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5G et IoT : 7 chiffres à retenir en 2021

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Georges

17 sept. 2021

La cinquième génération de connectivité cellulaire, 5G, a fait son entrée sur le marché en fin 2020.

Vous allez découvrir dans cet article comment elle impacte, sur le plan technique, le marché de l’Internet des Objets, à travers sept chiffres les plus caractéristiques :

  • Le débit de données
  • La latence
  • La bande passante
  • Le nombre de terminaux pris en charge simultanément
  • La couverture du réseau
  • La consommation d'énergie du réseau
  • Le coût des modules hardware 5G

1. Un débit multiplié par 20

5g-iot-debit

Le débit, dans des conditions optimales, passe de 1 Gbit/s avec la 4G à 20 Gbit/s avec la 5G. Cela permet non seulement de fluidifier les usages existants (streaming vidéo, visio conférence) mais aussi d’en permettre de nouveaux.

 

Un exemple souvent cité est celui de la vidéo surveillance. En effet, nous avons tous en tête les images saccadées en noir et blanc de vidéo surveillance, sur lesquelles il est difficile de distinguer quoi que ce soit.

 

Un système de caméra surveillance connecté en 5G permet d’envoyer un flux vidéo multi cam en haute définition ou 4K en temps réel à des sociétés se chargeant à la fois du stockage et de l’analyse des données.

 

Une définition vidéo en 4K ainsi qu’un taux FPS (images par seconde) supérieur, permet une image extrêmement précise, dans laquelle il est possible de zoomer et d’extraire des photos nettes.

 

2. Une latence réduite à une milliseconde

5g-iot-latence

La latence, autrement dit la durée de voyage d’une data entre son émission et sa réception, est divisée par 10 (voire 20) avec la 5G. À ce niveau, moins d’une milliseconde, totalement imperceptible par le cerveau humain, de nouveaux usages en distanciel sont possibles.

 

On évoque souvent le chirurgien opérant à distance, en effet celui-ci nécessite une fluidité parfaite entre les commandes du robot et ses gestes.

 

Cette fluidité va faire naître des expériences jusqu’à aujourd’hui impossibles, par exemple, un groupe de musique dont les membres jouent chacun dans une ville différente, ou la délocalisation de certains services grâce à des bras robotisés, pilotés à distance.

 

3. Une bande passante dix fois plus large

5g-iot-bande-passante

 

Pour prendre une analogie de la vie quotidienne, la bande passante est à la taille d’un tuyau ce que le débit est à la quantité d’eau y circulant.

 

Plus les besoins en débit (la quantité d’eau utilisée à un moment T) sont importants, plus la taille de la bande passante (des tuyaux) doit être grande pour y faire face.

 

La 5G permet de faire face à cette explosion de consommation de data, actuelle et future, évaluée par Ericsson jusqu’à 200 Go pour certains utilisateurs en 2025 (contre 9 aujourd’hui).

 

Ce changement d’échelle est nécessaire pour faire face à la fois à l’augmentation de la consommation de data par terminal (notamment les téléphones), mais aussi à l’explosion du nombre de terminaux (notamment les objets connectés).

 

La bande passante de la 5G est de 1000 mhz contre 100 mhz pour la 4G, mais la 5G permet également de gérer plus de terminaux à la fois, comme nous allons le voir ensuite.

 

4. Cent fois plus de terminaux par antenne

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Si vous vous êtes déjà rendu dans un stade lors d’un match ou événement, vous avez pu vous rendre compte d’une chose : lorsqu’un très grand nombre de téléphones sont connectés aux mêmes antennes, le débit s’en trouve drastiquement réduit.

 

En effet, une antenne ne peut gérer convenablement qu’un nombre limité de terminaux, la 5G multiplie ce nombre par 100.

 

Cette évolution est portée par deux technologies :

 

1. Le Massive MIMO, qui consiste simplement à intégrer beaucoup plus d’antennes sur le même pylône (par exemple aux abords d’un stade)

 

2. Le beamforming, qui crée un lien particulier entre l’antenne et un terminal précis, un signal dirigé spécifiquement et donc plus puissant et stable, notamment pour les véhicules, avec une sélection automatique du signal le plus performant réalisé par l’antenne.

