Vers une couverture 5G inférieure à la 4G ?

Plus précisément, en extrapolant ces simulations à la France métropolitaine, nous constatons que :

• En zone péri-urbaine, 30% de sites supplémentaires seraient nécessaires en 5G pour maintenir la couverture et un niveau de service équivalent à la 4G ;
• Dans un environnement rural, il serait nécessaire de construire 2 fois plus de sites pour avoir une couverture équivalente, et même 3 fois plus de sites pour délivrer un service haut débit, a minima 8 Mbps.

Au-delà de ces préoccupations de couverture, comme on le voit déjà dans la 4G, des densifications de réseaux amenant la création de sites supplémentaires sont nécessaires pour absorber les demandes en capacité croissante.

Ces nouveaux sites potentiels auront également besoin d'un raccordement en fibre optique pour permettre d’accéder aux performances attendues de la 5G. Aussi, sur les zones d'initiative publique, les collectivités doivent prendre en compte dès maintenant ce besoin, en envisageant le raccordement de ces antennes supplémentaires.

En conclusion :

On l’a vu, la bande 3,5 GHz est nécessaire pour pouvoir accéder au haut débit promis par la 5G : les déploiements effectués dans la bande 700 MHz apporteront la couverture 5G, mais pas le débit nécessaire à avoir une « bonne » 5G.

Or, les déploiements dans la bande 3,5 GHz se concentreront tout d’abord plutôt en zones denses, délaissant les zones les plus rurales du territoire.

De plus, les propriétés de propagation dans cette bande sont telles que, pour arriver à des niveaux de couverture et de services équivalents, une densification massive des réseaux sera nécessaire, quel que soit la typologie du territoire étudié, et, moins l’environnement est dense, plus ce besoin est nécessaire, avec un triplement de pylônes pour espérer fournir un service « haut débit » (8 Mbps) sur une étendue de couverture équivalente à celle fournie en 4G à 800 MHz.

Si les territoires ne s’emparent pas dès maintenant de cette question, notamment par l’intermédiaire du dispositif de couverture ciblé du New Deal Mobile, qui leur permet d’orienter les déploiements des opérateurs, les espoirs nés de la mise en œuvre de ce même New Deal pour réduire la fracture numérique pourraient dès lors rester vains.

TACTIS accompagne un quart des départements dans le cadre du New Deal Mobile ainsi que deux plateformes d’expérimentation 5G dans la bande des 26 GHz[3]. Ces expériences nous permettent d’ores et déjà d’accompagner les collectivités dans les démarches visant à préparer et favoriser le déploiement de la 5G sur leurs territoires.

De plus, en tant que leader de l’assistance à maîtrise d’ouvrage des collectivités sur leurs réseaux d’initiative publique, TACTIS sera en mesure de les conseiller en matière de raccordement à la fibre des futurs pylônes sur leurs territoires.

Définition : Qu'est-ce que la 5G ?

La 5G est la nouvelle génération des réseaux mobiles introduite par l’industrie des télécoms. Elle répond à l’initiative de l’Union Internationale des Télécommunications (UIT), dite « IMT- 2020 », qui définit les grandes catégories de performance que ces nouvelles technologies permettront d’atteindre.

Si l’introduction sur de nouvelles fréquences permet d’apporter plus de capacité aux réseaux mobiles (qui devraient être saturés d’ici 2020 pour les zones les plus denses), les promesses de la 5G s’articulent avant tout autour de plusieurs ruptures technologiques importantes dans le domaine des communications sans fil.

Quelles sont les promesses de la 5G ?

La connexion 5G fera plus qu’améliorer les débits : elle garantira aussi l’essor de nouveaux usages toujours plus instantanés et la couverture de besoins spécifiques à l’innovation dans des secteurs variés.

L’ultra haut débit mobile

La 5G promet des débits, dont les besoins sont en augmentation constante, pouvant être jusqu’à 10 fois supérieurs à ceux de la 4G. Ceci grâce à :

• De nouvelles techniques de codage sur les signaux radio permettant d'accroître le nombre de bits transmis par hertz,
• L’élargissement des bandes hertziennes : la 5G prévoie de se décliner sur des bandes plus hautes que celles utilisées jusqu’à maintenant (ex : 26 GHz). Il s’agit de bandes dites « millimétriques » qui possèdent du spectre disponible en grande quantité.

Un réseau ultra-fiable et à très faible latence

Plus que le débit, c’est probablement en offrant la garantie d’un haut niveau de fiabilité des communications que la 5G fera la différence.

En effet, la 5G offrira des communications ultra-fiables grâce à une meilleure gestion des interférences, sources de perte de données. La latence, c’est-à-dire le délai de transmission de la communication sera, quant à elle, divisée par 10.

