Le positionnement 5G est-il prêt pour le suivi industriel d actifs ? (2023)

Avant la 5G, les capacités de positionnement dans les réseaux cellulaires étaient très limitées, se restreignant à localiser les appareils à plusieurs centaines de mètres pour des besoins d'urgence. Cependant, avec l'avènement de la 5G, le positionnement cellulaire progresse progressivement, permettant un suivi en temps réel et précis des appareils, tant en intérieur qu'en extérieur. Cette amélioration significative ouvre des possibilités pour les véhicules autonomes, les applications de réalité augmentée et virtuelle, la logistique ainsi que les avancées dans l'industrie 4.0.

Toutefois, avec toutes les affirmations audacieuses autour de la 5G, il est difficile de saisir ce qui est réellement possible aujourd'hui et dans quelles conditions. Dans cet article, nous visons à répondre à une question fondamentale : le positionnement 5G est-il actuellement adapté aux cas d'usage industriels de suivi, et comment se compare-t-il aux technologies RTLS industrielles établies telles que le GPS, le Bluetooth Low Energy (BLE) et l'ultra-large bande (UWB) ?

Dans cet article, nous évaluerons la maturité de :

Enfin, nous présenterons quelques conclusions ainsi qu'une liste de questions fréquemment posées en réponse à cet article, couvrant NB-IOT et 5G NR-light (RedCap). Pour les personnes totalement novices en positionnement 5G, découvrez l'épisode de podcast suivant avec 5G guys où nous discutons du positionnement cellulaire et des types d'applications pour ces services de localisation :

Évolutions progressives du positionnement 5G

Tout d'abord, il est important de souligner que la 5G est une norme en évolution, avec de nouvelles mises à jour qui améliorent et introduisent de nouvelles fonctionnalités tous les quelques années.

Bien que la release 15 du 3GPP ait officiellement lancé la 5G, les capacités de positionnement appropriées n'ont été introduites qu'à la release 16. La dernière release 17, approuvée en juin 2022, devrait ajouter encore plus de capacités de positionnement. Il est important de savoir que chaque mise à jour peut nécessiter des améliorations, il est donc crucial de comprendre les différentes capacités des releases.

Dans le tableau ci-dessous, vous pouvez voir les différentes capacités techniques des différentes releases.

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Passons maintenant à 5 catégories critiques pour voir si le positionnement 5G est prêt.

Traceurs de localisation 5G

Le principal obstacle potentiel au positionnement basé sur la 5G aujourd'hui réside dans les traceurs de localisation (ou étiquettes). Actuellement, les prix des étiquettes sont encore prohibitifs car les chipsets 5G sont principalement conçus pour les smartphones, pas pour les étiquettes d'actifs. Pire encore, l'autonomie moyenne des batteries est de l'ordre de quelques jours avec la release 16. Pour la plupart des solutions industrielles de suivi d'actifs, cela est inacceptable. Ce n'est pas seulement une question de conception des étiquettes, c'est inhérent à la norme actuelle et il faudra attendre la 5G-advanced pour bénéficier d'autonomies de plusieurs années. 

En comparaison, des technologies comme le BLE, l'UWB ou le GPS disposent déjà d'étiquettes disponibles en grande quantité à des prix plus bas avec des autonomies de batterie supérieures à 5 ans, les rendant plus accessibles pour un déploiement à grande échelle. Prenons l'exemple de l'UWB, qui est la technologie la plus récente pour le suivi précis en intérieur, il a fallu environ 6 ans après la sortie initiale de la technologie de puce UWB en 2014, avant que les prix des appareils ne baissent à des niveaux adaptés aux déploiements massifs.

Verdict : pas prêt. 

Infrastructure 5G polyvalente

L'un des principaux avantages de l'utilisation de la 5G pour le positionnement est l'utilisation polyvalente de la même infrastructure réseau, ce qui peut considérablement améliorer la rentabilité du déploiement de la 5G privée.

Il est important de considérer que les exigences d'infrastructure pour la connectivité et le positionnement peuvent différer significativement. Alors qu'une seule station de base placée au centre d'une zone peut fournir une connectivité optimale, le positionnement nécessite plusieurs stations de base placées aux coins pour un suivi précis. Si cela n'est pas planifié soigneusement dès le départ, l'infrastructure peut ne pas répondre aux exigences de positionnement, conduisant à des performances sous-optimales et des résultats de suivi peu fiables. En général, le positionnement nécessitera une infrastructure 5G plus dense comparée à la connectivité.

Verdict : prêt.

Positionnement 5G précis (en intérieur)

Avec la release 16 commercialement disponible, il est possible d'atteindre une précision de 3m en intérieur et 10m en extérieur dans 80% des cas, avec une infrastructure adéquate.

