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Le volume mondial du trafic mobile, qui s’élevait à 7,462 EB/mois en 2010, devrait atteindre 5016 EB/mois d’ici 2030.
Cette augmentation souligne la nécessité de faire progresser les systèmes de communication. Alors que nous nous dirigeons vers une société pilotée par des systèmes de gestion à distance entièrement automatisés.
Pour soutenir ces systèmes, des millions de capteurs sont intégrés dans les villes, les véhicules, les habitations, les industries, et bien plus encore. Nécessitant des débits élevés et une connectivité fiable.
Qu’est-ce que la technologie de communication sans fil 6G ?
Alors que les réseaux 5G ont déjà été déployés. Ils pourraient ne pas suffire à répondre aux exigences des systèmes intelligents et automatisés du futur.
L’évolution vers les systèmes 6G inclura des interfaces homme-machine massives et l’informatique omniprésente. Ainsi que la fusion de données multisensorielles, la détection et l’action de précision.
Pour atteindre ces objectifs, la 6G intégrera des technologies avancées. Telles que la communication en térahertz (THz), le réseau 3D, les communications quantiques, le façonnage de faisceaux holographiques, les surfaces intelligentes réfléchissantes (IRS) et la mise en cache proactive.
La technologie 6G vise à offrir des performances supérieures et une qualité de service (QoS) utilisateur accrue par rapport à la 5G. Avec des capacités de traitement de volumes massifs de données et des débits très élevés par appareil.
On prévoit que la 6G offrira une connectivité sans fil 1000 fois plus rapide que la 5G. Avec une latence inférieure à 1 ms.
L’intégration complète de l’IA sera également une caractéristique phare de la 6G. Pilotant des systèmes autonomes et gérant la domination attendue du trafic vidéo.
Les technologies clés de la 6G comprendront la bande THz, l’IA, la communication optique sans fil (OWC), le réseau 3D, les véhicules aériens sans pilote (UAV), les IRS et le transfert d’énergie sans fil.
Défis liés au déploiement de la communication sans fil 6G
La mise en œuvre réussie des systèmes de communication 6G implique de surmonter plusieurs défis techniques, notamment :
Propagation élevée et absorption atmosphérique du THz
Les fréquences THz offrent des débits élevés, mais rencontrent des difficultés importantes pour transférer les données sur de longues distances. C’est en raison de pertes de propagation et d’absorption atmosphérique élevées.
Une nouvelle conception d’architecture de transceiver THz est nécessaire. Capable de fonctionner à des fréquences élevées tout en utilisant les bandes passantes disponibles.
Le gain minimal et la surface efficace des antennes THz posent également des problèmes. En plus des préoccupations liées à la santé et à la sécurité.
Complexité de la gestion des ressources pour le réseau 3D
Le réseau 3D étend la communication dans la direction verticale, ajoutant une nouvelle dimension et augmentant la complexité.
De multiples adversaires peuvent intercepter des informations légitimes, ce qui dégrade les performances du système.
Des nouvelles techniques de gestion des ressources, d’optimisation de la mobilité, de protocoles de routage et d’accès multiple sont essentielles. De même qu’un nouveau design de réseau pour la planification.
Contraintes liées au matériel hétérogène
L’écosystème 6G impliquera des systèmes de communication diversifiés, incluant plusieurs bandes de fréquences, topologies et méthodes de prestation de services.
La technique massive MIMO nécessitera une architecture encore plus complexe de la 6G que celle de la 5G. Ce qui compliquera les protocoles de communication et la conception des algorithmes.
L’intégration du machine learning et de l’IA ajoute un niveau de complexité supplémentaire.
Le défi réside dans l’intégration de tous ces systèmes sur une seule plateforme. En tenant compte des différences de conception matérielle et de la compatibilité avec les appareils 5G existants.
Systèmes sans fil autonomes
Le réseau de communication sans fil 6G soutiendra les systèmes automatisés. Tel que les véhicules autonomes, les UAV et l’industrie 4.0, tous pilotés par l’IA.
Le développement de ces systèmes nécessite la convergence de divers sous-systèmes. Incluant le calcul autonome, les processus interopérables, le machine learning et les systèmes sans fil hétérogènes. Cela rend le développement global du système complexe et exigeant.
Par exemple, les véhicules autonomes doivent surpasser les performances des véhicules contrôlés par des humains. Ce qui nécessite une conception et un développement avancés.
