Dossier : tour d'horizon des technologies 4G+ et 5G

Le par Christian D.  |  1 commentaire(s)
4G multiview

La 4G est au coeur de la stratégie des opérateurs télécom et une nécessité pour faire face à la montée des usages mobiles. Mais la 4G n'est pas quelque chose de figé : déjà, la 4G+ ou LTE-Advanced commence à faire son apparition, promettant des débits plus importants. Et ensuite ? Pour le savoir, quoi de mieux que de nous rendre dans l'un des pays les plus avancés en matière de 4G+ et qui prépare activement la transition vers la 5G : la Corée du Sud.

De la 4G à la 4G+

En annonçant l'arrivée de la technologie LTE (Long Term Evolution), les opérateurs ont beaucoup communiqué sur sa nature 4G, créant une différenciation avec la 3G et la 3G+ HSPA. Dans les fait, la technologie LTE appartient au groupe des technologies dit IMT-2000 qui regroupe les technologies...3G.

Qualcomm CoreeBien qu'apportant des nouveautés dans sa façon de fonctionner et dans l'organisation de l'infrastructure, la 4G LTE appartient en théorie au champ de la 3G tout en préparant l'arrivée des technologies 4G, d'où son appellation de 3,9 G.

Son évolution LTE-Advanced (LTE-A) ,ou 4G+, concrétise plus sûrement les promesses de la 4G en matière de débits grâce à la mise en place d'une composante baptisée agrégation de porteuses et qui permet de réunir plusieurs bandes de fréquences pour accroître les débits.

C'est cette agrégation de porteuses, qui peut prendre plusieurs formes, qui permet le fort accroissement des vitesses de transfert associé à un faible taux de latence et un fonctionnement du réseau se rapprochant toujours plus du Tout-IP, c'est à dire qui ne fait plus de distinction entre réseaux fixes et mobiles, ne créant plus qu'un immense réseau où tout est relié.

Après une enchère de plusieurs milliards d'euros pour obtenir un droit d'exploitation des fréquences attribuées à la 4+G LTE, les opérateurs mobiles se sont battus pour déployer au plus vite un réseau mobile 4G.

LG G3 Cat 6 02 4G navigation LG G3   

Dans le contexte difficile d'une chute des prix des forfaits, le premier à pouvoir proposer un réseau mobile à très haut débit pouvait espérer en profiter pour imposer sa marque. Toujours dans l'idée de regagner de la valeur, c'est maintenant la 4G+ / LTE-Advanced qui fait l'objet de toutes les attentions en dopant les débits qui permettent en retour de supporter de nouveaux usages mobiles comme la VoIP haute définition ou le cloud gaming.

Pour en savoir plus sur les évolutions de la 4G, la 4G+ et les premières briques de la 5G, nous nous sommes rendus dans le pays le plus connecté au monde, où l'on trouve déjà des opérateurs uniquement 4G préparant et testant les services mobiles de demain : la Corée du Sud.



Les usages de la 4G+

La 4G promet des débits de 100 Mbps en débit descendant et de 50 Mbps en débit montant mais ces valeurs peuvent être dépassées avec l'agrégation de porteuses, laissant dès à présent les utilisateurs profiter de débits mobiles théoriques de plusieurs centaines de Mbps.

Avec de tels débits, supérieurs à ceux des lignes fixes ADSL, de nouveaux usages peuvent émerger qui ne seront pas forcément la simple transposition des usages de l'Internet fixe. La Corée du Sud fait partie des pays les plus avancés en matière de technologies mobiles, avec des fleurons technologiques comme Samsung et LG Electronics, et le pays dispose déjà d'un solide maillage 4G qui en fait un laboratoire parfait pour tester les nouveaux usages.

La Corée du Sud compte trois opérateurs principaux : SK Telecom avec 50% de part de marché, KT avec 30% et LG U+ avec 20%, ce dernier ayant la particularité d'être un opérateur purement 4G. Sans surprise, Samsung Electronics (plus de 50% de part de marché) et LG Electronics (30%) dominent largement le marché, suivis de Pantech. Ces trois marques coréennes occupent donc plus de 90% du marché des terminaux à elles seules.

