Introduction

La technique de duplexage est utilisée dans les systèmes de communication pour permettre les transmissions bidirectionnelles (montante et descendante).

Il existe deux principaux types de duplexage : le Duplexage Fréquentiel (Frequency Division Duplex – FDD) et le Duplexage Temporel (Time Division Duplex – TDD).

Pour la technique FDD, des bandes de fréquences distinctes sont allouées pour la liaison montante et la liaison descendante. Ainsi le trafic dans les deux directions utilise des fréquences différentes ce qui évite les interférences.

Pour la technique TDD, une seule bande de fréquences est utilisée, mais le temps est divisé en intervalles fixes. Ces intervalles alternent entre les liaisons montantes et descendantes. Ainsi, bien que la fréquence reste la même, le temps est utilisé de manière différente. Cela permet également une communication bidirectionnelle, mais à des moments différents.

Figure 1 : Technique FDD/TDD

Les réseaux cellulaires : FDD/TDD et SBFD/FD

En 4G, les multiplexages FDD et TDD sont tous deux utilisés pour répondre aux différents besoins des opérateurs et des déploiements spécifiques.

La technique FDD permet théoriquement une latence plus faire, la technique TDD permet un débit plus important dans le sens DL par rapport au UL.

La 5G-NR exploite la technique TDD avec une flexibilité accrue sur le sens de transmission des symboles dans un slot offrant ainsi une efficacité spectrale améliorée, une latence réduite. La réduction de la latence et l’augmentation du débit permet de prendre en charge une variété de services et d’applications, notamment l’Internet des objets (IoT), la réalité virtuelle (VR) et les communications ultra-fiables à faible latence (URLLC).

La 5G Advanced propose le multiplexage SBFD (Sub Band Full Duplex), ce qui revient à intégrer la méthode FDD dans le TDD. Le multiplexage SBFD sera exploité sur l’interface radio 6G. Il s’agit d’une étape intermédiaire avant la méthode Full Duplex FD.

Dans le cas du SBFD, la bande de fréquence utilisée en TDD est divisée en sous bande (SubBande). Le multiplexage SBFD propose de transmettre en UL et/ou DL sur chaque slot dans les sous-bandes. Ainsi, au lieu de faire du TDD sur toute la bande, on utilise des sous bandes pour transmettre en UL et/ou DL.

Figure 2 : Le multiplexage SFBD [1]

Du point de vue de l’UE, cette configuration est compatible avec l’interface 5G NR et le découpage des slots en DL, UL ou Flexible

Figure 3 : La configuration des slots en 5G NR [2]

Un terminal UE peut être configuré pour avoir des slots en Uplink ou Downlink ou flexible. La méthode SBFD est donc possible pour tout terminal 5G (exemple de terminaux embarquant le SoC Qualcom X65). La station de base doit supporter le mode FD (Full Duplex) puisqu’elle doit pouvoir émettre et recevoir en même temps.

Les défis

Le premier défi concerne la gestion de l’interférence entre deux gNB (CLI : Cross Link Interference). Cette interférence se produit lorsque un gNB est en émission et simultanément, un gNB voisin est en réception sur la même bande. Pour éviter cette interférence, toutes les stations de base 5G sont synchronisées et la configuration du schéma de transmission est fixé soit un DL, soit un UL.

Mais, la méthode de multiplexage SBFD introduit les slots flexibles. La configuration par slot est déjà prévue dans le standard 5G. Dans ce cas, la station de base utilise un temps de garde pour éviter les interférences.

Figure 4 : Temps de garde en TDD pour éviter les interférences

L’autre défi est l’auto-interférence (SI : Self Interference) lorsque le signal en émission vient polluer le signal en réception de part une isolation non totale entre la chaîne de transmission et de réception.

Figure 5 : L’auto-Interférence

Pour réduire les interférences, un saut en fréquences (GAP) est inséré dans la bande TDD pour séparer les sous bandes UL et DL.

 

L’autre défi est la conception radio qui dégrade les performances de l’émetteur de part la non linéarité de l’amplificateur de puissance. Une méthode de pré-distorsion permet de réduire les produits d’intermodulation lorsque l’amplificateur fonctionne dans sa zone non linéaire (efficacité énergétique).

 

[1] Interference Mitigation for Non-Overlapping Sub-Band Full Duplex for 5G-Advanced Wireless Network, https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9992227

[2] https://www-zte-com-cn.translate.goog/global/about/magazine/zte-technologies/2023/1-en/3/enhancing-spectrum-flexibility-with-subband-full-duplex.html?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=fr&_x_tr_hl=fr&_x_tr_pto=sc

[3] https://lup.lub.lu.se/luur/download?func=downloadFile&recordOId=9111900&fileOId=9112101