Liaison à 6 Gbit/s en ondes millimétriques sur plus de 30 km

Un nouveau record mondial de transmission sans fil vient d'être établi par une équipe d'universitaires allemands. Dans le cadre d'un projet baptisé ACCESS (Advanced E Band Satellite Link Studies), des scientifiques ont réussi à créer une liaison à 6 Gbit/s sur plus de 37 km de distance. De quoi transmettre le contenu d'un DVD en quelques secondes. Plus précisément, le signal a permis d'établir une liaison entre Cologne et Wachtberg séparées de 37,6 km. Une capacité qui pourrait parfaitement trouver sa place dans les performances des très hauts débits promises avec la 5G demain.

Pour établir cette performance, le professeur Ingmar Kallfass s'est entouré d'une équipe de chercheurs notamment issus de l'Université de Stuttgart (l'Institute of Robust Power Semiconductor Systems), du département des sciences physiques appliquées du Fraunhofer Institute (IAF) ainsi que de l'entreprise Radiometer Physics. Pour atteindre les 6 Gbit/s, ils ont utilisé une fréquence radio de 71-76 GHz issue de la bande E (gamme de fréquence 50 à 90 GHz) réservée aux services de diffusion audiovisuels terrestre et satellitaires. Le choix de cette gamme de hautes fréquences n'est pas un hasard. C'est, selon les chercheurs, la seule disponible pour permettre les transmissions massives de données sans fil.

Nouveaux composants

Mais si les ultra hautes fréquences sont efficaces pour transmettre rapidement de grandes quantités d'informations, leurs performances s'effondrent en regard de la distance. Pour y faire face, la transmission doit être rendue particulièrement performante grâce à des amplificateurs dédiés à cet effet. Ce qui passe par la conception de nouveaux composants électroniques. « La clé pour combiner transmission des données en gigabit sur de grandes distances passe par des émetteurs et récepteurs efficaces sous la forme de circuits intégrés à ondes millimétriques entièrement monolithiques (MMIC) », souligne l'institue Fraunhofer IAF dans son communiqué.

Les scientifiques se sont donc attachés à mettre au point des composants basés sur des nouvelles technologies de transistors développés au sein de l'institut de recherche. Un émetteur à base de semi-conducteur en nitrure de gallium permet ainsi d'atteindre une puissance de 1 Watt qu'une antenne parabolique hautement directive se charge d'exploiter pour émettre le signal. En face, le récepteur conçu à partir d'un semi-conducteur composé de couches d'indium-gallium-arséniure met en oeuvre des transistors à haute vitesse pour se comporter comme un amplificateur de bruit faible. « Ils assurent la détection des signaux faibles à grande distance », promet l'institut.

Remplacer les liaisons optiques

Les applications pour cette innovation sont nombreuses. On pense évidemment aux besoins des opérateurs mobiles qui pourraient en tirer parti pour relier leur stations radios dans les zones ou la fibre optique est difficile ou trop onéreuse à déployer. Et, d'une manière générale, les liaisons radio à très haut débit issues de la bande E s'inscrivent comme une alternative économique aux infrastructures optiques dans les zones rurales. Elles permettent aussi de déployer un réseau de communication rapidement dans les situations de crise ou de catastrophe. Dans tous les cas, les technologies radio issues des ondes millimétriques que pourvoira la 5G répondra aux besoins de capacité qui vont se montrer de plus en plus incontournables avec le développement de l'Internet des objets (IoT) ou de l'industrie 4.0. Et bien sûr, les besoins grandissant des liaisons par satellite.

C'est d'ailleurs vers l'espace que vont maintenant se tourner les scientifiques. Terminé le 30 avril dernier, le projet ACCESS va laisser place à ELIPSE (E Band Link Platform and Test for Satellite Communication). « L'objectif est d'établir la prochaine génération de systèmes de communication à connexion rapide des satellites, indique le Fraunhofer Institute qui souligne néanmoins que une autre application réside aussi dans des liaisons sans fil fixes terrestres. »

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crédit photo : Fraunhofer Institute