L’internet des objets (IoT) massif

Le niveau très faible de latence qu’offre la 5G ouvre des perspectives d’interactivité et de commande à distance d’objets de précision qui bouleverseront nos usages.

La 5G permettra l’existence d’une densité d’objets connectés supérieure à celle d'aujourd’hui et avec une consommation d’énergie par objet largement réduite (ce qui augmentera substantiellement la durée de vie des batteries de ces objets). En effet, la 5G permettra, entre autres, d’émettre uniquement à l’endroit et au moment où cela est nécessaire, en adaptant la puissance d’émission à l’usage.

Comment fonctionne la 5G ?

La 5G repose sur un réseau intelligent qui propose des performances différentes en fonction des usages ciblés (configuration en tranches ou « network slicing »). Ce réseau peut se reconfigurer dynamiquement.

Par exemple, pour les besoins d’ultra haut débit comme la vidéo 4K, 8K, 3D ou VR (réalité virtuelle), le réseau offrira un débit maximal et de grandes capacités. Pour gérer des objets connectés, le réseau concentrera ses ressources sur la gestion d’un grand nombre de connexions simultanées. Enfin, lorsque des communications ultra fiables avec une très faible latence sont nécessaires, la performance maximale sera atteinte en réduisant le nombre de communications simultanées ou le débit.

Quels sont les enjeux de la 5G ?

Les enjeux industriels de la 5G en France

En France, le secteur des télécommunications représentait 75 milliards d’euros de revenus, 166 000 emplois directs, et 10 milliards d’euros d’investissement en 2017.

Le Gouvernement soutient aujourd’hui plusieurs projets de R&D autour de la 5G dans le but de favoriser le développement d’une offre de technologies et de services.

Au-delà du secteur des télécommunications, la 5G promet d’être un moteur de transformation numérique pour toute l’industrie (automobile, transports, énergie, smart cities, agriculture, etc.) avec les nouveaux usages qu’elle permet et les perspectives qu’elle offre en termes de compétitivité.

Ci-dessous, une liste non exhaustive de nouvelles opportunités industrielles offertes par la 5G :

• Suivi, pilotage et reconfiguration à distance de machines industrielles et de chaînes de production robotisées qui peuvent être reconfigurées rapidement et facilement,
• Suivi logistique de bout en bout d’un très grand nombre de colis ou d’articles, notamment dans les grands nœuds de triage (ex : ports, gares, aéroports, etc.)
• Télé-opérations de toutes sortes (ex : dans le domaine de la santé, des exploitations minières, etc.) grâce à la faible latence et aux échanges d’images vidéo UHD,
• Suivi précis des troupeaux dans les exploitations agricoles grâce à des capteurs sur le bétail.

Les enjeux de la 5G pour le grand public

Dans la continuité des usages permis par la 4G, la 5G trouvera des applications pour le grand public. En voici quelques exemples :

• Streaming descendant et ascendant de vidéos UHD,
• Réalité virtuelle 360° en connectivité sans fil qui s’applique à de nombreux usages (ex : jeux, éducation, formations professionnelles, tourisme, etc.),
• Connectivité à haut débit et à faible latence pour les véhicules et les infrastructures de transports (ex : pour les véhicules connectés, pour le divertissement, etc.),
• Récupération des données de la « smart city » de demain pour, par exemple, vérifier les flux routiers et les divers niveaux de pollutions.

Les défis techniques de la 5G

La mise en œuvre de la 5G représentera aussi de nombreux défis techniques tels que :

• La densification des réseaux. L’usage de la 5G obligera les opérateurs à densifier le nombre d’antennes dans les zones urbaines, voire à installer des antennes au niveau de la voirie (small sales). Comme pour la 4G, les opérateurs seront certainement confrontés à l'acceptation citoyenne de ces déploiements,
• Le financement. Le déploiement massif de la 5G requerra de lourds investissements de la part des opérateurs mobiles. Monétiser ces investissements auprès des abonnés ou trouver des sources de financement sera un véritable défi dans un contexte de forte intensité concurrentielle,
• La couverture indoor. Viser les très hauts débits implique l’usage de hautes fréquences et de signaux à bande large, qui rendent encore plus difficile la pénétration à l’intérieur des bâtiments. Face à l’explosion du trafic de données en indoor, cet enjeu devrait devenir une préoccupation majeure pour les opérateurs,
• La régulation nationale. Contrairement aux attributions de fréquences précédentes (ex : 4G), la couverture complète du territoire n’est pas réaliste du point de vue économique du fait de l’usage de fréquences élevées. L’autorité de régulation devra trouver le juste équilibre entre les contraintes économiques et l’exigence d’égalité territoriale,
• La limite physique des ondes millimétriques. Les réseaux opérant sur des fréquences de 26 GHz auront des portées très limitées qui seront sensibles aux obstacles. Trouver des usages qui intègrent ces contraintes constituera un défi.

