détails du programme

http://www.cnes.fr
http://www.irt-saintexupery.com/
http://www.isae.fr/
http://cct.cnes.fr/content/traitement-du-signal-et-des-images
Programme
Technologies pour la 5G – segment spatial
CONTEXTE
La Communauté de Compétences Techniques Traitement du Signal et de l’Image (CCT TSI) du CNES
(Centre National d’Etudes Spatiales), en collaboration avec l’IRT (Institut de Recherche
Technologique) Saint-Exupéry, organise une animation sur les « Technologies pour la 5G – segment
spatial ». Celle-ci aura lieu le 13 juin à l’amphithéâtre 4 de l’ISAE (10 avenue Edouard Belin, 31400
Toulouse).
La 5ème génération de réseaux mobiles de communication a attiré récemment l’attention de
nombreux acteurs : industrie, centres de recherche, académiques, presse. Celle-ci devra se bâtir en
prenant en compte les objectifs suivants (non simultanés) :
 Augmentation de débit (Débit global * 1000 - Débit individuel * 10)
 Réduction de la latence
 Continuité de service et fiabilité
 Internet sécurisé
 Rapidité de déploiement - Flexibilité de l’architecture réseau
 Intégration du satellite
 Optimisation de la communication entre les objets et de l’accès des objets à l’internet
 Optimisation de l’utilisation de la ressource
 Diminution de la consommation par unité de débit de 90%
Dans ce contexte-là, le satellite aura un rôle à jouer :
 Participation à l’augmentation de la capacité totale
 Couverture des zones maritimes (bateaux, avions) et des zones blanches
 Redondance en cas de défaillance d’un réseau terrestre/catastrophe naturelle
 Backhaul de stations de base terrestres
 Partage du spectre avec les autres réseaux
 Broadcast des contenus les plus populaires
 Offload de la signalisation terrestre via le lien satellite
 Réduction du bilan énergétique bout en bout
L’animation a pour but de faire un point sur les technologies satellite qui pourraient être
envisagées dans le cadre de la standardisation 5G, et éventuellement d’identifier des études de
R&T à conduire sur ce thème.
AGENDA
La langue de travail est le français. Cependant certaines présentations pourront être en anglais. La
journée s’articulera autour de 9 présentations sur différents thèmes liés à la 5G.
Les questions pourront être posées en fin de chaque présentation, ou à la fin de la journée.
La société Mitsubishi Electric R&D Centre Europe (MERCE) fera une démonstration lors des pauses de
son équipement hardware SC-OFDM.
9h-9h30
9h30-9h50
9h50-10h20
10h20-10h50
10h50-11h20
11h20-12h
12h-12h30
12h30-14h
14h-14h30
14h30-15h
15h-15h30
15h30-16h
16h-16h30
16h30-17h
17h-17h30
Accueil des participants
« Présentation de la CCT TSI et de l’IRT – Présentation du contexte 5G »
Sonia Cazalens, CNES et Guillaume Buscarlet, IRT AESE
« Nouvelles attributions de spectre, partage et convergence fixe/mobile,
terrestre/ satellite»
Alain Austruy, CNES
Pause-café
« Latency, reliability and throughput in mobile satellite communications »
Jesús Arnau, Huawei
« 5G waveforms, a >6GHz candidate waveforms comparison study. Can terrestrial
waveforms be useful for the Sat 5G communication link? »
Riccardo Giacometti, Keysight
« SC-FDMA, a flexible air interface for implementing satellite links in 5G A hardware proof-of-concept »
Arnaud Bouttier – Mitsubishi Electric R&D Centre Europe (MERCE)
Pause repas - démonstration
« Comparaison de formes d’ondes multiporteuses dans le cadre d’un partage de
spectre satellite / terrestre »
Nicolas Cassiau, CEA-Leti
« NC-SC-OFDM, a Frequency Agile Waveform for Satellite Transmissions in a
Spectrum Scarcity Context »
Benjamin Ros, CNES
Pause-café - démonstration
