La 5G constitue l’aboutissement d’une histoire au long cours. Alors que les téléphones analogiques sont apparus pour la première fois au début des années 1990, on imagine mal aujourd’hui qu’ils n’étaient alors utilisés que pour les seuls appels vocaux. Le premier tournant dans l’histoire des télécommunications mobiles a eu lieu une décennie plus tard, lors de l’apparition des appareils mobile de deuxième génération (aussi baptisés 2G).
Grâce à la technologie GSM, ces appareils ont pu permettre à leurs utilisateurs d’avoir recours à la messagerie texte (SMS), qui s’est imposée comme la “killer app” marquant le début de la fin pour les portables de première génération. En alliant ses services vocaux en plus de la messagerie texte, les mobiles de deuxième génération se sont rapidement imposés comme les tenants de la nouvelle technologie de télécommunication sans-fil dominante au niveau mondial.
Reste que rien n’est éternel, y compris la téléphonie mobile de deuxième génération. Au tournant du millénaire, ce fut en effet au tour de la 3G de débarquer. Basée sur les technologies UMTS et CDMA2000, les appareils de cette troisième génération ont pu se permettre d’offrir des débits de données décuplés, jusqu’à environ 1 Mb/s, une véritable performance pour l’époque. De quoi imposer la 3G comme une technologie de “haut débit mobile”, avant même que la 4G (ou LTE), ne vienne l’enrichir en lui permettant d’accéder à des débits capables d’atteindre la barre des 100 Mb/s.
Comme dans tout processus évolutif, il y eut bien sûr des étapes intermédiaires. Si le GPRS et le EDGE se sont imposées comme des technologies de commutation de paquets “2,5G” rendant entre autres possible les connexions Internet, les technologies HSPA et HSPA+ ont pour leur part permis de passer la barre de débits de données “3,5G” culminant à 2 Mbits/s. Plus récemment, d’autres technologies, comme la 4,5G LTE-Advanced ou le LTE-Advanced Pro ont ouvert la voie de la 4G à la 5G, avec des débits pouvant atteindre 1 Gb/s !
C’est dans ce contexte qu’apparait aujourd’hui la 5G, alors que se mettent en place l’ensemble des normes, des attributions de fréquences, de l’infrastructure réseau, des puces et des dispositifs permettant le fonctionnement de ce nouveau protocole à l’échelle mondiale. Les réseaux 5G, rapides, à faible latence et à forte densité de connexion, amélioreront les expériences mobiles et permettront, le moment venu, de faire émerger de nouveaux cas d’utilisation, notamment pour les professionnels et les industries, ces fameuses verticales dont tant espérées par l’ensemble des acteurs des télécommunications.
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La 5G, ses spécifications et ses cas d’utilisation
La course vers la 5G a débuté en 2015, avec la mise en place du cadre IMT-2020 de l’Union internationale des télécommunications (UIT). Celle-ci définit les développements de la prochaine génération de technologie mobile (IMT, pour International Mobile Telecommunications).
Voici comment les exigences de performance, approuvées en novembre 2017, se comparent à celles de la génération précédente d’IMT-Advanced (alias la 4G) :
L’objectif général de l’UIT lors de l’adoption du protocole 5G était alors rien de moins que de répondre aux “nouvelles demandes, telles que l’augmentation du volume de trafic, l’augmentation du nombre d’appareils, l’émergence d’une meilleure qualité d’expérience utilisateur et d’une meilleure accessibilité financière en réduisant davantage les coûts”. Le principal moteur du plan concocté par l’UIT repose alors alors dans la nécessité de “soutenir les nouveaux cas d’utilisation émergents, y compris les applications nécessitant des communications à très haut débit de données, un grand nombre d’appareils connectés et des applications à très faible latence et à haute fiabilité”.
De nouveaux cas d’utilisation pour les professionnels
Il ressort de la majorité des scénarios d’exploitation de la 5G étudiés par l’UIT que la 5G, au regard de ses capacités décuplées, concernera avant tout les professionnels, au détriment des particuliers dont les besoins ne sont pas aussi gourmands en débit. Les professionnels pourront en effet profiter de nouvelles classes de services pour s’offrir des économies d’échelles considérables et profiter de nouveaux services via des cas d’utilisation inédits. Ces cas d’utilisation mobile sont activés par trois classes de services : l’eMBB (enhanced Mobile Broadband), l’URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) et le mMTC (massive Machine Type Communications).
