L'introduction de la 5G dans les réseaux mobiles

Au-delà des promesses technologiques, quels sont les enjeux pour les utilisateurs, quelles sont les stratégies de déploiement pour tenir compte des spécificités des territoires et adresser les enjeux nationaux ?

La 5G s’inscrit dans un processus continu d’augmentation du débit de connectivité mobile et offre un vrai saut en matière de “temps réel ou latence”

Le déploiement de la 5G s’inscrit dans une évolution continue depuis les années 1980 de technologies (GSM, UMTS, LTE) visant, au cours des générations successives, à transmettre la voix, puis les données, avec un accroissement du débit d’information. La mise en œuvre de la 5G s’inscrit également dans un objectif d’optimisation technico-économique de la connectivité, au bénéfice de l’ensemble des citoyens, et en cohérence avec les enjeux environnementaux croissants.

A chaque génération, le débit s’accroît : entre la 4G et la 5G, l’ordre de grandeur s’apparente, de manière approximative, à un facteur 10.

Débits associés aux différentes générations de réseaux mobiles
Débit maximal 0,3 Mbit/s 7,2 Mbit/s 42 Mbit/s 150 Mbit/s 300 Mbit/s – 1 Gbit/s 1 – 10 Gbit/s
Débit moyen 0,1 Mbit/s 1,5 Mbit/s 5 Mbit/s 10 Mbit/s 15 Mbit/s – 50 Mbit/s 50 Mbit/s et plus

La 5G, qui cohabitera avec les générations précédentes de réseaux mobiles, utilisera, dans un premier temps, des bandes de fréquences déjà exploitées par celles-ci ainsi que la bande 3,5 GHz.

Cette bande 3,5 GHz sera déployée pour répondre à la croissance du trafic de données et au problème de capacité des réseaux mobiles dans les zones urbaines denses. Plusieurs opérateurs mobiles ont mis en évidence un manque de ressources attendu vers 2022 en France, avec un risque de baisse de la qualité de service pour l’utilisateur. La consommation de données par les utilisateurs croît de manière très significative :

- Le volume total de données consommées sur les réseaux mobiles a ainsi été multiplié par 9 entre 2016 et 2020 ;

- La consommation mensuelle moyenne, par carte SIM, de données sur les réseaux mobiles a augmenté de 43% entre le premier trimestre 2019 et le premier trimestre 2020.

Tactis - Consommation moyenne des données sur les réseaux mobiles en gigaoctet

Les stations de base radio, qui communiquent avec les terminaux mobiles, fonctionnent aujourd’hui sur les technologies 2G, 3G et 4G. La 5G consistera en une évolution logicielle de ces équipements.

La mise en œuvre de la bande 3,5 GHz nécessitera l’ajout de nouvelles antennes, notamment sur les supports existants.

L’utilisation de cette bande 3,5 GHz permet la mise en œuvre d’antennes actives, i.e. antennes massive MIMO (multiple input multiple output), dites aussi « intelligentes ». Ces antennes ne sont d’ailleurs pas spécifiques à la 5G. Elles contiennent plusieurs petites antennes, pour des émissions focalisées. Cette solution doit permettre d’économiser l’énergie, à volume de données constant, en n’émettant qu’à la demande ou en se mettant en veille en l’absence de demande de service.

Des classes d’antennes-relais ont été standardisées par des organismes internationaux

• Antennes « macro » longue portée : puissances injectées de plus de 6,3 W (type d’antennes utilisées pour le réseau macro actuel des opérateurs) ;
• Antennes « micro » moyenne portée : puissances injectées comprises entre 250 mW et 6,3 W (type d’antennes indoor ou outdoor utilisées sur du mobilier urbain par exemple) ;
• Antennes « pico » de portée locale : puissances injectées comprises entre 100 mW et 250 mW (type d’antennes indoor, utilisées par exemple dans les centres commerciaux) ;
• Antenne « femto » de portée résidentielle : puissances injectées inférieures à 100 mW (antennes indoor utilisées chez les particuliers, comparable à des « box »).

Enfin, le passage à la 5G requiert de nouveaux terminaux. Le parc de terminaux se renouvelle naturellement par cycle d’environ deux ans.

Les fréquences radio : une ressource rare à optimiser

Le déploiement de la 5G dans les réseaux mobiles existants se fera de façon progressive. Une pratique bien établie dans le secteur des communications électroniques, en particulier mobiles, est d’assurer le changement dans la continuité, c’est-à-dire de déployer une nouvelle génération de manière incrémentale, en continuant d’exploiter les générations précédentes afin de garantir la continuité du service offert aux utilisateurs et leur laisser le libre choix de son évolution. Cette évolution s’accompagne d’une réutilisation progressive des anciennes bandes de fréquences par la dernière technologie déployée pour optimiser globalement l’usage du patrimoine de spectre (refarming).

