5G Explained - How 5G Works
QU'EST-CE QU'EST LA 5G ?
QUE PERMETTRA LA 5G ?
QUAND EST-CE QUE LA 5G SERA DISPONIBLE ?
QUELLES SERONT LES PREMIERES APPLICATIONS POUR LA 5G ?
QU'OFFRIRONT LES DISPOSITIFS 5G ?
QUAND LES DISPOSITIFS 5G SERONT-ILS DISPONIBLES ?
COMMENT FONCTIONNE LA 5G ?
COHABITATION ENTRE LA 4G ET LA 5G
COMMENT LA 5G PERMET-ELLE UNE CONNEXION CONTINUE, UNE PLUS
QU'EST-CE QU'EST LA 5G?
La 5G est la 5ème génération de réseaux mobiles, il s'agit d'une évolution assez importante des réseaux 4G LTE actuels. La 5G est conçue pour répondre à la très grande croissance des débits de données et de la connectivité dans la société moderne de nos jours, cette technologie est également vitale pour l'Internet des objets avec des milliards d'appareils connectés et pour les innovations futures.
Au début, la 5G cohabitera avec les réseaux 4G existants avant de devenir totalement autonome dans les versions ultérieures et les extensions de couverture. En plus de permettre des connexions plus rapides et une plus grande capacité, la 5G a un avantage très intéressant, il s'agit du temps de réponse rapide appelé latence. La latence est le temps que les appareils prennent pour se répondre les uns aux autres sur un réseau sans fil. Les réseaux 3G ont un temps de réponse caractéristique de 100 millisecondes, la 4G a un temps de réponse d'environ 30 millisecondes tandis que la 5G aura un temps de réponse de moins d'une milliseconde. C'est l'ouverture immédiate d'un nouveau monde d'applications connectées
QUE PERMETTRA LA 5G ?
La 5G permettra une connectivité instantanée à des milliards d'appareils, l'Internet des objets (IoT) et un monde complétement connecté.
5G will provide the speed, low latency and connectivity to enable a new generation of applications, services and business opportunities that have not been seen before.
Trois grands cas d'utilisation sont envisagés pour la 5G:
- Les communications massives machine à machine – ou tout simplement Internet des objets (IoT) qui consiste à connecter des milliards d'appareils sans avoir recours à l’intervention humaine ce qui est extraordinaire. Ces communications vont révolutionner les processus et les applications industriels de nos jours, dont l'agriculture, la construction et les communications d’affaires.
- Communications extrêmement fiables à faible latence – ce sont des composants très importants dont le contrôle en temps réel des dispositifs, les automatismes industriels, les communications véhicule à véhicule en plus des systèmes de sécurité, de la conduite autonome et des réseaux de transport encore plus sécurisés. Les communications à faible latence ouvrent également la voie vers un nouveau monde où les soins, les procédures et les traitements médicaux à distance sont tous possibles.
- Haut débit mobile amélioré – cette technologie offre des débits de transmission de données beaucoup plus rapides et une plus grande capacité pour garder le monde connecté. Parmi les nouvelles applications, mentionnons l'accès Internet sans fil fixe pour les domiciles, les applications de radiodiffusion sans camionnette de télédiffusion en plus d’une plus grande connectivité pour les personnes en déplacement.
Pour les communautés, la technologie 5G assurera la connexion de milliards d'appareils dans nos villes, nos écoles et nos maisons intelligentes, ainsi que des véhicules intelligents encore plus sécurisés, elle permettra aussi l’amélioration des prestations médicales et de l'enseignement en plus de fournir un environnement plus sécuritaire et plus efficace pour y vivre.
Pour les entreprises et les industries, la 5G et l'IdO fourniront une mine de données permettant à ces entreprises et ces industries de mieux comprendre leurs activités comme jamais avant. Les entreprises travailleront et prendront des décisions importantes sur la base de ces données, innoveront dans le domaine de l'agriculture, des fermes intelligentes et de la fabrication, jetant ainsi les bases de réductions intéressantes de coûts, d’une meilleure expérience client et d’une croissance durable.