Avec ces atouts et ce savoir-faire, le pays est abonné aux premières mondiales en matière de technologies mobiles (premier à lancer le HSDPA, le LTE-A, le LTE Broadcast...) et l'importante couverture 4G déjà développée permet d'en faire un véritable laboratoire des usages de la 4G.

LG G3 Cat 6 03 LG G3 Cat 6 

C'est donc en Corée du Sud qu'ont été annoncés les premiers smartphones compatibles LTE-A sous norme LTE Cat 6 permettant d'atteindre des débits théoriques jusqu'à 300 Mbps avec le Samsung Galaxy S5 LTE-A et le LG G3 LTE-A.

Quels sont donc les usages permis par ces débits encore plus élevés ? Dans un premier temps, ce sont surtout des améliorations et des optimisations des services existants avec la 3G qui rendent possibles ce qui n'était qu'un rêve avec les technologies précédentes.

4G multiview 4G navigation LG G3 

Chez LG U+, opérateur purement 4G, ce sont des bouquets de services qui sont proposés et dont on commence à trouver des variantes en Europe. Cela porte par exemple sur la diffusion de chaînes de TV en haute définition et en multiview (jusqu'à 4 flux simultanés), avec effets de time lapse (mettre en pause un programme et le reprendre plus tard) et de slow motion.

Du côté de la navigation GPS, la 4G permet d'exploiter des cartographies plus détaillées, à l'image du système RealMap conçu avec Hyundai et déclenchant une vue réaliste à l'approche de la destination pour faciliter le repérage.

D'autres services concernent les services Rich Media associés aux possibilités de la VoLTE (Voice over LTE) avec la possibilité de recevoir des appels tout en utilisant la connexion data, ce qui n'était pas possible jusqu'à présent en 4G.



Quelles avancées avec la 4G+ ?

Les réseaux mobiles 4G sont en cours de déploiement et la 4G+ / LTE-A commence à arriver à arriver en France, les trois opérateurs Orange, SFR et Bouygues Telecom ayant commencé à mettre à jour leur réseau.

En Corée du Sud, la 4G+ LTE-A est déjà d'actualité. Mais quelles sont les stratégies pour améliorer les débits et la qualité des réseaux ? Plusieurs stratégies sont simultanément à l'oeuvre, au niveau de l'optimisation des ressources spectrales comme dans la transformation de l'infrastructure réseau elle même.


L'agrégation de fréquences, la clé du très haut débit
L'une des clés de l'amélioration des débits porte sur la notion d'agrégation de fréquences (Carrier Aggregation ou CA). Si la 4G LTE de base assure des débits de 75 Mbps avec 10 MHz de bande passante, il est possible dans un premier temps de doubler le débit en combinant deux bandes, soit 10 + 10 MHz (2CA), aboutissant à des débits théoriques de 150 Mbps.

roadmap LTE SK LTEA 225 Mbps 

Avec LTE-A, il est possible d'exploiter des bandes passantes de 20 MHz. En mettant à jour leur réseau, les opérateurs mobiles peuvent commencer à proposer une agrégation 2CA 10 + 20 MHz, qui permet d'augmenter encore les débits jusqu'à 225 Mbps, en attendant de pouvoir passer à une agrégation 3CA 10 + 10 + 20 MHz qui permet de grimper jusqu'à 300 Mbps en débit descendant maximum théorique.

Le débit montant pourra aussi profiter de l'agrégation de porteuses dans une certaine mesure et c'est une des optimisations qui occupera les opérateurs mobiles coréens en 2015, et sans doute un peu plus tard en Europe.

Au fur et à mesure de la libération de nouvelles fréquences et du refarming des bandes plus anciennes, il sera possible d'agréger encore plus de bandes et de faire évoluer la 4G+ vers des débits encore plus elevés, atteignant plus de 700 Mbps et préparant les technologies suivantes de la 5G.

