Puissance et géométrie : De la difficulté à téléphoner avec un satellite

Starlink, Amazon LEO, T-Mobile, Apple... Ils sont de plus en plus nombreux à annoncer la prochaine révolution dans le monde nomade : bientôt, vous pourrez appeler vos proches accompagnés de curieux oiseaux sur la banquise, faire une visio depuis votre yacht en pleine mer ou regarder votre série Netflix favorite au milieu des plaines mongols.

Tels sont les rêves promis par les nouveaux gourous de la 5G NTN, pour Non-Terrestrial-Network, soit l'équivalent orbital de l'antenne relais du coin. Cependant, ces promesses ne s'accompagnent pas de quelques points d'attention qui échappent pour l'instant aux rêveurs et férus d'aventures.

Dans toute communication radio fréquence, le nerf de la guerre réside dans un calcul que tout ingénieur RF connaît bien : le bilan de liaison. Connaissant les caractéristiques de l'émetteur et du récepteur, la distance, la fréquence utilisée, la modulation et le taux d'erreur accepté, ce calcul permet de déterminer à coup sûr si ça passe, ou ça passe pas.

Vous avez certainement remarqué que si vous décidez de vous matter votre film dans le bus ou train de vacances, sans WiFi, votre autonomie s'est mise à fondre comme neige au Soleil. En effet, en 4G/5G, même avec des modulations et des corrections d'erreurs efficaces, il faut bien compenser la distance qui vous sépare des multiples antennes relais de votre trajet. Le responsable est le terme de pertes géométriques, ou Free Space Loss, le plus important de tous :

Celui-ci croit au carré de la distance (et de la fréquence, sachant que les frequences plus élevées permettent de meilleure bande passante). Pour des antennes relais à plusieurs dizaines de kilomètres, ce terme représente un perte de plusieurs dizaines de décibels (dB). Pour des satellites en orbite basse... c'est plutôt 150 à 200 dB !

Pour compenser, votre téléphone doit émettre plus fort, BEAUCOUP plus fort. Votre consommation électrique s'envole, avec elle votre batterie et vos espoirs de finir cet épisode avant l'extinction de votre petit écran. De plus, si vous comptez téléphoner dans une webconférence surpeuplée, le cerveau risque de chauffer, pas uniquement pour réfléchir comment faire croire à votre patron que vous travaillez en étant sur la plage. En Europe et particulièrement en France, l'émission radio des équipements portatif et leur irradiation dans le corps humain est normé. Vous avez en effet peut-être vu ces petits chiffres après le sigle DAW tronc ou tête en bas des publicités. Pour tenir ces normes tout en tenant ce bilan de liaison... il va falloir s'accrocher ferme !

Bien sûr, tout dépend de l'usage. Ainsi, lorsque les premiers chipsets pour communication satellitaires pour les ordiphones "ordinaires" (comme l'iPhone) ont été annoncés, le service proposé se limite à... des messages textes. Pas beaucoup à transmettre, on peut donc se permettre une bande passante beaucoup plus faible et donc moins de puissance d'émission. Mais ce n'est pas sur de simples SMS que ces opérateurs comptent faire leur chiffre d'affaire. Comment résoudre donc cette équation qui a dû donner moults maux de têtes aux ingénieurs RF et designers de puces ? Affaire à suivre...