La 5G sort des la­bos… Quelles leçons ti­rer des pre­miers tests en condi­tions réelles ?

Quelles leçons ti­rer des pre­miers tests en condi­tions réelles ?

L'Informaticien - - SOMMAIRE - CHRISTOPHE GUILLEMIN

Après les ex­pé­ri­men­ta­tions en la­bos, l’an­née 2018 voit se mul­ti­plier les tests gran­deur na­ture au­tour de la 5G. Constats : les dé­bits réels dé­passent bien le Gi­ga­bit/ s et la la­tence se rap­proche de la mil­li­se­conde. Des usages tels que la dif­fu­sion vi­déo en 8K, le pi­lo­tage de vé­hi­cule à dis­tance, la té­lé­mé­de­cine, la té­lé­main­te­nance in­dus­trielle sont tech­ni­que­ment va­li­dés. Il reste à tes­ter les per­for­mances en mo­bi­li­té, la consom­ma­tion éner­gé­tique et l’ap­pli­ca­tion de la 5G dans le do­maine de l’IoT.

De­puis près d’une dé­cen­nie, les équi­pe­men­tiers té­lé­com et les opé­ra­teurs mo­biles pré­parent la re­lève de la 4G. La cin­quième gé­né­ra­tion des stan­dards de la té­lé­pho­nie mo­bile, ou 5G, passe au­jourd’hui de la théo­rie à la pra­tique avec une pre­mière vague de tests sur le ter­rain. L’oc­ca­sion de va­li­der, ou non, les prin­ci­pales pro­messes de cette tech­no­lo­gie. Rap­pe­lons que la 5G doit of­frir des dé­bits au moins 10 fois su­pé­rieurs à la 4G avec une la­tence 10 fois moindre, de l’ordre de la mil­li­se­conde. De­puis deux à trois ans, des ex­pé­ri­men­ta­tions ont dé­jà été réa­li­sées en la­bo­ra­toire, en ex­ploi­tant des pro­to­types d’équi­pe­ments et des pré­ver­sions des stan­dards de la 5G. Mais 2018 marque une nou­velle étape. Les opé­ra­teurs et équi­pe­men­tiers ont en­ta­mé la phase de tests en « condi­tions réelles » , c’est- à- dire ba­sés sur des com­mu­ni­ca­tions en ex­té­rieur, des pré­sé­ries d’équi­pe­ments plu­tôt que des pro­to­types et en uti­li­sant les ver­sions fi­na­li­sées des stan­dards 5G, prin­ci­pa­le­ment la « Re­lease 15 NR NonS­tan­da­lone » . Pu­bliée par le 3GPP en dé­cembre 2017, cette ver­sion se­ra uti­li­sée pour les pre­miers dé­ploie­ments de la 5G, at­ten­due pour 2020 ( lire ci- après).

Un dé­bit au- de­là des at­tentes

Pre­mière conclu­sion des tests en condi­tions réelles : « Les dé­bits de la 5G dé­passent glo­ba­le­ment nos at­tentes, ce qui laisse pré­sa­ger des dé­bits moyens réel­le­ment très éle­vés » , in­dique Vik­tor Ar­vid­sson, di­rec­teur stra­té­gie et in­no­va­tion Erics­son France. Rap­pe­lons que, dans sa ver­sion ac­tuelle ( Re­lease 15), la 5G pré­voit un dé­bit théo­rique de 20 gi­ga­bits par se­conde ( Gbit/ s) en voie des­cen­dante et 10 Gbit/ s en voie mon­tante. Bien en­ten­du, en condi­tions réelles, les dé­bits sont net­te­ment in­fé­rieurs. À Bor­deaux, Bouygues Te­le­com a ain­si réa­li­sé dé­but juillet son pre­mier pi­lote 5G à par­tir de deux an­tennes- re­lais dis­tantes d’une di­zaine de ki­lo­mètres. L’opé­ra­teur a ob­ser­vé un dé­bi t des­cen­dant de 2,3 Gbit/ s pour un dé­bit mon­tant de 260 Mb/ s. Un test réa­li­sé sur la bande de fré­quence des 3,5 GHz, qui de­vrait être celle uti­li­sée pour les pre­miers dé­ploie­ments de 2020. En la­bo­ra­toire, SFR, Orange ou Bouygues Te­le­com avaient at­teint en 2017 des dé­bits de 15 à 25 Gbit/ s sur des fré­quences plus hautes ( 15 à 26 GHz). Mais sur la fré­quence plus basse des 3,5 GHz, les dé­bits chutent mé­ca­ni­que­ment. Ils n’en de­meu­re­raient pas moins très prometteurs. « C’est très en­cou­ra­geant. La pro­messe de dé­bits dix fois su­pé­rieurs en 5G par rap­port à la 4G est tout à fait cré­dible » , es­time Cé­dric Le­vas­seur, res­pon­sable de la

