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Télécommunications

Comprendre le réseau 5G

Les technologies au cœur des réseaux mobiles ont beaucoup évolué depuis leur apparition il y a quelques décennies. Chaque génération a apporté son lot d'améliorations significatives. Par rapport aux précédentes générations, la 5G promet une transmission des données plus rapide, robuste et fiable.

Qu'est-ce que la 5G ?

La 5G fait référence à la cinquième génération de réseaux mobiles. Elle a été conçue pour améliorer les réseaux 4G/LTE existants voire, dans certains cas, pour les remplacer. Afin d'expliquer de quoi il s'agit et ce qui la différencie des précédentes générations, un bref historique des technologies de réseaux mobiles s'impose.

Petite histoire des technologies de réseaux mobiles

Chaque génération est définie par plusieurs facteurs, notamment les technologies sous-jacentes, le délai entre l'envoi et la réception d'un signal (la latence) et la vitesse de transmission des données du réseau jusqu'à l'appareil mobile.

La première génération de réseaux mobiles, la 1G, a vu le jour au Japon à la fin des années 1970, pour s'étendre dans le monde entier quelques années plus tard. À l'instar de la radio AM/FM, la 1G utilisait une technologie de transmission analogique des données, facilement accessible, mais peu fiable et peu sécurisée. Sa vitesse maximale de 2 kb/s (kilobits par seconde) était juste suffisante pour transmettre quelques lignes de texte. En 2018, le dernier réseau 1G fonctionnait encore en Russie.

La 2G est apparue au début des années 1990. Elle permettait la transmission numérique de la voix, ainsi que la transmission de messages texte tels que les SMS et les MMS. Bien que son débit maximal de 200 kb/s nous semble très lent aujourd'hui, elle était déjà bien plus rapide que la 1G. La sécurité des données avait été renforcée, mais l'insuffisance de la couverture réseau entraînait d'importants frais d'itinérance et des interruptions d'appels.

La 3G a été lancée au milieu des années 2000. Elle permettait d'accéder à Internet depuis un appareil mobile, ce qui a accéléré l'adoption du smartphone. Son débit pouvait atteindre 40 Mb/s (mégabits par seconde), soit plus de 200 fois celui de la 2G. C'est notamment grâce à la commutation de paquets et au GPRS (General Packet Radio Service) que nous avons pu atteindre ce débit et entrer dans l'ère de l'Internet mobile.

La 4G est apparue sur le marché vers 2010. Technologie la plus répandue dans le monde à l'heure actuelle, elle a grandement contribué à l'introduction des objets connectés dans notre quotidien. Avec un débit moyen de téléchargement pouvant aller jusqu'à 100 Mb/s, la 4G nous permet de télécharger des fichiers vidéo en haute définition, de jouer à des jeux d'action rapide en 3D, d'écouter de la musique en streaming, de profiter de la réalité augmentée ainsi que de nombreux autres services.

Nous entrons aujourd'hui dans l'ère de la 5G, qui promet des débits de transmission jusqu'à 1 000 Mb/s (ou 1 Gb/s), une réduction considérable de la latence, une couverture plus étendue que jamais, ainsi que de nombreux autres avantages inédits. Actuellement, la 5G en est encore à ses balbutiements. L'infrastructure nécessaire à son exploitation n'a été déployée que dans un nombre limité de régions. En Corée du Sud, la 5G a déjà été déployée dans la majeure partie du pays. Le Japon prévoyait de terminer son intégration d'ici le début des Jeux olympiques de Tokyo 2020. Des opérateurs aux États-Unis, en Chine, en Europe et dans d'autres régions du monde œuvrent pour mettre en place une couverture 5G étendue d'ici la fin 2020.

Pourquoi la 5G est-elle importante ?

Tout simplement parce que le réseau 4G est de plus en plus saturé. La forte croissance de la demande ne devrait pas tarder pas à causer des problèmes aux consommateurs, aux entreprises, aux gouvernements. Tout le monde est concerné. La latence va augmenter et les téléchargements vont ralentir, avec une forte diminution des performances globales. Pour les consommateurs, les inconvénients sont évidents. Les services dont le fonctionnement s'appuie sur les données mobiles (services financiers, services d'urgence, sécurité des données, etc.) vont enregistrer une augmentation des délais et des défaillances dans la transmission et la réception des données.

Pour pallier ces problèmes, la 5G tire parti de différentes technologies qui fonctionnent ensemble pour multiplier le débit de téléchargement par dix par rapport à la 4G et réduire la latence jusqu'à 1 ms (milliseconde). Pour résumer, la 5G promet de transformer radicalement l'informatique mobile telle que nous la connaissons aujourd'hui.

Quel est le potentiel de la 5G ?

Les principaux avantages de la 5G se situent au niveau du débit, de la latence et de la bande passante. Les consommateurs profiteront de téléchargements plus rapides, de délais de réponse plus courts pour le streaming multimédia, de graphismes plus détaillés pour les jeux, ainsi que d'expériences de réalité virtuelle et augmentée toujours plus réelles. Par exemple, il sera possible de télécharger un film de 2 heures en moins de 4 secondes. Les applications de la 5G ne se limiteront cependant pas aux produits de consommation. Nous ne pouvons même pas encore imaginer toute l'étendue de son potentiel. Grâce à cette technologie, vous pourrez transmettre instantanément d'énormes volumes de données, créant ainsi une connexion pratiquement transparente entre les mondes numérique et physique, et entre les services cloud. 

