​Avec la 5G, nous entrons dans l’ère des échanges colossaux et quasi instantanés de données. 

Ces réseaux mobiles reposent sur tout un arsenal technique incluant des antennes intégrées, circuits radiofréquence, modems et processeurs insérés dans les téléphones et objets connectés, des antennes relais et centraux de communication, des bandes de fréquences dédiées…

Plus performante, notamment dans la bande des très hautes fréquences (26 GHz), la 5G doit permettre de répondre à l'explosion du trafic et de la consommation mondiale de données. 

Explications en vidéo

Les atouts de la 5G ?

• Des débits plus élevés, 
• Une faible latence (1 ms annoncée entre un ordre passé sur un téléphone et sa réponse), 
• La possibilité de prendre en charge un plus grand nombre d'appareils (jusqu’à 1 million de connexions annoncé par km²),
• Une liaison plus stable, même en mobilité.

Outre des usages améliorés pour l’utilisateur, les changements les plus attendus de la 5G se situent au cœur de la transition numérique : usine du futur, véhicules autonomes, villes intelligentes, Internet des objets, santé personnalisée… Autant de champs d’applications dans lesquels le CEA est déjà fortement impliqué.

De la 1G à la 5G, petit historique

• 1G - Date : fin des années 1980 - Usages : voix (appels téléphoniques)
• 2G - Date : ~1990 - Usages  : + SMS et MMS - Fréquences (France) : 900 et 1 800 MHz - Débit moyen : 50 kbits/s
• 3G - Date : ~2000 - Usages : + internet mobile, mails, lecture vidéos - Fréquences (France) : 900 et 2 100 MHz​ - Débit moyen : 10 Mbits/s
• 4G - Date : ~2010 - Usages : échange de grandes quantités de données : applications, e-commerce... - Fréquences (France) : 700, 800, 900,
  1 800, 2 100 et 2 600 MHz​ - Débit moyen : entre 10 et 100 Mbits/s​
• 5G - Date : ~2020 - Usages : objects connectés, jeux en ligne, industrie 4.0, ville intelligente, médecine à distance... - Fréquences (France) : 700, 800, 900 MHz (fréquences de la 4G), 3,5 GHz, 26 GHz (2022-2023) - Débit moyen : entre 100 et 400 Mbits/s
• 6G - Date : 2030 ? - Usages : réalité virtuelle, industrie 5.0​ - Fréquences (France) : non encore attribuées - Débit moyen : au delà du Gbits/s​

5G, des nouvelles antennes pour de très hautes fréquences

Plus élevée est la fréquence, plus courte est la portée. Avec deux conséquences pour la 5G dans la bande des 26 GHz : le besoin d’un plus grand nombre d’antennes, environ tous les 200 m ; et la diminution drastique de leur taille (de l’ordre de celle de la longueur d’onde, ici millimétrique). Ces équipements, composés d’une multitude de mini-antennes (256, voire 512), permettent de connecter un grand nombre d’utilisateurs à la fois et de diriger le signal uniquement vers l’utilisateur concerné, seulement lorsqu’il le réclame (à l’inverse des antennes 4G qui émettent en continu sur la totalité de la zone couverte). Les smartphones étant eux aussi équipés de plusieurs mini-antennes, la capacité de transmission en sera accrue. Des « surfaces passives dites intelligentes » seront aussi prévues pour refléter l’onde électromagnétique et ainsi couvrir les zones masquées.  

Demain, la 6G

Parallèlement, et anticipant l’augmentation exponentielle du trafic, les ingénieurs du CEA-Leti travaillent déjà sur la 6G. Il s’agit notamment d’étudier, dans une approche de frugalité numérique, la faisabilité de ces communications sur des nouvelles bandes fréquences dont certaines atteignent la centaine de GHz, même si elles ne sont pas encore attribuées par les pouvoirs publics. 

Comme pour la 5G, il y aura d’énormes enjeux de souveraineté et de sécurité. A la fois pour protéger nos données et pour assurer une couverture réseau haut débit sur tout le territoire, essentielle pour la compétitivité des entreprises et industries. Quant aux usages de la 6G, nul ne sait aujourd'hui ce que la société en fera ! » Jean-Baptiste Doré, responsable du programme 6G au CEA-Leti. 

Notons que personne n’avait notamment anticipé l’envolée récente des réseaux sociaux, ni même l’arrivée des premiers smartphones à l’époque de la 3G…

Parlons santé 

Dans l’état actuel des connaissances, les différentes autorités sanitaires ne relèvent pas de risque avéré en-dessous des seuils définis par les directives internationales. Pour la bande de fréquences 26 GHz de la 5G, non encore exploitée en France, l'Anses, l’organisme en charge de ces études, précise que les données sont encore trop peu nombreuses pour conclure à l'existence ou non d'effets sanitaires. Le CEA ne travaille pas sur ces thématiques, mais collabore avec l’agence, par exemple en concevant des équipements pour les expériences de mesure de l'exposition aux champs électromagnétiques. 

Pour en savoir plus : 

• Portail interministériel d’information sur les radiofréquences
  

Une infographie à retrouver dans le numéro 248 des Défis du CEA.