La puce flexible pourrait améliorer les performances des appareils électroniques actuels et répondre aux exigences d’efficacité plus strictes des futures technologies 6G.
Des chercheurs du MIT et d’autres institutions ont conçu une nouvelle puce émettrice qui améliore considérablement l’efficacité énergétique des communications sans fil, ce qui pourrait augmenter la portée et l’autonomie des appareils connectés.
Leur approche utilise un schéma de modulation unique pour encoder les données numériques dans un signal sans fil, ce qui réduit le nombre d’erreurs lors de la transmission et rend les communications plus fiables.
Ce système compact et flexible pourrait être intégré aux appareils Internet des objets existants pour offrir des gains immédiats, tout en répondant aux exigences d’efficacité plus strictes des futures technologies 6G.
La polyvalence de la puce pourrait la rendre particulièrement adaptée à toute une série d’applications qui nécessitent une gestion rigoureuse de l’énergie pour les communications, telles que les capteurs industriels qui surveillent en permanence les conditions dans les usines et les appareils intelligents qui fournissent des notifications en temps réel.
« En sortant des sentiers battus, nous avons créé un circuit plus efficace et plus intelligent pour les appareils de nouvelle génération, qui est également supérieur à l’état de l’art des architectures existantes. Ce n’est qu’un exemple parmi d’autres de la manière dont l’adoption d’une approche modulaire favorisant l’adaptabilité peut stimuler l’innovation à tous les niveaux », indique Muriel Médard, professeure NEC de sciences et d’ingénierie logicielles à la School of Science, professeure au département d’ingénierie électrique et d’informatique (EECS) du MIT et co-auteure d’un article sur le nouvel émetteur.
Optimisation des transmissions
Dans les appareils sans fil, un émetteur convertit les données numériques en un signal électromagnétique qui est envoyé par les ondes à un récepteur. L’émetteur effectue cette conversion en mappant les bits numériques à des symboles qui représentent l’amplitude et la phase du signal électromagnétique, un processus appelé modulation.
Les systèmes traditionnels transmettent des signaux espacés de manière régulière en créant un motif uniforme de symboles, ce qui permet d’éviter les interférences. Mais cette structure uniforme manque de flexibilité et peut s’avérer inefficace, car les conditions des canaux sans fil sont dynamiques et changent souvent rapidement.
Comme alternative, les schémas de modulation optimaux suivent un motif non uniforme qui peut s’adapter aux conditions changeantes des canaux, maximisant ainsi la quantité de données transmises tout en minimisant la consommation d’énergie.
Mais si la modulation optimale peut être plus économe en énergie, elle est également plus sensible aux erreurs, en particulier dans les environnements sans fil encombrés. Lorsque les signaux ne sont pas de longueur uniforme, il peut être plus difficile pour le récepteur de distinguer les symboles du bruit qui s’est glissé dans la transmission.
Pour surmonter ce problème, l’émetteur du MIT ajoute une petite quantité de remplissage, sous la forme de bits supplémentaires entre les symboles, afin que chaque transmission ait la même longueur.
Cela aide le récepteur à identifier le début et la fin de chaque transmission, évitant ainsi toute interprétation erronée du message. Cependant, l’appareil bénéficie des gains d’efficacité énergétique liés à l’utilisation d’un schéma de modulation optimal non uniforme.
Cette approche fonctionne grâce à une technique précédemment développée par les chercheurs, connue sous le nom de GRAND, qui est un algorithme de décodage universel capable de déchiffrer n’importe quel code en devinant le bruit qui a affecté la transmission.
Ici, ils utilisent un algorithme inspiré de GRAND pour ajuster la longueur de la transmission reçue en devinant les bits supplémentaires qui ont été ajoutés. De cette manière, le récepteur peut reconstruire efficacement le message d’origine.
« Grâce à GRAND, nous disposons désormais d’un émetteur capable d’effectuer ces transmissions plus efficaces avec des constellations de données non uniformes, et nous pouvons constater les gains obtenus », explique M. Médard.
Un circuit flexible
La nouvelle puce, qui possède une architecture compacte permettant aux chercheurs d’intégrer des méthodes supplémentaires pour améliorer l’efficacité, a permis des transmissions avec seulement environ un quart des erreurs de signal des méthodes utilisant une modulation optimale.
Étonnamment, le dispositif a également atteint des taux d’erreur nettement inférieurs à ceux des émetteurs qui utilisent la modulation traditionnelle.
« L’approche traditionnelle est tellement ancrée qu’il était difficile de ne pas se laisser tenter par le statu quo, d’autant plus que nous changions des choses que nous considérons souvent comme acquises et des concepts que nous enseignons depuis des décennies », ajoute M. Médard.
Cette architecture innovante pourrait être utilisée pour améliorer l’efficacité énergétique et la fiabilité des appareils de communication sans fil actuels, tout en offrant la flexibilité nécessaire pour être intégrée dans les futurs appareils utilisant une modulation optimale.
Les chercheurs souhaitent désormais adapter leur approche afin de tirer parti d’autres techniques susceptibles d’améliorer l’efficacité et de réduire les taux d’erreur dans les transmissions sans fil.
« Ce circuit intégré radiofréquence à modulation optimale pour émetteurs est une innovation révolutionnaire par rapport à la modulation traditionnelle des signaux RF. Il est appelé à jouer un rôle majeur dans la prochaine génération de connectivité sans fil, comme la 6G et le Wi-Fi », commente Rocco Tam, chercheur chez NXP Semiconductors spécialisé dans la recherche et le développement de SoC pour la connectivité sans fil, qui n’a pas participé à cette recherche.