Transports

Grâce à une connectivité en temps réel, la 5G permettra une gestion plus efficace des feux de circulation aux intersections, en détectant les véhicules en approche. Fini l'attente interminable au feu rouge, alors qu'il n'y a personne d'autre sur la route. Les voitures seront non seulement capables de conduire de façon autonome, mais elles pourront aussi détecter les autres véhicules et communiquer pour minimiser les embouteillages et éviter les risques avant même que le conducteur ne réagisse. 

Médecine

Les populations des zones rurales disposeront d'une couverture médicale sans précédent grâce à la 5G. Les médecins pourront soigner les patients à distance à l'aide de la réalité augmentée. L'intelligence artificielle (IA), associée à un accès instantané à de gros volumes de données médicales, aidera le personnel médical à établir des diagnostics et à mettre au point des traitements plus rapidement et efficacement.

Agriculture

D'ici 2050, les agriculteurs devront nourrir 9,8 milliards de personnes avec la même surface cultivable qui en nourrit actuellement 7,8 milliards. La 5G améliorera l'efficacité des exploitations en guidant des équipements agricoles autonomes, tels que les tracteurs et les moissonneuses. Elle permettra l'utilisation de drones pour détecter les changements dans l'état de santé des plantes, la qualité du sol et l'humidité, afin d'appliquer la quantité exacte de pesticides, d'eau et d'engrais nécessaire.

Services publics

La 5G peut aider les services d'urgence, en rationalisant la coordination des services tels que la police, les ambulances et les sapeurs-pompiers. Les informations de localisation seront encore plus précises et les premiers intervenants pourront identifier plus facilement leur destination, même dans les zones rurales. Les équipes d'intervention en cas de catastrophe seront plus efficaces et pourront identifier les zones critiques plus rapidement afin de fournir une assistance adaptée.

Comment fonctionne la 5G ?

La 5G s'appuie sur une technologie complexe. Les réseaux actuels reposent sur de grandes et puissantes antennes qui envoient des signaux basse fréquence (sous 6 GHz) sur de longues distances. Toutefois, ces basses fréquences ne peuvent pas transmettre les données assez rapidement pour répondre aux futurs besoins que la 5G est censée couvrir. De plus, le nombre des appareils qui utilisent ces fréquences ne cesse d'augmenter, ce qui finira inévitablement par réduire encore le débit. C'est pourquoi nous devons aujourd'hui recourir à de nouvelles technologies. Chacune a ses avantages et ses inconvénients.

Ondes millimétriques

Il s'agit d'ondes à très hautes fréquences (de 20 à 100 GHz) qui permettent de transmettre des signaux à des vitesses incroyablement élevées. En revanche, elles ne peuvent voyager que sur de courtes distances, sont très directives et ne peuvent pas traverser d'obstacles. Ainsi, pour optimiser la couverture, il faut installer de nombreux nœuds d'ondes millimétriques sans obstacle entre eux.

Formation de faisceaux

Les antennes-relais diffusent leurs signaux dans toutes les directions, ce qui peut potentiellement créer des interférences. La formation de faisceaux (ou beamforming) fonctionne comme un feu de circulation qui régule les signaux pour les concentrer en un seul faisceau de données pour un utilisateur spécifique à un moment précis. Une fois les données transmises, le signal est redirigé pour répondre à la demande d'un autre utilisateur. Ce signal personnalisé permet de réduire considérablement les interférences, d'accélérer la transmission des données et de l'optimiser.

Network slicing

Considéré par certains comme la principale caractéristique de la 5G, le network slicing (littéralement, le « découpage du réseau ») permet aux fournisseurs d'attribuer des « tranches » virtuelles de leurs réseaux à des usages spécifiques. Par exemple, une tranche du réseau peut être réservée aux données utilisées pour le divertissement, les communications et Internet, et une autre peut être allouée à la transmission des données M2M (Machine-to-Machine), par exemple l'Internet des objets (IoT). Plus important encore, les données essentielles, par exemple celles nécessaires aux véhicules autonomes, aux services d'urgence et à d'autres infrastructures vitales, pourront profiter d'un segment réservé qui ne pourra pas être exploité par d'autres services.

Quel est l'avenir de la 5G ?

Les partisans de la 5G soutiennent que cette technologie changera le monde tel que nous le connaissons, la manière dont nous travaillons, jouons, créons, communiquons, etc. D'un point de vue économique, la 5G devrait générer, à l'échelle mondiale, jusqu'à 13,2 billions de dollars de biens et de services, et créer jusqu'à 22,3 millions d'emplois d'ici 2035. Ainsi, il n'est pas exagéré de penser qu'elle influera sur nos vies à tous les niveaux et qu'elle nous permettra d'amorcer la quatrième révolution industrielle.

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