Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente les principaux enjeux et challenges technologiques associés à l’introduction des satellites dans les standards définis par le 3GPP.
Après un rappel des éléments composant un accès défini par le 3GPP, pour le cas des satellites sans capacité de traitement numérique à bord, les solutions techniques proposées par le 3GPP sont présentées. Pour le cas des satellites régénératifs, deux scénarios sont considérés : gNB entièrement à bord ou distribué entre le bord et le sol. Les principales contraintes et caractéristiques associées sont listées.
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Nicolas KUHN : Architecte SATCOM - Thales Alenia Space, Toulouse, France
INTRODUCTION
Les réseaux d'accès bidirectionnel par satellite présentent un intérêt pour de nombreux marchés car ils fournissent des accès à Internet dans les zones rurales et des accès internet mobile vers les grands ensembles d’utilisateurs mobiles (train, avion, bateau), où un service haut débit commercialement viable est difficilement réalisable. Ils sont particulièrement intéressants pour fournir des services partout et à tout moment, y compris une couverture sur de vastes zones, et un large éventail de services de diffusion à des millions d'utilisateurs.
Les réseaux satellitaires sont difficiles à intégrer pour un opérateur terrestre en raison du manque d'interfaces communes pour la gestion des ressources et le contrôle des réseaux terrestres et satellitaires. Le segment sol des systèmes satellitaires exploite historiquement le standard défini par l’organisme Digital Video Broadcasting (DVB) [TE 6 154], avec des couches physiques particulières, induisant des spécificités sur les mécanismes de couche liaison. L’émergence de la standardisation au 3rd Generation Partnership Project (3GPP) des systèmes satellites est une opportunité pour que ces systèmes offrent des interfaces de gestion standard, tant sur le plan de donnée et contrôle que sur le plan de gestion et un modèle d’architecture en couches Open Systems Interconnection (OSI) basses et hautes standardisées, intégrant les fonctionnalités de routage en mobilité, de qualité de service et de sécurité basées sur les services de type Service-Based Architecture (SBA).
La convergence des réseaux 5G et des réseaux non terrestres (NTN) crée un écosystème riche en opportunités, facilitant notamment l'intégration des satellites dans les infrastructures terrestres [102841]. Les systèmes satellitaires offrent des services de diffusion efficaces [TE 7 538] qui pourraient être intégrés dans les systèmes définis par le 3GPP [TE 7 542]. Aussi, pour les opérateurs NTN, il s’agit d’une opportunité de bénéficier d’une base de fournisseurs étendue et d’un écosystème important, en particulier pour les chipsets intégrés dans les terminaux satellites et les solutions logicielles exploitées.
Cet article introduit les activités NTN dans le cadre de la standardisation 3GPP. La standardisation 3GPP se traduit par des Release figeant une partie de spécifications. En amont de chaque Release, l’ensemble des activités techniques à couvrir sont convenues entre les différentes parties prenantes. Dans la Release 17 et la Release 18, les spécifications couvrant des scénarios d’accès par satellite ont été introduits. Les activités en cours de définition pour la Release 19 visent à étendre les scénarios déjà standardisés. Cet article présente les principaux enjeux associés à l’intégration de système NTN, et en particulier sur les satellites en orbite basse, dans un système défini par le 3GPP.
Cet article recommande la lecture de l’article [E 7 560] pour appréhender les systèmes de télécommunication par satellite et la lecture des articles [TE 8 015] [TE 8 012] pour la compréhension des architectures définies par le 3GPP.
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Présentation
Introduction des satellites régénératifs au standard 3GPP2. Introduction des satellites transparents au standard 3GPP
Cette section présente les modifications au standard 3GPP pour le cas d’usage accès direct (par exemple smartphone) pour une fréquence d’utilisation inférieure à 7 GHz et utilisant la forme d’onde 5G NR avec des satellites en orbite non géostationnaire avec un satellite transparent. Les éléments présentés sont également pertinents pour des scénarios avec des fréquences d’utilisation plus élevées.
