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5G, ce qui change pour l’industrie électronique

on 21 mai 2019

La 5G est la prochaine révolution technologique qui devrait entraîner de grands changements dans les services numérique, avec des répercussions importantes pour les différents opérateurs du secteur et pour les consommateurs finaux. Mais qu’impliquera l’adoption progressive de la 5G dans le domaine de la conception et de la production électronique ?

Un point de départ intéressant afin d’explorer ces nouvelles perspectives est le rapport de Scott Stonham, fondateur d’innovationscouts.tech, lors de la dernière édition du Mobile World Congress à Barcelone (#MWC19), dont le thème était la connectivité intelligente.

La 5G dans l’automobile

L’automobile est l’un des secteurs les plus prometteurs. « Par rapport à l’an dernier », déclare Scott Stonham, « l’accent est moins mis sur les véhicules autonomes mais l’est davantage sur les véhicules connectés. Le concept vidéo de BMW l’a parfaitement démontré, avec le conducteur utilisant des gestes à l’intérieur de l’habitacle pour indiquer un restaurant, obtenir des informations sur le menu et réserver une table, tout simplement en pointant et en parlant. » L’automobile est l’un des secteurs dans lesquels les opérateurs de télécommunication ont les attentes les plus élevées. Vodafone a déclaré à cette occasion que les voitures connectées constituaient, selon eux, le secteur connaissant la croissance la plus rapide en termes de nombre de connexions.

Toutefois, en ce qui concerne la communication V2x, c’est-à-dire la communication entre véhicules et entités externes, la technologie la plus efficace reste la norme IEEE 802.11p. Le livre blanc de Siemens que vous pouvez télécharger à la fin de cet article l’explique plus en détails.

La 5G dans la médecine

La médecine est le domaine dans lequel la 5G peut trouver son application la plus complète, car elle peut tirer parti de toutes les fonctionnalités propres à cette technologie. Depuis l’apparition du concept de 5G il a été supposé que les trois scénarios principaux d’utilisation de cette nouvelle technologie seraient :

  1. Une vitesse plus élevée ;
  2. La capacité à prendre en charge un nombre beaucoup plus élevé de connexions par cellule ;
  3. Une amélioration significative de la fiabilité et de la latence.

Le problème était de les appliquer à des cas d’utilisation concrets. Au MWC de Barcelone, il a été présenté comment la chirurgie robotique à distance pourrait être l’un de ces cas d’application, celle-ci nécessitant des vitesses très élevées, une fiabilité garantie et une latence  extrêmement faible. Pendant l’événement, il y avait la possibilité d’assister à la première intervention dans le monde de chirurgie contrôlée en direct. C’était une intervention de sigmoïdectomie laparoscopique, c’est-à-dire l’ablation du sigmoïde, la partie terminale du gros intestin. Pour les plus curieux, voici la partie de la conférence concernant cette intervention.

Outre la chirurgie à distance, il existe de nombreuses autres applications potentielles dans le domaine médical, depuis les applications pour le de don de sang jusqu’à l’envoi de véhicules d’urgence, en passant par le support aérien en cas d’accident ou de sauvetage. D’autres domaines devraient  naître de la combinaison de l’intelligence artificielle, la 5G et l’IoT, ce qui permettrait de mieux comprendre la quantité croissante de données provenant des dispositifs portables.

La 5G dans le gaming

À l’extrême opposé de l’intérêt pratique, nous trouvons le gaming, l’autre domaine dans lequel les attentes sont énormes car le jeu en ligne nécessite une grande rapidité et une faible latence. Cela pourrait être le secteur de consommation dans lequel la 5G peut le mieux jouer le rôle de moteur économique.  Le chiffre d’affaires, déjà très conséquent, pourrait trouver un nouveau terrain fertile dans le développement du Cloud Gaming, le jeu joué directement sur le net entre joueurs à distance. Vous pouvez voir une explication du fonctionnement de Cloud Gaming dans cette vidéo montrant un schéma proposé par Ubisoft. Ce schéma explique comment, grâce à la bande passante du réseau, le lecteur peut exploiter la puissance de calcul des serveurs distants.

