La cinquième génération des réseaux mobiles, plus communément connue sous l’acronyme 5G, se déploie à marche forcée en France depuis la mise en service des premières antennes fin 2020.
C’est en 2013 que les premières discussions autour d’une nouvelle technologie de réseaux mobiles ont démarré. Les professionnels du secteur s’étant tous accordés pour estimer que les réseaux 4G seraient saturés d’ici 2022, une réflexion était nécessaire pour identifier de nouvelles fréquences et rechercher une norme offrant un meilleur rendement dans l’utilisation des fréquences.
En 2017, les opérateurs télécoms ont mené leurs premiers tests notamment avec les constructeurs Ericsson et Huawei.
En 2019, la Corée du Sud a allumé le premier réseau 5G.
Fin 2020, à l’issue d’un processus d’attribution aux enchères de nouvelles fréquences autour des 3,5 GHz, les opérateurs français ont commencé à proposer les premiers forfaits mobiles 5G en France.
En succédant à la 4G qui offre aujourd’hui la couverture du réseau mobile la plus large, la nouvelle génération des réseaux mobiles se déploie en deux étapes :
- Étape en cours : 5G NSA (non-standalone access) reposant sur un nouveau réseau d’accès (équipements et antennes auxquels se connectent les terminaux) mais s’appuyant sur le cœur de réseau déjà déployé et utilisé pour les réseaux 2G/3G/4G. Ce déploiement s’appuie sur les nouvelles fréquences attribuées (3,5 GHz) mais également sur la réutilisation des fréquences déjà exploitées pour la 3G et la 4G (700, 1800 et 2100 MHz)
- Seconde étape, prévue après 2023 : 5G SA (standalone access) consistant en une refonte globale du cœur de réseau et du réseau d’accès. De nouvelles bandes de fréquences, correspondant aux ondes dites millimétriques, pourraient être attribuées à l’occasion de l’ouverture de la 5G SA.
La 5G NSA apporte des bénéfices clairs :
- l’amélioration du service existant grâce à une augmentation des débits constatés (2 à 3 fois) et une légère optimisation de la latence.
- une désaturation des zones engorgées, résolvant les problèmes de couverture
La 5G SA, quant à elle, pourrait constituer une révolution technologique majeure. Elle offrira des débits 10 fois supérieurs, une latence 10 fois plus faible, la possibilité de slicing (voir 2.4) et de nouvelles fonctionnalités pour les objets connectés. Ce sont sans doute les marchés B2B et l’Internet des objets qui seront les premiers concernés par cette révolution.
1. La 5G proposée en France
1.1. Quelle est la différence entre la 4G et la 5G ?
Qu’est-ce qu’apporte la 5G NSA ?
Les opérateurs nationaux proposent au fil des ouvertures commerciales des sites 5G des forfaits sans engagement ou avec engagement incluant l’accès à ce nouveau réseau. Si l’utilisateur est équipé d’un smartphone ou plus généralement d’un terminal compatible, si la zone est couverte en 5G, les débits seront améliorés. On peut constater un facteur 2 à 3 entre les débits 5G NSA et 4G+.
Un autre bénéfice de ce nouveau réseau est l’accès à Internet dans des bonnes conditions de performance même en zones congestionnées, la saturation du réseau étant généralement due à des usages dépassant la capacité des bandes de fréquences que les opérateurs peuvent exploiter.
Speedtest réalisé pour mesurer la 5G en France.
1.2. Quelles fréquences sont utilisées pour la 5G NSA
La procédure d’attribution de nouvelles fréquences s’est déroulée en octobre 2020. Des bandes de fréquences situées entre 3,4 GHz et 3,8 GHz ont été attribuées par l’ARCEP aux quatre opérateurs de réseaux mobiles publics.
Orange a remporté le spectre le plus large avec une bande de 90 MHz, devant SFR 80 MHz et enfin Bouygues Telecom et Free qui ont reçu 70 MHz.
Le montant total mobilisé par les opérateurs attributaires avoisine les 3 milliards d’euros.
