À quoi sert la 5G ?

Alors que les opérateurs téléphoniques proposent les premiers forfaits 5G, Philippe Owezarski, directeur de recherche au CNRS, nous explique les enjeux du déploiement de ce nouveau standard de télécommunication, qui suscite encore interrogations et résistances.

Philippe Owezarski, vous êtes directeur du département Réseaux, informatique et systèmes de confiance du Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes du CNRS. Pouvez-vous nous expliquer ce qui motive le passage à la 5G ?

Philippe Owezarski. Les besoins croissants en bande passante disponible sur les réseaux cellulaires, et donc en débit, sont la première raison du changement de génération entre la 4G et la 5G. Les utilisateurs, de plus en plus accros au streaming sur appareils mobiles, veulent pouvoir regarder des vidéos en 4K (environ 4 000 pixels de large, soit 8 millions de points – ou pixels – par image, Ndlr) sur leur smartphone, même si l’intérêt est discutable vu la taille de l’écran. Cette demande pressante et la saturation de la 4G alimentent cependant le développement de services nouveaux, notamment à destination des professionnels.

Quels sont les principaux changements ?
Ph. O. À mon sens, la 5G apporte deux choses qui manquaient à la 4G : des classes de service différenciées et la softwarization.

Trois classes de service seront ainsi bientôt proposées, avec des caractéristiques spécifiquement adaptées aux différents besoins des utilisateurs et de leurs applications. D’abord l’eMBB1 : un service standard par rapport aux réseaux cellulaires actuels, mais avec une augmentation significative du débit. L’uRLLC2 vise de son côté les applications ayant des contraintes temporelles, les communications se feront avec un temps de latence extrêmement réduit, et donc une réactivité supérieure. Enfin, avec mMTC3 la 5G permettra d’uniformiser les communications pour l’Internet des objets, où de nombreux protocoles cohabitent actuellement. Ces trois classes de service arrivent avec un mécanisme de slicing, qui permet de découper en tranches la matrice de ressources de communication temps/fréquence. Chaque tranche fournira à ses utilisateurs la qualité de service souhaitée et, de plus, elles sont isolées les unes des autres pour éviter toute forme de perturbation entre elles.Test de vitesse de téléchargement sur un ordinateur portable placé à côté d’une antenne de réception avec un modem 5G. L’écran indique un taux de téléchargement de 0,99 Gigabit par seconde, un très haut débit. (07 février 2019, Hambourg, Allemagne) Christian Charisius/picture alliance via Getty ImagesPartager

Parallèlement, la softwarization consiste à rendre les réseaux programmables, sans avoir à intervenir sur leur infrastructure physique. Les réseaux deviennent ainsi plus souples à gérer, et il sera beaucoup plus facile d’y intégrer de nouveaux services. Par exemple, si la demande des utilisateurs change, il sera plus aisé d’adapter le débit ou de proposer des services spécifiques, sans avoir à modifier physiquement les équipements matériels du réseau, comme ceux qui pilotent les antennes. Cette notion de réseau logiciel est dans l’air du temps, certaines briques ont été ajoutées progressivement à la 4G, mais ce principe sera natif dans la 5G.

En outre, les nouvelles antennes Mimo4 pour la 5G peuvent adapter leur spectre de diffusion vers une zone ou un terminal précis, sans impacter les alentours. Tout cela est rendu possible grâce à des équipements parfaitement programmables de façon dynamique. Des intelligences artificielles (IA) pourront même être mises à contribution pour aider à optimiser les communications.

Quels sont les services spécifiques qui intéressent les professionnels et les chercheurs ?
Ph. O. Certains manipulent des données vidéo à très haute définition et nécessitant d’être transmises à très haut débit, comme le Centre national d’études spatiales (Cnes) qui utilise des réseaux mobiles satellites et cellulaires pour transmettre des images de téléobservation. Les services à faible latence sur réseaux cellulaires pourront aussi permettre de contrôler à distance des usines et différents procédés industriels, avec des temps de réaction très courts.

Dans la même idée, je pense que l’une des principales applications concernera les véhicules autonomes ou connectés. Leurs intelligences artificielles embarquées ont montré leurs limites, car elles ne sont pas assez efficaces et rapides dans leurs prises de décision. Or s’il faut freiner pour éviter un piéton, chaque dixième de seconde va compter. La centralisation des IA sur des serveurs, ou un cloud, va faciliter l’intégration des conditions globales de circulation, comme l’état du trafic et la signalisation, et proposer des calculs plus performants, car effectués sur des machines plus puissantes que l’électronique installée à bord d’un véhicule. Cela va considérablement améliorer le fonctionnement des véhicules connectés, mais il faut aussi que ces instructions soient transmises avec un débit et une réactivité que seule la 5G permet pour l’instant d’atteindre. Ce principe ne tient pas de la science-fiction, les expérimentations locales vont apparaître très prochainement.

