Citation de SeeSoon le 4 février 2023, 13h15

mmWave ou  bande millimétrique qui s’étend de 30 à 300 gigahertz (GHz) et se situe entre les bandes de super haute fréquence et d’infrarouge lointain, dont la partie inférieure est la bande térahertz.

Les ondes radio dans cette bande ont des longueurs d’onde de dix à un millimètre; ainsi, le rayonnement dans cette bande est appelé ondes millimétriques, parfois abrégé MMW ou mmWave.

La désignation de l’Union internationale des télécommunications (UIT) pour cette bande de fréquences radio est « extrêmement haute fréquence » (EHF).

Il existe plusieurs utilisations pour mmWaves, y compris les communications, les radars à courte portée, les capteurs et les scanners de sécurité aéroportuaire. Diverses parties de la bande mmWave sont utilisées dans des applications telles que :

• L’attribution passive non exclusive de fréquences de l’UIT à 57-59,3 GHz est utilisée pour la surveillance atmosphérique dans les applications de détection météorologique et climatique et est importante à ces fins en raison des propriétés d’absorption et d’émission d’oxygène dans l’atmosphère terrestre.
• Réseaux personnels sans fil (WPAN) IEEE 802.15 définis pour fonctionner dans la plage de 57 à 66 GHz.
• Le réseau métropolitain sans fil (WMAN) IEEE 802.16, également connu sous le nom de WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), est défini comme fonctionnant dans la bande de 10 à 66 GHz.
• Système sans fil Gigabit multiple (MGWS) IEEE 802.11ad à 60 GHz.
• Télécommunications cellulaires 5G dans les bandes de 24 à 39 GHz.
• Le radar à ondes millimétriques est utilisé dans les radars de conduite de tir à courte portée dans les chars et les avions et les canons automatisés sur les navires de guerre pour abattre les missiles entrants.
• La police de la circulation utilise des pistolets radar à détection de vitesse dans la bande Ka (33,4 à 36,0 GHz).
• Les vêtements et autres matériaux organiques sont transparents aux ondes millimétriques de certaines fréquences. Une application récente a été les scanners pour détecter les armes et autres objets dangereux transportés sous les vêtements pour des applications telles que la sécurité des aéroports.

L’atténuation des ondes millimétriques a des inconvénients et un avantage

mmWave se propage uniquement par des trajets en ligne de visée. L’ionosphère ne les réfléchit pas, et ils ne voyagent pas le long de la Terre comme le font les ondes de sol comme le font les ondes radio à basse fréquence. À des densités de puissance typiques, ils sont bloqués par les murs des bâtiments et subissent une atténuation importante en traversant le feuillage.

L’absorption par les gaz atmosphériques est un facteur important dans toute la bande et augmente avec la fréquence. Cependant, il est maximal à quelques raies d’absorption spécifiques, principalement l’oxygène à 60 GHz et la vapeur d’eau à 24 GHz et 184 GHz.

Aux fréquences dans les « fenêtres » entre ces pics d’absorption, les ondes millimétriques ont beaucoup moins d’atténuation atmosphérique et une plus grande portée, de sorte que de nombreuses applications utilisent ces fréquences. Cependant, les ondes millimétriques souffrent toujours de la propagation en visibilité directe et d’autres limitations.

 

Les gouttes de pluie sont à peu près de la même taille que les longueurs d’onde en mm, de sorte que les précipitations provoquent une atténuation supplémentaire en raison de la diffusion (appelée décoloration de la pluie) ainsi que de l’absorption. La perte élevée d’espace libre et l’absorption atmosphérique limitent considérablement la propagation utile.

C’est un plus pour le développement de réseaux de communication à haute densité, tels que la 5G et les WPAN, car il permet une meilleure utilisation du spectre grâce à la réutilisation des fréquences sur des zones géographiques relativement petites.

La bande passante élevée et les courtes distances de transmission de mmWave le rendent également utile pour des applications telles que la transmission sans fil à courte distance de vidéos ultra-haute définition et les communications à partir de petits appareils IoT de faible consommation. La distance de propagation limitée et les débits de données élevés devraient rendre mmWave utile pour les communications entre véhicules autonomes.

mmWaves et 5G

Compte tenu des capacités de mmWaves à fournir des communications à faible latence et à large bande passante sur de courtes distances, l’UIT a défini les trois principaux scénarios d’utilisation de la 5G suivants:

• Haut débit mobile amélioré (eMBB) pour faire face à des débits de données considérablement accrus, à une densité d’utilisateurs élevée et à une capacité de trafic très élevée pour les scénarios de hotspot et aux scénarios de couverture transparente et de mobilité élevée avec des débits de données encore améliorés. eMBB peut prendre en charge plusieurs cas de sous-utilisation, notamment le bureau/jeu dans le cloud, la réalité virtuelle/augmentée (VR/AR) et la vidéo tridimensionnelle/ultra-haute définition (3D/UHD).
• Communications massives de type machine (mMTC) pour l’IoT, nécessitant une faible consommation d’énergie et de faibles débits de données pour un très grand nombre d’appareils connectés. mMTC peut fournir une communication à longue portée avec une efficacité énergétique et un accès asynchrone. De telles fonctionnalités conviennent très bien aux appareils de faible puissance en quantité massive.
• Communications ultra-fiables et à faible latence (URLLC) pour répondre aux applications critiques pour la sécurité et la mission, telles que l’automatisation industrielle et la robotique, la conduite autonome, la livraison par drone et l’assistance médicale à distance.

La structure de trame 5G agile proposée montre des résultats prometteurs pour les exigences de latence URLLC en utilisant différents intervalles de temps de transmission (TTI) pour URLLC et eMMB afin de répondre à leurs efficacités spectrales souhaitées (SE). Par exemple, le trafic URLLC peut être planifié sur une durée TTI plus petite pour atteindre son objectif de faible latence, et le trafic eMBB peut être programmé avec une longue durée TTI pour maintenir ses exigences SE extrêmes.

Les applications axées sur URLLC nécessitent une livraison de données de bout en bout avec fiabilité, sécurité et latence minimale prises en charge par la technologie mmWave. L’UIT a fixé des exigences spécifiques en matière de qualité de service (QoS), telles qu’une latence de l’interface radio de 1 ms et une fiabilité du système de 99,999 % pour les URLLC. Ces exigences de qualité de service pour URLLC pour les applications sélectionnées sont indiquées ci-dessous :

Alors que cette FAQ se concentrait sur les ondes millimétriques, la 5G se compose de deux bandes de fréquences distinctes; FR1 est principalement des bandes LTE réutilisées et des bandes FR2 dans la région mmWave. En conséquence, la 5G dans les fréquences FR1 peut être des architectures RF comme celles actuellement utilisées dans les téléphones cellulaires LTE, Bluetooth et appareils similaires. La section FR1 des appareils 5G pourra utiliser des architectures de modulation/démodulation RF similaires et des frontaux analogiques similaires. Ils ne seront pas identiques car la 5G aura plus de bande passante que le LTE. Mais l’augmentation de la bande passante peut être prise en charge avec des technologies assez similaires. La deuxième partie de cette série de FAQ en trois parties examinera : « Qu’est-ce que la chaîne de signaux RF/mmWave 5G ? » La série se terminera par un regard sur « les antennes mmWave et la gestion des antennes pour la 5G ».

Références:

5G Ultra-fiable Low-Latency Communication Implementation Challenges and Operational Issues with IoT Devices, MDPI
Extrêmement haute fréquence, Wikipedia
mmWave réalise des télécommunications haute vitesse de classe Gigabit, capteurs Fujikura
mmWave, Texas Instruments