ITS-G5, C-V2X : l’Arcep dresse l’état des lieux du casse-tête de la voiture connectée

Le V2X (Vehicle-to-Everything) permet aux voitures connectées d'échanger des messages avec les autres véhicules et l'infrastructure. Simple sur le papier, mais bien plus compliqué dans la pratique à cause du choix des fréquences et des technologies (ITS-G5 ou C-V2X). L'Arcep dresse un état des lieux.

Dans le cadre d'une réflexion sur les réseaux du futur avec un horizon de 5 à 10 ans, l'Arcep a mis en ligne un document sur la voiture connectée. Pour dresser un bilan, le régulateur s'est entouré d'un comité scientifique comprenant dix personnes « du monde académique, entrepreneurial et industriel couvrant divers domaines d'expertises ».

Le gendarme des télécoms prévient : il s'agit d'un « état des réflexions à date » qui ne « reflète pas une position des membres du comité ou de l'Arcep ». Les acteurs souhaitant apporter leur pierre à l'édifice peuvent le faire via l'adresse email dédiée : ré[email protected]. Une version finale du document devrait arriver à la fin de l'année.

Les Systèmes de Transport Intelligents (STI), et plus particulièrement la voiture connectée, permettent d'envoyer des messages entre différents véhicules et l'infrastructure routière. Une voiture peut ainsi informer d'un freinage d'urgence, d'une route glissante ou d'un bouchon, tandis que l'infrastructure peut signaler des travaux, des conditions de trafic, etc.

Bref, tout le monde peut se parler, mais encore faut-il se mettre d'accord sur un langage commun pour bien se comprendre... et ce n'est pas une mince affaire. Explications.

Des choix technologiques à faire

Comme l'explique effectivement l'Arcep, « les technologies de communication qui équiperont ces véhicules ne sont pas encore arrêtées, et il existe aujourd’hui une bataille intense entre les acteurs du secteur (notamment les constructeurs automobiles) pour imposer leur standard parmi les deux technologies rivales, qui sont l’ITS-G5 et le C-V2X » ; nous y reviendrons.

Derrière le V2X (Vehicle to Everything) se cachent plusieurs services : V2N pour Vehicle to Network, V2V pour Vehicle to Vehicle, V2I pour Vehicle to Infrastructure, V2P pour Vehicle to Pedestrian, etc. Il ne faut pas mélanger ces technologies avec la voiture autonome qui permet, elle, de rouler sans intervention du chauffeur dans certaines conditions.

L'Arcep explique qu'il existe deux modes de communications pour le V2X, chacun avec ses avantages et inconvénients. Les deux peuvent être mélangés pour renforcer la connectivité :

• Communications « directes », de courte portée, qui utilisent la bande de fréquence des 5,9 GHz
• Communications de longue portée, qui utilisent les réseaux cellulaires des opérateurs mobiles

La bande des 5,9 GHz harmonisée en Europe

Dans le premier cas, les fréquences entre 5 875 et 5 905 MHz ont été harmonisées il y a une dizaine d'années « pour les applications des systèmes de transport intelligents liées à la sécurité ». C'est l'objet de la décision 2008/671/CE de la Commission (5 août 2008).  

S'agissant d'une bande de fréquence « libre » et réservée aux STI (Systèmes de Transport Intelligents) routiers, ces derniers peuvent l'utiliser « gratuitement, sans déclaration préalable ni demande d’autorisation, sous réserve de respecter les conditions techniques d’utilisation de la bande définies au niveau européen ». Par contre, elle n'offre aucune garantie de non-brouillage, ce qui peut être un frein pour des services critiques.

Dans son état des lieux, le régulateur explique que « les communications directes en bande 5,9 GHz sont utilisées pour fournir aux conducteurs des informations supplémentaires sur les autres véhicules, l’état du trafic et l’environnement routier. Ces informations viennent compléter celles détectées par le véhicule grâce à ses capteurs propres (radars, caméras, lidars) et peuvent être exploitées par les algorithmes de la voiture pour améliorer la sécurité routière, optimiser les services d’aides à la conduite, et à terme offrir de plus hauts niveaux d'autonomie ».

