CE25 - Sciences et génie du logiciel - Réseaux de communication multi-usages, infrastructures de hautes performances

Faisceaux de Bessel non diffractifs: nouveau paradigme pour les communications sans fil champ proche sans atténuation de propagation – LinkAll

Résumé de soumission

Notre société est largement interconnectée, avec une multitude de terminaux permettant de travailler et interagir à distance. Nous devons ce confort aux communications sans fil dont le trafic mondial en pleine croissance atteint déjà plusieurs dizaines d’exabits par mois. Maintenir un tel rythme est devenu un enjeu sociétal majeur qui requiert le développement de nouvelles solutions technologiques. Dans ce contexte, le théorème de Shannon impose que la seule solution pour doper la capacité de communication des réseaux consiste à élargir les bandes passantes. Cet élargissement est accessible dans les fenêtres millimétriques et sub-millimétriques du spectre, justifiant ainsi le déploiement futur de services dans ces bandes (xG, WiGi, etc.).
Cependant, les communications sans fils dans ces bandes de fréquences souffrent de très importantes pertes de propagation. Pour contrer ce phénomène, une solution courante consiste à utiliser des antennes à très fort gain avec une puissance d’émission adéquate. Cependant, ces techniques restent inappropriées car elles font fi de la physique sous-jacente aux pertes générées. Par ailleurs, elles ne constituent pas une « réponse verte » au problème crucial de consommation énergétique et de frugalité des communications.
Le projet LinkAll a pour ambition d’introduire une technologie disruptive pour faire face à ces défis, en s’appuyant sur un nouveau paradigme pour la prochaine génération de réseaux sans fil en champ proche. LinkAll repose sur l’utilisation d’ondes non-diffractives (dont les faisceaux de Bessel), qui sont des solutions exactes de l’équation de Helmholtz se propageant avec des effets de diffraction particulièrement faibles, un peu à la manière des ondes guidées. Cette approche de rupture permet de combattre les pertes par propagation (sur une région spatiale donnée) et ouvre la voie à l’établissement de liaisons en champ proche au-delà de l’état de l’art, nettement plus performantes et sobres, et ce sur une plage de fonctionnement étendue.
Le projet LinkAll apporte ainsi une nouvelle vision pour la génération, la propagation et la détection de faisceaux de Bessel entre des ouvertures rayonnantes et communicantes. Ce projet a l’ambition d’impacter l’état de l’art des liaisons de communication sans fil en champ proche, avec au moins 3 objectifs majeurs :
• Définition d’un nouveau paradigme de liaison sans fil en champ proche, sur la base de faisceaux non-diffractifs. Les faisceaux de Bessel permettent d’offrir un bilan énergétique bien supérieur à celui obtenu classiquement, avec un impact immédiat en terme de performances et de sobriété/frugalité. De plus, les propriétés d’ « auto-réparation » de ces ondes fourniront une liaison particulièrement robuste.
• Conception de ces liaisons non-diffractives en champ proche à partir de métasurfaces modulées dans l’espace ou le temps. La modulation spatiale permettra de construire l’onde de Bessel et d’optimiser le bilan énergétique de la communication ; la modulation temporelle sera introduite pour le contrôle dynamique de la liaison dans le cas d’utilisateurs (ou objets) mobiles ou mal positionnés dans le champ proche de l’émetteur.
• Première vérification expérimentale de ces liaisons sans fil non-diffractives dans la bande des 60 GHz. On mettra en évidence une réduction des pertes d’au moins un ordre de grandeur pour une portée radio de 20 m, ce qui correspond à doubler la performance de l’état de l’art actuel. Par ailleurs, la possibilité d’une reconfiguration dynamique permettra de relâcher les contraintes quant aux utilisateurs et objets mobiles.

Pour conclure, le projet LinkAll introduit une vision disruptive pour de nombreux secteurs incluant la communication à courte distance pour les réseaux personnels sans fil (WPAN), le téléchargement de données depuis des kiosques, les futurs centres de calcul ou encore les communications en champ proche entre puces.

Coordination du projet

Mauro ETTORRE (Institut d'Electronique et des Technologies du numéRique (IETR))

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

TRT Thales Research & Technology - France
IETR Institut d'Electronique et des Technologies du numéRique (IETR)
Fresnel Institut Fresnel Marseille

Aide de l'ANR 619 298 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2021 - 42 Mois

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