Vingt-cinq milliards de dollars… Ce montant impressionnant est celui du coût de l’énergie nécessaire aux réseaux de téléphonie mobile, à l’échelle du monde, et selon des estimations faites par les équipementiers. Et l’on voit mal comment l’arrivée de la 5G, qui devrait faire exploser le trafic des données, peut ne pas entraîner une augmentation concomitante de la consommation électrique. Sauf si …

La définition de la 5G tient en trois mots :  vitesse, latence et densité. La 5G va en effet multiplier le débit par 10, diviser les délais de transmission par 10 et multiplier par 10 le nombre de connexions supportées en simultané en un même lieu.

Stéphane Richard, PDG d’Orange expliquait lors du dernier Orange Business Summit en 2019 que « La 5G n’est pas une évolution, c’est une triple rupture : temporelle (avec des données traitées à l’échelle de la milliseconde), dans l’architecture du réseaux (qui sera découpé en tranches avec des qualités de service différentes) et envronnementale (car plus économe en énergie et focalisante) ».

Autrement dit, malgré l’explosion des débits, la 5G pourrait ne pas entraîner une explosion des consommations énergétiques. A condition toutefois que les infrastructures, les matériels et les logiciels soient de conception et d’utilisation différentes, pensés et conçus dans une optique de réduction des coûts. Et à condition que les opérateurs prennent en compte cet aspect opérationnel, et environnemental.

Ce qui ne sera pas le cas dans un premier temps. En effet, rappelons que la 5G sera concrètement déployée en deux phases. La première qui démarre cette année, dite phase 5G NSA (5G non autonome) consiste en effet à déployer la 5G en s’appuyant sur le réseau 4G existant avec un enrichissement des antennes pour exploiter les nouvelles fréquences. L’impact environnemental et énergétique ne devrait donc pas s’améliorer. La seconde phase, déployée à partir de 2023, dite de 5G SA (5G autonome) va concrétiser le découpage fonctionnel du réseau et l’exploitation des ondes millimétriques réalisant ainsi les promesses et les ruptures évoquées plus haut.

Profiter de la 5G pour réduire la consommation énergétique

Cependant, les fabricants de solutions mobiles sont conscients que le maintien au niveau actuel, voire la réduction, de la facture énergétique est pour leurs clients l’un des critères de choix d’un équipement plutôt que d’un autre. Dans un récent rapport intitulé « Breaking The Energy Curve« , Ericsson leur propose un certain de points sur lesquels travailler pour concilier amélioration des réseaux, existants ou futurs, et baisse globale du coût en énergie.

La démarche recommandée par le constructeur comporte 4 axes de travail principaux.

Tout d’abord, remplacer les équipements vieillissants par des plus modernes moins consommateurs de ressources. Les matériels modernes utilisent moins d’électricité, leur design ne requiert plus de climatisation, leur compacité permet d’en disposer davantage dans le même espace. Il est donc possible de proposer plus de capacité de transmission dans les mêmes locaux techniques et sans augmenter la consommation électrique!

Ensuite, tenir compte de l’évolution des trafics. Les prévisions de déploiement et de développements du réseau doivent intégrer à la fois les trafics existants et ceux qui apparaîtront plus tard mais également les bandes de fréquence actuellement disponibles et celles qui se trouveront libérées par l’abandon de la 2G/3G au profit de la 4G et de la 5G.
Grosso modo, un réseau 4G consomme la même chose qu’en 2G/3G mais avec un quasi doublement de la capacité. En intégrant le fait que les meilleurs équipements sont capables de commuter de la 4G à la 5G en 1ms, c’est à dire sans impact sur le ressenti des utilisateurs,  la bande passante disponible est augmentée à matériels constants.

 

Anticiper et planifier l’évolution des spectres dans le temps

Ericsson recommande également de tenir compte de la réalité du réseau et de la disparité de la consommation de bande passante, une connaissance basée sur une expérience longue et qui démontre que ce sont les stations qui ont le plus fort trafic qui verront la plus forte augmentation. Selon les données récoltées par le constructeur auprès de ses clients, il apparaît qu’environ 25% du trafic transite par seulement 7% des équipements! D’une manière générale 30% des antennes déployées gèrent environ 75% du trafic ! Avec pour corollaire que les installations restantes ne voient pas passer beaucoup de trafic (70% des antennes gèrent moins de 25% du trafic ), et c’est à ces endroits que les économies les plus importantes peuvent être réalisés.
Avec de l’IA pour analyser et prédire les plages d’utilisation, il est possible d’utiliser efficacement les technologies de mise en sommeil/réveil des équipements, avec une réduction de la consommation électrique pouvant atteindre jusqu’à 30%, selon Ericsson. Les équipements du constructeur suédois pouvant être mis à niveau à distance pour la 5G, étendre les capacités du réseau dans le futur sera une opération peu coûteuse.

Utilisation typique du trafic de données

Dernier point du plan général d’économies d’énergie : les évolutions logicielles intégrées dans les nouvelles solutions. Bel exemple, le Micro Sleep TX est une fonctionnalité qui réduit automatiquement la puissance d’émission quand aucun transfert utilisateur ou besoin de signalisation n’est détecté. Autre nouveauté logicielle, la fonction « Low Energy Scheduler Solution » est un mécanisme qui permet de reporter dans le temps les transferts non critiques – à l’exclusion du trafic voix. Le « Augmented MIMO Sleep Mode » permet de désactiver certaines antennes pour passer en SIMO, avec reconfiguration automatique en cas de besoin. Ericsson propose même de désactiver totalement la capacité d’amplification des cellules quand le trafic descend sous un seul prédéfini.

Prédiction du trafic en utilisant le ML pour un « MIMO Sleep Mode » augmenté

Mieux superviser pour moins consommer

Bien évidemment, les opérateurs ont également tout intérêt à déployer des solutions de supervision globales, connectées à toutes les stations, qui en s’appuyant sur le Cloud et sur le Machine Learning et l’Intelligence Artificielle permettront d’avoir une vision plus granulaire, plus précise et plus globale de l’activité de leur réseau avec des mécanismes automatisés d’adaptation des comportements des équipements.

Pris séparément, chacun des ajustements évoqués ne produira pas à lui tout seul des économies en énergie très importantes, mais la mer est faite de gouttes d’eau et chaque kilowatt/heure économisé vient s’ajouter aux autres.

Bref, pour les opérateurs, la 5G sera une opportunité de réduire les coûts énergétiques. Et ce gain énergétique est à intégrer dans le choix des équipements et des fournisseurs d’équipements. Un gain qui doit s’anticiper en préparant le réseau, en activant des fonctionnalités d’économie d’énergie propres aux nouveaux équipements, en construisant des maillages 5G exploitant intelligemment l’infrastructure des sites. Il reste que toutes ces préconisations ont aussi un coût. Il s’agit d’investissements, opérationnels lors de la couverture d’une nouvelle zone et/ou du déploiement de 4G/5G, structurels quand il s’agit de changer en profondeur le fonctionnement global du réseau, qui doivent fournir un retour financier délicat à évaluer avec précision.