Alors que les opérateurs déploient la 5G, le groupe industriel 3GPP étudie d’autres moyens de moduler les signaux radio.
Alors que les opérateurs lancent la 5G, certains experts estiment que l’industrie aurait dû choisir une option de modulation plus efficace pour ce service.
En 2017, les membres du groupe industriel de la téléphonie mobile 3GPP se disputaient pour savoir s’il fallait accélérer l’élaboration des normes 5G. Une proposition, présentée à l’origine par Vodafone et finalement acceptée par le reste du groupe, promettait de fournir des réseaux 5G plus rapidement en développant simultanément d’autres aspects de la technologie 5G.
L’adoption de cette proposition aurait peut-être aussi entraîné l’adoption de certaines décisions. L’une de ces décisions concernait la manière dont les réseaux 5G devraient coder les signaux sans fil. La version 15 de 3GPP, qui a jeté les bases de la 5G, a finalement choisi le multiplexage par division en fréquences orthogonales (MDFO), une version de 4G, comme option de codage.
Mais la version 16, attendue d’ici la fin de l’année, comprendra les conclusions d’un groupe d’étude chargé d’explorer des solutions de rechange. Les normes sans fil sont fréquemment mises à jour, et dans la prochaine version 5G, l’industrie pourrait répondre aux préoccupations selon lesquelles le MDFO pourrait consommer trop d’énergie dans les appareils 5G et les stations de base. C’est un problème, car on s’attend à ce que la 5G nécessite beaucoup plus de stations de base pour fournir le service et connecter des milliards d’appareils mobiles et IoT.
« Je ne pense pas que les opérateurs aient vraiment compris l’impact sur le téléphone mobile et ce que cela va entrainer pour la durée de vie de la batterie « , explique James Kimery, directeur du marketing pour la recherche radio RF et logicielle chez National Instruments Corporation. « La 5G va avoir un prix, et ce prix, c’est la consommation de batterie. »
Et James Kimery note que ces préoccupations s’appliquent au-delà des téléphones 5G. China Mobile s’est fait entendre sur la consommation d’énergie de ses stations de base, dit-il. Une station de base 5G devrait généralement consommer environ trois fois plus d’énergie qu’une station de base 4G. Et il faut plus de stations de base 5G pour couvrir la même zone.
Alors comment la 5G s’est-elle retrouvée dans un gâchis potentiellement gourmand en énergie ? La MDFO joue un rôle important. Les données sont transmises à l’aide du MDFO en coupant les données en portions et en envoyant les portions simultanément et à différentes fréquences de sorte que les portions soient « orthogonales » (c’est-à-dire qu’elles n’interfèrent pas les unes avec les autres).
Le compromis est que le MDFO a un rapport puissance de crête à puissance moyenne (PAPR) élevé. En général, les portions orthogonales d’un signal MDFO fournissent de l’énergie de façon constructive, c’est-à-dire que la qualité même qui empêche les signaux de s’annuler mutuellement empêche également l’énergie de chaque portion d’annuler l’énergie des autres portions.
Cela signifie que n’importe quel récepteur doit être capable d’absorber beaucoup d’énergie à la fois, et n’importe quel émetteur doit être capable d’émettre beaucoup d’énergie à la fois. Ces instances à haute énergie causent le PAPR élevé de la MDFO et rendent la méthode moins économe en énergie que d’autres schémas de codage.
Yifei Yuan, ingénieur en chef des normes sans fil de ZTE Corp., explique qu’il y a quelques applications émergentes pour la 5G qui rendent un PAPR élevé non désirable. En particulier, M. Yuan, qui est également rapporteur du groupe d’étude du 3GPP sur les possibilités d’accès multiples non orthogonaux pour la 5G, souligne l’importance des communications de type M2M, telles que les déploiements à grande échelle de l’IoT
En règle générale, lorsque plusieurs utilisateurs, tels qu’un groupe de dispositifs IoT, communiquent par MDFO, leurs communications sont organisées en utilisant l’accès multiple à répartition orthogonale en fréquence (OFDMA), qui attribue une partie du spectre à chaque utilisateur.
Pour éviter toute confusion, n’oubliez pas que la MDFO est la façon dont les signaux de chaque appareil sont codés, et OFDMA est la méthode pour s’assurer que globalement, les signaux d’un appareil n’interfèrent avec aucun autre. La logistique de l’utilisation d’un spectre distinct pour chaque appareil pourrait rapidement devenir incontrôlable pour les grands réseaux IoT, mais la version 15 a établi l’OFDMA pour les machines connectées en 5G, principalement parce que c’est ce qui était utilisé sur la 4G.
Une alternative prometteuse envisagée par le groupe de Yifei Yuan, l’accès multiple non orthogonal (NOMA), pourrait offrir les avantages de la MDFO tout en chevauchant les utilisateurs sur le même spectre.
Pour l’instant, Yifei Yuan pense que la MDFO et l’OFDMA répondront aux premiers besoins de la 5G. Il voit d’abord le 5G utilisé par les smartphones, avec des applications comme les communications de type machine massive qui n’arriveront pas avant au moins un an ou deux, après l’achèvement de la version 16, actuellement prévue pour décembre 2019.
Mais si les fournisseurs de réseaux veulent mettre à jour leur équipement pour fournir le NOMA en bout de ligne, il pourrait très bien y avoir un coût. « Ce n’est pas gratuit », dit Yifei Yuan. « Surtout pour les stations de base. » À tout le moins, les stations de base auraient besoin de mises à jour logicielles pour gérer le NOMA, mais elles pourraient aussi avoir besoin de récepteurs plus perfectionnés, d’une plus grande puissance de traitement ou d’autres améliorations matérielles.
James Kimery, d’une part, n’est pas optimiste quant à l’adoption par l’industrie d’options autres que l’OFDMA. « Il est possible qu’il y ait une alternative, dit-il. « La probabilité n’est pas grande. Une fois que quelque chose est implémenté, c’est difficile de changer »
https://spectrum.ieee.org/telecom/wireless/5gs-waveform-is-a-battery-vampire
https://www.fiercewireless.com/devices/controversial-plan-to-accelerate-5g-nr-timeline-gets-ok-3gpp
https://www.3gpp.org/release-15
https://www.3gpp.org/release-16
