Tout savoir sur les antennes 5G

Pour la 5G, comme pour toutes les autres générations de réseau mobile, les antennes sont un support indispensable. Ce sont elles, en effet, qui permettent de relayer et de transmettre le signal. Sans antenne, pas d'ondes, donc, pas de réseau 5G.

Afin que le nouveau réseau mobile 5G puisse fonctionner, les opérateurs doivent déployer des dizaines de milliers de nouvelles antennes. En effet, les antennes 5G sont totalement différentes des antennes 4G. Et, elles contiennent quelques une des innovations technologiques majeures de la 5G, qui donnent au nouveau réseau mobile toute sa spécificité. Elles s'appellent Massive Mimo, beamforming, Small cells. Un vocabulaire un peu barbare qu'on a jugé bon de décrypter pour vous aider à vous familiariser avec les nouvelles antennes 5G.

Qui déploie des antennes 5G ?

En France, Bouygues Telecom, Free, Orange et SFR sont les quatre opérateurs qui commercialisent des offres 5G. Le nouveau réseau mobile a été lancé en France à la fin de l'année 2020 et son déploiement va durer jusqu'en 2030. Au 1^er septembre 2023, on comptait 32873 antennes 5G techniquement opérationnelles (1791 pour Free, 11318 pour Bouygues Telecom, 9977 pour SFR et 7531 pour Orange, dans plusieurs milliers de communes, prioritairement dans les grandes agglomérations. Vous pouvez d'ailleurs consulter notre carte des antennes mobiles pour localiser les sites 5G proches de chez vous et vérifier la couverture mobile de votre logement.

Pour déployer leur réseau 5G, les opérateurs font appel à des équipementiers. Un marché que se disputent essentiellement les Européens Nokia et Ericsson. En France, la loi sur la sécurisation des réseaux mobiles freine les ambitions de l'équipementier Huawei, alors que la Chine est soupçonné d'espionnage par le biais du fabricant. C'est pourquoi le réseau 5G d'Orange est déployé par Nokia et Ericsson. Quant à Free et SFR, il ont décidé de faire confiance au Finlandais Nokia. De son côté, Bouygues Telecom a fait appel à Ericsson. 

Certaines antennes 5G sont mutualisés. Ce qui explique pourquoi la somme des sites par bandes de fréquences n'est pas égale à la totalité des sites.

Des antennes intelligentes grâce au beamforming

Aujourd'hui, les antennes-relais, généralement des points hauts (des pylônes en milieu rural et des toits d'immeuble en milieu urbain), fonctionnent comme un lampadaire. C'est à dire qu'elles émettent dans toutes les directions.

Grâce à la technologie du beamforming (groupage de faisceaux), le traitement du signal par les antennes 5G est différent. Le beamforming permet en effet de faire converger les ondes émises par une antenne vers un smartphone en particulier. Et non plus d'arroser sans distinction tout l'environnement. Les antennes macro de la 5G sont donc des antennes directives qui agissent tel un phare directionnel. Le signal est dirigé dans une direction précise plutôt que d'être dirigé dans toutes les directions, comme c'est le cas aujourd'hui avec les antennes 4G. Encore mieux, les antennes 5G fonctionnent ainsi même quand les utilisateurs t en mouvement.

L'avantage du beamforming, c'est qu'il permet aux antennes relais de ne pas émettre en permanence mais seulement quand cela est nécessaire. Cela représente donc un gain d'énergie considérable.

Un signal adapté aux besoins des utilisateurs avec les antennes 5G

On vient de le voir, avec les antennes 5G, le signal délivré est dirigé dans une direction précise. Et comme les ondes émises convergent vers un appareil en particulier, cela permet aux antennes d’émettre un signal personnalisé, adapté aux besoins des utilisateurs. On appelle ça le data slicing.

Mais, concrètement, comment ça marche ? Aujourd'hui, quand 10 smartphones se connectent en 4G à une même antenne, chacun reçoit grosso modo 1/10ème de la bande passante. En zones denses, dans un stade ou à un concert, cela peut engendrer une perte de réseau, alors même que vous ne souhaitiez envoyer qu’un simple message. Avec le data slicing, fini les problèmes. Comme le signal délivré par les antennes 5G est ciblé et adapté aux besoins de chaque utilisateur. Par exemple, celui qui joue sur son smartphone recevra plus de bande passante que celui qui envoie un message accompagné d’une photo.

