans fil seront transportés par de nombreuses petites stations de base placées par exemple sur des lampadaires ou sur les toits.

S'il faut recourir à plusieurs petits sites cellulaires, c'est parce que les ondes millimétriques, qui émettent sur la bande de fréquences de 30 à 300 GHz utilisée pour le haut débit de la 5G, ne se propagent que sur de courtes distances et sont exposées aux interférences d'origine météorologique et physique (ex. les bâtiments).

Les générations précédentes de la technologie sans fil utilisaient des bandes de fréquence inférieure dans le spectre. Pour compenser les faiblesses des ondes millimétriques en termes de distance et d'interférence, les acteurs du secteur envisagent d'exploiter aussi le spectre des fréquences plus basses pour les réseaux 5G.

Les opérateurs réseau pourraient ainsi réutiliser le spectre qui leur appartient pour construire leurs nouveaux réseaux. Dans le spectre des fréquences plus basses, on atteint des distances plus éloignées mais à des débits et des capacités inférieurs à ceux des ondes millimétriques.

 Fonctions sans fil de la 5G
Fonctions sans fil de la 5G

Où en est le déploiement de la 5G ?

Les grands artisans des premières installations 5G sont les opérateurs des réseaux sans fil de quatre pays, États-Unis, Japon, Corée du Sud et Chine. Les opérateurs réseau devraient investir des milliards de dollars en équipements 5G jusqu'en 2030 selon Technology Business Research Inc. Il reste toutefois des incertitudes sur la manière de tirer un retour sur investissement des services 5G. Les évolutions des cas d'usage et des modèles économiques exploitant les nouveautés de la 5G pourraient lever certaines de ces incertitudes relatives aux recettes des opérateurs.

 Panorama de la 5G
Panorama de la 5G

En parallèle, les organismes de normalisation définissent les normes internationales des équipements 5G. Le projet de partenariat de 3e génération (3GPP, 3rd Generation Partnership Project) a approuvé les normes 5G NR (New Radio) en décembre 2017 et devrait terminer prochainement la principale norme mobile 5G applicable aux services cellulaires 5G. Les systèmes radio 5G sont incompatibles avec les matériels radio 4G. Toutefois, sur les équipements radio sans fil récents des opérateurs, une mise à niveau logicielle devrait suffire pour passer à la 5G sans acquérir de nouveaux matériels.

Dans la foulée de la finalisation des normes sur les équipements sans fil 5G et de l'arrivée sur le marché des premiers téléphones 5G et autres appareils associés en 2019, les cas d'usage de la 5G commenceront à émerger entre 2020 et 2025, selon les prévisions de Technology Business Research. En 2030, les services 5G se banaliseront avec une gamme allant de la diffusion de contenus de réalité virtuelle à la circulation de véhicules autonomes rendue possible par les communications en temps réel.

Quels seront les types de services 5G disponibles ?

Les opérateurs réseau développent des services 5G de deux types :

  1. Les services sans fil 5G fixes à haut débit fournissent un accès à Internet sans câble jusqu'au domicile des particuliers et aux locaux des entreprises. Dans ce cas, les opérateurs réseau déploient leurs équipements NR dans de petits sites cellulaires à proximité des bâtiments où un récepteur placé sur le toit ou le rebord d'une fenêtre reçoit et amplifie le signal. Pour les opérateurs, les services fixes à haut débit devraient réduire les coûts de livraison des services haut débit aux particuliers et aux entreprises puisque cette méthode rend superflu le déploiement de la fibre optique jusqu'à chaque bâtiment. Il suffira à la place d'installer des câbles de fibre optique jusqu'aux sites cellulaires : les clients recevront les services haut débit via des modems sans fil placés à leur domicile ou dans leurs locaux.
  2. Les services cellulaires 5G donneront aux utilisateurs l'accès aux réseaux mobiles 5G des opérateurs. Leur déploiement a commencé en 2019 lorsque les premiers appareils de technologie 5G ou compatibles ont fait leur apparition sur le marché. La fourniture de services cellulaires dépend aussi de la finalisation par le 3GPP des grandes normes mobiles.

Comparaison 5G- 4G

Chaque génération de technologie cellulaire se distingue non seulement par la vitesse de la transmission des données, mais aussi par un changement radical des méthodes de chiffrement qui force les utilisateurs à mettre à niveau leur matériel. Les matériels 4G prennent en charge jusqu'à 2 Gbit/s et les vitesses continuent lentement de s'améliorer. Les débits de la 4G étaient jusqu'à 500 fois supérieurs à ceux de la 3G. Les débits de la 5G sont jusqu'à 100 fois supérieurs à ceux de la 4G.

La principale différence entre les technologies 4G et 5G réside dans la latence beaucoup plus basse chez cette dernière. La 5G utilise l'encodage OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing, multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence), similaire au LTE 4G. Toutefois, la 4G utilise des canaux de 20 MHz chacun, soit 160 MHz regroupés. La 5G sera entre les canaux 100 à 800 MHz, ce qui va demander des blocs d'ondes plus larges que la 4G.

Samsung a entrepris des recherches dans le domaine de la 6G. Si on en sait peu sur la vitesse de la 6e génération et son fonctionnement, la magnitude de sa différence avec la version précédente devrait être comparable au saut entre 4G et 5G. Certains envisagent l'arrivée à 10 ans de la 6G qui utiliserait les ondes millimétriques.

5GE n'est pas 5G

AT&T a lancé un réseau 5GE et les utilisateurs de 4G LTE ont bénéficié d'une « mise à niveau » vers ce réseau. Toutefois, en l’appelant 5GE (pour 5G évolution), AT&T s'est contenté de rebaptiser son réseau gigabit 4G LTE. Si l'opérateur fait valoir que les vitesses sont proches de la 5G, techniquement il ne s'agit pas d’un réseau 5G. La lettre G correspond à génération, terme qui signale une rupture technologique incompatible avec les précédents matériels. La 5GE ne suit pas cette tendance et est une technologie différente de la 5G. Cette stratégie marketing pourrait induire en erreur les personnes qui ne savent pas que la 5GE n'est pas réellement une technologie 5G.

Cette définition a été mise à jour en janvier 2020

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