Concrétiser la vision 6G - Pourquoi le spectre est-il fondamental ?

Avec une connectivité omniprésente et des trillions d'appareils embarqués - sans parler d'une multitude de cas d’usage puissants et sensoriels - la 6G nécessite de nouvelles considérations en matière de spectre. Du spectre actuel aux nouvelles gammes de fréquences, nous décomposons ci-dessous les pièces du puzzle du spectre 6G.

Les possibilités technologiques au sein de la communication mobile se sont accélérées au cours des dernières décennies. Ce qui a commencé avec les services vocaux analogiques en 1G, a maintenant progressé vers la 5G et un monde cyber physique où les personnes et les machines peuvent être connectées grâce aux technologies numériques basées sur le haut débit mobile amélioré (eMBB) et les communications ultra-fiables et à faible latence (URLLC). Au-delà de la 5G, les industries des TIC ont déjà commencé à développer la prochaine génération de possibilités sans fil illimitées : 6G. Cette vision prend forme au moment où vous lisez ces lignes, à la fois en interne, chez Ericsson, mais aussi à travers les nombreux partenariats et initiatives 6G.

L'augmentation de la disponibilité du spectre est un critère fondamental pour étendre les capacités des réseaux mobiles et garantir que les exigences en matière de couverture, de débits et de latence des divers futurs cas d’usage 6G puissent être satisfaites.  Alors que des canaux de 30 kilohertz (kHz) étaient suffisants aux débuts des réseaux mobiles, la 5G actuelle bénéficie de centaines de mégahertz (MHz) de bande passante qui peuvent être déployés dans des bandes de fréquences allant de moins de 1 gigahertz (GHz) jusqu'à la gamme des ondes millimétriques (mmWave) au-dessus de 24 GHz.

Pour concrétiser la vision de la 6G et en exploiter tout le potentiel, il est nécessaire de continuer à accroître la disponibilité du spectre. Compte tenu du temps qu'il faut pour obtenir des fréquences supplémentaires par le biais de délibérations réglementaires au sein de l'UIT (Union internationale des télécommunications) ou de groupes régionaux et pour éviter de retarder les premiers déploiements commerciaux de la 6G prévus à partir de 2030 environ, il est temps d'entamer le processus visant à garantir la disponibilité du spectre 6G en temps voulu. 

De 2022 à 2030 et au-delà

Alors que les réseaux commerciaux 5G sont désormais déployés dans le monde entier et que d'autres extensions sont en cours, la recherche et le développement de la 6G prennent également de l'ampleur. En général, il faut environ dix ans entre les premières recherches et la commercialisation des systèmes cellulaires de nouvelle génération. On s'attend donc à ce que, d'ici 2030, les premiers réseaux 6G soient déployés. À ce stade, la 5G et ses technologies avancées auront déjà transformé nos sociétés, en servant de colonne vertébrale de communication et d'information capable de répondre aux besoins quotidiens des humains, des entreprises et des machines intelligentes.

La vision de la 6G se manifeste par une pléthore de cas d’usage envisagés, et de nombreux autres sont encore à venir à mesure que nous nous rapprochons de 2030. Certaines des percées visionnaires de la 6G sont décrites dans le livre blanc d'Ericsson sur la 6G. Par exemple, d'ici 2030, il sera possible de se déplacer dans un continuum cyber-physique entre le monde physique connecté des sens, des actions et des expériences et sa représentation numérique programmable. Les futurs services de réseau nécessiteront une connectivité omniprésente.

Ci-dessus : 6G - Connecter un monde cyber physique

Avec la 6G, il faudra prendre en charge des trillions de dispositifs embarqués et fournir des connexions fiables et disponibles partout. La communication immersive offrira une expérience complète de téléprésence, éliminant la distance comme obstacle à l'interaction. Pour prendre en charge ces cas d’usage et développer les cas existants, la 6G nécessitera une combinaison de nouvelles bandes de fréquences et de fréquences existantes.

Le spectre est essentiel pour passer d'une vision 6G à une réalité 6G

Ces dernières années, les organismes locaux de réglementation à travers le monde ont progressivement libéré des fréquences dans les bandes basses, moyennes et les ondes millimétriques dans le cadre du passage à la 5G. Bien que le rythme ait été inégal et même lent sur certains marchés, nous pensons que d'ici 2030, suffisamment de spectre dans ces gammes de fréquences aura été attribué ou mis aux enchères pour réaliser le plein potentiel de la 5G/5G-Advanced.

