Une nouvelle vague de communication sans fil : la zone dynamique de la radio nationale

Jun 13, 2023

ISI dirige une initiative en partenariat avec la National Science Foundation (NSF), l'Idaho National Laboratory (INL) et l'Université de l'Utah (UoU) pour étendre l'accès au spectre à travers le pays

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Alors que le monde connaît des vagues d'innovation technologique sans précédent, les besoins en communication se multiplient. Entre nos smartphones, tablettes, ordinateurs et même montres connectées, il devient de plus en plus difficile pour les services de communication sans fil de répondre à la demande toujours croissante.

Chaque nouveau développement nécessite plus d'une ressource limitée qui rend possible la communication sur les voies aériennes, connue sous le nom de spectre électromagnétique. Plus nous innovons, plus nous avons besoin d'accès au spectre ou de bande passante.

Les scientifiques envisagent un avenir où nous communiquerons par le biais de la réalité virtuelle ou d'avatars, ce qui, vous l'aurez deviné, nécessiterait encore plus de bande passante pour fonctionner.

Voici le hic : ces services de communication sans fil sont également en concurrence avec des activités scientifiques, telles que la radioastronomie et la recherche sur le climat, pour l'accès au spectre. À l'heure actuelle, il n'y a tout simplement pas assez pour tout le monde.

La disponibilité limitée du spectre empêche littéralement les progrès de la science et le développement de communications plus rapides pour la société dans son ensemble.

Nous avons besoin d'une solution, et nous en avons besoin rapidement.

Alefiya Hussain de l'Institut des sciences de l'information (ISI) de l'USC Viterbi, Arupjyoti Bhuyan du Laboratoire national de l'Idaho (INL) et Robert Ricci de l'Université de l'Utah (UoU) collaborent sur une proposition connue sous le nom d'Initiative de spectre avancé pour la recherche et l'expérimentation (ASPIRER).

ASPIRE cherche à créer cette disponibilité de bande passante à travers un projet parrainé par la National Science Foundation (NSF) connu sous le nom de Spectrum Innovation Initiative : National Radio Dynamic Zones (SII-NRDZ). L'objectif de SII-NRDZ est de résoudre ces problèmes par le partage dynamique du spectre.

Le programme SII-NRDZ soutient des propositions de projets prometteurs de chercheurs en partage de spectre avec un financement. ASPIRE a reçu un prix Engineering and Execution Lead de la NSF et a ensuite été lancé il y a quelques mois à peine en janvier.

Le projet s'articule autour de zones radiodynamiques : des zones délimitées géographiquement capables de réguler et de contrôler de manière autonome l'énergie électromagnétique entrant ou sortant des paramètres.

Alefiya Hussain, chercheuse principale à l'ISI, a déclaré que le plan consiste à utiliser des zones dynamiques radio désignées comme sites de test pour expérimenter le partage dynamique du spectre par le biais d'essais sur le terrain, et à rechercher des moyens pour que "plusieurs entités puissent coexister harmonieusement". En d'autres termes, l'équipe trouve de nouvelles façons de répondre aux besoins des groupes commerciaux et scientifiques en même temps.

"La zone dynamique radio crée essentiellement ces espaces d'expérimentation pour les bancs d'essai qui nous permettent d'étudier ce qui est une bonne combinaison de multiplexage de fréquence ou de multiplexage temporel dans l'espace spectral pour pouvoir l'utiliser efficacement", a-t-elle déclaré.

Les États-Unis se sont attaqués à la gestion de l'accès au spectre par la création d'un tableau d'attribution qui segmente, en codes de couleurs, les fréquences appartenant à chaque service. Cela a fonctionné pendant des décennies, mais maintenant que nous utilisons tout le spectre, il est essentiel de lisser les inefficacités du graphique pour ouvrir davantage d'accès.

Par exemple, avec le graphique, un service individuel ne peut fonctionner qu'à l'endroit indiqué, ce qui, selon Hussain, peut être un gaspillage car l'accès au spectre disponible est souvent laissé inutilisé.

