La 5e génération de téléphonie mobile

15/07/2018
Auteurs : Patrice Collet
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2018-3:23126

Résumé

La 5e génération de téléphonie mobile

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44 ZREE N°3/2018 Une nouvelle génération de télé- phonie mobile, la 5G, va arriver sur le marché dès 2019 pour les premiers usages et, de façon plus large, en 2020 et au-delà. C’est le résultat d’un long processus de spécification et de déve- loppement. L’Union internationale des télécommunications, après avoir exa- miné l’évolution des technologies, a défini sa vision de ce que pourraient être les systèmes de radiocommunica- tions au-delà de 2020. Elle a publié, en septembre 2015, la recommandation M.2083 définissant les exigences à satisfaire par ces systèmes : on les connaît sous le nom d’IMT-2020 (IMT pour Inter- national Mobile Telecommunications). Un processus d’évaluation des propositions de systèmes émises par les différents acteurs de l’in- dustrie a été mis en place afin d’évaluer leur confor- mité à IMT-2020. On retrouve là le processus déjà utilisé pour la définition de la 4G. Cette apparition périodique de nouveaux standards est vue, par cer- tains analystes critiques, comme un moyen pour l’industrie de relancer son activité et cette critique avait déjà été faite lors du lancement de la 4e géné- ration vers 2010. Cependant, aujourd’hui, plus per- sonne ne conteste que la 4G LTE (LTE pour Long term Evolution) ait vraiment fait exploser l’utilisa- tion du mobile comme moyen d’accès à Internet. Il devient presqu’aussi facile d’accéder à Internet via son mobile que via son PC. Le succès commer- cial est évident : fin 2017, selon la Global Mobile Suppliers Association (GSA), il y avait 2,8 milliards d’abonnements 4G dans le monde et 675 réseaux étaient équipés avec LTE. A l’heure actuelle, il est beaucoup plus facile de lister les 49 pays qui n’ont pas développé de réseau 4G que ceux qui l’ont fait1 . LTE a encore un très fort potentiel de croissance, puisque les abonnements LTE ne représentent que 36 % des abonnements mobiles dans le monde : l’extension de sa couverture dans les pays qui l’ont déjà adoptée et son adoption par de nouveaux pays devraient, selon les prévisionnistes, permettre d’at- 1 On pourra se reporter à « LTE Growth and Not-Spots » https:// gsacom.com/download.php?id=5939 teindre 5,6 milliards d’abonnements LTE à la fin de 2022. Le 3GPP (historiquement le 3rd Ge- neration Partnership Project), qui est l’acteur principal dans la normalisation mondiale en matière de réseaux mo- biles, a commencé en 2015 ses travaux de spécification d’une nouvelle généra- tion destinée à succéder à LTE tout en satisfaisant aux exigences d’IMT-2020. Une première série de spécifications portant sur le segment radio a été approuvée en décembre 2017 et toute l’industrie des télécom- munications s’est mise en marche vers la réalisa- tion de systèmes conformes à ce nouvel objectif. Des objectifs très larges A quoi pourra servir la 5G ? Les cibles poursui- vies sont très nombreuses. Un premier objectif est de poursuivre le chemin de la croissance des débits offerts aux clients, en allant vers le Gbit/s et en assurant une meilleure qualité de service en bord de cellule. Une deuxième série d’objectifs, probablement plus porteuse d’avenir que le pre- mier, est de faire de la 5G le réseau qui puisse cou- vrir les très nombreux nouveaux usages résultant de la numérisation de tous les secteurs d’activités : commande de processus industriels, Internet des objets, mobilité connectée, santé connectée… Le premier article du dossier « Les possibilités offertes par 5G » décrit plus en détail les différents cas d’usage envisagés pour la 5G. Des ruptures technologiques majeures Mais vouloir satisfaire tous ces objectifs, qui sont ceux d’IMT-2020, conduit à des exigences techniques parfois contradictoires. C’est le cas en termes de latence – c’est-à-dire, combien de temps un paquet de données met-il pour parvenir à son destinataire – et en termes de fiabilité ou d’effi- cacité spectrale. La réduction de l’énergie dissipée par bit transmis fait aussi partie des objectifs. Le réseau de contraintes ainsi constitué a imposé au 3GPP des ruptures technologiques tant au niveau de l’accès qu’à celui du cœur de réseau. C’est ce que tente d’expliquer ce dossier. Patrice Collet Membre émérite de la SEE LE GRAND DOSSIER Introduction La 5e génération de téléphonie mobile REE N°3/2018 Z 45 Introduction LE GRAND DOSSIER En ce qui concerne l’accès radio les innova- tions sont nombreuses. La croissance des débits nécessite des bandes de fréquences de plus en plus larges. Pour accéder à des bandes de ce type, il faut aller vers les fréquences centimétriques et millimétriques, en plus des bandes traditionnelles de la téléphonie mobile qu’on élargit vers le haut et vers le bas. La nouvelle radio ou 5G-NR, norma- lisée fin 2017 et à la mi-2018 par le 3GPP, est le premier résultat de ces travaux. L’article La nou- velle radio : évolution ou révolution fait le point sur les résultats atteints et sur les travaux restant à mener : il montre quels éléments de flexibilité ont pu être mis en œuvre dans sa conception. Les fré- quences élevées limitent la portée des émetteurs et imposent une multiplication des antennes mais leur utilisation conjointe permet de pallier partiellement cet inconvénient. L’article Réseaux hétérogènes montre sur des exemples comment mettre en œuvre la nouvelle radio et décrit l’ap- port des bandes millimétriques à la couverture des zones urbaines denses. Le cœur de réseau 5G marque une rupture très profonde par rapport aux générations précédentes. La disponibilité de nouvelles technologies comme la vir- tualisation des fonctions de réseau ou SDN (Software Defined Network) et l’exi k k - gence d’une grande flexibilité du cœur de réseau pour satisfaire aux contraintes dues à la coexistence de services très diversifiés, sont à l’origine de cette rupture. Grâce à la vir- tualisation, le cœur de réseau peut être configuré comme un ensemble de réseaux virtuels, chacun de ces derniers étant optimisé pour satisfaire les exigences fonctionnelles des services qu’il doit porter. L’article Le cœur de réseau 5G décrit les principes retenus dans la conception de celui-ci. 

