La 5G ou IMT-2020

La 5G ou IMT-2020 (International Mobile Telecommunications-2020) est la technologie cellulaire à haut débit. Le réseau de téléphonie mobile de cinquième génération appelé 5G (successeur de la 4G) dont le deploiement a débuté en 2019 a pour perspectives :

L'augmentation de la bande passante qui entraine une augmentation de la vitesse de transmission de données. La 5G envisage un débit de données qui peut atteindre 10Gbit/s, un débit de 10 à 100 fois plus grand que le débit émis par la 4G. Il faut savoir que le réseau mobile LTE Advanced (4.5G) a doublé les vitesses de transmission des données par rapport à la 4G.

L'augmentation du rayon de couverture avec une augmentation de nombre d'appareils connectés par unité de surface 100 fois plus grand que la 4G.

La réduction de temps de latence tout en évitant le risque de saturation du réseau lié à l'augmentation de terminaux (smartphones, tablettes, objets connectés, etc). La technologie 5G offre un temps de latence extrêmement faible jusqu'à 1 milliseconde contrairement à la 4G dont le temps de latence est de 200 millisecondes. Pour atteindre l’objectif d’une latence de 1 milliseconde, les réseaux 5G exigent une connectivité pour la station de base (Base Transceiver Station) à l’aide de la fibre optique.

La réduction de la consommation d'énergie électrique du réseau.

Faciliter l'émergence d'un immense écosystème Internet des Objets (IoT). On ne parle plus uniquement des smartphones, mais aussi des ordinateurs, des voitures autonomes, ou simplement des machines; donc un écosystème d’objets connectés, en particulier dans le monde professionnel.

La disponibilité du réseau dans presque toutes les zones habitables.

Prolonger la durée de vie de batterie d'un objet connecté jusqu'à 10 ans.

Déploiement de la 5G par les opérateurs de téléphonie

La 5G NSA (Non-Standalone Access)

Le déploiement de la 5G n'empêche pas la continuté d'utilisation des services et ressources des réseaux précédants (4G et 3G). Le déploiement de la 5G peut se dérouler en plusieurs phases. Certains pays ont commencé à déployer leurs réseaux 5G en mode Non-Standalone Access. Ce mode de déploiement consiste à s'appuier sur le réseau coeur (installations existantes) de la 4G de l'opérateur tout en ajoutant progressivement des antennes et services de la 5G pour permettre l'utilisation des hautes fréquences avec des débits très élevés. Dans ce mode de déploiement, un terminal 5G qui est compatible avec la 4G peut à tout moment basculer de la 5G vers la 4G et vice versa selon la disponibilité des ressources.
Remarque : Le Dynamic Spectrum Switching (DSS) permet le basculement d'un canal de fréquence d'un terminal 4G vers vers 5G et vice versa selon le dynamisme d'ajustement du réseau.

Avantages

Pour un opérateur, la 5G NSA serait plus abordable en terme d'investissements et plus facile à déployer que la 5G SA

La 5G NSA offre un basculement des services 5G vers 4G avec des terminaux compatibles.

La 5G SA (Standalone Access)

Le déploiement de la 5G NSA (Non-StandAlone Access) est un mode de déploiement dans lequel la 5G dispose de ses propres équipements et installations. Le réseau 5G est autonome et donc non dépendant du réseau 4G. Dans ce cas les améliorations en termes de débit et de latence sont remarquables selon les fréquences déploiées par l'opérateur. Par conséquent, la 5G SA est plus avancée et offre plus d’avantages que la 5G NSA. Par contre, les investissements seront lourds pour l'opérateur pour la mise en place d'un réseau possédant une architecture entièrement 5G.

Avantages

La 5G SA offre des débits très élevés dès sa mise en place avec de latence extrêmement faible.

La 5G augmente la disponibilité du réseau avec des rayons de couvertures plus larges.

Les fréquences de la 5G

La 5G exploite en partie la 4G (LTE-Advanced) telles que certaines bandes de fréquences radio 700 MHz et 2100 MHz. En dehors des bandes de fréquences de la 4G, la technologie 5G possède ses propres fréquences : les bandes Super Hautes Fréquences SHF (Super High Frequency de 3 à 30 GHz) et les bandes Extra Hautes Fréquences EHF (Extra High Freqency de 30 à 300 GHz). Ces fréquences extrèmes utilisent les ondes radio millimétriques (0.1 à 1 mm) qui réduisent considérablement considérablement la perte du signal et permettent des transmissions rapides des données avec des débits très élevés pouvant aller jusqu’à 10 Gbits/s.

