Les communications sans-fil à Polytechnique: vers un avenir branché et vert Jean-François Frigon, professeur agrégé Génie électrique École Polytechnique de Montréal

Omniprésence des systèmes micro-ondes

Croissance des communications sans-fil Télécommunications au Canada: Revenus de 57.4 Milliards $ en 2010 4.6% du PIB en 2010 Télécommunications sans-fil: Croissance annuelle du nombre d’utilisateurs de 8.5% en 2010 Croissance annuelle des revenus de 9.1% de 2006 à 2010 Augmentation annuelle du trafic prévue de 78%

Défis pour la recherche Spectre électromagnétique est rare et coûteux: 4.5 Milliards $ en 2008 pour 110 MHz Amélioration de l’efficacité spectrale (nombre de bits pouvant être transmis par unité de bande passante) Gestion des interférences Utilisation de tout l’espace électromagnétique disponible Trafic multimédia: Gestion de différents besoins en qualité de service Augmentation des exigences de fiabilité Augmentation des coûts de l’énergie: Techniques diminuant les émissions et la consommation d’énergie

Systèmes MIMO Utilisation de plusieurs antennes de transmission et réception pour augmenter l’efficacité spectrale Pas d’augmentation de puissance de transmission ou d’ondes électromagnétiques émises

MIMO Multi-usagers avec QoS Transmission simultanée vers plusieurs usagers Diversité multi-usagers: augmentation de l’efficacité spectrale Recherche sur l’allocation de ressources optimale pour OFDMA-SDMA Applications dans LTE et WiMAX Amélioration de l’efficacité spectrale  Réduction des émissions électromagnétiques

MIMO Multi-usagers Internet: 2% des émissions de CO2 Communications mobiles: secteur en expansion avec émissions de 178 Mtonnes de CO2 prévues en 2020 Réduction de la puissance requise par usagers  Réduction des coûts d’énergie Réduction des émissions de CO2 de 32 Mtonnes par année Projet avec Prof. Brunilde Sansò

Systèmes de communications sans-fil MIMO à antennes reconfigurables Utilisation d’une antenne planaire à onde de fuite CRLH dans un système de communications sans-fil Configuration du diagramme de rayonnement en temps réel pour optimiser la performance Transfert technologique: subventions MDEIE, I2I et compagnie en démarrage (Sciswave) Projet de recherche avec Prof. Christophe Caloz

Systèmes de communications sans-fil MIMO à antennes reconfigurables Dynamic & directional CRLH LWAs Static & omni-directional antennas Unreliable link Low data rates = Impaired user experience Data rate ↑↑ Directive LWAs  Power gain ↑ Dynamic scanning  Reliability ↑ MIMO  Channel diversity ↑ CRLH e-LWA prototypes

Conditions de mesure Rx Omni configurations Vertical Orthogonal Back-to-back Side-by-side Tx L2 Rx eLWA configurations Back-to-back Orthogonal Side-by-side Rx 46feet NLOS TxL2 TxL4 TxL1 TxL3 Tx L1 Tx L3 30cm 6-10 Rx positions 60cm Tx L4

Amélioration de performance RX L2 L4 L1 L3 46feet NLOS 3.2X

Amélioration de performance

Perspective énergétique Diminution du nombre d’AP et du temps de transmission  Réduction des émissions de CO2

Systèmes de communications avec relais Relais permettent de: Joindre des usagers ne recevant pas le signal de la BS Augmenter le débit des usagers éloignés Améliorer la fiabilité Réduction des coûts de déploiement et d’énergie

Sélection de relais opportuniste

Relais MIMO Amélioration de l’efficacité spectrale en fonction du nombre de relais et d’antennes

Gestion des interférences Alignement des interférences dans un réseau cellulaire permet d’améliorer l’efficacité spectrale

Radios cognitives Vastes portions du spectre alloué mais non-utilisé: opportunités pour déployer des réseaux secondaires

Radios cognitives Réseaux de radios cognitives exploitent le spectre alloué non-utilisé pour déployer de façon opportuniste des réseaux de communications

Radios cognitives Radios cognitives permettent d’améliorer la fiabilité Concept de fiabilité différentielle peut être exploité Projet avec Prof. Brunilde Sansò

Radios cognitives Modélisation du trafic permet de mieux comprendre les performances et de développer des algorithmes de contrôle performants

Conclusion Besoins: Services de communications sans-fil à haut débit et fiable Réduction des coûts d’énergie Réduction des émissions Solutions développées dans les travaux de recherche à l’École Polytechnique de Montréal: Amélioration de l’efficacité spectrale Augmentation des débits de transmission Amélioration de la fiabilité Réduction des temps d’émission et de l’énergie requise