Les 5 générations de la téléphonie mobile

Le nom 5G désigne la cinquième génération à partir des premiers modèles de téléphones analogiques de la fin des années 1970.

Géneration1G2G2.5G303.504GSG
Débuts1970-19801990-20002001-20042004-20052006-20102011-Aujourd’huiProchainement (2020)
Largeur de bande2 Kbps64 Kbps144 Kbps2 MbpsMore than
2 Mbps
1 Gbpsmore than 1 Gbps
TechnologieAnalog
Cellular
Digital
Cellular
GPRS,
EDGE,
CDMA
CDMA 2000
(1xRT, EVDO)
UMTS, EDGE
EDGE.
Wi-Fi
WiMax LTE
Wi-Fi
wwww
ÉmetteurVoiceDigital Voice, SMS,Higher Capacity Packet Size

Data

SMS,
MMS
Integrated
High Quality
Audio, Video &
Data
Integrated High Quality Audio, Video & DataDynamic Information access, Wearable DevicesDynamic Information access, Wearable Devices with AI Capabilities
MultiplexeFDMATDMA,
CDMA
CDMACDMACDMACDMACDMA
CommutateurCircuitCircuit,
Packet
PacketPacketAll PacketAll PacketAll Packet
Réseau principalPSTNPSTNPSTNPacket N/WInternetInternetInternet
TransmissionHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontal &
Vertical
Horizontal &
Vertical

Source: Rehman Talukdar & Mridul Saikia.

Qu’est-ce que la 5G et en quoi se différencie-t-elle de la 4G

Il est important de souligner que la 5G n’en est qu’à ses tout débuts. En effet, on ne peut pas dire que la 5G soit déjà une réalité, car il existe très peu de régions du monde où la connexion 5G est proposée et les téléphones qui la prennent en charge ne sont pas encore commercialisés. Il faudra au moins deux ans pour atteindre un seuil critique de zones et d’appareils connectés. Selon les spécialistes, la 4G restera dominante jusqu’en 2021.

En France, Orange a déjà lancé des pilotes 5G à Belfort (Franche-Comté) sur plusieurs bandes de fréquence. SFR, Bouygues Telecom, Free, ont également conduit des tests pour avancer sur la question de la 5G.

La 5G diffère de la génération précédente, celle que nous utilisons actuellement, avant tout par sa vitesse beaucoup plus élevée avec des valeurs maximales de 20 Gbps, même si dans la pratique elle est d’environ 1,4 Gbps. La technologie 4G (LTE) actuelle a un pic d’environ 4 000 Mbps, qui atteint en pratique 100 Mbps. La longueur d’onde est très petite car les fréquences sont très élevées, jusqu’à 300 GHz. Cela signifie que la transmission est beaucoup plus sensible à la distance par rapport à l’antenne, la puissance diminuant beaucoup plus rapidement que pour la 4G, ainsi qu’aux obstacles physiques. Un nombre conséquent d’antennes supplémentaires est donc nécessaire, ce qui provoque déjà de nombreuses réactions d’inquiétudes pour la santé. Sur ce dernier point, il est inutile de dire qu’il n’y a pas de preuves scientifiques définitives et qu’entre-temps le marché continue de progresser.

Une autre différence très importante concerne le temps de latence, qui est réduit à des valeurs nettement inférieures à 10 millisecondes, voire même à 1 ms selon certains scénarios. C’est une différence importante par rapport au seuil de 20 ms que 4G ne peut dépasser, surtout lors de nombreuses connexions simultanées. La latence mesure la vitesse de réponse d’un système, définie comme l’intervalle de temps entre le moment où l’entrée du signal arrive sur un système et le moment où sa sortie est disponible.

Enfin, la 5G se distingue de la 4G par une capacité bien supérieure à gérer plus de connexions en simultanée.

La 5G dans la conception électronique

Le lancement de la 5G aura évidemment un impact très important sur le monde de l’électronique, même si cela sera de manière différente selon le type d’application et le dispositif concerné. Les smartphones seront ceux qui subiront l’impact le plus important, de même que les dispositifs de réalité virtuelle et, en partie, l’IoT. Les facteurs clés de la conception seront la disponibilité d’outils adéquats pour tester et mesurer les paramètres temporels, selon William G. Wong, de Electronic Design.

