6G – was kommt auf uns zu?

Partie 1 : “6G – que nous réserve t-il ?”

À peine la 5G a-t-elle été introduite que les premières recherches sur son successeur commencent. On ne sait toujours pas à quoi ressemblera exactement la 6G à l’avenir. Néanmoins, les premières pierres angulaires sont posées, qui fixent la direction.

Au plus tard lorsque la quatrième génération de téléphones mobiles 4G/LTE (Long Term Evolution) a été introduite, il est devenu clair que le développement technologique était plus une évolution qu’une révolution. Cela s’applique également au 2G/GSM (Global System For Mobile Communications), le réseau mobile entièrement numérique pour la première fois. Cette première génération a été éteinte en Suisse en 2021. La 3G/UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) connaîtra probablement le même sort d’ici 2024 au plus tard. Son nom à lui seul montre que l’idée RNIS du réseau fixe a également déterminé sa conception.

En Allemagne, c’est exactement le contraire : les licences UMTS acquises lors d’enchères spectaculaires au tournant du millénaire ne sont plus valables en raison de l’arrêt de la 3G. Mais la 2G perdure, entre autres grâce aux applications de télémétrie fonctionnant sur ce réseau, notamment en Europe de l’Est. La 2G et la 3G sont toutes deux très orientées vers la communication vocale et n’utilisent que très inefficacement les fréquences chèrement mises aux enchères. En les éteignant, les gammes de fréquences 900 et 1800 MHz (2G) ainsi que 1,8/2,1/2,6 GHz (3G) sont disponibles comme capacités radio pour la 4G et la 5G.

3GPP établit les normes

Lors du développement de la 5G, l’accent a été mis sur l’augmentation de l’efficacité spectrale. Il indique en bits/Hz la capacité pouvant être extraite d’un spectre radio. À cela s’ajoutaient une latence ultra-faible (environ 3 à 10 millisecondes) et des bandes passantes élevées (environ 1 à 3 Gbit/s). L’accès rapide aux informations du réseau permet des recherches assistées par ordinateur de contenus complexes dans des nuages ​​locaux ou la détermination de localisation. La 5G convient donc comme base pour de nouvelles applications telles que le contrôle du trafic, l’Internet des objets (IoT), le cloud computing et la “5G industrielle”.

Le “3rd Generation Partnership Program” (3GPP) continue de s’occuper des standards, que ce soit la 4G, la 5G ou, à l’avenir, la 6G. En tant que principal organisme de normalisation pour les communications mobiles, le 3GPP a réalisé des réalisations importantes et révolutionnaires pendant des décennies – en grande partie inaperçues du public. Les normes sont développées étape par étape dans un processus de développement évolutif et itératif et publiées sous forme de versions. 3GPP Rel. 17 est attendu pour la phase 3 de la 5G ce mois-ci, suivi de la rel. 18 vers la fin de 2023 avec la phase 4 de la 5G.

  • Evolution des standards cellulaires en 3GPP

Le 3GPP (www.3gpp.org) regroupe actuellement six organismes nationaux de normalisation d’Europe (1), des États-Unis (1), du Japon (2), de Corée (1) et de Chine (1), ce qui illustre la prédominance asiatique. Les bases de la très réussie 4G étaient déjà posées en mars 2010 (Rel. 9). Les touches finales ont été faites avec Rel. 14 pour LTE-A Pro. Mais des bases techniques importantes pour la 5G ont déjà été posées avec la version 13 et les versions antérieures, telles que l’agrégation de porteuses (CA), les bases de l’IoT dans la 4G et la 5G (Machine Type Communications, MTC), le MIMO et la formation de faisceaux, le positionnement en intérieur (important pour localisation des moyens de production dans la production industrielle), diffusion de messages dans une cellule (par exemple en cas de sinistre) ou de secours (en cas d’accidents/urgences) etc.

