Même sans bien comprendre les générations de normes de communication mobile, tout le monde peut répondre que la 5G est mieux que la 4G/LTE. En réalité, ce n'est pas si simple. Explorons en quoi la 5G est meilleure ou pire, et quels cas d'utilisation sont les plus prometteurs compte tenu de l'état actuel.
Alors, que nous promet la technologie 5G ?
- Une augmentation de la vitesse par dizaines jusqu'à 10 Gbit/s,
- Une réduction des latences (temps de réponse) par dizaines jusqu'à 1 ms,
- Une augmentation de la fiabilité de la connexion (taux d'erreur de perte de paquets) par des centaines de fois,
- Une augmentation de la densité (nombre) des dispositifs connectés (106/km2).
Tout cela est réalisé grâce à :
- la multi-canalité (parallelisme en fréquences et stations de base)
- l'augmentation des fréquences porteuses de quelques unités à des dizaines de GHz (capacité de bande passante des canaux radio)
La 5G améliorera la 4G dans des domaines traditionnels, que ce soit pour le téléchargement instantané de films ou la connexion fluide des applications mobiles au cloud. Cela signifie-t-il que nous pourrons nous passer de la livraison d'Internet dans nos appartements et bureaux par câble ?
La 5G assurera une communication universelle entre tout et tous, en combinant des protocoles à large bande et énergivores avec des protocoles étroits et économes en énergie. Cela ouvrira de nouvelles directions inaccessibles à la 4G : la communication entre machines sur terre et dans les airs, l'industrie 4.0, l'Internet des objets. , le secteur de la 5G génère 3,5 trillions de dollars d'ici 2035 et crée 22 millions d'emplois.
Ou pas ?...
(Source de l'image — Reuters)
Comment cela fonctionne
Qui sait comment fonctionne la 5G – passez cette section.
Alors, comment pouvons-nous atteindre une telle vitesse de transmission de données en 5G, comme décrit ci-dessus ? Ce n'est pas de la magie, n'est-ce pas ?
L'augmentation de la vitesse se produira grâce au passage à une gamme de fréquences plus élevées – auparavant inexploitées. Par exemple, la fréquence du WiFi domestique est de 2,4 ou 5 GHz, la fréquence des réseaux mobiles existants est d'environ 2,6 GHz. Mais quand nous parlons de 5G, nous faisons immédiatement référence à des dizaines de gigahertz. C'est simple : nous augmentons la fréquence, réduisons la longueur d'onde – et la vitesse de transmission des données augmente considérablement. De plus, le réseau dans son ensemble est alléger.
Voici une bande dessinée illustrant comment c'était et comment cela sera. C'était :
Cela sera :
(Source : IEEE Spectrum, )
La fréquence a augmenté de dizaines de fois, c'est pourquoi dans la 5G, nous traitons des ondes beaucoup plus courtes, mesurant au millimètre. Elles traversent mal les obstacles. Cela entraîne également un changement dans l'architecture du réseau. Alors qu'auparavant, la connexion était fournie par de grandes tours puissantes permettant des communications sur de longues distances, il sera désormais nécessaire de déployer de nombreuses tours compactes et peu puissantes un peu partout. Il faut tenir compte du fait que dans les grandes villes, il faudra beaucoup de stations, à cause des interférences dues aux immeubles hauts. Ainsi, pour équiper New York de réseaux 5G de manière fiable, il faut le nombre de stations de base de 500 (!) fois.
Selon opérateurs russes, le passage à la 5G leur coûtera environ 150 milliards de roubles – un coût comparable aux dépenses précédentes pour déployer le réseau 4G, et cela malgré le fait que le coût d'une station 5G est inférieur à celui des stations existantes (mais il en faut beaucoup).
Il existe deux options de réseau : fixe et mobile.
Pour réduire la consommation d'énergie et augmenter la portée, la technologie beamforming — formation dynamique des faisceaux radio pour un abonné spécifique. Comment cela fonctionne-t-il ? La station de base mémorise d'où et à quelle heure le signal est venu (il provient non seulement de votre téléphone, mais aussi des réflexions sur les obstacles) et, par des méthodes de triangulation, calcule votre position approximative, puis construit la trajectoire optimale du signal.
