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D'ici 2030, le nombre d'appareils connectés devrait atteindre les 500 milliards soit cinquante-neuf fois la population mondiale. La 5G ne sera plus suffisante pour répondre à la demande et une nouvelle technologie sera nécessaire. Depuis 2019, les chercheurs explorent ce qui va suivre. La technologie porteporte le nom de 6G (6e génération).
Les ambitions de la 6G pour ce nouveau standard
- Ouvrir la voie à un trafic cinq fois plus important que celui connu début 2020.
- Proposer de manière courante des débits maximaux pouvant aller jusqu'à 1 THz (50 fois le débit de la 5G). Il y aurait là de quoi télécharger des dizaines de films HD en une seconde.
- Le temps de temps de latence (temps de réaction à un signal reçu) descend à 0,1 ms, soit un dixième de celui de la 5G. Pour les applications de type véhicule autonome, ce temps de latence quasi imperceptible néant augure de freinages et de prises en compte de situations imprévues en un temps record. La 6G devrait donc renforcer la fiabilité des voitures autonomes.
- La localisation d'un abonné sera plus précise en raison d'une technologie d'antennes massive MIMO améliorée. Nous voyons s'ouvrir la perspective de positionner des objets avec une précision très forte - aux alentours des 10 centimètres en intérieur au sein d'un bâtiment et d'un mètre en extérieur.
- La fiabilité serait extrême - en moyenne une coupure de connexion de niveau 1 pour 1 million.
- La 6G permettra d'obtenir, chaque fois que cela s'avère nécessaire, des pics de débits extrêmes.
- Les communications machine-à-machine seront surmultipliées.
- Le nombre d'objets intelligents et communicants que l'on pourra exploiter pourra monter jusqu'à une centaine par mètre cube.
- L'efficacité énergétique serait fortement accrue au niveau des smartphones avec une duréedurée de 20 ans de vie des batteries. Globalement, la gestion de l'énergieénergie serait 10 fois plus efficace.
Quels usages pour la 6G ?
Des usages particulièrement futuristes sont évoqués pour cette 6e génération :
- la réalité étendue (XR), soit une réalité augmentée véritablement immersive. Les technologies actuelles de réalité augmentée nécessitent un débit minimum de 55,3 Mb/s pour prendre en charge un affichage de 8K. La réalité étendue aura besoin d'un débit minimal de 0,44 Gb/s pour pouvoir offrir un affichage similaire à la 16K UHDUHD ;
- des hologrammeshologrammes mobiles haute-fidélité ;
- la possibilité pour un objet ou un système de disposer d'une réplique numériquenumérique.
De telles technologies nécessitent un traitement des données en temps réel d'une ampleur considérable, un débit de données hyper-rapide et une latence extrêmement faible.
Voir à travers les murs
Tout comme les rayons Xrayons X, les ondes Térahertz permettent de voir à l'intérieur de la matièrematière, ce qui pourrait donner lieu à une variété d'applicationsapplications industrielles, militaires ou médicales. Au menu :
- voir à travers les mursmurs ;
- repérer à distance une arme ou des substances nocives ;
- conduire une voiture par la force de la pensée.
Certaines de ces possibilités sont d'ores et déjà testées en laboratoire.
Problèmes de propagation
La 6G va s'appuyer sur des ondes courtes allant de 30 micromètresmicromètres (un micromètre est égal à 1 millième de millimètre) à 1 millimètre et des bandes de fréquence comprises entre 0,1 THz et 10 THz. L'exploitation de ces fréquences représente un défi technologique énorme. Car plus la fréquence d'une onde est élevée, plus sa propagation est courte et sensible à des obstacles tels qu'un arbrearbre.
Les ondes THz (Térahertz) se situent entre les ondes infrarougesinfrarouges et les micro-ondes sur le spectrespectre électromagnétique. Leur production comme leur transmission sont difficiles et coûteuses, et nécessitent des laserslasers spéciaux. Le principal problème est le suivant : comment peut-on améliorer la vitessevitesse sans réduire encore la propagation des ondes ?
Pour l'opérateur NTTNTT DoCoMo, la 6G pourra couvrir l'ensemble de la Terre, grâce à une association aux satellites. Cet opérateur évoque une diffusiondiffusion « sur Terre, dans l'airair, l'espace et la mer » et laisse supposer que les émetteurs/récepteurs 6G pourraient être couplés avec du sans-fil et renforcés par des liaisons satellites.