La 5G doit prochainement se déployer dans la bande 3,5 GHz, historiquement utilisée pour des services par satellite ou des boucles radio locales, et peut utiliser des fréquences plus basses, déjà largement utilisées par les opérateurs mobiles.

700 MHz

Tactis - Répartition des fréquences 700 MHz

800 MHz

Tactis - Répartition des fréquences 800 MHz

900 MHz

Tactis - Répartition des fréquences 900 MHz

1800 MHz

Tactis - Répartition des fréquences 1800 MHz

1900 - 1920 MHz

Tactis - Répartition des bandes de fréquence 1900-1920 MHz

2,1 GHz

Tactis - Répartition des fréquences 2,1 GHz

2,6 GHz FDD

Tactis - Répartition des fréquences 2,6 GHz

2,6 GHz TDD

Tactis - Bande des 2,6GHz TDD

Source des graphiques ci-dessus : ANFR - Observatoire du déploiement des réseaux mobiles - Métropole - Résultats au 1er septembre 2020

Niveaux d’exposition aux ondes et 5G

Les valeurs limites d’exposition aux ondes électromagnétiques font l’objet, depuis 1998, de lignes directrices, élaborées par une organisation internationale non gouvernementale de nature scientifique, et appelée ICNIRP (international Commission on non-ionizing radiation protection). Cette organisation scientifique, reconnue notamment par l’OMS (Organisation mondiale de la santé), établit ces valeurs limites d’exposition sur la base des seuls effets délétères aujourd’hui avérés : les effets thermiques sur les tissus, pour une exposition lointaine (antennes) comme pour une exposition proche (terminaux).

Les lignes directrices de l’ICNIRP représentent une référence pour l’OMS, l’Union européenne et une grande majorité des pays, dont la France, qui les a déclinées dans des dispositions réglementaires. De plus, la France a instauré une série d’autres dispositifs pour limiter davantage l’exposition du public au-delà de l’obligation du respect des valeurs limites d’exposition. La France a également mis en place des mesures de surveillance et de contrôle de l’exposition dans les lieux de vie et des émissions par les terminaux.

En France, les mesures actuelles de l’exposition sont largement en-deçà des valeurs limites fixées par la réglementation et leur médiane varie peu au cours des dernières années. Au total, moins de 1% des mesures d’exposition effectuées par l’ANFR dépassent le niveau retenu pour les points dits atypiques, c’est-à-dire soumis à un champ supérieur à 6 V/m, valeur dix fois inférieure au niveau de référence de l’ICNIRP correspondant aux futures bandes de la 5G.

Il est difficile de mesurer l’exposition liée aux usages (c’est-à-dire au contact des terminaux) qui, pourtant, en représentent usuellement la part prépondérante ; l’ANFR contrôle la conformité avec la réglementation des types de téléphones mis sur le marché.

Il est également complexe d’estimer l’évolution des niveaux d’exposition en France du fait de l’arrivée de la 5G. Les éléments disponibles à ce jour permettent d’estimer que l’introduction de la 5G dans la bande 3,5 GHz avec antennes actives ne générera pas de rupture en matière d’exposition dans les zones urbaines, où elle sera majoritairement déployée, par rapport aux évolutions observées avec les réseaux existants, mais peut contribuer à une augmentation du nombre de points atypiques, ce qui devra faire l'objet d'une vigilance particulière.

Les points atypiques sont des lieux dans lesquels les niveaux d’exposition du public aux ondes électromagnétiques dépassent substantiellement les niveaux généralement observés à l’échelle nationale. Le recensement annuel des points atypiques fait part des missions confiées à l’ANFR, en application des dispositions de la loi du 9 février 2015 relative à la sobriété, à la transparence, à l’information et à la concertation en matière d’exposition aux ondes électromagnétiques. Dans son recensement publié en avril 2020, l’ANFR faisait état de 29 points atypiques identifiés parmi 3 820 mesures effectuées en 2019.

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    Florence Erpelding - expert 5G

    Florence

    Experte connectivité mobile
    Florence a une expérience de près de 20 ans dont plus de de la moitié au sein de l'Arcep et l'Agence nationale des fréquences. Florence est en charge du développement de projets de connectivité mobile auprès notamment des collectivités territoriales, des régulateurs, des investisseurs, des opérateurs de télécommunications et des aménageurs en France et à l'international.

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    Florence Erpelding - Tactis

    Florence Erpelding

    Experte connectivité mobile
    Florence a une expérience de près de 20 ans dont plus de de la moitié au sein de l'Arcep et l'Agence nationale des fréquences. Florence est en charge du développement de projets de connectivité mobile auprès notamment des collectivités territoriales, des régulateurs, des investisseurs, des opérateurs de télécommunications et des aménageurs en France et à l'international.