L Applied Solid State Physics pour ré a technologie 5G n'est pas encore déployée en France, et commence à peine à l'être dans certains pays, que des acteurs travaillent d'ores et déjà sur la génération de téléphonie mobile suivante, à savoir la 6 ^e  génération des normes de téléphonie mobile (6G). À l'instar du chinois Huawei, dont le CEO Ren Zhengfei affirmait fin septembre 2019 que son groupe avait déjà commencé la recherche sur la 6G depuis trois à cinq ans.

Pour Keysight Technologies, le programme 6G Flagship représente le lancement d'une recherche innovante sur la technologie 6G et marque le début d'une nouvelle ère de technologie sans fil, qui repoussera les limites des applications en termes de débit et de bande passante.

Ou encore du ministère chinois des Sciences et des Technologies qui a annoncé, quelques semaines plus tard, avoir d'ores et déjà constitué un groupe de travail, composé de 37 experts pour phosphorer sur la 6G. Signalons enfin que l'opérateur sud-coréen SK Telecom a signé, avant l'été 2019, un protocole d'accord avec son compatriote Samsung, le suédois Ericsson et le finlandais Nokia, portant sur la 5G et la 6G. Si la 5G promet d'ores et déjà une augmentation très importante des débits, de l'ordre de 1 Gbit/s en canal descendant, ouvrant la porte à de nombreux nouveaux cas d'usage (objets connectés industriel [IIoT], véhicules autonomes, etc.), la 6G repousserait les débits à des niveaux encore bien plus élevés – on évoque 1 To/s ! –, sans parler de la latence, qui pourrait descendre sous la barre de la milliseconde. Pour atteindre de tels débits, la prochaine génération de communications sans fil devrait exploiter le spectre au-dessus des ondes millimétriques, à savoir de 300 GHz à 3 THz. Des blocs de fréquence contigus aussi larges ne pourront en effet être trouvés que dans ces bandes de fréquence du térahertz.

Vers une communauté globale et numérique

Même si aucune date n'a été fixée pour le moment – l'université d'Oulu en Finlande évoque l'année 2030 dans son rapport intitulé « Key drivers and re-search challenges for 6G ubiquitous wireless intelligence » publié en septembre 2019 –, plusieurs acteurs du test et de la mesure se sont déjà posi-tionnés sur la technologie 6G. Au cœur de l'été 2019, l'américain Keysight Technologies a annoncé avoir rejoint le programme multipartite 6G Flagship, qui est soutenu par l'Académie de Finlande et dirigé par l'université d'Oulu, pour faire progresser la recherche sur les communications sans fil au-delà de la 5G.

« Nous sommes ravis de rejoindre le pro-gramme 6G Flagship en tant que membre fondateur, et seul fabricant en test et en mesure, pour le lancement d'une recherche innovante sur la technologie 6G. Le programme marque le début d'une nouvelle ère de technologie sans fil, ère qui repoussera les limites des applications en termes de débit et de bande passante », déclarait à l'époque Satish Dhanasekaran, vice-président directeur et président du groupe Communication Solutions de Keysight Technologies.

Une nouvelle radiologicielle temps réel pour les fréquences en dessous du THz, qui est basée sur le système « transceiver » millimétrique de National Instruments et les têtes radio de Virginia Diodes, pour étendre aux bandes de fréquence entre 110 et 170 GHz, est au cœur du « testbed » pour la 6G.

La 6G accélérera la numérisation des économies et de la société, permettant ainsi au monde de devenir une communauté véritablement globale et numérique. Le programme d'une durée de ^Pub huit ^RF ans 185x130 envisage, N°2011.qxp_Mise d'ici à 2030, une en p société axée sur les données, grâce à une connectivité sans fil illimitée quasi instantanée. La future génération de communication étendra considérablement les capacités qu'elle devrait offrir aux industries verticales reposant sur la connectivité, dans les domaines de la e santé, 1 23/08/2019 la fabrication, 12: 03 l'énergie, Page1 les trans-ports et la sécurité publique.

Comme la recherche fondamentale commence dix à quinze ans avant l'élaboration des normes industrielles, il s'agit notamment pour Keysight Technologies, avec cette participation au programme 6G Flagship, d'aider le secteur à finaliser l'adoption de la 5G sur plusieurs marchés, de développer les technologies fondamentales nécessaires à la 6G, telles que l'intelligence artificielle (IA) et l'expérience utilisateur (UX) « intelligente », et d'accélérer la numérisation dans la société.

