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 mille 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 , 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 , 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 , le LETI annonce le déploiement sur le complexe Minatec d'un réseau 5G afin de tester une nouvelle forme d'onde multiporteuse[8]. Le même mois, Orange, en partenariat avec le géant Suédois Ericsson, devient le premier opérateur français à réaliser un test de la 5G. Les résultats sont bluffants et permettent d'atteindre un potentiel 75 fois supérieur à celui de la 4G[9]. Cette performance est toutefois à prendre avec précaution puisque les conditions optimales du laboratoire dans lequel s'est déroulé le test ne permettent pas de garantir un tel débit dans un environnement lambda.

En France, le , 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 (3 400 à 3 800 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[10].

Début , l'ARCEP a autorisé Free Mobile à tester des technologies 5G[11] dans les bandes de 3,6 GHz à 3,7 GHz dans la ville de Paris à la mi-.

En , Telecom Italia Mobile signe un accord avec le gouvernement du micro-État Saint-Marin en vue de faire passer son réseau 4G en 5G[12].

En , les 28 ministres des télécommunications de l'Union européenne 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[13] ».

Le , 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[14].

En , 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[15].

En , Vodafone et Ericsson font une démonstration en Irlande des pré-standards de la 5G. Une autre démonstration montre le contrôle à partir des USA d'un drone en Angleterre, par le réseau 5G. D'autres démonstrations ont eu lieu depuis, notamment en France et en Suède.

En , des acteurs européens[Qui ?] dénoncent la lenteur du déploiement de la 5G[16],[17] en Europe suite à de nombreux désaccords sur les licences d’utilisations des bandes radioélectriques et à la complexité du processus décisionnel européen[18].

Toutefois, les démonstrations continuent de montrer l'avancement des travaux, comme en avec Telefónica et un véhicule connecté.

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[19]), mais aussi concernant de possibles effets pervers du très haut débit dans les domaines de la vitesse de l'information sécurité informatique[20], 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).

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[19].

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 , 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[21],[22],[23].

En 2015, le Centre de l’université du Surrey, en Grande-Bretagne, a annoncé avoir réussi à atteindre un débit d'un Tbit/s[24][réf. insuffisante] (1 térabit par seconde) 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 des efficacités spectrales en liaison descendante de 50 bit/s/Hz et une capacité en nombre de liens[Quoi ?] multipliée par 3 en liaison montante sur des fréquences inférieures à 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 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[modifier | modifier le code]

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[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.

Ondes millimétriques en 5G[modifier | modifier le code]

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 et aux faisceaux hertziens. L'une des raisons de cette restriction repose sur le fait que les ondes millimétriques subissent plus atténuations : path loss ou affaiblissement de propagation. Vu que la formule de Friis (le calcul peut être établi ici[25]) indique que les pertes de propagation en espace libre sont 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 associées.

Importance dans le cadre de la cinquième génération[modifier | modifier le code]

  1. Larges bandes possibles en hautes fréquences : ce point est important dans le cadre de la 5G, vu la croissance de la demande en hauts débits. L’ultra wideband, une technique appliquée dans certaines communications sans fil, permet des taux de transfert de données élevés[réf. souhaitée] tels que demandés par la 5G.
  2. Spectre électromagnétique disponible. Vu l'épuisement des ressources spectrales, les bandes de fréquences allouées sont le sujet de débats importants. La question se pose également pour la 5G où les bandes utilisées ne sont pas encore définies ; les bandes millimétriques peuvent être considérées comme une 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 les coûts associés. Ces avantages sont vitaux dans le cadre de la 5G[réf. souhaitée].

Domaines d'application[modifier | modifier le code]

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 de substances ainsi que beaucoup d'autres.

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 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[modifier | modifier le code]

Les futures générations de réseaux mobile 5G[réf. nécessaire]
Génération Acronyme Description Version des normes 3GPP[26][réf. insuffisante],[27][réf. insuffisante] 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[28][réf. insuffisante] 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).

De grandes entreprises et des réseaux de chercheurs essayent d'imaginer et préfigurer une « 5G verte »[29],[30], 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[31],[32].

En , 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[33].

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[34].

Financements[modifier | modifier le code]

En , la Commission européenne annonce 50 millions d'euros de subventions pour des projets liés à la 5G[35]. La Commission supervise et cofinance le consortium Metis (partenariat public-privé[36] contractuel de recherche « cPPP »), et a annoncé (en ) 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[37].