stra­té­gie d’évo­lu­tion tech­no­lo­gique du ré­seau chez Bouygues Te­le­com. Il rap­pelle que sur la 4G, les dé­bits moyens sont de 50 Mbit/ s en voie des­cen­dante et 20 à 30 Mbit/ s en voie mon­tante. De son cô­té, SFR a tes­té en mai der­nier, avec l’équi­pe­men­tier Hua­wei, un trans­fert de fi­chier en 5G avec un dé­bit des­cen­dant moyen de 1,3 Gbit/ s et un pic à 1,6 Gbit/ s. Ce test s’est dé­rou­lé dans le la­bo­ra­toire SFR de Vé­li­zy ( 78), mais « en condi­tions réelles » , as­sure l’opé­ra­teur. Con­crè­te­ment, la bande de fré­quence uti­li­sée a été celle des 3,5 GHz et l’in­fra­struc­ture ra­dio se com­po­sait d’une pré­sé­rie d’an­tennes 5 G com­mu­ni­cant avec un ter­mi­nal « pré- commercial » 5G de Hua­wei. No­tons que SFR n’a pas tes­té la voie mon­tante.

Trans­mettre des vi­déos en 8K

À quoi peut ser­vir un dé­bit dé­pas­sant le Gi­ga­bit/ s sur un ré­seau mo­bile ? Lors de leurs tests, les opé­ra­teurs ont prin­ci­pa­le­ment mis en avant des usages au­tour du strea­ming vi­déo en très haute dé­fi­ni­tion. À Bor­deaux, Bouygues Te­le­com a ain­si tes­té la dif­fu­sion si­mul­ta­née de 10 flux vi­déo en 4K. Con­crè­te­ment, une voi­ture équi­pée de dix ca­mé­ras 4K a cir­cu­lé sur le site Bouygues Te­le­com de Mé­ri­gnac. Les dix flux d’images ont été dif­fu­sés en live sur dix écrans si­tués au mu­sée d’Art contem­po­rain de Bor­deaux, à une di­zaine de ki­lo­mètres de là. « Pour chaque flux 4K il fal­lait un dé­bit de 250 à 300 Mbit/ s. Le test a per­mis de va­li­der cette ca­pa­ci­té » , pour­suit Cé­dric Le­vas­seur. De son cô­té, France Té­lé­vi­sion et No­kia ont réa­li­sé, le 5 juillet der­nier, la dif­fu­sion de conte­nus vi­déo en 8K ; un pi­lote réa­li­sé sur le site de Pa­ris Sa­clay de l’équi­pe­men­tier. Il s’agit du plus grand centre mon­dial de R & D No­kia au­tour de la 5G, avec 1 300 in­gé­nieurs tra­vaillant sur cette tech­no­lo­gie. « France Té­lé­vi­sion mène une ré­flexion sur les nouveaux for­mats d’images, dont la 8K, et ex­plore aus­si les nouveaux modes de dif­fu­sion. Ce test a per­mis de va­li­der que la 5G est un sup­port adap­té pour dif­fu­ser des conte­nus en très haute dé­fi­ni­tion au­près du grand pu­blic » , in­dique Yann Be­gas­sat, di­rec­teur Tech­no­lo­gies & so­lu­tions mo­bile net­works chez No­kia France. « La 5G pour­ra aus­si être ex­ploi­tée par France Té­lé­vi­sion au ni­veau de ses équipes de re­por­tage. Elles n’au­ront plus be­soin d’un vé­hi­cule équi­pé d’une connexion sa­tel­lite pour trans­mettre leurs pro­grammes. Un simple ter­mi­nal 5G suf­fi­ra. »

