5G : tout ce que vous devez savoir sur le futur réseau mobile

La 5G soulève beaucoup de questions, auxquelles nous apportons ici de premières réponses.

La 5G peut sembler être une obscure technologie de connexion qui n’arrivera que dans plusieurs années. Ce n’est pas vraiment vrai. La 5G est à nos portes, et elle amène avec elle de nombreuses technologies et nouveautés : beam forming, massive MIMO, ondes millimétriques, latence de quelques millisecondes, explosion des débits, Internet des objets, automobile autonome, cloud computing, 4K et même… 8K.

Nous vous avons demandé si vous aviez des questions à propos de la 5G, et nous répondons en détails aux meilleures d’entre elles.

 

C’est quoi la 5G ?

https://twitter.com/CorentinJL/status/840207074457993221

La 5G est la prochaine génération de réseaux de téléphonie mobile. Elle viendra compléter la 4G, et à termes elle remplacera la 2G, 3G mais aussi la 4G. La 5G sera naturellement disponible sur nos smartphones, mais elle profitera également aux objets connectées, à l’automobile ainsi qu’aux réseaux domestiques. A l’image des premières box 4G, comme Bouygues Telecom et Orange, la 5G sera proposée pour notre réseau fixe. 

La 5G répond ainsi à plusieurs problématiques : l’augmentation des débits, nécessaire pour les nouveaux usages numériques, la réduction de la latence mais aussi la densification du réseau. La 5G aura donc une capacité supérieure à la 4G, ce qui sera particulièrement utile pour les zones denses comme les centres villes, les aéroports ou encore les stades.

 

La 4G prend du temps à se déployer, pourquoi parle t-on déjà de 5G ?

Le déploiement à grande échelle de la 4G a débuté en 2013 en Europe, et un peu plus tôt dans le monde. La Corée du Sud a bénéficié d’une première commercialisation grand public en 2011. Depuis, la couverture 4G augmente, les opérateurs suivent un plan de déploiement mis en place par l’ARCEP. D’ailleurs, ce dernier communique tous les mois les chiffres concernant les antennes mis en fonctionnement, et les antennes validées. Cela permet de suivre l’évolution du réseau.

Opérateurs	Bouygues	Free	Orange	SFR
Couverture mobile du territoire	82%	73%	85%	73%
Couverture 4G	31%	26%	35%	21%
Couverture 3G	80,0%	82,6%	92,6%	91,9%
Couverture 2G (au 01/2016)	90,7%	96,6%	97,8%	95,8%
Streaming parfait d'une vidéo de 2 minutes (YouTube)	67%	45%	81%	67%
Appel parfait	92%	91%	96%	93%
SMS	90%	92%	94%	93%
Débit de téléchargement moyen (3G/4G)	18 Mbps	12 Mbps	28 Mbps	12 Mbps
Pages web chargées en moins de 10 secondes	79%	69%	87%	82%

Orange dispose pour le début d’année 2017 de la meilleure couverture 4G avec 88 % de la population. Si l’on s’attache à la couverture du territoire, en avril 2016, Orange couvrait 35 % du territoire avec son réseau 4G contre 31 % pour Bouygues Telecom, 26 % pour Free Mobile et 21% pour SFR. C’est encore insuffisant, de nombreuses villes et régions ne sont pas encore correctement couvertes. Les opérateurs mobiles sont dans l’obligation de suivre un calendrier chiffré, que vous trouverez dans les tableaux ci-dessous. On peut estimer que la très grande partie de la population française pourra profiter de la 4G en 2020, même si le calendrier de déploiement est prévu au delà. 

Pour rappel, la standardisation de la 4G remonte à 2008, où les spécifications « IMT-Advanced » (International Mobile Telecommunications Advanced) pour les normes 4G furent ratifiées. Quant à la standardisation de la 5G, elle est en cours d’élaboration, avec un premier déploiement prévu pour le moment en 2020. Il est donc normal de s’y intéresser dès maintenant, la 5G sera ensuite déployée pendant près de 15 ans entre 2020 et 2035.

 

Quelles sont les nouveautés de la 5G par rapport à la 4G ?

Une des questions les plus intéressantes. La 5G doit répondre à plusieurs problématiques, comme nous l’indiquions au début du dossier. Premièrement, elle accompagne l’augmentation des débits pour apporter ce que l’on appelle le Très Haut Débit mais aussi le Ultra Haut Débit. Cette augmentation de débit sera utile pour divers usages : la réalité virtuelle, le contenu à très haute définition (4K, 8K), le cloud (plusieurs Go et To à transférer) et ainsi de suite.