« Trade-Off between Spectral Efficiency Increase and PAPR Reduction when Using
FTN Signaling: Impact of Non Linearities»
Jean-Alain Lucciardi, IRT AESE
« Les codes polaires, algorithmes et décodeurs. »
Mathieu Léonardon, Camille Leroux, Christophe Jégo, IMS Bordeaux
« Virtualisation des réseaux SATCOM pour une intégration transparente avec les
réseaux terrestres »
Nicolas Kuhn, CNES
Conclusion - discussions
CONTENU DETAILLE DES PRESENTATIONS
« Nouvelles attributions de spectre, partage et convergence fixe/mobile, terrestre/ satellite »
Alain Austruy, CNES
Le terme 5G n’est pas officiel dans les instances réglementaires : le terme est utilisé pour désigner
la prochaine génération successeur de la 4G. La 5G est reprise sous le vocable plus officiel de IMT2020 (exemple : https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/oth/0a/06/R0A0600005D0001PDFE.pdf ). On
retrouve 5G sous le vocable IMT BroadBand, ou wideband 5G. Dans le CR de la CMR15, (de l’agenda
item 10 plus précisément), on désigne par 5G les IMT au-dessus de 6 GHz.
Dans le cadre de l’UIT :
-Rappel des attributions existantes avant la CMR-15
-Résultats de la CMR 15 pour la 5G :
Nouvelles attributions ou Nouvelles conditions de partage dans des attributions déjà existantes : AI 1.1
Nouveaux points de l’ordre du jour pour la CMR 19
-Points de l’ordre du jour de la CMR-19 pour la 5G
Services mobiles terrestres et fixes : Agenda Items 1.11 - 1.12 - 1.14 - 1.15 :
Applications large bande du service mobile : Agenda Items 1.13 - 1.16 - 9.1.1 - 9.1.5 - 9.1.8
Dans le cadre de la CEPT : (avec mandats de la CE)
-IMT 2020
-Machine to machine in 700 MHz - “LTE based M2M and Narrow band M2M” => “Compatibility and
sharing studies for M2M applications in the 733-736 MHz / 788-791 MHz band”.
-Future usage of Machine to Machine ( LTE-based M2M and Narrowband M2M ): in the frequency
bands 700 MHz, 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz, 2300MHz, 2600 MHz, 3400-3600 MHz
and 3600-3800 MHz as appropriate for the future usage of LTE-based M2M and Narrowband M2M.
- MCA (Mobile Communications on board Aircraft )
- MCV (Mobile Broadband Communications on Board Vessels) : faire coexister les MCV et les réseaux
mobiles terrestres en simplifiant le cadre réglementaire, et en étendant l’utilisation à bord des
navires de :


UMTS à 2 GHz (1920-1980/2110-2170 MHz)
LTE à 1800 MHz (1710-1785 / 1805-1880 MHz) et / ou 2,6 GHz (2500k-2570 / 2620-2690 MHz).
-MFCN (mobile/fixed communications networks) :
Guidelines for harmonized framework in 3.6-3.8 GHz
Licensing of mobile bands in Europe for the MFCN bands
-IMT and MSS at 1518 MHz : coexistence between IMT below 1518 MHz and MSS above 1518 MHz.
« Latency, reliability and throughput in mobile satellite communications. »
Jesús Arnau, Huawei
Similar to the terrestrial case, mobile satellite communications are heavily affected by the time
variations of the propagation channel. But, differently from their terrestrial counterparts, they suffer
from inherently long propagation delays on top of that. The combination of these two factors makes
link adaptation very difficult, increases latency, and challenges reliability; yet latency and reliability,
together with throughput, are among the metrics 5G is expected to improve by orders of magnitude.
In this talk, we will describe the fundamental tradeoffs involving those three metrics in mobile
satellite systems, both for the forward and return links. We will emphasize modulation and coding
scheme selection techniques, especially those accounting for the delay and variability of the channel.