Les technologies nouvelles et émergentes comme la réalité virtuelle et augmentée seront accessibles par tout le monde. La réalité virtuelle offre des expériences connectées qui n'étaient pas possibles auparavant. Avec la 5G et la RV, vous pourrez visiter votre ville préférée, regarder un match de football en direct avec l'impression d'être au terrain, ou même examiner un bien immobilier et vous promener dans une nouvelle maison, le tout en étant confortablement installé sur votre canapé.
La 5G nous permettra de rester connectés dans les villes, les maisons et les écoles intelligentes de demain, et de profiter d'opportunités auxquelles nous n'avons même pas encore pensé.
5G Enhanced Mobile Broadband and IoT will revolutionise agriculture and farming.
QUAND EST-CE QUE LA 5G SERA
DISPONIBLE ?
La 5G est actuellement en cours de développement et de test pour son lancement commercial à partir de 2020. On s'attend à ce que les services 5G soient tous disponibles à grande échelle à l’horizon de 2025.
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QUELLES SERONT LES PREMIERES APPLICATIONS POUR LA 5G ?
L'accès sans fil fixe pour les particuliers et les services mobiles à large bande évolués seront éventuellement les premières applications utilisant les nouveaux modems d'accès sans fil et les hotspots 5G.
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QU’OFFRIRONT LES DISPOSITIFS 5G?
Grâce aux dispositifs 5G, l’accès aux données, le téléchargement et la diffusion de contenu en continu seront désormais plus rapides. De plus, les dispositifs 5G auront une puissance de calcul élevée et une latence plus faible, ce qui signifie que ces dispositifs bénéficieront de connexions pratiquement instantanées au réseau, ainsi que d'une plus grande connectivité lorsqu'ils sont en déplacement grâce à l'utilisation d'une orientation très sophistiquée du faisceau d'antenne.
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QUAND LES DISPOSITIFS 5G SERONT-ILS DISPONIBLES?
Les téléphones mobiles 3G, 4G et 5G sont supposés être disponibles à l’horizon de 2020 ou 2021, tandis que les applications étendues machine à machine à faible latence utilisant la 5G seront développées dans les années à venir.
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COMMENT FONCTIONNE LA 5G?
Most operators will initially integrate 5G networks with existing 4G networks to provide a continuous connection.
La plupart des opérateurs intégreront d'abord les réseaux 5G dans les réseaux 4G existants pour éviter l’interruption de la connexion.
La structure d’un réseau mobile se compose de deux parties principales, le « Réseau d'accès radio » et le « Réseau cœur »’.
Le réseau d'accès radio – se compose de plusieurs types d’équipements, y compris des petites cellules, des pylônes, des mâts et des systèmes dédiés aux applications indoor qui connectent les utilisateurs de mobiles et les dispositifs sans fil au réseau cœur principal.
Les petites cellules seront des composants caractéristiques des réseaux 5G, notamment avec les nouvelles ondes millimétriques (mmWave) dont la portée de connexion est très courte. Afin de préserver la continuité de la connexion, les petites cellules seront distribuées sous forme de clusters en fonction de l'endroit où les utilisateurs ont besoin d'une connexion ce qui permettra de compléter le macro-réseau qui offre une couverture étendue.
Les macrocellules 5G utiliseront des antennes MIMO (entrées multiples, sorties multiples) qui ont plusieurs éléments ou connexions pour envoyer et recevoir plus de données en même temps. L'avantage pour les utilisateurs est qu'un plus grand nombre de personnes peuvent se connecter simultanément au réseau tout en maintenant un débit élevé. Les antennes MIMO sont souvent appelées « MIMO massif » en raison du grand nombre d'éléments d'antenne et de connexions, mais leur taille physique est similaire aux antennes de stations de base 3G et 4G existantes.
Le réseau cœur – il s’agit du réseau mobile d'échange de données qui régit toutes les connexions mobiles voix, données et Internet. Pour la 5G, le « réseau cœur » est en train d'être reconsidéré pour mieux s'intégrer aux services Internet et aux services « dans le nuage » et comprend également des serveurs répartis sur l'ensemble du réseau, ce qui améliore les temps de réponse (réduisant ainsi la latence).
De nombreuses fonctionnalités avancées de la 5G seront gérées au niveau du réseau cœur, y compris la virtualisation des fonctions réseau et le découpage du réseau en tranches pour différentes applications et services.
