[TRIBUNE de Nancy Friedrich,KEYSIGHT] Les avantages des réseaux non terrestres (NTN, Non Terrestrial Network) concernent aussi bien la connexion des régions rurales et isolées, l’adaptation des réponses aux catastrophes, que les nouvelles applications pour les consommateurs, l'industrie et les scientifiques. En transmettant et en recevant davantage d'informations par satellite pour les communications et le transfert de données, les réseaux non terrestres offrent de nouvelles possibilités et caractéristiques dans des domaines tels que l'agriculture, les transports, la surveillance de l'environnement et le suivi des actifs. Analyse par Nancy Friedrich, Marketing Manager pour les services de radiofréquences dans l’aérospatial et la défense chez Keysight Technologies.

Pour les réseaux cellulaires, l'intégration de satellites permet d'offrir des capacités et des services directs aux appareils. Les NTN font le lien entre la terre à l'espace, pour toute la planète. C’est pourquoi, les différentes industries adaptent leurs normes de performance et d'interopérabilité au niveau national et international. En unissant les efforts de développement et de déploiement, ces normes permettent à l'industrie et au monde entier d'accélérer l'adoption et d'exploiter les avantages des TN.

De leur côté, les réseaux cellulaires de cinquième génération, la 5G, quant à eux, sont confrontés aux mêmes défis. A ceux-ci, s'ajoutent des exigences de fiabilité plus élevées par rapport aux réseaux stallitaires (SatCom) antérieurs. Les stations de base qui constituent normalement un réseau terrestre comprenant des tours au sol, seront à treme déplacées dans l'air et dans l'espace. Un réseau NTN 5G comprend un équipement utilisateur qui consiste en un appareil mobile tel qu'un téléphone portable ou un capteur, et si nécessaire, l'équipement utilisateur communique avec des stations de base, chacune appelée gNodeB.

L’introduction des NTN 5G perturbe l'architecture traditionnelle des réseaux terrestres 5G

Il existe de nombreuses alternatives pour les satellites et les systèmes de plateformes à haute altitude (HAPS, High-Altitude Platform Station) participant aux domaines des gNodeB et des réseaux d'accès radio (RAN, Radio Access Network), certains avec plusieurs satellites dispersés sur des kilomètres. Les NTN 5G présentent de nombreuses fonctionnalités et sont confrontés à des défis identiques à ceux de leurs homologues terrestres, auxquels s'ajoutent des attentes plus élevées en matière de fiabilité par rapport aux réseaux SatCom antérieurs. 

A ce niveau, les standards d’interopérabilité comme ceux émis par la consortium DIFI (Digital Intermediate Frequency Interoperability Consortium) délivre une norme numérique interopérable de fréquence intermédiaire/ radiofréquence pour la communication sur les systèmes terrestres. Or, les systèmes analogiques de fréquences intermédiaires, de par leur chaîne de matériel, sont difficiles à adapter et leur fonctionnement est complexe. Ils ont du mal à gérer la charge de travail existante et ne pourront pas s'adapter aux besoins de demain.

Selon le consortium, l'industrie des satellites résout ces problèmes en insérant des convertisseurs de fréquence intermédiaire (FI) aussi près que possible des antennes pour créer un flux de paquets FI numérique qui peut être transporté et traité numériquement. Mais contrairement à la FI analogique, il existe un nombre presque infini de façons d'encoder les bits de la FI numérique dans un paquet IP standard. L'une des principales raisons d'inclure les NTN dans les normes du 3GPP (Third Generation Partnership Project) est la possibilité d'accéder aux réseaux satellitaires avec des appareils 5G et LTE (Long Term Evolution) existants et non modifiés.

Le 3GPP considère ainsi que LTE NTN est synonyme de IoT NTN. Les NTN de l'IoT à bande étroite (le NB-IoT) et la communication améliorée de type machine (eMTC) sont des sous-ensembles des NTN de l'IoT. À l'origine, le 3GPP a défini les NTN pour la 5G avant de donner la priorité aux NTN IoT, car ils présentent moins de défis. Le calendrier qui en résulte met en parallèle l'arrivée de la 4G NTN et celle de la 5G, car elle a été ajoutée tardivement à la norme 4G 3GPP. 

Le 3GPP version 17, a la maneuvre pour la première vague

La version 17du 3GPP fut la première à prendre en compte les réseaux terrestres et les plateformes NTN dans la 5G ou dans toute autre spécification cellulaire antérieure du 3GPP. Telles qu'elles sont définies dans la version, ces plateformes NTN comprennent plusieurs types de satellites, en particulier les satellites à orbite non géosynchrone et les satellites à orbite géosynchrone (qui comprend l'orbite géostationnaire). 

A l'origine, le 3GPP faisait référence à l'orbite basse et à l'orbite géostationnaire, mais il a ensuite choisi de les généraliser à l'orbite non géosynchrone et à l'orbite géosynchrone. Il s'agit là des éléments du NTN définis par le 3GPP, mais les NTN propriétaires en dehors du 3GPP comprennent également les HAPS et les véhicules aériens sans équipage. Ils font l'objet d'un point de travail distinct dans le 3GPP.

Grâce à cette dernière version, le 3GPP espère réduire la dépendance des NTN à l'égard du systèmes de postionnement par satellite (GNSS). L'amélioration du fonctionnement du GNSS comprend la pré-compensation de l'UE pour la synchronisation du temps et la fréquence de la transmission montante en cas de baisse de la disponibilité du GNSS.

Un soutien supplémentaire cible la couverture discontinue du NTN pour le NTN IoT, ce qui rend la collecte de données à travers ces réseaux plus résiliente. Le 3GPP continuera à guider la progression des réseaux NR et IoT NTN, les études sur les aspects service et système du groupe de spécification technique pour la version 20 du 3GPP devant être achevées d'ici à juin 2025. 

On le voit, à mesure que les NTN et leurs services se multiplient, les normes continueront de progresser pour garantir à la fois l'interopérabilité, la conformité et les performances. Bien que les cas d'usage et les caractéristiques de ces futures normes ne soient pas encore définis, les NTN 5G (et éventuellement 6G) sont clairement sur la voie de la transformation des communications. 

Enfin, à mesure que les fournisseurs de communications intégreront les NTN, en allant au-delà de l'infrastructure terrestre, ils permettront des expériences immersives telles que le métavers, tout en transformant les industries, de la fabrication aux soins de santé en passant par la surveillance du climat. Il faut s'attendre à ce que les organismes de normalisation tracent clairement la voie vers cet avenir technologique en fournissant des cas d'utilisation et des capacités qui transformeront la vie dans le monde entier.