Les quatre opérateurs de téléphonie ont également obtenu l’autorisation de pouvoir réutiliser des bandes de fréquences exploitées jusqu’à présent pour les réseaux 3G et 4G. Free a ainsi activé la 5G sur la totalité de ses 12 000 sites sur les bandes de fréquences 700 MHz. De leur côté, Orange, SFR et Bouygues Telecom réutilisent des fréquences autour de 1800 MHz et 2100 MHz.
Les bandes de fréquences autour des 3,5GHz disposent d’un net avantage par rapport aux bandes utilisées par la 4G pour offrir des débits plus importants.
La réutilisation des anciennes fréquences par la 5G s’appelle le refarming. Elle se fait soit de manière dédiée (uniquement 5G) soit partagée (4G et 5G). Dans le deuxième cas, on parle de partage dynamique de spectre (DSS).
Les opérations de déploiement et de refarming peuvent être à l’origine de perturbations ponctuelles des réseaux GSM, 3G et 4G existants.
1.3 Quand arrive la 5G en France ? Où en est le déploiement ?
L’observatoire de l’ARCEP permet de disposer du nombre de sites ouverts commercialement par les quatre opérateurs mobiles au 30 septembre 2021 :
- Free : 12000 sites
- Bouygues Telecom : 5003
- SFR : 3160
- Orange : 2473
Ces nombres de sites cachent des disparités de choix techniques. Free a fait le choix d’allumer la 5G sur tous ses sites 700 MHz, mais dispose du plus faible nombre d’antennes activées sur la bande 3500 MHz.
Si on regarde plus précisément cette bande de fréquences des 3500 MHz, le classement des opérateurs est bien différent :
- Orange : 2177 sites
- Bouygues Telecom : 1934
- SFR : 1735
- Free : 1691
1.4 Dans quelles villes la 5G est-elle disponible ?
Les grandes agglomérations sont maintenant, au moins partiellement, couvertes par les quatre opérateurs.
Pour connaître de manière détaillée l’avancement du déploiement sur une ville donnée ou les territoires couverts, il est possible de se référer aux sites suivants :
- https://www.bouyguestelecom.fr/reseau/cartes-de-couverture-reseau-mobile
- https://mobile.free.fr/couverture/
- https://reseaux.orange.fr/cartes-de-couverture/mobile-3g-4g-5g
- https://assistance.sfr.fr/mobile-et-tablette/reseau-sfr/couverture-reseau-sfr.html
- La population couverte augmentant au fil des semaines, vous pouvez également consulter l’étendue du réseau et les cartes de couverture sur le site de l’ARCEP (Autorité de régulation des communications électroniques et des postes) qui indique également la bande de fréquence utilisée par votre opérateur : https://monreseaumobile.arcep.fr/
1.5 Faut-il changer de téléphone pour avoir la 5G ?
Dans la mesure où le marché de la 5G en France a débuté fin 2020, seuls les terminaux récents sont capables de se connecter à ce réseau.
Il est donc souvent nécessaire de renouveler votre équipement pour bénéficier de ce nouveau réseau.
Tous les constructeurs de terminaux proposent des modèles compatibles 5G, l’entrée de gamme se situant autour de 250€. En revanche, il faut être attentif aux bandes de fréquences utilisés par le terminal.
1.6 Quels opérateurs proposent la 5G ? Quel abonnement souscrire pour bénéficier de la 5G ?
Les quatre opérateurs nationaux de réseaux mobiles proposent des offres 5G avec des niveaux de couverture mobile assez différents. Les tarifs des abonnements démarrent à partir de 20€. Ils permettent de téléphoner en illimité mais surtout de quotas de data généreux.
En concurrence des opérateurs, les MVNO (opérateurs mobiles virtuels) proposent également l’accès à ce réseau. Certains MVNO offrent en prime le choix de l’opérateur.
Attention, la 5G est parfois exclue des services proposés en roaming.
La 5G permet également d’offrir une solution d’Internet pro grâce à la mise en place de routeurs adaptées à ce réseau. Airmob propose en plus une option IP fixe en 5G.
2. La 5G demain : 5G SA
Les Antennes actives : le beamforning, une nouveauté de la 5G par l’ARCEP
2.1. Quels seront les apports de la 5G SA ?
Même si le calendrier de déploiement de la 5G SA est encore flou (il est vraisemblable qu’aucun déploiement ne démarre en France avant 2023), les bénéfices de cette technologie sont déjà connus et bien documentés.
