Introduction : La Dernière Frontière de la 5G

La promesse ultime de la 5G est une connectivité ubiquitaire, sans couture, couvrant jusqu’aux coins les plus reculés de la planète. Pour y parvenir, il ne suffit pas de transporter des données ; il faut aussi acheminer le service le plus fondamental de tous : la voix.

Avec la Release 18 du 3GPP, souvent qualifiée de « 5G-Advanced », cette spécification est finalisée et sera prochainement déployée par les opérateurs. Grâce à des travaux standardisant la VoNR (Voice over New Radio) sur les NTN (Non-Terrestrial Networks), et portés par des démonstrations concrètes d’acteurs majeurs comme Thales Alenia Space et Qualcomm, passer un appel vocal en HD depuis un smartphone standard via un satellite en orbite basse (LEO) n’est plus de la science-fiction.

Le défi : Pourquoi la VoNR sur satellite est si complexe ?

Adapter la voix à un lien satellite LEO à 600-1200 km d’altitude pose des défis uniques que la 4G ou les systèmes satellitaires historiques (comme Iridium) ne résolvaient pas de manière satisfaisante pour la 5G :

Latence Étendue : La distance induit un temps d’aller-retour (RTT) bien plus élevé. À 1200 km, la latence physique est d’environ 10-12 ms par trajet, soit un RTT minimal de ~20-25 ms, auquel s’ajoutent les traitements. Cela dépasse les budgets de délai des anciennes techniques de voix.

  • Mobilité et Handovers Fréquents : Un satellite LEO se déplace à ~27 000 km/h. Une cellule ne couvre un utilisateur au sol que pendant quelques minutes. La gestion des handovers inter-satellites sans coupure de l’appel est critique.
  • Affaiblissement du Signal et Perte de Paquets : Le lien est sensible aux obstructions, aux conditions atmosphériques et aux mouvements de l’utilisateur. Les codecs vocaux et les protocoles doivent être robustes.
  • Intégration avec le Cœur de Réseau Terrestre (5GC) : L’objectif est que le réseau 5G cœur (5GC) ne fasse aucune différence entre un utilisateur connecté via une antenne terrestre (gNB) et un utilisateur connecté via un satellite (ntn-gNB). Cette intégration transparente est la clé.

La 3GPP Release 18 apporte des réponses standardisées à chacun de ces points comme par exemple :

  • «HARQ-Free Operation » et « RLC-AM without Status Report » :

– La norme permet désormais de désactiver complètement le HARQ pour certains canaux de données (cf.TS 38.300 R.17). Pour la voix, qui est tolérante à quelques pertes de paquets mais très sensible à la latence, cela élimine le délai d’attente des acquittements, réduisant ainsi la latence globale perçue.

– Des améliorations similaires sont apportées au mode de retransmission RLC (Acknowledged Mode) pour éviter les retransmissions basées sur des acquittements qui seraient obsolètes à l’arrivée à cause d’un délai trop long.

  • « Mobility Enhancements and Predictive HO » :

– La R18 améliore considérablement la prédiction de la mobilité. Le réseau (le segment spatial et le 5GC) connaît avec une extrême précision la trajectoire des satellites (éphémérides). Il peut donc anticiper le moment optimal pour déclencher un handover bien avant que la liaison avec le satellite actuel ne se dégrade.

– Les procédures de transfert de contexte entre les satellites (via le cœur de réseau) sont optimisées pour être plus rapides et plus fiables, garantissant une transition fluide de l’appel vocal

  • « Enhanced QoS Framework for NTN » :

– La R18 affine le framework de QoS pour les NTN. Elle définit des paramètres de qualité de service (5QI – 5G QoS Identifier) plus adaptés aux contraintes des liens satellites, spécifiquement pour les services de conversation comme la VoNR.

– Le réseau peut allouer des ressources radio et gérer la file d’attente des paquets en priorisant agressivement les paquets de voix pour minimiser la gigue (jitter) et les pertes, même pendant des périodes de congestion ou d’atténuation du signal.

– « Further Integration of NTN within the 5G System Architecture » :

– Les travaux en R18 ont poursuivi l’intégration des fonctions spécifiques NTN (comme la gestion des éphémérides satellites, la compensation Doppler réseau-assistée) dans l’architecture globale 5G définie par le groupe SA (Service and System Aspects).

– Cela permet une gestion unifiée des sessions et une facturation cohérente, quel que soit l’accès radio. Pour le service vocal, cela signifie que l’IMS (IP Multimedia Subsystem) qui gère la VoNR dialogue avec le cœur de réseau sans avoir besoin de savoir que le terminal de l’utilisateur est connecté à un satellite.

