Un axe du projet RIS3 porte sur l'étude de l’impact environnemental des systèmes de communication du futur. Historiquement, le développement de nouveaux services mobiles a entrainé une croissance de l'utilisation des réseaux, justifiant le déploiement d'infrastructures de plus forte capacité, favorisant à leur tour le développement de nouveaux services.
Cette dynamique a provoqué une croissance de la consommation électrique des infrastructures réseaux, malgré leur meilleure efficacité énergétique (1).
L'une des solutions qui apparaît aujourd'hui pour créer des réseaux soutenables est la mise en place d'une politique de pilotage climatique des infrastructures réseaux, qui vise à maîtriser leur impact environnemental (2). Pour ce faire, la seule évaluation de l’énergie consommée en phase d’utilisation n’est pas suffisante car elle omet l’énergie consommée lors de l’extraction des matériaux ou encore lors de la production des équipements. Il devient donc nécessaire de mettre en œuvre une évaluation globale de l’impact environnemental d’un système par Analyse du Cycle de Vie (ACV).
Ce projet de recherche visera notamment à évaluer l’apport des surfaces reconfigurables (SR) dans le cadre de la conception de réseaux soutenables.
Cette technologie est envisagée dans le cadre du déploiement de la 6G à l’horizon 2030 (3). Elle vise, entre autres, à améliorer l’efficacité énergétique des réseaux par sa capacité à modifier localement le canal de propagation (4).
À titre d’exemple, la figure ci-dessous illustre le déploiement d’un réseau de communications sans-fil sur la place Charles de Gaulle à Paris :
Du fait de la présence d’obstacles entre l’émetteur et le récepteur, il n’existe pas de trajet direct entre ces deux appareils. L’onde subit de multiples réflexions (figure de gauche) avant d’atteindre le récepteur et est, par conséquent, fortement atténuée (figure de droite) :
L’installation et l’exploitation d’une SR a pour avantage de créer un trajet direct virtuel entre l’émetteur et le récepteur. Celui-ci améliore la couverture du réseau sans fil :
Les zones pour lesquelles un gain de puissance est expérimenté sont plus particulièrement illustrées sur cette dernière figure :
Ce gain de puissance en réception nécessite néanmoins d’alimenter la SR et d’effectuer des calculs complexes pour sa configuration. De plus, l’ajout d’une SR entraîne une dette carbone liée aux diverses étapes de son cycle de vie.
L’objectif de ce projet de recherche est alors de répondre aux questions suivantes :
- Quel est le gain d’efficacité énergétique apporté par une SR ?
- Quelle est la dette carbone d’une SR ?
- Quelle est la quantité nécessaire de données à transmettre pour compenser cette dette carbone et justifier un tel déploiement ?
- Est-il possible d’atteindre cette quantité de données sans croissance du trafic ?
- Quels sont les paramètres clés de cette étude (densité d’objets qui composent le canal de propagation, fréquence porteuse, mix énergétique du pays) ?
Bibliographie
1. H. Ferreboeuf, M. Efoui-Hess, X.Verne. Impact environnemental du numérique : tendances à 5 ans et gouvernance de la 5G. s.l. : The shift project, 2021.
2. J. Fouré, S. Martin, P.H.Tamokoué. Maîtriser l'impact carbone de la 5G. s.l. : Haut conseil pour le climat, 2020.
3. European Telecommunications Standards Institute. Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) ; Use Cases, Deployment Scenarios and Requirements. 2023.
4. Wireless Communications With Reconfigurable Intelligent Surface: Path Loss Modeling and Experimental Measurement. Wankai Tang, Ming Zheng Chen, Xiangyu Chen, Jun Yan Dai, Yu Han, Marco Di Renzo,Yong Zeng, Shi Jin, Qiang Cheng, and Tie Jun Cui. 1, s.l. : IEEE Transactions on Wireless Communications, 2021, Vol. 20, pp. 421-439.
5. Sionna: An Open-Source Library for Next-Generation Physical Layer Research. Hoydis, Jakob and Cammerer, Sebastian and {Ait Aoudia}, Fayçal and Vem, Avinash and Binder, Nikolaus and Marcus, Guillermo and Keller, Alexander. s.l. : arXiv preprint, 2022.
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