La 5G, introduction et présentation générale des concepts techniques

Après avoir présenté l’évolution des réseaux mobiles de la 2G à la 4G (ci-après : https://www.digitalcorner-wavestone.com/2020/01/de-la-2g-a-la-4g/) cet article a pour objectif d’introduire les grands principes du nouveau réseau mobile, la 5G.

 

Une technologie de rupture

Contrairement à d’autres technologies de réseaux mobiles, la 5G est une technologie de rupture. Dès le début de sa conception, elle a été prévue afin de répondre à une multitude de cas d’usage, sur un périmètre large, adressant non seulement le grand public mais également les grands secteurs économiques pour des usages B2B.

La 5G a été construite autour de 8 indicateurs clés (KPI) dont les performances attendues sont toutes bien supérieures aux performances actuelles de la 4G.

 

 

Cependant, il ne sera pas possible de répondre à tous ces indicateurs à un instant donné. Par exemple, il n’est pas prévu d’avoir la possibilité d’offrir un débit de 20 Gigabits par seconde (20 Gbits/s) et une efficacité énergétique multipliée par 100.

https://archives.arcep.fr/uploads/tx_gspublication/rapport-enjeux-5G_mars2017.pdf

 

3 déclinaisons de la 5G

3 déclinaisons de la 5G sont prévues pour permettre les compromis nécessaires sur l’interface radio et couvrir un maximum d’usages :

  • Déclinaison #1 : uRLLC – Ultra Reliable Low Latency Communication (très faible latence) : cette catégorie comprend les communications ultra-fiables et à faible latence.
  • Déclinaison #2 : mMTC – Reliable Massive Machine Type Communication ou Massive IoT (Internet Of Thing). Cette catégorie permettra de connecter des objets très densément répartis sur le territoire, nécessaire à l’augmentation exponentielle du nombre d’objets connectés.
  • Déclinaison #3 : emBB – Enhanced Mobile Broadband (Gros Débit) : cette catégorie offre une connexion en ultra haut débit, nécessaire à certaines applications et services plutôt orientés grand public.

Exemples des cas d’usages couverts par les trois déclinaisons :

 

Afin d’atteindre les valeurs des KPI, un renouvellement de toutes les composantes de la chaine de communication est prévu

Un renouvellement de l’accès radio avec le déploiement de nouvelle antennes, appelées gNB (pour Next Generation NodeB), intégrant les technologies suivantes :

  • L’utilisation d’une nouvelle bande de fréquences : la bande des ondes millimétriques (>20GHz).
  • L’utilisation du Beamforming : permet de concentrer la puissance d’une antenne dans une direction.
  • L’amélioration des techniques MIMO (présentent en 3G et 4G) pour aller vers du Massive MIMO : antenne physique composée d’une grille  de micro-antennes.
  • Full-Duplex : permet d’émettre et recevoir sur la même fréquence. Précédemment les fréquences utilisées en émission et en réception étaient disjointes pour éviter un brouillage.
  • L’amélioration de l’utilisation de la ressource radio via l’utilisation de nouvelle technique de multiplexage NOMA : permet une distribution plus flexible et plus efficace de la ressource radio à plusieurs utilisateurs.

Le déploiement d’un nouveau cœur de réseau, appelé NGC (NextGen Core), intégrant notamment les nouvelles fonctionnalités suivantes :

  • Le Network Slicing : permet la mise en œuvre de réseaux virtuels en allouant les ressources requises (ressources radio, fonctions réseaux, capacités de traitement ou de stockage…) pour garantir les exigences spécifiques de chaque cas d’usage.
  • Le Multi-Access Edge Computing : permet de rapprocher les capacités de traitement de la donnée du terminal.
  • Le D2D (Device to Device) : permet une communication directe entre deux terminaux sans passer par le réseau cellulaire 5G.

Chacune de ces technologies sera détaillée dans les prochains articles.

 

Les fonctions et les améliorations de performances de la 5G vont arriver progressivement

Les spécifications techniques de la 5G sont réalisées par l’organisme 3GPP (3rd Generation Partnership Project) et sont publiées dans des papiers appelés « release ».

Plusieurs releases sont prévues pour la 5G et elles intégreront au fur et à mesure l’ensemble des spécifications techniques qui devraient permettre d’atteindre les KPI visés.

De façon macroscopique :

  • La 1ère version (release 15) intègre la première version des normes 5G et se concentre surtout sur le haut débit (eMBB).
  • La 2ème version (release 16), prévue pour mi-2020, intègrera notamment la très faible latence (uRLLC) et le Network Slicing.
  • La 3ème version (release 17), prévue pour fin 2021, traitera le massive IoT et apportera des améliorations sur l’uRLLC et sur le Slicing.

Les anciens réseaux mobiles, vont-ils disparaître ?

Non, les anciens réseaux mobiles existeront toujours.

La 5G va même, dans un premier temps, s’appuyer sur le réseau 4G, c’est le déploiement non-Stand-Alone. Dans ce type de déploiement, les antennes de la 5G (gNodeB) viennent s’accoster au cœur de réseau existant 4G, appelé Evolved Packet Core).

Il s’oppose au déploiement Stand-Alone dans lequel les nouvelles antennes de la 5G seront raccordées à un nouveau cœur de réseau (appelé NextGen Core).

 

Dans le cas de déploiement non-Stand-Alone, le cœur de réseau utilisé étant celui de la 4G,  les fonctionnalités network slicing et Mobile Edge Computing ne seront pas disponibles.

La commission Européenne a fixé certains objectifs pour le déploiement de la 5G aux états membres :

  • Avant la fin 2020 : déployer à minima dans une grande ville.
  • En 2025, couvrir toutes les zones urbaines et les principales voies de transport.

https://ec.europa.eu/newsroom/dae/document.cfm?doc_id=17131

 

Pendant ce temps, la 4G, elle, est toujours en cours de déploiement en France. Le “NewDeal” conclu début 2018, prévoit des engagements de déploiement jusque fin 2020. A fin 2019, 86% des sites déployés étaient déjà équipés en 4G.

https://www.arcep.fr/cartes-et-donnees/new-deal-mobile.html#4GPourTous

 

Conclusion

Bien que la 5G soit pleine de promesses, il faudra être patient pour qu’elle soit déployée et utilisée à grande échelle.

Il faut, dans un premier temps, développer et tester en conditions réelles les technologies permettant de répondre à ces performances. Un focus sur chacune de ces technologies sera effectué dans les prochains articles.

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