5G (La) : ses applications et sources de progrès technologiques
by Maubert Adele - Thursday, 17 December 2020, 1:48 PM
La 5G, ses applications et sources de progrès technologiques
Autrices et auteur:
GILME Méline
GOUPILLE Valentin
MAUBERT Adèle
RANDRIANTSOA Sambatra Fiderana
VARNIERE Manon
ZEIN Mira
De
nos jours, la quasi-totalité de la population mondiale possède un
smartphone et l’utilise au quotidien rendant ainsi la concurrence entre
chaque constructeur beaucoup plus intense qu’elle ne l’était au tout
début de l’apparition des téléphones portables. Cette concurrence est
directement liée au fait que chacun souhaite avoir l’appareil le plus
performant possible. (1) et (54)
Un
point qui peut rendre un appareil plus performant est notamment sa
connectivité au réseau. C'est pour cette raison que de nombreux
constructeurs se sont lancés dans une course effrénée afin de
commercialiser des smartphones compatibles au nouveau réseau de
téléphonie: la 5G. Ainsi,
la société Apple, une entreprise multinationale américaine, a sorti une
génération d’Iphone commercialisée en octobre 2020 qui est compatible
avec ce réseau. D’autres encore comme Samsung (entreprise coréenne) ou
Huawei (entreprise chinoise) avaient déjà pris cette initiative depuis
plus d'un ans déjà. La
sortie de nouveaux appareils compatibles avec ce nouveau réseau
téléphonique est devenu l’enjeu économique de tous les constructeurs
dans un monde où la 5G va devenir peu à peu le réseau majoritaire à
l’échelle mondiale.(7), (22), (24), (35), (51) et (52)
Qu’est-ce qui différencie la 5G des précédentes générations et que possède-t-elle de si spéciale ?
Débit, latence et densité :
Tout
d'abord, ce réseau téléphonique voit sa popularité augmenter grâce
notamment à la rapidité d’exploitation et d’utilisation qu’elle offre
par rapport aux précédentes générations. En effet, la 5G permettrait une
augmentation des débits, du nombre d’appareils connectés et une
réduction de la latence par rapport aux précédentes générations de
réseaux téléphoniques. (6), (9), (22) et (25)
(*) Connexion des réseaux dans le monde
Le débit correspond à la quantité d’information émise ou envoyée pendant un certain temps défini (45) et (48). Grâce à cette dernière génération de téléphonie mobile le débit maximal devrait par exemple
passer de 1 Gbits/s à près de 20 Gbits/s et le débit moyen, lui, serait
multiplié par 10 par rapport à la 4G et 4G+ qui était entre 100 Mb/s et
500Mb/s. (25) et (35)
La latence désigne quant à elle le délai de transit d’une donnée
entre le moment où elle est envoyée et celui où elle est reçue. (3)
Avec la 5G, elle passerait de “20 à 40 ms” à seulement “1 à 2 ms”, une
réduction de latence permettrait donc des échanges constants et
quasi-immédiats pour traiter rapidement des informations nettement plus
nombreuses et ainsi gagner en réactivité et en sécurité.
Par conséquent, le confort d’utilisation serait nettement amélioré. (4) et (23)
Quant à la densité permise par la 5G, elle se refléterait par un
nombre très important de connexions mobiles en simultané, avec jusqu’à 1
000 000 connexions en simultanée par Km².(4), (9) et (25)
Cela
pourrait contribuer à optimiser les grands événements tels que les
concerts qui ne rencontreront plus de phénomènes de saturation. (8) et (35)
Rayon de portée des antennes :
La 4G et la 5G possèdent des rayons dont la portée est différente.
En effet, une antenne 4G émettant des ondes à 2,6 GHz, a une portée de 2
à 3 Km de rayon, contre seulement 1 km pour une antenne 5G de 3,5 Ghz
et 300 à 500 mètres pour une antenne 5G de 26 Ghz. (6), (49), (50) et (53)
Ainsi les antennes 5G ont une portée plus réduite que la 4G.