Une la­tence au- des­sus de la mil­li­se­conde

Autre grande pro­messe de la 5G, un temps de ré­ac­tion du ré­seau mo­bile très court. Soit une la­tence proche de la mil­li­se­conde, contre 25 à 40 ms pour la 4G. Dans ce do­maine, les pre­miers tests offrent des ré­sul­tats en des­sous de cet ob­jec­tif. À Bor­deaux, Bouygues Te­le­com a ain­si at­teint une la­tence de 7,5 ms. De son cô­té SFR in­dique avoir ob­ser­vé une la­tence « de l’ordre de la mil­li­se­conde » , sans plus de pré­ci­sions. Même en la­bo­ra­toire, Erics­son in­dique at­teindre plu­tôt les 3 ms dans ces tests ré­cem­ment réa­li­sés avec Orange ou Bouygues Te­le­com. L’op­ti­mi­sa­tion fu­ture des équi­pe­ments laisse ce­pen­dant pré­sa­ger que la mil­li­se­conde pour­rait être at­teinte dans les

an­nées à ve­nir, même si les ac­teurs du sec­teur pré­fèrent ne pas s’en­ga­ger au­jourd’hui sur le dé­lai. « Pour la plu­part des cas d’usages, une la­tence de quelques mil­li­se­condes offre dé­jà de grandes avan­cées » , as­sure Vik­tor Ar­vid­sson, chez Erics­son. L’équi­pe­men­tier sué­dois cite comme pre­mière ex­ploi­ta­tion de cette faible la­tence le pi­lo­tage à dis­tance de vé­hi­cules. Dé­but juillet, du stade du Parc des Princes, Erics­son

a dé­mont ré la pr i se de contrôle d’une voi­ture, via une connexion 5G, si­tuée à 1 600 km de dis­tance. Un vé­hi­cule pro­to­type, réa­li­sé avec l’école d’in­gé­nieur sué­doise KTH ( Royal Ins­ti­tute of Tech­no­lo­gy), à Stock­holm, a rou­lé sur une voie sé­cu­ri­sée si­tuée à Kis­ta, un dis­trict de la ca­pi­tale. Il était pi­lo­té, en temps réel par des conduc­teurs ins­tal­lés dans des postes de pi­lo­tage du Parc des Princes. « Ce type de tests ouvrent de nom­breuses pers­pec­tives. Dans les mines de fer du nord de la Suède, une ré­flexion est ain­si en­ga­gée pour pi­lo­ter à dis­tance des en­gins d’ex­ca­va­tion évo­luant à 1 000 mètres sous terre. La 5G pour­rait être uti­li­sée pour ce type d’usage, avec bien en­ten­du des ré­pé­teurs en sous- sols. Ce se­rait un gain en termes de sé­cu­ri­té et d’amé­lio­ra­tion des condi­tions de tra­vail » , confie Vik­tor Ar­vid­sson. Se­lon Erics­son, la la­tence à la mil­li­se­conde n’est pas réel­le­ment une prio­ri­té. « Les cas d’usages se­ront li­mi­tés, par exemple pour des robots in­dus­triels connec­tés en 5G à des ser­vices dans le Cloud et qui pos­sé­de­raient des ca­dences ul­tra­ra­pides » , pré­cise le res­pon­sable. À Bor­deaux, Bouygues Te­le­com a éga­le­ment fait la dé­mons­tra­tion du pi­lo­tage à dis­tance de vé­hi­cules, cette fois des mo­dèles ré­duits de voi­tures. Deux per­sonnes ont pu s’es­sayer à la « té­lé­con­duite » de vé­hi­cules, l’une via une connexion 4G, l’autre en 5G. Chaque voi­ture en­voyait un flux vi­déo au pi­lote, équi­pés d’un casque de réa­li­té vir­tuelle. « Le constat est que la faible la­tence de la 5G fa­ci­li­tait sen­si­ble­ment la conduite du vé­hi­cule com­pa­ré à la 4G » , in­dique- t- on chez l’opé­ra­teur. Pour Bouygues Te­le­com, le pi­lo­tage à dis­tance d’un vé­hi­cule est tout à fait pos­sible avec des la­tences de l’ordre de 5 ms.

