Utilisateur:Fredychallita/Brouillon

%Enrichissement de l'article 5G / partie ondes millimétriques

%Ondes millimétriques et MIMO massif ou Massive MIMO

% Ebauche efficacité spectrale

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Efficacité spectrale

En transmissions numériques, l'efficacité spectrale η se définit comme étant le rapport entre le débit binaire(en bit/s) et la bande passante (en Hz). Nous pouvons aussi dire c'est le nombre de données binaires envoyés sur le canal de communication par ressource temps-fréquence ( par accès au canal ou channel use)

L'efficacité spectrale d'une modulation se définit par le paramètre :

• η=D /B

et s'exprime en "bit/seconde/Hz". La valeur D est le "débit binaire" (en bps) et B (en Hz) est la largeur de la bande occupée par le signal modulé. Pour un signal utilisant des symboles Maires, on aura :

• η=(1/T.B)* log₂(M) avec M le nombre d'états possibles dans le diagramme de constellation de système de communication ( ou valence ) et n = log₂(M) représente le nombre de bits/symbole à transmettre.
• [η] = bit/sec/Hz. Remarquons que pour B et T donnés, l'efficacité spectrale augmente, comme on pouvait s'y attendre, avec le nombre de bit/symbole (n = log₂M). C'est la raison d'être de la modulation M-aire

Importance de l'efficacité spectrale

Afin d'augmenter les débit binaires (enjeu très vital dans les nouveaux systèmes de télécommunications sans-fil), deux solutions principale se proposent ( à part la qualité du canal et la puissance de transmission utilisée) :

• Augmenter la bande passante du système ce qui n'est pas évident vu l'épuisement du spectre de fréquences et surtout dans le cadre de l'émergence de l'internet des objets et la cinquième génération des réseaux mobiles.
• Améliorer l'efficacité spectrale à travers plusieurs technologies dont la plus fameuse est la transmission sur plusieurs antennes ou MIMO.

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Techniques

Le 12 mai 2013, Samsung a annoncé avoir testé pour la première fois avec succès des techniques de sa future offre de réseau 5G qu'il prévoit pour 2020, avec des débits de données de 1 Gbit/s (1 gigabit par seconde) et allant dans le futur jusqu'à 10 Gbit/s. En 2015, le Centre de l’université du Surrey, en Grande-Bretagne, a annoncé avoir réussi à atteindre un débit d'1 Tbit/s (1 térabit par seconde, soit 125 Go/s) sur des fréquences au-dessus de 6 GHz. La même année, le centre mathématiques et algorithmiques de Huawei à Paris propose 5 technologies démontrant des débits compatibles avec les pré-requis de la 5G: Le F-OFDM (Filtered OFDM) pour la forme d'onde, le SCMA (Sparse Code Multiple Access) pour la technique d'accès, les codes polaires (pour le codage des différents types de paquets), le Massive MU-MIMO (pour le système d'antennes avec des techniques de précodages non-linéaires) et enfin le full duplex radio (qui combine les modes TDD et FDD). L'ensemble de ces technologies ont permis de démontrer lors d'essais outdoor à Chengdu avec NTT DOCOMO en Chine en octobre 2015 des efficacités spectrales downlink de 50 bit/s/Hz et une capacité du nombre de liens multiplié par 3 en uplink sur des fréquences en dessous de 6 GHz.

F-OFDM

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (novembre 2016).

La technologie F-OFDM constitue un socle pour la création d'une interface radio ultra-flexible et capable de s'adapter parfaitement aux types d'utilisation de la 5G définis par l'UIT-R, à partir d'une plate-forme unique de technologie radio. Elle permet à plusieurs numérologies d'interface radio concurrentes et à la structure de base d'assurer la fourniture de services très divers. Grâce au F-OFDM, le système 5G est paré pour l'avenir et sera en mesure de satisfaire aux exigences des services innovants émergents. D'après les résultats des tests, la technologie F-OFDM peut augmenter le débit du système de 10 %, en utilisant les bandes de garde du système LTE. De plus, le F-OFDM prend en charge les transmissions asynchrones en provenance de différents utilisateurs. Des récents tests ont montré que cette solution assurera une augmentation de 100 % du débit du système par rapport au système LTE, dans le cas de services mixtes utilisant la même porteuse avec plusieurs numérologies d'interface radio.

SCMA

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (novembre 2016).

