5G et smartphones
Voici comment comprendre la 5G et les smartphones soit le futur du futur…
Le terme 5G (millimétrique) signifie 5° génération de réseau mobile.
Mais on la nomme aussi 5G NR (New Radio).
Par contre cette technologie n’est ni nouvelle ni unique.
C’est juste une nouvelle génération de réseau qui se base sur de nouvelles fréquences.
La raison en est que ce réseau mobile 5G promet des débits jusqu’à 10 fois plus rapides que ceux de la 4G pour les smartphones.
De même, la 5G promet une latence divisée par 10 ; les amateurs de smartphones vont se régaler…
Le marketing met en avant des temps de latence très courts avec une haute fiabilité.
Très logiquement, la 5G améliorera les services déjà existants et favorisera le développement de nouveaux services.
C’est maintenant le cas avec la 5G disponible à bord des avions.
Les nouvelles fréquences
L’intérêt principal de la 5G pour les smartphones dans le futur sera l’ultra connectivité.
Chaque réseau mobile (2G, 3G, 4G, 5G) fonctionne sur ses propres bandes de fréquences.
Et chaque bande de fréquence fonctionne ainsi sur un spectre radio propre.
Dans le monde, les principaux réseaux mobiles fonctionnent sur des bandes de fréquences UHF (pour Ultra Hautes Fréquences), comprises entre 300 Mhz et 4000 Mhz.
Chaque génération de réseau mobile, 2G GSM, 3G UMTS et 4G LTE, fonctionne sur plusieurs bandes de fréquences (entre 2 et 3 bandes).
La 5G repose aussi sur plusieurs bandes de fréquences aux propriétés différentes :
700 MHz 3,5 GHz et celles autour de 26 GHz.
Défini par le 3GPP, le premier groupe FR1 de la 5G intègre moins de 50 bandes de fréquences différentes. Ce sont les basses fréquences 5G sub-6, sous les 6 GHz.
Le deuxième groupe FR2 de la 5G ne comprend que 4 bandes de fréquences différentes.
Mais ce sont les hautes fréquences mmWave avec une longueur d’onde de l’ordre du millimètre.
La force des fréquences
Techniquement, les fréquences basses ont une bonne portée du signal avec des débits moindres.
Les fréquences hautes ont, elles, des débits élevés avec une portée de signal plus faible.
Pour exemple, le Bluetooth et le wifi fonctionnent sur bandes hautes fréquences (2,4 Ghz et 5 Ghz) au débit élevé mais à faible portée.
Par contre, les ondes millimétriques supportent mal la pluie et ne traversent pas les murs (c’est la réputation qu’on leur donne).
- La bande des 700 MHz va assurer la meilleure couverture mobile.
- La bande des 26 GHz devra offrir les meilleurs débits.
- Les bandes des 2,1 GHz et 3,5 GHz serviront pour un compromis entre débit et portée du signal.
La bande 3,5 GHz (de 3490 à 3800 Mhz) est exclusive à la 5G mais la 26 GHz le sera aussi dans le futur.
Les opérateurs 5G disposent aussi de la bande des 700 MHz et des 2,1 GHz (actuellement utilisé par la 4G).
Les fréquences déjà utilisées par les technologies 3G et 4G (LTE) sont celles des 700 à 2100 MHz.
Une antenne dans la bande des 700 Mhz porte à 5 km à la ronde environ, contre 1 km pour la bande des 3,5 GHz qui est celle de la « vraie » 5G.
Des nouvelles technologies
La force de la 5G reside en fait dans les ondes millimétriques (mmWave).
En plus, c’est une nouvelle gamme de fréquence située dans un spectre entre 30 et 300 GHz et entre 24 GHz et 30 GHz.
Ces ondes possèdent une longueur d’onde de l’ordre du millimètre.
Comme le LTE, le 5G NR utilise l’ODFM comme système de modulation sous-jacent.
L’ODFM (multiplexage par répartition orthogonale en fréquence) combine d’ailleurs plusieurs sous canaux à l’intérieur d’un canal.
