Partage dynamique du spectre entre utilisateurs actifs et passifs au-dessus de 100 GHz

Jun 19, 2023

Ingénierie des communications volume 1, Numéro d'article : 6 (2022) Citer cet article

5807 Accès

7 citations

44 Altmétrique

Détails des métriques

Les réseaux sans fil de sixième génération regrouperont un trafic mobile plus important que jamais dans des liaisons de liaison de très haute capacité, qui pourraient être déployées sur le spectre largement inexploité au-dessus de 100 GHz. La réglementation actuelle empêche cependant l'attribution de larges bandes contiguës pour les communications sur ces fréquences, puisque plusieurs bandes étroites sont réservées pour protéger les services de détection passive. Il s'agit notamment des satellites de radioastronomie et d'exploration de la Terre utilisant des capteurs qui souffrent d'interférences nuisibles provenant d'émetteurs actifs. Nous montrons ici que le partage actif et passif du spectre au-dessus de 100 GHz est réalisable en introduisant et en évaluant expérimentalement un prototype de liaison bi-bande en temps réel qui suit la présence d'utilisateurs passifs (dans ce cas, le satellite Aura de la NASA) et évite les interférences automatiquement. bandes de commutation (123,5-140 GHz et 210-225 GHz). Notre système permet des transmissions à large bande dans le spectre supérieur à 100 GHz, tout en évitant les interférences nuisibles aux systèmes satellitaires, ouvrant ainsi la voie à une politique et des technologies innovantes en matière de spectre dans ces bandes cruciales.

La transformation numérique de notre société est favorisée par la disponibilité d’une ressource fondamentale, invisible mais rare : le spectre électromagnétique1,2,3,4. En plus de permettre l’échange d’informations via les communications sans fil, le spectre électromagnétique constitue également une riche source d’informations via la détection. La nature limitée du spectre crée des intérêts concurrents en matière de communications et de détection. Ces intérêts divergents, exprimés par différentes communautés scientifiques, entités gouvernementales et industries, ont conduit à des allocations de spectre rigides de la part des organismes de réglementation nationaux et internationaux, tels que l'Union internationale des télécommunications (UIT)5, ou la Commission fédérale des communications (FCC)6, datant des années 1930.

Pour prendre en charge davantage d'appareils et d'applications à très haute capacité, les réseaux sans fil de 6e génération (6G) nécessiteront des débits de données bien supérieurs à ceux disponibles aujourd'hui, augmentant ainsi le besoin de spectre7. Alors que la 5e génération (5G) de réseaux mobiles utilise des fréquences porteuses allant jusqu'à 71 GHz8, la 6G dépassera 100 GHz9,10,11 pour regrouper les données de nombreux utilisateurs mobiles dans des liaisons de liaison de très haute capacité.

Cependant, les communications dans cette bande spectrale sont limitées par la coexistence d'utilisateurs passifs qui (i) n'émettent pas et (ii) n'utilisent que des capteurs radiofréquences (RF) à haute sensibilité pour l'exploration de la Terre, la surveillance météorologique et la radioastronomie6,12. Les utilisateurs passifs peuvent être affectés négativement par les interférences des transmissions actives13. Par conséquent, ils conservent un accès exclusif à des portions relativement étroites du spectre au-dessus de 100 GHz, empêchant l’attribution de morceaux contigus avec des dizaines de GHz de bande passante pour les communications5,6. Par exemple, aux États-Unis, les allocations les plus importantes pour les transmissions actives entre 100 et 275 GHz sont 32,5 GHz (116-148,5 GHz) et 18,5 GHz (231,5-250 GHz), mais avec seulement 12,25 GHz (non contigus) réservés aux communications fixes sans restriction. ou une utilisation mobile terrestre6. Les transmissions sont strictement interdites dans la bande 33,5 GHz du spectre, et conditionnées à la protection des utilisateurs passifs coexistant dans le spectre restant.

Ces réglementations conservatrices s'appliquent même sans que les utilisateurs passifs n'exploitent le spectre à des fins de détection. Cela empêche le multiplexage des ressources inutilisées, ce qui rend ce spectre moins attrayant pour le backhaul sans fil14. Pour favoriser l’innovation sans fil dans les années à venir, il devient nécessaire de développer des solutions de partage de spectre entre les systèmes de communication et de détection passive – ce qui constitue la principale contribution de cet article. De plus, alors que les stations de détection terrestres peuvent être protégées grâce à une séparation géographique, les systèmes satellitaires en orbite nécessitent des solutions de partage dynamique basées sur des liaisons sans fil auto-adaptatives. En effet, nous montrons, grâce à un bilan de liaison précis basé sur des modèles de canaux de l'UIT, que les émetteurs actifs peuvent en réalité générer des interférences nuisibles aux capteurs hautement sensibles des satellites en orbite autour des systèmes de communication.