Article

1 - ÉVOLUTION DES COMMUNICATIONS VERS LA GAMME DE FRÉQUENCE TÉRAHERTZ

2 - TECHNOLOGIES THZ : ÉMETTEURS, RÉCEPTEURS ET ARCHITECTURE D’UN SYSTÈME DE COMMUNICATION

3 - EXEMPLES DE COMPOSANTS ET FONCTIONS

4 - LIENS DE TRANSMISSIONS EN GAMME THZ

5 - NORMALISATION POUR LE 100 GBIT/S EN THZ

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : S8165 v1

Communications sans fil en gamme térahertz - Composants et premiers systèmes

Auteur(s) : Guillaume DUCOURNAU, Mohammed ZAKNOUNE, Jean-François LAMPIN

Date de publication : 10 déc. 2020

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Présentation

RÉSUMÉ

Cet article présente les éléments principaux relatifs aux systèmes de transmission sans fil en gamme (sub)térahertz (THz). Le contexte général et les éléments principaux de la couche physique d’un système de transmission sont rappelés avec les spécificités relatives à la gamme THz, ainsi que les résultats actuels relatifs aux technologies, d’émission et de réception.

Un tour d’horizon des prototypes de systèmes de transmission et de leurs performances système est présenté, avec les tendances actuelles pour les futurs démonstrateurs.

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ABSTRACT

Wireless communications in the THz range

This article presents the main elements of the wireless transmission systems in the (sub)terahertz (THz ) range. The main blocks of the physical layer of a transmission system are described and in particular specificities related to the THz range. Current results relating to technologies, transmission and reception are presented.

An overview of the actual transmission systems of prototypes and their system performance is presented, with current trends for future demonstrators.

Auteur(s)

  • Guillaume DUCOURNAU : Professeur des Universités à l’université de Lille et à l’École Polytechnique universitaire de Lille (PolytechLille) - Photonique et systèmes de Télécommunications en gamme THz à l’Institut d’Electronique, de Micro-électronique et Nanotechnologies (IEMN) UMR CNRS 8520, France

  • Mohammed ZAKNOUNE : Directeur de Recherches CNRS, Technologie III/V InP à l’Institut d’Électronique, de Micro-électronique et Nanotechnologies (IEMN) UMR CNRS 8520, France

  • Jean-François LAMPIN : Directeur de Recherches CNRS, Génération et physique des rayonnements THz à l’Institut d’Électronique, de Micro-électronique et Nanotechnologies (IEMN) UMR CNRS 8520, France

INTRODUCTION

Points clés

Domaine : Techniques de communication sans fil

Degré de diffusion de la technologie : Emergence I Croissance I Maturité

Technologies impliquées : Semi-conducteurs, micro-nano électronique, opto-électronique

Domaines d’application : Communications sans fil, réseaux cellulaires, cœurs de réseaux

Principaux acteurs français (en lien avec les communications THz): Laboratoires de l’Université de Lille Nord Europe : Laboratoires IEMN, PhLAM, IRCICA, ST Microelectronics, CEA-LETI, Thalès (Liste non exhaustive (voir à la fin de l’article les laboratoires en lien avec le THz en général)

Pôles de compétitivité : Systematic Paris Région, Images et réseaux (Bretagne)

Industriels potentiels : Thalès R&T, ST Microelectronics, CEA-LETI, Infineon / IHP (Germany)

PMEs/Start-ups (Technologies THz en général) : MC2 Technologies, Lytid, Ti-Hive Technologies, Terakalis (France)

Autres acteurs dans le monde

Académiques :

Univ Stuttgart, Fraunhofer IAF Germany, Univ of Francfurt, Osaka School of Engineering, Brown School of Engineering, Univ Buffalo, Univ of Oulu (liste non exhaustive)

Entreprises :

VDI Inc (U.S.A.) Radiometer Physics (Germany), Rohde & Schwarz (Germany), ACST (Germany) (liste non exhaustive)

Contact : [email protected]

Connecter ultra-rapidement les utilisateurs mobiles est l’un des grands défis du XXIe siècle. Les réseaux de données sans fil sont soumis à une pression énorme sur le volume de données à livrer aux citoyens, et les approches conventionnelles ne suffisent plus. Dans un monde devenu hyper-connecté, les informations numériques doivent transiter à une vitesse augmentant sans cesse, depuis les réseaux sociaux jusqu’aux téléchargements ultra-rapides.

