L'espace a toujours représenté la dernière frontière pour les technologies de communication. Les activités en orbite, notamment les efforts ambitieux déployés par des entreprises du secteur privé comme SpaceX, vont accroître la pression en faveur du déploiement de l'infrastructure 5G en dehors de l'atmosphère ; toutefois, cette technologie devra être robuste et capable de résister aux rigueurs de l'espace.
Les satellites sont la destination toute trouvée pour la technologie 5G, qui permettra aux consommateurs terrestres de bénéficier d'une latence beaucoup plus faible que celle offerte par les réseaux 4G existants. Jusqu'à récemment, la communication par satellite était indépendante de l'écosystème plus large des réseaux mobiles. Cependant, avec l'intégration de l'architecture 5G, les satellites les plus récents et les plus performants sont en passe de devenir des points de contact incontournables dans les réseaux qui proposent un large éventail de connectivités, destinées à prendre en charge la conduite autonome, les flottes océaniques, les avions et les milliards de petits appareils constituant l'internet des objets, notamment dans les zones rurales et isolées.
Bien que leur nombre soit bien inférieur à celui des nombreux satellites mis en orbite par des entreprises privées, ces dernières années ont également vu une augmentation du nombre de véhicules spatiaux mis en orbite. Il ne s'agit plus seulement d'approvisionner la Station spatiale internationale ou d'y envoyer du personnel. On évoque même un hôtel spatial, et il y a fort à parier que les clients voudront une connexion Wi-Fi fiable dans leurs chambres en apesanteur.
Toutes les technologies avancées finissent par atteindre le consommateur moyen. Il est donc inévitable que les innovations 5G conçues pour l'espace redescendent sur Terre. En tout état de cause, les composants des réseaux 5G devront résister à la dure réalité d'un environnement spatial pendant de longues périodes sans maintenance directe. Ces exigences imposeront une pression sur les conceptions et conduiront à des semi-conducteurs aux capacités plus avancées.
La mise en place d'un réseau 5G extraterrestre offre de nombreux avantages sur terre
Les satellites de nouvelle génération sont perçus comme devant jouer un rôle clé dans le soutien de l'infrastructure 5G à travers le monde, en fournissant une bande passante supplémentaire pour les applications gourmandes en données. Pendant ce temps, les fournisseurs de réseaux mobiles mettent à niveau les équipements au sol pour préparer l'avenir de leur infrastructure, et notamment la capacité de recevoir des signaux 5G transmis depuis l'espace pour offrir aux clients sans fil une meilleure expérience utilisateur.
Ces clients sont très divers. Il peut s'agir d'un joueur mobile ou d'un utilisateur de smartphone diffusant des vidéos en 4K sur un réseau mobile, mais ces satellites 5G peuvent également prendre en charge des appareils IoT de domotique, notamment des appareils électroménagers et des systèmes de sécurité. Les entreprises bénéficieront du soutien de la 5G spatiale en leur permettant de suivre leurs conteneurs d'expédition, les médecins pourront pratiquer la téléchirurgie, et les entreprises de services publics et d'énergie pourront surveiller l'état en temps réel des générateurs d'électricité, des conduites de gaz et des oléoducs. Les véhicules autonomes et les appareils IoT du monde entier ont tout à gagner de l'architecture 5G dans le domaine des communications par satellite.
Alors même que les équipements 5G sont en cours de déploiement au sol, les réseaux 5G spatiaux sont étudiés par des entreprises telles qu'Omnispace et Lockheed Martin, qui cherchent à déterminer dans quelle mesure ils peuvent compléter les infrastructures terrestres. De leur côté, la NASA et Northrop Grumman collaborent à l'élaboration d'une démonstration de faisabilité de la 5G spatiale, notamment une unité de communication intégrée qui a été testée pendant deux semaines dans le vaisseau spatial Cygnus, construit par Grumman.
De même que les appareils terrestres doivent tenir compte de considérations de conception spécifiques au moment d'intégrer des composants de réseau 5G, il en sera de même pour les appareils spatiaux, qui viendront s'ajouter aux milliards d'utilisateurs d'appareils mobiles attendus dans les prochaines années ; la demande de bande passante s'en trouvera considérablement accrue.
Les signaux 5G requièrent une infrastructure capable de résister aux rigueurs de l'espace
La création d'une architecture 5G dans l'espace (que ce soit par le biais de satellites ou d'autres engins spatiaux) doit tenir compte de plusieurs aspects de conception essentiels.
Un aussi grand nombre d'appareils se partageant les signaux 5G exercera une forte pression sur l'ensemble du spectre de la bande passante, qui est une ressource limitée. Cela pourrait entraîner des interférences de radiofréquence qui, à leur tour, pourraient nuire à la capacité des satellites, des avions et d'autres technologies aérospatiales à fonctionner efficacement. Compte tenu de la multiplication de ces satellites en orbite, les opérateurs existants, notamment les opérateurs de satellites météorologiques, craignent que les signaux 5G plus récents n'empiètent sur leurs fréquences. En outre, comme la plupart des réseaux 4G commerciaux ont utilisé la totalité des bandes de duplexage par répartition en fréquence (FDD) disponibles, la plupart des réseaux 5G utiliseront des bandes de duplexage par répartition dans le temps (TDD), lesquelles répondent à des exigences spécifiques et sont sensibles à différents types d'interférences susceptibles d'avoir un impact sur la latence et les performances du réseau.