Alors que la 5G NSA consistait en une optimisation des performances de la 4G+, la 5G SA permet de faire un véritable bond en avant. A titre d’exemple, le débit descendant d’une connexion Internet 5G SA est multiplié par 10, ainsi un film sera téléchargé 10 fois plus vite. La 5G SA apporte une connectivité data de meilleure qualité. Ses débits Internet, montants et descendants, sont de l’ordre de dix fois plus rapides.
La latence (autrement appelé ping), qui est le temps, mesuré en millisecondes, qu’un paquet de données va mettre pour aller de votre terminal à un serveur via Internet, est quant à elle divisée par 10.
En outre, la 5G va donner la possibilité d’implémenter du slicing, fonctionnalité qui sera détaillée plus loin au 2.4
Enfin, les antennes-relais 5G SA seront plus « intelligentes » puisqu’elles seront capables de détecter les utilisateurs et de concentrer la puissance de l’antenne dans leur direction. En d’autres termes, plutôt que de diffuser de manière uniforme des ondes hertziennes comme le fait la 4G, les antennes 5G les diffuseront au bon moment et dans la bonne direction. Cela permet d’utiliser plus efficacement les fréquences disponibles et apporter un meilleur réseau.
2.2. Quelles sont les applications de cette nouvelle génération de réseau ?
Il existe encore beaucoup d’inconnus et de questionnements concernant les champs d’applications de cette nouvelle génération de réseaux mobiles.
Il est difficile d’imaginer les usages de clients grand-public nécessitant de tels débits ou tirant profit d’une latence de quelques secondes.
En revanche, le marché B2B pourrait être le terrain de jeu principal de la 5G SA.
Les expérimentations se concentrent aujourd’hui autour de :
- L’industrie 4.0
- La télémédecine
- Les véhicules connectés
2.3. De nouvelles bandes de fréquences pour la 5G SA ?
Les fréquences autour de 26 GHz (correspondant aux ondes dites millimétriques) n’ont pas encore été attribuées en France métropolitaine. Elles pourraient l’être avec l’arrivée de la 5G SA.
Des expérimentations sont en cours localement. La couverture du réseau mobile est de l’ordre de quelques centaines de mètres, les ondes peuvent être bloquées par des obstacles. En revanche, les débits peuvent dépasser le Gbit/s s’approchant de performances à la hauteur de la fibre pro.
L’analyse des risques sanitaires est encore en cours (voir plus loin au paragraphe 4).
2.4. Le slicing
Autre avancée majeure de la 5G SA, le slicing permet de découper virtuellement le réseau mobile en tranches. Chaque tranche est un sous-réseau qui s’appuie sur une même infrastructure physique.
Si on prend l’exemple d’une voiture connectée, les flux de data échangée entre le véhicule et le réseau n’ont pas tous la même criticité. Des flux média peuvent tolérer une latence plus élevée voire une coupure de réseau, alors que des flux relatifs à la sécurité des conducteurs exigeront une fiabilité du réseau maximale, tant sur le plan de la disponibilité que de la latence qui doit être la plus faible possible.
Les opérateurs de réseaux 5G SA auront la possibilité d’offrir des réseaux virtuels différenciés et d’adapter les conditions économiques en conséquence.
Ce découpage virtuel du réseau pourrait être implémenté seulement quelques années après l’ouverture des réseaux 5G SA.
3. La 5G et l’IoT (Internet of things ou Internet des objets)
Le nombre d’objets connectés augmente de manière exponentielle et se compte déjà en centaines de millions au niveau mondial. D’ici 2025, il devrait y avoir près de 3 milliards d’objets connectés dans le monde (prévisions de la GSMA).
