L’avenir de la téléphonie mobile

5G – Plus que de la simple vitesse

La technologie 5G apportera des vitesses et capacités bien supérieures dans le réseau mobile, permettant de nouvelles applications pour l’industrie, les services publics et les utilisateurs privés.

Texte: Urs Binder, image: ©iStock, 27 octobre 2017

«À partir de 2020, nous allons surfer en mobile à des vitesses jusqu’à 100 fois plus rapides» - tels étaient les titres sur la 5G qui faisaient la une des journaux au début de l’été 2017. En effet, nous parlons de débits pouvant atteindre jusqu’à 30 Gbit/s par cellule radio, tandis que la technologie 4G LTE Advanced actuelle offre théoriquement un débit maximum de 100 à 1 000 Mbit/s selon le standard et la situation. L’augmentation de la vitesse n’est cependant que l’un des aspects de la 5G: le futur standard de la cinquième génération combine un grand nombre de technologies et d’opportunités pour un large éventail d’applications - des smartphones privés aux réseaux industriels mondiaux. Pour cela, des propriétés telles que des délais de réaction courts sont tout aussi importantes que la vitesse de transmission.

Au départ, New Radio

Un élément central de la 5G est l’efficacité et la capacité de l’interface radio: chaque cellule 5G est censée fournir, à de nombreux appareils, une bande passante beaucoup plus large que ce qui était possible avec l’ancienne technique de communication mobile. Comparé aux réseaux LTE actuels, la 5G devrait permettre un débit de transmission de données de 10 à 30 fois plus élevé par cellule radio et une capacité supérieure d’environ 1 000 fois à celle des réseaux LTE actuels. Cela signifie que près de 100 milliards d’appareils mobiles en réseau, y compris les «choses» connectées dans le cadre de l’Internet des objets, peuvent être simultanément adressés dans le monde entier. L’efficacité énergétique augmente également de manière significative: la consommation d’énergie des terminaux par bit transféré devrait être réduite au millième de seconde. Cela permet une autonomie actuelle de près de 10 ans.

Ces exigences ne pourraient pas être satisfaites avec les bandes de fréquences allant de 800 MHz à 2,1 GHz utilisées jusqu’à présent et exploitées pratiquement à pleine capacité. «New Radio» est le maître mot. La 5G utilise de nouvelles bandes de fréquences plus élevées. Dans un premier temps, des fréquences supérieures à 3,4 GHz sont prévues. Pour l’avenir, des fréquences encore plus élevées, à savoir supérieures à 24 GHz, sont à l’étude - mais en raison de la physique de la propagation des ondes, la portée diminue à mesure que la fréquence augmente. Un tel réseau 5G à ondes millimétriques nécessiterait donc un grand nombre de «microcellules», par exemple en milieu urbain une mini-station de base montée sur chaque lampadaire.

Massive MIMO et beamforming

Pour des services mobiles 5G fiables qui fonctionnent même lorsque de nombreux utilisateurs mobiles sont connectés, les réseaux 5G fonctionnent avec des éléments techniques supplémentaires. L’élément clé est le «Massive MIMO» (Multiple Input, Multiple Output). Les stations de base sont équipées de dizaines, voire de centaines, d’unités d’émission et de réception. Les unités communiquent simultanément avec de nombreux appareils mobiles distincts émettant dans la même bande de fréquences. Les conditions environnementales, telles que la réflexion des ondes radioélectriques des bâtiments, les retards qui en résultent et les multiples voies de transmission, sont utilisées à l’avantage du système. La station de base peut ainsi adresser des appareils individuels de manière ciblée - c’est ce que l’on appelle le «beamforming» (ou formation de faisceaux).

Quand la technologie 5G sera-t-elle disponible?

Les technologies 5G et les normes correspondantes sont encore en cours d’élaboration. Il n’y aura pas de «Giga release» sous la forme d’un big bang qui apportera toutes les possibilités de la 5G d’un seul coup. Le processus de normalisation s’effectuera de manière progressive. Une première étape pour la nouvelle interface radio est prévue pour fin 2017. Selon la feuille de route actuelle, la norme New Radio sera adoptée d’ici la fin 2019.

Swisscom espère pouvoir proposer des services 5G à partir de fin 2018. L’attribution des fréquences par l’OFCOM constituera un jalon important sur la voie de la 5e génération - cet été, l’OFCOM a lancé une consultation publique pour clarifier le type d’attribution des marchés. Il est concevable que les bandes de fréquences soient à nouveau mises aux enchères, comme dans le cas de l’UMTS.

Pourquoi passer à la 5G?

Avec les réseaux 5G, quatre scénarios d’application sont possibles: des services de télécommunication mobile publics avec une bande passante et une capacité accrues, Massive IoT, connectivité locale critique et Fixed Wireless Access.

