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Décryptage - Tout comprendre

Tout s'explique : aujourd'hui la 5G, demain la 6G


Préparée depuis une dizaine d’années dans les laboratoires, notamment ceux du CEA-Leti, la 5G, cinquième génération des standards de la téléphonie mobile, se déploie aujourd’hui dans le monde entier. Elle est plus performante et doit permettre de répondre à l'explosion du trafic et de la consommation mondiale de données. La R&D sur la génération suivante, la 6G, a quant à elle déjà commencé. Explications.

Publié le 15 avril 2022

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

Consommation de données en croissance

  • 8,1 milliards : nombre d’abonnements mobiles dans le monde en 2021
  • + 50 %/an : augmentation mondiale des échanges de données via les téléphones portables
  • 11 gigaoctets/mois : moyenne de la consommation mondiale de données par les téléphones portables

Source : Ericsson Mobility Report, 2021

Explications en vidéo

VidéoAujourd'hui la 5G, demain la 6G

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.

Une histoire de fréquences

Un réseau de téléphonie mobile exerce sur une bande de fréquence donnée. Celle-ci est partagée entre les différents opérateurs, sur la base de licences d’exploitation obtenues auprès des pouvoirs publics. Par exemple, dans la bande des 3,5 GHz de la 5G , 310 MHz ont été vendus aux enchères aux opérateurs français en 2020 et 2021 : 90 MHz pour Orange, 80 MHz pour SFR et 70 MHz chacun pour Bouygues Telecom et Free.

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​
VidéoL'histoire des systèmes et réseaux de télécommunications

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.  

Le voyage des données

Le voyage des données via la 5G © CEA/J. Perrodeau

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…

Performance et frugalité énergétique

Acteur européen incontournable de la R&D en microélectronique et pour les réseaux mobiles, le CEA-Leti est à l’origine de Soitec, dont les produits (plaques de silicium sur isolant sur lesquelles sont gravées les puces électroniques) équipent 95 % des smartphones, et plus anciennement de la genèse de STMicroelectronics, fabricant mondial de semi-conducteurs. Sa technologie FD-SOI pour les transistors, plus performante et économe en énergie que celle d’Intel, la FinFet, est particulièrement adaptée aux défis de frugalité et de performance de la 5G. Elle est d’ailleurs au cœur de l’émetteur-récepteur du smartphone pixel 6 Pro de Google, lancé en octobre 2021.

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 : 


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

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