Nouvelle technologie 5G. Pourquoi parle-t-on de 5G Millimétrique ?

C’est quoi la 5G millimétrique ?

La 5G, cinquième génération de réseaux mobiles et évolution de la norme 4G sera déployée selon deux grandes bandes de fréquences : la bande des 3,5 GHz et la bande des 24 à 30 GHz (26 GHz en France) : c’est cette dernière qu’on appelle la 5G millimétrique. Ces fréquences hautes offrent un débit beaucoup plus important (jusque 10 Gbit/s soit 500 fois une connexion ADSL !)

Le spectre électro-magnétique (souvenirs de cours de 3eme !)

L’utilisation du spectre en téléphonie mobile – Source Arcep

Les nouveaux iPhone 12 ont-ils la 5G millimétrique ?

Les nouveaux iPhone 12 Mini, 12, 12 Pro et 12 Pro Max ont tous bien la compatibilité 5G millimétrique / mmWave mais uniquement aux USA dans un premier temps. Ces iPhone supportent les bandes 5G NR mmWave (Bands n260, n261). n260 va de 37.00 GHz à 40.00 GHz – autrement dit 39 GHz, la n261 va de 27.50 GHz à 28.35 GHz, c’est la 28 GHz

Pour les autres pays, il faudra patienter. Ce sera de la 5G sub 6 GHz pour les iPhone 12 dans les autres pays. Voici par exemple les bandes 5G supportées en France : n1 (2100 MHz), n2 (1900 MHz), n3 (1800 MHz), n5 (850 MHz), n7 (2600 MHz), n8 (900 MHz), n12 (700 MHz), n20 (800 DD), n25 (1900 MHz), n28 (700 APT), n38 (TD 2600), n40 (TD 2300), n41 (TD 2500),  n66 (AWS-3), n77 (TD 3700), n78 (TD 3500), n79 (TD 4700)

Les opérateurs partenaires 5G du lancement de l’iPhone 12

Toujours au niveau des nouveautés de l’iPhone 12 est apparue une variation du design du chassis pour les iPhone 5G millimétriques. Repérée par The Verge et repris par iGeneration, ces iPhones ont une petite fenêtre radio-transparente pour mieux laisser passer le signal haute fréquence. Ce n’est pas, a priori, du verre (attendons les premiers déballages de iFixit), mais de l’aluminium modifié. Ce changement important qui impacte le manufacturing du chassis montre s’il en était besoin de la grande sensibilité de la 5G mmWare à la moindre perturbation.

Credit The Verge / IGeneration

Voici par ailleurs comment apparaissent les indicateurs réseau 5G sur les nouveaux iPhone 12

La première icône 5G : vous êtes dans une zone couverte 5G

La deuxième icône 5G+ : vous êtres effectivement connecté en 5G sub 6 GHz (ce sera le cas en France fin 2020)

La troisième icône 5G UW : vous êtes connecté en 5G UW (Ultra Wideband) ou 5G millimétrique ou 5G mmWawe. Beaucoup de noms pour une technologie non disponible !

Les premiers tests de performance en 5G millimétrique sont sortis

Et le moins que l’on puisse dire c’est que cela décoiffe. La seule contrainte ? Etre installé en plein cœur du MetLife Stadium à New-York. C’est l’un des rares endroits où la 5G millimétrique est opérationnelle dans le monde. Et la performance est atteinte avec un stade totalement…vide ! Pas sûr que ce soit la même chose avec le stade plein de 100 000 spectateurs.

Source : WSJ

Crédit : iGen / Verizon

Aux USA, l’opérateur Verizon mise énormément sur la 5G millimétrique / mmWave en ayant déjà déployé de nombreuses villes (centres villes principalement néanmoins) : Atlanta, Houston, Los Angeles, New-York, Washington DC

Les records en 5 millimétrique

Toujours en mode record de débit, Ericsson a annoncé mi octobre 2020 atteindre des débits très impressionnants de 5,06 Gbps sur  réseau Verizon. Les objectifs que se fixe le fournisseur d’équipement réseau sont d’ailleurs ambitieux : atteindre des vitesses de 10 Gbps, avec une latence sous les 5 millisecondes, des connections stables jusque 500 km/h. Mais surtout être capable de manager plus d’un million de devices par km² et des volumes de data transférés de 10 Tb/s/km².  On entre dans une toute autre dimension.

