modulation spatiale et antenne reconfigurable pour connecter en haut débit des capteurs mobiles et autonomes en énergie – SpatialModulation

1 - Objectifs : concevoir une nouvelle interface d'air pour Internet-des-objets mobile à intégrer dans les interfaces air futures pour les réseaux mobiles (5G) et les WLAN

Notre projet vise à concevoir une nouvelle interface air à l’horizon 2020 pour un Internet-des objets mobile et haut débit. La consommation d’énergie ainsi que le coût additionnels de l'objet, dûes à la connectivité, devront demeurer aussi faible que possible.
En comparaison avec les futures interfaces air de base pour les réseaux mobiles (5G) et le réseau local sans fil ( WLAN ), cette nouvelle interface devra:a) supporter la même mobilité avec des appareils petits, à faible coût et robustes ;
b) atteindre des débits similaires ou légèrement inférieurs ;
c) atteindre une consommation d'énergie plus faible due à la chaine radio fréquence ;
d) être plus sobre en termes de radiations.

Cette nouvelle interface devra également s’intégrer dans les futures interfaces de base pour la 5G et le WLAN. Elle sera donc compatible avec les modulations multi- porteuses. En effet, utilisera un ensemble prédéfini de sous-porteuses des futures interfaces air de la 5G et du WLAN sans perturber les communications en cours sur les autres sous-porteuses des mêmes interfaces air.

2 - Approche scientifique et défis techniques: modulation spatiale et antennes ajustables localement résonantes

Pour atteindre le but fixé, nous allons concevoir un nouvel émetteur / récepteur sans fil pouvant être installé sur les objets mobiles connectés. Nous allons optimiser conjointement l'utilisation de deux techniques disruptives par rapport à l’état-de-l’art: la modulation spatiale (Spatial Modulation Input Multiple Output et multiple ou SM- MIMO) et les antennes ajustables localement résonantes (Tunable Locally Resonant Antenna ou TLRA ).
D'une part, par rapport à un système MIMO classique, le SM- MIMO réduit théoriquement le coût en énergie et la complexité de l'objet, par bit de données émis par seconde, en utilisant une seule chaîne de radiofréquence au lieu de plusieurs.
D'autre part, une TLRA augmente théoriquement la performance du SM- MIMO grâce à sa grande flexibilité.

3 - Programme de travail : de la conception à la preuve de concept

La premier résultat du projet sera une preuve matérielle de concept avec une transmission de données ‘over-the-air’, utilisant une TRLA et le SM-MIMO. Le second résultat du projet sera un ensemble de schémas innovants d’optimisation conjointe de la couche physique et des antennes, s'appuyant sur le SM- MIMO et TRLA. Ces schémas devront répondre aux besoins complexes des réseaux mobiles: grande mobilité, mode duplex en fréquence et la compatibilité avec des formes d'onde à base multi-porteuses.
Des indicateurs tels que le coût de l'énergie, de la complexité et du rayonnement par bit transmis par seconde seront évaluées.

4 - Consortium : principalement des universitaires menés par des industriels, et des experts en optimisation conjointe couche physique et antenne

Le consortium est composé de 2 sociétés (Orange et TRCOM ) et 4 établissements universitaires ( Institut Langevin , IETR INSA de Rennes , Télécom Bretagne , Supélec ) . Orange dirige le projet. Supélec est la tête de la recherche mondiale sur le sujet SM-MIMO et dirigera les études algorithmiques. Les autres partenaires ont déjà produit ensemble une preuve de concept de Retournement Temporel commune et antennes micro structurés dans le projet ANR TRIMARAN, et ont étudié un système de réception Modulation spatiale de base . Ce consortium a donc les avantages suivants pour atteindre les objectifs de la proposition de projet :
a)il existe une forte complémentarité entre les partenaires ;
b)il est possible de réaliser des économies en ressources matérielles et de développement de FPGA en réutilisant les plates-formes du projet TRIMARAN, pour relever de nouveaux défis ;
c)le consortium a de l'expérience sur la conception conjointe PHY- Antennes pour les petits équipements.