Système Antennaire à Dépointage de Faisceau pour Liaison Full-Duplex inter-satellite – FullSSAT

Cette proposition cible l’étude et la conception d’un système antennaire In-Band Full-Duplex (TX et RX simultanées et sur la même bande de fréquences) en utilisant les mêmes éléments rayonnants tout en présentant une capacité de dépointage de faisceaux des parties émission et réception.
La technique Full-Duplex (FD) ou plus précisément In-Band Full-Duplex (IBFD) qui consiste à émettre et recevoir en même temps et dans la même bande de fréquence a longtemps été considérée comme irréalisable en pratique en raison de la très forte différence des niveaux de puissance mis en jeu entre émission et réception. Cependant, depuis 2010, la communauté scientifique hyperfréquence internationale s'intéresse très fortement à cette thématique de l’IBFD (ou encore STAR : Simultaneous Transmit And Receive) et plusieurs démonstrateurs ont montré une réduction suffisante du niveau d’auto-interférence (SI) entre émetteurs et récepteurs co-localisés pour permettre des liaisons IBFD. Cette technique est d’ailleurs considérée comme une des voies les plus prometteuses (5G-Advanced et 6G, …) pour tenter de doubler les débits dans le cadre de communications et donc d’optimiser les ressources spectrales.
A notre connaissance, nous sommes les premiers en France à travailler sur la partie antennaire et avoir eu des résultats sur cette technique de l'IBFD, et tout particulièrement dans des contextes aussi exigeants que le spatial (CubeSat) et l’Ultra-Large-Bande. Ainsi, dans le domaine spatial, le niveau de SIC à obtenir est encore accru (120-130 dB) de par les distances mises en jeu. Cette technique présente d’autres avantages potentiels, tels que l’introduction d’une couche supplémentaire de sécurisation sur la couche physique (principe d’auto-brouillage), la capacité d’écouter et de transmettre simultanément dans la même bande de fréquence (radio-cognitive), ….
Actuellement, il n’existe pas de technique pour réaliser un dépointage de faisceau tout en maintenant le fort niveau d'isolation entre Tx et Rx requis pour permettre ce fonctionnement en mode IBFD. Des techniques entièrement numériques (DBF ou MIMO) ou à faible hybridation analogique/numérique ont été récemment proposées, mais les travaux les plus significatifs dans ce domaine d'IBFD et nos propres réalisations montrent qu'un premier niveau conséquent de SIC (entre 40 minimum et 60 dB) doit être obtenu par l'étage antennaire ou analogique pour i) éviter la saturation de l'étage de réception (ADC), voire même pour le protéger d’éventuelles dégradations et ii) pour espérer atteindre une SIC totale d'au moins 120dB. Les tous premiers travaux qui viennent d'être publiés sur un système antennaire IBFD à dépointage sont restreints à un faible nombre d'éléments rayonnants (i.e. 4) et les capacités de dépointage y sont très limitées.
Cette proposition FullSSAT vise à fédérer au sein du Lab-STICC différentes équipes ayant déjà acquis une forte expérience dans le domaine spatial et réalisé de manière indépendante des démonstrateurs de SIC au niveau antennaire (équipe DH) et numérique (SI3) pour cibler l’étude et la réalisation d’un système antennaire IBFD compact à fort gain et à balayage/formation de faisceau.
Le projet FullSSAT cherche également à :
• optimiser l’efficacité du système antennaire, ratio « gain en émission et réception » / « surface de la partie rayonnante », en concevant et en alimentant les éléments rayonnants de manière à ce qu’ils servent à la fois en TX et en RX (gain maximisé de 3 dB),
• A consolider (e.g. en rajoutant des approches dites « SoftNull ») l’obtention de SIC au niveau antennaire en mettant à profit dans ce contexte d’IBFD une hybridation (Hybrid Beamforming) de la formation/dépointage de faisceau en optimisant l’association des solutions analogiques (Phased Array) et numériques de formation de faisceau (DBF : Digital BeamForming),
• A combiner ces résultats de SIC antennaire à une SIC digitale dédiée à ce contexte de dépointage de faisceau.