Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La cinquième génération de réseaux sans fils cellulaires, plus simplement appelée 5G, ne devrait pas être disponible pour le grand public avant 2020. Cependant, la quantité d'innovations nécessaire et les enjeux financiers sous-jacents en font dès aujourd'hui un sujet majeur. Dans cet article, nous présentons le contexte et les services attendus de la 5G. En vue d’offrir ces services à des dizaines de milliards de terminaux, des travaux de recherche et de standardisation sont nécessaires. Un aperçu de ces travaux est donc inclus dans cet article. Nous présentons ensuite les évolutions technologiques pressenties pour la 5G, ainsi que des exemples d’architectures, qui commencent à faire consensus. L’article se termine sur les perspectives des chemins qui devraient nous mener jusqu’à la 5G.
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Loutfi NUAYMI : Maître de conférences - Institut Mines Télécom – Télécom Bretagne
INTRODUCTION
Dans cet article, nous proposons une introduction aux travaux en cours devant nous conduire aux réseaux cellulaires de cinquième génération, dits 5G, à l’horizon de 2020. La 5G soulève d’énormes enjeux financiers. Elle permettra de développer une multitude de nouveaux services qui devront être fournis à des dizaines de milliards de terminaux, c’est pourquoi d’importants travaux de recherche et de standardisation sont nécessaires. Nous présentons ensuite les évolutions technologiques pressenties pour la 5G, ainsi que des exemples d’architectures, qui commencent à faire consensus.
La structure de notre article est la suivante. Dans le paragraphe 1, nous décrivons le contexte, les objectifs visés, ainsi que les enjeux de la 5G, tels qu’identifiés au moment de la rédaction de ces lignes. Dans le paragraphe 2, nous présentons les principales étapes d’ici 2020, après rappel des éléments majeurs des quatre premières générations. Les technologies envisagées, qui font encore l’objet de travaux de recherche et d’évaluation des performances, sont résumées au paragraphe 3. Ces technologies sont étudiées dans différentes entreprises (équipementiers, opérateurs, autres fournisseurs de solution), ainsi que dans des projets collaboratifs que nous abordons dans le paragraphe 4. Une architecture globale proposée par le plus connu de ces projets est décrite au paragraphe 5, regroupant la plupart des technologies envisagées pour la 5G. L’article se termine par une conclusion, ainsi que les perspectives des chemins qui devraient nous mener jusqu’à la 5G.
Un tableau d’acronymes est présenté en fin d’article.
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Efforts de recherche sur le 5G
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3. Technologies envisagées
Comme déjà évoqué, la standardisation spécifique de la 5G, avec la Release 14, n’a pas encore démarré. Le processus de standardisation sera certainement long et s'étalera selon les estimations jusqu’en 2018-2020.
De nouvelles contributions pourraient y être intégrées mais, sauf surprise, les briques technologiques principales de la 5G sont aujourd’hui connues. Dans la suite de ce paragraphe, nous fournissons un bref descriptif des principales technologies pressenties pour la 5G avec les références bibliographiques nécessaires, cette liste ne se veut pas exhaustive.
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Utilisation des mmWaves
Jusqu’à la 4G incluse, il était couramment admis que les fréquences radioélectriques supérieures à 5 GHz n’étaient pas adaptés aux réseaux cellulaires. Aujourd’hui, ces fréquences sont mieux maîtrisées et sont déjà utilisées dans les réseaux locaux sans fil WiFi récents, comme 802.11ad, opérant à 60 GHz. Bien entendu, les problèmes physiques subsistent. En particulier, ces ondes (fréquences supérieures à 5 GHz) ne pénètrent pas facilement dans les bâtiments et ont une propagation plus réduite. Mais, il semble qu’il sera possible de les utiliser notamment avec des antennes plus adaptées. Des bandes autour de 30 GHz ou, plus souvent, 60 GHz, sont souvent mentionnées. Plus de détails sur l’utilisation des très hautes fréquences, également appelées mmWaves, sont présentés dans .
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Massive MIMO
La technique d’antennes avancées MIMO, Multiple Input Multiple Output, consistant à avoir plus d’une antenne émettrice et plus d’une antenne réceptrice pour la même liaison radio, est aujourd’hui bien maîtrisée et elle fait partie, sous certaines formes, de la 4G, de certains systèmes WiFi, etc. Elle permet notamment d’augmenter les débits de données. Une variante de MIMO qui pousse plus les performances de MIMO est le Massive MIMO. Massive MIMO est une forme de « multiuser...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CISCO White Paper - Cisco visual networking index : global mobile data traffic forecast update, 2014–2019, - fév. 2015.
-
(2) - BOLLA (R.) et al - Energy efficiency in the future internet : a survey of existing approaches and trends in energy-aware fixed network infrastructures. - IEEE Communications Surveys and Tutorials, Q2 (2013).
-
(3) - SUAREZ (L.), NUAYMI (L.), BONNIN (J.M.) - An overview and classification of research approaches in green wireless networks. - Eurasip journal on wireless communications and networking (2012).
-
(4) - HUAWEI - 5G : A technology vision. - White paper, fév. 2014.
-
(5) - ERICSSON - 5G radio access. - White Paper, juin 2013.
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(6) - ITU-R M.2134 - Requirements related to technical system performance for IMT-Advanced radio interface(s), - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
EARTH (FP7)
Projet collaboratif européen du type FP7 (01/2010-06/2012), EARTH a étudié les réseaux cellulaires à haute efficacité énergétique. Avec une approche holistique, il a contribué de manière importante avec des propositions comme le E3F Framework : modélisation du réseau, métriques de performance, techniques RRM et dispositifs d’extension de couverture pour l’efficacité énergétique. https://www.ict-earth.eu/
METIS (FP7) et METIS II (5GPPP)
Projet collaboratif européen (11/2012-06/2015), METIS a étudié les pistes possibles pour les réseaux cellulaires 5G. C’est le premier grand projet collaboratif, du type FP7, financé par la Commission européenne avec l’objectif de préparer la 5G. Les résultats de METIS ont été, en grande partie, repris pour mettre en place l’organisation du 5GPPP. METIS II, démarré en juillet 2015, est la suite de METIS et se focalise sur le réseau d’accès radio de la 5G. https://www.metis2020.com/ https://5g-ppp.eu/metis-ii/
5G Forum, Corée du Sud
La Corée du Sud, avec ses acteurs majeurs des télécommunications, opérateurs et équipementiers, a un rôle de premier plan depuis les premiers déploiements de la 3G. Un des nombreux atouts de la Corée du Sud est la forte collaboration mutuelle entre tous les concernés par les réseaux cellulaires. La page web du 5G Forum mentionne comme un des objectifs la contribution de tous les acteurs de la nouvelle infrastructure de communications mobiles, notamment : Internet des Objets (IoT)/Cloud/Big Data, et industrie, académiques, recherche pour les institutions, ainsi que les équipementiers et les fournisseurs de services. http://www.5gforum.org/
4G Americas
Avec la 4G, les États-Unis ont pu largement récupérer...
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