Les nouvelles possibilités offertes par la 5G. Vers une connectivité ambiante pour une société digitale

15/07/2018
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Les nouvelles possibilités offertes par la 5G. Vers une connectivité ambiante pour une société digitale

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46 ZREE N°3/2018 LA 5G DOSSIER 1 Introduction La 5e génération de systèmes de télécommunications mobiles (5G) est maintenant en phase de pré-déploie- ment. Une étape majeure a été franchie en décembre 2017, avec la publication par le 3GPP des premières spécifica- tions de l’interface radio 5G NR (New Radio). Ces dernières ouvrent la voie à des déploiements commerciaux grand public en 2020, avec un choix conséquent de terminaux compatibles (smartphones), offrant un confort accru d’accès à Internet en mobilité. Les hauts débits et la forte capacité offerts par les ondes centimétriques et millimétriques rendent aussi possible une offre de services fixes complémentaires à ceux du FTTH1 . Mais la 5G offrira surtout un changement sans précédent pour la 1 FTTH : Fibre To The Home – Raccordement des bâtiments en fibre optique. connectivité des entreprises, des collec- tivités et de la société en général, avec un réseau flexible et sécurisé s’adaptant à tous les besoins, y compris les plus exigeants en termes de fiabilité. Cette connectivité ambiante demandera sans doute quelques années pour s’incarner, le temps pour les différents usagers de s’approprier cette nouvelle technologie. Cet article fait le point sur les nou- velles possibilités offertes par la 5G. Nous commençons par rappeler suc- cinctement les évolutions technolo- giques majeures qui constituent le socle de la 5G, dans les domaines de la radio, de la transformation logicielle du réseau mais aussi de l’efficacité énergétique. Nous présentons ensuite les apports de la 5G au très haut débit mobile, pour l’accès à Internet et en termes de nou- veaux services. La 5G pour l’accès fixe est alors abordée et son apport par rap- port au FTTH est discuté. Nous introdui- sons ensuite les possibilités ouvertes par la 5G pour l’Internet des objets (IoT) et présentons notre vision du changement de paradigme qu’elle induit pour les en- treprises et la société. Nous terminons ce tour d’horizon par les espoirs d’inclu- sion digitale que nous nourrissons pour la 5G, afin de rendre la connectivité à Internet accessible dans les territoires qui en sont aujourd’hui privés. Les nouvelles possibilités techniques Radio L’une des particularités de la 5G vis-à- vis des technologies précédentes est sa capacité à faire coexister sur un même réseau une multitude de services aux caractéristiques extrêmement variées : les services de type « communications critiques » (comme les communications 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 Orange Labs The first 5G deployments, planned in 2020, will significantly enhance the mobile broadband experience and the networks capacity. But 5G will also open the door to services having strong requirements in terms of reliability, latency and security, especially for industrial applications. This article provides an overview of the new possibilities offered by this technology, expected to be the backbone of the 2020-2030 digital society. ABSTRACT Les premiers déploiements de la 5G, prévus en 2020, amélioreront significativement l’expé- rience du très haut débit mobile et la capacité des réseaux. Mais la 5G ouvrira également la voie à des applications, notamment industrielles, demandant des garanties de fia- bilité, de latence et de sécurité. Cet article fait le point sur les nouvelles possibilités offertes par cette technologie, atten- due comme la colonne vertébrale de la société digitale de la décennie 2020-2030. RÉSUMÉ REE N°3/2018 Z 47 Les nouvelles possibilités offertes par la 5G véhiculaires) nécessiteront une latence (temps de réactivité du réseau) très faible et une fiabilité garantie alors que d’autres services (la réalité virtuelle/réa- lité augmentée) exploiteront au mieux les très hauts débits offerts par la 5G. Dans le but d’optimiser les ressources spectrales disponibles, ces services pourront partager une même fréquence porteuse, ce qui n’est rendu possible que grâce à la flexibilité de l’interface radio NR (via le multiplexage de struc- tures de trames paramétrées différem- ment). L’interface air 5G peut alors être vue comme une boîte à outils que l’on peut combiner de diverses manières en fonction des services à fournir. La 