Ensuite, elle permet de réduire la latence, la réactivité du réseau. Cela va permettre d’accéder à de nouveaux services et d’améliorer des services actuels. C’est le cas du cloud computing, comme l’offre de cloud gaming Shadow, qui sera accessible en mobilité.

Enfin, la 5G va s’intéresser à la densification du réseau : en offrant une meilleure capacité, elle permettra de connecter plus d’appareils tout en assurant une qualité de connexion et une fiabilité de fonctionnement. Ce qui permettra aux millions d’objets connectés de fonctionner, mais aussi à des dizaines de milliers d’utilisateurs d’accéder au réseau dans des zones très denses, comme un stade par exemple.

 

Comment va évoluer la 4G en attendant la 5G ?

La 4G n’est pas morte, loin de là. Depuis deux ans, nous parlons de LTE Advanced, que l’on retrouve sous les termes de 4G+ ou 4.5G en fonction des offres et des régions.

L’idée de la LTE-Advanced est d’améliorer la technologie actuelle, la LTE (Long Term Evolution), afin d’atteindre les exigences de la véritable 4G telles que définies par l’Union Internationale des Télécommunications (UIT). Ce qui nous permet désormais d’atteindre un débit maximal de 1 Gbps (100 Mbps en mouvement), en fonction des régions du monde. En France, Orange propose ainsi des débits jusqu’à 300 Mbps, Bouygues Telecom teste le 1 Gbps mais n’est pas capable de la proposer aujourd’hui à ses clients.

La LTE-Advanced utilise la technologie d’agrégation de porteuses. Autrement dit, on combine les différentes blocs de fréquences entre eux pour augmenter la bande passante. Cette technologie va permettre de combiner des porteuses à l’intérieur de la même bande de fréquence (2600 MHz par exemple, on parlera d’agrégation intra-bande), mais également des porteuses de bandes différentes, par exemple 800MHz + 2600 MHz (agrégation inter-bande).

L’agrégation inter-bande répond bien à la difficulté pour les autorités de mettre à disposition de grandes largeurs de bandes contiguës, dans un spectre limité. En France, avec l’ensemble des blocs actuellement à disposition des opérateurs, et en considérant la réallocation des fréquences 1800 MHz encore utilisées pour la 2G, nous pourrons au final espérer que la LTE-Advanced (sans micro-cells, ni second dividende) atteigne 1500 Mbps pour Orange, 1350 Mbps pour SFR, Bouygues Telecom et Free Mobile.

La 4G n’est donc pas morte puisque les équipementiers et les constructeurs mettent en avant de nombreuses technologies que nous avons déjà abordées par le passé. C’est notamment le cas de la LTE-U (LAA en Europe), on peut aussi citer le LTE Broadcast ou encore le LTE Direct qui permet aux appareils de se connecter entre eux.

D’ailleurs, certains opérateurs utiliseront sans doute le terme 5G pour parler de 4G+, comme le font déjà certains opérateurs américains. Malheureusement, nul ne peut interdire d’utiliser le terme « 5G » à des fins de marketing, tant que celui-ci ne constitue pas le nom officiel d’un réseau réel.

 

Les constructeurs attendent-ils la 5G pour innover ?

https://twitter.com/actu_des_bleus/status/839908908294615040

C’est vrai, le dernier Mobile World Congress – le plus gros salon dédié à la mobilité – était décevant. Les objets connectés, montres intelligentes, tablettes, smartphones… les innovations ne sont pas transcendantes ces derniers temps. Les constructeurs affinent le design des smartphones, avec des bordures plus fines, ils permettent de recharger plus rapidement les smartphones avec la charge rapide (mais n’améliorent pas l’autonomie), et la photographie bénéficie de quelques améliorations : les constructeurs rajoutent des capteurs à l’arrière, ils augmentent la taille des photosites… rien de révolutionnaire à se mettre sous la dent.

Effectivement, la 5G apportera des réponses pertinentes aux problématiques actuelles. La 5G est également un excellent moyen pour les opérateurs et les constructeurs d’augmenter le volume de ventes, mais aussi les marges des produits et des offres. Il paraît donc évident que de nombreuses innovations sont liées au développement de la cinquième génération de réseau mobile.