En , 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 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[38]. 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[39],[40],[41].

Début 2014, la Corée du Sud a annoncé investir 1,1 milliard d'euros pour la mise en place de la 5G en 2020[42],[43],[44]

En août 2018, Samsung investit dans des technologies d'avenir. Le conglomérat annonce le 8 août qu'il va injecter 19 milliards de dollars dans des programmes liés à l'intelligence artificielle et la 5G.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Gupta P ()[Quoi ?], Evolvement of mobile generations : 1G To 5G[PDF], International Journal For Technological Research In Engineering vol. 1, no 3, ISSN:(Online):2347-4718.
  2. Rapport de prospective Technologies clés 2020[PDF], publié en .
  3. Le Monde (2014) La 5G devrait vous faire rêver daté du .
  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 .
  7. ZDnet (2016) Rennes va tester la 5G daté du .
  8. (en) « Leti To Demonstrate New Multicarrier Waveform For 5g Networks On Minatec Campus », sur embedded-computing.com, (consulté le 14 mai 2017).
  9. « 5G : Orange et Ericsson atteignent un débit de 15 Gbit/s lors d'une démonstration », MonPetitForfait,‎ (lire en ligne).
  10. 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 arcep.fr, le .
  11. Free Mobile a été autorisé à expérimenter son réseau 5G frandroid.com, le .
  12. (en) San Marino set to become first country upgraded to 5G nationwide. Financial Times.
  13. (en) « 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).
  14. (en) « Verizon to launch 5G residential broadband services in up to 5 markets in 2018 », Verizon Communications Inc., (consulté le 30 novembre 2017).
  15. AT&T promet de la 5G mobile dès fin 2018, generation-nt.com.
  16. « La 5G en panne en Europe », euractiv.com,‎ (lire en ligne).
  17. « Télécoms : l'Europe à la traîne dans la 5G - Les Échos », sur www.lesechos.fr (consulté le 16 mars 2018).
  18. « Les lourdeurs du trilogue européen pointées du doigt », nextinpact.com,‎ (lire en ligne).
  19. a et b (en) Basulto D (2014) Five reasons to get excited about 5G networks, News prospecrtive, .
  20. (en)Vajjiravelu S & Punitha A (2013) Survey on wireless technologies and security procedures. In Information Communication and Embedded Systems (ICICES), , International Conference on (p. 352-355). IEEE (résumé).
  21. (en) Samsung to offer 5G service by 2020 - Yonhapnews Agency, .
  22. (en) Samsung wants to offer 5G in 2020, speeds of 1 Gbit/s reached in tests - pocket-lint.com, .
  23. Téléphonie mobile : Samsung teste avec succès un réseau 5G à 1 Gbit/s - Marc Zaffagni, Futura-Sciences.com, .
  24. [1].
  25. (en) « Friis Transmission Equation Calculator », sur random-science-tools.com, (consulté le 30 mars 2017).
  26. (en)[2].
  27. (en)[3].
  28. [4] - Siège de Huawei à Shenzhen, .
  29. (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).
  30. (en)News Toward Green 5G Mobile Networks (5GrEEn) - new project launched, (résumé), EIT ICT Labs IVZW.
  31. (en)La 5G dans les starting-blocks zdnet.fr, le
  32. (en) Ericsson hits crazy-fast 5Gbps wireless speed in 5G trial/ cnet.com, 01/07/2014.
  33. « 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).
  34. Saint-Marin sur le point de devenir la première nation 5G lesechos.fr, mis en ligne le , consulté le .
  35. « Télécoms : Bruxelles déjà en piste pour la « 5G » », Les Échos, (consulté le 6 mars 2013).
  36. liste des partenaires de METIS, consultée .
  37. 5G : Bruxelles accentue ses efforts - Numerama, .
  38. Huawei toutes voiles dehors vers la 5G - Johann Breton, lesnumeriques.com, .
  39. (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.
  40. (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.
  41. (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.
  42. « La Corée du Sud investit plus d'un milliard d'euros dans la 5G », sur lemonde.fr, (consulté le 21 mai 2015).
  43. « 5G : Orange et Bouygues Telecom ont obtenu le feu vert de l’Arcep ! », sur actu.meilleurmobile.com, .
  44. « 5G : la France représente bien l’Europe aux côtés du Royaume-Uni et de l’Allemagne », sur actu.meilleurmobile.com, .

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]