Les antennes 5G utilisent donc trois types de bandes de fréquences aux propriétés différentes

Le type de bandes de 700 MHz et 2100 MHz qui sont déjà déployées en service par les opérateurs utilisant la technologie 4G. Un terminal de technologie 5G peut bénéficier d’un meilleur débit qu’un terminal 4G pourtant connecté à la même antenne et en utilisant la même fréquence.

Le type de bande de 3400 MHz à 3800 MHz : les bandes de fréquences de 3.4 GHz à 3.8 GHz sont des fréquences utilisées par la 4G. Ces mêmes bandes de fréquences permettent une meilleure portée pour les ondes millimétriques mais avec un débit maximal plus faible d'ou leur réutilisation par la 5G.

Le type de bande de 26 GHz qui utilisent les ondes millimétriques avec des fréquences très élevées qui sont utilisées par les liaisons satellitaires. Ce type de bande permettra d'obtenir des débits très élevés au détriment de la portée et donc convenable aux cellules de petites tailles.
Les ondes millimétriques sont une nouvelle gamme de fréquences située dans un spectre de [24 GHz à 30 GHz] et de [30 GHz à 300 GHz]. Les ondes millimétriques ont la capacité de traverser les murs. Elles permettent d'obtenir des débits de transmission très élevés au au détriment de la portée. Plus la longueur d’onde est petite, plus la fréquence est grande.

Tout opérateur utilisant la 5G dispose de ses propres fréquences qui lui sont allouées mais avec des porteuses faisant partir des types SHF et EHF.

Les antennes intelligentes de la 5G

La 5G dispose de ses propres antennes intelligentes appelées Massive MIMO (Massive Multiple Input Multiple Output). Les MIMO sont composées d’émetteurs multiples qui sont intégrés dans un équipement unique, et qui, pilotés par un logiciel, permettent de focaliser le faisceau d’onde radio sur une zone donnée. Le multiplexage utilisé par les antennes MIMO de la 5G permet la transmission des données à longue portée avec des débits très élevés. Ce type de multiplexage peut être intégré aux systèmes radars. Les antennes Massive MIMO ont jusqu’à 128 connecteurs contre une douzaine sur les antennes MIMO de 4G.
La grande différence s’observe au niveau de la communication full duplex. Les antennes miniatures de la 5G communiquent en full duplex. Elles émettent et reçoives simultanément contrairement aux antennes MIMO de LTE qui disposent des émetteurs d’une part et des récepteurs d’autres part.
Pour passer à la 5G, les opérateurs ne vont pas tout changer. Ils vont s’appuyer sur les supports et infrastructures existants de LTE. Par exemple pour l’installation des antennes Massive MIMO de la 5G, ils peuvent les déployer sur les pylônes de la 4G existants pour une transition de la 4G vers la 5G.
Les terminaux également sont compatibles car certaines fréquences sous-porteuses de la 4G sont réutilisées par la 5G.

Remarque : Le Beamforming ou filtrage spatial est une technique de traitement de signal utilisée au niveau des antennes émettrices et réceptrices ou les capteurs pour l'émission ou la reception directionnelle des signaux. Le beamforming adaptatif est utilisé pour détecter et évaluer le signal utile à la sortie d'un réseau de capteurs, au moyen du filtrage spatial optimal et de la réjection d'interférence.
Le Beamforming permet de filtrer les signaux dans la transmission des réseaux mobiles, les techniques de radar, de sonar, la sismologie, la radioastronomie, l'acoustique et la biomédecine.
La 5G Dual Mode signifie tout simplement que l’appareil est compatible à la fois avec la 5G SA et la 5G NSA.

Fonctionnement de la 5G

La 5G n’est pas une mise à niveau ou la version évoluée de 4G, c’est-à-dire le LTE. Il y a beaucoup de technologie mise au point avec certaines de la 4G. La 5G va certainement utiliser certaines ressources de la 4G comme les fréquences de transmission et autres. A cela s’ajoute les nouvelles bandes de fréquences telles que les fréquences 5G sub-6.
Les techniques de transmission radio (la modulation 64 QAM, 256 QAM 1024 QAM avec le codage OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) pour la voix montante et la modulation 64 QAM et 256 QAM pour la voix descendante) ;
Les ondes millimétriques, permettant d’augmenter sensiblement le débit au détriment de la portée (C’est une théorie de la Physique des ondes électromagnétiques qui précise que si la longueur d’une onde électromagnétique est petite, le temps parcouru par cette onde est petit et la fréquence de cette onde est grande. Donc l’utilisation des ondes millimétriques permet d’obtenir des fréquences plus élevées).
Les ondes millimétriques de la 5G sont tout simplement des ondes ayant une longueur d’onde de l’ordre du millimètre.
La nouvelle technologie MIMO massif : c’est une technologie de la 5G qui réduit le temps de latance et permet d’envoyer des signaux aux objets connectés en s’appuyant sur plusieurs antennes du réseau. L’utilisation du SDN (Software-Defined Networking) pour gérer certaines fonctions comme le Network Slicing, qui permet de séparer le réseau en fonction des besoins en temps réel, le type de multiplexage à division fréquentielle orthogonale (CP-OFDM).

