Des émetteurs adaptifs pour une communication 6G performante
Dans une nouvelle étude publiée le 30 mars dans la revue Nature’s Communications Engineering, les chercheurs ont expliqué comment ils ont développé un émetteur capable d’ajuster dynamiquement les ondes nécessaires pour prendre en charge les signaux 6G futurs. La norme des communications cellulaires la plus avancée est la 5G. Selon l’organisme commercial GSMA, la 6G, qui devrait être des milliers de fois plus rapide, commencera à être déployée en 2030.
Fonctionnement dans le spectre des ondes subtérahertz
Contrairement à la 5G, qui fonctionne principalement dans des bandes inférieures à 6 gigahertz (GHz) dans le spectre électromagnétique, la 6G devrait fonctionner dans le sous-térahertz (THz) entre 100 GHz et 300 GHz et dans les bandes THz – juste en dessous de l’infrarouge. Plus cette radiation est proche de la lumière visible, plus les signaux sont susceptibles d’être bloqués par des objets physiques.
Défis concernant la 5G à haute fréquence et la 6G future
Un défi majeur : la nécessité d’une ligne de mire directe
L’un des principaux défis au déploiement de la 5G haute fréquence et de la future 6G réside dans la nature des ondes utilisées. En effet, ces signaux nécessitent une ligne de mire directe entre l’émetteur et le récepteur, ce qui limite leur portée et leur efficacité en environnements urbains denses.
Une solution prometteuse : la courbure des ondes
Cependant, les scientifiques ont montré dans leurs expériences qu’il était possible de courber efficacement des signaux haute fréquence autour d’obstacles tels que des bâtiments. « Il s’agit de la première liaison de données courbée au monde, une étape cruciale dans la réalisation de la vision de la 6G en matière de débit de données élevé et de fiabilité », a déclaré Edward Knightly, co-auteur de l’étude et professeur de génie électrique et informatique à l’université Rice, dans une déclaration.
La courbure de la lumière
Les photons, ou particules de lumière, qui composent le rayonnement THz dans cette région du spectre électromagnétique, se déplacent généralement en lignes droites, sauf si l’espace et le temps sont déformés par des forces gravitationnelles massives, semblables à celles exercées par les trous noirs.
La courbure de la lumière pour un futur en 6G
Un principe révolutionnaire pour la courbure des ondes
Les chercheurs ont découvert que des faisceaux de lumière s’auto-accelérant – démontrés pour la première fois dans des recherches menées en 2007 – forment des configurations spéciales d’ondes électromagnétiques qui peuvent se courber ou se plier sur le côté lorsqu’elles se déplacent dans l’espace. Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour le déploiement de la 6G, car elle permet de surmonter l’un des principaux défis de cette technologie : la nécessité d’une ligne de mire directe entre un émetteur et un récepteur.
Comment fonctionne la courbure des ondes auto-accélérantes ?
En concevant des émetteurs avec des motifs qui manipulent la force, l’intensité et le moment des signaux porteurs de données, les chercheurs ont créé des ondes qui fonctionnaient ensemble pour créer un signal qui restait intact même si son itinéraire jusqu’à un récepteur était partiellement bloqué. Ils ont découvert qu’un faisceau de lumière pouvait être formé qui s’adapte à tous les objets sur son chemin en réorganisant les données selon un schéma non obstrué. Ainsi, tandis que les photons se déplacent toujours en ligne droite, le signal THz se courbe efficacement autour d’un objet.
Vers un futur en 6G
Des ondes plus rapides
Si la courbure de la lumière sans recours à un trou noir n’est pas une nouveauté en matière de recherche, l’étude en question présente un intérêt majeur car elle pourrait rendre les réseaux 6G réalisables. Les ondes millimétriques (mmWave) de la 5G offrent actuellement la plus grande bande passante du réseau, en utilisant les fréquences radio de la 5G entre 24 GHz et 100 GHz du spectre électromagnétique, pour des vitesses de téléchargement théoriques maximales de 10 à 50 gigabits (milliards de bits) par seconde.
Un besoin de bande passante plus importante
Les rayons THz se situent au-dessus des mmWave, dans une plage de fréquences comprise entre 100 GHz et 10 000 GHz (10 THz), nécessaires pour atteindre des vitesses de transfert de données d’un téraoctet par seconde, soit près de 5 000 fois plus rapides que les vitesses moyennes de la 5G aux États-Unis. « Nous voulons plus de données par seconde », a déclaré Daniel Mittleman, professeur à l’École d’ingénierie de Brown, dans une déclaration. « Pour y parvenir, il faut plus de bande passante, et cette bande passante n’existe tout simplement pas avec les bandes de fréquences classiques ».
Un défi majeur : la nécessité d’une ligne de mire directe
En raison des hautes fréquences utilisées, les signaux 5G mmWave et les futurs signaux 6G nécessitent une ligne de mire directe entre un émetteur et un récepteur. Cela limite leur portée et leur efficacité, en particulier dans les environnements urbains denses où les bâtiments bloquent les signaux.
Contourner les obstacles grâce à la courbure des ondes
Cependant, les chercheurs ont franchi une étape importante vers la résolution de ce problème en démontrant la possibilité de courber efficacement les signaux haute fréquence autour d’obstacles tels que les bâtiments. Cette avancée, réalisée par une équipe de scientifiques de l’université Rice, représente la première liaison de données courbée au monde et constitue un élément crucial pour concrétiser la promesse de la 6G en matière de débit de données élevé et de fiabilité.
Vers des réseaux 6G plus performants
En effet, la livraison d’un signal selon une trajectoire courbée permettrait aux futurs réseaux 6G de ne pas avoir besoin de couvrir les bâtiments de récepteurs et d’émetteurs. Cela simplifierait considérablement le déploiement et la maintenance des réseaux 6G, tout en améliorant leur couverture et leur performance.
Des défis à relever
Cependant, il reste encore des défis à relever avant que la courbure des ondes ne devienne une réalité pour la 6G. Actuellement, la portée de la courbure des signaux est limitée à environ 10 mètres, ce qui n’est pas suffisant pour une couverture 6G à l’échelle d’une ville. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer la portée et l’efficacité de cette technologie.
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