Qualcomm SnapDragon Le fabricant de composants mobiles sans fil Qualcomm a été ainsi le premier à proposer un modem gérant l'agrégation de porteuses 3CA correspondant à du LTE Cat 6 à 300 Mbps avec ses modems Gobi 9x35 que l'on retrouve associés à la plate-forme SnapDragon 805 déjà déployée dans certains smartphones haut de gamme (dont les Samsung Galaxy S5 LTE-A et LG G3 LTE-A) et qui seront encore optimisés pour le lancement de la plate-forme haut de gamme SnapDragon 810 en 2015.

Les partenariats entre Qualcomm et les fabricants de smartphones et opérateurs mobiles coréens constituent donc de véritables champs exploratoires qui auront des répercussions sur les déploiements 4G/4G+ du monde entier.


Les small cells pour renforcer la qualité de service
L'augmentation des débits n'est pas la seule amélioration apportée par la 4G+ LTE-A. Les autres grandes innovations se cachent dans l'architecture et le fonctionnement de l'infrastructure, dans une optique visant à optimiser "l'intelligence" du réseau afin de mieux mettre à disposition les ressources là où elles sont nécessaires.

Small cell LTE WiFi 

A cette fin, les grandes cellules des réseaux mobiles commencent à laisser la place à des cellules plus petites, les small cells, de diverses tailles (d'où la notion de réseaux hétérogènes) selon les besoins et qui constituent un maillage plus dense et mieux organisé.

Cloud RAN

Ces small cells font appel à des concepts de virtualisation d'une partie de leur infrastructure (Cloud RAN ou C-RAN) afin de les faire communiquer entre elles et fonctionner selon des schémas permettant d'associer leurs flux.

Associées à des techniques d'antennes MIMO, ces procédés évitent par exemple les problématiques d'écrasement des débits aux marges de la cellule et l'engorgement de la cellule en cas de trafic élevé ponctuel, améliorant globalement la qualité de service.


La VoLTE fait parler la 4G
En plus de l'amélioration des débits et de la qualité de service des réseaux, de nouvelles techniques associées à la 4G / 4G+ viennent appuyer ou appeler de nouveaux usages. Le premier est la VoLTE ou Voice over LTE qui, après des années de maturation, commence à être plus largement déployée et arrive bientôt en France (dès le début 2015 chez certains opérateurs).

VoLTE HD Voice

La technologie 4G LTE a d'abord été pensé comme un service data chargé d'assurer de hauts débits. Dans ses premières moutures, il ne sait faire que ça, ce qui implique qu'un téléphone 4G recevant un appel doit déconnecter de la 4G, se reconnecter en 2G ou 3G et prendre la communication tout en ayant interrompu l'accès data 4G. Cela active et désactive beaucoup de composants dans le téléphone, ce qui affaiblit l'autonomie, et crée une expérience utilisateur frustrante.

La VoLTE permet de gérer les appels voix en 4G sans avoir à interrompre la communication data, et donc aussi sans obliger le smartphone à rebasculer en 2G ou 3G. Avec l'apport du très haut débit et d'un réseau quasiment tout-IP, cela donne aussi la possibilité de proposer de nouveaux services dans lesquels il est possible d'avoir une conversation vocale avec son interlocuteur en qualité HD Voice tout en lui envoyant des fichiers ou en partageant des données. Si ces services étaient déjà en partie accessibles en 3G, ils vont prendre une nouvelle ampleur et se généraliser grâce à la 4G.


eMBMS : le LTE Broadcast pour les grands événements
Le très haut débit apporté par la 4G / 4G+ peut aussi couvrir de nouveaux usages. Les réseaux mobiles 2G, 3G et 4G fonctionnent en mode dit unicast : chaque utilisateur voulant communiquer ouvre un canal dédié avec l'émetteur qu'il est seul à occuper. L'antenne émettrice se charge d'empiler et de gérer les canaux de communication dans la limite de sa bande passante.

