Technologie 5G

Qu’est-ce que la technologie 5G ?

L’expression « 5G » fait référence à la « cinquième génération » de communication cellulaire. Le « G » sert à décrire les générations de technologies de communication pour appareils cellulaires existantes ou à venir. La 5G est capable de fonctionner sur ondes millimétriques (un spectre à très haute fréquence situé entre 24 et 100 GHz), la largeur de spectre disponible pour la 5G signifiant que les données peuvent être transférées beaucoup plus rapidement qu’avec les technologies actuelles.

La technologie 5G se caractérise également par une utilisation poussée des matrices d’antennes MIMO (entrées multiples, sorties multiples), la mise en œuvre sophistiquée de la technologie de beamforming pour transmettre les signaux de manière plus directe aux utilisateurs finaux et le « découpage en tranches » (« slicing ») du réseau, qui consiste à diviser intelligemment les ressources en se basant sur le service ou l’application à fournir. Les changements technologiques et d’infrastructure nombreux et variés inhérents au déploiement de la 5G s’accompagnent de multiples avantages, mais ils seront aussi une source potentielle de défis pour les utilisateurs individuels, les entreprises et les fournisseurs de services.

Quand la 5G va-t-elle être lancée ?

Face à toutes ces promesses d’amélioration exponentielle du débit et de réduction de latence, la question qui se pose souvent est « quand la 5G sera-t-elle disponible ? » Il s’agit en réalité d’une question en deux temps puisque la date du déploiement initial ne correspondra pas à l’adoption généralisée de la 5G en tant que nouvelle norme de facto.

Le premier obstacle a déjà été franchi avec les différentes versions de la norme Release 15 créées par le 3GPP. La norme Release 15 est la première à avoir inclus des éléments de 5G. La partie « non-autonome » (NSA, « non-standalone ») de la norme a été achevée en 2017, alors que le « mode autonome » (SA, « standalone »), dernière pièce du puzzle, a été ajouté en juin 2018. À court terme, le mode non autonome (standalone) permettra de déployer la 5G en utilisant le réseau d’accès sans fil (RAN) LTE, le réseau de cœur et l’infrastructure d’équipements déjà existants dans la bande inférieure à 6 GHz, mais aussi la partie millimétrique du spectre.

Tous les grands opérateurs misent donc sur un lancement limité de la 5G début 2019. À la différence de l’infrastructure réseau, il n’y aura pas de compatibilité ascendante permettant d’utiliser les téléphones portables et les modems existants. La plupart des grands fabricants de téléphones s’efforcent de développer rapidement un équipement adapté à la 5G pour se préparer à son lancement, mais une adoption généralisée obligera les consommateurs à remplacer massivement leurs appareils. C’est pourquoi le véritable passage à la 5G n’aura probablement pas lieu avant l’année 2020.

Le déploiement autonome (standalone) continuera son expansion encore plusieurs années, alors que les opérateurs, les fabricants d’équipement et les consommateurs continueront leur transition, parallèlement à la construction de réseaux 5G entièrement nouveaux. Au cours des deux à quatre prochaines années, nous devrions assister à une conversion graduelle jusqu’à ce que la 5G atteigne un débit optimal et qu’elle couvre toutes les régions du monde.

State of 5G Trials

Quelle est la rapidité de la 5G ?

La généralisation de la technologie 5G et l’accélération phénoménale qu’elle entraîne reviennent à passer sans transition d’un déplacement en diligence à un autre par avion de ligne.

Les opérateurs effectuant des essais de débit 5G ont rapporté des débits pouvant atteindre 70 Gbit/s. Des simulations demandées par des acteurs du secteur ont également produit des résultats impressionnants, avec des débits passant de 71 Mbit/s pour les utilisateurs de la 4G, à 1,4 Gbit/s pour ceux de la 5G dans le spectre des ondes millimétriques.

L’amélioration du débit s’accompagne d’une spectaculaire réduction de la latence. Il s’agit là d’un facteur important pour les nouvelles technologies, comme les véhicules autonomes et la chirurgie robotique « virtuelle », qui dépendent d’une communication instantanée. Avec la 5G, une latence de l’ordre d’une milliseconde (ms) devient envisageable, alors qu’elle est d’environ 20 ms pour la 4G.

Portée de la 5G

Si elle permet de bénéficier d’un débit accru dans les fréquences d’onde millimétrique, la 5G y pâtit en revanche de sa portée limitée. Les tests de portée de la 5G sur la bande d’ondes millimétriques ont donné des résultats de l’ordre de 500 m autour du pylône. Cela signifie qu’une installation massive d’antennes MIMO serait nécessaire pour le seul déploiement de la 5G autonome (standalone). De plus, l’incapacité des signaux à ondes millimétriques à pénétrer les obstacles limite encore la portée, car ces obstacles devront être pris en compte dans la conception des réseaux pour utilisateurs mobiles. Les contraintes de portée ont favorisé des architectures de réseaux 5G plus flexibles, décomposant la station de base en de nouveaux éléments logiques. Ces derniers facilitent un déploiement plus flexible des réseaux à l’aide des biens immobiliers disponibles en regroupant localement, et avec un encombrement minimal, certaines fonctions et d’autres exigences pour les sites radio où l’espace est limité.