Modélisation des fréquences sub-mmWave (THz)
Les caractéristiques de propagation des mmWave et sub-mmWave (THz) sont affectées par les conditions atmosphériques. Entraînant des effets d’absorption et de dispersion.
Les changements climatiques fréquents rendent la modélisation de canal complexe pour cette bande, aucun modèle de canal parfait n’étant disponible.
Capacités des dispositifs
Les systèmes 6G introduiront plusieurs nouvelles fonctionnalités. Exigeant des appareils tels que les smartphones qu’ils prennent en charge des débits de l’ordre du Tbps, l’IA, la XR et des fonctions de détection intégrées à la communication.
Les appareils 5G actuels peuvent ne pas être compatibles avec ces fonctionnalités. Et la mise à niveau de leurs capacités pourrait entraîner une hausse des coûts.
Garantir la compatibilité entre les appareils 5G et 6G est essentiel pour faciliter la transition pour les utilisateurs finaux et réduire les coûts.
Connectivité de liaison de retour à haute capacité
Les réseaux d’accès 6G seront denses et répartis géographiquement, soutenant une connectivité à haut débit pour de nombreux utilisateurs.
Les réseaux de liaison de retour devront gérer des volumes de données énormes. Reliant les réseaux d’accès au réseau principal afin d’éviter les goulets d’étranglement.
La fibre optique et les réseaux FSO sont des solutions potentielles pour une connectivité de liaison de retour à haute capacité. Bien qu’il soit difficile d’en améliorer la capacité face à la demande exponentielle de données liée à la 6G.
Gestion du spectre et des interférences
Une gestion efficace du spectre est cruciale en raison de la rareté des ressources spectrales et des problèmes d’interférences.
Des stratégies et techniques de partage du spectre innovantes sont nécessaires pour assurer une utilisation maximale des ressources et la qualité de service.
Les chercheurs doivent s’attaquer à la question du partage du spectre et de la gestion des interférences dans les réseaux hétérogènes. En utilisant des méthodes telles que l’annulation parallèle et successive des interférences.
Gestion des faisceaux en communication THz
Le beamforming via les systèmes MIMO massifs permet des communications à haut débit. Mais la gestion des faisceaux dans la bande sub-mmWave (THz) reste complexe en raison de caractéristiques de propagation défavorables.
Une gestion efficace des faisceaux est cruciale pour les systèmes MIMO massifs. En particulier, pour assurer une continuité de service dans les systèmes véhiculaires à grande vitesse.
Sécurité au niveau physique
La sécurité, le secret et la confidentialité sont des éléments clés des réseaux 6G. Les systèmes 5G actuels rencontrent encore des défis en matière de décentralisation, transparence, interopérabilité des données et vulnérabilités de la vie privée réseau.
De nouvelles techniques de confidentialité au niveau physique sont nécessaires. Surtout quand il s’agit du Big Data et des communications 6G basées sur l’IA.
La distribution quantique de clés via la VLC et les technologies de sécurité physique sont des solutions clés. Avec un intérêt croissant pour la cryptographie asymétrique grâce au développement des infrastructures edge et cloud.
Se préparer à l’avenir de la communication sans fil 6G
En conclusion, la recherche sur la 6G progresse rapidement. Avec une collaboration mondiale entre le monde académique, les leaders industriels et les autorités gouvernementales. Qui ont comme objectif de définir les normes et les capacités potentielles.
Par exemple, en novembre 2023, l’Union internationale des télécommunications (UIT) a approuvé sa vision de la 6G. Marquant ainsi, une avancée significative dans les efforts de normalisation.
Les recherches actuelles se concentrent sur l’identification des éléments fondamentaux de la 6G. Comme l’utilisation des bandes de fréquence térahertz, l’intégration d’une IA avancée et le développement de nouvelles architectures réseau.
Les chercheurs s’emploient également à relever les défis posés par ces technologies émergentes.
Des avancées récentes incluent des percées dans les communications en térahertz. Ce qui pourrait permettre des vitesses de données jusqu’à 100 fois supérieures à celles de la 5G.
Des innovations dans les composants réseau écoénergétiques et la mise en réseau prédictive basée sur l’IA contribuent à une infrastructure plus durable et intelligente.
De plus, les avancées dans le domaine des surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) sont explorées.
La technologie RIS devrait améliorer les communications mobiles en dirigeant les signaux diffusés le long de trajectoires prédéterminées. Améliorant ainsi l’efficacité globale.
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Alors que le paysage de la 6G continue d’évoluer. Rester à la pointe des développements technologiques, financiers et réglementaires est essentiel.
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