Quand elle arrive à saturation au bout de quelques dizaines à quelques centaines d'utilisateurs en fonction de sa taille et des ressources allouées, elle ne peut plus accepter de nouvelle communication. Ce fonctionnement est acceptable dans des scénarios fluides dans lesquels les utilisateurs entrent et sortent régulièrement des cellules mais elle est difficilement gérable quand des milliers d'utilisateurs sont présents au même endroit, comme lors d'un événement sportif par exemple.

KT eMBMS KT eMBMS 02 

La solution des opérateurs mobiles consiste souvent à apporter des antennes temporaires amenées par camion mais les problèmes de saturation et de mauvaise qualité du réseau mobile durant ces grands rassemblements restent fréquents.

Une réponse plus efficace pourrait venir des service eMBMS, autrement appelés LTE Broadcast. Comme son nom l'indique, il s'agit de changer le mode de fonctionnement du réseau d'un mode unicast à un mode broadcast qui permet d'apporter un même contenu à des milliers d'appareils mobiles en même temps qui comportent alors comme des récepteurs.

Le LTE Broadcast est encore en phase d'évaluation chez les opérateurs, même en Corée du Sud, et peut couvrir différents types d'usage : diffusion de masse, distribution d'une application ou d'une mise à jour à un grand nombre d'utilisateurs...



Cap sur la 5G

Les réseaux mobiles 4G LTE sont amenés à évoluer au fil des années pour gagner en débit et en qualité de service. Ils vont progresser grâce aux avancées de la 4G+ LTE-A et de diverses techniques associées. Cette infrastructure doit également être épaulée par les millions de points d'accès WiFi déployés sur tout le territoire et qui pourront décharger une partie des usages les plus gourmands.

Au-delà, c'est déjà la technologie suivante, la 5G, qui se profile. Ses fondations ne sont pas encore officiellement fixées et les premiers partenariats se mettent en place, parfois même à l'international, comme l'accord de coopération entre la Corée du Sud et l'Europe.

LG UPlus 5G

La 5G doit prolonger les apports de la 4G et permettre d'atteindre des débits mobiles de l'ordre de 1 Gbps. (et ensuite plusieurs Gbps). On l'a vu, la continuité des évolutions de la 4G+, avec la poursuite du principe d'agrégation de fréquences, devrait déjà permettre d'atteindre des débits de plusieurs centaines de Mbps d'ici la fin de la décennie.

Si les technologies de la 5G ne sont pas encore définies, cela n'empêche pas les expérimentations en très haut débit. Un opérateur comme SK Telecom a déjà mené des tests permettant d'atteindre des débits allant jusqu'à 3,8 Gbps.dans un essai avec Nokia mais aussi plus de 5 Gbps avec Ericsson et en collaboration avec le japonais NTT DoCoMo.

5G evolution 5G pretest 
  

La 5G n'étant pas encore vraiment structurée, certains opérateurs, comme LG U+, la définissent non pas tant comme un ensemble de nouvelles technologies mais plutôt comme un ensemble constitué de la 4G/4G+ qui continue à évoluer, du WiFi (dont le WiGig) et des réseaux fixes, formant une grande structure unifiée devenant vraiment des réseaux tout-IP.

5G collaboration 5G architecture 

Ce qui est sûr, c'est que la Corée du Sud sera de nouveau parmi les premiers à se lancer dans la 5G, et le gouvernement coréen est prêt à participer aux financements qui feront de ses fleurons nationaux des leaders dans le domaine.

Plusieurs conférences de l'ITU-R (Union internationale des télécommunications) doivent poser le cadre technique de la 5G sur les années 2015 et 2016, après quoi la commercialisation des premiers services pourrait intervenir dès la fin 2019.




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Beltidizay Hors ligne Héroïque avatar 662 points
Le #1818134
when haiti will be in that range we still dont have a 3G oh gosh
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