L’eMBB recouvre tout d’abord l’amélioration de la rapidité et de la qualité de la connectivité mobile. Elle se place dans la première phase de développement de la 5G, établie dans la norme 3GPP Rel 15 de juin 2018, qui regroupe la 5G-NSA (non-stand alone, car construit sur le standard LTE-A/Pro) ainsi que la 5G SA (pour stand-alone).
Cette classe de service devrait toutefois s’enrichir dans les prochains mois de deux autres catégories de service, qui permettront pour leur part d’atteindre des types de connexions requises pour l’adoption à grande échelle des véhicules autonomes ou le développement de villes “véritablement” intelligentes. Ces deux types de services regrouperont d’un côté des connexions fiables et à faible latence, dites URLLC, ainsi que des technologies propres à l’Internet des objets, comme le mMTC. Ces deux services seront couverts par la norme 3GPP Rel 16, qui devrait être achevée en décembre 2019 mais a été repoussée de trois mois, pour une adoption début 2020.
Enfin, un autre cas d’utilisation de la 5G reposera dans la technologie du FWA (Fixed Wireless Access, c’est-à-dire l’internet fixe via les réseaux sans fil). Ce nouveau cas d’utilisation permettra d’atteindre des débits capables de concurrencer le haut débit filaire (sur cuivre ou fibre optique, même dans une configuration FttH). Selon une étude récente réalisée par Ovum et sponsorisée par l’opérateur britannique Three UK, la 5G pourrait ainsi fournir dans cette configuration des débits de 80 à 100 Mb/s outre-Manche et pourrait donc remplacer les connexions haut débit fixes traditionnelles pour 85 % des 26 millions de clients du réseau fixe dans ce pays.
Des cabinets d’étude enthousiastes
La 5G enthousiasme les observateurs, qu’ils soient spécialistes du secteur ou non. Les cabinets d’étude ne s’y sont pas trompés, en publiant nombre de notes d’analyse au cours des derniers mois.
IHS Markit
A commencer par le cabinet IHS Markit, qui a mené un sondage auprès de 17 opérateurs de téléphonie mobile dans le cadre de son enquête d’août 2018 sur l’évolution de la 4G vers la 5G. Sur les 17 opérateurs de téléphonie mobile interrogés, 14 ont confirmé être actuellement en train de mener différentes expérimentations autour de la 5G, tandis que deux opérateurs (tous deux basés en Amérique du nord) ont indiqué en être déjà au stade de la préparation du lancement commercial de leurs offres 5G, initiés en fin 2018. Alors que la Corée du Sud est déjà passée à la 5G, les pays européens, en dehors du Royaume-Uni, sont quelque peu à la traîne, même s’ils devraient franchir le cap de la 5G courant 2020.
14 opérateurs sur les 17 interrogés dans le cadre de l’étude menée par IHS Markit ont plébiscité la latence ultra-faible de la 5G comme le principal vecteur de succès futur de la 5G. Parmi les autres arguments dont la nouvelle génération de technologie mobile peut se prévaloir figurent également la diminution du coût par bit (plébiscitée par 76 % des opérateurs interrogés) ainsi que l’augmentation de la capacité du réseau (71 %). L’eMBB s’est imposé contre toute attente comme le cas d’utilisation le mieux noté par les opérateur, au détriment du FWA, alors même que ce dernier sera le premier type de service disponible pour un lancement commercial.
“En fin de compte, la 5G sera une extension de ce que nous connaissons le mieux : le haut débit, que ce soit sous forme FWA ou eMBB”, a fait savoir l’un des responsables de cette étude. “Ne vous attendez pas à ce que l’automatisation de l’usine ou la conduite autonome soient prêts grâce à la 5G rapidement”, a également réagi ce dernier, nous appelant ainsi à tempérer nos ardeurs.