Jeux vi­déo, té­lé­mé­de­cine et té­lé­main­te­nance

Les dé­bits et la la­tence de la 5G re­le­vés du­rant ces pre­miers tests ont ser­vi à va­li­der d’autres types d’usages. Bouygues Te­le­com a ain­si tes­té la 5G à Bor­deaux au­tour d’une ap­pli­ca­tion de té­lé­mé­de­cine, en col­la­bo­ra­tion avec la start- up bor­de­laise Exe­lus. Un flux au­dio- vi­déo a été trans­mis via une connexion 5G entre un mé­de­cin ur­gen­tiste, équi­pé de lu­nettes de réa­li­té aug­men­tée Mi­cro­soft Ho­loLens, et un mé­de­cin si­tué dans un CHU. Ce der­nier pou­vait vi­sua­li­ser sur un or­di­na­teur la si­tua­tion de l’ur­gen­tiste grâce aux images et aux sons trans­mis par les lu­nettes. De son cô­té, l’ur­gen­tiste re­ce­vait des conseils en temps réel sur les opé­ra­tions à me­ner.

Pour la plu­part des cas d’usages, une la­tence de quelques mil­li­se­condes offre dé­jà de grandes avan­cées Vik­tor Ar­vid­sson, Erics­son

« L’idée est que le mé­de­cin de l’hô­pi­tal puisse ac­com­pa­gner les ur­gen­tistes dans les opé­ra­tions de pre­miers se­cours, en uti­li­sant la réa­li­té aug­men­tée en temps réel » , ex­plique- t- on chez Bouygues Te­le­com. Au- de­là des simples échanges au­dio et vi­déo, le mé­de­cin du CHU peut ajou­ter des images de syn­thèses en sur­im­pres­sion pour gui­der vi­suel­le­ment les gestes de l’ur­gen­tiste, pré­cise l’opé­ra­teur. Se­lon le même prin­cipe, Bouygues Te­le­com a aus­si tes­té la té­lé­main­te­nance in­dus­trielle en réa­li­té aug­men­tée. Tou­jours au moyen d’une connexion 5G et de lu­nettes, un tech­ni­cien ré­seau a pro­cé­dé à une in­ter­ven­tion sur des équi­pe­ments, ai­dé par un ex­pert ré­seau à dis­tance. « De­puis un simple PC d’en­tre­prise, l’ex­pert a pu gui­der en vi­déo le tech­ni­cien dans le chan­ge­ment d’une carte ré­seau. Toute au long de la dé­mons­tra­tion, l’ex­pert a en­voyé des do­cu­ments et des élé­ments vi­suels di­rec­te­ment dans le champ de vi­sion du tech­ni­cien » , ex­plique l’opé­ra­teur. Der­nier usage mis en avant : le jeu vi­déo. Une la­tence se rap­pro­chant de la mil­li­se­conde et des dé­bits dé­pas­sant le Gi­ga­bit/ s fe­raient de la 5G un sup­port idéal pour le « ga­ming » . C’est dans cette pers­pec­tive que No­kia a tes­té en Fin­lande, en fé­vrier der­nier, la connexion 5G lors d’une ren­contre de joueurs pro­fes­sion­nels d’esport. « Les joueurs ont été sur­pris par le temps de ré­ponse de la 5G. Leurs conclu­sions étaient qu’ils ne voyaient pas la dif­fé­rence avec les connexions fi­laires qu’ils uti­lisent ha­bi­tuel­le­ment, dont la fibre op­tique » , in­dique Yann Be­gas­sat. « Ils se voient très bien uti­li­ser à un ni­veau pro­fes­sion­nel une connexion 5G dans le fu­tur du jeu vi­déo. »

