Contrairement aux signaux WiFi ou cellulaires, les canaux de communication sans fil à ondes millimétriques ne peuvent pas traverser les murs, les meubles ou d’autres objets. Cette réalité contribue à freiner le déploiement des communications sans fil à ondes millimétriques, pourtant très prometteuses pour les systèmes sans fil 6G et au-delà en raison de leur très grande capacité de transport de données.
Des ingénieurs en génie électrique de l’Université de Californie à San Diego ont développé et démontré une solution économique à cet obstacle des communications à ondes millimétriques. Dans un article présenté le 19 août à l’ACM SIGCOMM 2026, ils rapportent que leur solution passive offre des performances égales ou supérieures aux contournements coûteux actuels du problème d’obstruction du trajet.
L’équipe a conçu et produit des carreaux imprimés en 3D qui réfléchissent les signaux à ondes millimétriques de manière précise, à partir d’une carte de l’environnement intérieur à couvrir et de l’emplacement du matériel émettant et recevant les signaux. Grâce à cette stratégie, les ingénieurs de l’UC San Diego démontrent leur capacité à :
- Presque doubler les débits moyens des liaisons de communication à ondes millimétriques à l’intérieur. (Les ingénieurs précisent que leurs travaux sont également pertinents pour les environnements extérieurs.)
- Doubler la zone de couverture sans fil dans les environnements intérieurs difficiles.
Ces gains de performance correspondent à ceux obtenus avec les surfaces intelligentes reconfigurables actives (RIS), une technologie candidate majeure des recherches actuelles sur la 6G pour résoudre le problème d’obstruction du trajet, mais pour une fraction du coût et de la complexité.
Ces nouveaux travaux émanent d’une équipe d’ingénieurs dirigée par Xinyu Zhang, professeur de génie électrique et informatique à l’UC San Diego et directeur du Centre de communications sans fil de l’UC San Diego. Zhang est l’auteur principal de l’article présenté à SIGCOMM, l’une des toutes premières conférences de recherche au monde en réseaux informatiques.
Carreaux réfléchissants passifs
Chaque carreau est léger, peu coûteux et facile à fixer sur les murs. Un carreau de six pouces sur six contient plusieurs milliers d’éléments plus petits que les ondes millimétriques elles-mêmes. Ces unités sub-longueur d’onde contrôlent passivement le flux des signaux sans fil qui frappent le carreau.
Dans les grandes lignes, les chercheurs ont développé deux classes de carreaux réfléchissants : des carreaux conçus pour faire circuler de plus grands flux de données dans l’environnement intérieur, et des carreaux qui diffusent le signal dans des zones où il peut être utilisé par les utilisateurs finaux. Ils appellent leur système FlowForm.
À l’aide de ces carreaux réfléchissants, les ingénieurs ont cartographié cinq environnements intérieurs différents, puis conçu des ensembles de carreaux spécifiques à chaque site afin de garantir une large distribution des ondes millimétriques dans l’environnement, avec les redondances nécessaires pour contourner les coins, les murs et même les personnes.
Les chercheurs soulignent que leur approche passive est compatible avec tous les protocoles pertinents pour les ondes millimétriques.
« Les technologies sans fil à ondes millimétriques ont un énorme potentiel compte tenu de la quantité incroyable de données qu’elles peuvent transporter. Notre travail démontre qu’un ensemble collectif de surfaces passives peut rendre les réseaux à ondes millimétriques robustes dans des environnements réels, avec une complexité et un coût nettement inférieurs à ceux des surfaces intelligentes reconfigurables actives classiques », affirme Zhang, professeur titulaire de la chaire Ericsson à l’UC San Diego. Il est membre du département de génie électrique et informatique de l’École d’ingénierie Jacobs de l’UC San Diego.
FlowForm
À l’ACM SIGCOMM 2026, les ingénieurs en génie électrique de l’UC San Diego présentent leur approche radicalement différente du problème d’obstruction du trajet des ondes millimétriques. Leur approche FlowForm remplace l’infrastructure active par des réseaux coordonnés de métasurfaces entièrement passives.
Les carreaux réfléchissants imprimés en 3D de l’équipe sont fabriqués à partir de filament plastique avec une couche de peinture conductrice. Ils coûtent environ 2 dollars pièce et ne nécessitent ni alimentation, ni contrôle, ni coordination en cours de fonctionnement.
L’idée clé est que l’organisation d’un grand nombre de surfaces passives bon marché en un réseau coordonné peut rivaliser avec les performances des systèmes actifs.
FlowForm introduit une approche de conception hiérarchique inspirée de la façon dont les affluents plus petits alimentent les rivières — mais en sens inverse. Les ingénieurs appellent cette approche la topologie de flux majeurs–mineurs. Les flux majeurs sont des chaînes de relais focalisées qui acheminent les signaux sans fil à ondes millimétriques sur de longues distances et autour des obstacles, formant la dorsale de communication. Les flux mineurs sont de larges faisceaux en éventail qui se ramifient pour couvrir les zones d’utilisateurs depuis plusieurs angles.
Dans les travaux présentés à SIGCOMM 2026, l’équipe prouve mathématiquement que cette structure à deux niveaux émerge naturellement de la physique du relais passif et qu’elle est quasi optimale pour maximiser à la fois la couverture et la robustesse.
Une fois fabriqués et montés sur les murs ou les plafonds, les carreaux à métasurfaces se comportent comme des réflecteurs naturels pour les radios à ondes millimétriques standard. Aucun changement de firmware, aucune modification des protocoles réseau standard, aucune connaissance du réseau de métasurfaces n’est requise.
Les ingénieurs soulignent que leurs réseaux de métasurfaces fixes continuent de desservir les utilisateurs mobiles. Les points d’accès balayent déjà leurs faisceaux orientables plusieurs fois par seconde, et FlowForm conçoit les métasurfaces de sorte que chaque emplacement d’utilisateur soit accessible via plusieurs surfaces sous des angles différents. Lorsqu’une personne marche ou se tourne, le point d’accès sélectionne simplement le sous-ensemble de surfaces qui offre actuellement le débit le plus élevé, sans savoir que ces surfaces sont présentes. Ces chemins supplémentaires offrent également aux protocoles standard davantage de possibilités de planifier des transmissions simultanées vers plusieurs utilisateurs sans interférence.
L’équipe a validé FlowForm dans cinq environnements intérieurs réels à l’aide d’un banc d’essai radio à ondes millimétriques. FlowForm double presque les débits moyens des liaisons et fait plus que doubler la zone de couverture dans les environnements difficiles, égalant les performances idéales des RIS actifs pour une fraction du coût des solutions conventionnelles au problème d’obstruction du trajet des ondes millimétriques. Ces solutions — notamment des points d’accès plus denses, des relais actifs et des surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) — sont coûteuses. Elles nécessitent des alimentations, des canaux de contrôle et des protocoles de coordination dont le coût est prohibitif et qui freinent le passage à l’échelle. Un seul dispositif RIS actif à ondes millimétriques, par exemple, peut facilement dépasser plusieurs milliers de dollars.
Zhang précise que l’équipe de l’UC San Diego détient un brevet provisoire pour cette technologie et qu’elle est ouverte à une collaboration avec des partenaires industriels pour l’octroi de licences technologiques ou de futures voies de commercialisation.
En savoir plus sur la page du projet : flowform.wqzhao.org.
Article : FlowForm: Scalable Passive Metasurface Network for mmWave Coverage Expansion – DOI : Lien vers l’étude
Source : UC San Diego
