L'actualité PCB - Le rôle des satellites dans les réseaux 5g

Pour soutenir la construction de la 5G, des stations de macro - base et de micro - base cellulaires sont en cours de déploiement intensif. Ces stations de base utilisent des technologies Radio sophistiquées pour prendre en charge les débits de données, la capacité et la couverture de la 5G. La version 16 du 3GPP sera publiée en juin de cette année et la version 17 est prévue pour le second semestre 2021. À cette occasion, des instructions détaillées et spécifiques seront données sur des aspects tels que le v2x, l'Internet industriel des objets, les dispositifs Multi - SIM, l'amélioration de la fiabilité et des performances à faible latence, l'utilisation du spectre non autorisé à 71 GHz, l'efficacité et le brouillage. En outre, en complément des 24 grands projets discutés lors de la réunion du 3GPP en Espagne à la fin de l’année dernière, le support de la 5G New radio (NR) fourni par les technologies de PCB d’accès non terrestre telles que les satellites et les plates - formes à haute altitude sera également clarifié. En tant que plate - forme intrinsèquement avantageuse, la technologie par satellite peut contribuer à l'architecture mondiale 5G. Le BACKHAUL 5G, ainsi que de nombreuses technologies d'accès Radio compatibles 5G, La technologie BACKHAUL a subi les développements nécessaires pour décomposer les unités de bande de base (bbu) et les têtes Radio distantes dans les réseaux LTE en trois modules fonctionnels distincts: unité centralisée (Cu), unité distribuée (du) et unité radio (RU). L'agrégation de porteuses, l'émission / réception multipoint coordonnée en liaison descendante, le MIMO et d'autres technologies Radio coopèrent les unes avec les autres pour tirer pleinement parti du spectre limité en dessous de 6 GHz, tandis que le MIMO à grande échelle (mmimo) augmente la capacité du Réseau pour chaque site cellulaire en améliorant l'efficacité spectrale et la couverture. En outre, le déploiement à haute densité de petites stations de base à ondes millimétriques et d'autres solutions permettent au spectre de se déplacer davantage pour obtenir une plus grande bande passante d'accès. Diverses technologies de ce type contribuent aux fonctionnalités 5G suivantes définies par l’union internationale des télécommunications (UIT) (Figure 1): large bande mobile améliorée 5G (embb); Ultra haute fiabilité et communication à faible latence (urllc); Communication de type machine à grande échelle (mmtc) comme le montre la figure 2, la stratégie actuelle pour les réseaux d'accès Radio 5G (RAN) est la station de base dite gnodeb (GNB). Ce type de station de base utilise l'architecture à deux niveaux suivante: une unité distribuée (du) offrant des performances à faible latence pour l'automatisation des usines et les services médicaux; Unité centralisée (Cu) pour le traitement à haute consommation. La séparation de Ru et du expose l'interface radio publique publique (CPRI), qui a été améliorée pour la 5G et est connue sous le nom d'interface CPRI améliorée (ecpri). Dans certains cas, du et Ru peuvent être combinés l’un à l’autre et fonctionner comme une petite station de base. Intégration de la 5G et des satellites actuellement, de nombreuses études explorent l’utilisation auxiliaire de l’architecture satellite - Terre dans les réseaux d’accès Radio 5G: le projet de coopération horizon 2020 de l’ue implique plusieurs entreprises du continent européen, Visant à développer les « réseaux satellitaires et terrestres 5g»; Le projet satis5g (satellite Terrestrial fusion Paradigm) financé par l’agence spatiale européenne; Space Exploration technologies, oneweb et Amazon développent des réseaux de satellites en orbite basse (LEO) qui peuvent fournir une connectivité à n’importe quel endroit sur terre; La technologie des satellites à haut débit opérationnels (HTS) en orbite géostationnaire (GEO) est une autre technologie intégrée au réseau Terre - étoile et à la 5G qui peut fournir des faisceaux ponctuels et des capacités de multidiffusion; L’organisme de normalisation des communications cellulaires 3GPP étudie également les réseaux non terrestres de satellites en orbite géostationnaire (GEO) en orbite basse (LEO) et moyenne (MEO) afin de clarifier le fonctionnement des communications par satellite en 5g1, d’anik F2, qui a lancé un débit de 4 Gbit / s en 2004, à Echostar XIX, qui a lancé un débit de 200 Gbit / s en 2017, La technologie des satellites à haut débit a parcouru un long chemin. Dans un proche avenir, les transpondeurs en bande Ka offriront des vitesses de l'ordre du Tbps, et les techniques d'optimisation peuvent également réduire les coûts de propagation par bit. La fonctionnalité « plug - and - play » du réseau satellitaire vise à soutenir la 5G grâce à: la virtualisation du réseau satellitaire; Permettre au réseau cellulaire de contrôler les ressources Radio satellite; Développement de l'agrégation de liens pour la connexion de petites cellules; Et la gestion des clés et l'authentification entre la technologie d'accès cellulaire et la technologie d'accès par satellite afin d'optimiser la sécurité; Avantages de la multidiffusion de la technologie satellite convergente 2.