Nous nous attendons également à ce que ces fréquences jouent un rôle dans le contexte plus large du spectre 6G :

• Le spectre inférieur à 1 GHz, comme les bandes de fréquences 600 MHz ou 700 MHz, resteront la couche de couverture de base et continueront à contribuer à la réduction de la fracture numérique.
• Le spectre dans la gamme des ondes millimétriques, par exemple 26/28 GHz ou 40 GHz, continuera à fournir une capacité élevée dans les environnements encombrés ainsi qu'à offrir les faibles latences et la haute fiabilité requises par les entreprises.
• Le spectre en bande moyenne, y compris les 3,5 GHz, 4,5 GHz et 6 GHz, continuera de répondre aux cas d’usage sur de larges zones nécessitant de la capacité.

En effet, ce spectre contribuera à répondre aux besoins en spectre pour les communications mobiles, mais les besoins en spectre pour la nouvelle génération seront encore plus élevés que ceux des générations précédentes en raison de l'émergence de nouveaux cas d'utilisation et de la nécessité d'améliorer les cas existants. Un exemple de ce dernier point est la vidéoconférence ; alors que la 5G permet la vidéoconférence de haute qualité en déplacement et que la 5G-Advanced améliorera cette expérience, la 6G devrait offrir une expérience de téléprésence complète.

Le besoin d’un spectre supplémentaire

Le besoin incontestable de spectre supplémentaire pour faire face aux services et applications émergents, pour améliorer les services et applications existants et pour soutenir la vie futuriste que nous envisageons, nous a amené à nous poser une question difficile : tout en maintenant et en améliorant les capacités et les services de 2022 à l'ère de la 6G, comment pouvons-nous également permettre les nouveaux cas d’usage ?

Les cas d’usage de la 6G exigent de la capacité. Et cela nécessite une large bande passante du spectre, qui est généralement plus facile à trouver lorsque la fréquence est élevée. D'autre part, plus la fréquence est élevée, plus la couverture est faible. Par conséquent, comme pour les générations précédentes, différentes gammes de fréquences deviennent nécessaires.

Cela comprend :

• le spectre existant
• des fréquences supplémentaires dans les gammes essentielles centimétriques (7-20 GHz) et complémentaires sub-THz (92-300 GHz)

Ci-dessus : Gammes de fréquences 5G et nouvelles gammes de fréquences 6G possible

La gamme centimétrique 7-20 GHz - Pourquoi est-elle essentielle ?

Le spectre dans la gamme des 7-20 GHz est essentiel pour réaliser les cas d’usage exigeant de la capacité dans les futurs réseaux 6G. Plus les bandes de fréquences sont basses, plus la zone qui peut être couverte est large. 

L'exigence de couverture qui permettra la mobilité et les applications "en mouvement" de nombreux cas d’usage de la 6G sur une large zone nous amène à considérer cette gamme. Pour être encore plus précis, quelle valeur ajouteraient par exemple les cas d’usage métaverse et holographique à grande échelle s'ils n'étaient activés qu'à la maison ? Les restrictions de mobilité et de couverture priveraient ces cas d’usage de tout leur potentiel et de toute leur valeur. Cela exclut naturellement les bandes de fréquences plus élevées et nous oriente vers les ondes centimétriques où la vie futuriste envisagée peut être rendue mobile.

Ci-dessus : La gamme centimétrique est essentielle pour rendre plus mobiles les cas d’usage puissants et immersifs de la 6G.

Chez Ericsson, nous avons effectué une analyse de l'utilisation actuelle et des tendances futures de ces bandes et évalué les caractéristiques des différentes plages de fréquences afin de mieux comprendre leurs capacités et limites respectives. Ces investigations nous ont conduits à nous concentrer initialement sur la partie inférieure de la gamme 7-20 GHz, c'est-à-dire 7-15 GHz. Le Règlement des radiocommunications de l'UIT prévoit aujourd'hui des attributions coprimaires aux services mobiles et fixes dans la gamme 7-20 GHz, tout en précisant que l'utilisation actuelle de ce même spectre par d'autres services doit être examinée attentivement. L'étude de la coexistence avec ces services historiques coprimaires sera donc une tâche importante dans les années à venir.

Ci-dessus : Attributions de fréquences du RR (Règlement des radiocommunications) de l'UIT-R pour les 7-20 GHz, une vue simplifiée

Le rôle complémentaire de la gamme sub-THz (92-300 GHz)

Cette gamme de très hautes fréquences a le potentiel de fournir de larges blocs de spectre peu utilisé, voire inutilisé, ce qui contribue à sa nature unique mais difficile : la gamme sub-THz est la seule à pouvoir offrir des vitesses de l'ordre du térabit par seconde (Tbps) et des temps de latence extrêmement faibles qui seront des facteurs clés pour les cas d’usage de niche de la 6G, mais cet avantage s'accompagne de certaines limitations en termes de couverture et de mobilité. Ces performances extrêmes (par exemple, Tbps) seront nécessaires dans certains domaines et scénarios, par exemple pour les communications directes d'appareil à appareil et les jeux extrêmes. Les caractéristiques de cette gamme la rendent complémentaire et, par conséquent, elle ne peut se substituer aux fréquences plus basses (par exemple, les ondes centimétriques) pour permettre la couverture et la mobilité qui seront les principales exigences de la plupart des cas d’usage de la 6G.