Si le cabinet Gartner a également reconnu que le décollage de la 5G ne sera pas aussi rapide qu’attendu, il a toutefois pointé du doigt un autre avantage de la nouvelle technologie mobile, à savoir l’émergence de réseaux privatifs. En mai et juin 2018, le cabinet a ainsi étudié la demande et les plans d’adoption de la 5G auprès de 185 personnes, industriels ou particuliers. L’Internet des objets s’est immédiatement imposé comme le cas d’utilisation le plus populaire auprès de 59 % des répondants à son sondage, talonné de près par la vidéo, qui a totalisé 53 % de votes en sa faveur. En écho aux conclusions de l’étude menée par IHS Markit, Gartner a toutefois averti que les réseaux 5G étaient loin d’être prêts pour tous les cas d’utilisation.
“A court et moyen terme, les organisations qui souhaitent tirer parti de la 5G pour des cas d’utilisation tels que les communications IoT, la vidéo, le contrôle et l’automatisation, l’Internet fixe sans fil ne peuvent pas compter entièrement sur l’infrastructure publique 5G pour leur diffusion”, a ainsi déclaré le directeur de la recherche de Gartner Sylvain Fabre. Pour le cabinet d’études, la 5G nécessitera en effet une nouvelle topologie de réseau ainsi que l’émergence de nouvelles technologies comme le Edge computing, le découpage du réseau (network slicing) et la densification physique du réseau radio pour prendre définitivement son envol et répondre totalement aux exigences de ses utilisateurs professionnels.
“La plupart des fournisseurs de services de communication n’obtiendront une infrastructure 5G complète de bout en bout sur leurs réseaux publics qu’entre 2025 et 2030, car ils se concentreront d’abord sur la radio 5G, puis sur le découpage du réseau, le edge computing”, a relevé le responsable de l’étude, qui craint des retards nuisibles à l’adoption de la 5G. De quoi voir dans les réseaux privatifs une réponse à cette demande de montée rapide en débit, il n’y a qu’un pas que franchit allègrement ce dernier. “Les réseaux privés pour les entreprises seront l’option la plus directe pour les entreprises qui veulent bénéficier des capacités 5G dès le début”, a-t-il déclaré, précisant que “ces réseaux peuvent être proposés non seulement par les opérateurs, mais aussi directement par les fournisseurs d’infrastructure – et pas seulement par les grands fournisseurs traditionnels d’infrastructure, mais aussi par des fournisseurs ayant une expérience du cloud et des logiciels”.
L’approche “de bout en bout” de la 5G n’est pas pour tout de suite
Pour les professionnels, il faudra donc se résoudre à la patience ou à l’adoption d’un réseau privatif pour pouvoir profiter pleinement des atouts de la 5G. Reste qu’avec le temps, nous ne pourrons plus aller bien loin dans le pays de la 5G sans rencontrer l’expression “de bout en bout”, faisant référence à l’architecture réseau. Cette 5G “de bout en bout” devrait en effet occuper les opérateurs télécoms, qui auront beaucoup à faire pour aménager leur réseaux 5G. Après avoir remporté les attributions de spectres de fréquences nécessaires à la mise en place de tels réseaux, ces derniers devront en outre changer à la fois le backhaul entre les stations de base et le réseau central, car le déploiement complet de la 5G nécessitera sans doute possible des changements d’architecture à chaque étape :
De tels investissements devront faire l’objet d’un retour qui concernera nécessairement les industriels, qui pourront alors profiter des différents cas d’utilisation permis par la 5G, que ce soit en terme de bande passante, de latence, de mobilité, de sécurité, de fiabilité et de prix. Les premiers déploiements 5G se concentreront pour leur part sur des domaines traditionnels plus axés sur le consommateur tels que l’eMBB et le FWA et seront basés sur la norme 3GPP Rel-15 finalisée et peuvent utiliser de nombreuses infrastructures 4G LTE existantes.
Reste que la phase 2 de la 5G sera pour sa part basée sur la norme Rel-16, encore en développement, et nécessitera un nouveau spectre et une nouvelle infrastructure pour prendre en charge les cas d’utilisation commerciale avancée tels que URLLC et mMTC. Arriver à ce stade nécessitera une architecture cloud-native, orientée services, capable de prendre en charge le découpage du réseau, où plusieurs réseaux virtuels pourront coexister sur la même infrastructure physique, en s’appuyant sur des technologies telles que les réseaux définis par logiciel (SDN – software defines network) et la virtualisation des fonctions réseau (NFV).
Article “5G : a transformation in progress” traduit et adapté par ZDnet.fr
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