Les promesses de la 5G

Après la 2G (1) dans les années 90, la 3G dans les années 2000, la 4G a permis depuis 2010 l’explosion des applications mobiles grâce à l’augmentation des débits. En trente ans, le téléphone mobile a été transformé en ordinateur de poche. La 5G, dont les promesses s’exprimeront réellement au cours des années 20, touchera des filières industrielles entières. Explications.

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Alain Pouyat (An. 63) a été, de 1970 à 2015, vice-président du groupe Bouygues, en charge des systèmes d’information, des nouvelles technologies et de l’innovation. Depuis 2016, il est président de Diginotech (conseil en transition numérique) et membre de l’Académie des technologies.

Face aux bouleversements de toute nature apportés par les smartphones (ordiphones), le succès de la 4G (en grande partie lié à l’adoption de l’Internet protocol [IP]), l’apparition d’autres usages et besoins prometteurs, les opérateurs, les industriels des télécommunications et les autorités publiques, dont la Commission européenne, ont décidé d’examiner ensemble l’évolution de la 4G, non plus simplement en termes de réseaux, mais aussi en termes de services. Ils envisagent aussi un système complet de transmission d’informations adapté. Cette réflexion s’est établie sur des bases ambitieuses puisqu’elle parie sur :

un réseau basé sur une terminaison radio garantissant raccordement aisé et liaison continue avec tous les mobiles, totalement compatible avec les solutions filaires ;

des capacités fortement augmentées, redéfinies autour des besoins de transmission et d’échange de données (distribution de flux télévision et jeux, prise en compte des mégadonnées [«big data»] et de l’informatique en nuage [«cloud»], suivi de processus à distance, échanges entre voitures autonomes…) grâce à de nouvelles bandes de fréquence, forcément plus élevées ;

Jean-Luc Strauss a évolué pendant vingt-cinq ans dans la finance comme ingénieur de développement dans une filiale de Bull, puis chez BNP Paribas. Il y a été responsable télécoms global, puis de l’innovation technologique avant de rejoindre la DSI de la Caisse des dépôts et consignations. En 2005, il a intégré Altran. Depuis quatre ans au sein du département recherche France du groupe, il est chargé du développement des projets visant à intégrer les meilleurs savoir-faire de l’IT dans l’univers industriel.

un temps de transmission très réduit, presque inexistant ;

une approche globale, une vision mondiale ;

un outil multiforme à tous les niveaux de la transmission mais totalement basé sur IP.

PASSER À L’ULTRA-CONNECTIVITÉ

L’ultra-connectivité de la 5G, c’est principalement la capacité de répondre simultanément à trois grandes catégories d’usage ou d’application, qui sont en train d’émerger même s’ils sont potentiellement incompatibles entre eux.

Le MMTC (Massive Machine-Type Communications) permet la communication entre une grande quantité d’objets ayant des besoins variés en qualité de service. L’objectif est de répondre à tous les usages liés à l’Internet des objets. Ce type de services nécessite une couverture étendue, une faible consommation énergétique et se contente de débits relativement restreints, tout en permettant un coût d’exploitation très faible. L’apport de la 5G réside dans sa capacité à connecter des objets répartis de manière très dense sur un territoire. Exemples d’applications : le télérelevé de compteurs d’eau ou le suivi à distance de conteneurs.

Michel Laroche, membre de l’académie des Technologies, a fait toute sa carrière dans l’aéronautique et le spatial. Il a participé à la mise en service du CFM56, rejoint la SEP en 1984 comme directeur technique de l’activité propulsion fusée à liquides. Il y a animé les activités de fiabilisation d’Ariane 4 et de développement du moteur Vulcain destiné à Ariane 5. Par la suite directeur technique de Snecma Moteurs, président de Snecma Propulsion Solide, il a quitté son poste de DGA recherches et technologies de Safran en 2011.

L’EMBB (Enhanced Mobile Broadband) permet la connexion en ultra-haut débit avec uniformité de la qualité de service. Cela concerne tous les services et applications qui nécessitent une connexion toujours plus rapide et puissante comme le visionnage des vidéos en ultra-haute définition ou le flux de réalité virtuelle ou augmentée.

L’URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications) permet le temps réel et garantit la transmission. Cette catégorie de services regroupe les applications nécessitant une réactivité extrêmement rapide ainsi qu’une garantie très forte de transmission du message. Ces besoins se retrouvent principalement dans les transports (temps de réaction en cas de risque d’accident) ou communication directe entre voitures autonomes en vue d’éviter l’accident lors du franchissement de carrefour ou encore dans la médecine (téléchirurgie) et, de manière générale, pour la numérisation de l’industrie (conduite à distance de robots et de machines).