2ème partie : “Nouveaux spectres de fréquences pour la 5G et la 6G”

Nouveaux spectres de fréquences pour la 5G et la 6G

Des fréquences dans les bandes 700, 1400 et 2600 MHz ainsi que 3,5 GHz ont été attribuées pour la 5G. La bande 700 MHz en particulier a de très bonnes propriétés de transmission, avec lesquelles les murs peuvent être pénétrés même sans amplificateurs de signal ou émetteurs internes. Ces fréquences sont donc chères dans les enchères. La 5G pourrait également utiliser des gammes de fréquences plus élevées au-dessus de 6 GHz jusqu’à 60 GHz, ce qui n’est pas le cas en Suisse. Des gammes de fréquences allant de 100-300 GHz à 10 THz sont en cours de discussion pour la 6G. A partir de 30 GHz environ, on parle d’ondes dites millimétriques (mmW), qui ont leurs propres caractéristiques et ne peuvent transmettre des signaux qu’à courte distance.

Ces ondes courtes ne pénètrent pas dans les bâtiments et ont une portée extrêmement réduite. Ils conviennent presque exclusivement aux transmissions en champ proche et aux applications internes. On suppose désormais que pour la 6G, à l’instar des WLAN, les points d’accès internes assurent une couverture à l’intérieur des bâtiments ou à des points difficiles d’accès. La 6G n’utilisera donc pas un seul réseau d’accès radio (RAN), mais s’appuiera sur plusieurs réseaux. Outre les réseaux sans licence tels que les WLAN, cela comprendra également d’autres accès au réseau, dont certains n’existent pas encore. Cela inclut la transmission du signal via les connexions de lumière visible (VLC), qui incluent la lumière visible entre 400 et 800 THz. Des liaisons par satellite sont également prévues, une sorte de « multi-connectivité » en d’autres termes.

  • Améliorations de la 5G à la 6G

Jusqu’à présent, chaque appareil terminal qui recevait et transmettait des signaux sur plusieurs fréquences en même temps consommait beaucoup d’énergie. Néanmoins, la consommation énergétique des terminaux 6G devrait être réduite d’un centième au maximum par rapport à la 5G. Une autonomie d’au moins dix ans devrait être possible pour les applications IoT sur 6G, ce qui correspond à peu près à la durée de vie d’une batterie. Des recherches sont également menées sur la manière dont les ondes radio de l’environnement peuvent être utilisées pour générer de l’énergie dans l’appareil final afin de prolonger la durée de vie de sa batterie.

Partie 3 : “Nouveau réseau central 6G”

Nouveau réseau central 6G

Tout comme le RAN, le cœur de réseau pour la 6G sera structuré de manière complètement différente et suivra le principe des réseaux cognitifs. Car les vitesses maximales prévues et les latences ultra-faibles nécessitent des mécanismes de contrôle qui ne se contentent pas de réagir lorsqu’une demande de service arrive, mais agissent de manière proactive, c’est-à-dire savoir à l’avance ce qu’une entité (humain, machine, etc.) veut réellement. Inspirée des avantages des réseaux logiciels, la 6G rend le flux du signal et la fourniture de services totalement flexibles. En fonction de la bande passante, de la latence et de la qualité de service requises, l’intelligence de contrôle décide encore et encore du chemin emprunté par le signal et des ressources nécessaires.

  • Environnement de réseau cognitif pour la 6G

Les technologies cognitives permettent la mise en œuvre des capacités cognitives et de l’intelligence artificielle (IA) dans un système technique. Cela inclut l’apprentissage et la réflexion automatiques ainsi que la gestion adaptative des données et des connaissances. La pensée cognitive remonte aux humains eux-mêmes. Nous percevons ce qui se passe autour de nous, discutons de ces perceptions, les combinons avec des perceptions antérieures, en tirons des conclusions et agissons pour atteindre un objectif précis. Un environnement de réseau cognitif pour la 6G fonctionnera de manière similaire, en collectant des informations par la perception, en développant des connaissances sur l’environnement de réseau et ses utilisateurs, puis en agissant en conséquence. Il fonctionnera de manière autonome, prenant des décisions complexes et intelligentes que seuls les humains pouvaient prendre auparavant.

