Expliqué : Les cinq piliers de soutien de la 5G

La prochaine grande chose sur Internet concerne Internet lui-même, enfin, en quelque sorte. La 5G ou cinquième génération est la prochaine génération de télécommunications sans fil, successeur de la quatrième génération (4G) ou LTE. En fait, ce n’est pas la première fois que les gens remarquent une telle évolution dans l’industrie des télécommunications. Apparemment, cela se produit presque chaque décennie, suivant la première génération (1G) – qui a donné naissance à un système analogique pour la transmission vocale, la deuxième génération (2G) – qui a ajouté la capacité d’envoyer voix et données ensemble, la troisième génération (3G) – qui a introduit des vitesses Internet en mégabits et des appels vidéo, et la quatrième génération (4G) – qui a fourni une véritable expérience de large bande mobile avec le streaming de contenu HD.

Avec l’arrivée de la cinquième génération (5G) prévue autour de l’année 2020, on pense qu’elle améliorera considérablement les débits de données, augmentera la densité de connexion, réduira la latence et fournira des vitesses Internet en gigabits. Bien qu’elle soit encore en développement et ne sera pas disponible pour une utilisation de sitôt, des entreprises comme Nokia, Qualcomm, Ericsson, Samsung et Intel dépensent d’énormes sommes d’argent pour rechercher et développer la 5G. À l’heure actuelle, à un certain niveau, ces recherches et développements ont porté leurs fruits, Nokia prévoyant de lancer sa plateforme “5G first” visant à fournir un service 5G de bout en bout, Intel affirmant livrer des ordinateurs portables alimentés par la 5G en 2019, et Qualcomm prévoyant également de livrer ses appareils Snapdragon X50 compatibles 5G en 2019.

Avec un tel potentiel, la 5G devrait ouvrir des opportunités considérables pour la RA (Réalité Augmentée), la RV (Réalité Virtuelle) et l’IdO (Internet des Objets). La raison pour laquelle ces services pourront tirer le meilleur parti de la 5G est qu’une connexion 5G devrait fournir des vitesses Internet très élevées et une latence très faible (délai entre l’envoi d’un message et sa réception) – ce qui est tout ce qui est nécessaire pour que des services comme la RA, la RV et l’IdO fonctionnent correctement.

Apparemment, fournir un Internet haute vitesse avec une latence réduite nécessite de modifier la façon dont les signaux sont transmis et transportés sur de longues distances. Pour cette raison, des recherches ont été menées pour développer diverses technologies afin d’améliorer la 5G. Parmi ces technologies, les plus importantes qui sont considérées comme les cinq piliers d’un réseau 5G sont-

1. Ondes Millimétriques

La plupart des appareils électroniques dans nos maisons fonctionnent sur des ondes de fréquence radio (RF), qui se situent en dessous de 6 GHz. Avec de plus en plus d’appareils connectés à Internet chaque jour, cette bande de fréquence commence à être surchargée, entraînant des problèmes tels que des vitesses Internet lentes, une latence élevée et plus de connexions perdues. Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs expérimentent l’utilisation d’ondes RF millimétriques plus courtes qui se situent généralement entre 30 et 300 GHz. La raison d’utiliser cette plage de spectre RF est qu’elle n’a jamais été utilisée auparavant, ce qui signifie qu’elle offre une très grande bande passante pour les nombreux appareils que nous avons sur Internet.

2. Petite Cellule

Bien que l’utilisation d’ondes millimétriques puisse résoudre les problèmes de faible bande passante ou d’autres problèmes connexes, elle a son propre ensemble de problèmes auxquels les chercheurs doivent trouver une solution. Pour comprendre comment fonctionnent les petites cellules, considérons un problème existant avec l’utilisation d’ondes RF de fréquences plus élevées – beaucoup d’entre nous savent peut-être que le Wi-Fi que nous utilisons pour nous connecter à Internet utilise deux bandes de fréquence, 2,4 GHz et 5 GHz. Dans la plupart des cas, nous utilisons la bande de fréquence 2,4 GHz sur nos connexions (activée par défaut), car les ondes de fréquence inférieure ont tendance à avoir plus de portée que les ondes de fréquence supérieure. Le problème avec les ondes millimétriques est similaire à ce problème, puisque nous utilisons des ondes RF de haute fréquence qui sont faibles (ont une portée courte) et ne possèdent pas assez de potentiel pour voyager sur de longues distances sans être atténuées.

Cependant, les chercheurs ont trouvé un moyen de contourner cela, qui consiste à installer des milliers de mini stations de base à faible puissance proches les unes des autres par rapport aux stations sans fil traditionnelles, créant un réseau de relais et sautant les signaux pour couvrir de longues distances. Tout comme les ondes millimétriques ne peuvent pas voyager sur de longues distances, elles échouent également à pénétrer des objets comme des bâtiments, des arbres, des nuages, etc., ce qui fait que les signaux rebondissent sur ces objets et se perdent. Pour résoudre ce problème, des antennes de petites cellules situées à proximité seraient en fait très utiles, car elles changeraient les stations de base de l’utilisateur lorsqu’elles rencontrent un objet obstruant pour fournir une expérience fluide et ininterrompue.