5G a été conçue pour opérer de manière efficace dans différentes bandes de fréquences, notamment dans des bandes bien plus hautes que les bandes utilisées jusqu’ici par les réseaux mobiles : les bandes centimé- triques entre 3 et 30 GHz et millimé- triques entre 30 et 300 GHz (par abus de langage et simplification, on parle souvent seulement des bandes millimé- triques). L’intérêt de ces fréquences est d’offrir des largeurs de bandes incompa- rables, de plusieurs centaines de méga- hertz (MHz), là où on ne peut exploiter que quelques dizaines de MHz dans les bandes plus basses (cas de la 4G). A contrario, une montée en fréquence implique une zone de couverture ré- duite, qui peut être en partie étendue par l’utilisation d’un très grand nombre d’antennes sur les stations de base ; on parle alors de « MIMO2 massif ». Ces antennes combinées entre elles per- mettent de créer des faisceaux d’éner- gie très fins pointant exclusivement dans la direction de l’utilisateur consi- déré, plutôt que d’émettre de l’énergie inutilement sur l’ensemble de la zone couverte (figure 1). 2 MIMO : Multiple Input Multiple Output. Transformation logicielle et tranches de réseau La 5G ne sera pas qu’une évolution de l’interface radio et des bandes de fréquences utilisées : en effet, le nou- veau système tirera parti des évolutions technologiques liées à la transformation logicielle ou « softwarisation » du réseau, pour apporter des solutions flexibles et à la demande aux usagers, notamment aux différents secteurs d’activité dits verticaux. Qu’est-ce que la « softwarisation » ? Ce terme est utilisé pour désigner le portage de fonctions réseaux virtua- lisées (NFV3 ) sur des infrastructures banalisées. Dans les générations pré- 3 NFV : Network Function Virtualisation. cédentes, les fonctions des réseaux mobiles étaient réalisées par un logi- ciel embarqué dans un équipement matériel conçu par le même équipe- mentier, qui fournissait également les fonctions de commande et de gestion correspondantes. L’augmentation de performances des serveurs banalisés a conduit à dissocier des fonctions logi- cielles du matériel sous-jacent, ce qui permet de pouvoir installer dynamique- ment ces fonctions logicielles, en théo- rie, sur n’importe quel serveur. C’est ce que l’on appelle la virtualisation des fonctions réseaux. Dans la pratique, cer- taines fonctions sont très exigeantes en traitement/mémoire, ce qui implique à l’opérateur d’avoir correctement dimen- sionné par avance le serveur pour les Figure 1 : Antennes conventionnelles 4G et antennes MIMO massif 5G. Figure 2 : Architecture d’un réseau softwarisé à l’ère de la 5G (2020 - 2030). 48 ZREE N°3/2018 LA 5G DOSSIER 1 accueillir. Cette virtualisation des fonc- tions s’accompagne le plus souvent du SDN4 (Software-Defined Network) qui permet d’agir sur le plan de transfert via un logiciel de commande déporté. L’infrastructure de réseau des opé- rateurs se trouvera donc également transformée, les équipements hardware dédiés maillant le territoire seront rem- placés par des serveurs de capacité de calcul variable, en fonction des fonc- tions qu’ils hébergeront ainsi que de leur distance au client, comme illustré sur la figure 2. La « softwarisation » facilite la pro- grammabilité des réseaux, augmente leur flexibilité, et ouvre la possibilité de réseaux à la demande. C’est la notion de « slice », ou « tranche de réseau », qui consiste à créer, sur une infrastructure physique partagée, des réseaux virtuels avec des caractéristiques techniques spécifiques (débit, latence, fiabilité, mobilité, etc.) répondant aux besoins propres des clients. Cette programma- bilité développe toute sa puissance dès lors que les interfaces sont ouvertes et 4 SDN : Software Defined Network. configurables (API5 ) et que le système est doté d’une orchestration adaptée pour placer et configurer dynamique- ment les fonctions virtualisées. Une « tranche de réseau » optimisée pour un service ou un client particulier peut ainsi être créée et configurée en quelques minutes. L’ensemble doit être complété par un système de gestion capable de détecter et anticiper les fautes, et les corriger de façon autonome, à l’aide d’un système intelligent et apprenant, sous le contrôle des gestionnaires opé- rationnels du réseau. Energie La consommation énergétique des réseaux de télécommunication est de- venue, depuis une dizaine d’années, un véritable enjeu, à la fois environnemen- tal et économique. En effet, le dévelop- pement massif des réseaux mobiles, par