La release 17 de la 5G vise à améliorer la précision en exploitant une bande passante plus large disponible aux fréquences supérieures à 24 GHz, également appelées fréquences millimétriques (mmWave). Bien que cela puisse aboutir à une précision au niveau du décimètre similaire au positionnement intérieur UWB, cela présente des limitations. Les signaux mmWave ont une capacité de pénétration limitée, ne pouvant pas traverser les murs et étant facilement bloqués par des obstacles ou des personnes. Pour atteindre la précision souhaitée, plusieurs stations de base (compatibles avec la release 17) devraient être installées dans chaque pièce, entraînant des coûts élevés d'infrastructure et de câblage.

Verdict : pas prêt.

Suivi fluide intérieur et extérieur 5G

Un autre avantage du positionnement 5G est la capacité à réaliser une localisation fluide en intérieur et en extérieur avec la même technologie. Les autres technologies RTLS ne peuvent pas offrir cette capacité aujourd'hui et doivent recourir à une combinaison de différentes technologies pour obtenir une localisation intérieure et extérieure.

Cependant, pour atteindre cette capacité, les réseaux publics doivent avoir cette fonctionnalité de localisation activée et une couverture suffisante est nécessaire pour effectuer le positionnement extérieur. Sinon, le suivi de localisation retombera aux performances des générations précédentes avec des erreurs de plusieurs centaines de mètres. En pratique, nous constatons que la « couverture de positionnement » n'est pas encore au rendez-vous. En fait, certains opérateurs proposent des traceurs combinant 5G et GPS pour pallier ce problème. 

Verdict : à moitié prêt

Scalabilité de la 5G

La 5G est conçue pour la montée en charge, le réseau peut donc facilement gérer un grand nombre d'actifs à suivre. De plus, pour un positionnement de précision moyenne (10m en extérieur comme ciblé par la release 16), la portée radio peut couvrir de plus grandes zones avec une infrastructure extérieure limitée pour les réseaux 5G privés.

Verdict : prêt

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Conclusion :

Bien que le suivi de localisation basé sur la 5G offre des possibilités passionnantes pour les applications industrielles, le positionnement 5G doit dépasser la phase conceptuelle et se concrétiser par des déploiements réels.

À court terme, les études de marché montrent que le positionnement 5G seul est peu susceptible de répondre efficacement à de nombreux cas d'usage. En fin de compte, le positionnement 5G ne remplacera probablement pas les technologies RTLS alternatives. Cependant, pour de nombreux secteurs industriels, la combinaison unique de communications et de positionnement, ainsi que la couverture fluide intérieure et extérieure, soutenue par l'écosystème 5G, constituera une proposition de valeur forte. Cet écosystème 5G doit s'unir pour améliorer la précision, la fiabilité, la scalabilité, la réduction de la consommation d'énergie, les coûts, la facilité de déploiement, la latence et bien d'autres métriques clés exigées par les divers cas d'usage RTLS.

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Pozyx et le positionnement 5G

La plateforme Pozyx est un logiciel de suivi d'actifs qui peut agréger des données de localisation provenant de multiples sources, y compris du positionnement 5G. Tant en intérieur qu'en extérieur. La plateforme exploite ces données pour résoudre de nombreux cas d'usage industriels critiques, notamment la gestion des stocks, la visibilité sur le plancher de production, l'automatisation basée sur la localisation et bien plus encore.

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Questions fréquemment posées

Après la publication de cet article, nous avons reçu plusieurs questions que nous souhaitons clarifier ici également. Merci à tous pour vos contributions.

1. Les appareils NB-IoT ou Cat-M bénéficieront-ils également du positionnement 5G ?

NB-IoT et Cat-M sont en fait des technologies 4G qui ont été intégrées dans la 5G. Ces appareils ne bénéficient pas des avancées en matière de positionnement sous 5G.

2. NR-light (RedCap) apportera-t-il des traceurs de localisation 5G à faible coût ?

NR-light devrait réduire les coûts et augmenter l'autonomie des batteries (jusqu'à plusieurs mois) par rapport aux appareils 5G standard. Cependant, nous prévoyons qu'il ne sera toujours pas comparable aux étiquettes BLE ou UWB qui ont des autonomies de plusieurs années à faible coût. Nous pensons cela car NR-light se situe entre NB-IOT et la 5G standard en termes de complexité et d'autonomie. Aujourd'hui, même NB-IOT ne permet pas de mises à jour fréquentes (par exemple, toutes les 1 ou 10 secondes) tout en atteignant une autonomie de plusieurs années, et il reste relativement coûteux à mettre en œuvre. Ainsi, avec NR-light, les prix des étiquettes resteront relativement élevés et l'autonomie (ou la fréquence des mises à jour de positionnement) limitée.

De plus, NR-light limite la bande passante à 20 MHz, ce qui impacte (significativement) la précision du positionnement. Il sera donc limité aux applications nécessitant une précision moindre. En fait, le 3GPP ne se concentrera sur les exigences de positionnement que dans la deuxième génération de NR-light prévue pour la release 18.

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