L’utilisation du spectre dans les bandes millimétriques devient incontournable pour permettre aux futurs réseaux sans fil d’offrir des gains de capacité significatifs. Toutefois les pertes de propagation devenant importantes, l’antenne et la formation de faisceaux deviennent des éléments clés pour maintenir une portée et des couts d’infrastructures raisonnables. Les solutions de réseaux d’antennes à commande de phase nécessitent un très grand nombre de chaînes RF et deviennent alors couteuses. Le projet a comme ambition de développer des solutions alternatives innovantes à base de métasurfaces reconfigurables. Les travaux cibleront 3 axes de recherche : la réalisation pratique de telles antennes dans les bandes EHF, les solutions techniques et algorithmiques permettant à l’antenne d’adresser simultanément plusieurs utilisateurs, et la reconfiguration rapide des faisceaux adaptés au canal radio.
Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le projet précisera d’abord les scenarios et usages, mettra en avant les contraintes du canal radio dans la bande millimétrique, et fournira des recommandations sur le design d’antennes mettant en œuvre des métasurfaces. Ces travaux seront menés dans le lot 1 durant les 6 premiers mois.
Le lot 2 se concentre sur le design d’antennes orientables électroniquement basées sur un tableau de cellules unitaires ayant la possibilité de réfléchir/transmettre des ondes incidentes provenant de la (des) source(s) avec un déphasage dans un ensemble prédéfini comprenant un déphasage nul. Pour assurer la reconfigurabilité de ces cellules unitaires, un système de contrôle sera défini et mis en œuvre. Deux prototypes seront mis en œuvre dans le WP2 : tout d’abord, un système antennaire complet, comprenant un transmetteur à commande électronique, les systèmes focaux multi-éléments et la commande numérique. Il sera conçu, optimisé, fabriqué et entièrement caractérisé par le CEA Leti dans la bande 26-28 GHz. Le système d’antenne sera capable de générer au moins quatre faisceaux indépendants. Des métasurfaces codées pour les ondes centimétriques et millimétriques sont actuellement développées dans le groupe DOME de l’IEMN. Dans le cadre d’un partenariat avec la DGA, l’objectif principal a été de proposer des structures artificielles pour la réduction de la section transversale du radar. Dans ce projet, en alternative aux substrats absorbants étudiés précédemment dans le groupe, l’idée est de dévier le faisceau incident dans une ou plusieurs directions hors de la portée du détecteur. Cette approche peut également être utilisée pour sélectionner la direction de réflexion du faisceau. Le groupe CSAM de l’IEMN apportera son expertise sur les structures accordables en ondes millimétriques basées sur des dispositifs de commutations à semi-conducteurs. La caractérisation du « reflectarray » sera réalisée à la plateforme télécom de l’institut IRCICA. Dans ce but, la chambre anéchoïque à 60 GHz, déjà disponible à l’IRICA, sera complétée avec une plateforme de contrôle Newport permettant un contrôle angulaire précis.
Dans le lot 3, la formation de faisceau sera étudiée pour les cas mono et multiutilisateurs, supposant la possibilité de plus d’un flux par utilisateur. L’optimisation de la grille de cellules unitaires peut être réalisée soit offline en utilisant des ensembles de codes prédéfinis, soit dynamiquement en appliquant des algorithmes comme l’Optimisation par essaim de particules, algorithmes génétiques, ou des approches deep learning. Le CNAM et Orange apporteront leur expertise dans ce domaine et mettront en œuvre ces algorithmes.
Une évaluation des performances des prototypes et des algorithmes de formation de faisceau sera réalisée dans un environnement réel dans le lot 4 grâce à un sondeur de canal, ou une approche SDR. Ce lot sera piloté par Orange avec des contributions de l’ensemble des partenaires, afin d’assurer une exploitation des résultats du projet MESANGES dans de futurs réseaux 5G+ et 6G.