exemple, et le renouvellement de plus en plus rapide des technologies de la 2G à la 5G font que la part des réseaux et des plates-formes de ser- vices pèsent pour plus de 2/3 dans le 5 API : Application Programming Interface bilan énergétique des opérateurs. Ceci renforce l’engagement des acteurs des télécommunications dans la recherche de technologies moins gourmandes en énergie et surtout intégrant cet aspect dans leur ADN dès leur conception. La 5G, au travers des premières spécifica- tions, a été conçue pour répondre à ces besoins. Cette démarche a principale- ment porté sur les axes de développe- ment suivants : s une interface radio agile et configurable permettant de faciliter l’intégration de « modes de veille » plus performants. Il a été montré que l’utilisation de ces modes de veille peut réduire la consommation d’énergie jusqu’à 90 % pour des configurations à très faible charge. C’est à cet effet qu’Orange a poussé l’écosystème vers le principe du « ~ 0 Watt @ 0 charge utile » ; s une réduction des émissions électro- magnétiques à l’essentiel grâce au MIMO massif, qui demande de l’ordre de 100 fois moins de puissance qu’une antenne unidirectionnelle classique, telle qu’utilisée en 4G, pour connecter un utilisateur, à qualité et service équi- valents ; REE N°3/2018 Z 49 Les nouvelles possibilités offertes par la 5G s l’utilisation de nouveaux matériaux, tels que le nitrure de gallium (GaN), plus performants au regard des exi- gences énergétiques et surtout en termes d’impact environnemental. Le prix de ces matériaux a longtemps été un frein à leur développement mais nous observons, avec l’avènement de la 5G, un véritable engouement vers de nouveaux matériaux capables de satisfaire ces exigences énergétiques à des fréquences au-delà du GHz ; s l’utilisation de nouvelles techniques de refroidissement capables de réduire la consommation des réseaux de 70 % par rapport aux techniques actuelles. En effet, l’immersion liquide ou les portes froides, par exemple, ont au- jourd’hui démontré leur grande effica- cité technique et ont atteint la maturité nécessaire à leur déploiement massif. En 2015, beaucoup d’acteurs dans le domaine des télécommunications se sont engagés en faveur d’une 5G deux fois moins consommatrice d’éner- gie pour 100 fois plus de capacité par rapport aux réseaux de l’époque6 . Transformer cet objectif ambitieux en une réalité dans les infrastructures de demain demande un engagement de tous les acteurs des réseaux (grands 6 https://www.ngmn.org/5g-white-paper/5g- white-paper.html équipementiers, fournisseurs de com- posants, opérateurs). Une meilleure capacité pour du haut débit mobile plus confortable Dans la lignée des générations pré- cédentes, la 5G proposera à ses utili- sateurs des débits toujours plus élevés, permettant d’offrir des services enrichis à très hauts débits, et ce même en mo- bilité (voir section suivante). Comme on l’a vu plus haut, l’utilisation des bandes millimétriques permettra d’atteindre localement des débits d'une dizaine de Gbit/s, et surtout de connecter de manière confortable (plusieurs dizaines de Mbit/s) un grand nombre d’utilisa- teurs simultanés, en particulier dans des environnements extrêmement denses (aéroports, zones commerciales, sta- des, festivals…). Ces déploiements de type « hotspots » peuvent difficilement s’envisager pour assurer une couverture nationale. D’une part, car ils ne seront nécessaires que là où les besoins de capacité sont suffisamment forts, typi- quement sur des zones à très forte densité d’usagers, et d’autre part pour des raisons de coût, car une hyper-den- sification du réseau sera nécessaire en raison de la couverture restreinte à ces fréquences. Au-delà d’une recherche perma- nente de débits pics toujours plus éle- vés, la 5G vise à offrir une expérience utilisateur homogène sous la couver- ture du réseau ; ainsi, que l’utilisateur se trouve au pied de la station de base ou en limite de couverture de la cellule, il pourra disposer peu ou prou d’une expérience « minimale » similaire, ce qui reposera notamment sur la capacité du réseau à lui fournir un débit de quelques dizaines de Mbit/s (~30 Mbit/s) en tout point de la cellule. De nouveaux services pour le grand public en mobilité En premier lieu, les utilisateurs veulent mieux communiquer, avec un sentiment de plus grande proximité : gagner du temps, réduire les distances et optimiser les déplacements au profit de moments de partage et de divertis- sement. Les utilisateurs veulent vivre