LA 5G INDUSTRIELLE: UNE RUPTURE TECHNOLOGIQUE?

Auteur : Loïck BRIOT (N 2013 ICiv)

La première génération de réseau mobile permettait de passer des appels, la 2G a permis d’ajouter du texte, la 3G d’envoyer des images et la 4G de développer l’internet mobile. La 5G doit servir à connecter tout ce qui ne l’est pas encore et elle verra ses performances réellement progresser en 2023. En effet, les antennes actuellement installées utilisent l’infrastructure 4G, et c’est ce que l’on appelle la 4G LTE (ou 5G non Stand Alone). La 5G ne pourra délivrer sa pleine mesure que dans une infrastructure nouvelle, appelée 5G Stand Alone. Et si la France investit, c’est que bien au-delà d’une évolution, il s’agit d’une technologie de rupture qui “se distingue des générations précédentes en visant dès sa conception à intégrer des cas d’usages inédits”, relève l’Agence nationale des fréquences.

QU’EST-CE QUI VA CHANGER POUR LE GRAND PUBLIC?

L’Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire) conclut qu’il n’y a pas de risques pour la santé pour la bande de fréquence grand public (inférieure à 6 GHz) qui inclut des fréquences utilisées depuis longtemps (2G, 3G, 4G, Bluetooth). En 2020, plusieurs études ont obtenu des résultats 50 à 1000 fois inférieurs aux seuils réglementaires.

Les débits et le nombre de connexions simultanées seront plus élevés, les temps de latence réduits, avec une amélioration estimée d’un facteur 10 pour ces trois points. À terme, c’est la promesse d’un accès plus fluide à la haute définition ou aux jeux vidéo en streaming, et de davantage recourir au cloud computing et au cloud storage (calculs et stockage déportés). La densité améliorée, permettant de multiplier par 10 le nombre d’objets connectés, est l’une 

des ruptures attendues par les industriels. Cependant, ces usages sont parfois sujets à débat, et les détracteurs s’interrogent sur l’utilité de promouvoir des technologies énergivores à l’heure où nos modes de vie devraient évoluer vers plus de frugalité.

 QU’EST-CE QUI VA CHANGER POUR L’INDUSTRIE?

Dans ce domaine, la donne est différente. La 5G laisse entrevoir des perspectives industrielles concrètes et variées. C’est pourquoi Mines Nancy acquiert en partenariat avec Nokia une bulle privative 5G Stand Alone ; la première de ce type dans une école en Europe (la seconde au monde).

Côté 5G industrielle, la réduction de la latence bénéficie au secteur médical, en développant la robotique pour des opérations chirurgicales à distance, mais aussi le développement des transports en commun autonomes ou le contrôle de robots industriels SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Dans ces cas d’usage, la fiabilité du réseau est critique, or avec un réseau 4G ou WIFI, toutes les requêtes ont la même priorité, ou presque, ce qui peut entraîner la saturation du réseau par des usages secondaires (visionnage de vidéo en ligne) et ralentir des usages considérés comme critiques (opération chirurgicale).

La 5G résout ce problème avec le network slicing, un découpage logiciel du réseau qui virtualise des fonctions autrefois confiées à des équipements dédiés, demandant des réseaux spécifiques et cloisonnés. Cela permet de garantir une latence optimale à un transport autonome ou un équipement médical, tout en réservant un débit adapté aux autres usages. Cela est possible grâce à l’utilisation de cartes SIM, ou sa nouvelle génération, l’e-SIM (SIM embarquée) qui attribue un numéro unique à chaque objet, permettant une gestion individuelle et sécurisée. L’e-SIM résulte d’une prouesse technologique en miniaturisant la carte SIM traditionnelle et en l’intégrant dans un appareil dès sa fabrication. Résultat, chaque propriétaire d’objets connectés a la possibilité d’accéder instantanément au réseau de façon sécurisée.

La 5G permet aussi l’edge computing, qui désigne un traitement informatique réalisé à l’emplacement le plus proche des données ou de son utilisateur final. On peut alors réduire la latence à 1 milliseconde en rapprochant les calculs des antennes. Ce temps de 1 milliseconde est important car il s’agit d’un niveau de performance classique attendu dans le milieu industriel. Cependant, la latence ne suffit pas pour traiter en périphérie des grandes quantités de données, et de nouvelles techniques de transmission radio permettent l’augmentation des débits. La norme 5G NR optimise le codage et la modulation, et donc le débit par hertz. Mais ce n’est pas suffisant pour atteindre 20 Gb/s.

Pour ce faire, la 5G industrielle exploite de nouvelles fréquences dites millimétriques, supérieures à la bande 6 GHz grand public. La France et l’Europe se concentrent d’abord sur la bande pionnière des 26 GHz dont le pouvoir de propagation est faible : une portée d’une centaine de mètres et des ondes qui ne traversent pas les obstacles. Pour augmenter les débits, la 5G industrielle exploite également de nouvelles antennes (massive MIMO) constituées de dizaines de micro-antennes multipliant les signaux (donc les débits) et formant des faisceaux très directifs vers les terminaux récepteurs, fixes ou mobiles. Cette technologie appelée beamforming permet d’augmenter la portée du réseau et d’améliorer son efficacité énergétique.

 LA 5G ÉLARGIT LE CHAMP DES POSSIBLES

L’ultra-connectivité profite à l’internet des objets et stimule l’industrie 4.0, la smart city ou les smart grids, en adaptant plus efficacement l’offre à la demande grâce à un réseau de capteurs plus dense. Couplée à un réseau de fibre optique, la 5G élargit le champ des possibles en matière de mobilité avec une connexion fibre haut débit en intérieur et une connexion 5G haut débit en extérieur. En effet, la 5G est proche des performances des technologies filaires actuelles, et on pourrait donc l’utiliser indifféremment dans des endroits où il n’est pas possible ou trop coûteux d’utiliser une connexion filaire. De surcroît, coupler ces deux réseaux permet une redondance souhaitable, dans un monde qui prend de plus en plus au sérieux les risques cyber ou de défaillances informatiques.

Des atouts indéniables pour les industriels voulant surfer sur la vague de l’industrie 4.0, aussi appelée ère de la personnalisation des produits. Le consommateur veut dorénavant un produit personnalisé et unique, en conservant des prix équivalents, et ce malgré les faibles volumes de production. Dans cette optique, un des défis est de connecter le besoin du client à l’organe de production efficacement. La quatrième révolution industrielle organise ses processus de production autour d’innovations liées à l’internet des objets et aux technologies du numérique (cobotique, réalité augmentée, impression 3D, intelligence artificielle…).

Un réseau 5G performant et configurable facilement et rapidement aux besoins de chaque industrie est primordial pour connecter toutes ces technologies de façon sécurisée, à haut débit et/ou faibles latences. C’est pourquoi il existe des normes diverses qui correspondent à des caractéristiques souhaitées : l’eMBB (enhanced Mobile BroadBand) pour les applications ayant besoin de gros flux de données, l’URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) pour les applications en temps réel ou encore le mMTC (massive Machine Type Communications) pour l’industrie et l’IoT.