Des chercheurs affirment que le métamatériau « inhabituel » pourrait doubler la capacité des réseaux sans fil

réseau sans fil

Crédit : Pixabay/CC0 domaine public

Le mur de votre bureau peut jouer un rôle dans la prochaine génération de communications sans fil.

Les chercheurs de l’Université de Toronto, George Eleftheriades et Sajjad Taravati, ont montré que des réflecteurs constitués de métamatériaux peuvent canaliser la lumière pour permettre la transmission de plus de données sans fil sur une seule fréquence.

Ils pensent que cette propriété nouvellement réalisée, appelée « non-réciprocité en duplex intégral », pourrait doubler la capacité des réseaux sans fil existants. Leurs recherches sont publiées dans un article de Communication Nature.

“C’est en train de se produire”, a déclaré Eleftheriades, professeur au département de génie électrique et informatique Edward S. Rogers Sr. de la Faculté des sciences appliquées et de génie.

« D’ici trois à cinq ans, cette technologie sera adoptée.

La propriété intellectuelle de la preuve de concept de l’équipe a récemment été transférée à la startup montréalaise LATYS Intelligence Inc., cofondée par l’ancien de l’U of T Engineering Gursimran Singh Sethi.

Les métamatériaux sont des structures synthétiques composées de blocs de construction qui sont plus petits que les longueurs d’onde de la lumière qu’ils sont conçus pour manipuler.

Le matériau utilisé par l’équipe est composé de cellules unitaires répétitives d’environ 20 millimètres. Ils semblent former un objet homogène – une métasurface – pour des longueurs d’onde de lumière plus grandes telles que les micro-ondes, qui sont utilisées pour transporter les signaux des téléphones portables et se refléter sur la métasurface présentant une propriété connue sous le nom de non-réciprocité.

Eleftheriades utilise le rétroviseur d’une voiture pour illustrer son fonctionnement.

“Lorsque vous conduisez et regardez dans le rétroviseur, vous voyez le conducteur derrière vous. Ce conducteur peut également vous voir parce que la lumière rebondit sur le rétroviseur et suit le même chemin vers l’arrière”, dit-il.

“Ce qui est inhabituel à propos de la non-réciprocité, c’est que l’angle incident et l’angle réfléchi ne sont pas égaux. Pour être précis, le chemin de retour de l’onde est différent.

“En gros, vous pouvez voir quelqu’un, mais vous ne pouvez pas être vu.”

De plus, les métamatériaux vous permettent de diriger et d’amplifier les faisceaux entrants, ce qui est utile dans de nombreuses applications, de l’imagerie médicale et des panneaux solaires aux communications par satellite et même à la technologie de camouflage naissante.

En ajoutant la capacité de diriger le faisceau réfléchissant, de nouvelles métasurfaces intelligentes pourraient marquer de manière significative la communication sans fil, selon Eleftheriades.

“Dans l’expérience de tous les jours, un micro-ondes émis par une tour atteint son point terminal prévu, comme un modem, puis retourne à la station de télécommunication”, dit-il. « C’est pourquoi lorsque vous avez une conversation sur votre téléphone portable, vous ne parlez pas et n’écoutez pas sur le même canal. Si vous le faisiez, les signaux interféreraient et vous ne seriez pas en mesure de séparer votre propre voix de celle de votre partenaire. “

Les réseaux 5G d’aujourd’hui ne comportent que des liaisons “half-duplex”. Essentiellement, le signal 5G utilise des fréquences légèrement différentes, ou la même fréquence mais à un moment légèrement différent, pour éviter les interférences. La temporisation est imperceptible pour l’utilisateur.

En revanche, l’architecture full-duplex développée par Eleftheriades et Taravati, chercheur post-doctoral, permet de parler et d’écouter sur le même canal en même temps.

Contrairement à d’autres technologies de métamatériaux, elle sépare spatialement les chemins avant et arrière au sein d’une même fréquence, doublant ainsi la capacité du système.

Bien que la fonctionnalité full-duplex existe dans une capacité limitée dans les radars de qualité militaire, elle n’est actuellement pas adaptée aux applications grand public telles que les appareils mobiles. En effet, les émetteurs-récepteurs full-duplex actuels sont constitués de structures volumineuses et coûteuses comprenant des matériaux en ferrite et des aimants de polarisation pour manipuler le faisceau.

“Nous proposons un mécanisme complètement différent”, explique Elefthreriades. “Pas d’aimants ni de ferrites. Tout est fait à l’aide de circuits imprimés et de composants électroniques en silicium tels que des transistors.”

La large applicabilité de ces métasurfaces intelligentes est ce qui a enthousiasmé l’équipe de développement de LATYS.

“Les faisceaux de rayonnement asymétriques accordables dans les états de réception et de transmission ont un potentiel incroyable pour relever certains des défis les plus urgents et les plus importants de l’industrie des communications sans fil”, a déclaré Sethi. « En découplant spatialement les chemins de réception et de transmission, nous pouvons créer de « vrais systèmes full-duplex » qui peuvent prendre en charge la communication bidirectionnelle en même temps et à la même fréquence.

« Cela permettra aux produits et prototypes LATYS d’avoir un avantage sur la concurrence et beaucoup de traction, en particulier dans les environnements radio-hostiles tels que l’automatisation industrielle, IIOT [Industrial Internet of Things] et les applications 5G.”

Le professeur Deepa Kundur, président du département de génie électrique et informatique, affirme que la relation entre les chercheurs en génie de l’Université de Toronto et le monde des affaires est importante.

« C’est une bonne illustration de l’une des nombreuses façons dont l’ingénierie progresse », dit-elle. “Une preuve de concept révolutionnaire, comme celle du professeur Eleftheriades et Taravati, ouvre la voie à une meilleure technologie, puis l’industrie prend le relais.”


Annulation des interférences avec une haute précision, une vitesse élevée et une faible complexité de calcul


Plus d’information:
Sajjad Taravati et al, métasurface réfléchissante en duplex intégral avec amplification non réciproque sans aimant, Communication Nature (2021). DOI : 10.1038/s41467-021-24749-7

Fourni par l’Université de Toronto

Citation: Les chercheurs disent que le métamatériau « inhabituel » pourrait doubler la capacité des réseaux sans fil (2021, 27 septembre) récupéré le 27 septembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-09-unusual-metamaterial-capacity-wireless-networks.html

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