Selon ces objectifs, la 5G pourrait offrir un débit de dix à vingt fois supérieur à celui de la 4G actuelle, une densité maximale de connexion multiplié par dix et un temps de réponse du réseau de l’ordre de la milliseconde, contre 30 à 40 ms actuellement.

La 5G étend l’écosystème des télécoms

En mars 2017, pour mobiliser les acteurs français, l’Arcep, le régulateur du secteur des télécoms en France, a publié un rapport sur les «Enjeux de la 5G». Il y revient, à l’issue d’une large consultation, sur les applications spécifiques de la 5G : «Les technologies 3G et, surtout, 4G visaient principalement l’Internet mobile à très haut débit. La 5G continuera à viser cet usage, mais souhaite s’adresser également aux marchés dits “verticaux”, caractérisés par plusieurs segments, dont notamment : les véhicules connectés (pas seulement pour les loisirs et l’information à destination des passagers, mais aussi pour garantir la sécurité via des communications des véhicules entre eux, ainsi qu’entre véhicules et infrastructures) ; l’industrie ; les villes “intelligentes” ayant des besoins au niveau des transports publics (similaires aux besoins des véhicules connectés), de l’environnement, de la gestion des bâtiments et de la consommation énergétique ; la médecine et la chirurgie assistée à distance ; le suivi et la gestion de flux des réseaux intelligents d’électricité, de gaz, d’eau, des télécoms, etc.»

Une norme en devenir

Il n’est pas prévu de déployer la 5G avant 2020 ou 2021 au plus tôt. Mais pour profiter des grands événements mondiaux que sont les jeux Olympiques d’hiver en Corée, la Coupe du monde de football en Russie, plusieurs équipementiers et opérateurs mobiles se sont entendus pour accélérer les spécifications d’une version appelée 5G NR (New Radio). Grâce à cette 5G provisoire, il est possible, d’une part, de présenter ce que sera la 5G lors de ces grands événements et, d’autre part, de lancer des tests à grande échelle dès la fin de l’année dans une sélection de villes pilotes (dont certaines villes françaises).

Même si certaines technologies 5G (encore au stade du développement) ne seront pas disponibles avant plusieurs années, beaucoup de briques technologiques, par exemple de nouvelles architectures de réseau, pourront ainsi être testées pour expérimentation et validation avant les choix finals. Ainsi, la 5G connaîtra une évolution constante, tout au long de sa vie. On s’oriente aujourd’hui vers le calendrier suivant :

de 2019 à 2022 : on utilisera une technologie 5G hybride. En réalité, un mélange 4G-5G, c’est‑à-dire une base 4G complétée par des technologies 5G matures et compatibles ;

à partir de 2022-2023 : les opérateurs déploieront une vraie 5G mais basse fréquence, c’est‑à-dire s’appuyant sur les fréquences usuelles des mobiles, en dessous de 3 GHz.

à partir de 2025 : on verra le déploiement d’une 5G haute fréquence (au-delà de 25 GHz), complémentaire, qui portera toutes les attentes de la 5G en matière de débit et de temps de réponse. Mais compte tenu de sa faible portée, son usage sera limité aux milieux urbains denses et à des applications spécifiques, comme la communication entre véhicules.

N’enterrons pas la 4G trop tôt

Qualcomm, qui fournit la majorité des modems équipant les smartphones, estime que les premiers ordipoches 5G seront commercialisés d’ici à 2019 en raison des demandes d’opérateurs qui ont avancé leur calendrier de lancement par rapport à l’échéance initiale de 2020. C’est le cas des opérateurs aux États-Unis, au Japon, en Corée du Sud et en Chine qui préparent un lancement de la 5G l’an prochain.

Même si la 5G arrive rapidement, elle ne sera pas opérationnelle à grande échelle avant quatre ou cinq ans. Il serait donc désastreux de relâcher les investissements en 4G au prétexte de l’arrivée prochaine de la génération suivante. Il n’y a pas de rupture technologique entre ces deux générations et investir aujourd’hui en 4G, c’est préparer l’arrivée de la 5G. En effet, la 4G constituera la couche des fréquences basses, donc le réseau de couverture de base sur lequel s’appuieront les réseaux mobiles de 5e génération.

Des risques à maîtriser

En 5G, presque tout est logiciel. C’est ce qui fait sa force mais aussi sa principale faiblesse.