Les premiers pas de la 5G en France

La France au cœur d’une démarche européenne coordonnée

La stratégie numérique de la France s’inscrit dans une démarche européenne coordonnée (Stratégie Europe 2020). En septembre 2016, la Commission Européenne a annoncé un premier plan d’action en faveur de la 5G. Outre les enjeux liés à l’harmonisation des fréquences et leur attribution, la Commission encourageait à expérimenter de nouveaux usages de la 5G.

En juillet 2017, lors du Conseil européen informel de Tallinn, les Etats membres se sont engagés à positionner l’Europe comme leader en matière de 5G. Des politiques favorables à son développement sont mises en place.

Le Code européen des communications électroniques de 2018 a également institué des conditions réglementaires propices au déploiement de ces nouveaux réseaux. Le Conseil, le Parlement, et la Commission Européenne sont ainsi parvenus à un accord sur de nouvelles règles de gestion du spectre, notamment sur une durée minimale des autorisations, ainsi que la détermination d’une date commune pour attribuer des autorisations sur les bandes 5G à 3,5 GHz et à 26 GHz : le 31 décembre 2020.

Les objectifs de la France en matière de réseau mobile 5G

Le 16 juillet 2018, le Gouvernement et l’Arcep ont publié une feuille de route 5G qui s’inscrit dans le calendrier européen et dessine une ambition nationale afin de dynamiser la compétitivité et l’innovation dans de nombreux secteurs économiques grâce à l’introduction de la 5G.

Cette feuille de route a notamment pour objectifs : l’accueil des premières applications mondiales de la 5G dans des domaines industriels (ex : transports, énergies, agriculture, etc.) avec le lancement de plusieurs pilotes 5G.

A la rentrée 2019, l'ARCEP a lancé le processus d'attribution de fréquences dans la bande 3,5 GHz pour les premiers déploiement commerciaux de la 5G dans au moins une grande ville d’ici fin 2020, et couverture 5G des axes de transports principaux d’ici 2025.

Des fréquences déjà disponibles pour la 5G

Deux bandes de fréquences pionnières pour la 5G ont été identifiées par l’Union Européenne dès 2017, et leurs conditions d’utilisation ont été harmonisées pour l’ensemble du continent européen.

La technologie 5G est aussi en cours de normalisation au sein d’instances internationales. On prévoit la fin des travaux internationaux de normalisation et la mise à disposition coordonnée en Europe des bandes 3,5 GHz et 26 GHz d’ici 2020. Des initiatives tests sont déjà en cours et devraient se multiplier d’ici là.

En janvier 2018, l'Arcep a ouvert un guichet « pilotes 5G »  en vue d’attribuer aux acteurs intéressés des bandes de fréquence pour tester le déploiement grandeur nature de pilotes 5G (ex : ports, hôpitaux, routes connectées, etc.) et faire émerger les modèles économiques de demain. Au-delà du simple cadre de validation technique des équipements du réseau, ces expérimentations permettent de tester des premiers cas d’usage concrets de la 5G.

L’Arcep a ainsi identifié plusieurs métropoles et agglomérations ayant des disponibilités de fréquences 3,5 GHz et susceptibles de porter de premières expérimentations : Lyon, Bordeaux, Nantes, Lille, Le Havre, Saint-Étienne, Douai, Montpellier et Grenoble. Sans se limiter à cette liste, l’Arcep examine toutes les demandes en bande 3,5 GHz et en bande 26 GHz.

Fibre optique et 5G

Pour terminer, le déploiement de la 5G nécessite un réseau de fibre optique très étendu, afin d’y raccorder les antennes 5G et garantir des débits importants. Le Plan France Très Haut Débit (THD), lancé en 2013 pour apporter le THD à tous d’ici 2022, s’appuie en grande partie sur un déploiement soutenu de réseaux en fibre optique. Le réseau de fibre optique couvrira donc la majorité du territoire français, ce qui préparera l’arrivée de la 5G.

A lire en complément :

5G et efficacité énergétique 
Le déploiement de la 5G en France
LPWAN, Lora, 5G : quels usages ?

[1] A titre d’illustration, dans le cadre de la plateforme d’expérimentation 26 GHz lancée par l’ARCEP, la largeur du spectre attribué est comprise entre 200 MHz et 1 GHz.
[2] Les antennes 5G utilisées pour faire ces simulations sont des antennes MIMO permettant de faire du beamforming, similaires à celles qui seront déployées par les opérateurs.
[3] Bordeaux Métropole : éclairage public intelligent
Paris La Défense : modèle d’opérateur neutre