Plusieurs antennes en une pour le futur des communications mobiles
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Une seule antenne capable d'émettre la même quantité d'informations qu'un système double : c'est la prouesse réalisée par les scientifiques de l’EPFL. Un résultat décisif pour le futur des communications mobiles.
Le nombre d'applications sans fil mobiles croît constamment et requière un débit d'information toujours plus élevé. Comment y faire face, sans pour autant augmenter la puissance? A l'heure actuelle, la technique MIMO (Multiple Input-Multiple Output) recourt à plusieurs antennes au niveau de l'émetteur et du récepteur. Implémentée de manière progressive dans les bornes wifi et prévue pour la future génération de téléphones portables, cette technique pose toutefois problème en termes de coût et d'intégration sur le hardware.
A l’EPFL, Julien Perruisseau-Carrier et ses collègues sont parvenus à transmettre deux signaux avec une même antenne. Des résultats qui ont fait l'objet d'une publication en début d'année. Le scientifique présentera également une partie de ses derniers résultats au début du mois de juillet, lors d'une présentation invitée à la conférence IEEE International Symposium à Chicago.
Les problèmes du système multi-antennes
Dans un système MIMO, les antennes doivent en général être placées à une certaine distance l'une de l'autre, ce qui complique l'insertion sur des supports mobiles et miniatures. Autre problème encore plus fondamental : chacune des différentes antennes émettrices doit avoir son propre dispositif d’encodage et d’amplification du signal. Or ce dispositif est à la fois coûteux et gourmand en énergie. Sa multiplication est donc problématique, surtout dans les appareils portables. 
Une antenne, deux signaux
En collaboration avec des chercheurs du Athens Information Technology, le groupe de Julien Perruisseau-Carrier a prouvé qu'une seule antenne pouvait simultanément émettre deux flux d’information, et transmettre deux signaux indépendants avec le même débit qu’une solution MIMO à deux antennes. Baptisé «Beam space MIMO», ce système permet de diviser par deux le nombre d'antennes requis.
Contrairement à ce que l’on pourrait penser, une antenne n’émet pas d'ondes de manière homogène et circulaire. La répartition du rayonnement de l’antenne dans l’espace est appelée «diagramme de rayonnement». Les chercheurs sont parvenus à décomposer ce diagramme en deux, permettant ainsi d’émettre de manière simultanée deux flux d’information distincts.
Autre avantage de cette technique, un seul dispositif d’encodage et d’amplification est requis, pour le premier signal. Le second n’est traité qu’en amont, puis utilisé pour décomposer le diagramme en deux. Il remplit ainsi une double fonction: il est à la fois porteur d’information, et permet la séparation du diagramme de rayonnement. «Cette technique permet de se passer d'une partie du hardware », indique Julien Perruisseau-Carrier. Une opération qui se révèle toutefois difficile et complexe. « L’un des plus gros défi est de faire en sorte que chacun des diagrammes soient le plus distinct possible, afin de pouvoir traiter correctement l’information.»
Les scientifiques sont parvenus à ce résultat grâce à une vision multidisciplinaire du problème. « Ce travail a nécessité de considérer à la fois le domaine des antennes, notamment reconfigurables, et celui du codage radio. Deux disciplines qui, malgré leur lien intime, sont malheureusement souvent traitées comme indépendantes, ce qui empêche ce genre de résultat novateurs », explique le chercheur. Pour l’heure, de nombreux aspects de cette nouvelle technologie sont à améliorer. Le scientifique et son doctorant Moshen Yousefbeiki travaillent notamment sur un nouveau prototype d'antenne beaucoup plus compact et adaptable à de petit support mobiles, tels que des téléphones portables, ou encore sur des antennes miniature utiles pour des applications médicales.