Le gendarme ajoute que la portée est d'environ 1 km pour les échanges de type V2I et de 500 mètres en V2V. La latence est de l'ordre de la dizaine de millisecondes, mais avec des débits relativement faibles à cause de la largeur de bande de 30 MHz seulement. Dans tous les cas, la topologie du terrain et les bâtiments jouent un rôle important et peuvent réduire de manière importante les performances.

Reste à choisir entre ITS-G5 et C-V2X (ou les deux)

La bande des 5,9 GHz a l'avantage d'être neutre technologiquement, tout est donc possible dans la limite des conditions techniques d'utilisation.

Actuellement, deux technologies tiennent la corde : 

• ITS-G5 : Intelligent Transport System - G5 (pour 5,9 GHz)
• C-V2X : Cellular Vehicle-to-Everything

« L’ITS-G5 est une technologie mature, dérivée du Wi-Fi [...] La notion de maturité doit toutefois être considérée avec prudence dans la mesure où peu de tests avec une densité significative de véhicules ont été réalisés et documentés », ajoute tout de même le régulateur. ITS-G5 est conçue pour fonctionner uniquement sur les 5,9 GHz, pas sur les réseaux des opérateurs.

Parmi les projets ITS-5G en cours, il y a SCOOP « qui vise à déployer 3 000 véhicules sur 2 000 km de routes répartis en cinq sites : Île-de-France, A4, Isère, rocade de Bordeaux et Bretagne ». En mars 2018, les premiers véhicules SCOOP étaient commercialisés en France par Renault et PSA : une Megane, ainsi que des C4 et DS4 respectivement. Ils sont « munis de boitiers de communication dédiés aux cas d’usage de sécurité routière et de gestion de trafic. Véhicules vendus sans surcout ».

De son côté, C-V2X est une technologie plus récente, définie par la 3GPP. Elle peut « utiliser la bande 5,9 GHz pour des communications directes, ainsi que le réseau cellulaire des opérateurs mobiles pour communiquer avec les véhicules ». Elle est aussi compatible avec les réseaux des opérateurs, qui peuvent utiliser des fréquences basses (700, 800 MHz) afin d'augmenter considérablement la portée, ce qui n'est pas possible avec l'ITS-G5.

Actuellement, le C-V2X exploite la 4G comme solution de base, on parle donc de LTE-V2X, mais vous voyez déjà venir la suite :  « C-V2X devrait évoluer pour intégrer la 5G (« 5G-V2X »), et ainsi bénéficier des avancées de performances associées (débit, latence, fiabilité) ».

Une interopérabilité possible à l'avenir

Problème, ces deux technologies ne sont pas compatibles pour l'instant. Tout n'est pas perdu pour autant : « Des travaux sont actuellement en cours pour rendre l’ITS-G5 et le C-V2X interopérables et traiter la question de leur coexistence radio dans la même bande de fréquences ».

Dans l'Union européenne, la directive 2010/40/EU (article 7) prévoit que la Commission « doit définir les spécifications nécessaires pour assurer la compatibilité, l’interopérabilité et la continuité en vue du déploiement et de l’utilisation opérationnelle des STI ».

Dans sa dernière version (14 janvier 2019), le projet d'acte définissant justement ces spécifications « autorise le déploiement de la technologie ITS-G5, qui est la plus mature, et prévoit un processus pour permettre l’arrivée d’autres technologies (comme le C-V2X) dans un délai rapide, dès lors que celles-ci sont techniquement matures et capables d’assurer la compatibilité et l’interopérabilité avec les technologies déjà mises en places ». Ce projet doit encore être entériné. 

Certains ont déjà choisi, sans uniformité au niveau mondial

Sans attendre un cadre réglementaire définitif, certains constructeurs se sont déjà lancés dans la bataille, avec des choix différents :

• ITS-G5 pour Volkswagen (déploiement dans les nouveaux véhicules à partir de 2019) et Renault
• C-V2X pour PSA (à partir de 2020), Ford (pour ses véhicules aux États-Unis, à partir de 2022) et BMW

D'autres pays ont fait des choix différents, comme le détaille l'Arcep dans son analyse du marché. Le Japon a débuté le déploiement d'unités de bord de route (UBR) pour envoyer des informations aux véhicules (I2V) en utilisant la technologie DSRC, équivalente à l'ITS-G5. La Corée du Sud a terminé un projet pilote d'I2V, V2I et V2V sur un tronçon de 88 km, là encore en DSRC.