une expérience quotidienne enrichie et immersive au travers d’une nouvelle gé- nération de services, de jeux et d'évène- mentiel, avec une connectivité efficace et sans couture lors des déplacements. Du fait de la capacité étendue des réseaux 5G, des services possibles dès aujourd’hui en 4G pour un ou quelques terminaux (par exemple la réalité vir- tuelle ou la vidéo 360°, potentiellement Figure 3 : Exigences en débit et en latence de différents services envisagés en 5G. 50 ZREE N°3/2018 LA 5G DOSSIER 1 associées à un format 4K) pourront passer à une échelle élargie à un grand nombre de terminaux accédant simulta- nément au service, d’où une démocra- tisation de ces services. Par ailleurs, la latence réduite permettra un accès en mobilité à des services de cloud avec le même confort que si le contenu et les applications étaient stockés sur le smart- phone, et ouvrira également la voie à des services exploitant toute la puis- sance d’une infrastructure de calcul et de stockage distante. La réalité augmen- tée, qui superpose des informations numériques au monde réel, bénéficiera ainsi des capacités d’analyse de logiciels puissants s’exécutant dans le cloud. Cependant, dans cet écosystème 5G, le leitmotiv « 5G=performance » ne sera probablement pas le seul différentiateur. La valeur confiance associée à la sou- veraineté sur ses données constitue de plus en plus une caractéristique recher- chée des services réseaux. En outre, la protection et la sécurité deviennent des préoccupations récurrentes et de premier plan. Les opérateurs et les fournisseurs de services doivent fournir des garanties pour assurer la sécurité des communica- tions, la protection des usagers, de leurs données et contenus personnels mais aussi pour préserver l’empreinte environ- nementale, sociale et sanitaire associée à ces nouveaux services de communi- cation. En tirant parti d’innovations telles que la 5G, la réalité virtuelle immersive, l’intelligence artificielle ou la commande vocale ou gestuelle, les opérateurs peuvent fournir une gamme de services de télécommunication cognitifs, pour répondre aux attentes des utilisateurs et augmenter leurs capacités à mieux com- prendre, prendre des décisions et intera- gir dans cet environnement numérique ambiant et omniprésent. Un complément au FTTH L’usage des réseaux mobiles pour fournir des services de connexion haut débit fixe en alternative au DSL (FWA7 ) apparaît avec la 4G. Du fait de la largeur de bande disponible dans les bandes actuelles et de la charge des réseaux, les débits restent de l’ordre de ceux du DSL et cette solution n’est envisa- geable que dans les zones peu denses. Naturellement, ces services évolueront et bénéficieront de la 5G dans la bande 3,4 – 3,8 GHz, mais toujours dans les zones peu denses et sans pouvoir four- nir une expérience client équivalente à celle de la fibre ou du très haut débit fixe. L’abondance de spectre dans les bandes centimétriques et millimé- triques (voir plus haut), exploitables grâce à la 5G, ouvre la possibilité d’offrir des débits comparables à ceux du FTTH (de 100 Mbit/s à 1 Gbit/s dans le sens descendant) pour un nombre élevé de clients simultanément. Verizon aux Etats-Unis a annoncé l’ouverture en 2018 d’un service com- mercial d’accès fixe sur la bande 28 GHz. Notons que ce service s’appuiera sur une technologie propriétaire proche de la 5G NR, mais définie avant la fina- lisation des spécifications 3GPP en décembre 2017. En Europe, la CEPT8 travaille à aménager la bande des 26 GHz (24,25-27,5 GHz) pour permettre son usage par la 5G à partir de 2020. La possibilité d’ouvrir un tel service commercial dépendra ensuite de la dis- ponibilité effective de ce spectre dans chaque pays de l’Union. L’utilisation de ces nouvelles bandes, bien plus hautes que les bandes utili- sées par les réseaux mobiles jusqu’ici, n’est pas sans conséquence sur l’ingé- nierie du réseau. Tout d’abord, les ondes dans ces bandes se propagent moins bien. Cet effet est compensé en partie par le gain apporté par le MIMO massif, puisque la dimension réduite des an- 7 FWA : Fixed Wireless Access – Accès radio fixe 8 CEPT : Conférence européenne des adminis- trations des postes et télécommunications. tennes à ces fréquences permet d’inté- grer un très grand nombre d’éléments d’antennes dans un radôme réduit (voir plus haut). Toutefois, des portées de l’ordre de quelques centaines de mètres sont attendues, appelant des déploie- ments à l’aide de petites cellules. Pour l’opérateur, cela implique