I. Accès NTN : Le canal d'accès aléatoire (RACH) est un processus fondamental pour la connexion initiale, la synchronisation de liaison montante et l'autorisation de planification entre l'équipement terminal (UE) et le réseau. Bien qu'il s'agisse d'un processus mature et bien compris dans les réseaux d'accès radio terrestres (RAN) traditionnels, sa mise en œuvre dans les réseaux non terrestres (NTN) présente une série de défis techniques uniques et plus complexes.
Dans les RAN terrestres, les signaux radiofréquences se propagent généralement sur des distances courtes et prévisibles, et l'environnement de propagation est relativement stable ; cependant, dans les réseaux NTN impliquant des satellites en orbite terrestre basse (LEO), en orbite terrestre moyenne (MEO) et en orbite géostationnaire (GEO), les signaux radiofréquences sont affectés par des distances de propagation extrêmement longues, des mouvements rapides des satellites, des zones de couverture dynamiques et des conditions de canal variables dans le temps. Tous ces facteurs ont un impact significatif sur la synchronisation, la fréquence et la fiabilité du canal sur lesquels les processus RACH traditionnels s'appuient.
II. Caractéristiques des NTN : En raison des distances de transmission extrêmement longues, des mouvements rapides des satellites et des conditions de couverture et de canal variables dans le temps, les NTN présentent des inconvénients critiques uniques (par exemple, un retard de propagation important, un temps aller-retour long, un décalage Doppler, la mobilité du faisceau et un domaine de contention important) qui remettent gravement en question et impactent le comportement et les performances du canal d'accès aléatoire (RACH) du terminal. De plus, les satellites sont soumis à des limitations strictes en termes de disponibilité du spectre et de budget énergétique, ce qui rend les mécanismes d'accès aléatoire efficaces et robustes particulièrement cruciaux.
III. Impacts et solutions : Pour surmonter les difficultés que les NTN présentent pour l'accès au terminal, la 3GPP a abordé certains problèmes dans ses spécifications, mais les aspects suivants nécessitent une attention particulière :
Impacts : Dans les réseaux NTN, en raison des grandes zones de cellules, du mouvement des satellites et des distances variables entre l'UE et le satellite, l'estimation de l'avance temporelle est beaucoup plus complexe que dans les systèmes terrestres. Une estimation TA incorrecte peut entraîner des transmissions de liaison montante en dehors de la fenêtre de réception du satellite, entraînant des collisions ou une défaillance complète de la réception.
Solution : Des techniques avancées d'estimation TA sont nécessaires, telles que l'utilisation des données d'éphémérides des satellites, l'assistance GNSS ou des algorithmes prédictifs, pour ajuster dynamiquement l'alignement temporel de l'UE et maintenir la synchronisation de la liaison montante.
Impacts : Le mouvement relatif entre le satellite et l'UE introduit des décalages Doppler importants, en particulier dans les systèmes en orbite terrestre basse (LEO). Ces décalages de fréquence réduisent la précision de la détection des préambules, altèrent la synchronisation de fréquence et augmentent la probabilité d'échecs des tentatives RACH.
Solution : Des mécanismes robustes de pré-compensation Doppler et de suivi de fréquence sont requis des deux côtés de l'UE et du réseau pour maintenir des performances RACH fiables dans des conditions de mobilité élevée.
Impact: Les liaisons NTN sont soumises à l'atténuation atmosphérique, à l'ombrage, à la scintillation et à la perte de trajet sur de longues distances. Ces facteurs augmentent le taux d'erreur de bloc et peuvent affecter la capacité de l'UE à recevoir correctement les messages RAR après avoir transmis avec succès le préambule.
Solution : Une modulation et un codage adaptatifs, un contrôle de puissance et une conception de couche physique robuste sont nécessaires pour maintenir une détection et un traitement RACH fiables dans diverses conditions de canal.
Impact: Les faisceaux de satellites couvrent généralement de très grandes zones géographiques, desservant potentiellement des milliers d'UE simultanément. Cela augmente considérablement le niveau de contention RACH et la probabilité de collisions, en particulier dans les scénarios d'accès à grande échelle.
Solution : Des mécanismes efficaces de partitionnement des ressources RACH, de contrôle d'accès conscient de la charge et de gestion intelligente de la contention sont nécessaires pour adapter les performances d'accès aléatoire.
Impact:La grande distance physique entre l'UE et le satellite introduit un retard de propagation aller simple important et un RTT plus long. Par exemple, le temps aller-retour (RTT) pour une liaison satellite en orbite géostationnaire (GEO) peut atteindre des centaines de millisecondes. Ces retards affectent directement la synchronisation de l'échange de messages de réponse d'accès aléatoire (RAR), ce qui peut entraîner des expirations de minuterie prématurées, des taux d'échec d'accès accrus et des retards d'accès prolongés.
Solution : Les minuteries liées au RACH, telles que la fenêtre de réponse d'accès aléatoire (RAR) et les minuteries de résolution des collisions, doivent être conçues en fonction des valeurs RTT spécifiques aux NTN. La configuration des minuteries adaptée aux NTN est cruciale pour éviter les retransmissions inutiles et les échecs d'accès.
Impact: Un grand nombre d'équipements utilisateur (UE) en concurrence pour un nombre limité de préambules RACH augmente la probabilité de collisions de préambules, réduisant ainsi l'efficacité de l'accès et augmentant la latence.
Solution : Des schémas avancés de résolution des collisions, une allocation dynamique des préambules et des techniques de blocage d'accès optimisées pour les NTN sont essentiels pour réduire la probabilité de collision.
Impact: La synchronisation initiale dans les NTN est compliquée par de grandes incertitudes de synchronisation et des décalages de fréquence. L'incapacité à obtenir une synchronisation précise peut empêcher l'équipement utilisateur (UE) d'initier le processus de canal d'accès aléatoire (RACH).
Solutions : Des techniques de synchronisation améliorées, combinant une acquisition de synchronisation précise, une compensation Doppler et une connaissance de la position du satellite, sont nécessaires pour un accès aléatoire réussi.
Impact : Les UE dans les NTN subissent des variations importantes de la perte de trajet en fonction de leur position par rapport au faisceau du satellite. Une puissance d'émission insuffisante peut entraîner une défaillance de la détection du préambule, tandis qu'une puissance excessive peut provoquer des interférences entre les UE.
Solution : Des mécanismes de contrôle de puissance adaptatifs et conscients de l'emplacement sont cruciaux pour équilibrer la fiabilité de la détection et la gestion des interférences.
Impact : Les systèmes NTN s'appuient fortement sur des architectures multi-faisceaux. Les UE peuvent avoir besoin d'effectuer une acquisition ou une commutation de faisceau pendant le processus RACH, ce qui augmente la complexité et la latence. Solution : Des mécanismes efficaces de découverte de faisceaux, de suivi de faisceaux et de commutation de faisceaux transparente sont essentiels pour garantir une exécution RACH fiable dans les systèmes NTN basés sur des faisceaux.