La 5G englobe également un nouveau package technologique :
- MIMO massif (massive MIMO)
- SDN (software-defined networking)
- DSS (dynamic spectrum switching)
Le MIMO permet à un utilisateur de recevoir différentes parties du même flux de données à partir de plusieurs sites.
Il s’agit concrètement de plusieurs antennes intelligentes (les « MIMO ») utilisées au niveau de l’émetteur et du récepteur.
C’est cette démultiplication d’antennes qui augmente le débit de la 5G pour les smartphones.
Les anciens réseaux wifi et les réseaux GSM standards n’utilisent qu’une seule antenne.
Le software-defined networking gère avec des logiciels certaines fonctions comme le Network Slicing.
Avec la 5G, les nouvelles technologies de base comme la radio logicielle (RRL) font passer une grande partie de l’ingénierie radio du matériel au logiciel.
Le Network Slicing permet ainsi de séparer le réseau en fonction des besoins en temps réel et des techniques de transmission radio ; généralisation de la modulation 256 QAM et codage OFDM pour la connexion descendante et remontante.
Ainsi, les modifications des caractéristiques de fonctionnement ne nécessitent plus une révision complète du matériel.
Elles sont remplacées par une mise à jour du logiciel.
Le dynamic spectrum switching (DSS) permet quant à lui de basculer directement depuis l’antenne de la 4G à la 5G sur les smartphones.
La latence, qui désigne le délai de transit d’une donnée entre le moment où elle est envoyée et celui où elle est reçue, est le point fort de la 5G.
Pour l’instant, les 10 ms seront la norme et le 1 ms sera réservé à certains services critiques.
Performances de la 5G
L’objectif de la 5G est de pouvoir échanger une quantité plus importante de données sans engorger les réseaux.
Son futur sera de supporter davantage d’usagers et l’augmentation continue du trafic.
Il lui faudra aussi intégrer de nouvelles fonctionnalités à venir.
Dans le monde, il y a maintenant 157 réseaux 5G opérationnels dans 62 pays.
Pour l’instant, le MetLife Stadium à New-York (anciennement New Meadowlands Stadium) est l’un des rares endroits au monde où la 5G millimétrique est pleinement opérationnelle. Quand le stade est vide.
Trois des quatre opérateurs français (SFR, Bouygues Telecom et Orange) ont effectivement ouvert (en 2020) leur réseau 5G.
Les zones couvertes sont très limitées et il n’y a pas que de la « vraie 5G ».
Les fréquences de la 4G sont utilisées (ce qui est légal).
Les bandes des réseaux mobiles, selon les fréquences, offrent donc des couvertures, des portées et des débits différents.
Seuls 3846 sites (grandes métropoles) peuvent proposer du très haut débit jusqu’à 2 canaux/s en théorie.
Selon l’Agence nationale des fréquences (ANFR), au 01 juin 2021, il existe 57448 sites de réseaux mobiles en France (toutes générations).
Pour la 5G, 25105 sites sont autorisés en métropole dont 14284 sont techniquement opérationnels.
Ils se répartissent comme suit :
16 683 sites 5G autorisés dans la bande 700 MHz (Free Mobile) dont 9584 opérationnels
8376 sites 5G autorisés dans la bande 2100 MHz (Bouygues Telecom, Orange et SFR) dont 3846 opérationnels
8550 sites 5G autorisés dans la nouvelle bande 3,5 GHz (Bouygues Telecom, Free Mobile, Orange et SFR) dont 3973 opérationnels.
Par ailleurs, 53634 sites 4G sont autorisés en métropole (contre 41 637 en 2019) et 49066 sont opérationnels.
L’essor de la 5G
La 5G ne connaîtra son plein essor que dans plusieurs années.
La 5G reprend les technologies de la 4G LTE avec une mise à jour technologique de la 4G LTE.
