5G tout savoir

5G : le guide ultime – Tout savoir sur le réseau mobile de cinquième génération

La 5G est le réseau mobile de cinquième génération. Découvrez tout ce que vous devez savoir à son sujet. Fonctionnement, avantages et dangers, ou encore l’intérêt pour le Big Data, le Cloud et l’intelligence artificielle…

Partout dans le monde, les opérateurs télécoms ont commencé à déployer leurs réseaux 5G. Cette technologie de réseau mobile de cinquième génération offre une connexion internet sans fil plus rapide, avec une vitesse de téléchargement de données nettement supérieure à la 4G.

Toutefois, la 5G ne permet pas uniquement de surfer sur le web plus rapidement avec un smartphone. Il s’agit d’une technologie révolutionnaire, capable de propulser de nouvelles technologies pour le grand public et pour les entreprises.

Qu’est-ce que la 5G ?

La 5G est la cinquième génération de réseau sans fil haut débit. Comme à chaque génération, elle représente un bond en avant en termes de vitesse, de fiabilité et d’accessibilité.

Ce nouveau réseau offre une vitesse de téléchargement de données plus rapide dans les deux sens, une connectivité étendue et un temps de réponse supérieur. Le temps de latence est quasiment inexistant.

Les avantages de la 5G

Le principal avantage de la 5G est la vitesse qu’elle offre. Toutefois, elle présente de nombreux autres points forts.

Sa bande passante supérieure lui permet de prendre en charge davantage d’appareils connectés simultanément. Ainsi, le réseau ne sera pas surchargé dans les zones les plus peuplées comme c’était le cas avec les précédentes générations de réseaux mobiles.

De nouveaux objets connectés pourront voir le jour grâce à la 5G. Elle ouvre notamment de nouvelles possibilités pour les voitures autonomes.

En outre, la 5G réduit la latence. Le temps nécessaire à un smartphone ou autre appareil connecté pour effectuer une requête auprès d’un serveur et recevoir une réponse est quasiment réduit à zéro. Les communications avec les plateformes Cloud seront également plus rapides et plus simples.

Révolution ou simple amélioration ?

Pour le grand public, la 5G peut s’apparenter à une simple amélioration par rapport à la 4G. Toutefois, ce nouveau réseau ne se contente pas d’offrir une vitesse accrue.

Par exemple, les véhicules autonomes nécessitent impérativement une connexion mobile constante et sans interruption pour fonctionner sans danger. La 5G va donc rendre cette innovation possible en délivrant les données plus rapidement et de manière stable.

Les objets connectés et les produits de la Smart Home profiteront aussi de cette avancée, puisque davantage d’appareils peuvent être connectés au réseau sans le surcharger. La capacité de traitement des données est donc supérieure, et la latence largement réduite.

Nous consommons chaque année de plus en plus de données, notamment sur smartphone. Le streaming musical et vidéo gagne sans cesse en popularité. La 5G va donc permettre de profiter encore davantage de ces technologies, mais surtout d’éviter la congestion des bandes de spectre existantes lorsque de nombreuses personnes tentent d’accéder aux mêmes services mobiles en ligne simultanément.

Comment fonctionne la 5G ?

Le fonctionnement de la 5G repose sur de nouvelles fréquences radio utilisées pour la transmission de signaux. Elle exploite un spectre de fréquences radio et la technologie de câbles de fibre optique, afin de traiter de plus larges volumes de données en moins de temps.

Les données sont encodées grâce à la technologie OFDM, puis envoyées par le biais d’ondes radio entre les antennes cellulaires connectées au même réseau au sein d’un territoire. L’une des différences entre la 5G et les précédentes générations est que les fréquences radio sont ciblées.

Ceci signifie que la 5G est uniquement disponible dans certaines zones, généralement dans les villes les plus denses. Grâce aux fréquences radio plus élevées que la 4G et à l’usage d’une technologie plus récente, la 5G peut atteindre les niveaux souterrains et traverser les murs épais.