Association entre NI et Virginia Diodes

Quelques semaines plus tard, ce fut le tour de l'américain National Instruments (NI) de communiquer sur la disponibilité d'un banc d'essais pour la recherche en technologie 6G. Ce testbed s'appuie en fait sur une nouvelle radiologicielle ( software defined radio ou SDR) temps réel pour les fréquences en dessous du THz, une solution basée sur le système transceiver millimétrique (MTS) du fabricant et les têtes radio de son partenaire américain Virginia Diodes (VDI), qui permettent d'étendre aux bandes de fréquence comprises entre 110 et 170 GHz, avec une bande passante instantanée jusqu'à 2 GHz. Il semble d'ailleurs que la bande D (110170 GHz) soit désormais la nouvelle bande E (60-90 GHz) pour la 6G.

« Les chercheurs ont besoin d'accéder à des bancs d'essais fonctionnant à des fréquences inférieures au THz pour réaliser plusieurs prototypes d'utilisation sans fil. Ces bancs d'essais doivent non seulement être très flexibles, mais également offrir des performances de pointe afin d'explorer les limites en termes de performances sans fil à de telles fréquences », a indiqué James Kimery, directeur de la re-cherche sur le sans-fil de National Instruments. L'utilisation de technologies SDR et FPGA fait du nouveau banc de test une solution très flexible pour être mis à niveau et personnalisé selon les besoins en termes de recherche et d'applications.

Les utilisateurs peuvent par exemple exploiter les conceptions de références logicielles existantes et construites autour du MTS, afin de créer un banc d'essais en temps réel pour la 6G. Il existe deux conceptions de références logicielles : l'une pour le sondage de canal ( channel sounding ) et l'autre pour une liaison de communication au niveau de la couche physique à porteuse unique. Destinée à une configuration à émetteur et récepteur uniques, la première conception de référence logicielle permet de réaliser des mesures de sondage de canal de base, telles que la réponse impulsionnelle de canal, le temps d'arrivée et la perte du chemin.

Rohde & Schwarz, le Heinrich-Hertz-Institut et le Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics ont présenté une démonstration, qui est en fait un système permettant la génération et l'analyse de signaux de fréquences comprises entre 270 et 320 GHz, avec une bande passante de 2 GHz.

En ce qui concerne la seconde conception de référence logicielle, la couche physique à porteuse unique est conçue pour les systèmes allant d'une configuration SISO jusqu'à une configuration MIMO 4x4 avec une bande passante en temps réel de 2 GHz. Tout le traitement du signal, y compris le codage, est fait en temps réel par les FPGA associés au MTS. Le débit total du système dépend de la structure de la trame et du nombre de canaux utilisés, mais on peut estimer atteindre un débit de 7,2 Gbit/s par canal avec une structure de trame par défaut. Enfin, l'allemand Rohde & Schwarz, le Fraunhofer Institute for Telecommunications (Heinrich-Hertz-Institut) et le Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics ont présenté un démonstrateur dans une bande des THz. Il s'agit d'un système permettant la génération et l'analyse de signaux de fréquences comprises entre 270 et 320 GHz – d'autres extensions de fréquence potentielles pour la 6G sont déjà en préparation –, avec une bande passante instantanée de 2 GHz. Le signal peut être modulé de façon arbitraire pour mener des expériences de transmission avec des formes d'onde candidates au-delà de la 5G et appropriées pour les communications dans les téra-hertz, ou pour réaliser des mesures de propagation de canal.

Un premier démonstrateur « allemand »

Du côté matériel, on retrouve des frontaux émetteurs-récepteurs à 300 GHz, un générateur de signal vectoriel SMW200A et un analyseur de signaux et de spectre FSW43, ainsi que des unités de synchronisation de l'émetteur et du récepteur. Cette installation a déjà été présentée par Rohde & Schwarz, lors d'un atelier sur les communications sans fil millimétriques et térahertz, à l'édition parisienne 2019 du salon European Microwave Week (EuMW). « Nos outils à la pointe de l'innovation nous permettent de mener des discussions approfondies avec les clients et de suivre les tendances techniques et du marché, bien avant la commercialisation de la 6G », rappelle Taro Eichler, Wireless Market Segment Manager chez Rohde & Schwarz.

Quant aux deux instituts de recherche, le Heinrich-Hertz-Institut travaille sur le traitement du signal, la synchronisation entre émetteur et récepteur et l'intégration système. Le Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics, lui, apporte sa contribution dans le domaine des modules émetteurs et récepteurs millimétriques à hautes performances. Leur collaboration cible les fréquences supérieures à 100 GHz, principalement dans la bande D (à 150 GHz) et la bande H (à 300 GHz), les fréquences porteuses au-delà faisant toujours l'objet de recherches fondamentales.