L’environnement réseau 6G reconnaît les modèles

Grâce à des observations, le réseau cognitif peut, par exemple, trouver de manière autonome des modèles d’utilisation des ressources et prendre des mesures pour optimiser cette utilisation de manière ciblée. Un système cognitif a la capacité d’évaluer ses actions en fonction d’une fonction d’utilité définie. De cette manière, il est possible de déterminer quelle action a l’effet préféré. Cela permet au système autonome non seulement de s’adapter à de nouvelles situations dans l’environnement géré, mais également d’aborder et d’atteindre une gamme croissante d’objectifs commerciaux – mieux qu’un humain ne le pourrait.

Un réseau cognitif atteint un haut degré d’autonomie et soulage l’opérateur du réseau des tâches directes de gestion du réseau, par exemple lorsqu’il décide des stratégies de solution pour atteindre les objectifs et mettre en œuvre des mesures opérationnelles. Grâce au développement des réseaux cognitifs pour la 6G, les tâches des travailleurs humains vont évoluer vers la gestion des processus. Les opérateurs 6G dirigeront le réseau dans ses processus d’apprentissage et de prise de décision afin que le réseau ait un degré plus élevé d’autonomie et d’auto-gouvernance. Cela soulage l’opérateur et optimise le service de manière ciblée, tant en termes de QoS qu’en direction de nouveaux domaines d’activité.

Partie 4 : “Une approche complètement nouvelle”

Une toute nouvelle façon de penser

Une plus grande autonomie dans le réseau signifie également que les gens interagissent avec lui, définissant des exigences et des objectifs pour définir et piloter les objectifs commerciaux de l’opérateur et les besoins des clients. Pour que le réseau 6G fonctionne de manière autonome, il faut lui laisser une certaine liberté dans le choix de ses actions. Ici aussi, il y a un parallèle avec nous, les humains : élever des enfants ou gérer des employés. Parce que l’accent est mis sur les objectifs et les intentions à atteindre au lieu de spécifications sur la façon dont quelque chose doit être fait. Cela permet au réseau cognitif de trouver des stratégies de solution pour répondre à ces exigences sans autre instruction, ce qui soulage l’opérateur du réseau.

Afin de mettre en œuvre des réseaux cognitifs pour la 6G, certains domaines clés de l’architecture du réseau doivent être développés ou développés dans un avenir proche. Afin de développer les fonctions requises pour l’optimisation des performances et l’efficacité opérationnelle souhaitée, quelques “facilitateurs technologiques” clés ont été définis. Ceux-ci inclus:

  • une opération informatique et réseau axée sur les données
  • une intelligence distribuée
  • observation et apprentissage constants
  • une automatisation basée sur l’intention
  • un artificiel explicable et digne de confiance
  • Intelligence (IA)
  • un système cognitif 6G et un environnement réseau

perspectives

On peut actuellement supposer que la 6G remplacera progressivement les générations précédentes à partir de 2030 au plus tôt. Mais il reste encore beaucoup de travail à faire d’ici là, notamment dans les commissions de normalisation, mais aussi dans la recherche. Parce que la 6G implique tant de nouveaux composants qui nécessitent une conception approfondie du système et des tests approfondis pour que la fiabilité de la 5G soit vraiment dépassée au final. Parce que la pression sur les fournisseurs sera très grande – de la part des besoins en bande passante, des applications et des utilisateurs. Grâce aux prédécesseurs à succès 4G et 5G, les attentes sont élevées. Les fournisseurs ne peuvent pas se permettre des problèmes techniques profonds, comme ce fut le cas début 2020 avec les nouveaux entrants 5G individuels.

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