mmWSounder

Description de l’action d’innovation «mmWSounder»

Conception et exploitation d’un sondeur de canal massive MIMO à 60 GHz pour la 5G et le WIFI

1er novembre 2019 – 31 décembre 2020

 

 

mmWSounder est une action d’innovation permettant de valoriser les résultats du projet  M5HESTIA.

Le consortium du projet mmWSounder est le même que celui du projet M5HESTIA.

Il est constitué de partenaires académiques financés par CominLabs : l’IETR (Université de Rennes 1, INSA Rennes, CNRS) et le Lab-STICC (IMT Atlantique) et de partenaires externes non financés : l’IRT b<>com et le groupe ORANGE.

1. Résumé des Principaux résultats obtenus par M5HESTIA

Les principaux résultats obtenus par le projet M5HESTIA sont pour chaque grande thématique :

  • Antennes et architecture RF : un système d’antennes modulaire et flexible, avec ou sans réseau transmetteur (lentille) :
    • Avec le réseau transmetteur : un sondeur de canal long-range (outdoor) avec beamforming analogique et numérique, grâce au gain apporté par le réseau transmetteur,
    • Sans le réseau transmetteur : un sondeur de canal short range (indoor) avec un beamforming 100% numérique
    • Système antennaire (réseau transmetteur et source primaire) adaptable sur le système b<>com
  • Propagation et modèle de canal
    • Etude sur les techniques de tracking (canaux mobiles) et sur la modélisation du canal MIMO mmW
    • Simulateur déterministe de canaux millimétriques PyLayers https://github.com/pylayers, validé par les mesures de l’université d’Aalto (Finlande)
  • Algorithmie : optimisation des systèmes hybrides (répartition entre les traitements analogiques et numériques)
    • Analyses de performances systèmes sur canaux géométriques : formation de faisceaux par vecteurs directionnels, allocation de ressources et groupement d’utilisateurs, application aux modulations spatiales,
    • Etudes théoriques de capacité sur canaux géométriques : rigidification de canal, représentation parcimonieuse large
  •  Démonstrateur b<>com
    • Grâce aux éléments fournis par le projet (antennes et front-ends) : conception d’un démonstrateur à base de beamsteering (séparation analogique de 2 flux indépendants dans des bandes de 2GHz, avec une 256 QAM et un codage LDPC).
2. Pourquoi une action d’innovation ?

A la fin du projet M5HESTIA, outre les nombreuses études théoriques menées et le démonstrateur développé, des antennes et front-ends 60GHz seront disponibles. Ils vont permettre d’initier des campagnes de mesures qui seront effectuées en coopération avec Orange Labs (Belfort).

Les résultats du projet M5HESTIA pourraient donc être largement consolidés par :

  • La réalisation d’un sondeur de canal complet (pour l’indoor et l’outdoor en fonction de l’utilisation ou non du réseau transmetteur)
  • L’exploitation des mesures effectuées par ce sondeur par différents partenaires (canaux enregistrés pour les simulations, modélisation de canaux)

Ces actions permettraient de consolider et compléter la tâche dédiée aux mesures de canaux et d’exploiter les antennes et front-ends développés dans M5HESTIA.

Actuellement (fin 2019), les sondeurs de canal à 60GHz développés sont principalement basés sur une seule antenne directive (type cornet) placée sur un axe de rotation permettant de ne faire que des mesures 2D [1] ou 3D avec des systèmes mécaniques complexes. En 2018, un sondeur de canal à 28GHz intégrant du « beamsteering » électronique a été développé permettant d’accélérer considérablement les temps de mesure [2] mais ne peut pointer que dans une direction à un instant donné. Il existe également un système de sondage récent à l’université de Shanghai, développé en collaboration avec Huawei un système de sondage MIMO 64×64 permettant de contrôler numériquement 8 faisceaux et qui a démontré tout l’intérêt de disposer de ce type de contrôle dans la caractérisation angulaire bi-dirictionelle en azimuth et élévation [3].

