- La 5G permet des débits de transmission jusqu'à 20 Gbit/s avec une latence pouvant descendre à 1 ms, facilitant le développement du métaverse.
- Le déploiement des réseaux 5G autonomes est essentiel pour atteindre les performances attendues, notamment dans l'automatisation industrielle et les réseaux de campus.
- La 6G, prévue pour 2030, vise des débits pouvant atteindre 400 Gbit/s et une latence inférieure à 100 microsecondes, ouvrant de nouvelles applications avancées.
- Les applications pratiques comme la logistique portuaire automatisée, la maintenance via réalité augmentée, et la conduite autonome profitent dès aujourd'hui des avancées 5G.
Les progrès réalisés dans le domaine des normes de communication mobile permettent désormais de disposer de sites de production peuplés de robots, d'organiser des réunions avec des collègues dans une salle de réunion virtuelle plutôt que par appel Zoom, et d'assister à des concerts le soir quelque part dans le monde à l'aide de lunettes connectées et d'avatars. Ce monde, c'est le métaverse.
À partir de 2024, les analystes s'attendent à voir de plus en plus d'applications dans le métaverse. Cela reposera sur des technologies de transmission de données rapides, fiables et très puissantes.
La 5G est la norme cellulaire sur laquelle les entreprises comptent pour évoluer vers le métaverse.
La 5G est la norme de transmission de données pour les solutions virtuelles
Un aperçu du métaverse
Du jumeau numérique au métaverse
L' des jumeaux numériques est utilisée dans les de production en réseau numérique depuis les années 2010. Il s'agit d'images numériques de composants ou de machines réels et de toutes leurs connexions. Elles sont utilisées pour simuler et suivre des processus. Une usine de production numérique se comporte selon les paramètres programmés de tous les éléments capturés. Si elle détecte des écarts dans la production réelle, elle peut communiquer de manière indépendante ou avec l'aide d'un humain avec les machines réelles existantes et influencer la production, en fonction de la configuration de l'usine.
Le métaverse est également une simulation de circonstances réelles existantes, et plus encore. Les programmeurs du métaverse sont des millions d'utilisateurs à travers le monde. Ils se créent eux-mêmes sous forme d'avatars dans le métaverse et créent des mondes entiers dans lesquels ils opèrent. Ces mondes sont virtuels car ils apparaissent réels selon les souhaits de leur créateur, ouvrant ainsi de nouveaux espaces de possibilités.
Une infrastructure de communication mobile performante est une condition préalable indispensable à cela. Avec la 4G/LTE, celle-ci a été mise en place à l'échelle mondiale. L'expansion maximale du réseau 4G en Allemagne sera atteinte en 2022 ; à l'échelle mondiale, les experts s'attendent à une pénétration maximale en 2030. Mais la 5G est la norme de communication mobile qui rendra les mondes virtuels possibles.
L'évolution de la technologie 5G
Innovations technologiques de la 4G à la 6G
La norme 4G/LTE est basée sur le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM). Il s'agit d'un type de modulation numérique dans lequel un signal est divisé en plusieurs canaux à bande étroite à différentes fréquences et transmis plus rapidement. Avec la 4G LTE, des vitesses de transmission de données allant jusqu'à 150 Mbit/s peuvent être atteintes. La vitesse moyenne de téléchargement d'une connexion LTE est de 20,83 Mbit/s, la vitesse de chargement est de 1,48 Mbit/s et le temps de réponse moyen est de 54,17 ms.
Le réseau 5G est en cours de construction en Allemagne depuis 2019. Avec la 5G, des débits de données de pointe de 20 Gbit/s seront nominalement possibles avec une latence de 1 ms. L'innovation technologique de la 5G réside tout d'abord dans l'antenne. Afin de pouvoir desservir davantage d'utilisateurs finaux par antenne-relais, de nombreuses antennes supplémentaires sont installées sur celle-ci, ce qui permet le Massive Multiple Input, Multiple Output (Massive MIMO).
Deuxièmement, les opérateurs de télécommunications utilisent différentes bandes de fréquences : celles avec des longueurs d'onde longues et une plus grande portée dans la gamme des GHz dans les zones rurales, où un seul mât radio peut couvrir une région plus vaste, et celles avec des longueurs d'onde plus courtes pour les zones urbaines, où le nombre d'utilisateurs par unité de surface est plus important.
C'est pourquoi davantage d'antennes 5G ou de petits émetteurs-récepteurs de la taille d'une boîte à pizza sont installés dans les villes. [1] Troisièmement, les performances d'un réseau 5G reposent sur le découpage du réseau. Les « tranches » sont des réseaux virtuels au sein du réseau global qui utilisent la bande passante de manière efficace en termes de ressources.
Quatrièmement, les appareils 5G peuvent communiquer directement entre eux via une liaison latérale sans antenne ni émetteur-récepteur. La 6G devrait être disponible en 2030. Des débits de transmission pouvant atteindre 400 Gbit/s et des temps de latence inférieurs à 100 microsecondes sont attendus.
