L’IEMN (Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie), basé à Lille, et la société Rohde & Schwarz, fournisseur de solutions de test et mesure, ont décidé d’élargir leur collaboration en recherche appliquée aux communications dans le domaine des fréquences térahertz (THz). Lors d'une démonstration récente, l'IEMN a franchi une étape importante dans ce domaine en réussissant à générer une liaison bidirectionnelle de la bande des 300 GHz sur une distance en extérieur de 645 mètres en vue d’une utilisation dans les futurs scénarios de liaison de collecte 6G.

Le générateur de signaux micro-ondes SMA100B de Rohde & Schwarz s'est avéré dans ce cadre un élément crucial dans la configuration des tests de performances en délivrant un signal à bruit de phase ultrafaible. Des travaux qui ouvrent la porte aux systèmes de communication sub-THz jusqu'à la bande des 300 GHz et qui aident à accélérer la préparation à l'industrialisation.

L’'instrumentation, les bancs d'essai et la métrologie sont nécessaires pour ces nouvelles fréquences, avec une approche qui comble l'écart entre les ondes millimétriques et les bandes optiques.

L’IEMN souligne que les systèmes de communication sans fil devraient évoluer vers des fréquences encore plus élevées une fois que la bande E (60 à 90 GHz) sera saturée. Des fréquences potentielles telles que la bande D (110-170 GHz) devraient être mises à profit après 2025, tandis que les bandes H ou sub-THz jusqu'à 300 GHz seront exploitées après 2030. Développer de nouvelles architectures et tester des systèmes pour caractériser les performances mmWave/THz au niveau des composants et du système s'avèrent donc très importants pour coller à ces tendances.

Toujours selon l’IEMN, aborder le très haut de gamme du spectre des ondes millimétriques (300 GHz et au-delà) demeure très difficile au niveau des composants et du système. Cependant l'instrumentation a récemment connu plusieurs avancées, notamment au niveau des analyseurs de réseaux vectoriels, des interfaces et des sous-systèmes d'analyseurs de signaux et de spectre, permettant aujourd’hui à l'IEMN de réaliser une caractérisation poussée au niveau composants et systèmes THz.

Pour le futur, de récentes collaborations de recherche dans les technologies électronique et photonique ont proposé une architecture super-hétérodyne qui permettrait l'agrégation de canaux de la bande V (40-75 GHz) ou de la bande E (60-90 GHz) au spectre THz. La porteuse THz est ici obtenue par multiplication de fréquence avec un oscillateur local reposant sur la photonique, synchronisé sur une fréquence de référence.

Pour ce faire, Rohde & Schwarz a soutenu l'équipe de test à Lille avec son instrument SMA100B qui permet la génération d'un signal de référence à très faible bruit de phase, une approche qui s’appuie sur un signal d'alimentation issu d’un oscillateur local exempt de parasites à destination d’un convertisseur élévateur/abaisseur THz, limitant les tonalités parasites dans les spectres THz. Ce système est le premier à intégrer avec succès le duplexage de fréquence THz et à permettre une émission et une réception simultanées aux deux extrémités avec une seule paire d'antennes.

Après avoir validé les performances du système en laboratoire, ce dernier a été testé en Allemagne avec deux paires d'antennes sur une distance de 150 m dans le cadre du projet UE-Japon ThoR. Des tests extérieurs en France ont permis d'atteindre une portée de 645 m avec un taux de transmission du système de 12,6 Gbit/s. C'est actuellement, selon l’IEMN, la distance maximale atteinte par un système de duplexage THz dans la bande 300 GHz.

« Grâce à notre expertise dans les technologies THz, telles que les photomélangeurs optoélectroniques THz, les récepteurs électroniques à haut débit et l'instrumentation THz, nous nous sommes engagés vers les nouveaux domaines 6G en développant des prototypes, en vérifiant les technologies et en proposant des services de mesure avancés, explique le professeur Guillaume Ducournau, responsable de la recherche sur les communications sans fil THz à l'IEMN. Dans ce cadre nous poursuivons et étendons notre collaboration avec Rohde & Schwarz afin de développer une base solide pour l'industrialisation de ces technologies. Les résultats de recherche fourniront également des informations précieuses aux groupes de spécification de l'industrie, tels que l'Etsi ISG THz récemment créé, ainsi qu'à d'autres organismes de normalisation. »