     
     Le déploiement de la 5G prendra plusieurs années : elle devra longtemps coexister avec LTE qui continue à évoluer et commence à prendre en charge une partie des nouveaux services envisagés pour la 5G. LTE et la 5G devront donc interfonc- tionner pour assurer une très bonne continuité de service pendant toutes ces années. Les évolutions de LTE et son interfonctionnement avec la 5G sont deux des thèmes présentés par l’article De la 4G à la 5G : il présente en outre quelques-uns des nombreux tests de la 5G qui sont menés ou annoncés dans le monde. Ces opérations montrent la grande implication de tous les acteurs du domaine et des dif- férents secteurs industriels uti- lisateurs potentiels : elle est la condition nécessaire au succès futur de la 5G. Q Les nouvelles possibilités offertes par la 5G Vers une connectivité ambiante pour une société digitale Eric Hardouin, Marion Duprez, Christian Gallard, Azeddine Gati, Pierre-Yves Le Lann, Jean Schwoerer ...................................................................................................................... p. 46 La nouvelle radio : évolution ou révolution ? Van Minh Nguyen & Mérouane Debbah ................................................................................................................... p. 55 Réseaux hétérogènes Comment exploiter le vrai potentiel de la 5G ? Laurent Fournier ............................................................................................................................................................ p. 65 Le cœur de réseau 5G Didier Berthoumieux, Laurent Thiebaut ................................................................................................................. p. 74 De la 4G à la 5G Patrice Collet et Simon Znaty .................................................................................................................................... p. 81 LES ARTICLES Patrice Collet est ancien élève de l’Ecole Polytechnique et ingénieur général honoraire des télécommunications. Sa carrière l’a conduit de la recherche et développement au CNET qui était le centre de recherches de la Direction générale des télécommunications à la Direction générale de France Télécom où il a eu la responsabilité de l’architecture du réseau fixe et de son évolution.