De l’usager de café qui connecte son ordinateur portable au réseau Wi-Fi local aux stations de surveillance météorologique éloignées en Antarctique, la communication sans fil est une partie essentielle de la vie moderne. Une étude récente révèle une méthode prometteuse pour augmenter les vitesses de données dans les futurs réseaux de communication, ouvrant la voie à des applications telles que la réalité augmentée ou le contrôle à distance de robots chirurgicaux.
Des chercheurs du monde entier travaillent actuellement sur la prochaine évolution des réseaux de communication, appelée « au-delà de la 5G » ou réseaux 6G. Pour permettre la communication quasi instantanée nécessaire pour des applications comme la réalité augmentée ou le contrôle à distance de robots chirurgicaux, des vitesses de données ultra-élevées seront nécessaires sur les canaux sans fil.
Dans une étude publiée récemment dans IEICE Electronics Express, des chercheurs de l’Université d’Osaka et d’IMRA AMERICA ont trouvé un moyen d’augmenter ces vitesses de données en réduisant le bruit dans le système grâce à des lasers.
L’importance de la bande sub-terahertz
Pour intégrer de grandes quantités de données et maintenir des réponses rapides, la bande sub-terahertz, qui s’étend de 100 GHz à 300 GHz, sera utilisée par les émetteurs et récepteurs 6G. Une approche sophistiquée appelée «modulation de signal multi-niveaux» est utilisée pour augmenter encore le taux de transmission de données de ces liaisons sans fil.
Lorsqu’elle fonctionne toutefois à la limite supérieure de ces fréquences extrêmement élevées, la modulation de signal multi-niveaux devient très sensible au bruit. Pour fonctionner correctement, elle repose sur des signaux de référence précis, et lorsque ces signaux commencent à se déplacer en avant et en arrière dans le temps (un phénomène appelé «bruit de phase»), la performance de la modulation de signal multi-niveaux chute.
Une solution basée sur la photonique
« Ce problème a limité les communications à 300 GHz jusqu’à présent », ajoute Keisuke Maekawa, auteur principal de l’étude. « Cependant, nous avons constaté qu’à des fréquences élevées, un générateur de signal basé sur un dispositif photonique avait beaucoup moins de bruit de phase qu’un générateur de signal électrique conventionnel. »
Plus précisément, l’équipe a utilisé un laser à diffusion Brillouin stimulée, qui utilise des interactions entre les ondes sonores et lumineuses, pour générer un signal précis. Ils ont ensuite mis en place un système de communication sans fil de bande 300 GHz qui utilise le générateur de signal basé sur le laser à la fois dans l’émetteur et le récepteur. Le système a également utilisé un traitement de signal numérique en ligne (DSP) pour démoduler les signaux dans le récepteur et augmenter le débit de données.
Des résultats prometteurs
« Notre équipe a atteint un taux de transmission à canal unique de 240 gigabits par seconde », déclare Tadao Nagatsuma, PI du projet. « C’est le taux de transmission le plus élevé obtenu jusqu’à présent dans le monde en utilisant un DSP en ligne. »
Alors que la 5G se répand à travers le globe, les chercheurs travaillent dur pour développer la technologie qui sera nécessaire pour la 6G, et les résultats de cette étude sont une étape significative vers la communication sans fil de bande 300GHz. Les chercheurs anticipent qu’avec des techniques de multiplexage (où plus d’un canal peut être utilisé) et des récepteurs plus sensibles, le débit de données peut être augmenté à 1 téraoctet par seconde, inaugurant une nouvelle ère de communication globale quasi instantanée.
En synthèse
La recherche sur les réseaux de communication de la prochaine génération est en cours, avec des progrès significatifs réalisés dans l’augmentation des vitesses de données sans fil. L’utilisation de lasers pour réduire le bruit dans le système a permis d’atteindre des taux de transmission de données sans précédent, ouvrant la voie à des applications de communication quasi instantanée.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la bande sub-terahertz ?
La bande sub-terahertz est une gamme de fréquences radio qui s’étend de 100 GHz à 300 GHz. Elle est envisagée pour une utilisation dans les futurs réseaux de communication sans fil en raison de sa capacité à transporter de grandes quantités de données à des vitesses élevées.
Qu’est-ce que la modulation de signal multi-niveaux ?
La modulation de signal multi-niveaux est une technique utilisée pour augmenter le taux de transmission de données dans les liaisons sans fil. Elle est particulièrement utile pour les communications à très haute fréquence, comme celles envisagées pour les réseaux 6G.
Qu’est-ce que le bruit de phase ?
Le bruit de phase est un phénomène qui se produit lorsque les signaux de référence dans un système de communication commencent à se déplacer en avant et en arrière dans le temps. Cela peut réduire la performance de la modulation de signal multi-niveaux et donc la vitesse de transmission des données.
Qu’est-ce qu’un laser à diffusion Brillouin stimulée ?
Un laser à diffusion Brillouin stimulée est un type de laser qui utilise des interactions entre les ondes sonores et lumineuses pour générer un signal précis. Il a été utilisé dans cette étude pour réduire le bruit de phase et augmenter le taux de transmission de données.
Qu’est-ce que le traitement de signal numérique en ligne (DSP) ?
Le DSP est une technique utilisée pour analyser et manipuler les signaux numériques. Dans cette étude, il a été utilisé pour démoduler les signaux dans le récepteur et augmenter le débit de données.
Références
Article: “Single-channel 240-Gbit/s sub-THz wireless communications using ultra-low phase noise receiver,” was published in IEICE Electronics Express at DOI: https://doi.org/10.1587/elex.20.20230584
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