Tout en gardant ces futures questions à l’esprit, l’ancrage avec la LTE ou la 5G à basse fréquence pourrait demeurer un composant des réseaux 5G à court terme, les utilisateurs situés près des antennes étant alors les seuls à bénéficier entièrement de la 5G. La technologie des « small cells » et d’autres alternatives créatives aux traditionnelles antennes-relais peuvent être utilisées efficacement pour rendre les réseaux 5G autonomes (standalone) viables. 

Qu’implique la technologie 5G pour les consommateurs et les entreprises ?

Si le développement de la technologie 5G a été motivé par la demande pressante des consommateurs et des entreprises pour un plus haut débit, une meilleure sécurité et davantage d’applications, de nombreux utilisateurs ignorent encore l’impact que la 5G aura sur leur vie quotidienne. L’impact le plus notable et le plus immédiat sur les consommateurs sera l’accélération exponentielle des capacités de streaming. Les systèmes de Wi-Fi domestique traditionnels, connectés à Internet par un fil ou un câble, pourront parfois être reliés à des connexions 5G directes, car le débit sera égal à celui de la plupart des réseaux de fibre optique.

L’impact de la 5G sur le monde de l’entreprise sera immense. Les fabricants de puces, de modems et de téléphones se préparent d’ores et déjà à cette transition inévitable. D’autres secteurs, tels que les banques, l’automobile et l’agriculture observeront un impact considérable sur l’évolution de l’Internet des objets (IdO). Tout, des DAB aux équipements d’irrigation, peut potentiellement faire partie du vaste réseau des objets « intelligents ». Le secteur médical est peut-être celui le plus fortement impacté, avec des milliards d’appareils portables envoyant en streaming des données aux docteurs et cliniciens, mais aussi via l’amélioration de la transmission de gros fichiers de données d’un prestataire à l’autre.

Qu’implique la technologie 5G pour les fournisseurs de service ?

Alors que les fournisseurs de service rivalisent pour créer au plus vite les infrastructures nécessaires à la prise en charge de la 5G, ils pourraient bien devoir ensuite patienter, les fabricants de téléphones ayant pris du retard en ce qui concerne le déploiement d’appareils adaptés à la 5G.

Certains fournisseurs tirent parti du déploiement du MIMO massif (Massive MIMO) sur les pylônes existants en vue d’offrir une transition entre le LTE et la 5G. La portée plus courte de la 5G à onde millimétrique et l’augmentation du nombre d’antennes vont renforcer la concurrence et entraîner des innovations permettant de réduire les coûts pour les fournisseurs lors du déploiement.

L’Internet des objets (IdO) va modifier les interactions entre les fournisseurs de service et leurs clients. Par exemple, certaines applications peuvent exiger une bande passante plus faible sur de multiples appareils, donnant la priorité à une utilisation des données en quantité plutôt qu’à la qualité de l’expérience (QoE) globale. Pour les applications industrielles comme la robotique d’usine, la fiabilité du service peut être le facteur le plus important pour les clients. Les applications variées de la technologie 5G pourraient faire apparaître des offres de services plus diversifiées.

Avantages et inconvénients de la technologie 5G

Comme avec la plupart des avancées technologiques majeures, les avantages évidents sont parfois, du moins partiellement, contrebalancés par quelques aspects négatifs. Bien que la technologie 5G soit soumise à des tests rigoureux depuis plusieurs années, ses véritables avantages et inconvénients ne pourront pas être entièrement quantifiables tant que la transition ne sera pas bien entamée.

Avantages de la 5G

Les améliorations en termes de débit et de latence apportées par la 5G constituent un avantage indéniable et important vis-à-vis de la 4G et des normes précédentes. Un autre avantage propre à la technologie 5G est l’amélioration de la prise en charge des appareils dédiés, laquelle est facilitée par la taille réduite des antennes MIMO et par la plus grande précision de leur signal directionnel.

L’architecture de réseau améliorée de la 5G rendra la mobilité (handoffs) plus fluide lors du passage d’une cellule à l’autre. Cela améliorera l’expérience utilisateur globale, en limitant les interruptions de transfert de données et les pertes de signal.

Inconvénients et dangers de la technologie 5G

Comme c’est le cas pour les avantages inhérents à la 5G, les principaux inconvénients de cette technologie sont liés au passage à des fréquences plus élevées et au comportement des signaux radio d’onde millimétrique. À cet égard, une portée plus courte et une sensibilité plus élevée aux obstacles constituent les principaux désavantages.

En plus d’être affectées par des obstacles tels que les bâtiments et les arbres, les hautes fréquences sont également plus sensibles à l’humidité et à la pluie. Leur portée déjà limitée est donc également dépendante des conditions météorologiques dégradées. Si la solution à ce problème de portée est une multiplication des antennes, cette prolifération peut, quant à elle, s’accompagner de problèmes esthétiques et environnementaux potentiels.

