Qu'est-ce que le NB-IoT NTN et dans quelles situations offre-t-il une meilleure alternative aux autres technologies IoT ?
Réponse : Les opérateurs de réseaux étendent leurs services cellulaires, initialement destinés aux consommateurs équipés de smartphones, aux entreprises disposant d'un grand nombre d'objets connectés (IoT) et d'appareils de communication de type machine (MTC). La demande de continuité de service devrait stimuler l'évolution et l'expansion des réseaux vers des zones non traditionnelles. Les réseaux non terrestres (NTN) deviennent un axe majeur de recherche et d'industrie à mesure que le monde se tourne vers la 5G Advanced et, à terme, vers la sixième génération (6G). Le principal avantage de la technologie NTN réside dans l'évolutivité, la continuité et l'ubiquité du service, étant donné que 7 % de la population mondiale ne bénéficie toujours pas d'une couverture cellulaire terrestre.

Les communications par satellite peuvent jouer un rôle crucial dans l'amélioration des infrastructures de communication et la réduction de la fracture numérique. Généralement, une architecture satellitaire utilisant les systèmes en orbite géosynchrone (GSO), géostationnaire (GEO), moyenne (MEO) et basse (LEO) assure une couverture à des altitudes comprises entre 400 km et 36 000 km. Cependant, chaque système satellitaire présente des compromis en termes de performances et de coûts de déploiement.
Le réseau NTN (Network Telecommunication Network) se divise en plusieurs technologies d'accès radio : le NR-NTN, basé sur la 5G NR (New Radio), et l'IoT-NTN, qui peut reposer sur Cat-M1 ou NB-IoT. Les premiers déploiements sont principalement basés sur le NB-IoT, offrant une grande flexibilité pour la réutilisation des ressources existantes des opérateurs, telles que le spectre, le cœur de réseau et le réseau d'accès. L'IoT-NTN peut être utilisé pour compléter la couverture là où le coût de déploiement d'un réseau terrestre (TN) est prohibitif. Les secteurs qui bénéficieront le plus de cette technologie sont les services essentiels, les services publics, l'automobile et l'agriculture.

Comment le NB-IoT NTN s'intègre-t-il aux normes en développement ?
Réponse : Le consortium 3GPP (3rd Generation Partnership Project), responsable du développement des normes de télécommunications mobiles, a commencé à travailler sur l'activation des services New Radio (NR) et IoT par satellite en 2017. Les éléments d'étude relatifs aux NTN ont été intégrés aux versions 15 et 16 du 3GPP, et la version 17 contient le premier ensemble complet de spécifications IoT-NTN conformes au 3GPP. Les versions 18 et 19 incluent des éléments de travail (WI) qui proposent des améliorations pour l'IoT-NTN et le NR-NTN.
L'intégration des NTN aux normes 3GPP est importante car elle offre aux fabricants d'appareils et de puces l'assurance nécessaire pour intégrer la compatibilité satellite à leurs produits et bénéficier d'économies d'échelle. Bien que certains fabricants d'appareils proposent depuis longtemps la compatibilité avec les services de satellites géostationnaires, ils l'ont fait à petite échelle, se limitant à des bandes spectrales spécifiques et à des technologies propriétaires, ce qui se traduit par des coûts élevés pour les clients.