Faits
L'organisme de normalisation 3GPP a commencé à travailler sur la 5G en 2016. La version 15 (R15) du 3GPP est la première version dédiée à la 5G ; les travaux à ce sujet ont été achevés en 2019.
En juillet 2020, la R16 a achevé ses travaux sur l'interface aérienne de la 5G. La R17 est terminée et la R18 pour la 5G Advanced est en cours.
Cependant, en raison de la pénurie actuelle de semi-conducteurs, les avantages de la R16 ne se sont pas encore pleinement fait sentir dans l'industrie. Dans l'ensemble, les ingénieurs en automatisation des réseaux de campus travaillent encore actuellement avec des appareils et des puces basés sur la R15.
La nouvelle norme 5G
Objectif : la 5G pour l'automatisation industrielle
L'objectif du développement de la 5G était d'étendre les indicateurs clés de performance (KPI) de la 4G de manière à permettre des temps de latence ultra-faibles de 1 ms, un plus grand nombre de terminaux par kilomètre carré et une disponibilité quasi ininterrompue des services de communication de 99,9 %. Cela est particulièrement nécessaire dans le domaine de l'automatisation industrielle. Seule la 5G permet le « transfert » sans interruption d'un point d'accès WLAN à un autre, car avec la 5G, une nouvelle connexion est toujours établie avant que la connexion existante ne soit interrompue. Les AGV et les robots mobiles autonomes (AMR) peuvent être déployés en grand nombre sans collision dans les environnements équipés de réseaux 5G.
Combinaison de technologies pour l'accès 5G et le réseau central
La 5G devrait permettre d'atteindre des débits de pointe de 20 Gbit/s. Ceux-ci ne seront toutefois atteints que dans certaines conditions. Des experts ont mesuré 100 Mbit/s en upload et 1 500 Mbit/s en download [2] chez les utilisateurs finaux de la 5G en Allemagne ; des vitesses plus élevées sont enregistrées dans l'ensemble en Autriche et en Suisse. [3] La différence entre les indicateurs de performance est liée à l'infrastructure. Le réseau central et le réseau d'accès devraient tous deux être conçus pour la 5G.
Le réseau central, c'est-à-dire le réseau de fibre optique qui assure la bande passante, le pontage des distances et la couverture de la zone, correspond à la norme 4G/LTE en Allemagne (à partir de juillet 2022). La plupart des réseaux 5G utilisent un réseau d'accès 5G avec ses propres antennes-relais, sa technologie radio et sa connectivité, qui établit la connexion avec le terminal de chaque abonné. Il s'agit essentiellement de compléments non autonomes qui s'ajoutent au réseau central 4G/LTE existant.
Le taux de déploiement des réseaux « non autonomes » (5G/NSA) était de 53 % à la fin de 2021. Dans la combinaison technologique qui en résulte, les indicateurs de performance annoncés par les fournisseurs 5G ne peuvent pas encore être atteints.
5G autonome et 5G avancée
Le déploiement de réseaux 5G complets, dits « autonomes » (5G/SA), est nécessaire. Francfort-sur-le-Main dispose d'un réseau 5G complet depuis 2021, et Munich et Berlin prévoient de suivre le mouvement en 2022. L'Europe, le Moyen-Orient et l'Afrique (EMEA) ont dépassé la région Asie-Pacifique, y compris la Grande Chine (APAC), pour devenir la région comptant le plus de villes 5G, avec 839 villes.
La région Asie-Pacifique (APAC) compte 689 villes et les Amériques 419 qui dépendent de la 5G. [4] Ainsi, la promesse de la 5G se concrétisera d'abord dans les villes – ou avec la 5G Advanced. Une charge moindre sur le réseau électrique, une meilleure utilisation de la bande passante, une meilleure prise en charge des utilisateurs finaux mobiles grâce à l'optimisation du Massive MIMO et un positionnement plus précis à moins de 20 cm font partie des caractéristiques de la 5G Advanced. La mise en œuvre devrait commencer en 2025.
La 5G en pratique
Les réseaux de campus montrent ce que la 5G peut faire
Les réseaux 5G privés géographiquement restreints dans les municipalités et les institutions sont appelés réseaux de campus. Les cas d'utilisation de la 5G énumérés ont tous été réalisés dans des réseaux de campus. Comme les réseaux de campus sont des réseaux indépendants (5G/SA), ils permettent d'atteindre des débits de transmission de données et des bandes passantes nettement plus élevés.
Cas d'utilisation de la 5G
Conduite autonome
Des pistes d'essai 5G sont en cours de construction pour la recherche sur la conduite autonome. Elles seront équipées de capteurs permettant une surveillance efficace du véhicule et de la situation qui l'entoure. Les véhicules eux-mêmes transmettent des images grâce à des caméras haute résolution. Cela permettra de mieux comprendre les systèmes d'aide à la conduite. Où ? Centre mondial de R&D DENSO à Tokyo, Haneda.