Néanmoins, ce réseau exploite les ondes radio millimétriques bien plus courtes que les ondes utilisées par la 4G. Sa portée est donc inférieure. En résumé, la technologie et l’équipement sur lesquels repose la 5G sont très différents.

Il est donc nécessaire de mettre à jour les équipements des antennes de communication, et notamment les radios. On distingue trois façons de développer un réseau 5G. Un réseau à faible bande offre une large couverture, mais seulement 20% de vitesse en plus par rapport à la 4G.

Un réseau à bande élevée est extrêmement rapide, mais la transmission des signaux est difficile et notamment la traversée de surfaces solides. Enfin, le réseau à bande moyenne équilibre la couverture et la vitesse.

La méthode choisie dépend généralement des ressources dont dispose déjà un opérateur. Les réseaux 5G les plus rapides reposent de nombreux sites cellulaires de petite envergure, aux dimensions similaires à celle d’une boîte de pizza.

Ces sites sont installés sur des poteaux, des murs ou des tours et doivent être situés à proximité les uns des autres. C’est la raison pour laquelle on les déploie généralement de ville en ville. Afin d’offrir à la fois une vitesse élevée et une vaste couverture, les opérateurs optent souvent pour une combinaison entre les différents types de réseaux.

La vitesse de la 5G

Les réseaux 5G les plus rapides seront au moins 10 fois plus rapides que les réseaux 4G, selon le groupe industriel GSMA. Selon certains experts, ils pourraient même être 100 fois plus rapides.

Concrètement, il serait donc possible de télécharger un film de deux heures en moins de 10 secondes contre environ 7 minutes avec la 4G. Toutefois, la vitesse dépend de divers facteurs comme le trafic sur le réseau et la position géographique de l’utilisateur.

Actuellement, les réseaux 4G les plus rapides offrent une vitesse approximative moyenne de 45 mégabits par seconde. Les connexions 5G pourront donc facilement atteindre une vitesse de 500 mégabits par seconde. Dans l’idéal, elles pourraient même atteindre un débit de 10 gigabits par seconde…

Au minimum, les réseaux 5G offriront un débit de 20Gbps pour le download et 10Gb/s pour l’upload. En comparaison, le minimum pour la 5G était de 150Mb/s en download et 15Mbps en upload.

La 5G offre aussi une baisse massive de latence. Pour la 3G, la latence moyenne était de 100 millisecondes. En 4G, elle était réduite à seulement 30 millisecondes. Grâce à la 5G, la latence sera presque supprimée puisqu’elle est inférieure à 1 milliseconde…

Les cas d’usage et applications de la 5G

La 5G offre de nombreuses possibilités. Pour les smartphones, elle rend le stockage local inutile. Elle permet de transférer très rapidement des fichiers vers le Cloud, y compris des vidéos 8K prises à l’aide des caméras des derniers modèles haut de gamme. La qualité d’image des appels vidéo va également s’améliorer.

Par ailleurs, ce réseau mobile peut rivaliser avec une box internet en matière de vitesse et même la surpasser. Les fournisseurs d’accès internet vont donc pouvoir proposer de nouvelles offres.

Grâce à sa faible latence et sa bande passante élevée, la 5G va aussi permettre de nombreuses applications dans les domaines de l’IoT, du Cloud Gaming ou encore de la réalité virtuelle. La robotique industrielle et l’automatisation vont aussi profiter de cette innovation majeure.

Il en va de même pour les véhicules autonomes. Des essaims de drones pourront coopérer et communiquer via la 5G pour mener des opérations de sauvetage ou de surveillance du trafic.

5G vs 1G, 2G, 3G, 4G : les différences

À chaque nouvelle génération de réseau cellulaire, la vitesse de transmission des données augmente. Toutefois, ce n’est pas la seule différence. Chaque nouvelle génération est aussi marquée par une innovation en matière d’encodage.