Notre système millimitétrique modulaire (source primaire) de base, en intégrant ou pas un système focalisant multifaisceaux à de nombreux avantages :

  • Mesure dans des environnements outdoor (longue portée) avec une configuration « multifaisceaux 2D » simultanée
  • Mesure dans des environnements indoor (courte portée) avec un traitement 2D « full digital »
  • Mesure 3D en intégrant un système de rotation mécanique dans un plan (objectif de ce projet)

A ce jour, il n’existe donc pas, à notre connaissance de sondeurs de canal à 60GHz multifaisceaux.

[1] Feeney, Stuart & Salous, S. Implementation of a channel sounder for the 60 GHz band.URSI 2008

[2] Umit Bas, C.” Real-Time Millimeter-Wave MIMO Channel Sounder for Dynamic Directional Measurements “, eprint arXiv:1807.11921, July 2018

[3] Xuefeng Yin and al, Performance evaluation of a Hybrid-beamforming Sounder for 26 GHz Channel Measurements, VTC Fall Sept.2017

3.   Description des travaux dans « mmWSounder »

Le principal objectif de l’action d’innovation demandée est de concevoir un sondeur de canal multifaisceaux complet permettant d’effectuer un balayage de faisceau sur 360° dans le plan horizontal et de 90° dans le plan vertical entièrement automatisé. Ce sondeur intégrera le font-end RF à 60GHz multifaisceaux. Selon sa configuration (avec ou sans lentille), il pourra être utilisé pour des mesures outdoor ou indoor.

Cet instrument sera alors exploité pour des campagnes de mesure dans différents environnements qui permettront d’améliorer la connaissance du canal de propagation pour la conception de dispositifs multiuser et massive MU-MIMO qui pourront répondre au nouveau standard 802.11.ay en cours de standardisation.

3.1 Les tâches

Ce travail sera découpé en 2 tâches qui seront réalisée sur 12 mois, à partir de T0 = 1er novembre 2019. Les partenaires académiques sont impliqués dans les 2 tâches.

Orange est principalement impliqué dans la définition du sondeur et les campagnes de mesures.

L’IRT b<>com est surtout impliqué dans l’exploitation des résultats.

Tâche 1 : réalisation d’un sondeur de canal complet 3D à partir du module 60GHz

L’objectif de cette tâche est de concevoir un sondeur de canal de propagation 3D à 60GHz à partir de la tête millimétrique multifaisceaux développée et conçue dans le cadre du projet M5HESTIA. Le travail consistera à intégrer mécaniquement le module millimétrique dans un système de rotation motorisé. Ainsi le balayage dans le plan élévation sera assuré numériquement et le balayage dans le plan azimutal par le système de rotation. Un logiciel de pilotage et de récupération des signaux synchronisés avec le déplacement sera développé. La figure suivante présente un schéma du dispositif.

Sondeur de canal 3D

Une première version est prévue à T0+3 afin de pouvoir débuter les campagnes de mesures. A partir des premiers résultats, des améliorations seront proposées et intégrées dans une seconde version à T0+6.

Tâche 2 : Campagnes de mesures et exploitation des résultats

a)  Campagnes de mesures (Orange, IMTA, IETR)

Plusieurs campagnes de mesures seront menées selon les scénarios identifiés pour des applications indoor ou outdoor. Les mesures seront exploitées pour l’amélioration du modèle de canal et la validation des résultats théoriques sur ces canaux réalistes.

b) Analyse et amélioration du modèle de canal (IETR)

Après une analyse des mesures correspondant aux différents scénarios définis dans M5HESTIA (indoor et outdoor), il s’agira de faire évoluer le simulateur déterministe de canaux millimétriques PyLayers.

c) Validation des propositions d’architectures et de traitement numérique associés pour des systèmes MU-MIMO (IETR, b<>com)

Intégration dans les outils de simulations de canaux enregistrés ou du modèle de canal amélioré pour valider les résultats théoriques obtenus dans M5HESTIA sur canaux géométriques ou théoriques.

Comments are closed.