Revenu fixe

Un retour fixe du satellite à la station de base ou à une petite station de base indépendante peut fournir un soutien à l'embb, qui ne permet pas un retour au sol rentable. Cela se produit souvent dans les régions moins développées et mal desservies de la planète qui ont le moins de ressources en infrastructure de réseau cellulaire et en accès sans fil. En plus de l'embb, les satellites peuvent également soutenir le mmtc dans des applications IOT telles que l'agriculture intelligente.

Technologie de facilitation supraconductrice à haute température

La technologie par satellite est passée du service fixe par satellite (SFS) traditionnel à la technologie HTS et continue d'offrir de plus en plus de fonctionnalités et de services aux gens.

Faisceaux ponctuels et multiplexage de fréquence

Figure 5: le faisceau ponctuel et la séparation des fréquences améliorent la couverture et la capacité du HTS.

Lorsqu'il y a très peu de faisceaux FSS couvrant une large gamme (aussi grande que l'ensemble du continent), les satellites HTS peuvent utiliser plusieurs faisceaux ponctuels équilibrés par réutilisation de fréquences, augmentant le débit d'un facteur 20 avec le même schéma d'allocation de fréquences (Figure 5). Parmi ceux - ci, chaque faisceau ponctuel peut fournir plus de puissance à la zone cible que le faisceau large du satellite FSS. De cette façon, le spectre peut être utilisé de manière optimale quelle que soit la bande dans laquelle le transpondeur satellite fonctionne (bande C, bande K ou bande Ka). Pour réduire les risques d'interférence et de perte de signal, la disposition des faisceaux ponctuels est telle que les fréquences des faisceaux adjacents ne sont pas proches les unes des autres. Il existe le compromis suivant entre la séparation fréquentielle des faisceaux ponctuels et le flux satellite: plus la fréquence entre les faisceaux ponctuels est proche, plus le taux de réutilisation de la fréquence est élevé, ce qui rend la capacité du satellite plus importante. Ce concept est similaire à la relation entre le débit de données et l'augmentation de la capacité du mmimo, où des centaines d'éléments d'antenne actifs et d'unités de formation de faisceaux fournissent plusieurs faisceaux à des utilisateurs situés à différents endroits. Cependant, ce concept diffère sensiblement de la diversité spatiale: lorsque les systèmes mmimo terrestres réduisent les interférences co - canal en augmentant le nombre de faisceaux, l'environnement dans lequel se trouve le satellite n'est pas riche en diffusion, de sorte que les interférences co - canal deviennent un problème. Le problème Ce problème peut être atténué par un multiplexage fréquentiel « quadrichrome » (fr4): les faisceaux adjacents sont orthogonaux par des fréquences disjointes de directions de polarisation différentes. Typiquement, cette orthogonalité est conservée pour le terminal utilisateur.

Multidiffusion

La technologie HTS a essentiellement une fonction de multidiffusion: un message envoyé à un millier d'utilisateurs n'a besoin d'être envoyé qu'une seule fois au lieu de mille, ce qui permet d'utiliser efficacement le spectre et les ressources de données. Par rapport aux services sans fil terrestres, la technologie HTS présente les caractéristiques suivantes: grande zone de couverture par faisceau satellite; Le codage long canal permet de surmonter le bruit; Le signal de transmission contient des informations sur plusieurs utilisateurs. De plus, les trames correspondantes de cette technique peuvent être codées par le Protocole de tramage DVB - s2x et décodées par des groupes d'utilisateurs, permettant ainsi la transmission Multicast 6. De cette façon, plus il y a d'appareils qui reçoivent le contenu diffusé, plus vous économisez de bande passante. Un exemple de service de multidiffusion est la vidéoconférence: chaque participant forme une source de multidiffusion pour tous les autres participants (c. - à - D. multipoint à multipoint). Bien que les services de multidiffusion aient tendance à être une source de consommation de bande passante élevée pour les systèmes terrestres, cela ne pose relativement aucun problème pour HTS.