We will also compare the performance figures obtained with state of the art techniques with those
required by 5G, and finalize by discussing the actual potential of 5G-satellites in light of this
comparison.
« 5G waveforms, a >6GHz candidate waveforms comparison study. Can terrestrial waveforms be
useful for the Sat 5G communication link? »
Riccardo Giacometti, Keysight
Analysis of the different common 5G terrestrial waveform candidate has been performed and will be
reported.
The different candidates will be explained, including advantages and drawbacks. The simulation chain
used for the comparison will be explained (based on 5G-PPP mmMAGIC simulation chain).
An analysis of the impact of impairment on these signals will be shown. Link towards hardware in
the loop for effective measurement will be explained.
« SC-FDMA, a flexible air interface for implementing satellite links in 5G - A hardware proof-ofconcept »
Arnaud Bouttier – Mitsubishi Electric R&D Centre Europe (MERCE)
The purpose of this presentation is to demonstrate the flexibility of the SC-FDMA air interface for
implementing 5G satellite links. In that purpose, a TX/RX real time system implementing SC-FDMA
has been designed for a transmission in a 40 MHz bandwidth over a low intermediate frequency (IF)
of 70 MHz for use with a hardware channel emulator supporting models for high power amplifier,
additive noise and land mobile satellite mobile (LMS) channel. The flexibility of the system is
demonstrated using two different scenarios. The first scenario assumes a backhaul link in the Ka
band where the purpose is to provide a high throughput. The second scenario assumes a radio
mobile transmission in the S band where the receiver is a moving terminal. The very same system is
used with simply two different parameter sets for adapting to these two different scenarios. The
demonstration shows that the SC-FDMA air interface is able to bring the required flexibility to 5G
services while insuring a good level of performance especially in comparison to OFDM.
« Comparaison de formes d’ondes multiporteuses dans le cadre d’un partage de spectre satellite /
terrestre »
Nicolas Cassiau, CEA-Leti
La quatrième génération de communications mobiles (4G ou LTE) actuellement déployée utilise des
formes d’onde multiporteuses : l’OFDM pour la voie descendante et le SC-FDMA pour la voie
montante. Il est plus que probable que la génération suivante (5G), dont le déploiement commercial
est prévu pour 2020, sera elle aussi basée sur des formes d’onde multiporteuses. Pour être
pleinement partie prenante de la 5G, les systèmes de communication par satellite devront
vraisemblablement à leur tour utiliser de telles formes d’onde. Dans cette étude plusieurs formes
d’onde multiporteuses sont comparées pour le lien descendant satellite : l’OFDM, le SC-FDMA et le
FBMC. Le ratio de puissance pic sur moyenne (PAPR), critère déterminant pour les communications
satellite, de chaque forme d’onde est mesuré et les non-linéarités de l’amplificateur de puissance
sont modélisées. L’habilité du satellite à transmettre dans des trous de fréquence laissés libres par
les réseaux terrestres est évaluée. Dans ce cadre deux critères sont pris en compte : le degré
d’asynchronisme et la différence de puissance entre le signal satellite et le signal terrestre.
« NC-SC-OFDM, a Frequency Agile Waveform for Satellite Transmissions in a Spectrum Scarcity
Context”
Benjamin Ros, CNES
Le concept de Non Contiguous SC-OFDM sera présenté en détail. Il s’agit d’insérer des trous
fréquentiels au sein de la forme d’onde SC-OFDM. Des possibilités d’application système du concept
seront évoquées. L’impact de la création de trous sur la chaine de transmission satellite est analysé
(non linéarité, IMUX) sur la base de résultats de simulation. Enfin, une feuille de route pour étayer la
preuve d’adéquation de la forme d’onde aux systèmes satellite du futur sera établie.
