Juste avant le MWC 2017, IBM Research et Ericsson ont développé une gamme d'antennes compactes capables, selon les deux entreprises, de relayer des signaux radio haute fréquence vers des appareils mobiles, à des distances beaucoup plus lointaines que ne le permet la technologie 5G. L'intégration de la puce dans du silicium leur a permis de réduire son épaisseur et sa consommation d’énergie et rend le produit commercialement viable. Les opérateurs attendent des réseaux 5G des débits de données cellulaires de l’ordre de plusieurs gigabits par seconde, soit bien plus que les services 4G/LTE actuels. Ils en attendent également plusieurs avantages comme une consommation d'énergie moins importante, une latence plus faible et la capacité de servir simultanément un nombre plus beaucoup élevé de dispositifs. Mais, avant de développer ces réseaux, les opérateurs auront besoin d'un équipement pas trop onéreux qui garantisse une rentabilité suffisante.

Selon IBM Research et Ericsson, le pack de 64 antennes annoncé aujourd’hui rapproche la 5G de sa phase de commercialisation. Dans le cadre d'un projet mené conjointement pendant deux ans, les chercheurs d’IBM et d’Ericsson sont parvenus à intégrer les composants d’un module d'antenne avec des amplificateurs de puissance dans un circuit intégré (CI) unique. Ils ont ensuite regroupé quatre circuits intégrés et 64 antennes en silicium solide dans un pack de 7 cm de côté. Les dimensions du module répondent aux lois de la physique et sont contraintes par la taille minimum des antennes. « Mais, l’intégration d'autres composants dans un circuit intégré a permis de réduire l’épaisseur du pack, d’améliorer sa ventilation et son efficacité », a déclaré Hakan Andersson, directeur produits 5G chez Ericsson. Ces packs pourront être installés dans de petites stations cellulaires qui utilisent des fréquences dans la bande des 28 GHz, l'une des nombreuses bandes d'ondes millimétriques sur laquelle s’appuie la 5G. Les ondes millimétriques ne sont pas nécessaires partout, mais elles pourraient servir dans les espaces intérieurs et les zones urbaines encombrées.

Un module multiphase 

Normalement, la distance de propagation de ces signaux haute fréquence est assez courte, mais des technologies émergentes, comme ce module développé par IBM et Ericsson, peuvent concentrer ces signaux en faisceaux et les diriger vers les dispositifs des utilisateurs. Selon les deux entreprises, leur système est le plus précis du genre. Il est assez rapide pour connecter des appareils transportés par les utilisateurs ou pour suivre des voitures circulant sur une autoroute. « Les smartphones 5G et d'autres appareils mobiles ne disposeront probablement pas de 64 antennes, mais ils pourront capter les faisceaux avec un plus petit nombre d'antennes », a précisé Hakan Andersson.

Le réseau d'antennes d'IBM et de Ericsson peut changer d’orientation en 200 microsecondes et moins, et il utilise la double polarisation pour envoyer des signaux dans deux directions à la fois, de façon à atteindre un plus grand nombre d'appareils. « Mais il n'y a aucune pièce mobile dans le système. Celui-ci change la phase de chaque antenne électroniquement pour modifier la direction du signal », a expliqué Alberto Valdes-Garcia, chercheur d’IBM Research et directeur de RF Circuits and Systems Group.

En avant première à l'International Solid State Circuits Conference

Jusqu'à présent, les réseaux cellulaires n'ont jamais utilisé de fréquences supérieures à 6 GHz. Plusieurs bandes plus élevées, y compris celles situées autour des 24-27GHz, des 38 et 70 GHz, ainsi que la fréquence de 28 GHz, ont plus de bande passante disponible que les bandes cellulaires actuelles de fréquence inférieure. Ces bandes permettent d’augmenter la capacité, ce qui signifie qu’un plus grand nombre d'appareils peut bénéficier d’un service plus rapide. « Les principes sur lesquels est basé le développement de ces nouveaux circuits imprimés peuvent être appliqués à d'autres fréquences d'ondes millimétriques », a encore déclaré Valdes-Garcia.

La technologie sera dévoilée aujourd’hui lors de l'International Solid State Circuits Conference (ISSCC) qui se tient du 5 au 7 février à San Francisco. Les packs 28 GHz devraient être utilisés dans des relais cellulaires qui seront testés plus tard cette année. Le déploiement commercial à grande échelle des réseaux 5G ne démarrera pas avant 2020.