La 1G était la génération du cellulaire analogique. Les premiers réseaux mobiles sans fil furent développés dans les années 1970 et 1980. Les voix étaient portées par des ondes radio sans chiffrement, et n’importe qui pouvait donc écouter les conversations très facilement.

Les technologies 2G comme le CDMA, le GSM étaient la première génération de technologies cellulaires digitales. Il était donc enfin possible de chiffrer les appels, d’utiliser le spectre sans fil de façon plus efficace, et d’atteindre une vitesse de transfert de données comparable à celle des premiers services internet.

Les technologies 3G comme EVDO, HSPA et UMTS ont apporté des vitesses allant de 200 kb/s à quelques mégabits par seconde. Cette troisième génération a apporté une amélioration en termes de bande passante, et a propulsé la révolution des smartphones.

Les premiers réseaux 3G furent construits au début des années 2000, mais se sont étendus très lentement dans certaines régions comme les États-Unis. Le premier iPhone de 2007 n’était pas encore compatible 3G. À l’époque, le Japon était largement en avance en couverture 3G et en utilisation de l’internet mobile.

Avec les technologies 4G, comme le WiMAX et le LTE, ont permis d’atteindre une vitesse de plusieurs centaines de mégabits par secondes. Grâce à l’essor des applications mobiles et la démocratisation des smartphones par Apple et Google, les États-Unis ont rattrapé leur retard sur le Japon ou l’Europe et sont devenus leaders.

À présent, la 5G apporte plusieurs nouveautés majeures. Les canaux plus larges accélèrent la transmission de données, la latence est réduite pour plus de réactivité, et il est possible de connecter davantage d’appareils simultanément.

Les smartphones 5G requièrent tous les réseaux et la couverture 4G, et les premiers réseaux 5G utilisent la 4G pour établir leurs connexions initiales. À présent, toutefois, les réseaux 5G indépendants font leur apparition. Toutefois, ils présentent une perte de performance sans l’assistance de la 4G.

L’une des spécificités de la 5G est de permettre aux smartphones 5G de combiner les canaux 4G et 5G de façon fluide et invisible pour l’utilisateur. À court terme, la plupart des connexions combineront la 4G et la 5G.

Quelle est la fréquence utilisée par la 5G ?

Comme la 4G, la 5G utilise une fréquence appelée réseau Sub-6. Elle est capable de traiter jusqu’à 6GHz de données.

Néanmoins, la 5G est la première génération à pouvoir opérer sur trois spectres radio différents : bande basse, moyenne ou haute. Les bandes à haute fréquence sont les ondes millimétrées et peuvent traiter jusqu’à 40GHz de fréquence.

Il est important de comprendre que la 5G n’est pas plus rapide que la 4G sur les mêmes canaux radio. Le gain de vitesse est lié au fait que la 5G permet aux smartphones et autres appareils d’utiliser des canaux plus larges sur une gamme de fréquences plus vaste.

Avec la 4G, il était possible de combiner un maximum de sept canaux 20MHz pour utiliser un total de 140MHz de spectre. Toutefois, les smartphones utilisent généralement 60MHz ou moins.

Avec les nouveaux smartphones, en bande 5G basse ou moyenne, il est possible de combiner deux canaux 100MHz pour un total de 200Mhz. Il est aussi possible de cumuler plusieurs canaux 4G 20MH en complément.

La 5G à basse bande fonctionne sur les fréquences sous 2GHz. Il s’agit des fréquences cellulaires les plus anciennes. Elles couvrent une large distance, mais il n’y a pas de larges canaux disponibles et la plupart sont utilisés par la 4G. La 5G basse bande est donc relativement lente, et ressemble pour l’instant à la 4G.

La 5G à bande moyenne utilise les fréquences de 2 à 10GHz. Ceci couvre la plupart des fréquences WiFi et cellulaires actuelles. La portée est correcte, et la vitesse également.