de déployer de nouveaux sites radio, car les sites macro existants ne seront pas suffisants. De plus, les ondes à ces fréquences traversent difficilement les murs, et sont fortement atténuées par la végé- tation. Les antennes des équipements déployés chez l’abonné doivent donc se trouver à l’extérieur, préférablement en vue directe des antennes du site radio, typiquement sur le toit du bâtiment. La 5G permettra vraisemblablement des déploiements plus rapides que le FTTH, surtout si des travaux de génie ci- vil sont nécessaires pour amener la fibre chez l’abonné. Toutefois, la question es- sentielle pour les opérateurs est la com- paraison économique entre 5G et FTTH, à service équivalent. De premières études effectuées par Orange montrent que la réponse n’est pas universelle et dépend de plusieurs facteurs : la den- sité d’abonnés à couvrir par site radio, les prix des équipements, notamment ceux installés chez l’abonné (CPE9 ) et le besoin de travaux de génie civil. On rappelle au passage que si la 5G permet de s’affranchir de la fibre pour les der- nières centaines de mètres jusque chez l’abonné, il est nécessaire de connecter le site radio au réseau backhaul à l’aide de fibre. Ainsi, hors coût de génie civil, nos études montrent que la 5G pourra être compétitive par rapport au FTTH dans des zones de faible densité, tandis que dans les zones de très faible densité l’écart de coût ne semble pas significatif. On comprend, en effet, que le nombre d’abonnés couverts par un site radio doit être suffisant pour que l’économie 9 CPE : Customer Premises Equipment – Equipe- ment installé chez l’abonné REE N°3/2018 Z 51 Les nouvelles possibilités offertes par la 5G des coûts de raccordement en fibre des abonnés compense le coût d’investisse- ment dans ce site. Par ailleurs, les coûts de génie civil pourront accroître l’avan- tage économique de la 5G, y compris dans les zones de très faible densité. Pour un opérateur ayant le choix entre 5G et FTTH pour un accès fixe à très haut débit (100 Mbit/s descendant minimum) dans une zone donnée, la décision doit donc se fonder sur une analyse technico-économique locale prenant en compte la densité et la posi- tion des clients ainsi que l’environne- ment : topologie du terrain, végétation. D’autres paramètres comme la rapidité souhaitée pour offrir le service, ainsi que la pérennité souhaitée des inves- tissements peuvent faire basculer la décision. En effet, si la fibre est évolu- tive vers de plus hauts débits en chan- geant les équipements terminaux, une montée en débit significative pour un système radio demande typiquement d’augmenter le spectre disponible, une option aux possibilités plus incertaines. La 5G ne remplacera donc pas le FTTH, mais pourra s’avérer un complé- ment utile dans certaines zones. Un test terrain mené par Orange en 2018 en Roumanie permettra de vérifier les portées, débits, capacité et coûts d’un réseau 5G FWA dans la bande 26 GHz, et d’en confirmer ainsi les domaines d’emploi. L’Internet des objets massif Il y a quelques années, la connec- tivité IoT était présentée comme l’une des nouvelles ruptures apportées par la 5G. Finalement, de par la création, sur la base du système LTE, des technologies NB-IoT et LTE-M, les réseaux mobiles n’ont pas eu besoin d’attendre l’arrivée de la 5G pour commencer à prendre en charge la connectivité des objets. Cette première étape ne marque cependant que le début d’une histoire qui reste à écrire. Les technologies NB-IoT et LTE-M ont été conçues pour répondre aux usages les plus contraints de l’Internet des objets. Elles s’adressent en effet à des objets très fortement limités en coût et en énergie, et devant souvent faire face à des condi- tions radio très défavorables au point de nécessiter une importante extension de couverture (jusqu’à 20 dB). S’il a été possible de répondre efficacement à ces contraintes strictes, c’est aussi grâce aux très faibles volumes de trafic échangés par ces équipements, de l’ordre de quelques centaines d’octets par jour au maximum, ainsi qu’à leur grande tolérance à la la- tence, pouvant dans certains cas atteindre la dizaine de secondes. Ces technologies ont bien sûr vo- cation à s’intégrer dans le système 5G et vont continuer à se développer pour répondre au mieux aux besoins de la connectivité IoT. A ce titre, l‘une des principales évolutions à venir est la capacité à supporter un nombre massif d’objets : jusqu’à un million par km². Parallèlement, la réduction de la consommation d’énergie des équipe- ments