Les technologies spécifiques à la 5G :
La 5G possède une technologie avancée: le beamforming. Il est
également appelé “filtrage spatial”. Il permettrait de filtrer le signal
pour créer une connexion directe entre l’appareil et l’antenne
émettrice. Le signal est alors dirigé au lieu d'être diffusé dans toutes
les directions à partir d'une antenne radio, comme c'est habituellement
le cas.
Ce
système à connexion plus directe permettrait notamment d'améliorer la
stabilité, la fiabilité du signal émis, ainsi que d’augmenter sa
puissance et d'être plus rapide qu'elle ne le serait sans formation de
faisceau notamment dans des endroits habituellement saturés, comme les
lieux publics. (6) et (11)
(**) Schéma représentant les fonctionnements différents des antennes 4G (sans la technologie de beamforming) et 5G (avec la technologie de beamforming)
La
5G possède également une autre technologie nommée le “network slicing”
qui permettrait de créer un réseau virtualisé. Celle-ci consisterait à
découper le réseau en tranche logiciel, c'est-à-dire découper la bande
passante d’une communication mobile en différentes tranches pour mieux
répondre aux besoins spécifiques de différents secteurs d’activité.
Ainsi, cela permettrait de fournir des performances différentes
associées à chaque tranche comme par exemple le débit, la qualité de
service ou bien le temps de latence. Le Network Slicing permettrait à un
opérateur de commercialiser sur ses antennes des bandes passantes
fixes, à l’attention de ses clients qui pourraient être par exemple une
entreprise. Chacune des tranches de réseau possèderait ses propres
caractéristiques de réseau qui correspondraient ainsi à un type d’usage.
Par conséquent, cela permettrait à chaque usage de ne pas empiéter sur
les autres et de lui-même ne pas être empiété. Cette technologie de
discrimination virtuelle du réseau pourrait être utilisable à
différentes échelles, aussi bien à l’échelle mondiale, qu’à l'échelle
d’un pays, d’une ville ou bien d’une entreprise. Ainsi, cette
technologie aurait une utilité dans différents domaines comme dans le
secteur des voitures autonomes ou bien dans le domaine médical. Nous
allons développer ces deux exemples d’application un peu plus tard dans
l'article. (8),(16),(17),(18) et (19)
La
comparaison entre la 4G et la 5G est donc ici indispensable. La 4G
montre beaucoup de différences avec la 5G. L'efficacité spectrale est
trois fois plus grande sur le réseau 5G. La vitesse (en km/h) est
supérieure à celle du réseau 4G, 350 km/h contre 500 km/h. En outre,
l'efficacité énergétique du réseau est bien plus efficace que la 4G.
Celle-ci est 100x plus performante. (46) et (47)
Mais pourquoi passer à la 5G ?
Plusieurs raisons peuvent expliquer le passage à la 5G. Celle-ci a
pour but de favoriser les usages multimédias et le streaming, qui
représentent déjà plus de 80% de l'usage d'internet aujourd'hui. (35)
Elle
répondrait donc à une demande des consommateurs qui veulent avoir accès
à des réseaux toujours plus efficaces et optimisés. D’autant plus que
ces usages changent et les objets connectés se multiplient. (25), (26) et (27)
Par
conséquent, les données utilisées par ceux-ci croissent de manière
exponentielle. Le réseau 4G ne pourrait donc pas indéfiniment supporter
cette augmentation.
D’ailleurs,
il est estimé qu’en 2022 les capacités des fréquences 4G seront
saturées et c'est pour ces différentes raisons que l’arrivée de la 5G
prend tout son sens. (12) et (35)
Utilisation et application de la 5G dans certains domaines ?
Les usages et applications de la 5G promettent d’être très étendus et pourraient servir dans des secteurs variés. (3) et (38)
On
ne parle plus uniquement de smartphones, mais aussi d’ordinateurs, de
voitures et de tout un écosystème d’objets connectés, en particulier,
dans le monde professionnel.