Article : « A Fully Integrated Optimal Modulation Bits-to-RF Digital Transmitter using Time-Interleaved Multi-Subharmonic-Switching DPA » – DOI : 10.1109/RFIC61188.2025.11082855
Parmi les coauteurs de Muriel Médard figurent Timur Zirtiloglu, auteur principal et étudiant diplômé à l’université de Boston, Arman Tan, étudiant diplômé à l’université de Boston, Basak Ozaydin, étudiante diplômée au MIT en EECS, Ken Duffy, professeur à l’université Northeastern, et Rabia Tugce Yazicigil, professeure agrégée en génie électrique et informatique à l’université de Boston. Les résultats de cette recherche ont récemment été présentés lors du symposium IEEE sur les circuits radiofréquences.
Fiche Synthèse
Public cible : Professionnels de l’Internet des objets (IoT), ingénieurs en télécommunications, industriels cherchant à optimiser la connectivité sans fil, chercheurs en 6G, décideurs en innovation technologique.
Pourquoi cette technologie change la donne ?
Pour tous ceux qui se posent des questions telles que :
- Quels sont les meilleurs moyens pour augmenter l’autonomie des objets connectés sans sacrifier la fiabilité ?
- Comment optimiser la transmission sans fil pour les capteurs industriels ou les objets intelligents ?
- Quelles innovations vont booster l’efficacité énergétique des réseaux 6G et Wi-Fi nouvelle génération ?
Une équipe du MIT et d’autres universités propose une réponse concrète : une puce émettrice inédite permettant des communications sans fil considérablement plus sobres en énergie, tout en augmentant la fiabilité des transmissions et l’autonomie des dispositifs connectés.
Points clés de l’innovation
- Nouvelle modulation optimisée : Utilise un schéma de modulation non uniforme qui adapte dynamiquement la façon dont les données sont encodées dans le signal, réduisant les erreurs tout en maximisant l’efficacité énergétique.
- Idéal pour les environnements avec des canaux radio fluctuants (ex : environnements industriels, villes intelligentes, réseaux de capteurs).
- Puce compacte et flexible : Peut être intégrée facilement dans les objets IoT existants pour des gains immédiats, tout en répondant aux exigences strictes des standards futurs comme la 6G.
- Cas d’utilisation concrets :
- Capteurs industriels surveillant des équipements en continu.
- Appareils électroménagers connectés envoyant des notifications en temps réel.
- Réseaux de capteurs longue portée pour l’agriculture intelligente ou la gestion de villes.
Fonctionnement : ce que la technologie change vraiment
- Transmissions traditionnelles : Envoient des signaux modulés de manière uniforme (schéma régulier) – efficace mais peu adaptable aux variations du canal radio.
- Modulation optimale non uniforme :
- S’adapte en temps réel à l’état du canal.
- Maximise le nombre de données transmises pour chaque bit d’énergie consommé.
- Habituellement plus susceptible aux erreurs mais la puce MIT contourne ce problème en insérant des bits « amortisseurs » (padding) pour renforcer la fiabilité.
- Décodage intelligent :
- Utilisation de l’algorithme universel GRAND développé au MIT pour « deviner » le bruit de transmission et retrouver les données initiales, même avec des schémas non uniformes.
- Le taux d’erreur est divisé par 4 par rapport aux systèmes classiques utilisant déjà des modulations optimales.
Résultats prouvés et reconnaissance
- Performances validées : La puce a affiché un taux d’erreur nettement inférieur à celui des modulations traditionnelles lors de tests présentés au IEEE Radio Frequency Circuits Symposium.
- Compatibilité et évolutivité :
- Améliore immédiatement l’efficience énergétique et la fiabilité des objets connectés actuels.
- Prête à soutenir les normes émergentes (6G, Wi-Fi avancé).
- Citation d’expert :
- « Cette innovation va jouer un rôle majeur dans la connectivité sans fil de prochaine génération, notamment la 6G » – Rocco Tam, NXP Semiconductors.
Pourquoi choisir cette technologie pour vos objets connectés ?
- Extension de l’autonomie : Idéale pour les dispositifs alimentés par batterie ou déployés dans des zones difficiles d’accès.
- Réduction de l’empreinte énergétique : Optimale pour des réseaux de capteurs à grande échelle (villes intelligentes, industrie 4.0).
- Innovation prête à l’emploi : Adaptable aux puces existantes et future-proof.
Qui sont les experts derrière le projet ?
- Pr Muriel Médard – MIT, spécialiste en ingénierie logicielle et traitement du signal.
- Timur Zirtiloglu – Boston University, investigateur principal.
- Réseau de collaboration : Chercheurs du MIT, Boston University, Northeastern University, avec le soutien de la DARPA, de la National Science Foundation (NSF) et du Texas Analog Center for Excellence.
Pour aller plus loin
Vous cherchez à optimiser vos réseaux IoT ou à préparer la migration vers la 6G ? Cette puce émettrice du MIT, appuyée par l’algorithme GRAND, offre une solution pratique, validée et adaptable aux enjeux énergétiques et d’efficacité actuels.
Pour plus d’informations, consultez les travaux de Muriel Médard (MIT) ou les publications récentes du IEEE Radio Frequency Circuits Symposium.