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Les services à faible latence intéressent également la téléchirurgie. Il faut donner au chirurgien qui opère à distance le même rendu visuel sur ces gestes que s’il était physiquement dans le bloc où se trouve le patient.

Qu’en est-il de l’apport de la 5G sur la recherche en télécommunications ?
Ph. O. La 5G, grâce au mécanisme de slicing, permettra de réserver des tranches du réseau cellulaire 5G pour mener des expérimentations en environnement réel. Comme ces tranches sont isolées les unes des autres, on pourra lancer des expériences sur une tranche sans risque qu’un problème n’affecte le reste du réseau. Mais nous n’en sommes toutefois pas encore là car le mécanisme de slicing n’est pas disponible sur les réseaux 5G commerciaux actuellement déployés. Nous devons encore utiliser des plateformes expérimentales notamment dans des chambres anéchoïques (dont les parois absorbent toutes les ondes sonores, Ndlr), où nos travaux ne peuvent pas inférer avec le fonctionnement opérationnel normal des réseaux 5G, et ne sont pas non plus perturbés par les ondes extérieures.Unité d’antenne 5G (au centre de l’image) placée dans le coin d’une chambre anéchoïque pour ne pas perturber le fonctionnement des autres réseaux pendant les tests (laboratoire 5G du campus de Vodafone Kabel Deutschland GmbH à Düsseldorf, en Allemagne, le mardi 21 janvier 2020). Wolfram Schroll/Bloomberg via Getty ImagesPartager

Concrètement, où en sommes-nous du déploiement de la 5G ?
Ph. O. Nous passons techniquement à la 5G, mais, en termes de service, nous avons pour l’instant surtout accès à une sorte de 4G à haut débit. Les réseaux 5G déployés aujourd’hui utilisent bien des bandes de fréquences dédiées à la 5G, mais les mécanismes d’allocation des ressources hertziennes ne sont pas encore assez optimisés pour exploiter efficacement tout le spectre disponible. Il faut bien voir que la différence entre les générations 3G, 4G et 5G tient dans les bandes de fréquences utilisées et les techniques d’accès aux médias. La partie logicielle et les services ne changent pas drastiquement entre la 4G et la 5G installée à ce jour. Cela va cependant très vite évoluer, notamment avec les prochaines contributions des chercheurs. Normalement, le processus de standardisation de la 5G doit aboutir en 2023.

Que savons-nous des risques de la 5G pour la santé et l’environnement ?
Ph. O. Sur le plan énergétique, le déploiement du réseau va bien entendu consommer de l’électricité, mais je pense que ce sera à un niveau à peu près semblable à celui de la 4G. La disparition de la 2G et de ses antennes devrait d’ailleurs permettre quelques économies. Je ne vois pas pourquoi ce serait une révolution énergétique : nous consommons de plus en plus d’électricité en général, nous resterons au pire dans la courbe normale de cette augmentation.

La 5G va par contre contribuer à réduire la quantité d’émissions d’ondes électromagnétiques. Ses antennes massives vont en effet cibler les endroits où la demande est forte, plutôt que d’irradier indifféremment de larges zones. Mais comme l’augmentation du débit va nécessiter plus de puissance, il est encore difficile d’en faire le bilan exact.

Quant à la santé, nous avons eu les mêmes débats lors du lancement des générations précédentes. Les réseaux cellulaires fonctionnent depuis une trentaine d’années, et tout le monde utilise à présent un téléphone portable sans vraiment se poser de question. Pourtant, nous n’avons pas vu de recrudescence de cancers du cerveau, l’une des maladies qui auraient pu être provoquées par les réseaux cellulaires. La prévalence de maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer a cependant augmenté, mais ce phénomène est plutôt imputé à l’allongement de l’espérance de vie.

Je précise néanmoins que je ne suis pas spécialiste de ces questions de santé, sur lesquelles je ne travaille pas, et que je ne relate que les résultats d’études que j’ai pu lire. Il y a cependant une forme de moratoire de fait autour de la 5G en France, le gouvernement va pousser des études pour mieux mesurer les impacts sur la santé et la consommation énergétique.

Quelle est la suite pour les télécommunications ?
Ph. O. Nous commençons déjà à évoquer la 6G, opérant sur des fréquences millimétriques et offrant un débit toujours plus important. Pour l’instant, je préfère parler de « 5G et après », car on ne sait pas encore ce que comprendra la prochaine génération. 

♦Notes

• 1.Enhanced mobile broadband, pour bande passante mobile améliorée.
• 2.Ultra reliable low latence communications, pour communications ultra fiables à basse latence.
• 3.Massive machine type communications , pour communications massives de type machine.
• 4.Multiple-input multiple-output, pour entrées multiples sorties multiples.

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