« Trade-Off between Spectral Efficiency Increase and PAPR Reduction when Using FTN Signaling:
Impact of Non Linearities»
Jean-Alain Lucciardi, IRT AESE
Faster-than-Nyquist (FTN) signaling appears as an attractive method to improve spectral efficiency at
the price of an increased complexity at the receiver. The receiver generally implements a turboequalization/detection scheme to benefit from all the promises of the FTN signaling. However, this is
not the only limitation we have to deal with. Indeed, compressing in the time domain impact the
emitted signal and it usually results in an increase of the envelope fluctuations. This leads to an
inherent multi-objectives trade-off between performance, targeted spectral efficiency and limited
Peak to Average PowerRatio (PAPR). The last aspect is crucial when considering a satellite
communication link due to non-linear amplification effects that can occur on-board the satellite.
Usually, FTN studies focus on spectral efficiency increase for a fixed modulation order, trying to
trade-off between performance and PAPR properties. In this presentation, we show that, for a given
asymptotic spectral efficiency, we can compress low order modulations to increase the spectral
efficiency of these schemes while controlling the PAPR increase to achieve a better PAPR than the
non-compressed scheme with a higher modulation order. Thus, for the same asymptotic spectral
efficiency, we can achieve 1 dB gain in terms of PAPR and 2 dB gain in Bit Error Rate (BER)
performances for a coded 8-PSK FTN system compared to a coded 16-APSK. For the same BER
performances, the asymptotic spectral efficiency gain obtained in linear context is over 20 %, higher
when nonlinearities are taken into account.
« Les codes polaires, algorithmes et décodeurs. »
Mathieu Léonardon, Camille Leroux, Christophe Jégo, IMS Bordeaux
Les codes polaires sont les premiers codes correcteurs d'erreurs pour lesquels il est démontré
mathématiquement qu'ils atteignent asymptotiquement la capacité des canaux symétriques à entrée
binaire (canal BSC, BEC, AWGN,...). Ils sont actuellement préssentis pour être intégrés dans les futurs
standards de la 5G.
Il a récemment été démontré qu'un décodage par liste des codes polaires permet d'atteindre, voire
de dépasser les performances des certains turbocodes à taille finie. Du point de vue de
l'implémentation, ils ont une complexité de décodage en O(N log N), N étant la taille de code.
Leur structure récursive et très régulière confère aux codes polaires une grande flexibilité
d'implémentation en bonne adéquation avec les contraintes de la 5G.
Dans cette présentation, nous introduisons le principe de codage et de décodage des codes polaires.
Nous passons en revue les différents algorithmes qui ont été proposés dans la littérature. Nous
décrivons ensuite quelques implémentations matérielles et logicielles de décodeurs de codes
polaires. Enfin nous dressons une liste de problématiques algorithmiques et architecturales encore
ouvertes à ce jour.
« Virtualisation des réseaux SATCOM pour une intégration transparente avec les réseaux terrestres
»
Nicolas Kuhn, CNES
Les techniques de virtualisation des réseaux SATCOM permettront de répondre à plusieurs des
objectifs relatifs à la 5G, comme l’optimisation de l’utilisation des ressources, la redondance de lien
pour des raisons de fiabilité ou une meilleure exploitation de la diversité des ressources disponibles.
En effet, un des nombreux avantages de ces techniques de virtualisation est qu’un opérateur
terrestre, agnostique des caractéristiques du réseau satellite, pourra demander une allocation de
capacité, une augmentation ou une diminution de la capacité actuellement disponible, sans pour cela
avoir besoin de connaître les spécificités des fonctions sol et bord du réseau satellite.
Après une présentation succincte des différentes approches de virtualisation, cette présentation vise
donc à montrer les orientations du projet H2020 VITAL (VIrtualized hybrid satellite-TerrestriAl
systems for resilient and fLexible future networks), en se focalisant sur l’architecture globale d’une
gateway type « DVB-S2 » en vue de sa virtualisation partielle. L’objectif est de montrer comment la
virtualisation est une approche qui peut faciliter l’intégration des réseaux satellites avec les réseaux
terrestres.