La terminologie « transparent » se réfère au fait que le gNB tel que défini précédemment (c’est-à-dire n’incluant pas le RRU) est entièrement au sol et que le satellite n’effectue pas d’opérations associées à la modulation ou au décodage des données reçues. Différentes découpes de la couche physique sont possibles et étudiées dans des documents d’étude du 3GPP et du consortium O-RAN. Les propositions effectuées au standard pour introduire les satellites transparents doivent être compatibles de l’ensemble des niveaux de découpes de la couche physique. Cette architecture est illustrée en figure 5. Un élément dimensionnant associé à cette architecture est le surdébit engendré par la transmission d’un signal modulé et le besoin important de ressources pour transmettre le signal.
Par ailleurs, les technologies antennaires des satellites peuvent permettre de maintenir une cellule fixe au sol : la cellule reste géographiquement la même malgré le mouvement du satellite et l’antenne pointe dynamiquement son faisceau vers la cellule concernée. Un autre scénario est celui où les cellules sont mobiles par rapport au sol et la technologie antennaire du satellite n’effectue pas de pointage dynamique avec le sol.
2.1 Localisation
L’estimation de la position des utilisateurs est nécessaire pour un ensemble de fonctionnalités comme la gestion de la ressource radio, les appels audio entre UE, la diffusion de messages d’alertes, etc. Bien que l’UE puisse fournir sa localisation après mesure locale exploitant un Global Navigation Satellite Systems (GNSS), cette information pourrait avoir été falsifiée par un tiers : le 3GPP préfère donc permettre un estimation par les fonctions du 3GPP de la localisation des UE.
Cela est réalisé en utilisant la fonction Location Management Function (LMF) de la Access and Mobility Management Function (AMF),...
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Introduction des satellites transparents au standard 3GPP
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FELTRIN (L.), JALDEN (N.), TROJER (E.), WIKSTRÖM (G.) - Potential for Deep Rural Broadband Coverage With Terrestrial and Non-Terrestrial Radio Networks. - Dans Frontiers in Communication ans Network (2021). PDF disponible en ligne https://www.researchgate.net/publication/353003797_Potential_for_Deep_Rural_Broadband_Coverage_With_Terrestrial_and_Non-Terrestrial_Radio_Networks
-
(2) - HATT (T.) - Satellite 2.0 : going direct to device (2022). - PDF disponible en ligne https://data.gsmaintelligence.com/api-web/v2/research-file-download ?id=69042417&file=220322-Satellite-2.0-going-direct-to-device.pdf
-
(3) - ITU-R - Report M.2514-0, Vision, requirements and evaluation guidelines for satellite radio interface(s) of IMT-2020 (2022). - PDF disponible en ligne https://rfi.colem.co.uk/wp-content/uploads/ITU-R-IMT-2020-Satellite-5G-6G-Vision-Enhanced-Mobile-Broadband-Massive-Machine-Ultra-reliable-Low-Latency-Comms.pdf
-
(4) - ERICSSON - * - . – Ericsson, Qualcomm and Thales to take 5G into space (2022).
-
(5) - RAHMAN (I.), MODARRES RAZAVI (S.), LIBERG (O.) et al - 5G evolution toward...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Introduction of the satellite L-/S-band. - 3GPP RP-230706 - Mars 2023
-
Service requirements for the 5G system. - 3GPP TS 22.278 - Décembre 2009
-
5G ; NG-RAN ; F1 Application Protocol (F1AP). - 3GPP TS 138.473 - Janvier 2023
-
System Architecture for the 5G System (Release 16). - 3GPP TS 23.501 - Juin 2024
-
Procedures for the 5G System. - 3GPP TS 23.502 - Janvier 2021
-
Non-Access-Stratum (NAS) protocol. - 3GPP TS 24.501, TS 24.502 - Juin 2018
-
Security architecture and procedures for 5G system. - 3GPP TS 33.501 - Août 2020
-
Study on Narrow-Band Internet of Things (NB-IoT)/enhanced. - 3GPP TR 36.763 - Mai 2021
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...
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
3GPP
ORAN
HAUT DE PAGE1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Centre National d’Études Spatiales (CNES)
IMT Atlantique Bretagne Pays de la Loire Écoles Mines-Télécom
https://www.imt-atlantique.fr/fr
Thales Alenia Space (TAS)
https://www.thalesaleniaspace.com/en
TéSA
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