Maintenance et développement
Des lunettes de réalité augmentée (RA) sont utilisées dans l' de maintenance des turbines d'avion et dans la conception des intérieurs d'avion. À cette fin, les données de conception 3D de l'intérieur prévu de la cabine sont visualisées virtuellement dans des fuselages d'avion vides.
Grâce à la transmission de données en direct, les techniciens sur place ont alors la possibilité de vérifier la position actuelle de tous les composants prévus et de coordonner les modifications nécessaires avec les développeurs via des fonctions vidéo collaboratives. Où ? Lufthansa Technik, Hambourg.
Logistique portuaire
Avec la 5G, tous les processus du port peuvent être automatisés. La capacité de levage des grues est augmentée, ce qui réduit le temps d'accostage des navires. Les AGV peuvent être utilisés en plus grand nombre. Avec la 4G, seuls 300 à 400 AGV peuvent être exploités en réseau ; avec la 5G, ce nombre passe à 2 000. Où ? Tuas Megaport, Singapour.
L'avenir avec la 6G
La 6G tient les promesses de la 5G
Pour la 5G, le pic de disponibilité mondiale est prévu pour 2040. Les recherches sur la 6G sont déjà en cours. Le 3GPP devrait commencer à travailler sur la 6G en 2025. Les spécifications comprennent l'extension des réseaux cellulaires à des débits de transmission supérieurs à 10 et pouvant atteindre 400 Gbps, le renforcement des communications directes V2X, l'amélioration des réseaux sans fil (interface aérienne et IoT) et des latences inférieures à 100 microsecondes. Les essais sur le terrain devraient commencer en 2025 et le déploiement en 2030. Un débit de transmission de données de 206,25 Gbit/s pourrait être atteint dans le cadre d'un essai mené en Chine en janvier 2022[5].
Exigences technologiques pour la 6G
La recherche sur la mise en œuvre des spécifications 6G en étant encore à ses débuts, il est difficile de se prononcer sur la mise en œuvre technologique. La bande D sera utilisée dans la gamme des térahertz, de 0,11 THz à 0,17 THz, ce qui est inhabituel pour les communications mobiles. Parmi les applications précédentes dans la gamme des térahertz, on peut citer les scanners corporels dans les aéroports. La transmission de données devrait fonctionner en partie via la lumière visible (Visible Light Communication).
Systèmes multi-robots et Industrie 4.0
Une communication et un contrôle fiables, sans délai et en temps réel ne seront en fait possibles qu'avec la 6G. Ces deux aspects sont d'une grande importance pour l' e de l'industrie 4.0 en matière de robotique mobile. L'usine intelligente du futur aura besoin de robots collaboratifs pour mettre en œuvre des systèmes industriels intelligents et former un écosystème robotique complexe avec des mouvements dynamiques et un contrôle par IA. [6] Les robots de production et les robots de transport (AGV) pourront alors effectuer la fabrication de manière efficace et réagir aux changements en temps réel.
Cas d'utilisation de la 6G
Téléchirurgie
Le secteur des s de santé s'appuierait également de plus en plus sur des processus numériques avec une communication M2M, si cela était possible. Le domaine de la télémédecine pourrait être mis en place avec la 6G de telle sorte que les chirurgiens contrôlent des robots chirurgicaux à distance des patients. Les images à ultra-haute résolution et les commandes du chirurgien au robot devraient être transmises avec une latence bien inférieure à 1 ms. [7] Cela ne peut être réalisé qu'avec la 6G.
Conduite automatisée et autonome
La conduite automatisée et autonome fait à nouveau l'objet de discussions plus fréquentes en lien avec la 6G. Les voitures aux stades d'automatisation 4 (conduite entièrement automatisée) et 5 (conduite autonome) devraient être capables de communiquer avec d'autres voitures, de communiquer en temps réel les distances par rapport aux autres usagers de la route et d'enregistrer visuellement l'environnement avec précision.
Étant donné que les volumes de données générés par la conduite automatisée et autonome sont énormes, la 5G nécessiterait l'installation d'un très grand nombre d'antennes pour garantir une faible latence. Cependant, le débit maximal de 20 Gbit/s pouvant être atteint avec la 5G ne serait toujours pas suffisant pour transmettre les données assez rapidement[8]. Avec la 6G, la conduite automatisée et autonome peut sortir des terrains d'essai confinés ou des installations portuaires et s'étendre à la route.
Sources
https://www.spektrum.de/news/mobilfunk-warum-ist-5g-so-wichtig/2005861
https://www.5g-anbieter.info/speed/5g-upload.html
https://www.ip-insider.de/bei-5g-hinkt-deutschland-hinterher-a-9ead2ee20a56be2e9385e626879b4d6f/
https://www.elektronikpraxis.de/aktuell-setzen-weltweit-1947-staedte-auf-5g-a-1116153/
http://german.china.org.cn/txt/2022-01/06/content_77973880.htm
https://journals.riverpublishers.com/index.php/JICTS/article/view/7121/10329
https://idw-online.de/de/news760953
https://idw-online.de/de/news760953