Stan­dard Re­lease 15 et Beam­for­ming

De ma­nière moins spectaculaire que le dé­bit ou la la­tence, ces pre­miers tests ont aus­si été l’oc­ca­sion de tes­ter la toute pre­mière ver­sion fi­na­li­sée du stan­dard 5G NR Re­lease 15, qui se­ra celle des pre­miers dé­ploie­ments. « C’était le pre­mier ob­jec­tif de nos tests pour 2018 » , sou­ligne ain­si Yann Be­gas­sat, chez No­kia. « Nous avons va­li­dé que cette Re­lease 15 était fiable au ni­veau des pro­to­coles ré­seau, des in­ter­faces et des ar­chi­tec­tures. » Les opé­ra­teurs et équi­pe­men­tiers ont tes­té, pour la plu­part, les deux dé­cli­nai­sons de cette Re­lease 15 : la « Non- Stan­da­lone » comme la « Stan­da­lone » . Rap­pe­lons que la pre­mière re­pose sur un coeur de ré­seau 4G, mais adap­té à la 5G ; alors que la se­conde pré­voit un coeur de ré­seau de nou­velle gé­né­ra­tion, ex­clu­si­ve­ment dédié à la 5G. La ver­sion « Non- Stan­da­lone » se­ra donc uti­li­sée pour les pre­miers dé­ploie­ments, alors que la ver­sion « Stan­da­lone » de­vrait être dé­ployée plu­tôt à l’ho­ri­zon 2025. Autre ca­rac­té­ris­tique ré­seau tes­tée par ces pre­miers tests : le « Beam­for­ming » . Il s’agit de la ca­pa­ci­té d’une an­tenne 5G à lo­ca­li­ser pré­ci­sé­ment un ter­mi­nal pour lui orien­ter le si­gnal de ma­nière op­ti­mi­sée. Ce prin­cipe de « fais­ceau di­rec­tif » est un gage de dé­bit. « Les pre­miers tests ont été très convain­cants au­tour de cette ca­pa­ci­té de Beam­for­ming » , in­dique- t- on chez No­kia, comme chez les autres ac­teurs du sec­teur.

Les tests en la­bo­ra­toire confirment le po­ten­tiel de la 5G. En 2018, nous al­lons pas­ser aux tests tech­niques gran­deur na­ture à Lille, Douai et Mar­seille Ar­naud Vam­pa­rys, Orange

Tes­ter la mo­bi­li­té, l’In­ter­net des ob­jets et le « Net­work Sli­cing »