Source : Analysys Mason
Cependant, la nécessité de suivre la position du récepteur entraîne une légère différence entre les options fixes et mobiles, ce qui se reflète dans différents cas d'utilisation (nous en parlerons un peu plus loin dans la section « Marché des consommateurs »).
Statut Quo
Normes
Il n'existe pas de norme 5G adoptée. La technologie est trop complexe et il y a trop d'acteurs aux intérêts divergents.
Un standard 5G NR (New Radio) est en cours de proposition avancée par l'organisation 3GPP (3rd Generation Partnership Project), qui a développé les précédents standards 3G et 4G. La 5G utilise deux bandes de fréquences radio (Frequency Range, ou simplement FR). FR1 propose des fréquences inférieures à 6 GHz. FR2 – supérieures à 24 GHz, c'est-à-dire des ondes millimétriques. La norme prend en charge les récepteurs fixes et mobiles et constitue un développement ultérieur de la norme 5GTF de l'opérateur de télécommunications américain Verizon, qui ne prend en charge que les récepteurs fixes (ce type de service est appelé réseaux d'accès sans fil fixe).
La norme 5G NR prévoit trois scénarios d'utilisation :
- eMBB (broadband mobile amélioré) – définit notre internet mobile habituel ;
- URLLC (communications ultra fiables à faible latence) — exigences élevées en matière de réactivité et de fiabilité – pour des tâches telles que le transport autonome ou la chirurgie à distance ;
- mMTC (communications de type machine massive) – prise en charge d'un grand nombre d'appareils qui envoient des données rarement – un cas d'Internet des objets, c'est-à-dire des compteurs et des dispositifs de surveillance.
Ou brièvement, la même chose sur l'image :
Il est important de comprendre que l'industrie se concentrera d'abord sur l'implémentation de l'eMBB, en tant que scénario plus compréhensible avec des flux de trésorerie existants.
Déploiement
Depuis 2018, des tests à grande échelle sont réalisés, par exemple, lors des Jeux olympiques d'hiver en Corée du Sud. En 2018, tous les opérateurs russes du « Big Four » ont effectué des tests. MTS a testé la nouvelle technologie – des scénarios d'utilisation avec des appels vidéo, la transmission de vidéos haute définition, des jeux en ligne ont été vérifiés.
En Corée du Sud, pour la première fois au monde, le service 5G a été proposé fin 2018. Le déploiement commercial mondial est attendu l'année suivante, en 2020. Au départ, la bande FR1 sera utilisée comme complément aux réseaux 4G existants. Selon les plans du ministère des Communications, la 5G commencera à apparaître dans les villes de plus d'un million d'habitants à partir de 2020. En pratique, le déploiement à grande échelle sera déterminé par la possibilité de monétisation, et cet aspect de la 5G reste flou pour le moment.
Quelle est donc le problème de la monétisation ? Le fait est que les opérateurs de télécommunications ne voient pas encore de raisons solides pour la modernisation : les réseaux existants gèrent parfaitement la charge. Et maintenant, la 5G est plutôt envisagée par eux sous l'angle du marketing : l'icône 5G sur l'écran du téléphone sera indéniablement un plus aux yeux des abonnés de l'opérateur de télécommunications. Un cas anecdote est révélateur avec , ayant affiché une icône 5G en l'absence d'un véritable réseau, pour lequel ses concurrents lui ont intenté un procès pour tromperie.
Si l'on regarde de près, on peut voir que l'icône est en fait « 5GE » — cela signifie 5G Evolution, et soudainement, ce n'est pas la 5G à laquelle nous pensons, mais simplement une étiquette inventée par les spécialistes du marketing pour un réseau LTE existant avec quelques améliorations.
Chipsets
Les entreprises de microélectronique ont déjà investi des milliards de dollars dans la 5G. Samsung propose des puces pour les modems cellulaires 5G NR (), Qualcomm (), Huawei (). Des modems par Intel, un nouvel acteur sur ce marché, sont attendus d'ici fin 2019. Le modem de Samsung est fabriqué selon la technologie FinFET 10nm et est compatible avec les anciens standards, à partir de 2G. Dans la bande de fréquence jusqu'à 6 GHz, il offre des vitesses de téléchargement allant jusqu'à 2 Go/s, tandis qu'en utilisant la bande millimétrique, la vitesse augmente jusqu'à 6 Go/s.