IoT reste un sujet perpétuel : plus cette consommation diminue, plus le nombre d’objets « connectables » aug- mente, au point, à terme, d’aller vers des objets connectés auto-alimentés. Dans le système 5G, l’introduction de possibilités d’accès au média sans allo- cation préalable de ressources, ainsi que les récepteurs NOMA10 capables d’offrir un accès non orthogonal à la res- source radio sont les principaux facteurs de progrès en ce sens. Cependant, la connectivité pour l’IoT ne se résume pas aux objets les plus contraints tels que les étiquettes intelligentes, les compteurs de flux ou les capteurs environnementaux. Durant l’ère de la 5G, des usages vont émerger qui demanderont de plus gros volumes de trafic, des latences plus réduites ou l’accès à une géolocalisation précise. 10 NOMA : Non Orthogonal Multiple Access De telles capacités seront par exemple nécessaires pour des micro-transac- tions bancaires, qui nécessitent des volumes de trafic plus importants, ou des objets demandant une interaction humaine avec une latence acceptable. Ce serait par exemple le cas d’un ser- vice de smart parking incluant le mi- cro-paiement du stationnement. Par ailleurs, le besoin de forte capacité de- meure pour supporter un large nombre d’équipements connectés. L’interface radio 5G va donc également évoluer pour répondre à ce besoin de connec- tivité IoT « plus avancée » en s’appuyant sur sa flexibilité, ses capacités de MIMO massif et les techniques d’accès sans orthogonalité. Les impératifs de faible coût et faible consommation ne seront pas abandonnés. En revanche, l’exten- sion de couverture telle qu’elle existe aujourd’hui, via des mécanismes de répétition, est incompatible avec une latence faible et devra donc faire l’objet d’un compromis. Enfin, la possibilité pour un équi- pement IoT d’utiliser comme relais un autre équipement connecté reste un sujet d’étude susceptible d’apporter un gain de couverture et de durée de vie de batterie. Un changement de para- digme pour les entreprises et la société La 5G s’annonce comme l’un des grands axes qui va structurer des trans- formations numériques dans la plupart des secteurs économiques dits verticaux (tels que l’automobile, les transports, la santé, l’agriculture ou les media), ainsi que les services publics et les villes intel- ligentes dans la période 2020-2025. La digitalisation de ces secteurs pour une plus grande efficacité opérationnelle et un meilleur service rendu au public, déjà amorcée grâce notamment à la fibre, la 4G, le cloud et l’IoT, ouvrira, à l’ère de la 5G, un nouvel éventail de possibilités, 52 ZREE N°3/2018 LA 5G DOSSIER 1 voire entraînera une révolution de leur mode de fonctionnement. Prenons pour exemples les secteurs de l’énergie, du transport ferroviaire et de la santé. Dans le secteur de l’énergie, la ges- tion efficace d’un smart grid impose des contraintes très exigeantes en ma- tière de télécommunication. Les per- formances (débit, latence, couverture) et les fonctionnalités de la 5G (slicing, réseau à la demande, sécurité) per- mettront de répondre à ces exigences pour mieux contrôler le cycle de la dis- tribution d’énergie, l’interconnexion des installations, capteurs et objets mobiles associés au smart grid, tout en assurant la sécurité des parties prenantes (usa- gers, fournisseurs, opérateurs). Dans le secteur du transport fer- roviaire, la 5G est envisagée pour le pilotage de trains autonomes à grande vitesse ou de drones spécialisés dans les opérations de déploiement et de maintenance de l’infrastructure ferro- viaire et les usages numériques des clients à l’intérieur des trains ou des gares. Dans le secteur de la santé, la transformation numérique répond à un double enjeu sociétal : soigner mieux d’une part, et réduire les coûts d’autre part. La 5G accompagnera la transition vers l’hôpital du futur, en interconnectant les différents acteurs de la santé (patients, médecins, robots et systèmes experts, hôpitaux, admi- nistration, assurances…) à travers un réseau de télécommunication distribué, robuste et sécurisé, en garantissant la collecte, le transport et l’exposition contrôlée des données associées. La 5G ouvrira en effet la porte à une connectivité locale ultra fiable et sécurisée, à haut débit et/ou faible latence et des services de géolocalisa- tion précis. L’infrastructure de réseau de type informatique (IT), outre les avan- tages en termes de flexibilité et d’ins- tanciation de fonctions à la demande déjà introduits, permettra également