Cette
notion aborde l’idée de mises en fonction de machines autonomes qui
pourront être connectées au réseau mobile : ville intelligente, sécurité
ou bien maison connectée.(6)
Utilisation pour développer Le cloud computing:
La 5G pourrait avoir une action bénéfique sur l'essor du cloud
computing. Ce dernier équivaut à dire “informatique en nuage”.
Il
correspond au stockage et à l’accès de données ou de services par
l’intermédiaire d’internet plutôt que via le disque dur d’un ordinateur.
Il s’oppose ainsi à la notion de stockage local, consistant à
entreposer des données ou à lancer des programmes depuis le disque dur. (10) et (13)
Avec
le Cloud computing, il est par exemple possible de disposer d’un
ordinateur totalement dématérialisé ou distribué. Chez vous, vous auriez
l'écran, le clavier, la souris, mais les programmes et données seraient
quant à eux stockées dans des datas centers.
(***) Le développement du Cloud
Quant
au gaming, les utilisateurs pourront utiliser des applications du cloud
computing, ce qui leur permettraient de jouer à des jeux vidéo en
streaming via internet sur n’importe quel écran sans avoir besoin de
console. (41) et (42)
Autres utilisations personnelles :
Les améliorations des capacités du réseau téléphonique permises par la
5G permettraient l'amélioration des débits et de la latence. Ainsi, nous
observerons une augmentation de la taille des téléchargements
d’applications et de jeux pour une même durée de temps par rapport à la
4G. Par conséquent, les temps de téléchargement seraient
considérablement réduits. (5) et (22) De plus nous aurions accès à des contenus vidéo de meilleure définition en streaming. (6), (22) et (25)
En
ce qui concerne la réalité virtuelle, celle-ci prendrait une autre
dimension. Effectuer un voyage sans déplacement sera envisageable, tout
comme visiter un appartement depuis son canapé. (4), (22) et (31) Elle nous permettrait de s’évader tout en étant chez soi.
La 5G aurait également un impact sur la rapidité d'un internet fixe afin de créer des réseaux wifi chez soi. (8)
Dans le monde professionnel :
La
5G et sa promesse d'une latence quasi nulle bénéficierait au monde
professionnel. Et les premiers secteurs à en profiter seraient sans
doute l'industrie, les transports et la santé. (4), (25) et (38)
Dans l’industrie et le commerce :
La
5G va potentiellement modifier la manière dont les usines sont
construites: on pourrait assister à une automatisation industrielle avec
de nouvelles formes de communications, d'avantages de robots et de
capteurs qui contribueront à l’amélioration et au renforcement des
processus de fabrication. (4), (27) et (39)
Il
se trouve que des résultats ont déjà pu être observés. Par exemple, en
Finlande, l'usine d'Oulu, alimentée par la technologie 5G a généré des
gains de productivité de 30% et des économies de 50% sur le temps de
mise sur le marché d'un produit. (4) et (37)
Par
ailleurs, avec la 5G, la possibilité de pouvoir transférer plus
rapidement un plus grand nombre de données représenterait une
opportunité pour les entreprises d’atteindre une meilleure productivité
avec un gain en réactivité et en rentabilité.
D’autre
part, adopter la 5G permettrait à l’entreprise de se tenir prête pour
accueillir les toutes dernières innovations technologiques et
numériques. On peut évoquer la réalité virtuelle qui serait donc
également utile dans la formation et pour les réunions à distance. (5), (31) et (55)
2. Dans le transport: création de voitures autonomes :
Grâce
à la 5
G, les échanges entre les différents objets connectés se feront
de manière autonome et ce dans le monde entier, il s’agit de l’IoT
(Internet of Things). Cette capacité est augmentée par la présence de
C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) qui permet à ces objets de
communiquer non seulement entre eux mais aussi avec leur environnement. (14) et (36)
(****) Voiture autonome Google
Le
network slicing de la 5G serait utile dans ce domaine. En effet, il
permettrait de donner une tranche logiciel défini au “système de
transport intelligent de la voiture” et une tranche logiciel différente
aux données multimédias consacrées elles au divertissement, tel que les
flux vidéo ou audio utilisés par les passagers par exemple.