Téléphones
Pratiquement tous les fabricants de téléphones Android ont annoncé leurs projets de déployer la 5G. Samsung a présenté la version 5G de son flagship Galaxy S10 lors du Mobile World Congress à la fin février 2019. Il a été lancé en Corée le 5 avril. Aux États-Unis, il est arrivé le 16 mai, se connectant à la réseau de l'opérateur télécom Verizon. D'autres opérateurs suivent : AT&T annonce des projets de lancement d'un deuxième smartphone en collaboration avec Samsung dans la seconde moitié de 2019.
Au cours de l’année, des smartphones 5G de différents fabricants, principalement de haut de gamme, seront disponibles dans les magasins. Selon certaines estimations, cette nouvelle technologie augmentera le coût des appareils de 200 à 300 dollars et la tarification des abonnements de 10%.
Marché des consommateurs
Cas 1. Internet domestique
Les réseaux 5G d'accès fixe sans fil deviendront une alternative à l'Internet filaire dans nos maisons. Alors qu'auparavant Internet était fourni à notre appartement par câble, à l'avenir, il le sera via une antenne 5G, et ensuite un routeur distribuera la connexion via le WiFi domestique habituel. Les principales entreprises ont finalisé leurs préparatifs, synchronisant la mise en vente des routeurs avec le déploiement des réseaux 5G. Un routeur 5G typique coûte entre 700 et 900 $ et offre des vitesses de téléchargement de 2 à 3 Gbit/s. Ainsi, les opérateurs résoudront leur problème de « dernier kilomètre » tout en réduisant les coûts de câblage. Et il n'y a pas lieu de craindre que les réseaux de base existants ne puissent gérer le trafic accru provenant des réseaux 5G : des recherches sont en cours pour utiliser le potentiel des réseaux de fibre optique existants — le fameux « dark fibre » (fibre sombre).
À quel point ce scénario est-il nouveau pour les utilisateurs ? Déjà maintenant, dans certains pays, les gens abandonnent l'Internet filaire traditionnel et passent à la LTE : il s'avère que c'est plus rapide et moins cher d'utiliser les services mobiles dans toutes les situations, grâce à des tarifs attractifs. C'est le cas, par exemple, en Corée. Et cela est illustré dans cette bande dessinée :
Cas 2. Masses de personnes
Il n'est pas rare de se retrouver dans une situation désagréable : vous arrivez à une exposition ou à un stade, et la connexion mobile disparaît. Juste au moment où l'on veut publier une photo ou écrire sur les réseaux sociaux.
Stades
Samsung a réalisé un test en collaboration avec l'opérateur de télécommunication japonais KDDI dans un stade de baseball de 30 000 places. En utilisant des tablettes 5G de test, il a été possible de démontrer le streaming de vidéos 4K simultanément sur plusieurs tablettes.
Le stade est l'un des trois scénarios illustrés dans la zone de démonstration appelée 5G City, située à Suwon (siège de Samsung). Les autres scénarios incluent un environnement urbain (connexion de caméras vidéo, capteurs et panneaux d'information) et un point d'accès haute vitesse pour la livraison de vidéos HD dans un bus en mouvement : pendant qu'il passe à proximité, le film peut être téléchargé.
Jeux
L'entreprise Niantic, créatrice du célèbre jeu en réalité augmentée Pokémon Go, place de grands espoirs dans la 5G. Et voici pourquoi : récemment, des événements de groupe – les raids – ont fait leur apparition dans le jeu. Lors des raids, vous devez vous coordonner avec d'autres joueurs pour vaincre ensemble un Pokémon particulièrement puissant, ce qui crée des situations intéressantes dans la vie réelle. Ainsi, le principal emplacement légendaire du jeu, où se trouve le Pokémon le plus rare, Mewtwo, se situe à Times Square à New York – vous pouvez imaginer la foule qui peut s'y rassembler, composée non seulement de chasseurs de Pokémon, mais aussi de simples touristes.
La réalité augmentée est également considérée comme une « killer app » pour la 5G. Dans ce vous pouvez voir le concept de duels magiques en temps réel, actuellement développé par Niantic dans un nouveau jeu inspiré de « Harry Potter ». Niantic a déjà établi un partenariat avec Samsung et les opérateurs Deutsche Telekom et SK Telecom.