Les domaines d’application de l’IoT sont très nombreux aussi bien pour le B2B, entreprises et collectivités territoriales, que pour les particuliers :
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- Ville intelligente
- Bâtiment intelligent
- E-Santé
- Energie (smart grids)
- Industrie 4.0 (gestion à distance de robots, gestion logistique, …)
- Vidéosurveillance
- Domotique
- Véhicule connecté (conduite automatisée de navette, …)
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Les quantités de données véhiculées par les objets sont très variables allant de quelques ko (kilooctets) pour des compteurs à plusieurs Go (gigaoctets) pour des écrans connectés ou des caméras de vidéosurveillance.
Le marché de l’IoT peut se décomposer en deux grandes familles : massive IoT et critical IoT.
Massive IoT recouvre les applications basées sur des objets ou des capteurs très nombreux, véhiculant de très faibles quantités de data. Ces objets connectés doivent coûter le moins cher possible et consommer peu d’énergie. Massive IoT exige des réseaux avec de grosses capacités de connexions possibles et une bonne couverture (permettant par exemple de couvrir l’intérieur des bâtiments : parkings sous-terrain, ascenseurs). Des exemples d’applications de Massive IoT sont la gestion d’un parc de compteurs dans une ville, ou des capteurs de température d’un bâtiment intelligent.
Les opérateurs nationaux proposent déjà des offres de connectivité LPWAN (Low power wide area network) adaptées au Massive IoT. Elles sont basées sur les normes NB-IoT et LTE-M et utilisent les réseaux cellulaires 4G existants. Ces normes ont été mises au point spécifiquement pour l’IoT et notamment pour connecter des objets nombreux, situés parfois à plusieurs kilomètres, véhiculant des petites quantités de données et fonctionnant souvent avec une pile électrique.
Les réseaux cellulaires doivent s’adapter pour répondre à plusieurs enjeux :
- la multiplication des objets connectés avec une densité d’objets au km2 qui explose dans certaines zones,
- le fonctionnement de capteurs sur batterie dont la durée de vie dépend d’une faible consommation électrique,
- le besoin de performances réseaux différenciées en fonction de la criticité des usages.
La 5G SA intègre d’ores et déjà cette exigence d’évolution.
A l’opposé, critical IoT recouvre des applications s’appuyant sur des objets moins nombreux mais véhiculant de grosses quantités de data. Certaines de ces applications exigent parfois une très haute disponibilité et une latence la plus faible possible. On peut imaginer des robots opérant dans une usine 4.0, qui remontent des données à un centre de calcul hébergé sur des serveurs.
La 5G SA va permettre de transmettre des données plus importantes et plus rapidement. Elle permettra de répondre à la fois aux usages du critical IoT (objets exigeant une très haute disponibilité de service et une faible latence) et du massive IoT (objets en très grande quantité, capables de fonctionner plusieurs années sur batterie).
4. La 5G et les risques sanitaires
L’ANSES (Agence nationale de sécurité sanitaire) a été saisie en 2019 pour évaluer les risques sanitaires liés à la 5G. Elle a rendu ses conclusions dans un rapport publié en mars 2021, qui est actuellement ouvert à une consultation publique. Pour répondre à la question, l’ANSES considère séparément les trois bandes de fréquences :
- Les bandes déjà utilisées par les réseaux 3G et 4G : 700 MHz, 1 800 MHz et 2 100 MHz.
- Les bandes nouvellement attribuées spécifiquement pour la 5G : de 3,4 GHz à 3,8 GHz
- Celles qui pourraient être attribuées à l’avenir, situées autour des 26 GHz.
Pour les premières, les niveaux d’émissions variant peu entre la 5G d’une part et les réseaux 3G et 4G d’autre part, aucun risque supplémentaire n’est identifié.
Pour les bandes autour des 3,5 GHz, l’ANSES admet un manque de recul par rapport à leur utilisation récente en France (2021) et dans le Monde (2019). Elle se réfère à des simulations réalisées par l’Agence nationale des fréquences radio (ANFR). Elle conclut qu’il est peu vraisemblable que le déploiement de la 5G dans les fréquences autour de 3,5 GHz constitue un nouveau risque pour la santé. Elle souligne que la pénétration de ces ondes dans le corps est inférieure à celles correspondant aux bandes 700, 800, 1800 et 2100.
L’Agence est en revanche plus prudente concernant l’effet des ondes millimétriques (26 GHz) en raison de l’insuffisance de données.
