Thèse: Conception et Caractérisation de réseaux réflecteurs de type RIS en 6G FR2 et FR3

Description de l’employeur

Université Côte d’Azur (UCA) est un établissement public expérimental au sens de l’ordonnance du 12 décembre 2018 dont les statuts ont été publiés le 27 juillet 2019. Cette nouvelle université à statut dérogatoire issue de la fusion de l’Université Nice-Sophia Antipolis et d’Université Côte d’Azur (COMUE) est constituée de composantes sans personnalité morale (8 écoles universitaires de recherches, un EPU, 2 facultés, un IAE, un IUT et une ESPE, des instituts et des portails de licence, des UMR, des équipes d’accueil), d’établissements composantes avec personnalité morale (Observatoire de la Côte d’Azur, Villa Arson, IFMK, CIRM, école régionale des acteurs de Cannes et Marseille). Elle se construit en synergie avec des établissements associés (CHU, centre Antoine Lacassagne, SDS, Ecole de danse Rosella Hightower, etc..) et des établissements partenaires (EPST : INSERM/CNRS/ INRIA/ INRA, etc..).

Lauréate en 2016 de l’appel à projet IDEX avec UCA^JEDI, pérennisé en 2021, du projet 3IA en 2019, d’un projet d’EUR, Université Côte d’Azur est engagée dans une trajectoire de transformation et d’excellence, qui vise à lui donner le rang d’une grande université intensive en recherche en lien avec les problématiques du territoire. Université Côte d’Azur emploie directement environ 3000 agents et accueille une population de plus de 30 000 étudiants.

Université Côte d’Azur vise à développer le modèle du XXIe siècle pour les universités françaises, basé sur de nouvelles interactions entre disciplines, un modèle expérimental de coordination entre recherche, enseignement et innovation et de solides partenariats avec le secteur privé et les collectivités locales.

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Contexte

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet France 2030 CAPTIVANT2 piloté par la société UMS et regroupant un ensemble cohérent de partenaires industriels (UMS, NANOE, ASYGN CISTEME, III‑V LAB, Thales TRT) et académiques (Université Côte d’Azur).

L’évolution des réseaux de communication vers la 5G depuis les années 2010 a permis de développer différents concepts notamment d’architectures distribuées associées à des évolutions dans les formats de modulation et de technologies associées principalement. Ces améliorations visaient différentes stratégies rappelées ci-dessous pour la 5G et les évolutions considérées pour la 6G mais aussi pour les allocations de bandes de fréquences. Le déploiement dans un premier temps d’un réseau 5G en bande basse ou sub-6GHz suivi d’un déploiement d’un réseau dit 5G « millimétrique » en bande Ka étaient alors envisagés.

En 2024, le réseau 5G s’est principalement déployé en bande basse (< 6 GHz) et présente actuellement une amélioration par rapport au réseau 4G précédent mais avec encore de nombreux défis à relever.

Le réseau millimétrique (bande 24-29 GHz en Europe) 5G s’est déployé par l’intermédiaire de réseaux professionnels haut débits mais s’est aussi trouvé confronté aux améliorations apportées par les réseaux de type constellation satellitaire (SATCOM) offrant une connectivité améliorée pour un coût désormais plus compétitif. Une réduction significative du coût (CAPEX + OPEX) est nécessaire pour que ces réseaux millimétriques puissent se déployer de manière plus intensive.

Le projet CAPTIVANT 2 adresse différents enjeux associés à ce constat :

• Consommation : Quelle stratégie développer afin de réduire la consommation sur les éléments sensibles des chaines d’émission ? Comment améliorer et proposer de nouvelles architectures permettant de réduire l’impact au niveau station de base et infrastructure ?
• Evolution de la 5G – vers la 6G : Quelle opportunité intermédiaire permettrait de favoriser et d’accélérer le déploiement de 5G millimétrique vers l’utilisateur et le résident ? Quelle technologies et applications apporteraient un ROI (Rapport sur Investissement) supportable vis-à-vis des objectifs identifiés pour la 6G.
• Souveraineté d’accès à des composants clés pour le secteur des télécommunications : Quel modèle développer afin de favoriser l’introduction sur le marché ouvert de composants clés spécifiquement pour les antennes distribuées MIMO 5G – terrestres (FWA) et non- terrestres (SATCOM).

CAPTIVANT 2 a l’ambition de répondre aux enjeux proposés par la combinaison de différentes approches technologiques mais aussi par une analyse économique et marketing continue.

Consommation : Par la combinaison de différents facteurs, CAPTIVANT 2 devrait conduire à une réduction de 40% de la consommation sur les éléments de chaines d’amplification et de traitement mixte numérique / analogique.

En termes d’infrastructure, par l’association de technologies d’émission de puissance, de technologies de lentilles et d’antennes à meilleurs gains, une réduction de 50% de la consommation ramenée en kW /.km2 pour les liaisons point à point devrait pouvoir être obtenue.

Evolution 5G – vers la 6G : CAPTIVANT 2 proposera d’orienter des travaux vers la bande FR3 (7.2 – 8.2 GHz), proche de la bande actuelle (sub 6 GHz). Cette bande présente l’intérêt pour l’ensemble des acteurs, d’utiliser des technologies moins couteuses.