Transport
Enfin, le cas des trains est intéressant. L'idée de doter le réseau ferroviaire de connectivité 5G pour le divertissement et le confort des passagers a émergé. Une étude de l'Université de Bristol : pour obtenir une connexion sans couture et à haute vitesse, il faut équiper le chemin de fer de points d'accès tous les 800 mètres !
Un exemple de la façon dont il faut positionner les points d'accès le long du chemin de fer
Des tests ont été menés avec succès sur un train circulant près de Tokyo – ils ont été par Samsung en collaboration avec l'opérateur télécom KDDI. Lors des tests, une vitesse de 1,7 Gbit/s a été atteinte, et pendant le test, un téléchargement de vidéo 8K et un chargement de vidéo 4K à partir de la caméra ont eu lieu.
Nouveaux cas d'utilisation
Mais tout cela est plutôt une solution à des problèmes que nous connaissons déjà. Qu'est-ce que la 5G peut offrir de fondamentalement nouveau ?
Voiture connectée
L'avantage principal – une faible latence, permettant aux voitures de communiquer entre elles à des vitesses allant jusqu'à 500 km/h. Contrairement aux conducteurs humains, les voitures pourront enfin s'entendre entre elles ou avec des infrastructures fixes sur les manœuvres, rendant la route plus sûre. Il est intéressant de noter que le système prendra en compte les conditions météorologiques : tout le monde sait que par mauvais temps, la distance de freinage est plus longue, donc les règles dans un tel système doivent également changer.
L'Association européenne 5GAA (Automotive Association) regroupe déjà plus de 100 grands opérateurs de télécommunications et fabricants automobiles à travers le monde pour accélérer le déploiement du système C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Les principaux objectifs de l'association sont la sécurité routière globale et l'efficacité de la circulation. Les cyclistes et les piétons avec des smartphones 5G pourront également compter sur la sécurité. Les participants au mouvement à des distances allant jusqu'à 1 km pourront communiquer directement, tandis qu'à de plus grandes distances, ils auront besoin de couverture 5G. Le système permettra la création de corridors pour la police et les secours, l'échange de données entre les véhicules, la conduite à distance et d'autres merveilles. Après le lancement de C-V2X, l'association prévoit d'appliquer l'expérience acquise dans 5G V2X, visant l'industrie 4.0, les villes intelligentes et tout ce qui se déplace utilisant 5G.
Exemples de situations pouvant être résolues à l'aide de la Connected Car. Source : Qualcomm.
La 5G permettra de relier non seulement les véhicules terrestres, mais aussi les aéronefs. Cette année, Samsung, en collaboration avec le fournisseur d'accès Internet espagnol Orange, , a piloté le vol d'un drone à distance en utilisant le réseau 5G déployé, recevant un flux vidéo haute définition en temps réel. Le fournisseur américain Verizon a acheté en 2017 , promettant des millions de vols connectés en 5G. Les drones de l'entreprise sont déjà connectés au réseau 4G lancé par Verizon.
L'industrie 4.0
Le terme « Industrie 4.0 » a été inventé en Allemagne pour son programme de modernisation industrielle. L'association (5G Alliance for Connected Industries and Automation) basée en Allemagne regroupe depuis 2018 des entreprises manufacturières intéressées par l'utilisation de la 5G. Les exigences les plus élevées en matière de latence et de fiabilité concernent le contrôle du mouvement des robots industriels, où le temps de réponse ne peut dépasser quelques dizaines de microsecondes. Actuellement, cela est réalisé grâce à l'Ethernet industriel (par exemple, la norme EtherCAT). Il est tout à fait probable que la 5G vise également ce secteur !
D'autres applications, comme la communication entre contrôleurs industriels ou avec un opérateur humain, ainsi que les réseaux de capteurs, sont moins exigeantes. Actuellement, la plupart de ces réseaux utilisent des câbles, donc la 5G sans fil apparaît comme une solution économiquement justifiée, permettant également une reconfiguration rapide de la production.