La pression de la demande des utilisateurs nomades implique une croissance considérable de la connectivité, de la densité et du volume du trafic de données. Ainsi, on prévoit des densités de trafic de plusieurs Terabits par seconde/km². Ces nouveaux usages, comme le streaming vidéo en haute définition (4K), les jeux en ligne, la réalité augmentée, bientôt les véhicules autonomes, la chirurgie à distance en temps réel, requièrent l’acheminement de masses de données, et entraînent des débits de plus en plus importants de par l’instantanéité des usages.

Face à ce besoin en connectivité sans fil, il devient urgent d’anticiper de nouvelles approches. Les technologies basées sur les ondes « Térahertz », ou ondes « T » peuvent apporter des solutions. Depuis les débuts des radiocommunications, la capacité des liens de transmissions n’a cessé d’augmenter et, avec l’avènement des transmissions en mode paquet de tous types de données, les réseaux de transports sans fil ont dû s’adapter et monter en bande passante. Le spectre électromagnétique étant saturé sur la plupart des fréquences déjà allouées, de nouvelles ressources fréquentielles sont en train d’être explorées. Ces fréquences, usuellement au-delà de 100 GHz, et plus particulièrement la gamme 200-320 GHz ont un potentiel applicatif pour les transmissions sans fils à très haut débit. Depuis les premières démonstrations de communications sans fil térahertz en laboratoire, les technologies ont beaucoup évolué et sont aujourd’hui principalement basées sur des briques de base à la fois électronique et photoniques.

Cet article passe en revue les éléments principaux associés aux communications THz, en se focalisant d’une part sur ces ondes, quelques-unes de leurs spécificités, les fréquences potentielles pour les communications, ainsi que les aspects composants et systèmes pour les transmissions. Un tour d’horizon des systèmes déjà démontrés en laboratoire ou en situation opérationnelle sera présenté en donnant les tendances potentielles à venir.

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KEYWORDS

wireless communication   |   optoelectronics   |   data transmission   |   Terahertz generation

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-s8165


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - TONOUCHI (M.) -   Cutting-edge terahertz technology,  -  Nature Photonics, 1(2), pp. 97-105 (2007).

  • (2) - Cisco -   Ressource en-ligne,  -  Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update (2017-2022). On-line: https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/white-paper-c11-738429.html

  • (3) - CHERRY (S.) -   Edholm’s law of bandwidth,  -  IEEE Spectrum. 41, 50 (2004).

  • (4) - AL NABOULSI (M.) -   Évolution fréquentielle de l’atténuation atmosphérique ;  -  https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00129081/file/Soutenance_these14.ppt

  • (5) - NAGATSUMA (T.), DUCOURNAU (G.), -RENAUD (C.C.) -   Advances in terahertz -communications accelerated by photonics,  -  Nature Photonics 10, 371-379 (2016). doi:10.1038/nphoton.2016.65 (2016).

  • ...

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

    VDI Inc USA

    http://www.vdicommunications.com/wireless-networks/

    RPG Radiometer Physics

    https://www.radiometer-physics.de/

    RODHE & Schwarz

    https://www.rohde-schwarz.com/fr/

    Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

    GDR NanoTERAMIR

    http://www.tera-mir.org/main/home

    Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

    Laboratoires français dans le domaine des THz en général :

    IEMN Villeneuve d’Ascq (université de Lille, CNRS)

    https://www.iemn.fr/

    PhLAM Villeneuve d’Ascq (université de Lille, CNRS)

    https://phlam.univ-lille.fr/

    IMS université de Bordeaux

    https://www.ims-bordeaux.fr/fr/

    ENS Paris-LPA

    http://www.lpa.ens.fr/

    LPCA Dunkerque (université Cote d’Opale)

    https://lpca.univ-littoral.fr/

    IES Montpellier

    https://www.ies.univ-montp2.fr/

    L2C Montpellier

    https://www.ies.univ-montp2.fr/

    LOA (Ecole Polytechnique)

    https://www.polytechnique.edu/fr/le-laboratoire-doptique-appliquee-loa

    IMEP-LAHC (Chambéry, université de Savoie Mont Blanc)

    https://imep-lahc.grenoble-inp.fr/...

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