Les États-Unis ont réservé la bande des 5,9 GHz pour le DSRC, mais le C-V2X peut y être expérimenté dans certaines zones. Enfin, la Chine mise depuis octobre 2018 sur le C-V2X pour la bande des 5,9 GHz. Bref, on est loin d'une harmonisation mondiale, quand l'Europe et la France se cherchent encore. 

Alors que l'on pourrait penser que les opérateurs français militent en faveur du C-V2X, ils ont une position plus mitigée selon les retours de l'Arcep : « Dans l’ensemble, les opérateurs mobiles interrogés indiquent ne pas souhaiter prendre position en faveur de l’une ou l’autre technologie et considèrent que les deux doivent pouvoir être envisagées ».

Par contre, un équipementier (non nommé) milite fermement en faveur de l'ITS-5G : il « juge en effet essentiel de pouvoir établir des communications directes avec les utilisateurs, qui ne soient pas tributaires du réseau des opérateurs mobiles ». Néanmoins, « pour de nombreux acteurs, le critère de choix n’est pas tant la performance de chacune de ces deux technologies, que l’existence d’un écosystème », ajoute le gendarme des télécoms.

Pour ne rien simplifier, si « les premiers déploiements adoptaient davantage la technologie ITS-G5, les récentes annonces laissent supposer que de plus en plus d’industriels tendent à adopter le C-V2X ». Bref, en 2019 rien n'est encore joué pour la voiture connectée, et c'est bien dommage. Après le retard sur la voiture autonome, il faudrait éviter une redite avec la voiture connectée... ni que l'on mise sur le mauvais cheval.

Qui paiera l'addition pour les infrastructures ?

Pour ajouter une couche de brouillard, les modèles économiques ne sont pas encore arrêtés, notamment pour « le déploiement des unités de bord de route, utilisées par les gestionnaires d’infrastructures pour communiquer avec les véhicules ».

L'Arcep indique que leur coût est estimé à 3 000 euros pièce, pour une couverture de 2 km : « Leur déploiement entraînerait des investissements très élevés, ne serait-ce que pour la couverture des réseaux autoroutiers, même si leur densité linéaire est optimisée pour couvrir exclusivement les zones à risque ».

Au-delà de l'intérêt socio-économique, le régulateur explique qu'il « est difficile de prédire quel pourrait être l’acteur en charge de leur déploiement : État, collectivités territoriales, gestionnaires autoroutiers, acteurs privés… ».

Pour couvrir plus rapidement une zone, une autre solution existe : exploiter les réseaux des opérateurs en complément ou à la place du 5,9 GHz. Le C-V2X a l'avantage de pouvoir fonctionner sur les deux, mais il est techniquement moins mûr que l'ITS-5G qui se limite aux 5,9 GHz.

Avantages et inconvénients des réseaux 4G... 

Techniquement rien n'empêche une solution hybride, mais « cela nécessite que les véhicules soient équipés d’une carte SIM, qu’ils disposent d’un contrat avec les opérateurs mobiles pour l’utilisation de leur réseau, et que les axes de circulation bénéficient d’une couverture mobile », prévient l'Arcep. 

Les avantages des réseaux mobiles sont nombreux : des débits plus élevés permettant de mettre en place d'autres services, notamment un accès à Internet pour du divertissement, des communications entre véhicules sur de plus longues distances qu'en 5,9 GHz (surtout avec des fréquences basses) et « une garantie de non-brouillage ». Dans la pratique, il s'agit « de déclencher une procédure visant à faire cesser le brouilleur » en cas de problème, mais une solution existe contrairement aux 5,9 GHz.