Pourquoi parle-t-on de 5G millimétrique ?

Il faut revenir aux fondamentaux des ondes radio et électromagnétiques pour comprendre. Une onde radio est caractérisée par sa longueur d’onde et sa fréquence (f=1/T – T étant la période temporelle en seconde – f la fréquence en Hz). La longueur d’onde est donc inversement proportionnelle à la fréquence, et donc qu’elle est donc d’autant plus élevée que la fréquence est faible. Cela veut dire quoi ? Plus on « monte » en fréquence, plus la longueur d’onde est courte.

Compliqué ? Pas du tout !

Je vous explique. Dans les années 70, la radio était encore diffusée en « grandes ondes » ou AM : France Inter par exemple émettait ou en 162 KHz ou 1,850 mètres de longueur d’ondes (les 2 sont liés). C’était bien, nécessitait peu d’émetteurs mais la qualité était passable, voire mauvaise. Mais on n’avait que cela. Est arrivée la FM de 87,5 à 108 MHz. La longueur d’onde diminuait. On passait alors en longueur d’onde métrique (2,78 mètres pour du 107,7 MHz)

La téléphonie mobile passe ensuite par là avec des fréquences à 700 MHz, 800 MHz, 900 MHz, 1,800 MHz ou 1,8 GHz et 2,6 GHz

Avec la 5G, on monte encore plus en fréquence avec deux bandes : 3,4 à 3,8 GHz (celles dont les enchères viennent de se terminer) et au dessus de de 26 GHz (milliard de Hz).

Reprenons maintenant les calculs

Longueur d’onde = 300 / Fréquence en MHz – soit 300 / 26,000 (26 GHz = 26,000 MHz). On obtient 0,0115 mètres, soit 11 millimètres. On n’est pas encore stricto-sensu à du millimètre mais pas loin. Et si on veut être précis, la 5G millimétrique va donc de 30 GHz à 300 GHz.

Là je suis sûr que vous avez tout compris maintenant !

Quelle est la différence entre la 5G et la 5G millimétrique ?

La 5G « normale » va occuper les fréquences les plus basses (en dessous de 6 GHz – on parle aussi en anglais de 5G Sub 6 GHz). La 5G millimétrique ou mmWave commence à 26 GHz et montera à plus de 80 GHz. Tout n’est ensuite qu’allocation du spectre électro-magnétique.

Pourquoi les fréquences millimétriques permettent-elles une meilleure bande passante ?

Ou pour faire simple, pourquoi de la 5G millimétrique à 26 GHz permettra de télécharger tous les épisodes d’une série Netflix en 2 ou 3 minutes ?

Par principe physique, on ne peut transmettre qu’une quantité limitée d’information par Hz. La vitesse de transmission est liée à la fréquence (exprimée en hertz). Si une fréquence de 1 hertz correspond à 1 bit par seconde, pour transmettre un octet ou 8 bits, il faut 8 secondes. C’est lent ! Donc pour augmenter le débit (et par abus de langage la bande passante), on doit monter en fréquence. Avec la 5G millimétrique, Samsung a déjà atteint en conditions certes expérimentales 8,5 GBps de débit. Et nous n’en sommes qu’au début de cette technologie.

Aussi simple que çà !

Quels sont les inconvénients de la 5G millimétrique ?

La pluie ! Ou plus exactement tout ce qui va constituer un obstacle entre l’émetteur (l’antenne) et le récepteur (vous et votre smartphone). Donc les performances de la 5G millimétrique s’effondrent en cas de pluie, de brouillard et naturellement de mur ou vitres. La portée maximale est estimée à quelques centaines de mètres. Il y aura donc des dizaines de milliers de nouvelles antennes à déployer. Ce qui ne manque pas de soulever des polémiques notamment en terme de santé publique et de consommation énergétique.