Le SCMA, quant à lui, est conçu pour prendre en charge des connexions massives et améliorer le débit du système, tout en optimisant la conception des listes de code SCMA et la modulation multidimensionnelle. Il est également possible d'envisager une optimisation de l'allocation de puissance entre les différentes couches SCMA, notamment en débit descendant, afin d'améliorer le débit global du système. Selon les résultats des tests récents, le SCMA permet d'accroître le nombre de connexions ascendantes de 300 %, tout en augmentant jusqu'à 80 % le débit descendant du système.^{[réf. nécessaire]}

Codes Polaires

Les Codes Polaires assure l'allocation des informations vers des emplacements de données d'une haute fiabilité au sein de la structure du code, afin de transmettre des informations utilisateurs particulièrement importantes. Il prend également en charge le codage de canal d'un débit de code avec une construction de code adaptée permettant de répondre aux exigences des futurs services. Les tests ont démontré que le Polar Code assure une optimisation du codage de 0,5 dB à 2,0 dB comparativement au Turbo code utilisé dans le système LTE.

MU-MIMO

Lors du test de Huawei, le système multi-utilisateur MIMO (MU-MIMO) a pris en charge jusqu'à 24 utilisateurs et 24 couches de transmission parallèles sur une même ressource temporelle de fréquence. Les tests ont démontré que le système MU-MIMO peut atteindre un débit moyen de 3,6 Gbit/s par cellule sur une bande passante de 100 MHz, soit près de 10 fois les performances obtenues avec un système de base LTE. L'essai a confirmé l'intégration optimale de ces nouvelles technologies radio, ainsi que le potentiel des technologies flexibles d'interface radio 5G. Ces tests ont également été l'occasion de procéder à une évaluation des risques techniques, qui vient étayer le travail actuel de normalisation du 3GPP.

Full-duplex

Le mode full-duplex a fait l'objet de tests lors de la première phase des essais 5G. D'après les premiers tests, ce mode permet la transmission et la réception simultanées des données au niveau de la station de base, avec trois niveaux de technologie en cascade, à savoir l'annulation analogique passive, l'annulation analogique active et l'annulation digitale. Les tests ont prouvé que le Full-Duplex peut permettre d'optimiser l'annulation des auto-interférences de plus de 113 dB en situation réelle, ce qui assure une augmentation de 90 % du débit du système par rapport aux modes half-duplex traditionnellement utilisés.

Ondes millimétriques en 5G

Nous donnons le nom d'ondes millimétriques à toutes les composantes présentes dans le spectre de fréquence entre 30 et 300GHz. Les ondes millimétriques font partie des ondes radio. L'utilisation d'ondes millimétriques est jusqu'à présent restreinte aux applications indoor . L'une des raisons de cette restriction repose sur le fait que les ondes millimétriques subissent le plus l'atténuation, path loss ou affaiblissement de propagation. Vu que la formule de Friis (le calcul peut être établi ici) indique que les pertes de propagation en espace libre sont directement proportionnels à la fréquence, l'utilisation des ondes millimétriques en outdoor pose un challenge important. Le terme millimétrique met en relief l'aspect longueur d'onde.

Spectre électromagnétique et bandes de fréquences associée

Importance dans le cadre de la cinquième génération

1. Larges bandes possibles en hautes fréquences : ce point est important dans le cadre de la 5G vu la croissance dans la demande de hauts débits. L' Ultra Wideband, une technique appliquée dans les communications sans fil et permet des taux de transfert de données élevés et demandés en 5G
2. Spectre électromagnétique relativement disponible. Vu l'épuisement des ressources fréquentielles, les bandes de fréquences allouées forment un débat important. La question se pose également pour la 5G ou les bandes utilisés ne sont pas encore définis et les bandes millimétriques peuvent être considérer comme solution possible.
3. Cette technologie peut être utilisée pour une transmission de données avec un débit élevée en utilisant une modulation de faible ordre, ce qui permet de mapper moins de bits / symboles. Les schémas de modulation à faible ordre consomment moins de puissance, réduisent la complexité et économisent sur le coût associé. Ces avantages sont vitale dans le cadre de la 5G.

Domaines d'utilisation

L'utilisation de cette bande a été proposée pour de nombreuses applications, y compris le transfert de données à haute vitesse, l'imagerie radar, le security screening, l'identification des substances ainsi que beaucoup d'autres.

Tableau récapitulatif des techniques 5G

Les futures générations de réseaux mobile 5G^{[réf. nécessaire]} Génération Acronyme Description Version des normes 3GPP Intitulé Débit indicatif (download) en bit/s

(théorique/pratique/usuel) 5G IMT-2020 / LTE - B Génération de téléphonie mobile 5G pas encore normalisées Long Term Evolution Advanced (LTE - B) 50 Gbit/s à l'arrêt / - / -