d’héberger des applications au plus près des clients pour un traitement ultra-ra- pide de données spécialisées (IoT…). L’infrastructure de réseau et IT néces- saire se devra d’être performante, rési- liente et scalable, notamment pour les secteurs critiques ou stratégiques tels que l’énergie, la santé, ou la défense. Le concept de « network slicing », in- troduit plus haut, permettra de répondre à la diversité des usages sectoriels à venir, et surtout de partager une infras- tructure réseau et IT unique entre des usagers de différents secteurs ayant des besoins de services réseaux très diffé- rents. Cette mutualisation sera un fac- teur d’efficacité opérationnelle, puisque les coûts seront partagés entre les diffé- rents usagers. Les opérateurs télécoms, de par leur empreinte géographique na- tionale, leur capacité à intégrer et opérer des solutions réseaux et IT et leur capa- cité à offrir des services managés dé- chargeant l’usager de la complexité de l’opération du réseau, joueront donc un rôle central dans ce nouvel écosystème. La flexibilité des réseaux softwarisés permettra également aux opérateurs de déployer et exploiter ces systèmes de télécommunication intelligents sur une base d’infrastructures physiques juxta- posées très hétérogènes et appartenant à différentes entités, incluant potentiel- lement des éléments de l’infrastructure de clients dans la délivrance du service. Enfin, le déploiement de la 5G sera accompagné du développement de l’in- telligence artificielle et des technologies de gestion de micro-contrat (basées sur le concept de blockchain) pour une digi- talisation sans précédent de la société visant à automatiser tout ce qui gagnera à l’être. Un mouvement vers l’inclusion digitale Le progrès technologique se doit d’être partagé. Si une grande majorité de la population des pays développés a accès à Internet aujourd’hui, il n’en est pas de même dans les pays émergents, particulièrement dans les zones rurales. D’après l’UIT11 , en 2014, encore 4,3 mil- liards d’individus n’avaient pas accès à Internet. Dans un grand nombre de cas, ce déficit est dû au coût trop élevé du déploiement des réseaux et de l’acqui- sition des terminaux par rapport aux possibilités économiques des popula- tions. Un effort a été engagé par Orange pour intégrer dans la 5G des possibilités techniques permettant de rendre éco- nomiquement viable une connexion de données basique (quelques Mbit/s) dans les territoires qui en sont au- jourd’hui privés. Pour réduire le coût d’un réseau, il est essentiel de mini- miser le nombre de sites radio et donc de maximiser la couverture de chaque site. Pour cela, différentes options sont à l’étude : des techniques de répétition des paquets pour augmenter l’énergie transmise par bit, le MIMO massif pour focaliser l’énergie ou encore des tours plus hautes. L’open source est égale- ment considéré pour réduire le coût des équipements. Enfin, nous regardons de près les plates-formes aériennes de haute altitude comme les satellites à orbite basse, les drones ou les bal- lons, qui constituent des alternatives prometteuses en termes de coût aux satellites géostationnaires pour fournir les connexions des sites radio au réseau backhaul. En ce qui concerne les termi- naux, l’approche adoptée pour le LTE-M a fait ses preuves, et consiste à ne conserver que les fonctions essentielles pour un débit cible, soit ici quelques Mbit/s. Des approches inclusives sont enga- gées par de grands acteurs du numé- rique tels que Google (projet Loons) et Facebook (Telecom Infra Project) pour 11 ITU’s Measuring the Information Society Re- port. REE N°3/2018 Z 53 Les nouvelles possibilités offertes par la 5G réduire la fracture digitale dans les pays émergents et stimuler des approches technologiques innovantes dans de nouveaux écosystèmes. Le travail en cours porté par Orange dans le cadre de la 5G complète ces initiatives et nécessite le soutien des acteurs de l’industrie des télécommu- nications. Nous espérons intégrer les modifications nécessaires dans les stan- dards 5G en 2019, pour des réseaux déployables à l’horizon 2022. Conclusion Les tout premiers déploiements de la 5G, en 2020, offriront une amélio- ration significative de l’expérience du très haut débit mobile et de la capacité des réseaux. Dans les territoires où la 5G sera économiquement avantageuse par rapport au FTTH, et où la bande de fréquences 26 GHz sera disponible, des déploiements spécifiques pourront éga- lement voir le jour pour des services fixes à très haut