 

Quelles fréquences radio pour la 5G ?

https://twitter.com/maxoouch/status/839862116215578624

Les fréquences sont une ressource rare et disputée. Rare, car c’est une ressource qui n’est pas illimitée. Disputée, car elles sont utiles aux militaires mais aussi pour le grand public, la recherche et de nombreux autres domaines. Il est certainement temps de revenir aux basiques : une onde radio est classée en fonction de sa fréquence (que l’on exprime en Hz ou cycles par seconde). L’ensemble des fréquences constitue le spectre radiofréquence, lui même divisé conventionnellement en bandes. Les fréquences sont donc divisées en bandes, des basses fréquences aux hautes fréquences. Radio AM et FM, réseaux privés et militaires, radio-navigation, micro-onde, GSM, GPS, satellite, télévision, aéronautique… les utilisations sont très diverses en fonction des fréquences et des longueurs d’onde.

Pour la 5G, il est nécessaire d’avoir un spectre radio fréquence important pour proposer des débits élevés mais aussi répondre efficacement aux problématiques du réseau : capacité, latence, autonomie… la 5G utilise donc des ondes UHF (ultra haute fréquence) que l’on retrouve déjà pour le réseau GSM et la 4G. Mais, ce n’est pas tout. La 5G utilisera également les ondes SHF (super haute fréquence), que l’on appelle également ondes centimétriques et millimétriques. Elles se trouvent plus haut dans le spectre (les fréquences entre 3,5-6 et 20-50 GHz reviennent souvent). Ce qui est plus facile pour trouver de larges blocs disponibles. Il est également question d’utiliser la bande 26 GHz pour proposer de l’ultra haut débit. 

Pour rappel, la 4G en France utilise les bandes comprises entre 700 et 2600 MHz. Plus la fréquence utilisée est basse, plus elle porte loin et mieux elle pénètre dans les bâtiments.

L’Arcep est en train de s’occuper de mettre aux enchères les bandes de fréquence. La bande 700 MHz sera réservée pour la 5G en Europe. Afin de s’assurer de l’adhésion de tous les pays, les états membres auront jusqu’à 2020, pour libérer la bande de fréquences des 700 MHz afin qu’elle puisse être réattribuée aux réseaux mobiles 5G. C’est par exemple déjà en cours en France, où la bande 700 MHz utilisée par la TNT est en train d’être libérée pour les réseaux 4G et 5G. Il est également question des bandes 2300 MHz et 2600 MHz. 

Enfin, récemment, la FCC (la Commission fédérale américaine en charge des communications) a suggéré d’utiliser les hautes fréquences (à savoir les bandes de 28, 37, 49 et 64 à 71 GHz) pour le mobile. La Conférence Mondiale des Radiocommunications a autorisé la planification et l’utilisation de ces longueurs d’onde pour le mobile d’ici 2019.

Pour les premiers tests, Orange et Ericsson ont travaillé avec des ondes centimétriques (fréquences entre 3 et 30 GHz). 

 

Qu’est-ce que les small cells ?

Les small cells (ou petites cellules) sont de petites antennes réseaux. C’est une des technologies qui sera utilisée pour le déploiement de la 5G. En multipliant le nombre de small cells, ainsi que le nombre d’antennes sur chaque small cells, cela permet de diminuer le nombre d’utilisateurs connectés à chaque antenne mais aussi de permettre à chaque antenne de mieux cibler un utilisateur. C’est particulièrement utile dans des zones denses, mais aussi pour couvrir l’intérieur des bâtiments.

Les petites antennes seront donc très utiles en 5G, avec des ondes millimétriques qui portent beaucoup moins loin avec donc un besoin largement plus massif en nombre d’antennes. Avec l’utilisation de bandes de fréquences supérieures, les ondes dites « centimétriques » et « millimétriques » (de 3 à 30 GHz et 30 à 300 GHz) permettent d’avoir des cellules plus petites. En effet, plus on vise des ondes hautes, plus les cellules qui constitueront l’antenne sont petites.

 

La 5G émet-elle plus loin que la 4G ? Quid dans les bâtiments ?

La 5G utilisera des small cells qui permettront de mieux cibler un utilisateur. C’est ce que l’on appelle la focalisation (beamforming en anglais). Pour mieux comprendre : dites vous que l’antenne réseau émet un faisceau lumineux comme une lampe de poche. En 4G, la lampe émet un signal diffus éclairant une large surface, la lumière porte moins loin. En 5G par contre, le signal sera plus précis et le faisceau plus condensé vers un point précis ce qui permet de porter plus loin, avec une puissance équivalente. Orange a simulé l’utilisation de la 4G et de la 5G à Chatelet (Paris), un lieu très dense en population. On peut ainsi mieux comprendre comment l’utilisation de la 5G permettra de couvrir plus intelligemment une zone.

