Des satellites en orbite terrestre basse pour un Internet plus fiable

Le travail à domicile a peut-être réduit les déplacements, mais il a mis à rude épreuve le réseau électrique et a consommé de l’énergie. Cependant, les services publics tels que l’électricité et l’eau peuvent être achetés ou empruntés à des réseaux ou territoires adjacents.

On ne peut pas en dire autant des FAI. Ils ne peuvent tout simplement pas emprunter auprès d’un autre fournisseur de services. Au lieu de cela, leurs clients devraient se fier à l’Internet de la cafétéria ou coupler leurs appareils mobiles. Alors que le travail hybride devient le pilier, les FAI doivent créer des situations imprévues lors des pannes.

Alors, est-il possible de faire d’Internet un service public, largement disponible, abordable et fiable avec le basculement ? Une technologie émergente avec ce potentiel est l’Internet par satellite basé sur la 5G. L’industrie travaille sur des protocoles Internet standardisés qui permettraient aux fournisseurs d’accès Internet 5G de mettre en commun leurs ressources et de « s’emprunter » mutuellement de la bande passante selon les besoins. Au fur et à mesure que les entreprises construiront et déploieront des satellites 5G, elles travailleront ensemble pour créer un réseau à grande échelle qui couvrira de nombreuses régions du monde avec l’Internet 5G. Si le satellite de la société A tombe en panne, il peut compter sur le satellite adjacent de la société B pour éviter les interruptions, bien sûr moyennant un coût supplémentaire. Ce modèle de partage est analogue à la façon dont les fournisseurs de téléphonie mobile fournissent des services mobiles lorsque les utilisateurs voyagent. Les appareils seront connectés aux tours locales et les utilisateurs recevront des frais d’itinérance.

Le silicium spatial et même l’Internet par satellite basé sur la 5G en sont encore à leurs balbutiements. Les entreprises sont confrontées à deux obstacles majeurs avant de pouvoir commencer à construire et à déployer des satellites à grande échelle : les normes Internet 5G gelées et les techniques de conception de silicium résistant aux radiations. La version 17 du 3GPP (3rd Generation Partnership Project) (Rel-17) ouvre la moitié du problème de standardisation au-delà de la stratosphère. La nouvelle norme 5G est basée sur des travaux antérieurs sur Rel-15, où 3GPP a défini un ensemble minimum de paramètres pour les réseaux non terrestres. Rel-16 a pris ces paramètres et a construit un cadre pour les protocoles de couche supérieure et physique.

Avec la dernière itération améliorée de la 5G, la carte standard résout les problèmes de synchronisation et améliore la qualité de service pour les NTN. Les satellites utilisent le GPS pour calculer le temps de trajet aller-retour (RTT) afin de s’assurer que les signaux sont reçus à la bonne fréquence. Rel-17 spécifie ces calculs pour appliquer un tampon de fréquence Doppler. Ces dispositifs utilisent également des informations de synchronisation pour générer le décalage entre les transmissions en liaison descendante et en liaison montante.

Pour améliorer la qualité de service des satellites en orbite terrestre basse (LEO), le 3GPP augmente le nombre de processus HARQ d’arrêt et d’attente à 32. Pour les satellites supérieurs, le processus 16 HARQ n’est pas suffisant et cela a provoqué des retours en attendant les temps d’arrêt. De plus, moins de processus causent des problèmes de commutation pour les satellites ou les terminaux mobiles. Les processus HARQ s’arrêtent lorsque les appareils bougent. Après un nombre prédéterminé d’arrêts, le terminal recherche un nouveau satellite, ce qui est une activité gourmande en énergie et chronophage. Doubler le nombre de processus réduit la fréquence de ces arrêts et améliore la capacité de transmission de données des satellites LEO.

