Auparavant, des taux de transmission de données sans fil plus élevés étaient obtenus grâce à des schémas de modulation de plus en plus complexes, qui encapsulaient davantage de données binaires dans la même tranche de spectre. Cette solution a actuellement atteint sa limite d'application pratique, donc à l'avenir, qu'elle soit conçue pour des applications commerciales de débit 5G ou des liaisons militaires de haute capacité, elle s'appuiera sur une bande passante plus large plutôt que sur une modulation plus dense. Cette transformation technologique a obligé les concepteurs à se tourner vers le spectre des ondes millimétriques (mmWave), qui peut réaliser diverses nouvelles fonctions grâce à des ressources spectrales abondantes, mais entraîne également une série de défis de conception complètement différents.
Le système de communication 5G bénéficie d’années de travaux de recherche initialement menés par des entreprises de défense. Par exemple, la technologie des antennes multiéléments issues du domaine de la défense nationale peut réaliser un balayage de faisceau et un suivi synchrone multi-cibles, et est désormais largement adoptée dans les applications 5G pour transmettre simultanément plusieurs flux de données à plusieurs utilisateurs. Les systèmes commerciaux fonctionnent de plus en plus dans des bandes de fréquences telles que 28 GHz et 39 GHz pour obtenir la bande passante requise pour les liaisons multi-gigabits.
Analog Devices, Inc. et d'autres sociétés utilisent leur expertise accumulée en ondes millimétriques dans les applications de l'industrie de défense pour fournir des composants standard qui répondent à la fois aux exigences de performances de défense et aux besoins de fabrication d'infrastructures commerciales. La technologie avancée de montage en surface des circuits intégrés haute fréquence contribue au déploiement à grande échelle de la technologie 5G.
La 5G et l’industrie de la défense s’appuient toutes deux sur du matériel haute fréquence avancé. Les réseaux 5G sont optimisés pour des tranches de spectre étroites spécifiques afin de maximiser le débit, tandis que les applications militaires telles que la guerre électronique (GE) nécessitent une bande passante opérationnelle plus large pour garantir les capacités de détection du spectre. Malgré ces différences, le développement d’une large bande passante de modulation dans le domaine de la 5G a généré un bénéfice symbiotique au niveau de la fabrication.
L'intégration de la technologie des ondes millimétriques dans ces domaines a permis d'atteindre l'échelle de fabrication requise pour le déploiement commercial. En outre, cette fusion réduit considérablement les coûts liés au recours à des processus coûteux d’assemblage de « puces et fils » en petits lots pour produire des produits d’application militaire.
Cette balance s'appuie sur des circuits intégrés radiofréquence (RFID) hautement intégrés, des modules multiéléments et des solutions de test faciles à utiliser. De nos jours, ces solutions sont de plus en plus proposées aux petites entreprises de conception, qui, dans le passé, ne disposaient pas du budget ou des capacités spécialisées des grands entrepreneurs de la défense.
Cette promotion mutuelle forme également une infrastructure de test partagée. Dans le passé, les tests d’antennes multiéléments à 28 GHz et 39 GHz nécessitaient de grandes chambres anéchoïques coûteuses. L’adoption généralisée de la 5G a favorisé le développement de solutions de test OTA prêtes à l’emploi, abordables, que les entreprises de défense peuvent utiliser pour résoudre rapidement les défis de développement de produits sans nécessiter d’investissement financier important. La popularité de ces éléments de base validés et directement déployables permet aux entreprises de conception de toutes tailles d'utiliser les ondes millimétriques comme sous-système facile à gérer, facilitant ainsi la transformation d'applications prometteuses à ondes millimétriques de diagrammes schématiques en matériel déployable.
Innovation en matière de spectre
Pendant des décennies, l'innovation technologique sans fil a utilisé deux méthodes fondamentalement différentes : coder davantage d'informations dans chaque état de signal différent (symbole) ou étendre l'espace spectral utilisé pour transmettre les informations.
Les schémas de modulation plus simples donnent la priorité à la robustesse et à l'intégrité du signal, tandis que les schémas plus complexes améliorent le débit des données en transmettant plus de bits par symbole. La méthode de modulation de base utilise une petite quantité d'informations (comme un seul bit) pour représenter chaque symbole. Les concepteurs peuvent améliorer les performances du système en utilisant des schémas de modulation plus complexes tels que QAM pour coder davantage d'informations pour chaque symbole, ou en accédant à des canaux à spectre plus large dans des bandes d'ondes millimétriques de fréquence plus élevée.
La modulation détermine la manière dont les données sont regroupées sur une porteuse, tandis que les amplificateurs de puissance (PA) garantissent que les bits de données atteignent leur destination prévue. Dans le domaine commercial de la 5G, les amplificateurs de puissance donnent la priorité à l’efficacité et à la linéarité dans les bandes de fréquences désignées pour prendre en charge les réseaux multiéléments à haut débit. Cependant, dans les systèmes militaires, une gamme de fréquences plus large et une puissance plus élevée sont généralement recherchées pour améliorer la clarté du radar, les capacités de communication par satellite et la convivialité.
Même avec les progrès de la technologie de modulation, il existe toujours une limite fondamentale à la quantité de données transmises via des bandes de fréquences porteuses (FC) spécifiques. L'un des principes clés est que le débit des données est directement lié à la largeur du canal, qui correspond à la bande passante du signal modulé (FBW). Pour atteindre des débits de transmission de données plus élevés, un canal de fréquence porteuse plus large est nécessaire, tout comme pour passer d'une autoroute bondée à une voie à une autoroute à dix voies (Figure 1).