La bataille des bandes de fréquence : Terre contre Espace

L’amélioration de la performance des réseaux terrestres face à l’interférence des réseaux satellites

Alors que la population en ligne ne cesse de croître, la demande de données à haute vitesse augmente, tout comme la concurrence pour les bandes de fréquences limitées.

Une équipe internationale dirigée par Mohamed-Slim Alouini a mis au point un cadre pratique pour améliorer la performance des réseaux terrestres lorsque les réseaux satellites interfèrent avec les débits de données.

Le défi de la coexistence du spectre

La bande de 28 GHz est essentielle pour le réseau 5G, le plus rapide actuellement disponible. Elle est également attribuée aux stations terrestres qui communiquent avec les satellites. Cela entraîne une coexistence du spectre, où les réseaux terrestres et satellites interfèrent l’un avec l’autre.

Cette interférence compromet la transmission de données par les utilisateurs cellulaires dans la bande de 28 GHz à l’intérieur d’une zone spécifique des stations terrestres, une zone appelée zone d’exclusion.

Une approche optimisée

« Notre approche visait à trouver la taille optimale des zones d’exclusion qui maximise la vitesse des réseaux terrestres pour tous les utilisateurs », explique Aniq Ur Rahman, un doctorant à l’Université d’Oxford qui a obtenu son master à KAUST en travaillant sur ce projet. « C’est un problème informatiquement épuisant qui ne fera que se compliquer à mesure que de plus en plus d’utilisateurs se connecteront. »

Pour simplifier le problème, Rahman, Alouini et Mustafa Kishk, qui a travaillé sur le projet en tant que postdoc à KAUST et est maintenant professeur assistant à l’Université de Maynooth en Irlande, ont appliqué la géométrie stochastique pour définir les débits de données dans la bande de 28 GHz en fonction des tailles des zones d’exclusion des stations terrestres et des points de backhaul. Les points de backhaul servent de points de routage dans les réseaux terrestres.

Une solution en temps quasi réel

Cette approche transforme le problème discret de l’allocation de fréquence en un problème continu, rendant le problème de presque impossible informatiquement à simplement coûteux informatiquement. Pour simplifier encore plus le problème, ils ont approximé les expressions continues en utilisant la fonction sigmoïde, une expression mathématique étudiée par les lycéens.

Cette innovation rationalise le processus d’optimisation, le rendant plus rapide et nettement moins complexe par rapport aux techniques combinatoires traditionnelles.

Avec cette solution en temps quasi réel, les utilisateurs de téléphones portables peuvent bénéficier d’une amélioration des vitesses de données allant jusqu’à 30 %.

En synthèse

Face à l’augmentation de la demande de données à haute vitesse et à la concurrence pour les bandes de fréquences limitées, une équipe internationale a développé une méthode pour améliorer la performance des réseaux terrestres en cas d’interférence avec les réseaux satellites. En utilisant la géométrie stochastique et la fonction sigmoïde, ils ont réussi à transformer un problème complexe en une solution en temps quasi réel, permettant d’améliorer les vitesses de données jusqu’à 30 %.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la coexistence du spectre ?

C’est une situation où les réseaux terrestres et satellites interfèrent l’un avec l’autre, compromettant la transmission de données.

Qu’est-ce qu’une zone d’exclusion ?

C’est une zone spécifique des stations terrestres où l’interférence compromet la transmission de données par les utilisateurs cellulaires dans la bande de 28 GHz.

Qu’est-ce que la géométrie stochastique ?

C’est une méthode mathématique utilisée pour définir les débits de données en fonction des tailles des zones d’exclusion et des points de backhaul.

Qu’est-ce que la fonction sigmoïde ?

C’est une expression mathématique utilisée pour approximer les expressions continues, simplifiant ainsi le processus d’optimisation.

Quel est l’impact de cette méthode sur les utilisateurs de téléphones portables ?

Elle permet d’améliorer les vitesses de données jusqu’à 30 %.

Références

Légende illustration principale : Un cadre pratique mis au point par des chercheurs de la KAUST pourrait permettre aux utilisateurs de téléphones portables d’améliorer la vitesse de transmission des données de 30 %. 2023 KAUST ; Heno Hwang.

Rahman, A.U., Kishk, M.A. & Alouini, M.-S. Coexistence of terrestrial and satellite networks in the 28 GHz band. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, published 16 August 2023.| article.