L'architecture TDD utilise une bande de fréquences unique pour l'émission et la réception, ce qui présente plusieurs avantages par rapport à l'architecture FDD. Cependant, les concepteurs doivent déjà faire face aux interférences croisées à mesure que la 5G est déployée dans les stations de base au sol. Ces interférences se produisent lorsqu'une station émet et qu'une autre reçoit dans la même bande de fréquences au même moment. Il est possible d'éviter ce problème en s'assurant que toutes les stations de base émettent simultanément sans recevoir, ou inversement.
La puissance importante de ces stations de base extérieures constitue un autre facteur. Comme elles créent de meilleures conditions de propagation entre elles, les interférences croisées peuvent être importantes lorsqu'une station de base en liaison montante est perturbée par la liaison descendante d'une autre station de base. En augmentant le nombre de stations 5G, même si elles se trouvent dans l'espace, on complexifie la gestion des interférences croisées.
À mesure que la portion spatiale du secteur aérospatial prend de l'importance, il sera nécessaire de tenir compte des conditions extrêmes auxquelles les solutions 5G seront confrontées en orbite. Si les équipements des stations de base doivent être robustes, l'espace impose ses propres contraintes environnementales, notamment une chaleur et un froid intenses, des vibrations extrêmes et des pressions élevées, qui varient en fonction de l'état de déploiement de l'équipement en orbite. Si les avions de ligne et d'autres applications militaires ont permis d'innover dans ce domaine, la mise en place d'une architecture 5G dans l'espace nécessitera de nouvelles avancées.
Ce n'est pas tant que le fonctionnement des systèmes 5G soit différent dans l'espace, mais plutôt qu'ils doivent être logés et connectés différemment. D'une part, ils doivent être capables de supporter la chaleur qui accompagne leur lancement dans l'espace afin de ne pas brûler dans l'atmosphère. Cela signifie que l'architecture 5G nécessite un blindage thermique qui la protège sans interférer avec son fonctionnement. Pour éviter qu'ils ne fondent ou ne se soudent les uns aux autres, il est nécessaire de prévoir des systèmes de refroidissement efficaces et compacts, ainsi qu'une gestion thermique adaptée à la sortie ou à l'entrée dans l'atmosphère, sans oublier le fonctionnement en orbite pendant de longues périodes.
Les éléments à prendre en compte pour concevoir un système spatial
Quels que soient les systèmes électroniques que vous construisez pour une utilisation spatiale, vous devez tenir compte de tous les connecteurs et câbles qui les relient, y compris les composants du réseau 5G. Les boîtiers des connecteurs et des câbles, ainsi que les métaux utilisés pour les contacts seront essentiels pour renforcer tous les composants électroniques, y compris les composants du réseaux 5G. Ainsi, ils pourront absorber un courant électrique élevé, une forte intensité d'ondulation et une température extrêmement basse une fois en orbite, tout en répondant aux exigences de vitesse, de latence et de performance. Les connecteurs et les boîtiers destinés à un usage spatial doivent être de qualité supérieure à celle des produits militaires.
Le contrôle de l'état des composants du réseau 5G sera encore plus important qu'au sol. La conception électronique intégrée s'est déjà orientée vers des systèmes plus avancés de surveillance de l'état des avions, qui permettent aux pilotes de comprendre les éventuels dysfonctionnements et de les compenser. Le faire dans l'espace est tout aussi essentiel et encore plus complexe, car cela nécessite un grand nombre de capteurs qui fonctionnent conjointement. Ils doivent également être capables de fonctionner dans l'espace, ce qui implique un certain coût. En outre, les systèmes 5G devront être plus redondants, car même si un problème peut être détecté, il est difficile de le réparer lorsqu'il est en orbite.
Conclusion
Le fait est que le développement des réseaux 5G n'en est qu'à ses débuts, tant au sol que dans l'espace. Et même si nous sommes loin de nous entendre sur la forme que prendra la 6G, la Chine a affirmé avoir lancé dans l'espace le premier satellite 6G, chargé de faire des observations de la Terre et de tester une charge utile de communication térahertz haute fréquence qui pourrait envoyer des données à des débits plusieurs fois supérieurs à ceux de la 5G.
L'espace a toujours été à la pointe des avancées technologiques, en partie parce que la nécessité est la mère de l'invention. Il existe un besoin d'architecture 5G en orbite. Par conséquent, il est impératif de déterminer les conditions à remplir pour que la mise en œuvre d'un réseau 5G dans l'espace soit efficace et durable. Dans cette ultime frontière, toute innovation reviendra inévitablement sur Terre pour enrichir et renforcer l'infrastructure 5G terrestre.