Dans la pratique, la viabilité économique conduira à l'adoption de la 5G dans les domaines les plus coûteux liés au travail humain, comme les conducteurs de chariots élévateurs dans les usines et les entrepôts. Ainsi, la société d'ingénierie européenne Acciona a démontré . Le chariot transmet des vidéos 360 en haute définition, et un opérateur à distance l'aidera à sortir de situations imprévues. Le chariot utilise les technologies 5G de Cisco et Samsung.
Les technologies de collaboration à distance iront plus loin. Cette année, il a été démontré comment un chirurgien expert observe en temps réel le déroulement d'une opération oncologique, se déroulant à des kilomètres de lui, et montre à ses collègues comment mieux opérer. À mesure que la technologie s'améliore, il pourra participer de manière plus active, en dirigeant directement les instruments chirurgicaux.
Internet des objets
Tout d'abord, la 5G résoudra le problème des nombreux standards de communication peu pris en charge de l'Internet des objets, qui, selon nous, limite actuellement le développement de ce domaine.
Ici, la 5G peut offrir ce qui suit :
- Réseaux ad hoc (sans routeurs)
- Haute densité d'appareils connectés
- Support des communications étroites, écoénergétiques (plus de 10 ans sur une seule batterie)
Mais il semble que les grandes entreprises trouvent actuellement d'autres scénarios plus intéressants que l'Internet des objets. Une recherche rapide sur Internet n'a pas trouvé de démonstrations par des acteurs clés des avantages de la 5G pour l'Internet des objets.
Pour conclure ce sujet, notons cette possibilité intéressante. Actuellement, la dépendance à une prise ou la nécessité de changer les batteries limite le choix des « choses ». La recharge sans fil inductive à basse fréquence ne fonctionne qu'à quelques centimètres. La 5G et ses ondes millimétriques dirigées permettront une recharge efficace à plusieurs mètres. Bien que les normes existantes ne le prévoient pas, nous ne doutons pas que les ingénieurs trouveront bientôt des moyens d'exploiter cette opportunité !
Opportunités pour les développeurs
Si vous êtes intéressé par le sujet, quelle direction prendre ensuite ?
Connexions. Vous pourrez rencontrer personnellement des acteurs de la 5G lors des prochaines conférences russes 29-30 mai, 30-31 mai, 25-27 juin, 24 octobre.
Parmi les contacts académiques, il convient de noter organisé à l'Institut des Problèmes de Transmission de l'Information.
Financement. Les acteurs clés organisent des concours sur l'utilisation de la 5G dans différents domaines. Aux États-Unis, Verizon a récemment lancé le concours « Built on 5G Challenge » pour l'Industrie 4.0, les applications immersives pour consommateurs (VR/AR) et des idées révolutionnaires (qui changent notre mode de vie et de travail). Le concours est ouvert aux petites entreprises enregistrées aux États-Unis, les candidatures sont acceptées jusqu'au 15 juillet. Le prix total est de 1 million de dollars. Les gagnants seront annoncés en octobre de cette année.
Emploi. En plus des quatre grands opérateurs de téléphonie mobile, plusieurs entreprises en Russie prévoient d'utiliser la 5G à court terme. Le modèle économique du principal fournisseur de livraison de contenu en Russie et dans la CEI, CDNVideo, repose sur un paiement en fonction du volume de trafic reçu. L'utilisation de la 5G, qui réduit potentiellement ce coût, permettra à l'entreprise de diminuer ses dépenses. La société PlayKey promeut le jeu en nuage, il n'est donc pas surprenant que l'utilisation de la 5G soit également dans ses projets.
Open Source, semble jouer un rôle clé dans l'infrastructure. La soutient la 5G. L'européen réunit ceux qui souhaitent contourner les composants propriétaires de l'infrastructure 5G. Les axes stratégiques incluent le soutien des modems 5G et des systèmes définis par logiciel, des réseaux hétérogènes et l'Internet des objets. virtualise les réseaux d'accès radio (Radio Access Networks). La mise en œuvre du cœur du réseau est disponible auprès de .
Auteurs :
Stanislav Polonsky - Responsable du bureau de recherche et développement au centre de recherche Samsung
Tatyana Volkova - Auteur du programme de formation du projet IoT Academy Samsung, spécialiste des programmes de responsabilité sociale des entreprises au centre de recherche Samsung
Source : habr.com
