5G spatiale : vers une intégration des satellites dans les réseaux mobiles

L’évolution des usages numériques et la recherche d’une couverture mondiale conduisent aujourd’hui les opérateurs à rapprocher ces deux infrastructures, notamment au travers les services dits « Direct-to-Device (D2D) », établissant une liaison directe entre un satellite et un objet (téléphone, capteur, voiture, etc.), sans passer par une antenne relai intermédiaire au sol. Un smartphone peut ainsi communiquer avec un satellite comme il communiquerait avec une station de base terrestre. On parle alors précisément, dans le cas du téléphone mobile, de liaison « Direct to Cell » (D2C). 

Si les premiers services commerciaux D2C reposent principalement sur la messagerie et les communications d’urgence, la 5G spatiale, dite plus exactement « 5G Non-Terrestrial Network » (5G NTN), doit intégrer demain les communications satellitaires aux standards et à l’architecture des réseaux mobiles 5G. Selon certaines estimations, les services de connectivité directe entre satellites et appareils devraient générer près de 1,7 milliard de dollars en 2029, contre environ 30 millions de dollars attendus en 2025. 

Le Direct-to-Cell : les premiers services satellitaires accessibles depuis un smartphone

Les premiers services commerciaux de connectivité directe entre un satellite et un téléphone mobile grand public sont apparus au début des années 2020. L’utilisateur n’a alors pas besoin d’une antenne satellite dédiée ou d’un terminal spécialisé, tel qu’on le connait avec la téléphonie satellitaire déjà existante depuis les années 90. 

Ainsi, Apple propose depuis 2022 une fonction SOS par satellite, permettant à l’iPhone de communiquer directement avec un satellite Globalstar lorsqu’aucune couverture cellulaire ou Wi-Fi n’est disponible. Le satellite transmet ensuite le message vers une station-sol avant son acheminement vers les services d’urgence. 

SpaceX propose quant à lui un service D2C permettant à un téléphone 4G/LTE standard de se connecter directement aux satellites en orbite basse, sans modification matérielle ni application spéciale. Les premiers satellites capables de communiquer avec des téléphones 4G ont été lancés début 2024 et le service de messagerie a été commercialisé aux États-Unis et en Nouvelle-Zélande en 2025, avec T-Mobile et One NZ. 

Limites et contraintes physiques des services Direct-to-Cell 

Si les solutions précédemment évoquées sont innovantes, elles se limitent principalement à la messagerie et restent éloignées des performances d’un réseau 4G ou 5G terrestre. Une communication vocale ou une connexion de données continue impose des capacités nettement supérieures.

Plusieurs contraintes physiques expliquent cette situation. Un satellite en orbite basse se déplace à plusieurs kilomètres par seconde. Ce mouvement produit un effet Doppler : la fréquence apparente d’un signal varie lorsque l’émetteur et le récepteur se déplacent l’un par rapport à l’autre. Le phénomène est comparable au changement de tonalité d’une sirène lorsque celle-ci approche puis s’éloigne. Dans une liaison satellitaire, le décalage de fréquence évolue en permanence et doit être compensé par le système radio. La distance entre le smartphone et le satellite constitue une autre contrainte. Le terminal doit transmettre vers un satellite situé à plusieurs centaines de kilomètres, avec une puissance d’émission limitée par la taille de son antenne et sa batterie. Le réseau doit également gérer le déplacement des satellites, le changement de faisceau et le passage d’un satellite à l’autre. Ces contraintes expliquent pourquoi les premiers services D2D/D2C sont apparus sur des usages à faible débit.

La 5G NTN : intégrer les satellites dans l’architecture des réseaux mobiles

Pour répondre à ces limites, les industriels travaillent désormais à une évolution plus profonde de l’architecture des réseaux. L’objectif n’est plus seulement de permettre une communication ponctuelle entre un smartphone et un satellite, mais d’intégrer les satellites comme une composante à part entière des réseaux 5G.

Cette évolution repose sur les travaux du 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Ce consortium international rassemble les principaux organismes de normalisation des télécommunications, ainsi que les opérateurs mobiles, les équipementiers et les fabricants de semi-conducteurs. Depuis plus de vingt ans, il définit les spécifications techniques des réseaux mobiles, de la 3G jusqu’à la 5G, afin de garantir l’interopérabilité des équipements dans le monde. Les spécifications du 3GPP sont publiées sous la forme de versions successives, appelées Releases. Chaque Release introduit de nouvelles fonctionnalités compatibles avec les précédentes. La Release 17, publiée en 2022, constitue une étape importante puisqu’elle intègre pour la première fois les Non-Terrestrial Networks (NTN) dans la norme 5G. Les Releases 18 et 19 poursuivent ces travaux afin d’améliorer les performances radio, la gestion de la mobilité entre satellites et réseaux terrestres ainsi que la qualité de service.