Quelles sont les fréquences à privilégier dans la gamme des sub-THz ?

C'est une question de physique et de développement technologique. La première nous pousse à privilégier les fréquences les plus basses possibles et leurs caractéristiques de propagation avantageuses et à écarter les fréquences associées aux pics d'atténuation atmosphérique. Le facteur d'atténuation est crucial à prendre en compte dans une gamme de fréquences où la taille des longueurs d'onde est proche de celle de la plupart des gouttes de pluie.

Les facteurs de développement technologique et de maturité des composants indiquent également un autre avantage de la limite inférieure de la gamme sub-THz. L'utilisation de la gamme de fréquences sub-THz repose sur le développement de composants et d'un écosystème d'équipements. Il faudra bien sûr du temps pour que cet écosystème arrive à maturité, en commençant par les fréquences sub-THz les plus basses et en progressant lentement vers le haut. 

En combinant les faits ci-dessus, nous constatons l'émergence de deux bandes, les bandes W et D. Ces bandes sont en effet d'un grand intérêt pour le secteur des télécommunications. En fait, ces bandes présentent un intérêt à la fois pour l'accès 6G et pour les réseaux Xhaul (par exemple, Fronthaul, backhaul).  Il convient d'envisager une solution qui réponde aux besoins des deux services et qui garantisse un développement Xhaul tout aussi puissant pour prendre en charge les futurs réseaux d'accès et leurs exigences extrêmes.

Ci-dessus : Attributions de fréquences de l'UIT-R RR (Règlement des radiocommunications) pour les bandes W et D, une vue simplifiée

Le chemin vers le spectre 6G

La disponibilité en temps voulu d'un spectre suffisant pour la 6G nécessitera la contribution et la coopération de plusieurs parties prenantes, notamment les autorités de réglementation du spectre, les organismes de recherche, les vendeurs d'équipements mobiles et les CSP (fournisseurs de services de communication). 

Les travaux de normalisation sont déjà en cours, tant au sein du 3GPP que de l'UIT-R. L'UIT-R travaille actuellement sur les tendances du développement technologique et la vision de l'UIT pour les IMT-2030/6G. Nous prévoyons que la spécification 3GPP de la 6G sera finalisée d'ici 2028, et la normalisation IMT-2030 de l'UIT d'ici 2030, et que le spectre sera disponible en conséquence.

La disponibilité du spectre peut être obtenue de différentes manières : par le biais des conférences mondiales des radiocommunications de l'UIT, de décisions régionales ou de décisions par pays. Quelle que soit la méthode retenue, l'harmonisation des bandes de fréquences sélectionnées à l'échelle mondiale ou régionale pourrait être la clé pour réaliser des économies d'échelle et offrir de nombreux avantages aux consommateurs et aux entreprises sur de nombreux marchés. Ce plan a été démontré par le succès des générations précédentes de réseaux mobiles.

Dans le processus de mise à disposition de nouvelles bandes de fréquences, il est important de veiller à ce que les exigences de performance des applications 6G, telles que la sécurité et la fiabilité, soient satisfaites, un domaine dans lequel les régimes d'autorisation jouent un rôle crucial.

Calendrier proposé par Ericsson pour l'UIT-R et le 3GPP, vue simplifiée

Conclusion

Le spectre est l'oxygène de la réussite technologique et de l'évolution de la société, et les régulateurs jouent un rôle clé pour libérer ces avantages. Pour l'instant, la disponibilité en temps voulu du spectre dans la bande inférieure à 1 GHz (par exemple 600, 700 MHz), la bande moyenne (par exemple 3,5, 6 GHz) et mmWave (par exemple 26 GHz, 28 GHz, 40 GHz) reste essentielle pour libérer tout le potentiel de la 5G et de la 5G-Advanced. 

À mesure que les technologies et les besoins du marché se développent, nous nous attendons à ce que l'utilisation du spectre soit mise à niveau vers la 6G en conséquence. Cependant, il est nécessaire de disposer de spectre supplémentaire dans la gamme centimétrique essentielle (7-20 GHz) et dans la gamme sub-THz complémentaire (92-300 GHz), plus la fréquence est basse, mieux c'est. En assurant la disponibilité en temps voulu de ce spectre supplémentaire, les principales parties prenantes peuvent essentiellement contribuer à la réalisation de la vision 6G.

Ericsson s'engage à jouer un rôle de premier plan dans l'aventure de la 6G et à soutenir les régulateurs confrontés au défi récurrent de trouver un équilibre équitable dans l'allocation des ressources du spectre aux différents services.

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