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De minuscule microcombs dotés de fibres optiques pourraient constituer la solution pour des réseaux sans fil 6G rapides et stables. (Crédit image : Université de Tokushima)Partager cet article 0Rejoignez la conversationSuivez-nousAjoutez-nous comme source préférée sur GoogleAbonnez-vous à notre newsletter
Des scientifiques au Japon ont trouvé un moyen de transmettre des données à une vitesse de 112 gigabits par seconde (Gbps) dans une bande de spectre spécifique essentielle à la mise en place des réseaux sans fil 6G de prochaine génération.
Pour réaliser cette avancée, les chercheurs ont conçu un nouveau type de système de communication sans fil térahertz alimenté par des microcombs — des dispositifs photoniques spéciaux montés sur des micropuces qui génèrent des fréquences optiques pour les réseaux sans fil. Lorsqu’ils sont utilisés avec des techniques de modulation d’ordre supérieur — des méthodes avancées permettant des débits de transfert de données plus élevés dans une bande passante limitée — l’équipe a atteint ces vitesses de communication sans fil fulgurantes dans la bande de spectre de 560 gigahertz.
L’atteinte de telles vitesses — à une fréquence supérieure à 420 GHz pour la première fois — a démontré comment ce système peut surmonter les limitations de puissance du signal et de bruit qui affectent l’électronique conventionnelle à ces fréquences ultra-élevées, les limitant ainsi à des débits de données beaucoup plus lents. Les chercheurs ont présenté leurs conclusions le 16 mai dans la revue Communications Engineering.
« Ce résultat représente une étape majeure vers des systèmes sans fil 6G pratiques et un backhaul mobile ultra-rapide », a déclaré Takeshi Yasui, professeur à l’Institut de photonique post-LED de l’Université de Tokushima et co-auteur de l’étude, dans un communiqué.
Que la lumière soit
Bien que les vitesses du sans-fil 5G soient remarquablement rapides, avec des vitesses moyennes d’environ 300 mégabits par seconde (Mbps) aux États-Unis, des travaux sont déjà en cours pour concevoir et déployer des réseaux 6G dans le monde entier. À l’avenir, les scientifiques prévoient que les vitesses atteindront un maximum théorique de 1 térabit par seconde — soit plus de 3 000 fois plus rapides que les vitesses moyennes actuelles de la 5G et 50 fois plus rapides que la limite théorique de la 5G.
Les réseaux 6G commerciaux devraient être lancés d’ici 2030 ou au-delà, mais des travaux considérables sont encore nécessaires pour construire ces réseaux. Cependant, pour soutenir le déploiement de la 6G, un réseau sans fil de backhaul rapide exploitant les ondes térahertz à très haute fréquence est nécessaire. Celles-ci se situent dans la bande de spectre au-delà de 350 GHz. En dessous de cette fréquence, le spectre électronique est déjà encombré par les signaux 5G et manque de fréquence pour transmettre de grandes quantités de données aux vitesses de prochaine génération.
Lorsque l’électronique conventionnelle est utilisée pour pénétrer dans le spectre térahertz, ses signaux électroniques sont affectés par un manque de puissance ou un « bruit de phase » — essentiellement, des fluctuations dans un signal — qui rendent difficile la séparation des signaux désirés des signaux indésirables. Cela entraîne des limitations dans la stabilité du signal et la quantité de données que les signaux électroniques peuvent transporter à des fréquences supérieures à 350 GHz.
La 6G promet des vitesses 3 000 fois supérieures à celles de la 5G actuelle.
(Crédit image : Black_Kira via Getty Images)
La photonique — l’utilisation de la lumière pour transporter des données — est donc considérée comme un moyen d’ouvrir la voie aux réseaux 6G. Mais les systèmes photoniques conventionnels nécessitent des systèmes laser volumineux qui exigent un alignement optique précis pour bien fonctionner, et ils sont encore entravés par le bruit de phase.
Pour relever ces défis, les scientifiques explorent les microcombs optiques comme moyen de générer une série de lignes lumineuses précises. Leur stabilité optique minimise le bruit de phase. Cependant, ils nécessitent un alignement optique précis ; dans un déploiement réseau réel, les vibrations pourraient perturber ces alignements et ainsi interférer avec les connexions établies.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont noté que ces microcombs n’arrivaient pas à « générer simultanément un signal stable et une modulation d’ordre supérieur pour une transmission de données à haute vitesse ».
Créer des liens
La percée provient de la liaison directe d’une fibre optique à un métré-résonateur en nitrure de silicium — une structure photonique de microcomb utilisée pour convertir la lumière laser en millions de lignes laser précises. La combinaison de la fibre optique et des microcombs contourne le défi de l’alignement optique précis, alors que dans les systèmes photoniques plus conventionnels, la lumière laser doit être soigneusement alignée sur plusieurs axes et étapes à l’aide de microscopes optiques pour être dirigée vers les micropuces.
Pour envoyer des données à l’aide du système de microcombs, les chercheurs ont généré deux porteuses de signaux optiques — avec une haute stabilité et un rapport signal/bruit élevé — en bloquant par injection le microcomb avec des lasers. Ils ont codé les données dans ces signaux en utilisant les formats de modulation d’ordre supérieur QPSK et 16QAM — essentiellement, une méthode pour intégrer autant de données que possible dans une seule transmission d’onde. Ensuite, ils ont converti les signaux optiques en une onde térahertz de 560 GHz par une technique appelée photomixage, avant de les transmettre à un récepteur.
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Lors des expériences, ils ont atteint des vitesses de 84 Gbps avec QPSK et de 112 Gbps avec 16QAM. Les résultats signifient que l’équipe de recherche a créé une source de signal térahertz compacte et stable capable de débits de transmission de données dépassant 100 Gbps via un émetteur de seulement 5 millimètres de diamètre. À titre de comparaison, un système de microcomb conventionnel mesure 450 mm.
Ils ont également intégré une fonction de contrôle de température dans le métré-résonateur afin qu’il puisse supporter les fluctuations de température, reproduisant ainsi plus de manière fiable les caractéristiques de résonance optique requises.
Les chercheurs prévoient de trouver des moyens de réduire davantage le bruit de phase et d’augmenter la puissance de sortie de leurs systèmes pour offrir des débits de transfert de données encore plus rapides. Mais l’étude ouvre la voie à la création d’une base technologique pour un réseau de backhaul sans fil ultra-rapide. Un tel réseau pourrait contourner le besoin de câbles de fibre optique souterrains comme épine dorsale des réseaux à haut débit et ouvrir la voie aux déploiements 6G pratiques.
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