Les mécanismes introduits dans le 3GPP permettent notamment de compenser l’effet Doppler, de prendre en compte les délais de propagation spécifiques aux communications spatiales et d’adapter automatiquement le fonctionnement des protocoles radio à des satellites en mouvement permanent. À terme, ces évolutions doivent permettre à un opérateur de gérer un satellite comme une station de base supplémentaire au sein de son cœur de réseau 5G (5G Core), sans modifier les mécanismes d’authentification, de gestion des abonnés ou de routage des communications.

Premières expérimentations de la 5G NTN 

En Europe, l’un des essais les plus significatifs a été réalisé en juillet 2025 par Eutelsat-OneWeb avec MediaTek, Airbus Defence and Space et Sharp. Les partenaires ont démontré une connexion conforme aux spécifications de la Release 17 entre un terminal 5G et un satellite de la constellation OneWeb. L’objectif était de vérifier que des équipements utilisant exclusivement les standards du 3GPP pouvaient fonctionner sur une constellation en orbite basse. Cette expérimentation constitue une étape importante vers l’intégration des satellites dans les réseaux des opérateurs mobiles et ouvre la voie à une commercialisation dans les années à venir. 

D’autres industriels poursuivent des approches complémentaires. AST SpaceMobile développe des satellites équipés d’antennes déployables de plus de 60 m², capables d’établir une liaison directe avec des smartphones conventionnels. Son démonstrateur BlueWalker 3 a réalisé le premier appel vocal 4G entre un smartphone standard et un satellite en 2023, avant de démontrer des communications compatibles 5G en 2024. Les équipementiers Ericsson, Nokia et Samsung participent, de leur côté, aux travaux de normalisation, tandis que Qualcomm et MediaTek développent les futurs modems compatibles NTN destinés aux smartphones.

La 5G NTN : une connexion Internet mobile ultra-rapide et à faible latence partout sur Terre ? 

L’objectif à terme de la 5G NTN est d’étendre la connectivité mobile aux territoires où les réseaux terrestres ne peuvent pas assurer une couverture continue. Pour l’utilisateur, la perspective est celle d’une continuité de connexion avec un smartphone classique, y compris dans les déserts, les zones montagneuses, les espaces ruraux isolés ou en mer.  

La 5G NTN présente enfin un intérêt en matière de résilience des réseaux. L’intégration des accès terrestres et satellitaires permettrait de disposer de plusieurs chemins de communication et de maintenir une connectivité lorsqu’une partie des infrastructures au sol devient indisponible. Cette capacité intéresse notamment les applications gouvernementales. Elle soulève également une question de souveraineté. La constellation OneWeb d’Eutelsat constitue à ce titre une capacité européenne disponible pour développer des services satellitaires compatibles avec les standards internationaux du 3GPP, même si son exploitation repose sur un écosystème industriel et réglementaire mondial.

Vers un réseau mobile véritablement mondial

L’intégration des satellites dans les standards du 3GPP marque une évolution importante de l’industrie des télécommunications. Les réseaux satellitaires pourraient ne plus être développés comme des infrastructures indépendantes mais comme un prolongement des réseaux mobiles existants. Les premiers services Direct-to-Cell montrent que cette convergence est techniquement possible, tandis que les démonstrateurs d’Eutelsat-OneWeb ou d’AST SpaceMobile préparent l’étape suivante : celle d’une intégration complète des satellites dans les architectures 5G.

Cette évolution restera progressive. Les réseaux terrestres conserveront durablement un avantage en matière de capacité et de débit dans les zones urbaines. Les satellites interviendront principalement pour assurer la continuité de service, étendre la couverture et renforcer la résilience des infrastructures. À mesure que les futures Releases du 3GPP seront déployées et que les constellations gagneront en capacité, la distinction entre réseaux terrestres et réseaux spatiaux pourrait-elle s’estomper ? Pour les opérateurs comme pour les industriels, l’enjeu n’est plus de substituer une infrastructure à une autre, mais de construire un réseau unique, dans lequel le choix entre une antenne terrestre et un satellite deviendra transparent pour l’utilisateur.

Victor-Charlie