Ils ont également mis au point la technologie permettant de la moduler. Grâce à ces avancées, ils ont réussi à atteindre des vitesses de transmission sans fil de 56 gigabits par seconde (Gbps), les plus rapides au monde.
Ces dernières années, pour faire face à l'explosion du trafic de données due à la généralisation des smartphones et autres appareils, des réseaux de stations de base ont été déployés par fibre optique. Cependant, cette approche se heurte à la difficulté d'étendre la couverture dans les zones où le déploiement d'un réseau de fibre optique est complexe, comme les zones urbaines ou les régions entourées de cours d'eau ou de montagnes. Pour pallier ce problème, l'Institut de technologie de Tokyo et les laboratoires Fujitsu ont développé des technologies d'émetteurs-récepteurs sans fil à haut débit utilisant la bande des ondes millimétriques (30 à 300 GHz), actuellement peu exploitée pour les applications sans fil, et capables d'assurer des communications à haute capacité.
Cette technologie permet de disposer d'équipements de communication sans fil à haute capacité pouvant être installés en extérieur, dans des applications que les réseaux à fibre optique ne pourraient pas prendre en charge.
Les détails de cette technologie ont été révélés lors de la conférence internationale IEEE sur les circuits intégrés à semi-conducteurs 2016 (ISSCC 2016), la plus grande conférence consacrée à la technologie des semi-conducteurs.
Les transmissions sans fil à haut débit nécessitent l'utilisation de larges bandes de fréquences. La bande des ondes millimétriques constitue donc une option pertinente. Cependant, du fait de ces hautes fréquences, la conception de circuits intégrés CMOS adaptés s'avère complexe, car ces circuits doivent fonctionner à la limite de leurs capacités. Le développement de circuits émetteurs-récepteurs à faibles pertes, capables de moduler et de démoduler des signaux à large bande à l'intérieur et à l'extérieur de la bande des ondes millimétriques, ainsi que de circuits d'interface à faibles pertes reliant la carte de circuit imprimé à l'antenne, représente également un défi.
À propos de cette technologie
La puce émettrice-réceptrice sans fil CMOS nouvellement développée et le module sans fil inclus (Figure 1) sont composés de deux technologies clés.
1. Circuit émetteur-récepteur à faibles pertes et à large bande passante
L'Institut de technologie de Tokyo a mis au point une technologie pour les circuits émetteurs-récepteurs à large bande et à faibles pertes. Dans ce procédé, les signaux de données sont divisés en deux, chacun converti dans une gamme de fréquences différente, puis recombinés (figure 2). Chaque signal est modulé sur une bande de 10 GHz, la bande basse occupant la plage 72-82 GHz et la bande haute la plage 89-99 GHz. Cette technologie permet la modulation d'un signal ultra-large bande de 20 GHz avec un faible bruit et un rapport puissance d'entrée/sortie similaire jusqu'à 10 GHz, garantissant ainsi des transmissions de signal de haute qualité.
L'Institut de technologie de Tokyo a également mis au point un amplificateur pour l'émission et la réception d'ondes radio sous forme de signaux millimétriques. Cet amplificateur ultra-large bande, fonctionnant de 72 à 100 GHz, est doté d'un circuit qui stabilise le rapport d'amplification en réinjectant l'amplitude du signal de sortie à l'entrée pour les composantes du signal dont le rapport d'amplification diminue avec la fréquence.
2. Technologie de modulation
Le signal en bande millimétrique, converti par la puce semi-conductrice, est acheminé le long du circuit imprimé jusqu'à l'antenne. Cette dernière étant constituée d'un guide d'ondes (un cylindre métallique), une connexion à très large bande et à faibles pertes entre le circuit imprimé et le guide d'ondes est indispensable. Les laboratoires Fujitsu et l'Institut de technologie de Tokyo ont développé une interface entre le circuit imprimé et le guide d'ondes qui utilise un agencement d'interconnexions spécialement conçu sur le circuit imprimé afin d'adapter l'impédance à la gamme de fréquences ultra-large, réduisant ainsi les pertes dans la plage de fréquences souhaitée.
Dans ce projet de développement, l'Institut de technologie de Tokyo était principalement responsable de la réduction des pertes des émetteurs-récepteurs de circuits et du développement des technologies à large bande, tandis que les laboratoires Fujitsu géraient principalement les technologies de modularisation.
Résultats :
Des tests de transfert de données en intérieur ont été réalisés avec deux modules face à face, séparés par une distance de 10 cm. Ces tests ont permis d’atteindre des débits de transfert de données de 56 Gbit/s, la vitesse de transmission sans fil la plus rapide au monde, avec une perte maximale de 10 % entre le guide d’ondes et la carte de circuit imprimé.
En combinant les technologies développées dans le cadre de ce projet avec une technologie d'amplification à haut rendement, utilisée pour amplifier le signal et accroître la zone de transmission, et une technologie de bande de base à circuits intégrés, utilisée pour traiter les signaux ultra-large bande, il est possible d'augmenter la capacité des équipements sans fil pour une installation extérieure. Ainsi, même dans des endroits où le déploiement de nouvelles lignes de fibre optique est difficile, comme les zones urbaines et les régions montagneuses ou fluviales, un réseau de stations de base sans fil à haute capacité peut être déployé, contribuant ainsi à un environnement de communication optimal dans ces zones.
Projets futurs :
Fujitsu Laboratories vise à mettre en œuvre commercialement des lignes de liaison sans fil pour les stations de base cellulaires aux alentours de 2020.