Exemple d'un serveur local dans un réseau 5G offrant une connexion plus rapide et des temps de réponse réduits.
Découpage du réseau en tranches – ceci permet de segmenter le réseau de manière intelligente pour une industrie, une entreprise ou une application donnée. Par exemple, les services d'urgence pourraient travailler sur une tranche de réseau indépendamment des autres utilisateurs.
Virtualisation des fonctions réseau (NFV) – il s’agit de la capacité d'instancier les fonctions réseau en temps réel à n'importe quel endroit désiré de la plate-forme cloud de l'opérateur. Les fonctions réseau qui fonctionnaient auparavant sur du matériel spécifique, comme le pare-feu et le chiffrement dans les locaux professionnels, peuvent désormais fonctionner sur un logiciel sur une machine virtuelle. La NFV est très importante pour permettre l'efficacité, la rapidité et l'agilité nécessaires pour supporter des nouvelles applications métier et constitue une technologie indispensable pour un réseau cœur prêt à accueillir la 5G.
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COHABITATION ENTRE LA 4G ET LA 5G
Lorsqu'une connexion 5G est établie, l'équipement utilisateur (ou le dispositif) se connecte à la fois au réseau 4G pour fournir la signalisation de commande et au réseau 5G pour aider à fournir des connexions rapides de données en augmentant la capacité 4G existante.
Lorsque la couverture 5G est limitée dans certains endroits, les données sont transportées telles qu'elles sont actuellement sur le réseau 4G afin d’éviter l’interruption de connexion. Grâce à cette conception, le réseau 5G complète le réseau 4G existant.
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COMMENT LA 5G PERMET-ELLE UNE CONNEXION CONTINUE, UNE PLUS GRANDE CAPACITE, UNE VITESSE ET DES TEMPS DE REPONSE PLUS RAPIDES ?
Meilleure connexion - Rester connecté
Les réseaux 5G sont conçus pour cohabiter avec les réseaux 4G grâce à une large gamme de macrocellules, de petites cellules et de systèmes spécifiques installés dans les bâtiments. Les petites cellules sont des mini-stations de base conçues pour fournir une couverture très localisée, généralement de 10 mètres à quelques centaines de mètres, qui permettent de compléter un réseau macro plus vaste. Les petites cellules demeurent d’une extrême importance pour les réseaux 5G car les fréquences millimétriques (mmWave) ont une portée de connexion très réduite.
Élargissement du spectre - plus de capacité, plus d'utilisateurs et une vitesse plus rapide
Les bandes de fréquences initiales de la 5G sont proposées autour de 600 à 700 MHz, 3 à 4 GHz, 26 à 28 GHz et 38 à 42 GHz, ce qui augmentera considérablement la capacité par rapport aux technologies mobiles actuelles. Le spectre élargi et l'augmentation de la capacité permettront d'augmenter le nombre d'utilisateurs, le volume de données et le débit des connexions. On s'attend également à ce qu'il y ait une réutilisation future du spectre de basse bande existant pour les besoins de la 5G et pour soutenir les utilisations futures à mesure que l'utilisation des réseaux existants diminue.
L'augmentation du spectre au-dessus de 30 GHz dans la bande d'ondes millimétriques fournira une couverture locale car ce type d’ondes ne fonctionne que sur de courtes distances de visibilité. Les futurs déploiements de 5G pourront utiliser des fréquences d’ondes millimétriques dans des bandes allant jusqu'à 86 GHz.
Spectre 5G montrant la gamme de fréquences radio de 3 à 100 GHz avec les nouvelles bandes 5G.
Other radio services (TV, Wi-Fi, Fixed links & Satellite) are shown for reference. Additional information on the Electromagnetic Spectrum is available here
MIMO Massif
MIMO massif - Station de base à plusieurs éléments - Plus grande capacité, utilisateurs multiples, transfert de données plus rapide.
La technologie mobile 5G utilisera des antennes MIMO (entrées et sorties multiples) de type « massif » qui disposent de plusieurs éléments et connexions pour envoyer et recevoir un volume plus important de données en même temps. L'avantage pour les utilisateurs est qu'un plus grand nombre de personnes peuvent se connecter simultanément au réseau tout en gardant un débit élevé.