"Traditionnellement, une entité recevait ce spectre, et elle seule l'utilisait. Il y avait de nombreuses fois où ils ne l'utilisaient pas, mais comme personne d'autre n'était autorisé à l'utiliser, il est gaspillé avec ce type de mécanisme d'allocation fixe " elle a expliqué.

L'objectif, a-t-elle déclaré, est d'avoir une "allocation plus dynamique et flexible" afin qu'un jour, la carte puisse être remplacée par une zone dynamique radio autorégulée qui à la fois alloue l'accès au spectre plus efficacement et le redistribue pour répondre aux besoins immédiats.

Les États-Unis ont actuellement une National Radio Quiet Zone (NRQZ) en Virginie où la radioastronomie a lieu. Cela protège les activités expérimentales qui doivent capter de minuscules signaux d'astronomie contre les interférences. Hussain a déclaré que le NRQZ est essentiellement un "aspirateur radio" où l'utilisation de tout type d'appareil sans fil - via les téléphones, le Bluetooth, le WiFi et d'autres moyens - est interdite.

Le NRQZ crée un espace pour l'expérimentation passive, tandis que le NRDZ permettrait une expérimentation active.

Pensez-y de cette façon : vous êtes dans une pièce avec un grand groupe de personnes qui parlent fort entre elles. Le scénario NRQZ consiste à faire taire tout le monde à proximité afin que vous puissiez entendre les conversations au loin. Alternativement, le deuxième scénario (NRDZ) est si vous pouviez écouter chaque conversation en cours en partageant efficacement l'espace, afin que tout le monde puisse parler au bon moment.

Après avoir expérimenté des essais régionaux sur le terrain et découvert ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas, l'objectif global est de prendre les informations recueillies à partir de tests rigoureux pour créer une installation d'expérimentation nationale permanente, quelque part aux États-Unis.

La NRDZ s'attaquerait à la coexistence et maximiserait l'utilité grâce au partage dynamique du spectre, tout en ouvrant une nouvelle voie pour soutenir la prochaine génération de science du spectre grâce à l'expérimentation active.

La personne moyenne verrait une amélioration de la vitesse et des capacités de communication de ses appareils tandis que la communauté scientifique gagnerait en bande passante pour ses projets de pointe. C'est un gagnant-gagnant.

La nouvelle science rendue possible avec le spectre comprend la radioastronomie et la télédétection, qui, selon Hussain, impliqueront des progrès dans les sciences de l'environnement, telles que la surveillance du climat dans les zones urbaines qui pourraient aider les scientifiques à "observer des phénomènes qu'ils n'avaient pas observés auparavant".

Hussain a noté que la NRDZ vise à fournir "de plus grandes protections pour les télescopes de la prochaine génération" qui sont actuellement construits et qui seront déployés à l'avenir. Ces télescopes sont très sensibles et nécessitent cette innovation spectrale.

Le projet en est encore à ses débuts. En fait, l'équipe est actuellement en phase I de conception d'essais sur le terrain. La phase II consiste à mener effectivement les essais dans les zones dynamiques radio régionales.

Le tableau d'attribution du spectre, bien qu'il ait bien fonctionné au cours des 20 dernières années, n'est plus en mesure de répondre aux demandes de communication sans fil de la société. Nous avons un besoin urgent d'une nouvelle méthode plus efficace de gestion du spectre, et la zone dynamique radio nationale pourrait être exactement ce que le médecin a prescrit.

La tâche qui nous attend n'est pas une tâche facile, mais les implications ont le potentiel de transformer les solutions de spectre pour le mieux. Hussain a déclaré que le projet "nécessitera non seulement un soutien technologique, mais également un soutien législatif pour inclure également des percées dans les sciences économiques, sociales et comportementales".

Il semble que dans ce cas, Platon aurait pu avoir raison - la nécessité est en fait la mère de l'invention. La société a besoin d'une meilleure capacité de partage du spectre - ASPIRE se propose de la créer.

Publié le 30 mai 2023

Dernière mise à jour le 30 mai 2023