Pour les bâtiments, il faudra recourir aux small cells (voir plus haut) mais aussi aux femtocells. Cette technologie permet de faire converger les réseaux fixe et mobile pour améliorer la couverture indoor des réseaux de téléphonie mobile.

 

Quels pays utilisent la 5G ?

Pour le moment, aucun. Certains opérateurs américains annoncent déployer de la 5G en 2017, mais il s’agit en réalité de LTE Advanced (4G+). Orange annonce un déploiement entre 2020 et 2022, mais nous ne serons pas les premiers à bénéficier de la 5G. La Corée du Sud a l’intention de mener les premières expérimentations de la norme durant les Jeux Olympiques d’hiver à Pyeongchang en 2018, pour un déploiement massif en 2019.

 

Quel débit pour la 5G ?

Orange a réalisé une démonstration impressionnante en fin d’année 2016, avec l’aide d’Ericsson, l’opérateur a atteint un débit de 15 Gbps en 5G. Bien sûr, pour le moment ce test est réalisé dans des conditions optimales. Ce débit sera également partagé entre les utilisateurs de l’antenne en question. En réalité, il faudra certainement s’attendre à un débit de 100 Mbps. En effet, le réseau pourra proposer des débits de 20 Gbps en téléchargement, mais avec une cible de 100 Mbps par utilisateur. En pratique, en 4G, si certaines antennes peuvent délivrer 300 Mb/s, la moyenne est de l’ordre de 30 Mb/s.

Pour l’ITU, un relais 5G doit être capable de proposer un débit descendant minimal de 20 Gbps et un débit montant de 10 Gbps. Ce chiffre est énorme, puisqu’une station de base 4G n’est pas capable de monter au-delà de 1 Gpbs pour le moment, dans le meilleur des cas. Il ne faut toutefois pas compter sur un débit aussi élevé pour les utilisateurs finaux.

L’ITU requiert qu’en 5G, les équipementiers et les opérateurs délivrent un débit de 100 Mbps en réception et 50 Mbps en émission par utilisateur. Ce chiffre peut paraître faible, mais il est en réalité très élevé, puisqu’en 4G, le débit moyen par utilisateur en France était en juillet 2016 de 30 Mbps dans les zones denses et de seulement 6 Mbps dans les zones rurales, selon l’ARCEP. La 5G devrait donc permettre d’augmenter considérablement les débits de tous les utilisateurs.

Ce débit pourra ensuite augmenter au fur et à mesure, et passer la barre des 1 Gbps (débit descendant) par utilisateur au fur et à mesure du déploiement de la 5G et de l’amélioration des technologies utilisées dans nos appareils connectés.

 

Pourquoi un logo aussi moche pour la 5G ?

C’est une bonne question, nous n’avons pas la réponse.

 

Les forfaits seront-ils plus chers avec la 5G ?

Avec la 4G, les opérateurs mobiles en avaient profité pour augmenter les prix des forfaits, afin d’améliorer leur ARPU (le revenu moyen par utilisateur). Heureusement, l’arrivée de Free Mobile et des forfaits dits low-cost (B&YOU, Sosh, RED SFR) a rapidement permis à de nombreux utilisateurs d’accéder au réseau 4G avec des forfaits à bas prix. Pour la 5G, il est évident que les opérateurs vont devoir faire évoluer leurs offres : il va falloir offrir plus de quantité de données mensuelle, pour profiter des débits offerts sur les nouveaux services. Ils seront sûrement tentés d’augmenter les prix et de différencier les offres en fonction de la qualité du service offert.

 

Quels usages pour la 5G avec autant de débit ? 

Plus de débit, moins de latence et plus de capacité. La 5G permettra d’accéder, dans un premier temps, aux services offerts par les connexions Très Haut Débit comme la fibre optique. Réalité virtuelle, la réalité augmentée, la réalité mixte, le live vidéo, l’ultra haute définition (4K et 8K), le cloud computing, le cloud gaming… ces usages nécessitent des débits importants et une latence faible. Les objets connectés seront également les premiers à bénéficier de ce nouveau réseau, dans un premier temps avec le LTE-M, et plus tard avec la 5G. Chaque relais réseau pourra ainsi accueillir les connexions simultanées de milliers d’objets connectées, grâce à la multiplication des antennes. Les voitures pourront plus facilement accéder à des fonctions d’auto-pilote grâce à la réduction de la latence, ce qui permet aux véhicules de communiquer plus rapidement entre eux mais aussi avec l’environnement (un feu rouge, par exemple). 