La taille physique globale des antennes 5G de type MIMO massif sera la même que celle des antennes 4G, mais avec une fréquence plus élevée, la taille de chaque élément d'antenne est plus petite, ce qui permet d'avoir plus d'éléments (plus de 100) dans le même cas physique.
L'équipement utilisateur 5G, y compris les téléphones mobiles et les dispositifs, sera également doté de la technologie d'antenne MIMO qui y sera intégrée spécialement pour les fréquences mmWave.
Station de base à secteur 4G et station de base 5G avec un nouveau réseau d'antennes de type MIMO Massif multi éléments. La taille physique globale de l'antenne de la station de base 5G devrait être la même que celle d'une antenne de station de base 4G.
MIMO - Direction du faisceau
La direction du faisceau est une technologie qui permet aux antennes de station de base de type MIMO massif de diriger le signal radio vers les utilisateurs et les appareils au lieu de le disperser dans toutes les directions. La technologie de direction du faisceau utilise des algorithmes avancés de traitement du signal pour déterminer le meilleur chemin pour que le signal radio atteigne l'utilisateur. Cela augmente l'efficacité en réduisant les interférences (signaux radio non désirés).
L’utilisation d’antenne de type MIMO massif et de direction de faisceau avancée permet d’optimiser les CEM et augmente l’efficacité.
Temps de latence réduit - Temps de réponse plus rapide
Grâce à la 5G, une latence plus faible est atteinte grâce aux avancées significatives dans la technologie des appareils mobiles et l’architecture des réseaux mobiles.
| Technologie | Temps de réponse (en millisecondes) |
| Systèmes 4G - LTE | 20-30 ms |
| 5G - Amélioration du haut débit mobile | 4-5 ms |
| 5G - Systèmes URLLC (« Ultra Reliable Low Latency Communications » ou communications déterministes robustes et à faible latence) | 1 ms |
Dispositifs 5G (équipement utilisateur)
Afin de réduire le temps de réponse d’une manière significative, il est nécessaire d’améliorer la technologie et la puissance de calcul des équipements et dispositifs utilisateurs. Au fur et à mesure que les jeux de puces deviennent plus avancés, ces dispositifs se verront traiter les données plus rapidement et réduire le temps de réponse nommé latence.
Réseau 5G - Architecture de réseau mobile
Il est nécessaire d’envisager des changements importants à la fois dans le réseau cœur (Cœur) et dans le réseau d'accès radio (RAN) pour atteindre une faible latence.
Changements dans le réseau cœur
Le remaniement du réseau cœur, de la signalisation et des serveurs distribués permettra de rapprocher le contenu à l'utilisateur final en réduisant le chemin entre les périphériques pour les applications importantes.
Le meilleur exemple qui illustre ceci est la diffusion vidéo à la demande où il est possible de stocker une copie ou « cache » du contenu populaire sur des serveurs locaux, de telle sorte que le temps pour y accéder devient plus rapide.
Changements dans le réseau d'accès radio
Pour atteindre la faible latence, le réseau d'accès radio (RAN) devra être paramétré à nouveau d'une manière très flexible et configurable par logiciel pour supporter les caractéristiques très différentes des types de services que le système 5G envisage.
La faible latence et la haute fiabilité de l'interface radio nécessitent de nouvelles techniques radio pour réduire au minimum les délais de transmission radio dans quelques TTI (intervalles de temps de transmission) ainsi qu’une amélioration de robustesse et de codage pour atteindre des niveaux élevés de fiabilité (par exemple, un message est retardé ou perdu par milliard).
La mise en œuvre d'un RAN virtuel, dynamique et configurable permet au réseau de fonctionner à très faible latence et à haut débit, elle permet également au réseau mobile de s'adapter aux variations du trafic réseau, aux pannes de réseau et aux nouvelles exigences topologiques.
Qu'est-ce qui sera reconfiguré ? La nouvelle architecture sera sous la forme d'un RAN partagé entre la 4G et la 5G où le plan utilisateur (5G) et le plan de commande (4G) seront séparés. Pour ce faire, il est nécessaire de séparer le matériel d'usage général du matériel spécifique au réseau. Les fonctionnalités du matériel général (nœuds) sont adaptées à la virtualisation des fonctions réseau (NFV) où le matériel spécifique au RAN deviendra configurable dynamiquement.