Innovations. Pour atteindre ces objectifs, CAPTIVANT 2 propose l’approche d’obtenir le meilleur scénario d’optimisation, ceci induisant par la combinaison de technologies semiconducteurs, innovantes, et associées avec un niveau de maturité suffisant. L’utilisation de lentilles optiques associée à des techniques de calcul avancées permettra de proposer des architectures à gains d’antennes améliorés par l’équivalent d’un facteur 10 en portée. Combinées à la notion de formation de faisceaux (Beamformer) simplifiés, ces techniques conduiront à développer des liaisons point à point millimétriques simplifiées en nombre de pylônes mais aussi en termes de maintenance du fait du réglage électronique possible.

Description du sujet / PhD topic

Le projet de recherche mené dans le cadre de ce doctorat se concentrera sur l’étude de systèmes de collimation pour les liaisons 6G en se concentrant sur la conception d’un réseau réflecteur à base de surface de type RIS (Surface Reconfigurable Intelligente). Ces éléments réflecteurs, reconfigurables en temps réel, permettront d’adapter dynamiquement le canal de propagation entre une station de base 6G et les utilisateurs. Les ondes se réfléchissant sur ces RIS sont alors redirigées plus efficacement vers les terminaux 6G contribuant ainsi à la réduction de la consommation et de l’exposition aux ondes électromagnétiques.

Le travail de recherche sera divisé en plusieurs étapes pour la réalisation de 2 démonstrateurs techniques.

Etape 1 : Etat de l’art

Réalisation d’un état de l’art sur les techniques des réseaux réflecteurs passifs et actifs, les structures RIS, ainsi que les circuits de reconfiguration électronique dédiés aux fréquences millimétriques.

Etape 2 : Démonstrateur en bande FR3 (7,2–8,2 GHz)

– Conception d’un réseau réflecteur reposant sur un commutateur électronique de type SP4T permettant la quantification de la correction de phase sur 4 niveaux.

– Réalisation d’un démonstrateur numérique composé de 144 éléments, avec fabrication et contrôle numérique, disponible sous 18 mois. Des mesures en chambre anéchoïque et une validation en environnement réel viendront attester des performances radiofréquences.

Etape 3 : Démonstrateur en bande FR2 (24–27 GHz)

Conception d’un réseau réflecteur pour la bande FR4 (24-27GHz) à base de commutateurs MEMS. Notre partenaire Thales TRT fournira des composants MEMS de type SP2T avec de très faibles pertes d’insertion ainsi qu’une consommation très réduite. L’objectif sera de concevoir et de fabriquer un réseau de 256 éléments avec un contrôle numérique intégré. Le démonstrateur, attendu après 30 mois de thèse, fera là aussi l’objet de tests en chambre anéchoïque et en conditions réelles.

Etape 4 : Application en bande Ku

Sur la base de composants MEMS développés, un réseau réflecteur de type RIS sera développé en bande Ku. Grâce à la technologie MEMS, la consommation de la structure sera faible et permettra une amélioration importante du bilan de liaison d’une communication millimétrique. En fonction des caractéristiques du composant MEMS, une cellule à 1 ou 2 bits sera développée et intégrée au sein du réseau réflecteur qui fonctionnera ainsi comme une surface reconfigurable intelligente et pilotable en temps réel.

Profil recherché / Candidate profile

Le laboratoire LEAT recherche une personne ayant obtenu récemment un Master ou un diplôme d’ingénieur en Électromagnétique ou en électronique. Des compétences en conception de circuit électronique, microcontrôleur et carte électronique sont également requises.

Compétences et qualités requises

Savoirs

• Électromagnétisme
• Conception et mesure d’antennes et de réseaux réflecteurs
• Electronique numérique

Savoir-faire 

• Analyse des problématiques techniques
• Rédaction de publications scientifiques
• Qualités rédactionnelles dans le cadre de la mise à jour de documentation fonctionnelle et technique
• Développement d’algorithmes
• Conception de PCB électronique
• Expertise dans les langages de programmation Matlab, Python pour l’analyse des résultats
• Programmation embarquée

Savoir-être

• Aptitude au travail en équipe et à la restitution claire de son travail
• Élaboration et suivi d’un cahier des charges
• Sens de la communication et pédagogie
• Force de proposition, autonomie et capacité à piloter un projet
• Gestion rigoureuse des échéances et veille

Aptitudes

• Sens de l’organisation
• Capacité de décision
• Créativité / Sens de l’innovation

Localisation de l’emploi

Laboratoire LEAT – Campus SophiaTech

Bâtiment Forum, 930 Rte des Colles, 06410 Biot

Conditions de candidature :

Le laboratoire du LEAT est classé en zone à Régime restrictif (ZRR).

La ZRR est une zone à accès réglementé qui s’inscrit dans le cadre de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST) de la Nation. Les biens matériels et immatériels qui s’y trouvent favorisent les activités scientifiques de recherche fondamentale ou appliquée utiles au développement technologique de la nation.

Tout recrutement (CDD, CDI, intérimaires), toute activité de recherche, tout prestataire, est soumis à une autorisation d’accès avec avis du ministre de tutelle.

Il faudra donc soumettre la candidature pour avis au ministère de la recherche.

Tous nos postes sont ouverts aux personnes en situation de handicap.

Retrouvez tous nos recrutements sur le portail web Travailler à Université Côte d’Azur