Déplacement du spectre vers le Haut

Le HTS récemment lancé utilise un transpondeur en bande Ka. Le but du décalage de fréquence est d'obtenir une plus grande bande passante et donc plus de faisceaux ponctuels. Les futures générations de satellites fourniront une capacité de classe TB / s, de sorte que l'utilisation des bandes Q et V pourrait être nécessaire pour permettre une plus grande agrégation du trafic utilisateur et l'utilisation de milliers de faisceaux ponctuels dans la zone de couverture.

Faible latence pour LEO

Un réseau de satellites en orbite terrestre basse peut fournir des fonctions qui ne sont pas réalisables avec un seul satellite en orbite géosynchrone. Les principaux avantages des satellites en orbite basse sont les suivants: les satellites en orbite basse peuvent réduire la latence; Le réseau satellitaire Leo permet une plus grande couverture. Les satellites en orbite géosynchrone ont une altitude d'environ 36 000 km et un retard de propagation de bout en bout de 280 ms; Le satellite MEO a une altitude de 10 000 km avec un retard de 90 ms; Les satellites en orbite basse ont une altitude de 350 à 1200 km et un retard de 6 à 30 Ms. Bien que la faible latence des satellites en orbite terrestre basse ne puisse prendre en charge qu’un nombre limité de services 5G à faible latence, la chaîne de synchronisation de la plupart des services 5G à faible latence nécessite des retards aller - retour minimes et des erreurs de synchronisation correspondantes (tableau 1).

Le réseau de satellites en orbite basse couvre le monde entier et devient le meilleur choix pour les applications mmtc. Bien que les satellites GEO à haut débit puissent desservir des zones prédéterminées via une architecture de faisceaux ponctuels avec une fonction de multiplexage fréquentiel, les réseaux de satellites LEO peuvent également permettre une couverture mondiale, à condition qu'ils disposent d'une infrastructure terrestre adéquate. Iridium, le premier réseau mondial de satellites en orbite basse, a déclaré faillite peu après son lancement en 1998. Cependant, depuis plus d'une décennie, les réseaux par satellite offrent des services à faible débit de données et ont été améliorés grâce à une nouvelle génération de satellites8.

Le réseau satellitaire en orbite basse est exploité grâce à une variété de technologies, y compris la charge utile numérique, la modulation avancée, le multiplexage de fréquence, les amplificateurs de puissance Gan à haute densité de puissance (PA) et les matrices actives à commande de phase Agile par faisceau.

Leo communication

Le réseau de satellites en orbite basse comprend des communications circulaires Terre - satellite, des stations sol - sol (g2g), satellite - satellite (s2s) et satellite - terre. Ces liaisons physiques sont divisées en liaisons sol - satellite et liaisons inter - satellites. Les communications entre satellites et satellites et entre stations sol et stations sol sont une autre différence entre Leo et HTS PCB. Un réseau de communication par satellite en orbite basse permet un contrôle rigoureux de la transmission de données (telles que l'état, le diagnostic, la configuration) entre l'utilisateur, le terminal de contrôle et le terminal de télémétrie.

Contrairement à l'orbite géosynchrone qui maintient une position fixe dans l'espace, les satellites en orbite basse traversent la partie terrestre à une vitesse très rapide, de sorte que plusieurs satellites sont nécessaires pour obtenir une couverture cohérente d'une région. Parmi celles - ci, les stations au sol nécessitent une commutation complexe au moyen d'antennes réfléchissantes à balayage mécanique à gain élevé et à directivité élevée ou d'antennes à réseau phasé actif. Lorsque l'état est mis à jour, le saut de faisceau entre le satellite et l'utilisateur peut atteindre des régions éloignées sans infrastructure correspondante, avec le soutien de la liaison g2g. En outre, les satellites équipés de caméras et de capteurs peuvent suivre les déchets spatiaux 5 en étroite coordination les uns avec les autres.

Traitement à bord

Pour les satellites GEO et Leo à haut débit, il est nécessaire d'adapter l'architecture du satellite afin d'augmenter le débit du satellite. Le principal ajustement architectural est la conversion de topologies de transfert précédentes en topologies régénératives.