3. MIMO Massif (Entrée Massive Sortie Massive)

Le réseau 4G actuel utilise des stations de base avec une douzaine de ports pour antennes, dont huit ports pour transmettre et quatre ports pour recevoir. En revanche, la nouvelle norme 5G peut prendre en charge environ cent ports pour accueillir plus d’antennes sur un seul réseau, ce qui augmenterait la capacité du réseau en lui permettant d’envoyer et de recevoir des signaux avec plus d’utilisateurs.

En résumé, MIMO ou entrée multiple sortie multiple se rapporte aux réseaux sans fil qui utilisent deux ou plusieurs émetteurs ou récepteurs pour envoyer et recevoir des données. Avec de nombreuses stations de base à proximité et beaucoup de trafic entrant et sortant des stations de base, il y a une grande possibilité d’interférence de signal, ce qui pourrait entraîner beaucoup d’atténuation et de distorsion.

4. Formation de Faisceau

Pour contrer le problème d’atténuation et de distorsion du signal causé par la diffusion omnidirectionnelle du signal par des centaines de ports utilisés sur les stations de base alimentées par MIMO, les chercheurs ont proposé une autre technologie, appelée formation de faisceau. Semblable aux feux de circulation qui empêchent les gens de se heurter en leur permettant de prendre des tours pour traverser la route, la formation de faisceau fait la même chose, mais avec des signaux et des paquets de réseau. Elle concentre un faisceau de signal directement vers un utilisateur au lieu de le diffuser dans toutes les directions tout en créant simultanément un modèle de transmission de signaux afin que plus d’utilisateurs puissent être servis en même temps sans perte de signal. Pour cela, elle utilise des algorithmes sur les stations de base pour envoyer plusieurs paquets à travers la région en les faisant rebondir sur les objets environnants pour fournir le meilleur itinéraire de signal et ainsi servir de nombreux utilisateurs utilisant la technologie MIMO sans aucune atténuation et distorsion.

5. Duplex Complet

Les stations de base actuelles utilisées dans les réseaux 4G sont capables de communiquer en demi-duplex, qui est un type de communication dans lequel les parties connectées prennent des tours pour communiquer entre elles. Le problème avec ce type de communication est qu’il ne permet pas une communication simultanée entre les parties connectées (communication duplex complet). En raison de cela, la station de base envoie ou reçoit des signaux à un moment donné pour éviter les interférences. Jusqu’à présent, il y a eu deux solutions pour lutter contre ce problème : “utiliser différentes fréquences” et “fonctionnement tour par tour”.

Cependant, avec le nouveau réseau 5G qui utilise des ondes millimétriques, les chercheurs doivent trouver un moyen de router les signaux entrants et sortants afin qu’ils ne se heurtent pas. Pour cela, les chercheurs ont proposé des commutateurs (composés de transistors) qui dérouteront momentanément un signal pour éviter les collisions et les interférences. Et tout comme d’autres technologies qui ont des inconvénients, le duplex complet n’est pas différent et a son propre inconvénient – envoyer et recevoir des signaux en utilisant la même antenne peut entraîner ce qu’on appelle un écho ennuyeux, et pour surmonter ce problème, il doit y avoir un moyen de créer un réseau sans écho ennuyeux.

Avec la connexion 5G, des technologies comme la RA, la RV et l’IdO devraient émerger et devenir plus courantes et faciles à utiliser, ce qui autrement ne serait pas plausible. Pour comprendre le cas d’utilisation de la 5G dans l’avancement de ces technologies, considérons un scénario où un médecin doit effectuer une opération sur un patient situé à l’autre bout du monde. Pour cela, il utilise des dispositifs de RV et un assistant robotique situé près du patient. Pour que cette opération soit réussie, il est absolument nécessaire d’avoir un réseau sans latence, afin qu’il n’y ait pas de délai entre le moment où le médecin envoie une commande ou une opération, et le moment où les robots interceptent et effectuent l’opération sur le patient.

En plus des avancées en RA, RV et IdO, les autres principaux avantages que l’on peut attendre immédiatement d’un réseau 5G par rapport aux connexions réseau existantes sont-

1. Internet haute vitesse
2. Interface à faible latence
3. Communication machine améliorée

Actuellement, la 5G est en cours de développement et de test pour un lancement d’ici l’année 2020, avec des appareils compatibles devant commencer à arriver à la fin de la même année, et le réseau étant disponible largement à travers le monde d’ici 2025.