Le traitement avancé des signaux au service des objectifs de vitesse de la 5G
L’infrastructure de téléphonie mobile a fait son apparition à la fin des années 1980. Depuis lors, plusieurs générations se sont succédées, chacune plus rapide et plus performante que la précédente. Nous en sommes maintenant à la cinquième génération ou 5G. La génération actuelle, la 4G, fonctionne bien pour les individus, mais peut souffrir de goulots d’étranglement lorsque de grands groupes de personnes utilisent simultanément un réseau dans une même zone. Le nouveau standard résout ce problème de congestion, offrant potentiellement une capacité 1 000 fois plus puissante que la 4G. Néanmoins, il s’agit là d’une possibilité essentiellement théorique. Sa réalisation dépendra de la disponibilité future de certaines améliorations technologiques. Contrairement à d’autres groupes examinant la possibilité de faire passer la bande de fréquence 5G de moins de 6 GHz à plus de 60 GHz, le projet ADVANTAG5, financé par l’UE, s’attaque au problème de la bande passante en introduisant la directionnalité dans la transmission du faisceau radio. Ces recherches ont été lancées avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie. Dans le domaine des communications radio, une gamme de fréquences radio est appelée une bande. Chaque utilisateur, ou antenne, s’en voit allouer une petite tranche. En effet, si l’on dit communément que les stations de radio individuelles émettent sur une fréquence attribuée bien précise (appelée fréquence centrale), elles émettent aussi légèrement de part et d’autre de cette fréquence. «Dans les systèmes actuels, une seule fréquence centrale peut être utilisée à la fois, car sinon les transmissions interféreraient entre elles», explique le coordinateur du projet, le Dr Marko Kosunen.
Contrôler la direction du faisceau par le traitement des signaux
L’approche ADVANTAG5 permet de dupliquer l’utilisation de chaque fréquence en introduisant la directionnalité contrôlée dans les faisceaux radio d’émission et de réception. La formation des faisceaux est réalisée grâce à de nouvelles méthodes de traitement des signaux, développées par le projet. Ces méthodes impliquent le traitement de signaux numériques multi-utilisateurs via la nouvelle puce de silicium spéciale du projet. Les signaux reçus au niveau de l’antenne, en l’occurrence une antenne-relais de téléphonie mobile, transportent les informations émanant de tous les utilisateurs depuis différentes directions. Ces données sont toutefois filtrées de manière à ce que chacun des multiples signaux produits par l’élément de traitement du signal ne contienne que les informations d’un utilisateur spécifique.
De nouvelles antennes pour faciliter le traitement
Le contrôle de la direction du faisceau est facilité par les nouveaux récepteurs de formation de faisceau, spécialement développés par l’équipe. Ils fonctionnent en contrôlant l’échantillonnage des signaux reçus, et en combinant les signaux reçus via différents trajets d’antenne. ADVANTAG5 a également mis au point des structures d’émetteurs numériques efficaces, qui prennent en charge plusieurs canaux diffusés à partir d’une seule antenne. Les chercheurs ont démontré avec succès les nouvelles méthodes ainsi que le nouvel équipement, qui comprend des émetteurs et des récepteurs. Les résultats sont maintenant disponibles pour l’industrie, et celle-ci a manifesté un vif intérêt. En attendant, l’équipe va continuer à affiner la conception. Les méthodes développées au cours du projet seront intégrées dans l’enseignement des cours d’ingénierie des communications à l’Université d’Aalto, en Finlande. «Je crois vraiment que nos travaux vont révolutionner l’avenir de la conception électronique», confie Marko Kosunen. «Ils combinent de façon inédite le développement et l’optimisation des circuits par des moyens programmatiques, éventuellement à travers l’apprentissage automatique.» Ces travaux permettront à l’infrastructure 5G proposée de fonctionner à la vitesse annoncée. Pour les utilisateurs, cela permettra d’accélérer considérablement les débits de données.
Mots‑clés
ADVANTAG5, radio, 5G, antenne, traitement des signaux, 4G, téléphone mobile, communications, bande passante