 

La Solution 3GPP Release 18 : standardiser le service Voix « sans couture »

Les travaux du 3GPP en R18 sur les NTN se sont concentrés sur le renforcement de la prise en charge des services en temps réel comme la voix. Les avancées clés incluent :

  • Optimisation de la Couche Radio (NR) pour les NTN : Amélioration des algorithmes de synchronisation, de synchronisation HARQ et de gestion de la mobilité pour supporter efficacement les handovers fréquents entre satellites avec une qualité de service (QoS) garantie pour la voix.
  • Support des Services Temps Réel (VoNR) : La norme définit désormais clairement comment le flux de voix (défini par des indicateurs de qualité de service spécifiques comme un 5QI dédié pour la voix) est priorisé et transporté sur le lien satellite avec une perte de paquets et une gigue (jitter) minimales.
  • Gestion de la Mobilité Avancée : Introduction de mécanismes prédictifs qui permettent au réseau de préparer un handover vers le satellite suivant avant que le lien ne se dégrade, assurant une continuité parfaite de l’appel. C’est crucial pour les constellations en orbites à ~1200 km où la visibilité d’un satellite dure environ 10 minutes.

L’objectif est que votre smartphone, avec une simple mise à jour logicielle, voie le satellite comme n’importe quelle autre antenne cellulaire.

Le Partenariat Thales & Qualcomm

C’est là que la démonstration concrète de Thales Alenia Space (le maître d’œuvre de constellations comme Iridium NEXT ou Eutelsat’s KONNECT VHTS) et Qualcomm (le leader des modems mobiles) prend tout son sens.

  1. Un Smartphone Standard Modifié : Un smartphone commercial équipé d’un modem Snapdragon de Qualcomm, avec des modifications logicielles minimes (pilotes, stack protocolaire), mais sans modification matérielle de l’antenne RF. Cela prouve la viabilité d’une intégration massive.
  2. Une Plateforme Satellite Émulateur de LEO : Thales a utilisé une station terrestre et un « émulateur de canal » pour recréer fidèlement les conditions d’une liaison avec un satellite en orbite à 600 km et 1200 km : latence, affaiblissement, effet Doppler, etc.
  3. Un Appel VoNR Réussi : Ils ont établi avec succès un appel voix 5G HD (VoNR) ainsi qu’un SMS, démontrant la parfaite interopérabilité entre le smartphone et le réseau cœur 5G via le lien satellite émulé.

Les Implications : Au-delà de l’Appel d’Urgence

Si l’application la plus médiatisée est l’appel d’urgence (comme le service d’Apple ou les services réglementés), le potentiel de la VoNR sur NTN va bien au-delà :

  • Connectivité Ubiquitaire pour les MNO : Les opérateurs mobiles (Orange, Vodafone, etc.) pourront étendre leur couverture voix et SMS à 100% du territoire national, y compris en mer et en montagne, sans construire de milliers de nouvelles antennes.
  • IoT et M2M Critique : Des capteurs pourront remonter des alertes vocales ou des données critiques depuis des zones désertiques.
  • Résilience des Réseaux : En cas de catastrophe naturelle (tremblement de terre, inondation) détruisant les infrastructures terrestres, le réseau satellite assure la continuité des communications essentielles.

Conclusion

La Release 18 du 3GPP marque un tournant décisif. Elle transforme le NTN d’une technologie de niche en une composante à part entière de l’écosystème 5G global.

Le travail de validation effectué par des leaders industriels comme Thales et Qualcomm sur des orbites typiques de LEO (600-1200 km) n’est pas une simple démonstration de laboratoire. C’est la preuve tangible que la vision d’une connectivité vocale véritablement mondiale, accessible directement depuis votre poche, est sur le point de se concrétiser commercialement. La 5G n’opère plus seulement dans les zones fortement peuplées ; elle couvre désormais la planète.

Références

3GPP Technical Specifications (Les documents fondateurs) :

  • TS 22.261 (Service requirements for the 5G system) : Définit les cas d’usage et les exigences de base pour les NTN, y compris la nécessité d’une continuité de service et d’une mobilité transparente.
  • TS 23.122 (Non-Access-Stratum (NAS) functions) : Spécifie les procédures de gestion de la mobilité en mode inactif, y compris les mises à jour de zone de tracking (TAU), cruciales pour comprendre le rôle du TAC.
  • TS 38.300 R18 (NR and NG-RAN Overall description) : Contient une section dédiée au NR supportant les NTN, décrivant les architectures de haut niveau et les concepts des cellules « Earth-fixed » et « Earth-moving ».
    Extrait : « Le réseau peut configurer le fonctionnement HARQ comme suit : Pour la liaison descendante, le retour HARQ peut être activé ou désactivé par processus HARQ (comme spécifié dans la clause 5.3.2.2 et la clause 5.7 de TS 38.321). La désactivation du retour HARQ permet de programmer un processus HARQ avant qu’un RTT HARQ ne se soit écoulé depuis la dernière programmation»
  • TS 38.821 (Solutions for NR to support non-terrestrial networks (NTN)) fournit une analyse détaillée des scénarios, des problèmes (latence, Doppler, mobilité) et des solutions techniques envisagées pour l’intégration des NTN.
  • TR 38.811 (Study on New Radio (NR) to support non-terrestrial networks) : Rapport d’étude préliminaire qui a jeté les bases des travaux ultérieurs.

Sources Industrielles et Articles Techniques :

[Thales Alenia Space et Qualcomm réussissent une première mondiale pour les communications voix 5G sur satellite LEO] :

Qualcomm – Blog Technologique :