La 5G

L’année 2012 a été marquée par le début du déploiement de la 4G en France. La 4G constituait la 4^ème génération de réseaux mobiles succédant à la 1G, la 2G et enfin la 3G. Chacune de ces générations a été porteuse d’un développement de technologies nouvelles et de fonctionnalités associées. La 1G a permis le développement des communications téléphoniques et la 2G l’apparition de services de données mobiles comme l’envoi de messages via ces réseaux : le SMS était désormais possible. La génération suivante, la 3G a quant à elle permis de commencer à utiliser les réseaux mobiles pour la navigation internet. C’est là que nous revenons à la 4G permettant quant à elle d’utiliser les smartphones de dernière génération pour le streaming de vidéos en haute définition. Chaque transition d’une génération à l’autre est synonyme majoritairement d’augmentation des performances et des débits de données impliquant de facto l’amélioration des services existants et même l’apparition de nouveaux services qui deviennent possibles uniquement grâce à l’augmentation de ces débits de données.

Ce bref rappel historique en ce qui concerne les générations de réseaux mobiles nous conduit tout droit à ce qui se passe en ce moment. Vous en en avez probablement entendu parler, mais huit ans après le début du déploiement de la 4G en France et alors que sa couverture est loin d’être globale sur l’ensemble du territoire, cette année 2020 est l’année du lancement officiel de la 5G en France. Autant le préciser de suite, nous sommes ici pour parler de la technologie en elle-même, de son fonctionnement et de ce qu’elle impliquera potentiellement en termes d’évolution de notre société par les nouvelles possibilités qu’elle pourra nous offrir et les nouvelles applications dont elle pourra nous faire bénéficier. Si vous êtes intéressés pour vous faire une opinion sur ce qui constitue un débat à chaque sortie d’une nouvelle technologie impliquant les ondes électromagnétiques, à savoir les risques éventuels pour notre santé, l’augmentation potentielle des risques pour la protection de nos données personnelles ou encore l’impact environnemental que constitue l’augmentation toujours croissante de la quantité de datas échangées à chaque instant sur notre planète, vous devriez trouver aisément des articles qui évoquent ces sujets. Vous pourrez également trouver des informations sur les enjeux politiques qui sont aujourd’hui évoqués quant à l’installation des réseaux 5G.

La 5G, comment cela fonctionne ?

La 5G part d’un postulat de départ qui est très simple : il nous est impossible d’augmenter les débits de données en continuant à utiliser les fréquences utilisées par le réseau 4G. En effet, le nombre d’appareil connectés étant toujours croissant et les fréquences utilisées par les réseaux actuels se situant majoritairement sous les 3GHz (Gigahertz), ces plages de fréquences sont saturées et le nombre d’interférences est en constante augmentation. Pour cela, la 5G va utiliser des plages de fréquence qui devraient se situer au-delà des 6GHz et s’étendre jusqu’à 300GHz. Cependant, il faut préciser que lors de son lancement la 5G devrait utiliser plutôt les plages de fréquences situées entre 3 et 6GHz. Ces plus hautes plages de fréquences concentrent ce que l’on appelle des ondes millimétriques. L’intérêt ici est double. D’une part, en utilisant une plage de fréquences plus large et relativement peu utilisée, on s’assure de désengorger de manière plus pérenne le réseau et donc de rendre les communications plus fluides en limitant les ralentissements pour les utilisateurs. Le fait d’utiliser des fréquences plus hautes permet également d’augmenter la quantité de données que l’on pourra transmettre.

Nous tenons ici un des fondements de la 5G. Malheureusement, les ondes millimétriques servant à transporter ces données ont un défaut majeur : elles ont une portée très faible et ne traversent pas les obstacles qui peuvent se dresser sur leur route contrairement aux ondes utilisées par notre réseau 4G actuel. Ainsi, ces ondes se retrouvent aisément bloquées par des bâtiments ou des arbres. La solution à cela, appelée MIMO massif, est de déployer un réseau de petites antennes-relais qui permettront d’optimiser la réception réseau de l’utilisateur. En effet, une commutation sera effectuée de manière automatique par le terminal dès lors qu’il constatera une baisse significative de son réseau lors du déplacement de l’utilisateur en se connectant à une antenne dont l’emplacement est plus adéquat. Nous pouvons ainsi imaginer que dans le futur, de nombreux éléments constitutifs du mobilier urbain d’une ville soient transformés en antennes-relais afin d’optimiser la performance du réseau 5G.

Mais la 5G ce sera aussi l’utilisation d’algorithmes complexes afin d’analyser le déplacement des ondes dans l’espace et ainsi permettre de diriger plus précisément les ondes utilisées pour la transmission des données vers un terminal afin d’optimiser sa réception. Ceci va avoir pour objectif de contrer le problème qui va émerger du fonctionnement du réseau 5G à savoir le risque d’interférences causé à la fois par le nombre de terminaux connectés mais aussi le réseau de centaines de petites antennes dont nous parlions plus tôt. Cette technique appelée focalisation va permettre d’éviter des croisements d’ondes, sources d’interférences, en localisant plus précisément le terminal destinataire afin de lui envoyer le plus directement et avec le moins de dispersion possible les données. Ceci va également permettre une certaine économie d’énergie en n’émettant plus en permanence un signal mais en ne le faisant que lorsque cela est nécessaire.

