Renforcer les capacités des réseaux télécoms intermédiaires
Deux antennes éloignées de plusieurs dizaines de mètres… et une transmission hertzienne à 142,25 GHz GHz entre elles : voilà l’installation dont Nokia faisait la démonstration. Elle était comparable à ce que l’équipementier télécom a déjà mis en place, en extérieur, sur le site du Nokia de Paris-Saclay.
« Ce sont des prototypes que nous avons fabriqués en région parisienne dans le cadre du programme France 2030, explique Alexandre Jard, directeur R&D de l’unité microondes à Nokia France. A l’extérieur, le débit atteint 10 Gbits/s, mais baisse à 8 Gbits/s ici en intérieur à cause des réflexions multiples. » Par ailleurs, les communications en émission et en réception sont réalisées ici simultanément sur la même fréquence (full duplex), et pas sur des fréquences distinctes comme d’ordinaire.
Un tel dispositif aurait une utilité pour le « backhauling de réseau mobile », précise Alexandre Jard. Ou dit autrement, le réseau intermédiaire qui fait le lien entre le réseau cœur de l’opérateur et les stations de base des antennes. Un moyen de maintenir les débits finaux dans les zones les plus denses, par exemple les villes.
« Aujourd’hui, la fréquence la plus élevée des réseaux backhaul est établie à 80 GHz, poursuit-il. La bande à 130-175 GHz est en cours de standardisation par l’ETSI (institut européen des normes de télécommunications, ndlr). » Ces fréquences, appartenant à la bande D, sont candidates à l'acheminement des communications des futurs réseaux 6G.
Propager des signaux téraherz entre machines sans ligne de mire
Comment pérenniser la propagation sans fil de signaux térahertz (plusieurs centaines de gigahertz par convention), même quand l’émetteur et le récepteur sont en mouvement ? Le projet européen Times, auquel participe le CNRS en France, entend résoudre cette problématique avec le renfort de surfaces intelligentes reconfigurables (RIS en anglais), des composants optiques aussi appelés métasurfaces.
Conduite par l’Institut d’électronique, microélectronique et nanotechnologies (IEMN) de Villeneuve d’Ascq (CNRS/université de Lille), une expérience montrait ainsi la transmission d’un signal hertzien à 300 GHz « rebondissant » sur une métasurface fabriquée par l’espagnol Anteral. Le débit mesuré s’élèvait à 28 Gbits/s.
« L’angle de réflexion est différent de celui obtenu par réflexion spéculaire (si l’angle obéissait aux règles de l’optique géométrique classique, ndlr), mais dans notre cas, il reste fixe, explique sur place Guillaume Ducournau, professeur à l’université de Lille. La suite, c’est la conception d’une métasurface dont l’angle de réflexion est reconfigurable.» La deeptech Greenerwave conçoit déjà des métasurfaces reconfigurables, mais pour les fréquences bien inférieures de la 5G et la 5G millimétrique.
L’intérêt serait de pouvoir ajuster cet angle en fonction des positions relatives changeantes de l’émetteur et du récepteur, voire de localiser ces derniers (l’idée de l’industrie est d’intégrer des capacités de détection aux communications). Un scénario complexe qui se rencontre dans la communication de machine à machine dans un environnement industriel. Le projet de recherche Systera, porté par le PEPR Réseaux du futur, apportera sa contribution pour normaliser les mesures et caractériser ces RIS.
Dévoilés en mars dernier, les premiers résultats du projet Fun-Tera, financé par le PEPR Electronique et coordonné par Guillaume Ducournau, avaient montré une liaison à 300 GHz délivrant 1 térabit/s. Mais l’émetteur et le récepteur étaient en contact direct, sans métasurface intermédiaire.
Sécuriser l’usage des robots dans l’usine du futur
D’un côté, un robot supposément mobile – mais fixe pour les besoins de l’expérience - équipé de trois caméras stéréoscopiques ; de l’autre, un écran affichant l’environnement perçu par le robot, par le biais de nuages de points et de codes couleur traduisant l’information de distance des objets. Et entre les deux : un dispositif matériel transmettant les données à 140 GHz, avec un débit de 50 Gbits/s et une latence inférieure à la milliseconde. Les portées ne sont que de quelques mètres, mais le principe n’en reste pas moins valable.
Ainsi se présentait le démonstrateur du CEA-Leti, qui résulte du programme de recherche européen Terrameta. « Notre objectif est d’utiliser des métasurfaces pour réaliser des liens de communication à très haut débit, explique José Luis Gonzalez-Jimenez, directeur de recherche au CEA-Leti. Ce serait une application pour l’usine du futur : quand des robots fixes ou mobiles travaillent à proximité des humains, par définition non prévisibles, un système doit pouvoir reconstruire en temps réel l’environnement 3D du robot pour éviter les incidents. »
Impossible, de fait, d’opter pour le Wifi, dont la latence s’élève à plusieurs dizaines de millisecondes. Par ailleurs, « une ligne de mire ne peut pas être garantie dans une usine », soulève José Luis Gonzalez-Jimenez. Le démonstrateur visait donc à reproduire ces conditions : le signal du robot, après passage dans une station de base (l’équivalent d’un ordinateur traitant le signal), était réfléchi par une métasurface active (amplifiant la puissance du signal) vers une autre station de base, elle-même raccordée à un serveur Dell réservé à la reconstruction 3D de l’image.
« Pour l’instant, l’angle de réflexion de la métasurface est fixe mais nous voudrions pouvoir le reconfigurer », indique José Luis Gonzalez-Jimenez. Quant aux émetteurs/récepteurs, ils prennent la forme de surfaces plates. « Le travail du CEA-Leti s’est concentré sur ces antennes reconfigurables, commente-t-il, dont le principe de fonctionnement est similaire à celui des métasurfaces. Nous avons développé aussi la montée en fréquence et le traitement du signal à 140 GHz. »