Remarque : L’OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)est un type de codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-porteuses.
Autrement c'est un codage et une modulation numérique d'un ou plusieurs signaux binaires pour les transformer en échantillons numériques destinés à être émis sur une (ou plusieurs) antennes radio après conversion numérique/analogique ; réciproquement, en réception, le signal radio reçoit le traitement inverse
Cette technique permet de lutter contre les canaux sélectifs en fréquence en une égalisation de faible complexité.

La sécurité du réseau mobile 5G

La norme pour l’authentification mutuelle des réseaux 5G n’est pas encore finalisée. Il est certain que les solutions de sécurité existantes actuelles de 4G c'est-à-dire les types de modulation 256 QAM et le codage OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), une technologie de codage radio de type (Accès multiple par répartition en fréquence), utilisés pour la bande de fréquence montante et la bande de fréquence descendante soient utilisés par la 5G étant donné que les solutions de sécurité actuelles de la 4G reposent sur la sécurité à la périphérie (l’appareil) et la sécurité au cœur du réseau (le réseau coeur Core Network).

Les problèmes rencontrés par la 5G

Le réseau de téléphonie mobile de cinquième génération appelé 5G (successeur de la 4G) dont le deploiement a débuté en 2019 et qui prevoyait un monde connecté en 2020 rencontre assez de problèmes sur le plan social que technique.

Le leadership entre les équipementiers

Une rude concurrence de leadership entre les concepteurs ou les équipementiers de la 5G. Chaque concepteur des équipements de télécommunications veut être le premier à commercialiser la 5G.

Les tensions entre les puissances

Les tensions ne cessent de monter entre les puissances dans le nouvel ordre mondial. Certains pays ou gouvernements sont hostiles à la 5G et estiment que le déploiement de la 5G pourrait être une menace pour la sécurité national et un objet crucial d’espionnage si le fabriquant n’inspire pas confiance. Ils contraignent donc leurs opérateurs à s’abstenir de sa mise en place en ce qui concerne l’origine des équipements.

Les enjeux sanitaires

Le déploiement de la 5G fait naître des mouvements contestataires perpétrés par certaines ONG et associations anti ondes électromagnétiques ou écologistes. Dans cette catégorie, les uns voient la 5G comme une technologie stressante et superflue. La 5G utilise des ondes électromagnétiques extrêmes (millimétriques) des hautes fréquences appelées EHF (Extremely High Frequency) allant de 30 à 300 GHz. Pour eux, ces types d’ondes pourraientt avoir des effets néfastes sur la santé humaine ainsi que sur le climat.

Les enjeux politiques

Les activistes politiques pensent que la 5G qui prévoit un monde connecté favoriserait le contrôle absolu des citoyens des nations par leurs dirigeants; ce qui compromettrait les libertés individuelles et ainsi restreindre les règles de la démocratie.

Vu les circonstances, le déploiement de la 5G ne peut se faire que de façon progressive. Certains pays en occurrence l’Allemagne, la Belgique, la Chine, la Corée du Sud, les États-Unis, la France, le Madagascar, le Royaume-Uni et la Suisse ont déjà commencé par déployer la 5G. Les objectifs fixés par la 5G ne pourront être atteints qu’en 2030, c’est-à-dire un monde totalement connecté.

Le Débit de la 5G

Les débits en 5G peuvent aller de 10 à 100 fois plus élevés que ceux de la 4G.

Les pays utilisant la 5G

La 5G est déjà déployée dans certaines régions des pays en occurrence l’Allemagne, la Belgique, la France, le Madagascar, la Suisse, les États-Unis, la Chine, le Japon, le Royaume Unis.

Les Avantages de la 5G

Les réseau de la cinquième génération présente des avantages à savoir

• Soulager les réseaux de télécommunications mobiles qui vont arriver à saturation, et ainsi éviter un phénomène d'engorgement des données
• Permettre aux entreprises d'optimiser certains processus, à travers l'automatisation et la fluidification de tâches
• La 5G NR a intégré à la fois sur le générateur de signaux et l'analyseur de spectre la possibilité de basculer entre la CP-OFDM et la DFT-s-OFDM en un clic sur un bouton;
• Permettre le développement de nouvelles applications s'appuyant sur les nouvelles performances
• La démodulation du signal à large bande 5G avec une bande passante d'analyse interne de 2 GHz et une fréquence de porteuse jusqu'à 90 GHz élimine la nécessité de composants de conversion externes;