débit. Cependant, la lame de fond de la 5G arrivera vraisemblable- ment quelques années plus tard, avec l’adoption progressive de cette techno- logie par les acteurs de différents sec- teurs industriels, des villes intelligentes et des services publics. La 5G adossée aux infrastructures IT constituera alors la colonne vertébrale de la société digi- tale de la décennie 2020-2030, offrant une connectivité ambiante, pervasive et inclusive. D’ici à 2020, un ensemble de tests vont être menés par les opérateurs, les constructeurs d’équipements et des usagers, pour évaluer sur le terrain les performances et modèles d’emploi de la technologie, tester les nouveaux ser- vices et confirmer les coûts de déploie- ment. Orange a déjà annoncé un test terrain à large échelle dans la métropole de Lille-Douai de fin 2018 à mi-2019 en partenariat avec Ericsson, qui visera à préparer les déploiements commer- ciaux. L’usage de la 5G pour l’accès fixe LES AUTEURS Eric Hardouin dirige la recherche d’Orange sur les futurs réseaux d’accès et de transport, ainsi que sur les modèles d’affaires associés. Eric Hardouin a rejoint Orange en 2004, après un doctorat en traitement du signal et télécommunica- tion préparé à Telecom Bretagne et à l’Université de Rennes 1. Il est co-auteur du livre “LTE et les réseaux 4G”. Marion Duprez pilote actuellement « PLUG’IN » qui est la plate-forme de re- cherche d’Orange pour expérimenter la 5G. Auparavant, elle a contribué au déve- loppement des réseaux IP/MPLS, à l’architecture des réseaux mobiles 4G, à la convergence Fixe Mobile et ensuite au rapprochement des réseaux et de l’IT. Christian Gallard pilote le programme de recherche d’Orange Labs qui s’inté- resse à l’évolution de la connectivité pour les services sans fil à très hauts débits (5G, WiFi…). Il a rejoint Orange à la fin de l’année 2004 après un cursus au sein de Matra Communications (PMR) et de Philips Consumer Communications (4G). Azeddine Gati est ingénieur titulaire d’un doctorat en télécommunication et trai- tement du signal. Depuis 2011, il dirige le programme de recherche d’Orange Labs dédié à l’efficacité énergétique des systèmes de télécommunication et est actuellement en charge d’un département. Il a été vice-président du groupe sans fil au sein du consortium GreenTouch (ww.greentouch.org). Pierre-Yves Le Lann pilote le projet de recherche « Connectivity & Infrastructure Business » au sein des Orange Labs. Ce projet héberge les activités de recherche sur la stratégie business liée aux nouvelles technologies. Il a rejoint Orange en 2000, après un DEA à PolyTech Nantes puis un mastère spécialisé à Telecom Bretagne. Fort d’une expérience transverse dans les services Internet-Mobile, l’IP- TV puis l’urbanisme des réseaux, Pierre-Yves Le Lann est expert Orange depuis 2010. Jean Schwoerer pilote le projet de recherche «Massive IoT Connectivity» en charge de la recherche pour les solutions de connectivité pour les objets de l’IoT, et s’intéresse aux réseaux mobiles et aux technologies de connectivité alter- natives. Jean Schwoerer a rejoint Orange Labs en 2005 à l’issue d’un doctorat en électronique de l’Institut national des sciences appliquées de Rennes. Il est également délégué au 3GPP RAN1 pour Orange. 54 ZREE N°3/2018 LA 5G DOSSIER 1 comme complément au FTTH sera tes- té en Roumanie mi-2018 avec Samsung et CISCO. En outre, Orange expérimente la 5G pour les voitures connectées avec Ericsson et PSA, et différents cas d’usage pour des clients entreprises avec Nokia. Comme on l’a vu précédemment, la 5G sera multi-facettes afin de répondre aux différents usages et types de clients. La programmabilité et la flexibilité de la 5G ont pour conséquence de modifier la façon de concevoir, déployer et opérer cette 5G. Pour pouvoir innover et expé- rimenter ses différentes composantes et divers usages pour le bénéfice des futurs usagers, la Recherche d’Orange a mis sur pied la plate-forme expéri- mentale 5G Plug’in12 , qui vise à offrir un environnement de développement pro- pice à l’innovation avec un écosystème 12 https://hellofuture.orange.com/en/lets- design-5g-network-together-plugin-platform/ ouvert de partenaires. Cette plate-forme sera notamment un constituant du ré- seau européen de test élaboré dans le cadre du projet européen 5G-EVE, dont le nœud français est développé en par- tenariat avec b<>com, EDF, Eurecom, et Nokia. Elle a vocation à terme à hé- berger des tests d’usages 5G avec des partenaires verticaux pour préparer la société numérique de demain.