Des chercheurs ont présenté la première puce 6G couvrant l’ensemble des fréquences, capable d’atteindre des débits internet supérieurs à 100 gigabits par seconde (Gbit/s), soit près de dix fois plus que la limite théorique de la 5G et environ 500 fois plus que sa vitesse moyenne. À peine plus grande qu’un ongle, elle couvre une bande de fréquence ultra-large comprise entre 0,5 et 115 GHz. Cette avancée constitue une étape importante vers le déploiement de la technologie 6G, attendu à l’horizon 2030.
La technologie de communication sans fil a profondément transformé les échanges d’information en rendant possible une connectivité massive et généralisée. Pour répondre à la demande croissante en matière de transmission de données à haut débit, la sixième génération de réseaux mobiles, ou 6G, devra bientôt succéder à la 5G. Elle promet des avantages tels qu’une connectivité à très haut débit, une latence réduite et l’intégration de l’intelligence artificielle pour gérer et optimiser les réseaux en temps réel.
Pour y parvenir, la technologie 6G devra fonctionner sur une bande de fréquence très large, allant des micro-ondes classiques aux ondes térahertz. Les hautes fréquences permettront des vitesses de transmission accrues, ouvrant la voie à des applications comme la chirurgie à distance. Les micro-ondes, quant à elles, amélioreraient la connectivité dans les zones rurales ou dans les centres urbains. Les réseaux 6G devront en outre être capables de se reconfigurer afin de basculer d’un spectre à l’autre en temps réel.
La technologie 5G actuelle repose sur un ensemble limité de fréquences radio. Or, concevoir des systèmes à la fois reconfigurables et capables de couvrir une bande aussi large pose de nombreux défis. Les composants électroniques existants sont généralement conçus pour fonctionner sur des plages de fréquences spécifiques.
Couvrir un spectre étendu nécessiterait donc plusieurs sous-systèmes indépendants adaptés à chaque bande, une solution à la fois complexe et coûteuse, en particulier pour un déploiement à grande échelle. Cette approche limiterait également la reconfigurabilité de fréquence, pourtant indispensable à la gestion dynamique du spectre.
Des chercheurs de l’Université de Pékin, de l’Université de Hong Kong et de l’Université de Californie à Santa Barbara ont relevé ce défi en développant une puce 6G à bande de fréquence ultra-large. « Notre système représente une avancée majeure vers les futurs réseaux sans fil à spectre complet et omni-scénarios », expliquent-ils dans leur article publié dans la revue Nature.
« Il permet des communications sans fil reconfigurables en liaison complète, avec une bande passante, des débits de données et des fonctionnalités système améliorés par rapport aux précédentes démonstrations de réseaux sans fil assistés par photonique », ajoutent-ils.
Une gamme de fréquence de 0,5 à 115 GHz
Mesurant 11 millimètres de long et 1,7 millimètre d’épaisseur, la puce est à peine plus grande que l’ongle d’un pouce. L’équipe a intégré l’ensemble des composants essentiels dans un matériau appelé niobate de lithium en couches minces. Alors que les systèmes conventionnels nécessitent plusieurs modules distincts pour chaque bande, cette puce couvre à elle seule une gamme de fréquences de 0,5 à 115 GHz. Les systèmes existants devraient recourir à neuf bandes radio distinctes pour couvrir ce spectre.
La photonique intégrée à très large bande permet des réseaux sans fil omni-scénarios. © Zihan Tao et al.La puce utilise en outre une technique spécifique pour la génération et la transmission des signaux. Un modulateur électro-optique à large bande convertit les signaux radio en signaux optiques. Ceux-ci sont ensuite transmis à des oscillateurs optoélectroniques, qui exploitent à la fois la lumière et l’électricité pour générer des signaux stables et précis.
Lors des essais, le système a atteint une fréquence de 6 GHz en seulement 180 microsecondes, ce qui est nettement plus rapide que la latence observée en 5G. « Grâce à cette solution photonique intégrée à large bande et reconfigurable, nous réalisons des communications sans fil à liaison complète sur neuf bandes consécutives, atteignant des débits record allant jusqu’à 100 Gbit/s », souligne l’équipe. À titre de comparaison, la limite théorique de la 5G est généralement estimée à 10-20 Gbit/s, tandis que sa vitesse moyenne se situe entre 150 et 300 Mbit/s.
Toutefois, malgré cette percée, la 6G ne sera pas déployée dans l’immédiat. De nombreux travaux restent nécessaires pour mettre au point des appareils compatibles ainsi que les infrastructures nécessaires à son fonctionnement. Le déploiement commercial n’est envisagé qu’à l’horizon 2030.