Les premiers résultats font état de débit (moyens) très variés selon les
statistiques de l’agence nationale des fréquences (ANFR) :
- 146 Mb/s (Orange) : bande des 3,5 GHz : 90 MHz
- 80 Mb/s (SFR) : bande des 3,5 GHz : 80 MHz
- 78 Mb/s (Bouygues) : bande des 3,5 GHz : 70 MHz
- 28 Mb/s (Free) : bande des 3,5 GHz : 70 MHz
5G SA et 5G NSA
On s’oriente ainsi vers une 5G à deux vitesses.
Les centres urbains denses seront privilégiés bien évidemment.
La 5G dite stand alone (autonome) prévoit des fonctions de gestion intelligente du réseau et une interactivité complète.
Ce n’est qu’à partir de 2023 que les opérateurs télécoms déploieront cette 5G « standalone » qui sera la vrai 5G pour les futurs smartphones.
On distingue d’or et déjà la 5G SA (stand alone) et la 5G NSA (no stand alone).
La 5G est la continuation de l’évolution à long terme de la 4G (LTE).
C’est cette étape de continuation qui se nomme NSA pour Non Stand Alone (repris Non-standalone) soit donc non autonome.
En effet, actuellement l’évolution de la 5G se déroule en parallèle et en interopérabilité avec les réseaux LTE déjà existants.
La 5G NSA, ou 5G Non-standalone donc, permet de continuer à utiliser le cœur du réseau 4G LTE tout en déployant des antennes 5G au fur et à mesure.
Ainsi un réseau 5G NSA se déploie avec un cœur de réseau EPC 4G LTE et le DSS permet alors de basculer entre 4G et 5G.
D’ailleurs, les anciennes générations de réseaux mobiles (2G et 3G) servent toujours pour les communications d’appels et les SMS/MMS (900 Mhz, 1800 Mhz et 2100 Mhz)
La 3G sert aussi pour la consommation Internet quand l’appareil ne capte pas la 4G.
De même, la bande de fréquence 4G réutilise des antennes exclusives au réseau 2G (1800 Mhz).
Le réseau 5G utilise aussi la bande 2100 Mhz de la 3G.
Seule la plage 1900-1979 Mhz reste exclusive du réseau UMTS.
Au final, seuls les États-Unis ont lancé la 5G sur des bandes de fréquences supérieures à 6 GHz, dites bandes millimétriques.
Ces bandes sont différentes de celles de l’Europe.
Les bandes dites bandes millimétriques (à 26 GHz) ne sont pas encore attribuées en France hormis pour des plateformes d’expérimentation.
Voici les fréquences en France :
- n78 : 3,5 GHz (sub-6)
- n256 : 26 GHz (mmWave)
- n1 : 2100 MHz (4G LTE)
- n3 : 1800 MHz (4G LTE)
- n7 : 2600 MHz (4G LTE)
- n20 : 800 MHz (4G LTE)
- n28 : 700 Mhz (4 G LTE)
Détecter la connexion 5G
Pour comprendre la 5G, voici les indicateurs de réseau 5G sur les nouveaux iPhone 12 ;
- première icône 5G : zone couverte 5G
- deuxième icône 5G+ : connexion en 5G sub 6 GHz (le cas en France depuis 2020)
- troisième icône 5G UW : connexion en 5G UW (Ultra Wideband) ou 5G millimétrique ou 5G mmWawe.
- quatrième icône plot : si vous voyez apparaître un plot, c’est que vous regardez un radar à l’intérieur d’un sous-marin.
La 5G reste une technologie cellulaire à haut débit.
Depuis les premiers lancements en 2018 de la 5G aux Etats-Unis et en Asie, 1 milliard de personnes l’utilisent désormais dans 70 pays (source GSMA).
Article : P. du Chélas
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Dix milliards de téléphones intelligents (smartphones) ont été vendus à travers le monde depuis la mise en circulation du premier modèle en 2007.
Cela vous permet de comprendre la 5G dans le futur et ses enjeux actuels.
Photo ; pixabay.com
