L'Université Tsinghua développe des communications à faible puissance basées sur les SIF et l'IA pour la 6G

​Exploration de Massive MIMO pour la 6G

​Le MIMO (Massive Multiple Input-Multiple Output) est l’une des techniques les plus importantes utilisées dans la 5G, car il utilise des centaines d’antennes pour atteindre un débit de données élevé de plusieurs Gbps. Pour obtenir une augmentation de 10 fois du débit de données qui pourrait être nécessaire pour la 6G, le MIMO massif est en train d'évoluer vers le MIMO ultra-massif (UM-MIMO) avec des milliers d'antennes, voire plus.

​

​L’un des défis clés de la 6G UM-MIMO est les exigences de consommation d’énergie inabordables. Les systèmes UM-MIMO existants utilisent généralement des tableaux en phase qui nécessitent de nombreux modules émetteurs-récepteurs et décalageurs de phase, ce qui entraîne une consommation d'énergie matérielle très élevée. De plus, avec une augmentation significative du nombre d’antennes et de la vitesse de données requise, la consommation d’énergie de calcul augmentera considérablement. 

​

​Création d'un système de communication à faible puissance

​

​Pour relever ce défi, en optimisant conjointement le matériel et les logiciels, nous développons un système de communication basse puissance basé sur des surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) et une intelligence artificielle (AI) pour la 6G. 

​

​Pour le matériel, nous remplaçons le tableau en phase à faim de puissance par un RIS à faible puissance pour réduire la consommation d’énergie du matériel. Contrairement à un tableau en phase qui utilise des décalageurs de phase et des antennes séparés, le RIS intègre les décalageurs de phase et le module d'antenne. Il se compose de milliers de métamatériels de sous-ondes de faible puissance. Il existe suffisamment d’expériences pour démontrer que les RIS peuvent générer des faisceaux à haut gain avec une faible consommation d’énergie. Dans notre système développé, un RIS à 256 éléments est utilisé à la station de base pour remplacer le tableau en phase. De plus, un RIS à 2 304 éléments est utilisé comme relais pour faciliter la communication avec une puissance de transmission réduite.

^{Figure 1 : 2 304 éléments RIS du côté relais.}

​Pour les logiciels, nous avons développé une conception de transmission basée sur l’IA pour réduire la consommation d’énergie de calcul. Un seul module de traitement du signal basé sur un réseau neuronal est utilisé pour remplacer les modules de traitement du signal complexes traditionnels, y compris la modulation, la démodulation, le codage de voies, le décodage, etc.

​Ces solutions matérielles et logicielles ont été implémentées sur la plate-forme de communication à ondes millimétriques de NI pour démontrer les solutions potentielles à faible puissance pour la 6G.

^{Figure 2 : Constellation des communications basées sur l'IA.}

​Étapes suivantes

​À l’avenir, nous nous concentrerons sur les communications de faible puissance avec un tableau d’antennes à très grande échelle (ELAA), où la propagation proche du champ doit être envisagée. Plus précisément, nous concevrons et implémenterons des techniques de transmission proche champ pour les ELAA avec plus de 1000 antennes.

Références

M. Cui, Z. Wu, Y. Chen, S. Xu, F. Yang et L. Dai, « Demo: Low-power communications based on RIS and AI for 6G », dans Proc. IEEE ICC 2022, mai 2022. (Prix de démo exceptionnel IEEE ICC 2022)