C’est la raison pour laquelle on parle de small cell, des bornes d’émission 5G discrètes à installer sur le mobilier urbain.

Il est à noter que cette courte distance n’est pas une limitation technologique absolue. Ainsi, Qualcomm et l’opérateur américain US Cellular ont réussi cet été une liaison en bande millimétrique sur 5 kilomètres avec un débit fort respectable de 100 Mbps. Le test a eu lieu à Janesville, dans le Wisconsin en utilisant des équipements commerciaux normaux. Le problème de la 5G kilométrique réside plutot dans les obstacles and l’émetteur et le récepteur.



Comment appelle t on la 5G millimétrique en anglais ?

La traduction de 5G millimétrique en anglais est mmWave pour Millimeter wave, or mmWave. En anglais on distingue donc :

• La 5G Sub-6 GHz, une 5G exploitant les bandes de fréquence sous les 6 GHz. Dans certains pays, elle s’appelle aussi FR1 (Frequency Range 1)
• La 5G mmWave correspondant donc à la 5G au dessus des 26 GHz. Certains constructeurs ou sites parlent aussi de 5G Ultra Wideband ou FR2 (Frequency Range 2)

Quand la 5G millimétrique sera-t-elle disponible en France ?

C’est la grande question ! Les enchères pour le 5G sub 6 GHz viennent juste de se terminer (01/01/2020). Mais aucun calendrier n’a été annoncé par l’ARCEP pour les fréquences hautes. Il semblerait qu’on parle de 2023. D’ici là des tests auront lieu. Il y a d’ailleurs appel à candidature sur le site de l’ARCEP.

Raisonnablement, on peut donc penser que la 5G millimétrique serait disponible commercialement en France 2024, ce qui est très long dans le temps telecom et des mobiles utilisables sur ces réseaux d’ores et déjà opérationnels dans de nombreux pays du monde. Un Américain avec son iPhone 12 mini se connectera en millimétrique en novembre 2020, sur des zones limitées certes.

Le président de l’ARCEP, Sébastien Soriano a été très clair cet été 2020 :  « il n’y a pas de calendrier sur l’attribution des ondes millimétriques pour le moment »

La France est-elle en retard sur la 5G millimétrique ?

La réponse est clairement oui, surtout si on compare aux Etats-Unis. Mais pas seulement, si on s’en réfère au document de la GSA (association représentant les opérateurs mobiles). Les enchères pour le 5G mmWave ont eu lieu et la plupart des réseaux déjà déployés ou en cours de l’être. L’arrivée d’un acteur aussi important qu’Apple sur le marché va probablement accélérer grandement les choses. Il semble inconcevable que l’iPhone 12 soit 5G millimétrique en 2020 et que les déploiement aient lieu en 2025 !

Crédit GSA

Quels sont les pays opérationnels en 5G millimétrique ?

• Etats-Unis
• Hong-Kong
• Japon

(liste en cours de mise à jour)

Répertoire des usages de la 5G millimétrique dans le monde

En Corée du Sud (l’un des premiers pays où la 5G a été déployée avec déjà 8 millions d’abonnés), le gouvernement penche pour réserver la 5G millimétrique 28 GHz aux entreprises pour des usages B2B comme le M2M (Machine to Machine) ou le V2V (Vehicle to Vehicle). L’arrivée de la mmWave grand public ne se ferait que dans une 2e temps (2022 ou 2023)

Une excellente video de résumé sur la 5G

Un court extrait sur la partie millimétrique. L’article complet, que je vous recommande, et la video sont disponibles chez Frandroid.

Les autres améliorations techniques de la 5G

La 5G ce n’est pas qu’une exploitation du spectre électromagnétique sur des fréquences hautes. D’autres techniques sont utilisées.

