Les technologies émergentes qui façonnent les futurs réseaux 5G

Il peut sembler que la quatrième génération de technologie de communication mobile vient tout juste d'arriver sur les ondes. Mais la technologie dite 4G existe sous diverses formes depuis 2006 et est désormais largement disponible dans les zones métropolitaines des États-Unis, d'Europe et d'Asie.

Il n'est donc pas surprenant que les spécialistes de la communication commencent à réfléchir à la prochaine révolution. Alors que va nous apporter la 5G ?

Aujourd'hui, nous recevons des spéculations intéressantes de Federico Boccardi des Bell Labs d'Alcatel-Lucent et d'un certain nombre de copains. Ces gars-là se sont concentrés sur les technologies les plus susceptibles d'avoir un impact perturbateur sur la prochaine génération de technologies de communication. Et ils ont identifié des technologies émergentes qui nous obligeront à repenser la nature des réseaux et la façon dont les appareils les utilisent.

La première technologie de rupture que ces gars ont pointée changera l'idée que les réseaux radio doivent être constitués de cellules centrées sur une station de base. Dans les réseaux actuels, un téléphone se connecte au réseau en établissant une liaison montante et une liaison descendante avec la station de base locale.

Cela semble susceptible de changer. Par exemple, une possibilité de plus en plus probable est que les réseaux 5G s'appuient sur un certain nombre de bandes de fréquences différentes qui transportent des informations à des débits différents et ont des caractéristiques de propagation très différentes.

Ainsi, un appareil peut utiliser une bande comme liaison montante à débit élevé et une autre bande pour liaison descendante à faible débit ou vice versa. En d'autres termes, le réseau changera en fonction des demandes de données d'un appareil à cet instant.

Dans le même temps, de nouvelles classes d'appareils émergent qui ne communiquent qu'avec d'autres appareils : des capteurs envoyant des données à un serveur, par exemple. Ces appareils auront la possibilité de décider quand et comment envoyer les données le plus efficacement possible. Cela fait passer le réseau d'un réseau centré sur la cellule à un réseau centré sur l'appareil.

Notre vision est que l'architecture centrée sur la cellule devrait évoluer vers une architecture centrée sur l'appareil : un appareil donné (humain ou machine) devrait être capable de communiquer en échangeant de multiples flux d'informations via plusieurs ensembles possibles de nœuds hétérogènes, selon Boccardi et co.

Une autre nouvelle technologie impliquera l'utilisation de transmissions par ondes millimétriques, en plus de la transmission par micro-ondes actuellement utilisée. Boccardi et ses collègues disent que l'immobilier à micro-ondes coûte très cher. Il n'y en a qu'environ 600MHz. Et même si le passage de la télévision analogique à la télévision numérique libère une plus grande partie du spectre, c'est relativement peu, environ 80 MHz, et son prix est énorme.

Il est donc naturel de regarder les longueurs d'onde plus longues et les fréquences plus élevées des transmissions d'ondes millimétriques allant de 3 à 300 GHz. Cela devrait fournir des ordres de grandeur d'augmentation de la bande passante.

Mais ce ne sera pas tout à fait fluide. Le principal problème de ces fréquences réside dans leurs caractéristiques de propagation : les signaux sont facilement bloqués par les bâtiments, les intempéries et même par les personnes elles-mêmes lorsqu'elles se déplacent entre l'appareil et l'émetteur.

Mais il devrait être possible d'atténuer la plupart des problèmes en utilisant des technologies de transmission avancées, telles que des antennes directionnelles qui commutent en temps réel lorsque les signaux sont bloqués. La propagation n'est pas un défi insurmontable, disent-ils.

Vient ensuite le développement rapide de la technologie MIMO à entrées multiples et sorties multiples. Les stations de base seront équipées de plusieurs antennes qui transmettent de nombreux signaux en même temps. De plus, un appareil peut avoir plusieurs antennes pour capter et transmettre plusieurs signaux à la fois. Cela améliore considérablement l'efficacité avec laquelle un réseau peut exploiter ses fréquences.

Cependant, cela signifiera des antennes plus grandes, peut-être réparties sur la surface des gratte-ciel. C'est bien dans les villes modernes avec beaucoup de superficie relativement facilement accessible. Ce serait plus difficile à gérer dans les villes plus anciennes où les grands panneaux seront plus difficiles à dissimuler.

Des appareils plus intelligents devraient également contribuer à façonner les réseaux du futur. Ainsi, au lieu que les signaux soient acheminés par la station de base, les appareils intelligents feront ce travail à la place, en choisissant entre une variété d'options différentes. Pour les smartphones modernes, cela devrait être une tâche relativement simple.

Et la dernière technologie perturbatrice que ces gars identifient est la capacité des appareils à communiquer entre eux sans utiliser du tout le réseau. Boccardi et co disent que cela sera essentiel pour les manières dont les futurs réseaux seront utilisés. Par exemple, un réseau de capteurs peut avoir dix mille appareils transmettant des données de température. Ce sera plus facile s'ils peuvent l'envoyer d'un appareil à l'autre plutôt que via une seule station de base.

Bien sûr, bon nombre de ces développements posent des défis technologiques importants, mais aucun d'entre eux ne devrait être un obstacle. De nouvelles directions de recherche conduiront à des changements fondamentaux dans la conception des futurs réseaux cellulaires 5G, déclarent Boccardi et co avec confiance.

La 5G n'est pas une question de si mais quand.

Réf : arxiv.org/abs/1312.0229 : Cinq directions technologiques de rupture pour la 5G

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