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Keysight contribue à atteindre un débit de 1 Tbps grâce aux fréquences térahertz
Paper presented at Asia-Pacific Microwave Conference with CNRS, Lille University, and Osaka University details accomplishment.
La demande en données mobiles et en débits plus élevés est insatiable. L'objectif de la 6G est d'atteindre des débits 10 fois supérieurs à ceux de la 5G, pour finalement atteindre un débit pouvant aller jusqu'à 1 térabit par seconde (Tbps). Cette vitesse permettra des cas d'utilisation tels que les communications holographiques et les expériences de réalité étendue, qui ne sont pas possibles avec les débits actuels.
Pour atteindre des débits de 1 Tbps, il faut disposer d’une bande passante de plusieurs dizaines, voire centaines de gigahertz, ce qui rend les fréquences plus élevées, telles que celles de la gamme sub-térahertz (sub-THz), particulièrement intéressantes. Des travaux de recherche approfondis sont actuellement menés pour mettre au point les premiers systèmes de communication sub-THz, mais les composants adaptés à ces fréquences sont encore en cours de développement et très rares.
En décembre, Keysight et des chercheurs du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) français, de l'université de Lille et de l'université d'Osaka ont annoncé avoir franchi la barre du 1 Tbps. Dans un article présenté lors de la Conférence Asie-Pacifique sur les micro-ondes, les professeurs Guillaume Ducournau et Tadao Nagatsuma ont détaillé cette prouesse réalisée à l'aide d'un système combinant des photodiodes térahertz et un récepteur électronique couvrant une plage de fréquences comprise entre 500 et 724 GHz. Dans cette bande de fréquences, ils ont eu recours à l’agrégation de canaux avec 14 porteuses et une modulation d’amplitude en quadrature (QAM) allant de 16 à 64 pour atteindre un débit de données total de 1,04 Tbps.
« Les communications térahertz ont véritablement progressé ces dernières années, avec des avancées marquantes réalisées grâce à la photonique ou à l’électronique », a déclaré le professeur Ducournau, spécialiste de la création de sources et de récepteurs térahertz, ainsi que de leur application à des applications liées aux communications utilisant la photonique et le photomixage. « Je suis ravi de constater que la photonique a permis la mise au point du premier système sub-THz agrégé dépassant 1 Tbps, car les technologies photoniques ont connu une accélération qui a stimulé la recherche en matière de communication térahertz. »
« Je suis également très heureux d'avoir atteint un débit de données de 1 Tbps sur une seule voie, ce qui est un rêve de longue date pour les chercheurs en communications térahertz », ajoute le professeur Nagatsuma.
Figure 1 : Débits de données atteints dans la bande des térahertz
Pour évaluer les performances de leur système de pointe, ils ont utilisé un oscilloscope Keysight Infiniium de la série UXR à quatre canaux, associé à un logiciel d’analyse vectorielle des signaux (VSA). La figure 1 présente, en jaune, les performances mesurées du système à agrégation de porteuses entre 500 et 724 GHz, avec un total de 14 porteuses. Les performances mesurées d’une porteuse unique à 632 GHz sont présentées ci-dessous dans la figure 2. Ce sont les hautes performances de l’UXR qui ont rendu ces mesures possibles. Les quatre canaux de 70 GHz et la large plage de tension prise en charge ont permis de capter la bande passante complète de leurs signaux. De plus, la vaste bibliothèque de formes d’onde prises en charge par le logiciel VSA a permis aux chercheurs de démoduler facilement leurs signaux afin de mesurer avec succès le débit du système.
« C’est grâce à la combinaison d’une photodiode térahertz à large bande, d’un récepteur et des performances exceptionnelles de l’UXR de Keysight que nous avons pu mener à bien ces expériences », a déclaré le professeur Ducournau. « Leurs instruments de pointe font véritablement progresser nos recherches dans le domaine des térahertz. »
Figure 2 : Débit mesuré du signal porteur à 632 GHz avec différentes modulations. 32-QAM / 40 GBaud (0,2 Tbps, à gauche) et 16-QAM / 40 GBaud (160 Gbps, à droite).
La photonique est l'une des nouvelles technologies actuellement à l'étude pour permettre les communications dans les bandes sub-THz. Il reste à voir si la photonique sera largement adoptée à l'avenir, mais Keysight reste déterminé à fournir aux chercheurs les outils dont ils ont besoin pour développer la prochaine génération d'appareils de communication sans fil.
La recherche sur la 6G bénéficie du soutien des programmes France 2030, du PEPR (Programmes et Équipements Prioritaires pour la Recherche), du CPER Wavetech, du projet européen TERAOPTICS ainsi que du programme japonais de promotion de la R&D « Beyond 5G » (00901) de l’Institut national des technologies de l’information et des communications (NICT). Le PEPR est géré par l’Agence nationale de la recherche (ANR), dans le cadre des subventions ANR-22-PEEL-0006 (FUNTERA, PEPR « Électronique ») et ANR-22-PEFT-0006 (NF-SYSTERA, PEPR 5G et au-delà – Réseaux du futur). Le Contrat de Plan État-Région (CPER) WaveTech bénéficie du soutien du ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, du Conseil régional des Hauts-de-France, de la Métropole européenne de Lille (MEL), de l’Institut de physique du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et du Fonds européen de développement régional (FEDER). Le projet TERAOPTICS a bénéficié d’un financement au titre du programme de recherche et d’innovation « Horizon 2020 » de l’Union européenne, dans le cadre de la convention de subvention Marie Skłodowska-Curie n° 956857.
Figure 3 : Chercheurs du laboratoire de communications térahertz lors des expériences menées à l'IEMN, en France. De gauche à droite : Yuma Kawamoto, le professeur Tadao Nagatsuma et le professeur Guillaume Ducournau.