Au cours des dernières années, les chercheurs ont travaillé dur pour explorer de nouveaux concepts et technologies pour répondre à la question: «Qu'est-ce que la 5G?»
Le 3GPP [3rd Generation Partnership Project] développe et publie des spécifications harmonisées définissant des normes sans fil. Il avait déjà établi un calendrier de travail 5G, et la première phase de la définition 5G appelée Nouvelle Radio (NR) [nouvelle radio] a été adoptée début décembre 2017.
Fig. 1 - la première spécification de la technologie NR pour la 5G a été approuvée fin 2017, des mises à jour programmées sont prévues pour 2018Bien que la première phase de NR diffère du protocole LTE, qui est largement utilisé dans les communications mobiles d'aujourd'hui, il existe une similitude entre eux. Les différences les plus frappantes entre LTE et NR sont la bande passante et la fréquence de fonctionnement. De plus, NR ajoute de nouvelles opportunités pour la concentration de rayonnement - à la fois dans les communications analogiques et numériques. Le tableau compare les principales spécifications de LTE et NR.
| LTE | NR phase 1 |
|---|
| Fréquence de travail | Jusqu'à 6 GHz | Jusqu'à 52 GHz |
| Largeur de bande | Jusqu'à 20 MHz | Jusqu'à 100 MHz à une fréquence <6 GHz, jusqu'à 1 GHz à une fréquence> 6 GHz |
| Association des transporteurs | Jusqu'Ă 32 | Jusqu'Ă 16 |
| Concentration de faisceau analogique (dynamique) | Non pris en charge | Soutenu par |
| Concentration de faisceau numérique | Jusqu'à 8 couches | Jusqu'à 12 couches |
| Codage des canaux | Données: turbo codage, contrôle: codage convolutionnel | Données: LDPC, contrôle: codage polaire |
| Sous-porteur | 15 kHz | 15, 30, 60, 120, 240 kHz |
| Sous-châssis autonome | Non pris en charge | Disponibles |
| Congestion du spectre | 90% de largeur de canal | Jusqu'Ă 98% de largeur de canal |
Pour respecter les délais serrés de mise en œuvre de la 5G, un plan de mise en œuvre étape par étape a été proposé. Le plan se compose de deux versions de NR: autonome et intégré. La version intégrée fonctionnera avec LTE eNB en tant que primaire et avec la deuxième cellule auxiliaire NR gNB (équivalente à 5N NR eNB) connectée à l'EPC. Cette version de la norme a été approuvée en décembre 2017. Le diagramme montre à quoi elle ressemblera:
Fig. 2La version 5G NR intégrée permettra de profiter de l'infrastructure existante pour la mise en œuvre initiale de la technologie 5G. La version autonome est conçue pour être compatible de bas en haut avec les futures versions des normes sans fil. Les réseaux autonomes peuvent coexister avec des réseaux combinés et fonctionner simultanément. La date exacte de la présentation de la technologie autonome n'a pas encore été fixée, mais un tel schéma a été pris en compte lors du développement de la première phase de NR. Un diagramme de cas autonome est présenté ci-dessous:
Fig. 3 ( source )En plus de participer au consortium de normalisation, Verizon et Korea Telecom (KT) recherchent des moyens de commercialiser la technologie avant la 5G. Verizon tente de déployer un accès sans fil permanent basé sur le Forum technique 5G (Verizon 5GTF ou V5GTF) à l'hiver 2017. Le V5GTF fonctionnera à 28 GHz et sera utilisé pour fournir l'Internet haute vitesse dans les cas du «dernier kilomètre», mais ne couvrira pas les communications mobiles. KT, d'autre part, essaie de déployer la technologie 5G précédente pour une utilisation aux Jeux olympiques d'hiver. Les spécifications de ces plans n'ont pas encore été publiées.
Lors de la discussion sur la 5G, la fréquence de travail a provoqué un débat houleux, et maintenant la clarté commence à apparaître sur cette question. Le tableau présente un résumé des fréquences considérées en fonction de la participation au 3GP.
L'importance des ondes millimétriques
Il est important de noter que les fréquences jusqu'à 6 GHz joueront toujours un rôle important dans la technologie 5G. Les entreprises recherchent des moyens d'augmenter jusqu'à cinq fois le débit par rapport à la technologie LTE. Les fréquences énumérées dans le tableau représentent une grande partie des fréquences considérées, mais ce n'est pas une liste complète. Par exemple, T-Mobile prévoit d'utiliser le spectre de fréquences dans la région de 600 MHz pour introduire la 5G aux États-Unis.
Et bien que les fréquences millimétriques pour la première phase NR soient mieux définies, selon la région de mise en œuvre, la norme nécessitera plusieurs gammes. Par exemple, les régulateurs chinois ont proposé des gammes de 24,75-27,5 et 37-42,5 GHz. Aux États-Unis, la FCC a proposé 28 bandes et 2 bandes dans la bande 37-40 GHz. Les Européens ont déclaré que 28 GHz ne fonctionneraient pas, et ils se concentrent sur le spectre 24-27 GHz, ainsi que 38-39 GHz. La Corée et le Japon se dirigent vers 28 GHz.
Une bonne première étape dans la compréhension du processus de commercialisation de la 5G est une compréhension claire de la norme de communication, mais d'autres difficultés affecteront également la vitesse de déploiement de la nouvelle technologie - à la fois dans le domaine du développement de composants et de la conception de systèmes, ainsi que dans la vérification et la certification des appareils. L'ajout de technologies telles que la concentration du faisceau nécessite un changement dans les circuits intégrés radiofréquences tels que les amplificateurs et les émetteurs-récepteurs. Pour minimiser les pertes du système, les réseaux d'antennes s'intègrent de plus en plus sur une seule puce ou module dans les amplificateurs et les émetteurs-récepteurs. Par conséquent, les ingénieurs ne peuvent plus tester ces appareils avec des tests de câbles. Les tests sans fil, auparavant considérés comme inacceptables, deviennent obligatoires.
Difficultés à venir avec les tests et les mesures
NR, en particulier pour les ondes millimétriques, est beaucoup plus complexe que LTE. La plupart des équipements de test existants ne sont pas conçus pour fonctionner avec une combinaison de fréquences porteuses plus élevées, de canaux de débit plus larges et de mesures sans fil. En fait, même des tâches de mesure aussi simples que la mesure de puissance devront être repensées dans le cas de la 5G, car il n'y a pas de définition claire et d'accord dans l'industrie sur ce que signifie recevoir des mesures sans fil calibrées.
Bien que le processus de normalisation des premier et deuxième niveaux de communication soit en voie d'achèvement, de nombreux problèmes restent en suspens. Jusqu'à présent, la 5G a ouvert une nouvelle ère dans les communications sans fil et il est clair que ce n'est que le début. Dans l'industrie du développement, de la vérification et de la mesure RFID, il est temps de tirer parti de la recherche et des innovations sans fil pour que la 5G puisse être commercialisée.