Spatially Distributed Interferometric Receiver for 5G Wireless Communications and Sensing Applications

Les systèmes de télécommunications sans fils ont connu une révolution et un succès sans précédent dans l'histoire humaine, et ce depuis l'introduction de la première génération des réseaux mobiles au début des années 1980. Alors que ce premier standard de communication était essentiellement basé sur des méthodes de modulation analogique du signal, ce qui ne permettait que la transmission de la voix, les générations des systèmes de télécommunications qui ont succédé depuis le deuxième standard mondial GSM, se sont basées sur la transmission numérique qui représente une plateforme universelle pour le traitement des données de toute sorte (voix, donnés texte, vidéos haute définition, etc, ). En effet, le traitement numérique du signal qui a débuté avec les premiers travaux sur la théorie de l'information, aux laboratoires Bell aux États-Unis vers la fin des années quarante du siècle passé, constitue le noyau dur de tous les standards de communication, y-compris la cinquième génération des réseaux 5G, dont la date d'entrée au marché mondial est prévue vers le début de l'année prochaine 2020. En effet, les réseaux de communications sans fils actuels, avec au sommet de la pyramide le standard 4G-LTE, ne peuvent pas répondre aux attentes des utilisateurs et des entreprises en termes de débit de transmission de données qui ne cesse d'augmenter d'une façon exponentielle, et pouvant atteindre les 40 Exabytes par mois vers 2020. De plus, la naissance du concept de l'internet des objets (IoT) qui consiste en l'interconnexion d'un très grand nombre de mini-capteurs sans fils qui vont gérer des milliers, voire des millions d'activités des toutes sortes, tels que l'aide à la conduite des voitures dans les routes, le contrôle des températures et des feux dans les régions forestières, la transmission des données médicales des patients en temps réel vers les centres hospitaliers, etc. Dans le but de répondre aux besoins actuels et futurs, la venue de la cinquième génération des réseaux des communications 5G est devenue urgente plus que jamais. En effet, ce nouveau standard ne sera pas une amélioration incrémentale de la 4G-LTE, mais sera plutôt toute une nouvelle plateforme intelligente offrant des débits de données allant jusqu'à plusieurs gigabits par seconde, avec un temps de latence ne dépassant pas 1 milliseconde dans le but d'assurer une qualité de service sans égal.

Abstract

Wireless communication systems are one of the most famous success stories in the field of engineering in modern era. In fact, the birth of the first generation of mobile communications goes back to the early 1980's. This first standard was based on analog modulation with the aim of transmitting only voice signals. And with the progress made in signal processing techniques and the large-scale productions of digital integrated circuits, the second generations of wireless communications was introduced in the nineties of the last century. Since then, a new standard for wireless mobile systems has been introduced every ten years or so, with ever increasing data rates, lower latency and better quality of service, thanks to the adoption of sophisticated modulation schemes and robust error correcting codes, in conjunction with improved hardware capabilities over the years. The magic progress in wireless technologies is strongly related to the magnificent research work pioneered by Claude Shannon on information theory in 1948 at Bell-labs, in combination with continuous research efforts conducted by millions of brilliant minds worldwide. However, the current wireless generation of wireless systems 4G-LTE is unable to follow the explosion of wireless traffic, which is trigged by the exponential demand for higher data rates, which would create monthly traffic of about 40 Exabytes by 2020. Moreover, the birth of Internet of Things (IoT) concept is a driving force towards the emergence of a huge platform of billions of interconnected devices and sensors, used to control and monitor an ever-increasing number of applications (forests fire detection, intelligent cars, real-time health monitoring for sick and old people , etc.). As a matter of fact, the upcoming of the fifth generation (5G) of wireless mobile networks has become a very urgent necessity in order to meet the widely-discussed system requirements in terms of capacity, latency and quality of service. Consequently, elements of the physical layer must be redrawn and reorganized in order to avoid the prohibited cost of network deployment and power consumption of billions of interconnected devices.