Quels sont les principaux défis rencontrés par les dispositifs NTN ?
Réponse : Plusieurs points sont à prendre en compte pour le fonctionnement de l’IoT via satellite.
Bilan de liaison : la distance importante entre l’équipement utilisateur (UE) et la station de base constitue un défi. Le signal doit effectuer une liaison descendante (DL) de la passerelle satellite au sol vers le satellite en orbite via la liaison d’alimentation, puis une liaison montante (UL) de la charge utile du satellite en orbite vers l’équipement utilisateur, et inversement. Il en résulte un bilan de liaison défavorable, ce qui impacte les performances et allonge les temps d’aller-retour (RTT). Pour les satellites géostationnaires (GEO), le bilan de liaison est crucial, et l’IoT-NTN offre des fonctionnalités telles que le répéteur de données en liaison montante et descendante, permettant de maintenir la connectivité dans les zones à couverture marginale et d’améliorer les performances de démodulation et de couverture. La puissance du signal de référence reçu (RSRP) peut atteindre -140 dBm en IoT-NTN, ce qui est inhabituel pour les déploiements terrestres. Un équipement de test doté d’une interface RF avancée est nécessaire pour tester de manière fiable cette connectivité à faible signal.
Latence. Un RTT pouvant atteindre 500 ms pour les satellites géostationnaires est inadapté aux applications sensibles à la latence. De plus, il peut arriver que la station de base soit embarquée sur la charge utile du satellite afin de minimiser la latence et d'offrir un meilleur contrôle de la mobilité. Ce RTT étendu pose également problème pour certaines boucles de contrôle au sein d'un réseau 3GPP, car il peut engendrer des blocages dus à la non-réception des accusés de réception HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) dans les délais impartis. Par ailleurs, le retour d'information du canal de l'UE peut être inutilisable lorsqu'il atteint la station de base au sol.
Transferts intercellulaires : les cellules NTN sont très étendues et se déplacent rapidement depuis l'orbite basse (LEO). Concevoir un réseau permettant de limiter la surcharge du signal et de faciliter les transferts intercellulaires est complexe, car cela dépend non seulement de la puissance du signal, mais aussi de la position de l'utilisateur au sein de la cellule. Interférences
 : les liaisons d'alimentation entre la passerelle au sol et le satellite, ainsi que les liaisons de service entre le satellite et l'utilisateur, peuvent utiliser des fréquences appartenant aux opérateurs de réseaux mobiles ou aux opérateurs de constellations de satellites. Il est donc essentiel de gérer soigneusement le spectre afin d'éviter toute interférence entre les déploiements TN et NTN.
Effet Doppler. Pour les satellites en orbite non géostationnaire, le mouvement rapide par rapport à la Terre constitue une complication supplémentaire. Un satellite LEO à 600 km d'altitude, par exemple, se déplace à environ 7,5 km/s et effectue une orbite complète autour de la Terre en 90 minutes. Ceci engendre des décalages de fréquence Doppler pouvant atteindre 24 ppm.
Dérive temporelle : lorsqu'un satellite se rapproche ou s'éloigne de l'équipement utilisateur, le temps de référence entre cet équipement et la station de base gNB se décale. Ceci complexifie la synchronisation et l'avance temporelle initiale. De plus, les mesures des cellules voisines deviennent plus difficiles, car la synchronisation de la cellule serveur et celle de la cellule voisine peuvent diverger lorsqu'elles sont hébergées sur des satellites différents.

Quel est le rôle des plateformes de test dans le développement de l'IoT-NB de NTN ?
Réponse : Les tests se divisent en trois catégories : tests sur le terrain, tests par satellite et tests sur terminaux.
Pour les tests sur le terrain, il est essentiel de concevoir, d'intégrer et de déployer correctement un réseau terrestre. Une attention particulière doit être portée au déploiement du spectre et à la réalisation de tests de coexistence entre les services terrestres, non terrestres et les services traditionnels utilisant le spectre. Les outils de surveillance du spectre à distance d'Anritsu ou les analyseurs de spectre portables (MS2090A) sont utiles à cet effet. Pour les tests de débit, de latence et de perte de paquets, le testeur de performance réseau MT1000A d'Anritsu offre une solution simple pour tester différentes configurations de satellites.
Les satellites LEO de grande envergure seront équipés d'antennes qui devront être caractérisées à l'aide d'une combinaison d'analyseurs de réseau vectoriels, de générateurs de signaux et d'analyseurs. De plus, certains déploiements peuvent inclure une architecture régénérative, c'est-à-dire une station de base embarquée sur le satellite. Différentes configurations de déploiement de la station de base peuvent être envisagées en fonction des combinaisons de composants distribués. Il peut y avoir une unité distribuée (DU)/unité radio (RU) sur le satellite et une unité centralisée (CU) au sol ; une configuration gNB RU/DU/CU entièrement déployée ; ou encore une configuration RU/DU/CU/partie du réseau central entièrement déployée. Il peut également être nécessaire de tester la capacité des composants de la station de base, en plus des tests de performance de ces différentes combinaisons. Un simulateur d'UE et une station de base SA/SG sont des outils essentiels pour cet aspect des tests.
Les tests d'UE peuvent être divisés en tests OTA (Over-The-Air), tests de conformité radiofréquence (RF), tests de conformité de protocole (PCT), tests de niveau R&D RF/protocole et tests de conformité de l'opérateur.

Quelles données un test de conformité collecte-t-il et analyse-t-il ?
Réponse : Les tests de conformité sont conçus pour répondre aux exigences du 3GPP ou des opérateurs. La figure 1 présente un exemple de système de test de conformité de protocole (PCT) configuré pour tester les équipements utilisateurs (UE) par rapport aux spécifications de protocole définies par le 3GPP, telles que la spécification 36.521.