Meilleure bande passante et capacité
New Radio apporte plus de vitesse et approvisionne plus d’appareils par cellule radio en services de télécommunication mobile. Ceci a un effet direct sur la qualité perceptible - des temps de téléchargement plus courts, une utilisation plus faible du réseau - et permet aussi de nouvelles applications, comme la retransmission d’événements sportifs et de concerts en réalité virtuelle. Vous êtes installé confortablement à la maison, dans votre fauteuil, mais avez l’impression d’être assis dans le stade et pouvez choisir votre propre perspective de spectateur. Cette technique nécessite une énorme quantité de données à transmettre sans erreur.
En général, les volumes de données élevés sont très tendance: les utilisateurs de téléphones portables privés «consomment» actuellement en moyenne environ 3 gigaoctets par mois. Si l’on ne considère que les enfants du millénaire, la demande est déjà de 35 Go par mois - un doublement tous les 12 à 18 mois est prévisible. Des volumes de données exorbitants sont également nécessaires pour les applications industrielles telles que l’analyse vidéo en temps réel avec des images haute fréquence pour la surveillance des processus de production.
L’augmentation de l’efficacité et de la capacité est également la base indispensable pour une connectivité critique à grande échelle. Avec la 5G, une qualité de service élevée peut être garantie sur une grande surface grâce à des normes uniformes, même au niveau national et mondial. Cela signifie que les services d’intervention d’urgence peuvent compter sur des services de télécommunication mobile stables pour les événements de grande envergure sans avoir besoin de mettre en place un réseau dédié comme c’était le cas auparavant. Les voitures en réseau bénéficient également de la fiabilité et d’une communication en temps réel grâce à des temps de latence réduits - le message «Un troupeau de vaches se trouve sur l’autoroute à 500 mètres» n’arrive plus lorsque les vaches sont pratiquement déjà sur votre capot.
Massive IoT
Les applications de l’Internet des objets génèrent, avec leurs nombreux points de données, des volumes de données extrêmement élevés - par exemple, un parc de machines réparti dans le monde entier avec des centaines de capteurs dans chaque machine. De telles applications industrielles nécessitent également une faible consommation d’énergie et des temps de latence courts. Et cela n’est pas seulement vrai au niveau mondial, mais aussi au sein d’une unité de production. La mise en réseau rapide et fiable des machines permet, par exemple, un contrôle en temps réel du processus de production: la surveillance continue de chaque composant permet d’obtenir des pronostics des défaillances. C’est sur cette base que peuvent être prises les décisions si un nouveau lot de production doit être lancé ou si des réparations préventives sont nécessaires au préalable - afin d’éviter des temps d’arrêt coûteux pendant la production.
Connectivité locale critique
Imaginez un hall d’usine avec une ligne de production de cent mètres de long. En moyenne, un produit différent est fabriqué chaque mois dans le hall et les machines doivent être réorganisées et reconfigurées à cet effet. Avec un réseau câblé traditionnel (filaire), de nouveaux câbles doivent être posés à chaque fois. Si, en revanche, les locaux de l’entreprise sont interconnectés au moyen d’un réseau radio qui répond aux exigences industrielles élevées, la configuration peut être facilement adaptée. Cependant, l’opérateur du réseau 5G se voit confronté à de nouveaux défis: les aspects du monde filaire, tels que la sécurité et la délimitation par rapport au réseau public, gagnent également en importance dans la radiocommunication mobile.
Fixed Wireless Access
Dans les régions éloignées et difficiles d’accès du point de vue topologique, un réseau 5G peut fournir à la population la téléphonie et l’Internet et remplacer les réseaux en cuivre ou en fibres optiques. En Suisse, où une grande partie du pays bénéficie déjà d’une bonne couverture, le Fixed Wireless Access a peu d’importance.

N’ayez pas peur de la 5G

Dès qu’une nouvelle technologie arrive sur le marché, les entreprises doivent se poser la question du bon moment pour investir durablement. Même si certaines entreprises sont encore réticentes à prendre des mesures, le moment est venu d’aborder le thème de la 5G. La meilleure recette est de faire preuve de curiosité et d’évaluer les opportunités. Saisissez dès maintenant la chance qui s’offre à vous et explorez, avec l’opérateur de téléphonie mobile, le potentiel de la 5G pour votre propre organisation. Il peut alors ressortir de ces réflexions que la 5G ne convient pas à votre propre entreprise pour le moment - ceci est aussi une option valable.

Il est cependant important, ensuite, de se préparer à l’ère de la 5G avec de premières idées et des projets - comme pour une transformation de cloud, il n’est pas nécessaire de faire passer toute l’entreprise à la 5G en une seule fois. Un point d’entrée pour les projets industriels pourrait être des technologies telles que Narrowband IoT, qui fonctionnent déjà avec la technologie 4G et qui seront ensuite parfaitement intégrées dans le réseau 5G. En effet, la 5G ne constitue pas une rupture radicale qui rend obsolète tout ce qui existait auparavant, mais un perfectionnement organique de la radiocommunication mobile actuelle.