 

La démultiplication des objets connectés sur de petits espaces, par exemple une usine 4.0 nécessite une connexion fiable et sans encombrements.

 

5. Quatre bandes de fréquences pour une meilleure couverture

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Si nous verrons plus loin que l’impact de la 5G dans la couverture réseau haut débit du territoire est indirect, la libération de plusieurs bandes de fréquences situées tout le long du spectre radioélectrique est un atout notable pour la réception. Nous ne parlons pas ici de zones blanches mais plutôt d’angles morts.

 

Il est courant dans les grandes villes comme Paris, d’avoir un réseau qui chute brutalement à l’intérieur de bâtiments aux murs épais. Les fréquences 5G autour de 700 Mhz et 1,5 Ghz, dites basses, vont contribuer à régler ce problème.

 

Les basses fréquences, bien que plus lentes, se propagent bien mieux à l’intérieur des bâtiments, particulièrement adaptées aux objets connectés nécessitant peu de bande passante (capteurs).

 

Les autres fréquences 5G (autour de 3,5 et 26 Ghz) seront les principales porteuses du très haut débit, pour des terminaux situés à l’extérieur ou dans des bâtiments dont les murs ne bloquent pas les ondes (relativement récents).

 

Encore à l’étude, plusieurs bandes de fréquences (notamment au-delà des 37 Ghz), dites ondes millimétriques, seraient réservées à des usages de zones couvertes et denses, comme des halles, marchés, concerts, etc.

 

Quel impact pour la couverture du réseau sur l’ensemble du territoire ?

 

La plupart des antennes 5G vont être installées, dans un premier temps, sur des pylônes existants (pour la 4G), la couverture réseau sera donc améliorée en termes qualitatifs mais non quantitatifs. Autrement dit, la couverture réseau des grandes villes sera accrue, mais sans impact sur les zones blanches.

 

En revanche en France, dans le cadre de l’obtention des fréquences 5G, les opérateurs ont l’obligation de continuer (et à terme totalement finaliser) la couverture 4G du territoire, ainsi que de l’améliorer avec la 4G+ (débits multipliés par quatre). Un quart des installations d’antennes 5G doit aussi être réalisé en zones rurales.

 

Pour en savoir plus sur les engagements des opérateurs sur la couverture du territoire, vous pouvez consulter le “New Deal Mobile - la 4G pour tous les Français” .

 

Le recours aux objets connectés en connexion cellulaire dans des zones reculées, notamment pour les usages agricoles, va donc s’en trouver largement amélioré.

 

6. Une consommation d’énergie divisée par 2

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Une antenne 5G consomme deux à trois fois moins d’énergie qu’une antenne 4G. Pour une même antenne couvrant plus d’utilisateurs et gérant plus de données, pour la même consommation, son impact énergétique baisse mécaniquement.

 

La technologie du massive MIMO réduit la consommation d’énergie également dans la manière dont elle connecte l’antenne et le terminal.

 

En effet, en créant un lien unique avec chaque objet connecté, il délivre la bande passante nécessaire à chaque besoin plutôt que d’arroser uniformément une zone. On pourrait illustrer les gains de cette technologie par les arroseurs automatiques de pelouse remplacés par les réseaux d’irrigation au goutte-à-goutte.

 

Mais les progrès les plus significatifs sont à venir avec une utilisation intelligente des antennes, qui se mettent en “veille” lorsqu’elles sont inutilisées.

 

Certains opérateurs en Europe lancent également des offres incluant, à l’image des fournisseurs d’électricité, des “périodes creuses” (la nuit) où l’utilisation de data n’est pas décomptée du forfait. Nous verrons plus loin que la réduction de consommation d’énergie est aussi vraie côté terminal, drainant moins de batterie.

 

7. Trois modules hardware au choix

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La diversification des usages des objets connectés et de leurs spécificités rend nécessaire une différenciation de l’offre de modules 5G.