Figure 1 : Exemple de système PCT pour IoT-NTN, testant les équipements utilisateurs par rapport aux spécifications du protocole définies par le 3GPP.
La suite de tests de conformité du protocole consiste à tester différentes parties de la pile de protocoles introduites entre NB-IoT et NB-IoT-NTN. Presque toutes les couches de la pile de protocoles ont été affectées par l’introduction d’IoT-NTN. Ces procédures de test sont normalisées dans le document 3GPP 36.521. Les domaines testés incluent les processus HARQ, les nouveaux paramètres du bloc d’informations système (SIB), les rapports de positionnement, les temporisateurs et les transferts intercellulaires.

Comment ce type de test aide-t-il les ingénieurs à évaluer les appareils en conditions réelles ?
Réponse : Il est essentiel de tester rigoureusement les appareils avec des simulateurs de réseau qui implémentent correctement les protocoles, paramètres et conditions réseau avant leur commercialisation. Souvent, aucun réseau terrestre ou non terrestre n'est disponible pour tester les appareils, car les fonctionnalités ou technologies nécessaires ne sont pas encore activées, ou parce qu'il est impossible de contrôler le réseau réel pour générer des cas limites ou des scénarios défavorables. Il est crucial de simuler un environnement radio réaliste pour les stations de base terrestres et satellitaires et de tester les appareils en conséquence ; le dépannage des problèmes détectés seulement après la commercialisation d'un appareil peut s'avérer extrêmement coûteux.

Quel est le processus d'adoption d'un test de conformité ?
Réponse : L'adoption d'un test de conformité pour les équipements de test et de mesure comprend plusieurs étapes, garantissant que l'équipement répond aux normes industrielles et fonctionne de manière fiable. Voici un aperçu du processus type :
Le processus type commence par la compréhension des normes et exigences applicables. Les spécifications et procédures de test incluent les normes 36.521-4 (mesures TRx), 36.521-3 (mesures de performance/RRM) et 36.523 (mesures de protocole).
Ensuite, un ensemble complet de cas de test doit être élaboré, basé sur les exigences de conformité et couvrant toutes les fonctionnalités et tous les scénarios de protocole/RF nécessaires. Les cas de test doivent être détaillés, en spécifiant les résultats attendus et les critères de réussite ou d'échec pour chacun d'eux.
Les cas de test peuvent ensuite être implémentés sur l'équipement de test, en veillant à ce que chacun puisse être exécuté automatiquement. Des fonctionnalités d'enregistrement et de génération de rapports sont intégrées pour capturer les résultats détaillés de chaque exécution.
La précision et la fiabilité des cas de test implémentés sont établies par des tests internes en collaboration avec un fournisseur de puces. Une fois la confiance suffisante acquise, un cas de test peut être soumis à un laboratoire de certification accrédité pour évaluation. Le laboratoire évaluera la conformité de l'équipement aux normes et protocoles applicables sur différentes bandes de fréquences, conformément aux exigences du Global Certification Forum (GCF) ou du PCS Type Certification Review Board (PTCRB), au moyen de tests réalisés sur différentes bandes et avec plusieurs appareils. Le GCF et le PTCRB appliquent leurs propres critères pour exiger des fabricants d'équipement d'origine (OEM) qu'ils intègrent leurs tests respectifs à leur qualification.
Le processus décrit ici s'applique également aux tests de conformité réalisés par l'opérateur, à la différence que ces tests sont généralement effectués dans ses locaux à des fins de validation et de certification. Une fois l'équipement de test certifié livré aux clients ou aux laboratoires d'essais, un support technique continu, des mises à jour et une maintenance seront nécessaires pour résoudre tout problème éventuel ou toute modification des spécifications.

Que fait Anritsu pour favoriser l'innovation dans ce domaine ?
Réponse : L'IoT-NTN est une technologie en constante évolution. À mesure que de nouvelles fonctionnalités sont introduites dans les futures versions 3GPP, il est essentiel d'avoir accès aux appareils qui ont permis leur déploiement initial. Il est également crucial de nouer des partenariats avec différents fabricants de puces, car toutes les fonctionnalités ne seront pas disponibles simultanément sur chaque puce.
Anritsu a collaboré avec des fabricants de puces et d'appareils de premier plan, tels que Sony Altair, MediaTek, Qualcomm et Samsung, afin de vérifier la conformité des tests dès la stabilisation des fonctionnalités clés, avant de soumettre les résultats des tests de conformité des protocoles et des radiofréquences à des laboratoires accrédités. Anritsu a également établi des partenariats avec des opérateurs de réseaux satellitaires (SNO) comme Skylo afin de valider leurs exigences de test sur les plateformes Anritsu.