Ainsi, si la
tranche logiciel consacrée aux divertissements est saturée alors cela
n’aura aucun impact sur le système de transport intégrée de la voiture
qui bénéficiera des mêmes performances en termes de débit et de délai.
La sécurité de la conduite et des potentiels passagers n’est donc à
aucun moment impactée à cause du réseau.
La
Commission Européenne informe que 90% des accidents sont liés à une
erreur humaine. Ainsi, avec la 5G, ce risque d’accident pourrait être
réduit étant donné que les véhicules vont pouvoir devenir autonomes. De
plus, cela contribuerait à améliorer la fluidité de la circulation. (4), (29) et (30)
Ces
nouveaux programmes permettraient dans un avenir plus ou moins proche
le développement du marché des voitures autonomes. Cependant, il faut
rappeler que cette technologie de voiture autonome en est qu'à ses
débuts et de nombreux problèmes sont encore à résoudre comme le fait
pour une voiture autonome de traverser un rond-point, qui est pour le
moment impossible. (43) et (44)
De
plus, il ne faut pas ignorer les potentiels problèmes que les voitures
autonomes pourraient engendrer. En effet, de nos jours, le piratage et
le hacking sont fréquents. (20).
Dans ce cas, on pourrait penser que de nombreux accidents arriveraient
suite aux contrôles volontaires d’autrui, ou encore, le vol
d’information. D’un autre côté, les programmes informatiques ne sont pas
infaillibles et pourraient eux-mêmes causer des accidents dans des
situations complexes où ils ne sauront prendre la bonne décision. (40)
3. Dans le domaine de la santé :
La
5G pourrait également avoir un impact important dans le domaine
médical. D’abord, grâce aux capacités de stabilités et de débits de ce
réseau, elle pourrait faire augmenter le nombre de téléconsultations qui
est déjà un mode de consultation médical très en vogue. D’autant plus
que les différents appareils connectés pourraient être toujours plus
nombreux grâce à la 5G, dont certains comme les montres connectées avec
des électrocardiogrammes intégrés pourraient se montrer d'utilité
médicale en permettant aux médecins d’avoir à distance des informations
sur les patients. (15), (34) et (55)
De
plus, comme nous l’avons présenté précédemment, la technologie de
Network slicing que possède la 5G et qui consiste à découper le réseau
en tranches logiciel pourrait avoir une utilité vitale. En effet, en
dédiant une couche logiciel spécifiquement à un usage médical possédant
ses propres caractéristique de réseau comme une latence très faible et
un débit très élevé, cela permettrait donc de conserver une qualité et
une priorité à un réseau dédié pour par exemple réaliser des opérations
chirurgicales à distance à l’aide de robots télécommandés. Ainsi un
chirurgien spécialisé pourrait réaliser une opération sur un patient
situé à des milliers de kilomètres de ce dernier et cela même si le
réseau utilisé par des utilisateurs normaux est saturés puisqu’il
utilise une tranche logiciel différente et prioritaire.(4), (32) et (33)
La 5G semble être très prometteuse. Elle arrive en tant que
potentielle source de progrès technologiques et apporterait du renouveau
au regard des anciennes générations de réseau mobile. Une meilleure
performance en termes de débit, de densité et de latence se révèle être
un atout majeur ouvrant la porte à de nombreuses applications dans des
secteurs variés. Par conséquent, la 5G pourrait avoir un grand impact
sur notre vie quotidienne et donc sur notre mode de vie avec son lot de
points aussi bien positifs que possiblement délétères.
Licence : Pixabay Licence, Libre pour usage commercial
(**) Schéma représentant les fonctionnements différents des antennes 4G (sans la technologie de beamforming) et 5G (avec la technologie de beamforming) :
Source du schéma du beamforming : réalisé par nos soins et inspiré de l’image:
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