Pour faire simple, le data slicing, c’est la virtualisation des réseaux. C’est-à-dire que le réseau 5G est découpé en tranches. Et, chaque tranche est configurable en fonction de l’usage qu’elle supporte. Cela permet une gestion du réseau en temps réel et à la carte. Cela permettra aussi de prioriser les usages. C'est à dire qu'une opération en télémédecine passera avant une série en streaming.

Un réseau avec plus de capacité grâce aux antennes 5G

Avec la 4G+, nous avons découvert les antennes MIMO (Multiple Input Multiple Output), synonyme de débits et de portée plus élevés qu’en 4G. Avec le réseau 5G, nous découvrons les antennes Massive MIMO, synonyme des mêmes effets, mais démultipliés.

La différence entre les deux ? Le nombre de connecteurs (antennes miniatures). Il y en a 128 sur les antennes Massive MIMO de la 5G contre une douzaine seulement sur les antennes MIMO de la 4G+. À termes, les antennes Massive MIMO pourront compter jusqu'à 256 connecteurs.

L'autre différence entre les antennes MIMO et les antennes Massive MIMO, c'est le Full Duplex. Sur les antennes MIMO, il y a non seulement moins de connecteurs (huit en émission et quatre en réception). Mais, en plus, sur une même fréquence, les antennes MIMO alternent entre émission et réception. Elles ne sont pas capables de faire les deux simultanément. De leur côté, les antennes Massive MIMO comptent bien plus de connecteurs qui sont capables, eux, d’envoyer et de recevoir des données en même temps.

Résultat : les antennes Massive MIMO permettent d'atteindre des débits et une capacité de transmission de données inaccessibles aujourd'hui avec la 4G. Cette technologie permettra également d'accueillir un plus grand nombre d'utilisateurs et d'augmenter la couverture mobile.

Des Small cells pour les ondes millimétriques

À termes, le réseau 5G va exploiter des fréquences hautes, dans la bande des 26 GHz (24,25 - 27,5 GHz). C’est la bande dite des ondes millimétriques. Elles vont permettre de trouver de la bande passante, indispensable pour répondre à la croissance exponentielle du nombre d’objets connectés, et d’atteindre des débits comparables à la fibre optique.

Mais, comme leur nom l’indique, les ondes millimétriques ont un défaut notable : une portée de seulement quelques centaines de mètres et une difficulté à franchir les obstacles.

Les ondes millimétriques sont parfaitement adaptées aux zones très denses (dans les villes), mais elles vont nécessiter l’installation d’antennes relais miniatures, en complément des antennes macro. On les appelle des Small Cells et elles devront être installées tous les 300 mètres environ. De petites tailles, elles peuvent parfaitement s’intégrer dans le mobilier urbain, comme un lampadaire, un abribus ou un panneau publicitaire.

Les small Cells permettront aux ondes millimétriques d’être parfaitement efficientes quand elles seront utilisées par la 5G, avec des débits très élevés, donc. Mais, elles permettront aussi de donner de la capacité au réseau 5G tout en évitant les problèmes de saturation. Une meilleure qualité de service, donc.

Faut-il avoir peur des antennes 5G ?

C'est la question qui revient systématiquement à chaque changement de génération de réseau mobile. Et, la 5G n'échappe pas à cette règle. Pour les défenseurs de la 5G, les ondes millimétriques, le réseau de Small cells, le Massive MIMO, le beamforming et le Full Duplex constituent un progrès technologique majeure qui vont permettre à la 5G de nécessiter beaucoup moins de puissance que la 4G, pour un même volume de data. En outre, selon eux, les antennes 5G vont arroser beaucoup moins et devraient donc faire baisser les risques liés au rayonnement des antennes 5G.

Les opposants à la 5G ne l'entendent pas du tout de cette oreille. Ils craignent des effets néfastes sur la santé, et notamment "un risque de cancer, de stress cellulaire, d'augmentation des radicaux libres nocifs, de dommage génétique et du système reproducteur, de déficits d'apprentissage et de mémoire, de troubles neurologiques", liés notamment à l'utilisation des ondes millimétriques. 

Alors, qu'en est-il réellement ? Chargée part le gouvernement de "conduire une expertise sur l'exposition de la population aux champs électromagnétiques découlant de cette technologie et aux éventuels effets sanitaires associés", l'ANSES, a pour l'heure botté en touche. Dans un rapport préliminaire rendu public en janvier 2020, elle a déclaré qu'elle "manque de données scientifiques" pour se prononcer. Il faudra donc attendre les résultats définitifs de son étude pour connaître ses conclusions.

Les opposants craignent également l'impact environnemental de la 5G, avec la multiplication des antennes et l'augmentation de la dépense énergétique lié à l'explosion de la consommation de données.