 

  • Les modules 5G dits standards, pour lesquels la bande passante est la priorité (exemple : téléphones) ;
  • Les modules 5G spécifiques, pour lesquels la latence est la priorité (exemple : voiture autonome), ainsi qu’une résistance particulière aux conditions climatiques ou aux chocs ;
  • Les modules 5G LPWA, qui n’ont besoin de transmettre que quelques mégaoctets de données par mois et pour lesquels la batterie du capteur est la priorité (exemple : capteur d’acidité des sols).

 

A noter qu’à usage égal, la latence très faible du réseau 5G diminue le drainage de la batterie pour la même quantité de data émise ou téléchargée.

 

En effet, un capteur qui avait besoin d’une heure pour envoyer 1 Go de données n’aura besoin que de quelques minutes. Si les prix des modules 5G sont encore aujourd’hui deux à trois fois plus chers que leurs équivalents 4G (comme c’est le cas à chaque nouvelle technologie), leurs prix devraient progressivement baisser pour atteindre entre 20 dollars (modules LPWA) et 105 dollars (modules spécifiques).

 

FAQ

Pourquoi le réseau 5G ?

La 5G vient résoudre un certain nombre de problèmes techniques qui freinent le développement de certains usages, comme la future voiture autonome.

 

En effet, le niveau de connectivité nécessaire pour assurer un usage sûr et efficace d’une voiture circulant seule dans une grande ville dépasse largement les caractéristiques du réseau 4G ; que ce soit au niveau du débit de données, de la stabilité de la connexion ou encore de la latence.

 

Le réseau 5G, c’est pour quand ?

Le calendrier de l’ARCEP prévoit une montée en puissance rapide sur la première partie de la décennie, avec ⅔ des français y ayant accès en 2025, puis un réseau à 100% de ses capacités sur le territoire en 2030.

 

Le réseau a techniquement été “allumé” le 1er novembre 2020. Chacun des quatre opérateurs aura enclenché ses propres services à la fin de 2020. 

 

Les objectifs initiaux ont été bousculés par la crise sanitaire et aussi la montée de la défiance dans la population. C’est au cours de 2021 et surtout 2022 que le réseau devrait s’étoffer, avec un objectif de 3000 sites par opérateur.

 

L’ensemble des routes principales doivent être couvertes en 2027, pierre angulaire de la démocratisation des véhicules autonomes, transportant personnes ou marchandises.

 

Comment le réseau 5G a-t-il été expérimenté avant sa commercialisation ?

L’ARCEP a mené une série de pilotes dès 2018 pour permettre aux acteurs au premier plan de la 5G d’anticiper et de participer à son développement.

 

Parmi les testeurs : des gares, ports, aéroports, des lignes TGV, des industriels télécoms (Nokia, Orange, Bouygues).

 

A titre d’exemple :

  • La gare de Lyon Part-Dieu a mené conjointement avec la SNCF un test sur un nombre massif de connexions simultanées et sur la remontée d’informations techniques du réseau.
  • Le port du Havre a mené une expérimentation de gestion logistique des conteneurs dans une optique de smart port.
  • Le vélodrome de Montigny-le-Bretonneux en partenariat avec Nokia, Qualcomm, Airbus ainsi que France Télévisions, a testé des cas de restitutions sportives augmentées, dans la perspective des JO de 2024.

 

Ce qu'il faut retenir

La 5G apporte des solutions techniques à l’ensemble de points faibles du réseau cellulaire actuel : débit, latence, fluidité, sécurité et fiabilité.

 

Par ricochet, elle prolonge l’extension du réseau cellulaire sur les territoires ruraux et le consolide avec la 4G+. La 5G arrive en 2020 où la crise sanitaire a encore renforcé la consommation de data (télétravail, streaming vidéo, démocratisation des smart home), et où le réseau 4G arrive à saturation.

 

GSMA a calculé que la 5G devrait apporter 2,2 trillions de dollars supplémentaires au PIB mondial entre 2020 et 2034. Nombre de nouveaux usages, business models ou créations, aujourd’hui inimaginables, vont être rendus possible grâce à la concomitance de l’arrivée de la 5G et des progrès de la robotique et de l’industrie 4.0.