Il est évident que les usages et services qui profiteront vraiment de la 5G arriveront avec de nouveaux appareils, des objets connectés comme des robots domestiques, des écrans 4K sur nos smartphones et nos tablettes et des casques de réalité mixte mobiles. Avec Shadow ou NVIDIA GeForce Now, il sera possible de se connecter de n’importe où à un PC puissant. 

 

La 5G va t-elle consommer plus de batterie ?

Les acteurs des télécoms parlent de réduction de la consommation, puisque le livre blanc de l’alliance NGMN émettait le souhait de voir l’autonomie des smartphones portée à trois jours. Pour les objets connectés peu gourmands en énergie, ils évoquaient même une autonomie de 15 années. Comment y parvenir ? Pour le moment, c’est encore assez flou, mais les pistes sont nombreuses : réduction du débit, instauration de créneaux pendant lesquels les appareils seront allumés, à l’image de LoRa et Sigfox.

 

Quel risque pour la santé ?

Avec l’augmentation du nombre d’antennes et l’utilisation de nouvelles bandes de fréquences, il est normal d’avoir peur que nos villes deviennent des micro-ondes géants à l’air libre. Aujourd’hui, on applique un principe de précaution. Les seuils d’exposition fixés pour le grand public sont ainsi 50 fois plus faibles que les niveaux à partir desquels des effets sanitaires apparaissent. En réalité, la 5G pourrait nous exposer à moins d’ondes. En effet, avec l’arrivée des small cells, nos smartphones pourront mieux capter le réseau, ils ne sont pas obligés d’émettre avec plus de puissance pour se connecter à l’antenne. Enfin, grâce à la focalisation (beamforming en anglais), nous serons soumis à moins d’ondes. 

 

La 5G est-elle compatible avec la neutralité des réseaux ?

Quand on parle de neutralité… il y a en effet la neutralité des réseaux comme l’évoque Guillaume. Liberté d’usage, plus de transparence, plus de suivi… Les opérateurs et autres acteurs du marché vont devoir concevoir des architectures réseaux pour faciliter le transite des données. Certaines données sensibles, comme les données issues de l’automobile connectée, doivent être rapidement transmises aux serveurs pour faciliter les prises de décision avec le plus de fiabilité possible. C’est vital pour la conduite autonome. Pour les services de cloud computing, les différents acteurs doivent conclure des accords pour faciliter l’accès aux infrastructures réseaux afin de réduire la latence. Amazon, Google, Microsoft, Apple… ont ainsi des tuyaux dédiés pour garantir une qualité de service. 

Aujourd’hui, les pratiques des opérateurs, et notamment Free, vis-à-vis de YouTube et Netflix soulèvent déjà d’ailleurs quelques interrogations. Pour rappel, la neutralité des réseaux exigent aucune discrimination à l’égard de la source, de la destination ou du contenu de l’information transmise. Pourtant avec la 5G, les opérateurs commencent déjà à nous mettre en garde : selon eux, la mise en place actuelle de la neutralité du Net pourrait mettre à mal les retours sur investissement pour la 5G. C’est mal parti.

 

Quand est-ce que les premiers smartphones 5G sont prévus ?

Qualcomm et Intel planchent déjà sur les premiers modems mobiles 5G. Le Snapdragon X50 sera disponible à partir de 2018. Répondant au doux nom de Snapdragon X50, le modem de Qualcomm a été conçu pour fonctionner dans la bande millimétrique (mmWave) 28 GHz. Celle-ci va lui permettre d’atteindre 5 Gbps (soit 5 000 Mbps !) lorsque notre 4G+ actuelle peine à dépasser les 300 Mbps. Ce débit est atteint grâce à l’utilisation d’une bande passante énorme, de 800 MHz de largeur, lorsque la 4G+ utilise quelques dizaines de MHz tout au plus.

Puisque l’utilisation d’une bande de fréquence millimétrique réduit la zone de couverture, Qualcomm compte utiliser la technique du MIMO et du beamforming. La première permet d’intégrer de nombreuses antennes dans l’appareil alors que la seconde permet de canaliser le signal radio depuis le terminal vers l’antenne de l’opérateur afin d’éviter au signal de se perdre dans la nature. 

Intel est également de la partie, ainsi que MediaTek. Il faudra théoriquement attendre 2018 pour voir arriver les premiers appareils 5G, 2019 pour leur commercialisation. En attendant, les smartphones proposent déjà des modems 4G LTE Gigabit qui vont nous permettre d’atteindre un débit descendant théorique de 1 Gbps sur certains réseaux grâce à la LTE Advanced. ZTE a fait la démonstration d’un smartphone à 1 Gbps, avec la puce qui sera intégré au Samsung Galaxy S8.

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