Bien que Rel-17 catalyse de nouvelles architectures pour le silicium spatial, les progrès de la technologie radicale créent un silicium spatial plus fiable. Dans l’espace, le silicium est bombardé de rayonnements ionisants, qui provoquent des effets isolés (SEE). Les SEE sont traditionnellement transitoires et se produisent lorsque le rayonnement ionisant frappe le silicium et passe à travers un tunnel nanoscopique. Ce tunnel peut provoquer des décalages de bits, des changements de temps soudains ou des décalages de tension. Les transistors peuvent rester ouverts ou fermés en permanence si la couche isolante de l’appareil collecte suffisamment de particules ionisées, provoquant une défaillance permanente de l’appareil.

Nous subissons partout des rayonnements ionisants à des doses relativement faibles et inoffensives (0,0062 Sv/an). Cependant, les appareils LEO subissent de 1 à 100 Sv par an, selon la latitude. L’énorme différence de rayonnement est due aux rayons du soleil, aux rayons cosmiques qui interagissent avec notre atmosphère et aux particules ionisées de l’espace lointain.

Les PLL analogiques sont particulièrement sensibles aux dommages causés par les radiations. Des doses d’ionisation accumulées élevées provoquent un décalage de tension de seuil, modifiant le courant de polarisation de la pompe de charge PLL. Ces décalages de paramètres réduisent les performances de la gigue en boucle fermée et le comportement d’acquisition du circuit, créant un signal d’horloge non fiable qui peut propager les conditions de concurrence dans toute la logique aval. Les PLL classiques sont également vulnérables aux SEE. Si un rayonnement ionisant frappe le diviseur de fréquence ou le détecteur de phase, la PLL perdra son verrouillage et devra être verrouillée à nouveau. La puce ne fonctionne pas tant que la PLL est à nouveau verrouillée, ce qui provoque des défaillances transitoires du système.

Les solutions IP de génération d’horloge de Movellus utilisent des cellules standard avec des homologues extrêmement durs. Contrairement aux analogues, les générateurs d’horloge numérique sont beaucoup plus durables. Les techniques de durcissement sont intégrées au niveau du circuit et de l’architecture grâce à une approche numérique.

Il y a plusieurs choses que vous pouvez faire pour rendre vos puces plus durables et fiables :

  • Au niveau du circuit, des éléments standard rad-hard sont utilisés pour chaque composant du réseau d’horloge, y compris les portes d’horloge, les inverseurs et les tampons.
  • Une protection contre les pannes est ajoutée pour les éléments de stockage, qui reviennent aux états précédemment connus en cas de choc ionisant.
  • La redondance de la génération d’horloge peut être étendue au niveau de l’architecture en ajoutant une logique combinatoire à l’IP du réseau d’horloge tout en décidant des signaux via un multiplex de vote. Pour Movellus, ces techniques permettent à l’IP de tolérer des doses ionisantes supérieures à 1 kSv et de réduire le SEE associé à l’horloge à 10.-12 erreurs / bitday.

En cas de défaillance de la génération d’horloge, notre IP 100 se verrouille sur le cycle d’horloge de référence, réduisant ainsi les temps d’arrêt pendant les charges de travail critiques. De plus, IP intègre des filtres SEE pour les signaux de diagnostic critiques qui changent rapidement de mode (SCAN, fonctionnel, réinitialisé) pour aider les utilisateurs à isoler les défauts.

Pour que leur silicium atteigne les lettres et au-delà, les entreprises ont besoin d’une IP fiable, y compris une IP de réseau d’horloge. Grâce à son partenariat stratégique récemment annoncé avec BAE, Movellus continuera d’adapter son IP de génération d’horloge pour le silicium spatial de nouvelle génération.

Il est naturel que notre renaissance architecturale s’étende dans l’espace à travers la Terre. La normalisation et les techniques de conception résistantes aux radiations rattrapent rapidement leur retard pour permettre le silicium stellaire et l’introduction de l’Internet par satellite basé sur la 5G. Il a le potentiel de rendre Internet plus utilitaire, d’améliorer la qualité du service pour de nombreux clients et d’étendre la couverture au-delà des banlieues. Compte tenu de sa nature étendue, les communautés rurales, la recherche offshore et arctique et les zones sinistrées bénéficieront également d’un accès Internet amélioré rayonnant des étoiles.

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