Enfin, les débits promis par la 5G seront possible grâce à la technologie Full Duplex utilisée par les antennes. Nous avons parlé du MIMO massif dont l’acronyme MIMO signifie Multiple Input Multiple Output, ce qui veut dire en français multiples entrées et sorties. Ce principe permet de faire ce qu’il est impossible de faire avec les antennes 4G déployées aujourd’hui, envoyer et recevoir des données en même temps. Ceci permettra alors de participer à l’augmentation de la vitesse de transfert des données.

La 5G, pour quoi faire ?

Vous l’avez compris les technologies qui vont constituer les composantes majeures du fonctionnement de nos futurs réseaux 5G ont un but majoritaire : offrir des débits de données très nettement supérieurs à ceux que nous connaissons aujourd’hui. Mais la 5G aura aussi l’avantage d’offrir des temps de latence quasi nuls. Grâce à cela, vous pourrez recevoir les informations en temps réel contrairement aux réseaux 4G dont le temps de latence n’était pas négligeable et dont les performances sur ce point étaient fortement dépendantes du nombre d’appareils connectés sur le réseau.

Mais alors, à quel point est-ce plus rapide ? Il est assez difficile de le quantifier précisément car les débits sont toujours théoriques et dépendants comme vous l’avez compris d’un très grand nombre de facteurs. Cependant, on peut espérer des vitesses de transfert entre 10 et 15 fois supérieures à ce que nous connaissons aujourd’hui avec notre réseau 4G et une diminution du temps de latence avec à peu près le même coefficient. Nous pourrions en effet estimer grâce au potentiel de la 5G que les performances seront au moins équivalentes à ce qui est offert à certains d’entre nous qui sont déjà équipés chez eux d’une connexion câblée en fibre optique. Nous en profitons cependant pour préciser à tous ceux qui pourraient voir ici un potentiel remplaçant de la fibre optique pour la transmission des données, qu’il est très peu probable qu’il s’agisse d’autre chose que d’un complément. Le réseau de petites antennes-relais devrait d’ailleurs être relié aux moyens d’une connexion câblée en fibre optique.

Mais venons-en au potentiel de la 5G et tout ce qu’elle pourrait permettre et qui n’était encore possible jusqu’alors avec les technologies actuelles. L’IoT (Internet of Things), acronyme anglais pour désigner l’Internet des Objets (IdO) est l’un des secteurs sur lequel la 5G devrait avoir le plus d’impact. En effet, cela désigne l’ensemble des objets du quotidien connectés au réseau comme votre téléviseur mais aussi très prochainement une très grande partie de vos appareils électroménagers. La 5G apporte ici un potentiel d’absorption de ce volume d’appareils qui n’était pas envisageable jusque-là. Imaginez une entreprise disposant de centaines d’objets connectés ayant tous la possibilité d’échanger des informations entre eux. Grâce à la puissance de la 5G, l’ensemble de ces appareils pourront échanger ces données avec un excellent niveau de performance.

La 5G offre également la possibilité d’accélérer la mise en place des véhicules autonomes. La vitesse de transmission et le temps de latence minimal permettent de garantir que la communication entre les véhicules ou avec les objets connectés de leur environnement comme les feux rouges se fera en temps réel, évitant ainsi de perdre les précieux millièmes de secondes qui pourraient être fatals aux passagers d’un véhicule autonome qui interagirait avec son environnement par l’intermédiaire d’un simple réseau 4G. La médecine aussi pourrait bénéficier de cette technologie. La puissance de la 5G permettant la commande à distance de robots pour des interventions chirurgicales devrait ainsi faire gagner un temps précieux et faire faire des économies puisque personnel médical et patients n’auront plus besoin nécessairement de faire des centaines voire des milliers de kilomètres pour se rencontrer.

Mais la 5G sera aussi très probablement le moyen d’améliorer les performances pour le divertissement de ses utilisateurs. On peut par exemple citer son utilisation pour charger un film ou des vidéos haute définition en quelques secondes seulement, soit bien plus rapidement que ce que l’on peut faire aujourd’hui, ou encore jouer en ligne dans le Cloud à des jeux en haute définition et ce avec des temps de latence quasi nuls. Les utilisateurs n’auront ainsi plus besoin de disposer sur leur terminal de la puissance nécessaire pour faire fonctionner ces jeux mais seulement du débit offert par la 5G pour garantir l’affichage des images. La puissance de calcul nécessaire pour faire fonctionner le jeu vidéo en question sera fournie par un Data Center situé à des milliers de kilomètres de là. Elle pourrait aussi permettre le développement de la réalité virtuelle que ce soit dans le jeu vidéo ou encore pour la visite virtuelle de bâtiments par exemple. La simple connexion d’un casque de réalité virtuelle à son smartphone, lui-même connecté à un réseau 5G pourrait ainsi permettre de bénéficier de ces nouvelles fonctionnalités.

Vous l’aurez compris, les utilisations sont nombreuses et il est extrêmement difficile de prendre aujourd’hui la mesure de toutes les applications qui pourraient être développées grâce à la performance du réseau 5G et aux débits très importants qu’il offrira à ses utilisateurs. Une chose est certaine, le déploiement de la 5G devrait constituer une évolution majeure qui permettra de développer encore plus l’interconnectivité du monde et les possibilités qui nous seront offertes par nos objets du quotidien et ceux qu’il nous reste encore à concevoir…