Efficacité énergétique
L'avancée essentielle devrait porter sur un terrain précis : une exploitation plus optimisée des ressources. Pour l'heure, le gaspillage est constaté particulièrement sur l'usage des fréquences.
« Pour garantir que les gens puissent se connecter, on est obligé de maintenir actives des bandes inoccupées », explique Inbar Finjalkow, professeur à l'ENSEA. « La raison ? Si toutes les bandes étaient prises, poursuit-elle, on ne pourrait pas accepter de nouvelles connexions. Nous serions obligés d'attendre que des bandes se libèrent ».
La solution réside dans la résurgence d'une ancienne idée appelée la « radio cognitive » ou encore SDN (SoftwareSoftware Defined Radio), ou encore smart radio, soit la possibilité pour un émetteur ou un récepteur d'adapter automatiquement certains de ses paramètres en fonction de son environnement.
Cette technologie consiste à opérer en premier lieu un sensing du spectre afin de déterminer quels sont les « trous », soit les fréquences non utilisées, et d'exploiter au mieux ces interstices, de manière toujours plus automatique. Ce n'est qu'en exploitant toute la bande disponible en un point donné qu'il serait disponible d'atteindre le THz évoqué plus haut.
Une optimisation des technologies inaugurées par la 5G
La 6G ne représentera pas une révolution analogue à ce qu'a pu être la 5G. La 5G a introduit des technologies telles que :
- le Massive MIMO, des antennes composées de multiples ports capables d'optimiser collectivement l'émissionémission des ondes ;
- le beamforming (ciblage optimisé des usagers) ;
- les ondes millimétriques...
La 6G va aller plus loin dans l'optimisation de ces technologies qu'introduire de nouvelles approches.
Antennes extrêmement massives
L'une des innovations essentielles de la 5G a été le « Massive MIMO », soit des antennes composées de 128 connecteurs (certaines pourraient monter jusqu'à 256), chacune capable de s'orienter très précisément vers le smartphone d'un utilisateur précis.
Or, de nouveaux types de matériaux sont en cours de développement et l'objectif serait de multiplier le nombre des connecteurs en question. On parle pour l'occasion de « surfaces intelligentes » : des surfaces dont les divers composants s'apparentent à des éléments rayonnants d'antenne. Elles peuvent être, soit émettrices, soit avoir une vocation de réflexion (et donc de relais) des ondes. À titre d'exemple, on pourrait fort bien exploiter un mur qui se comporterait comme une antenne. Ce type de matériaumatériau serait plutôt envisageable dans le cadre d'applications à l'intérieur d'un bâtiment donné. Les aspects liés aux conditions météorologiques devraient longtemps contrarier un usage en extérieur.
De fait, ce qui est envisagé pour le Massive MIMO de la 6G serait de l'ordre du millier de connecteurs. Il va en résulter une directivitédirectivité fortement accrue des antennes et donc une transmission de meilleure qualité vers l'utilisateur, mais aussi un rayonnement plus faible.
De l’importance de l'intelligence artificielle (IA)
L'intelligence artificielle va être propulsée à des niveaux surpassant ce que l'on imagine aujourd'hui et certains évoquent le concept de « fusionfusion cyberphysique » : le traitement massif des données devrait permettre de modéliser notre monde dans ses moindres détails. Par ailleurs, l'IAIA intervient au niveau des « techniques d'apprentissage » du réseau. Cet apprentissage pourrait s'effectuer à plusieurs niveaux :
- optimisation du traitement du signal reçu. À l'heure actuelle, les traitements voués à améliorer ce qui est reçu ou transmis sont fondés sur des modèles mathématiques et techniques essentiellement linéaires. Il y a matière à une forte optimisation grâce à des techniques d'IA : réduction des taux d'erreur, qualité globale de la transmission...
- partage amélioré des ressources entre différents utilisateurs. Des techniques d'apprentissage « par renforcement » sont à l'étude. Elles visent à favoriser un auto-apprentissage, au fur et à mesure d'une transmission, mais aussi en tenant compte de données sur l'usage local. Une antenne pourra s'adapter elle-même à l'environnement dans lequel elle se trouve.
La nécessité de tests exhaustifs
La 6G va donc nécessiter de nombreuses recherches dans la science des matériaux comme dans l'architecture informatique, la conception de puces, d'antennes améliorant la couverture des signaux à hautes fréquences.
Pour les ingénieurs, le défi n'est pas mince car il faudra veiller à rassurer les populations que ces ondes plus fines ont fait l'objet de tests exhaustifs démontrant qu’elles sont tolérées par les organismes vivants.
