Radio logicielle, radio cognitive

02/04/2013
Auteurs :
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2013-1:3921

Résumé

Il y a 20 ans déjà que la radio logicielle a été définie conceptuellement dans l’article fondateur de Joe Mitola III de 1995 sur la “software radio architecture” paru dans l’IEEE Communications Magazine. Comme c’est souvent le cas dans les secteurs technologiques, les militaires (DoD, Department of Defense des Etats-Unis) ont été précurseurs dans le domaine de la radio  logicielle  en  voulant  anticiper  l’avenir  destélécommunications dès le début des années 90 par des études futuristes à l’échelle de 20 ans. Sur ces principes de base, la radio logicielle est sans aucun doute une rupture technologique permettant une convergence du monde des télécommunications (radio) et du monde de l’informatique (logicielle). Cette convergence s’est d’ailleurs accélérée ces dernières  années  à  travers  la  volonté  des  groupes  informatiques (Google, Microsoft, Apple, etc.) de devenir équipementiers  dans  le  domaine  des  télécommunications  et voire même opérateurs de télécommunications. Nous n’en sommes d’ailleurs qu’au début de ce nouveau paradigme.


Radio logicielle, radio cognitive

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68 ◗ REE N°1/2013 LES GRANDS DOSSIERs Introduction Il y a 20 ans déjà que la radio logicielle a été définie conceptuellement dans l’article fonda- teur de Joe Mitola III de 1995 sur la “software radio architecture” paru dans l’IEEE Communi- cations Magazine. Comme c’est souvent le cas dans les secteurs technologiques, les militaires (DoD, Department of Defense des Etats-Unis) ont été précurseurs dans le domaine de la ra- dio logicielle en voulant anticiper l’avenir des télécommunications dès le début des années 90 par des études futuristes à l’échelle de 20 ans. Sur ces principes de base, la radio logicielle est sans aucun doute une rupture technologique permettant une convergence du monde des télécommunications (radio) et du monde de l’informatique (logicielle). Cette convergence s’est d’ailleurs accélérée ces dernières années à travers la volonté des groupes infor- matiques (Google, Microsoft, Apple, etc.) de devenir équi- pementiers dans le domaine des télécommunications et voire même opérateurs de télécommunications. Nous n’en sommes d’ailleurs qu’au début de ce nouveau paradigme. D’un point de vue conceptuel et de manière très sché- matique, l’électronique repose sur un ensemble d’éléments de base (capacité, résistance, inductance, diode…) dont l’agencement forme le circuit. Il est donc théoriquement possible de pouvoir implémenter n’importe quel système de télécommunication en fournissant le logiciel permettant de décrire l’agencement des constituants du système et donc de construire le système en question. De ce point de vue, la radio logicielle est une révolution technolo- gique : les circuits radio deviennent dyna- miquement configurables et les systèmes de télécommunications peuvent être mis à jour par des changements logiciels. La radio logicielle, couplée à une prise de connaissance directe ou indirecte de l’environnement radioélectrique débouche sur un autre concept celui de radio cogni- tive ou radio intelligente. Il ouvre la pers- pective d’une optimisation de l’utilisation du spectre radioélectrique et de la trans- mission radio dans un souci de neutralité technologique : l’utilisation du spectre n’est plus ou est moins liée à la technologie. Ces deux concepts permettent enfin d’accélérer les cycles d’innovation en ouvrant celle-ci vers le monde des développeurs de logiciels qui foi- sonnent d’idées. Mais qu’en est-il du passage des concepts à la réalité, quelle utilisation en est faite au- jourd’hui dans l’industrie, les verra-t-on un jour complètement mis en œuvre dans des équi- pements ? Quels sont les obstacles que leur mise en œuvre rencontre ? Comment la réglementation des radiocommunications évolue-t-elle pour permettre à la radio cognitive de devenir une réalité concrète ? Ce dossier a pour but de faire le bilan autour de la radio logicielle et de ses évolutions et ses applications (la radio cognitive, en particulier,..) au travers de cinq articles des meilleurs spécialistes du domaine. Le premier article retrace les évolutions de la radio logi- cielle et de ses applications durant ces dernières années. Il montre les bénéfices et les apports de ce concept aux différentes communautés qui œuvrent dans la recherche sur les communications radioélectriques. Il fait également apparaître les progrès technologiques qui en ont résulté. Le concept de radio logicielle fait assez naturellement appa- raître le concept de plates-formes sur lesquelles sont exécu- tés les logiciels d’application radio : le second article décrit les plates-formes actuelles de la radio logicielle ainsi que les difficul- tés à intégrer dans un équipement unique les problématiques de traitements numériques et d’antennes reconfigurables. Il montre notam- ment que pour être mis en œuvre le concept de radio logicielle doit subir un certain nombre de limitations. Le domaine des radiocommunications est soumis à une réglementation forte : les différents terminaux notamment sont sou- mis à une certification avant de pouvoir être mis sur le marché. La radio cognitive oblige à revoir cette réglementation. Le troisième article donne un panorama des activités de normalisation dans le domaine de la radio cognitive. Il montre, en particulier, comment les instances de réglementation et de nor- Mérouane Debbah est actuel- luement Professeur à Supélec (Gif-sur-Yvette, France) et directeur de la chaire Alcatel- Lucent en radio flexible. Ses activités de recherche portent principalement sur la théorie de l’information, le traitement du signal et les communications sans fil. Il a écrit plus de 100 papiers de revue, 250 papiers conférences et est l’auteur de 7 brevets. Il est Fellow du WWRF et le récipiendaire de plusieurs prix prestigieux. Radio logicielle, radio cognitive Mérouane Debbah Supélec REE N°1/2013 ◗ 69 LES GRANDS DOSSIERsIntroduction malisation préparent l’environnement normatif à l’arrivée des « Applications Radio » de la radio cognitive qui personnali- seront les terminaux radio et permettront d’y introduire de nouvelles fonctionnalités. Après avoir décrit les principes qui président actuelle- ment à la gestion du spectre radioélectrique, le quatrième article décrit les applications de la radio cognitive dans les systèmes de communications militaires et civiles sous le prisme de la gestion dynamique du spectre. Les contraintes des domaines civils et militaires sont comparées et expli- quées. Enfin, le cinquième article montre au travers de la théorie des jeux les outils algorithmiques sophistiqués mis en œuvre dans la radio cognitive et les principes théoriques de la future radio intelligente. Tous ces articles démontrent clairement que nous n’en sommes qu’au début de la mise en œuvre pratique de la radio logicielle et que les équipements de la prochaine gé- nération (5G) des télécommunications seront sans aucun doute « radio logiciellement définis ». C’est une occasion unique à saisir pour l’ensemble de l’écosystème des télé- communications et nous espérons que le lecteur trouvera dans ce dossier tous les ingrédients pour appréhender ce domaine en ébullition et pourra y contribuer selon son expertise. ■ 20 ans de radio logicielle, quelles réalités ? Par Christophe Moy, Jacques Palicot...................................................................................................................................... p. 70 Plates-formes matérielles pour la radio logicielle : contraintes et exemples de solutions Par Dominique Noguet ................................................................................................................................................................. p. 81 Futures normes : un cadre pour faciliter l’application de la radio cognitive Par Markus Mueck ......................................................................................................................................................................... p. 88 À propos des applications de la radio cognitive Par Christophe Le Martret ........................................................................................................................................................... p. 93 Théorie des jeux non-coopératifs et radio cognitive Par Samson Lasaulce ....................................................................................................................................................................... p. 103 les articles