Première amélioration, le DSS

Le DSS, ou dynamic spectrum switching, permet de switcher depuis l’antenne entre la 4G et la 5G pour chaque bande de fréquence et ce à la volée directement . C’est surtout intéressant pour l’opérateur et faire migrer son parc d’antenne graduellement. Dans ce cas  le déploiement de la 5G se fera de façon phasée On appelle cela de la 5G NSA ou 5G Non-standalone.

Deuxième amélioration, la 5G Sub-6

La 5G sub-6 concerne les fréquences sous la barre des 6 GHz. La portée est bien plus grande que les ondes millimétriques, mais le débit maximal est plus faible.

Ce sont les bandes moyennes entre 3,4 et 3,8 GHz en Europe qui sont nouvelles pour la 5G, et des basses fréquences, qui ont une portée encore plus grande et sont utilisées par la 4G LTE aujourd’hui. Communiqué par l’ARCEP, voici les fréquences Sub-6 qui seront exploitées en France : n78 : 3,5 GHz | n1 : 2100 MHz | n3 : 1800 MHz | n7 : 2600 MHz | n20 : 800 MHz | n28 : 700 MHz

A noter que ce principe est déjà valable en 4G dans le cadre de routeur fixe 4G. Nous vous l’expliquons dans notre article « comment avoir une connexion internet performante à la campagne« .

Troisième amélioration, le beamforming

Le beamforming est une technologie réseau également déployée en Wi-Fi et parfois par la 4G LTE. Elle permet de diriger le signal pour créer une connexion directe entre l’appareil et l’antenne émettrice. L’avantage est d’améliorer la stabilité du signal émis et de diminuer sa puissance, notamment dans les lieux publics.

Quatrième amélioration, le Mimo massif

Vous connaissez surement le Mimo que vous avez dans votre box internet depuis des années. Le massive MIMO est un autre amélioration de la 5G. Il améliore la fiabilité, réduit la latence et donc augmente les débits. On parle de MIMO massif car il y a une centaine d’antennes pour envoyer le signal aux appareils connectés. Ce sera surtout le cas dans les aéroports, les stades et lieux à très haute densité

Android 11 affichera peut-être la 5G bizarrement

Comme souvent sur Android, les choses sont un peu plus compliquées que prévues ! En juin dernier, sur le forum des développeurs Android était apparue la recommandation suivante

• Pour de la LTE (4G) : afficher un symbole 4G ou LTE
• Pour de la LTE avec agrégation du signal (4G+) : afficher un symbole 4G+ ou LTE+
• Pour de la LTE Advanced pro (4G++) : afficher un symbole 5Ge (c’est la dernière évolution de la 4G avec un débit théorique de 3Gbps et une latence de 2ms). Le canada-dry de la 5G en quelque sorte !
• Pour de la 5G sub-6GHz : afficher un symbole 5G
• Pour de la 5G mmWave ou millimétrique : afficher un symbole 5G+

Vous suivez toujours ? Depuis la recommandation a disparu et les premiers smartphone Android affichent encore autre chose ! La preuve ci-dessous avec 5G UWB (Ultra Wide Band).

Quels sont les smartphones compatibles 5G millimétrique ou 5G mmWave ?

Ils sont encore très peu nombreux. D’autant plus, que dans certains pays – dont la France – les bandes millimétriques ne sont pas allouées. On est plus dans la démonstration technologique qu’autre chose à ce stade.

* le site Samsung France le déclare non testé en mmWave mais la version américaine spécifie bien « 5G support (both sub-6GHz and mmWave) »

Le nouveau Google Pixel 4a 5G est-il compatible avec la 5G millimétrique ?

Oui dans sa déclinaison Verizon (référence G6QU3) aux Etats-Unis. En Europe, seule la version G025E sera vendue en 5G Sub 6 GHz

Pour le fun, calculez vous même les millimètres et centimètres de vos fréquences favorites – Le simulateur de la FM/4G/5G

Essayez avec différentes fréquences. De France Inter 87,8 MHz à la 5G à 60 GHz ou 60,000 MHz.  Avec ce simulateur, vous comprendrez tout de suite d’où vient le terme millimétrique !