Au-delà de la 5G: la recherche fait progresser l’architecture radio et l’IA pour l’avenir des télécommunications
L’essor de la 5G dans le monde se poursuit, Ericsson estimant qu’un seuil de1,5 milliard d’abonnements sera atteint d’ici la fin de 2023. Une connectivité plus rapide, une latence plus faible et une plus grande fiabilité du réseau sont quelques-uns de ses avantages par rapport aux générations précédentes de réseaux. Les scientifiques se penchent dès à présent sur les prochaines étapes: un nouveau type de système de communication intelligent qui va au-delà de la 5G. Le projet ARIADNE, financé par l’UE, a pour objectif de faire avancer la recherche sur ce nouveau système en intégrant une architecture radio avancée à haute fréquence et une approche de traitement et de gestion des réseaux fondée sur l’intelligence artificielle (IA). Cet ambitieux objectif se base sur une vision à long terme des services mobiles virtuels omniprésents plutôt que de se concentrer sur des améliorations du réseau local pour la norme 5G actuelle.
Réaliser des progrès techniques
«Un nombre sans cesse croissant d’applications et de nouveaux services, généralement très exigeants, utilisant le spectre de fréquences disponible dans les réseaux de communication actuels, il devient impératif d’utiliser des gammes de fréquences plus élevées de manière efficace, en appliquant de nouvelles technologies et une gestion des ressources du réseau assistée par l’IA, afin de pouvoir répondre à tous les besoins de communication de demain», explique Halid Hrasnica, coordinateur du projet ARIADNE. Fort de ce besoin, l’un des piliers du projet consistait à développer de nouvelles technologies radio pour les communications utilisant la bande D, la gamme de fréquences allant de 110 à 170 GHz. Une liaison en temps réel, point à point, en visibilité directe en bande D a été créée avec succès, fonctionnant dans la gamme de 150 à 160 GHz. Elle a pu transmettre des données sur 226 mètres à un débit élevé de 13 Gbps par porteuse (modulation d’amplitude en 32 quadratures), tout en assurant une communication duplex par répartition en fréquence sans erreur. Le deuxième pilier de la recherche était la connectivité avancée basée sur les métasurfaces intelligentes reconfigurables passives (RIS), une technologie innovante susceptible d’améliorer les performances, les coûts et le déploiement dans les réseaux 5G/6G. Les métasurfaces manipulent les ondes électromagnétiques de manière contrôlée et flexible, ce qui permet d’étendre considérablement la couverture du réseau. Les chercheurs d’ARIADNE ont construit un démonstrateur matériel RIS, comme on peut le voir sur l’image, qui présente des métasurfaces à réflexion anormale qui dirigent des ondes à bande millimétrique vers des récepteurs dans des environnements difficiles, en surmontant des obstacles tels que les murs.
Le rôle de l’apprentissage automatique et de l’IA
Pour surmonter les difficultés liées aux communications à haute fréquence et gérer les métasurfaces, ARIADNE a examiné diverses techniques d’apprentissage automatique et d’intelligence artificielle. «Dans la plupart des cas, l’application de ces techniques a facilité la modélisation du canal de communication et la gestion et la planification globales du réseau», explique Halid Hrasnica. L’apprentissage automatique et l’IA ont permis de faire progresser l’utilisation des RIS et d’optimiser la couche physique des communications sans fil en bande D, y compris les services de localisation et la formation de faisceaux pour une meilleure focalisation et couverture du signal. Ces technologies ont également permis d’améliorer les protocoles d’accès au support et l’allocation des ressources du réseau, et ont contribué à la planification du réseau, notamment concernant le positionnement des nœuds du réseau et des métasurfaces.
Les prochaines étapes
Le projet a pris en compte des cas d’utilisation généraux, notamment les connexions entre les toits et le niveau de la rue, ainsi que la connectivité basée sur les RIS sans ligne de vue directe. Il s’est également penché sur la connectivité ad hoc dynamique dans un réseau en mouvement, ainsi que sur la connectivité de véhicule à véhicule et de véhicule à tout, cruciale pour des applications telles que la conduite autonome. Selon Halid Hrasnica, le concept ARIADNE et ses réalisations doivent être développés davantage pour être intégrés dans les futurs réseaux de communication sans fil. «Les partenaires industriels du projet prennent déjà les mesures concrètes qui s’imposent en ce sens.»
Mots‑clés
ARIADNE, IA, 5G, télécommunications, intelligence artificielle, apprentissage automatique, 6G
