Pour atteindre des débits de données supérieurs à 10 Gbps, les réseaux 5G nécessiteront une gamme étendue de fréquences autorisant des larges bandes passantes en continu. La solution pourrait venir des bandes à ondes millimétriques, dans le cadre de déploiements multi-RAT.
Aussi impressionnants soient-ils, nos réseaux 4G destinés aux smartphones peuvent difficilement prendre en charge les normes associées à la vidéo UHD ou à la réalité virtuelle. Pour répondre à cette demande et à la forte croissance du trafic qu'elle implique, il faudrait des débits 10 fois supérieurs à celui de la 4G, ainsi que des augmentations de la bande passante, pour passer de 100 MHz à plusieurs GHz. L'utilisation de la technologie d'accès radio mobile (RAT) pour le déploiement de bandes millimétriques pourrait-elle permettre d'y parvenir?
Malgré leur potentiel, de nombreux doutes et incertitudes ont pesé sur les bandes d'ondes millimétriques, et ce jusqu'à il y a deux ans. Les questions relatives à la fréquence, aux caractéristiques des canaux, à l'interface radio, à l'intégration aux réseaux 5G ou à l'insuffisance du matériel pour des bandes plus élevées sont restées pendantes.
Avec le projet MMMAGIC, les principaux fournisseurs d'infrastructure et d'équipement, universités et instituts de recherche européens, ainsi qu'une PME, se sont associés pour lever ces doutes. Convaincus que les réseaux mobiles fonctionnant sur des bandes d'ondes millimétriques pourraient fonctionner à la fois comme des réseaux autonomes (RAT unique) et comme des déploiements multi-RAT (fonctionnement RAT non autonome en ondes millimétriques), ils ont mis au point une interface radio en ondes millimétriques destinée à résoudre les problèmes spécifiques à la communication en ondes millimétriques et à répondre aux exigences des services 5G en termes de capacité, de débit, de latence et d'efficacité énergétique.
"Nous avons étudié en profondeur chaque composant de l'interface radio en ondes millimétriques (forme d'onde, code de canal, retransmissions, modulation, numérologie, structure de trame, accès multiple, duplexage, accès initial et partage du spectre), tout en prenant en compte un certain nombre de problèmes spécifiques, et nous les avons intégrés dans la conception d'une interface radio MMMAGIC globale," explique le Dr Yue Wang, coordinatrice du projet et chercheuse principale 5G chez Samsung Electronics.
Le projet a évalué l'interface radio à la fois au niveau de la liaison et au niveau du système, et a ensuite validé et effectué la démonstration de l'interface radio en se basant sur deux démonstrations de HIL (hardware-in-the-loop). Le consortium a démontré la faisabilité et l'aspect pratique de ses solutions techniques, et contribué à renforcer la confiance dans la poursuite de la recherche et du développement de systèmes 5G à ondes millimétriques. "Au final, le consortium a produit des outils pour optimiser la conception de solutions à ondes millimétriques destinées à la 5G, des conceptions et des prototypes de facilitateurs architecturaux pour les systèmes 5G, ainsi que d'importantes contributions aux normes 3GPP et ITU-R. Pas moins de 11 brevets ont été déposés au cours des deux dernières années," déclare le Dr Wang.
"Ce qui me rend vraiment fier, c'est que nous avons pu entrer en contact avec une importante communauté 5G dans les organismes de recherche, de réglementation et de normalisation, et que nous avons réellement contribué à combler le manque de connaissances dans ce domaine essentiel de la 5G. Nous avons favorisé la maturité technologique de ce secteur et exercé une influence sur l'exploitation des bandes à haute fréquence pour la prochaine génération de systèmes multimédia mobiles. Nous constatons, par exemple, que plusieurs essais en 26-28 GHz ont déjà démarré en Europe au début de l'année 2017. Samsung et Arquiva ont notamment lancé le premier essai sur le terrain de la technologie 5G FWA (Fixed Wireless Access) au Royaume-Uni et en Europe, sur des bandes millimétriques à 28 GHz," poursuit-elle.
Maintenant achevé, MMMAGIC a considérablement amélioré la capacité technologique de ses partenaires industriels à fournir de nouveaux produits et services à longueur d'ondes millimétrique, comme le démontre la multiplication des projets dans ce domaine. Deux partenaires du projet ont notamment fondé 5TONIC, qui exploitera les résultats de MMMAGIC pour ses tests et expériences sur la 5G sans fil et les ondes millimétriques.
En parallèle, les universités partenaires ont déjà obtenu un financement dans le cadre de nouveaux projets: l'Université Aalto déploiera des petites cellules à ondes millimétriques pour une ville intelligente; l'Université de Bristol se consacrera à l'utilisation de la technologie des ondes millimétriques pour les communications entre le train et les voies, ainsi que pour les communications avec les véhicules; l'Université technique de Dresde développe une démonstration de radio cognitive aux fréquences millimétriques; enfin, l'École polytechnique de Chalmers a lancé pour cinq ans un centre de recherche sur les technologies millimétriques, appelé ChaseOn.
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