D’autres inconvénients de la 5G sont liés aux coûts. Les matrices d’antennes ne représentent qu’une partie des coûts de déploiement. Ces réseaux vont exiger des tâches d’entretien, de réparation et de dépannage proportionnelles en nombre au volume d’équipement plus élevé. Bien que les antennes d’onde millimétrique pour appareils aient déjà été développées, leur complexité peut empêcher les économies d’échelle de faire baisser les prix, ce qui à terme pourrait se traduire par une augmentation du prix des téléphones pour les consommateurs.

Les concepts de beam (faisceau directif) et de petites cellules de la 5G décomposent l’unité de couverture fondamentale en zones beaucoup plus petites qu’avec les technologies précédentes. Celles-ci interagiront et devront être configurées et optimisées pour fournir une couverture appropriée tout en maintenant le même niveau de capacité et en prenant en charge la mobilité lorsque c’est nécessaire.

La planification, le déploiement, la gestion, l’exploitation et l’optimisation d’une architecture de réseau plus flexible sur une infrastructure virtualisée vont créer de nouveaux défis pour les opérateurs et exiger une nouvelle forme d’expertise.

La technologie 5G de VIAVI

La technologie 5G est véritablement révolutionnaire, tout comme l’est son impact sur les fournisseurs de service et les utilisateurs. Des solutions de test qui s’adaptent à ces avancées, tout en restant flexibles vis-à-vis des changements de normes et de stratégies de déploiement, sont essentielles à la réussite du lancement de cette technologie. Des outils de tests de 5G innovants peuvent permettre de créer un pont entre les technologies existantes et le nouveau modèle 5G.

CellAdvisor 5G

Analyseurs de station de base

Les solutions de test pour l’installation, la mise en service et la maintenance des antennes-relais 5G ont eu du mal à s’adapter à la complexité de la 5G. La solution Cell Advisor 5G de VIAVI a intégré des fonctionnalités d’analyse, telles que la validation de beam (faisceau directif) de MIMO massif (Massive MIMO) et l’analyse du spectre d’onde millimétrique en temps réel, dans un ensemble de fonctions global et polyvalent, avec des capacités de test sur fibre optique, câbles coaxiaux et sur l’air adaptées à la 5G comme aux anciennes applications. La fonction d’analyse de faisceaux directifs 5G (5G beam analysis) caractérise les identifiants de beam individuels, le niveau de puissance et le rapport signal/bruit. Les fonctionnalités de cartographie 5G facilitent le mappage de la puissance du beam en temps réel et la vérification de la couverture.

Développement et optimisation de réseau

Viavi TM500

Des tests rigoureux, réalisés au cours de la phase de conception et de développement de ce nouvel environnement, sont essentiels au succès du déploiement commercial de la 5G. Plus tôt vous effectuez les tests, plus tôt vous identifiez les problèmes. Les tests peuvent être complexes, sans être nécessairement difficiles. 

VIAVI fournit les outils pour développer et démontrer la performance du réseau afin de répondre à l’évolution de la demande. Ces outils permettent l’analyse, le développement et la validation de la performance et des capacités d’une grande variété de fonctions de réseau et d’appareils, offrant ainsi une efficacité et une sécurité améliorées.

Le TM500 de VIAVI est considéré comme la norme du marché en matière de développement et de tests des stations de base via la RF. Il s’agit d’un système de test extensible permettant de valider les performances d’un réseau telles qu’elles sont perçues par les utilisateurs finaux, via de multiples cellules et différentes technologies d’accès radio. Il est capable de mesurer les performances complètes du réseau, du réseau RF au cœur paquet. Le TM500 accélère le développement du réseau 5G et constitue un élément vital pour le secteur à mesure que la densité du signal, la propagation des antennes MIMO et les débits de données supérieurs continuent de repousser les limites des tests de réseaux. Le TM500 est prêt à relever les nouveaux défis présentés par les tests de réseaux 5G avec un niveau de trafic et des conditions de canaux configurables prenant en charge un grand nombre d’équipements utilisateur pour réaliser des tests de capacité, tout en offrant une mobilité et une extensibilité exceptionnelles.

Émulateurs de cœurs 5G

TeraVM – 5G Core EmulatorTeraVM est une solution virtualisée d’émulation d’application et de test du niveau de sécurité. Grâce à elle, les réseaux et services hautement optimisés peuvent être livrés avec un minimum de risque. TeraVM est devenue la première solution de test NFV commercialisée du marché. Elle offre une couverture de test complète pour les services applicatifs ainsi que pour les réseaux fixes et mobiles.

TeraVM présente des capacités d’émulation complètes pour les réseaux d’accès sans fil (RAN) et cœur. Il s’agit d’une solution comprenant tout le nécessaire pour le développement de réseaux 5G. De plus, utilisée en combinaison avec le TM500, la solution TeraVM peut réaliser des tests nodaux (wrap-around) 5G en modes autonome (standalone) et non autonome (non-standalone).

L’émulateur de cœur TeraVM est conforme aux dernières normes du 3GPP, simplifiant ainsi le développement des réseaux d’accès sans fil (RAN) 5G.

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