Sur la 5G à bande haute, il est possible d’utiliser jusqu’à huit canaux 100MHz. Les ondes millimétrées sont la véritable nouveauté. Il s’agit d’ondes comprises entre 20 et 100Ghz. Ces ondes n’avaient presque jamais été utilisées auparavant pour des applications grand public.

Leur portée est très courte, mais le spectre majoritairement inutilisé permet d’atteindre une très haute vitesse en utilisant 800MHz simultanément.

5G et sécurité

De nombreuses personnes adhèrent à une théorie du complot selon laquelle la 5G présente un risque pour la santé humaine. Toutefois, il n’existe aucune preuve concrète d’un tel danger.

Les études menées au fil des années suggèrent que les radiations cellulaires ne sont pas particulièrement dangereuses. Même si le volume de données permettant d’étudier les effets de la 5G spécifiquement est encore peu élevé, rien ne laisse penser que ce nouveau réseau serait plus dangereux que les précédents.

Plusieurs études démontrent aussi que les ondes millimétriques ne pénètrent pas correctement la peau humaine. À un niveau plus haut que celui du réseau 5G, elles peuvent légèrement réchauffer les objets. Mais au niveau utilisé par les réseaux 5G, il n’y a aucun effet perceptible.

Comment utiliser la 5G sur smartphone ?

Les smartphones les plus récents sont compatibles avec la 5G. C’est par exemple le cas de l’iPhone 12.

Sur Android, des appareils tels que le Samsung Galaxy S20 et le OnePlus 8 Pro sont également prêts pour ce nouveau réseau. Tous les smartphones qui seront commercialisés à l’avenir seront logiquement compatibles avec la 5G.

La 5G en France

La 5G fut l’un des derniers pays d’Europe à lancer la 5G. Le régulateur des télécommunications, l’Arcep, a ouvert l’accès au spectre de fréquences en octobre 2020. Les opérateurs ont ensuite annoncé leurs déploiements initiaux entre novembre et décembre 2020, après s’être départagés les fréquences de 3,4 à 3,8 GHz.

Au total, Orange, SFR, Bouygues et Free ont dépensé 2,8 milliards d’euros pour un total de 11 blocs de 10 mégahertz de spectre. Ils étaient contraints par l’Arcep de lancer des services 5G dans au moins deux villes avant la fin 2020. Par la suite, ils se sont engagés à déployer 3000 sites d’ici 2022, 8000 sites d’ici 2024 et 10 500 sites d’ici 2025.

L’opérateur Free Mobile a lancé ses services en décembre 2020, et a déjà 5255 sites actifs sur l’ensemble du pays. Il est donc capable de couvrir 40% de la population, et notamment des petites villes ou des zones rurales.

Free utilise les fréquences de la bande basse 700 MHz et des fréquences de la bande moyenne 3,5 GHz pour son réseau 5G. Il combine donc une couverture large et une bonne réception en intérieur avec de très hautes vitesses.

De son côté, Bouygues a lancé ses services 5G le 1er décembre et couvre déjà 67 villes de plus de 50 000 habitants. Au total, l’opérateur couvre plus de 1000 municipalités. D’ici la fin 2021, il espère couvrir l’ensemble du territoire. Son réseau repose sur les bandes 3,5 GHz et 2,1 GHz.

Chez SFR, les services 5G étaient disponibles dans 120 villes françaises fin décembre 2020. L’opérateur au carré rouge a commencé son déploiement à Nice, au mois de novembre.

Enfin, Orange a lancé ses services 5G dans 160 municipalités fin 2020. L’opérateur historique a commencé par les villes de Nice, Marseille, Le Mans, Angers et Clermont-Ferrand où les réseaux mobiles étaient déjà saturés.

5G et Big Data

La 5G représente de nombreuses opportunités pour le Big Data, mais aussi de nouveaux défis à relever. Sa haute vitesse et sa faible latence simplifieront la collecte de données en provenance de diverses sources.