Prenons l’exemple de la généralisation du «cloud» (centres équipés de serveurs) : les équipements de réseau dédiés et décentralisés (par exemple, les équipements de gestion situés dans les antennes) sont en 5G virtualisés (c’est‑à-dire remplacés par des logiciels) et hébergés soit dans les serveurs de l’opérateur, soit dans un ou des «clouds» de prestataires, dont les sites sont situés quelque part dans le monde. Dans ce cas, le recours à la virtualisation améliore beaucoup les performances des réseaux, et abaisse les coûts d’exploitation.

La contrepartie est une plus grande vulnérabilité aux pannes (du fait de la centralisation) mais surtout aux bogues et aux attaques diverses (du fait de l’ampleur prise par le logiciel). Sécurité et confidentialité ne reposent plus sur une séparation physique du matériel et du logiciel, mais uniquement sur la robustesse et la fiabilité des logiciels de gestion et de réseaux. Le principal risque est alors celui de la cybersécurité.

CE QUI VA CHANGER POUR L’ENTREPRISE

La 5G sera certainement l’un des piliers de l’usine du futur et, plus généralement, de la société du futur. Il revient aux industriels comme à tous les acteurs concernés d’étudier et d’évaluer ce que l’offre de services des réseaux 5G va changer pour leur entreprise ou leur activité au niveau opérationnel :

les améliorations de la performance, de la qualité, de la fiabilité et des coûts des télécoms vont devenir des atouts pour une fluidification des échanges et vont faciliter la relation entre clients et partenaires ;

l’accent mis en 5G sur l’Internet des objets va permettre de démultiplier les capteurs de toute nature en facilitant leur accès et le traitement de leurs données. Ce sera certainement une technologie de rupture décisive dans le monde de l’industrie et des services : robotique, voitures autonomes et connectées, santé connectée, ainsi que les villes «intelligentes» ne sont que quelques-uns des très nombreux exemples de ces nouvelles possibilités ;

la banalisation du très haut débit va finir de transformer la façon dont nous consommons les images. L’arrivée de la 5G (couplée au déploiement de la fibre) va signer l’arrêt de mort de la télévision telle que nous la connaissons aujourd’hui. Les acteurs du monde de l’audiovisuel doivent dès maintenant se préparer aux transformations qui vont révolutionner leur secteur ;

de nouveaux acteurs proposeront des services fondés sur la connexion à de nombreux opérateurs d’une même zone géographique (ou de différentes zones). Ils devraient apporter une qualité de service et des débits impensables auparavant ;

la 4G poursuit son évolution avec la 5G. Ces technologies seront pour la décennie à venir, avec la fibre, au cœur des transmissions numériques à très haut débit. Si la distribution par fibre est bien adaptée pour les zones urbaines denses, d’autres solutions, plus raisonnables économiquement, doivent être recherchées pour les zones rurales ou urbaines à faible densité. La 4G aujourd’hui et la 5G demain constituent incontestablement une solution. Elles doivent être intégrées dans la stratégie de couverture du territoire français. Ces solutions radio, alternatives à la fibre, pourraient concerner près de dix millions de foyers dans l’Hexagone.

Dans quel cadre réglementaire

Pour se développer, la 5G a besoin d’un environnement réglementaire adapté et favorable. Or, en France, le numérique est géré par plusieurs régulateurs indépendants : Arcep, CSA, Cnil, Hadopi, sans oublier l’Autorité de la concurrence. Si toutes ces autorités agissent aujourd’hui en toute indépendance, il est néanmoins indispensable qu’elles se coordonnent et qu’elles travaillent ensemble afin de définir les règles qui permettent de mettre en œuvre une stratégie industrielle volontariste et cohérente, évidemment en étroite liaison avec les décideurs politiques, pour les acteurs économiques.

Dans d’autres contrées, depuis de nombreuses années déjà, des États ont mis au point une régulation vertueuse. C’est le cas, par exemple, de la Corée du Sud, du Japon, des États-Unis ou de la Chine. Ils réussissent une politique industrielle très offensive à la conquête des marchés mondiaux, soutenue par un marché intérieur dynamique et en avance sur les autres pays. Il est important que la France, certainement dans un cadre européen, puisse faire de même. 

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(1) Technologie analogique, la 1G (ce qui signifie «première génération») a été déployée dans les années 80 mais n’a jamais connu de succès commercial du fait du coût, du volume et du poids des terminaux — tous rédhibitoires. La technologie est devenue numérique à partir de la 2G («deuxième génération»).

Par Alain Pouyat, Michel Laroche, de l’Académie des technologies, et Jean-Luc Strauss, d’Altran Research.

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