Bien que les entreprises mondiales aient créé la dernière infrastructure sans fil, connue sous le nom de 4G LTE, un nouvel appareil doté de 96 antennes est en cours de développement dans un laboratoire de l'université Rice au Texas, qui pourrait contribuer à définir la prochaine génération de technologie sans fil.
Le « banc d'essai Rice », connu sous le nom d'Argos, représente le plus grand système construit et servira de banc d'essai pour un concept appelé « MIMO massif »
La technologie MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) est une technique de réseau sans fil conçue pour optimiser le transfert de données grâce à l'utilisation de plusieurs antennes. Elle exploite un phénomène naturel, appelé trajets multiples, qui se produit lorsque les signaux sont réfléchis lors de leur propagation vers un récepteur. Ce phénomène peut engendrer des interférences, mais la technologie MIMO modifie la synchronisation des transmissions de données afin d'accroître le débit en utilisant ces signaux réfléchis.
La technologie MIMO est déjà utilisée pour la 4G LTE et dans la dernière version du Wi-Fi, appelée 802.11ac, mais elle ne repose généralement que sur quelques antennes d'émission et de réception. Le MIMO massif étend cette approche en utilisant de nombreuses antennes, voire des centaines. Il accroît encore la capacité en concentrant efficacement les signaux sur chaque utilisateur, permettant ainsi l'émission simultanée de nombreux signaux sur la même fréquence. De fait, une version antérieure d'Argos, équipée de 64 antennes, a démontré qu'il était possible de multiplier la capacité du réseau par plus de dix.
« Plus on a d'antennes, plus on peut desservir d'utilisateurs », explique Lin Zhong, professeur associé d'informatique à l'université Rice et co-responsable du projet. Et l'architecture permet une extension facile jusqu'à des centaines, voire des milliers d'antennes, ajoute-t-il.
La technologie MIMO massive exige une puissance de traitement accrue, car les stations de base envoient les signaux radio plus directement aux téléphones qui les reçoivent. Ceci requiert donc une puissance de calcul supplémentaire. L'objectif du banc d'essai Argos est d'évaluer les gains potentiels en conditions réelles. Les processeurs répartis dans l'ensemble du centre permettent de tester différentes configurations de réseau, notamment leur fonctionnement conjoint avec une autre catégorie émergente de stations de base, les petites cellules, qui couvrent des zones restreintes.
« Le MIMO massif est un projet intellectuellement passionnant », déclare Jeff Reed, directeur du centre de recherche sur les technologies sans fil de Virginia Tech. « On se demande : le MIMO est-il facilement extensible ? Combien d’antennes peuvent en bénéficier ? Ces projets tentent de répondre à ces questions. ».
Une alternative, voire une approche complémentaire, à une éventuelle norme 5G consisterait à utiliser des fréquences extrêmement élevées, autour de 28 gigahertz. Les longueurs d'onde à cette fréquence sont environ deux ordres de grandeur plus courtes que celles utilisées aujourd'hui par les communications cellulaires, ce qui permettrait de placer davantage d'antennes dans un même espace, comme dans un smartphone. Cependant, les signaux à 28 gigahertz étant facilement bloqués par les bâtiments, voire par la végétation et la pluie, ils ont toujours été considérés comme inutilisables, sauf dans des applications spécifiques nécessitant une visibilité directe.
Cependant, Samsung et l'Université de New York ont collaboré pour résoudre ce problème, notamment grâce à l'utilisation de réseaux multi-antennes. Ces derniers diffusent le même signal via 64 antennes, le divisant pour optimiser les performances et modifiant dynamiquement les antennes utilisées ainsi que la direction de propagation du signal afin d'éviter les interférences environnementales.
Parallèlement, certaines expériences ont cherché à repousser les limites de la technologie 4G LTE existante. Cette technologie peut, en théorie, atteindre un débit de 75 mégabits par seconde, bien que ce débit soit inférieur en pratique. Cependant, certaines études suggèrent qu'il est possible d'améliorer ce débit en combinant les flux de données provenant de plusieurs canaux sans fil.
De nouvelles recherches menées chez Argos et dans d'autres laboratoires spécialisés dans les technologies sans fil contribueront à définir une nouvelle norme de téléphonie 5G. Quels que soient les détails, elle inclura probablement un partage accru du spectre, des émetteurs plus petits, de nouveaux protocoles et de nouvelles architectures de réseau. « L'introduction d'une nouvelle technologie sans fil représente un défi de taille », déclare Marzetta.
Par David Talbot, MIT