Ce nouveau réseau permettra aussi de capturer des données en temps réel plus rapidement et de manière plus fiable, ce qui pourrait s’avérer très utile alors que l’IoT devrait générer 90 zettabytes de données d’ici 2025. La 5G permet aussi de prendre en charge de nombreux appareils et capteurs simultanément, et donc de collecter leurs données.

L’analyse de données profitera également de cette innovation. Alors que les précédents réseaux mobiles étaient focalisés vers une centralisation sur le Cloud, la 5G se tourne vers le Edge Computing et le traitement des données en périphérie du réseau, directement à la source. Ceci facilitera l’analyse de données en temps réel, particulièrement importante pour les véhicules autonomes…

5G et intelligence artificielle

La 5G va propulser l’intelligence artificielle. Là encore, l’IA ne sera plus centralisée sur le Cloud, mais distribuée en périphérie du réseau ou directement sur les appareils connectés.

De nombreuses applications excitantes se profilent grâce à la combinaison entre ces deux technologies. L’IA et la 5G pourraient par exemple permettre l’essor des  » humains virtuels  » capables d’interagir avec l’utilisateur en temps réel pour lui fournir des conseils ou lui apporter un peu de compagnie. Verizon travaille déjà sur cette technologie  » d’humains numériques  » dans ses laboratoires 5G.

IBM a noué un partenariat avec Samsung pour développer des appareils mobiles capables de générer des alertes pour les pompiers ou la police en détectant instantanément des situations à risque.

Les appareils IA et 5G incorporés à des bâtiments, des villes ou des véhicules pourraient prendre des décisions complexes à partir des données. Une caméra intelligente pourrait par exemple ordonner des actions à partir des images qu’elle filme. Par exemple, un capteur d’image intégré à un véhicule pourrait utiliser l’IA pour détecter un obstacle sur la route et partager ces données avec les autres voitures via la 5G. L’entreprise Cognizant travaille sur de telles innovations.

Un autre cas d’usage est celui de  » l’Intelligence artificielle des objets  » ou AIoT. Dans le domaine de la surveillance domestique, par exemple, les caméras connectées pourront transférer très rapidement de multiples flux vidéo vers le Cloud via la 5G indépendamment de l’accès à l’internet fixe.

Ce nouveau réseau mobile va aussi permettre l’accélération des chatbots et des assistants vocaux. Il facilitera aussi la collecte massive de données, qui pourra être exploitée pour entraîner plus efficacement les modèles de Machine Learning.

5G et Cloud Computing

La 5G va bouleverser le Cloud tel que nous le connaissons. Le transfert des données vers le nuage pour le stockage et l’analyse va profiter d’une accélération massive grâce à la faible latence et au débit largement accru.

Tous les services et toutes les applications reposant sur le Cloud profiteront des avantages apportés par la 5G. Leurs performances seront améliorées.

On peut s’attendre, par exemple, à une démocratisation de l’accès aux machines virtuelles via le Cloud. Les travailleurs à distance pourront accéder aux services Cloud via leurs appareils mobiles grâce à des hotspots toujours plus rapides.

Toutefois, en permettant le traitement des données à la périphérie du réseau, directement sur les appareils capturant les données, la 5G pourrait aussi représenter la fin du Cloud Computing au profit du Edge Computing…

Le futur de la 5G

Après des années d’attente, la 5G est enfin accessible au grand public. Les opérateurs français, comme partout dans le monde, ont commencé à déployer leurs réseaux. Les smartphones les plus récents sont compatibles.

Ce n’est qu’un début, puisque ce nouveau réseau va permettre le développement de technologies nouvelles telles que les voitures autonomes, les objets connectés, la chirurgie à distance ou l’IoT industriel.

Pour la première fois, l’internet mobile pourrait devenir plus rapide que l’internet fixe. Un véritable changement d’habitude se profile à l’horizon.

Bien que la 5G ne soit pas encore démocratisée, l’industrie des télécoms a déjà le regard tourné vers le futur. La prochaine étape est la 6G, qui exploitera les fréquences supérieures à 100 Ghz…

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