Dernier point positif : la connectivité peut être assurée directement par la voiture si elle intègre une (e)SIM ou par l'intermédiaire du smartphone du conducteur (nous y reviendrons). Le coût de l'abonnement (ou des abonnements) ne doit par contre pas être oublié dans la balance.

Problèmes, constructeurs automobiles et opérateurs ne sont pas sur la même longueur d'onde : « Ces développements conduisent les constructeurs automobiles à exiger des niveaux de fiabilité et de couverture plus importants. Toutefois, les relations contractuelles existantes engagent généralement les opérateurs mobiles sur des obligations de moyens, ce qui ne répond que partiellement aux besoins des constructeurs automobiles, selon ces derniers ».

Un opérateur explique qu'il ne peut en effet pas « garantir une réelle fiabilité de la communication sur une large part des réseaux routiers ». Si les opérateurs pensent être en mesure de proposer des niveaux de fiabilité très élevés dans des environnements limités et contrôlés, ce n'est pas le cas « à l’échelle nationale ». Se pose également la question du roaming avec des opérateurs étrangers, mais aussi en France dans une bien moindre mesure : il « complexifie la chaîne de responsabilité entre les différents acteurs ». 

Plusieurs pistes sont étudiées pour les réseaux 4G et la voiture connectée : « l’émergence d’un nouveau marché consistant en la fourniture de forfaits transfrontaliers spécifiques aux STI routiers » avec de nouveaux acteurs internationaux, ou bien « que certains constructeurs automobiles fassent le choix de devenir eux-mêmes MVNO pour assurer la connectivité de leur véhicule ». Dans les deux cas, les opérateurs de réseau ne devraient que moyennement apprécier. 

... et quid de la 5G ?

De son côté, la 5G soulève aussi plusieurs questions, notamment liées à son coût, que ce soit pour déployer des infrastructures ou pour accéder aux pylônes le long des autoroutes. Une piste évoquée par l'Arcep serait que les gestionnaires d'autoroute procèdent eux-mêmes au déploiement.

Pour rappel, le régulateur s'est montré très ouvert lors de sa dernière consultation sur le sujet : « On peut imaginer un acteur neutre qui ne soit aucun des quatre grands opérateurs qui exploitent le réseau et les fréquences et qui ensuite revend de la capacité à tout le monde. Ce n'est pas impossible. On ouvre totalement cette possibilité », nous affirmait Sébastien Soriano, président de l'Arcep.

• Lire notre dossier et interview sur l'ultime consultation 5G de l'Arcep

Dans tous les cas, « les opérateurs soulignent qu’une couverture URLLC [Ultra Reliable Low Latency Communications, de la 5G avec une latence extrêmement faible, ndlr] le long des routes n’aurait de sens économiquement que si les utilisateurs montrent une propension à payer pour des services qui restent encore à définir ». La 5G pourrait aussi avoir un intérêt pour les voitures autonomes.

Exploiter la connectivité des smartphones : oui, mais...

Et même si l'industrie arrivait à se mettre d'accord, il ne faut pas oublier qu'une autre solution externe à la voiture existe : les smartphones qui « sont susceptibles d’émerger et d’apporter des applications innovantes à un rythme rapide ». Le téléphone pourrait récupérer des informations de la voiture et se charger ensuite de faire le lien via les réseaux des opérateurs de téléphonie mobile.

Comme l'explique l'Arcep, « les données peuvent être, pour la plupart, accessibles via une prise diagnostic (OBD, On Board Device) standardisée, qui permet de faire remonter ces données vers un smartphone ». De plus, les mobiles 5G ont de grandes chances d'être disponibles en masse avant les voitures connectées en 5G. 

Une double connectivité est également envisagée, avec une SIM intégrée dans la voiture et le smartphone. Les deux solutions ne répondent pas aux mêmes besoins, mais peuvent être complémentaires. La seconde est ainsi à privilégier pour les usages critiques, car le niveau de fiabilité est plus élevé et elle offre « une garantie anti-intrusion plus importante ».

Le smartphone ne demande pas de surcoût aux utilisateurs qui disposent déjà d'un forfait avec de la data intégrée. On en trouve régulièrement avec plusieurs dizaines de Go pour moins de 10 euros par mois, sans limite de durée.