D’ici à 2020, les opé­ra­teurs et les équi­pe­men­tiers vont pour­suivre leurs ex­pé­ri­men­ta­tions. L’Ar­cep a ain­si va­li­dé pas moins de 22 pro­jets pi­lotes dans sa feuille de route de la 5G ( lire l’en­ca­dré). En 2018, SFR pré­voit no­tam­ment des tests à Tou­louse et Nantes, Bouygues Te­le­com à Lyon et en Île- de- France. Quant à Orange, il va me­ner ses pre­mières ex­pé­ri­men­ta­tions hors la­bo­ra­toires en France à Lille, Douai et Mar­seille. « Nous avons fait le choix de villes de di­men­sion si­gni­fi­ca­tive afin de tes­ter la nou­velle tech­no­lo­gie 5G stan­dar­di­sée en condi­tions réelles sur le ter­rain » , ex­plique Ar­naud Vam­pa­rys, di­rec­teur de pro­jet « 5G » de la « Di­vi­sion Tech­no­lo­gy and Glo­bal In­no­va­tion » d’Orange. « Par ailleurs, nous tra­vaillons sur ces villes avec des four­nis­seurs dif­fé­rents, Erics­son à Lille et Douai et No­kia à Mar­seille, ce qui nous per­met­tra de tes­ter leurs tech­no­lo­gies res­pec­tives dans ce contexte. » Sur quoi por­te­ront ces tests ? Les opé­ra­teurs et équi­pe­men­tiers in­diquent vou­loir ex­pé­ri­men­ter le « Net­work Sli­cing » . Il s’agit d’une ca­pa­ci­té des ré­seaux 5G à se « dé­cou­per en tranche » pour ré­ser­ver de la bande pas­sante à un usage don­né. Le dé­bit et la la­tence peuvent ain­si être théo­ri­que­ment ga­ran­tis, car il n’y a au­cun par­tage de bande pas­sante sur la tranche ré­ser­vée. « Nous dé­bu­tons des tests au port de Ham­bourg, avec Deutsche Te­le­kom et les au­to­ri­tés por­tuaires lo­cales, au­tour du Sli­cing 5G » , ex­plique- t- on chez No­kia. « L’idée est d’éva­luer dans quelle me­sure nous pou­vons ex­ploi­ter cette ca­pa­ci­té pour des ser­vices au­tour de la ges­tion des feux de si­gna­li­sa­tion ou ex­ploi­tant la réa­li­té vir­tuel­le­dans les in­fra­struc­tures cri­tiques du port. » Autre di­men­sion im­por­tante de la 5G qui va être tes­tée pro­chai­ne­ment : son ap­pli­ca­tion dans le do­maine de l’In­ter­net des ob­jets ( IoT). La pro­messe de la 5G est de pou­voir ac­cueillir une grande quan­ti­té d’ob­jets IoT, de l’ordre du mil­lion connec­tés par cel­lule. Les ac­teurs du sec­teur at­tendent no­tam­ment la Re­lease 16 du stan­dard 5G, at­ten­du pour la fin 2019, qui de­vrait in­té­grer l’IoT et cette ges­tion mas­sive de la da­ta. En­fin, les pro­chains tests doivent éva­luer les per­for­mances du si­gnal 5G en mo­bi­li­té, car les pre­mières ex­pé­ri­men­ta­tions portent prin­ci­pa­le­ment sur des connexions fixes. Les fu­tures ex­pé­ri­men­ta­tions de­vraient éga­le­ment éva­luer la consom­ma­tion éner­gé­tique des équi­pe­ments et bien en­ten­du : la com­pa­ti­bi­li­té des pre­miers ter­mi­naux com­mer­ciaux, at­ten­dus pour 2019. ❍

À Bor­deaux, les tests me­nés par Bouygues Te­le­com, en condi­tions réelles, ont per­mis d’at­teindre des dé­bits des­cen­dants de 2,3 Gbit/ s. Ces com­mu­ni­ca­tions fixes ont été réa­li­sées entre deux an­tennes- re­lais, dis­tantes d’une di­zaine de ki­lo­mètres.

La 5G est une al­ter­na­tive à la connexion fi­laire pour le ga­ming.

En la­bo­ra­toire, Orange et Erics­son ont at­teint un dé­bit de 15 Git/ s sur la bande des 15 GHz avec une la­tence de 3 mil­li­se­condes.

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