5G

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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[modifier | modifier le code]

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).

Enjeux[modifier | modifier le code]

De nombreux enjeux sont identifiés ou pressentis.

Enjeux économiques[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

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[7]), mais aussi concernant de possibles effets pervers du très haut débit dans les domaines de la vitesse de l'information sécurité informatique[8], 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).

Enjeux environnementaux et sanitaires[modifier | modifier le code]

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[7].

Enjeux techniques[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

Le 12 mai 2013, Samsung a annoncé avoir testé pour la première fois avec succès des techniques de sa future offre de réseau 5G qu'il prévoit pour 2020, avec des débits de données de Gbit/s (1 gigabit par seconde) et allant dans le futur jusqu'à 10 Gbit/s[9],[10],[11]. En 2015, le Centre de l’université du Surrey, en Grande-Bretagne, a annoncé avoir réussi à atteindre un débit d'Tbit/s (1 térabit par seconde) soit 125 Gigaoctets[12] sur des fréquences en dessus de 6Ghz. La même année, le centre mathématiques et algorithmiques de Huawei à Paris propose 5 technologies démontrant 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 Massive MU-MIMO (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 outdoor à Chengdu avec NTT DOCOMO en Chine en octobre 2015 des efficacités spectrales downlink de 50 bps/Hz et une capacité du nombre de liens multiplié par 3 en uplink sur des fréquences en dessous de 6 Ghz.

F-OFDM[modifier | modifier le code]

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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[modifier | modifier le code]

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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 code 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[modifier | modifier le code]

Les Codes Polaires assure l'allocation des informations vers des emplacements de données d'une haute fiabilité 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 optimisation du codage de 0,5 dB à 2,0 dB comparativement au Turbo code utilisé dans le système LTE.

MU-MIMO[modifier | modifier le code]

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.

Full-duplex[modifier | modifier le code]

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 digitale. Les tests ont prouvé que le Full-Duplex peut permettre 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[modifier | modifier le code]

Les futures générations de réseaux mobile 5G[réf. nécessaire]
Génération Acronyme Description Version des normes 3GPP[13],[14] 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[15] à l'arrêt / - / -

Recherche, tendances et prospective[modifier | modifier le code]

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).

Lors du Mobile World Congress 2014 a été présenté le Tethercell[16], un dispositif qui fait de presque n'importe quel appareil à piles un objet compatible Bluetooth (une pile AA associée au Tethercell transforme la pile en « batterie intelligente », programmable et contrôlable à distance ou capable d'alerter avant que le dispositif ne manque d'énergie).

De grandes entreprises et des réseaux de chercheurs essayent d'imaginer et préfigurer une « 5G verte »[17],[18], 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 déjà fait la démonstration d'une pré-version de sa technologie 5G. L'entreprise de télécommunication avait alors atteint un débit de 5 Gbit/s[19][réf. insuffisante].

Financements[modifier | modifier le code]

En mars 2013, la Commission européenne annonce 50 millions d'euros de subventions pour des projets liés à la 5G[20]. La Commission supervise et cofinance le consortium Metis (partenariat public-privé[21] 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[22].

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 Wold Congress de 2011 et 2012[23]. Dans ce cadre, Huawei a mis en place un centre en mathématiques et algorithmiques de 70 personnes à Paris autour de la 5G dirigée par le professeur Mérouane Debbah.[24],[25],[26]

Début 2014, la Corée du Sud a annoncé investir 1,1 milliard d'euros pour la mise en place de la 5G en 2020[27].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  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. a et b (en) Basulto D (2014) Five reasons to get excited about 5G networks, News prospecrtive, 25 février 2014.
  8. (en)Vajjiravelu S & Punitha A (2013) Survey on wireless technologies and security procedures. In Information Communication and Embedded Systems (ICICES), février 2013, International Conference on (p. 352-355). IEEE (résumé).
  9. (en) Samsung to offer 5G service by 2020 - Yonhapnews Agency, 12 mai 2013.
  10. (en) Samsung wants to offer 5G in 2020, speeds of 1 Gbit/s reached in tests - pocket-lint.com, 12 mai 2013.
  11. Téléphonie mobile : Samsung teste avec succès un réseau 5G à 1 Gbit/s - Marc Zaffagni, Futura-Sciences.com, 15 mai 2013.
  12. [1]
  13. (en)http://www.3gpp.org/
  14. (en)http://www.3gpp.org/ftp/Information/WORK_PLAN/Description_Releases/
  15. http://www.lachainetechno.tv/videos/la-chine-prepare-la-5g/ - Siège de Huawei à Shenzhen, 7 novembre 2013.
  16. Présentation du Tethercell, mis en ligne en 2013, consulté le 3 mars 2014.
  17. (en)Wang LC & Rangapillai S (2012) A survey on green 5G cellular networks. In Signal Processing and Communications (SPCOM), 2012 International Conference on (p. 1-5). IEEE ; (ISBN 978-1-4673-2013-9) (résumé).
  18. (en)News Toward Green 5G Mobile Networks (5GrEEn) - new project launched, 18 janvier 2013 (résumé), EIT ICT Labs IVZW.
  19. http://www.zdnet.fr/actualites/la-5g-dans-les-starting-blocks-les-objets-connectes-en-ligne-de-mire-39813730.htm
  20. « Télécoms : Bruxelles déjà en piste pour la « 5G » », Les Échos,‎ (consulté le 6 mars 2013).
  21. liste des partenaires de METIS, consultée 3 mars 2014.
  22. 5G : Bruxelles accentue ses efforts - Numerama, 21 décembre 2013.
  23. Huawei toutes voiles dehors vers la 5G - Johann Breton, lesnumeriques.com, 7 novembre 2013.
  24. (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
  25. (en) E. Bjornson, E. G. Larsson et M. Debbah, « Massive MIMO for Maximal Spectral Efficiency: How Many Users and Pilots Should Be Allocated? », IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 15, no. 2, IEEE,‎ (consulté le 2 mars 2016), p. 1293-1308
  26. (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
  27. « La Corée du Sud investit plus d'un milliard d'euros dans la 5G », sur lemonde.fr,‎ (consulté le 21 mai 2015).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]