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Des métamatériaux pour l’après 5G
Par Pierre Berlemont, publié le 23 janvier 2023
Le projet européen RISE-6G, auquel participe activement Orange, vise à mettre au point de nouvelles antennes – à base de métamatériaux – qui sont à la fois paramétrables et économes sur le plan énergétique.
La 5G se déployant à peine, ingénieurs et chercheurs travaillent déjà sur les générations suivantes, à savoir B5G (Beyond 5G) et 6G. La différence entre ces deux technologies ? La bande de fréquences : entre 100 et 300 GHz pour la première ; entre 100 et 10 000 GHz (10 THz, donc) pour la seconde. Avec à la clé des débits qui seraient de l’ordre de 100 Gbit/s pour la B5G et de 1 Tbit/s pour la 6G, et des latences respectives de 1 ms et de moins de 1 ms.
Pour rappel, la 5G actuelle fonctionne dans la bande des 3,5 GHz, tandis qu’une implémentation dans la bande des 26 GHz est prévue. Les contraintes sont connues : plus la fréquence est élevée, plus la portée diminue et plus les ondes ont du mal à traverser les obstacles.
D’où l’intérêt de mettre au point un nouveau type d’antenne. C’est ce à quoi travaille Orange notamment, avec la technologie RIS (Reconfigurable intelligent surfaces), au sein du programme RISE-6G (Reconfigurable intelligent sustainable environments for 6G wireless networks) de l’Union européenne, coordonné par le CEA-Leti.
Prototype de RIS présenté par Orange en 2021 à l’occasion de son événement interne dédié à la recherche et à l’innovation.
Les surfaces intelligentes dont il est question sont constituées de métamatériaux, autrement dit des matériaux « artificiels » (qui n’existent pas à l’état naturel), ayant des propriétés électromagnétiques configurables. Les panneaux-antennes ainsi constitués restent des éléments passifs, mais peuvent être configurés à la demande pour réfléchir ou réfracter plus ou moins une onde électromagnétique, en limitant les expositions aux champs électromagnétiques. Pour cela, les RIS sont composés de milliers d’éléments réfléchissants.
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Plusieurs avantages à cela. Un premier atout est de pouvoir éviter les pertes de signaux, en concentrant plus ou moins le faisceau d’ondes. Avec cette faculté à diriger précisément les ondes, il est possible de gagner en portée tout en conservant des débits élevés. Inversement, les RIS peuvent servir à créer des zones vierges de toute onde électromagnétique.
Autre atout des antennes RIS, elles ne consomment pas d’énergie. Un point important quand on se souvient que le déploiement des réseaux 5G avait inquiété certains défenseurs de l’environnement. De fait, le faible impact environnemental figure explicitement dans les objectifs du projet RISE-6G. Et à ce faible impact énergétique s’ajoute naturellement une diminution des coûts opérationnels.
Par rapport à d’autres RIS, le prototype d’Orange permet le contrôle de la phase de réflexion en continu plutôt que de manière discrète. En 2021, l’opérateur avait présenté un prototype d’antenne RIS carré et qui n’était configurable que dans une seule dimension.
Cette année, son prototype était circulaire et reconfigurable sur les plans horizontal et vertical. « Ces panneaux ont des effets similaires au massive MIMO [Multipleinput multiple-output, NDLR], à la différence qu’ils sont à base d’éléments passifs », rappelait alors Éric Hardouin, VP Ambient Connectivity Research chez Orange.
La B5G et la 6G n’en sont qu’au stade de la R&D : il faudra attendre 2030 pour un déploiement commercial.
La bande du THz, pour quoi faire ?
La B5G, et encore plus la 6G, fonctionneront dans une bande de fréquences très élevée, offrant plusieurs avantages, en plus des débits élevés et des faibles latences.
La précision de la géolocalisation fera un bond en avant : 10 cm en intérieur et 1 m en extérieur.
La fiabilité sera également améliorée par rapport à la 5G.
Par ailleurs, les signaux empruntant la bande du térahertz ne subissent aucune perte dans la stratosphère, ce qui se traduit par une très longue portée : les satellites pourraient ainsi communiquer entre eux.
Enfin, de nombreux appareils pourront se connecter en même temps dans un petit espace : la densité est de l’ordre d’une centaine de dispositifs par mètre cube.
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