Dans le but d'aider à fournir aux collectivités éloignées et mal desservies du Canada un accès à des services Internet à haut débit, le programme Défi « Réseaux sécurisés à haut débit » (RSHD) du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) soutient un projet qui vise à améliorer l'infrastructure sans fil et filaire existante de manière rentable.
Le projet porte principalement sur les réseaux d'accès optiques, qui correspondent à la portion des systèmes de télécommunications qui relie les utilisateurs finaux à leurs fournisseurs de services locaux. L'un des objectifs est d'augmenter la vitesse de transfert des données, également appelée « débit ». Le projet vise également à réduire la consommation d'énergie et à simplifier la conception, le déploiement et l'exploitation de ces réseaux.
Pour accomplir tout cela sans créer de nouveaux réseaux, il faut faire preuve de créativité et trouver des solutions originales. Pour ce faire, les chercheurs et chercheuses du CNRC ont conçu une approche ingénieuse : créer un nouveau type d'émetteur-récepteur à partir des technologies existantes. Les émetteurs-récepteurs ont pour fonction de convertir les signaux électriques en signaux optiques (lumière) et vice versa.
Au cœur de cette nouvelle technologie se trouve une invention du CNRC : le peigne de fréquences optiques à points quantiques. Le peigne de fréquences est un type de laser spécial qui émet de la lumière à des longueurs d'onde multiples et précises, espacées comme les dents d'un peigne. Alors que la lumière émise par les lasers classiques possède généralement une seule longueur d'onde (ou couleur), le peigne du CNRC peut générer des dizaines de longueurs d'onde à la fois. « Parce qu'elle élimine la nécessité d'utiliser des émetteurs-récepteurs différents pour chaque longueur d'onde, cette technologie permet aux fournisseurs de réaliser des économies importantes, explique Jiaren Liu, du Centre de recherche en quantique et en nanotechnologies du CNRC. Les lasers du CNRC présentent également des bruits de phase et d'intensité très faibles, ce qui est important pour obtenir une modulation et une détection cohérentes. »
La complexité technique de la miniaturisation des sources de peigne de fréquences rend cependant la conception d'applications concrètes de la technologie très difficile. C'est pourquoi il était essentiel de former une équipe de recherche pluridisciplinaire pour résoudre ce problème. Ainsi, ce projet collaboratif s'appuie sur l'expertise et les compétences de chercheurs et de chercheuses du CNRC, de l'Université McGill et de l'entreprise canadienne FONEX Data Systems Inc. Le CNRC fournit une expertise dans les technologies de semi-conducteurs et les sources optiques, tandis que l'Université McGill offre un accès à des installations d'essai et à du personnel étudiant pour la réalisation des analyses, des simulations, des expériences, ainsi que pour la validation et la caractérisation des sources laser. L'apport de FONEX comprend quant à lui la caractérisation et la conception des composants, et une connaissance du marché.
Une solution simplifiée
Pour répondre aux besoins des fournisseurs de service Internet, les partenaires travaillent à la conception d'émetteurs-récepteurs utilisant la technologie de laser à points quantiques du CNRC et les récepteurs quasi cohérents de FONEX, et le scénario idéal serait d'en arriver à une solution capable de regrouper 32 émetteurs-récepteurs en un seul.
« Il s'agit de la véritable proposition de valeur du projet, précise Pasquale Ricciardi, directeur de la technologie de FONEX. Au lieu de lasers distincts pour des applications différentes, nous aurions un seul laser avec différents peignes pour gérer de multiples sources laser et fréquences. » Il souligne que la technologie du CNRC pourra être utilisée dans une partie du système, tandis que la nouvelle technologie de laser accordable de FONEX et de l'Université McGill servira à compléter l'architecture.
À l'échelle du système, la combinaison de la source de peigne de fréquences du CNRC et du laser réglable de FONEX pourrait permettre d'atteindre la vitesse et le niveau de service dont les clients ont besoin. En mettant en commun leurs compétences, les différentes équipes de recherche pourront résoudre les défis techniques que ce nouveau concept peut présenter. Pour les fournisseurs de service Internet, le résultat net sera possiblement la création d'un moyen plus efficace et moins coûteux de fournir une connectivité Internet fiable et sécurisée grâce à des architectures et des technologies de réseaux optiques, notamment au sein des collectivités éloignées et mal desservies.
« Les projets de ce type sont très importants pour l'industrie, car la collaboration avec le milieu universitaire et d'autres spécialistes permet de réduire les risques liés à l'innovation », explique M. Ricciardi. FONEX travaille à construire un prototype d'émetteur-récepteur hybride et collabore avec les équipes de l'Université McGill et du CNRC pour l'adapter aux fins de commercialisation. Jusqu'à présent, les équipes de recherche ont testé des architectures d'émetteurs-récepteurs rentables et commercialisables, ainsi que les algorithmes de traitement des signaux numériques correspondants.
Lawrence Chen, professeur de génie électrique et informatique à l'Université McGill, indique que son équipe a mis au point un banc d'essai pour valider certains des composants conçus par FONEX et le CNRC. Il ajoute que l'une des contributions de FONEX au partenariat est de cerner de nouvelles applications pour les structures en peigne. « La collaboration avec FONEX nous a aidés à passer du simple exercice universitaire conventionnel à la réalisation d'un projet commercialisable. »
Une nouvelle façon d'innover
Ce projet est un exemple d'innovation par l'évolution. « Nous regroupons simplement plusieurs émetteurs-récepteurs en un seul élément à la tête du réseau », illustre M. Ricciardi. Cette extrémité du réseau devient alors évolutive et peut être utilisée pour l'ensemble de la clientèle, ce qui permet aux fournisseurs d'utiliser leur infrastructure existante sans investir dans de nouveaux actifs.
« Pour le pays, il est important d'avoir une organisation comme le CNRC qui innove et aide les entreprises canadiennes à faire de même », ajoute-t-il en conclusion.
Ce projet de recherche a bénéficié de subventions et de contributions accordées dans le cadre du Programme de collaboration en science, en technologie et en innovation administré par le Bureau national des programmes du CNRC.