Wong mentionne l’avis de Sean D’Arcy, directeur des secteurs de l’aérospatiale et de la défense chez Analog Devices, selon qui « avant que la 5G ne soit disponible à l’échelle mondiale, les technologies RF rencontreront des points critiques de contrôle des performances. La disponibilité du spectre, qu’elle soit faible, moyenne ou élevée, aura une grande importance. Au-dessous de 6 GHz, le niveau de couverture sera massivement mis en place par le biais de MIMO (systèmes à entrées et sorties différentes) utilisant les infrastructures existantes, suivie ensuite d’une densification. L’installation de petites cellules sera cruciale pour la distribution 5G, afin d’exploiter les fréquences les plus hautes ».

Piyush Sevalia, vice-président directeur du marketing de SiTime, a fait une observation très intéressante : « En 2019, nous verrons un intérêt croissant pour les progrès de la synchronisation 5G, parallèlement à la croissance de la distribution 5G. Par conséquent, les solutions de synchronisation MEMS vont proliférer car elles apportent des avantages exclusifs qui ne sont pas offerts par les solutions de synchronisation traditionnelles. Les marchés de la 5G, des télécommunications, de l’automobile et de l’IoT bénéficieront grandement de la taille, de la fiabilité et des performances des solutions de synchronisation MEMS. Nous rappelons que l’abréviation MEMS signifie Micro Electro-Mechanical Systems (microsystèmes électromécaniques). Elle désigne un ensemble de dispositifs de différents types (mécaniques, électriques et électroniques) intégrés sous une forme très miniaturisée sur le même substrat de matériau semi-conducteur, par exemple le silicium. Ces dispositifs combinent les propriétés électriques du semi-conducteur intégré avec des propriétés opto-mécaniques « .

« Dans les réseaux et les communications », déclare Sevalia, « les temps et la synchronisation sont essentiels pour l’ensemble du système. La résilience de la synchronisation MEMS fournit des performances inépuisables lorsqu’elle se propage dans des environnements moins contrôlés et plus difficiles, ce qui est fondamental pour la 5G. Ce même besoin de fiabilité et de performances dynamiques encourage l’utilisation croissante des résonateurs MEMS dans le secteur automobile, où les systèmes doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions difficiles. Dans l’IoT, la synchronisation MEMS fournit une petite taille, un poids réduit et une basse puissance ».

Le potentiel de la 5G ne doit cependant pas nous faire perdre de vue le fait que la mise en œuvre de nouvelles technologies nécessite un certain temps et qu’entre-temps le secteur doit progresser sur les routes solides déjà existantes. Les technologies actuellement en place, telles que la 3G et la 4G, guideront les solutions IoT, IIoT et de l’industrie 4.0. « La plupart des applications IoT ne nécessitent pas de connectivité à bande large », signale Wong. « Le LTE-M., en d’autres termes la version M2M (Mobile2Mobile) de la spécification de communication sans fil LTE, « peut offrir 1 Mb / s, alors que les autres options disponibles sont beaucoup plus lentes. La 5G permettra une capacité de transmission nettement supérieure, ouvrant la voie à de nouvelles applications ».

Technologie 802.11p e 5G dans le secteur automibile

Téléchargez le livre blanc gratuit de Siemens

Ready to roll: Why 802.11p beats LTE and 5G for V2x

Ce livre blanc de Siemens explique comment la communication V2x, c’est-à-dire la communication entre véhicules et entités externes, améliore la sécurité de la circulation et accroît l’efficacité des systèmes de transport. La technologie de communication à courte portée (DSRC), basée sur la norme IEEE 802.11p, a fait l’objet d’une standardisation poussée, du développement de produits et d’essais sur le terrain par toutes les parties impliquées, démontrant ainsi les avantages considérables offerts par le domaine V2x. Contrairement aux technologies cellulaires, la DSRC est prête pour la mise place de V2x et peut être appliqué à ses cas d’utilisation les plus exigeants.

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