L’avenir des télécommunications

Le GSM, le nouvel accès réseau (II)

Depuis le premier GSM créé par Siemens en 1953 (16 kg, et qui coûtait 8000 Marks, plus que le salaire d’un ouvrier !), le monde du téléphone cellulaire a grandit plus rapidement que n’importe quelle autre technologie. Aux Etats-Unis, en 1993 il y avait 34 millions de GSM, il y en avait 159 millions en 2003; une croissance de 300% ! En moins d’une génération, avec ses 10 millions d’habitants, la Belgique a vu le nombre de téléphones fixes chuter de 50% alors que les ventes de GSM augmentaient exponentiellement. En 1997, il y avait moins d'1 million de GSM en Belgique, en 2004 il y en avait plus de 8 millions, autant que de radios, pour environ 2.5 millions d'ordinateurs seulement.

D'un point de vue social, on peut facilement expliquer cette croissance rapide. Pour de nombreuses personnes le GSM est encore considéré comme quelque chose de nouveau ou à la mode qu'ils doivent apprendre à maîtriser. Mais une fois qu'ils y seront habitués, les normes sociales se stabiliseront quelque peu et cette croissance va probablement ralentir au profit d'autres produits.

La puissance du GSM se trouve dans ses capacités de « roaming » (liaisons à distance) associées à la technologie ULSI (Ultra Large Scale Integration). Dans les rues et les magasins spécialisés par exemple, on commence à voir de nouveaux produits comme des affiches, des livres et des lecteurs multimédias capables de communiquer avec les clients. Pour quoi faire ? Voici un exemple simple que tous les jeunes apprécieront. 

Prenons l’affiche d’un chanteur et insérons dans un coin un microprocesseur et une antenne UHF souple aussi petite d’une carte de crédit. Ce chip est autonome, il n’est pas connecté à une maison de disque mais il peut l’être. A présent, lorsque vous placez votre GSM tout près de cette carte, le chip est capable de détecter les transmissions périodiques de votre portable. Et alors ? Grâce au réseau GSM vous pouvez télécharger le dernier tube de ce chanteur stocké dans la mémoire du chip. Vous devez seulement valider le transfert (vous serez facturez bien sûr) pour écouter la chanson sur votre GSM !

De la même manière, les nouveaux modèles de GSM incluent non seulement un téléphone mais tout un ordinateur, ce sont les PDA et autre Smartphones dont l'iPhone d'Apple reste emblématique. Deux à quatre fois plus petit qu’un ordinateur portable, cette nouvelle génération de mobiles dispose d’un petit clavier physique ou virtuel, parfois d'un stylet, d'un écran tactile TFT, elle bénéficie généralement de liaison 3G à haut débit, Wi-Fi et Bluetooth, des options GPS, vidéo ainsi que MMS, SMS et talky-walky, sans oublier les outils traditionnels d'un agenda électronique (répertoire, bloc-note, calculatrice, tableur, accès à Internet, etc). Quand on sait qu'on peut placer un disque dur de 64 GB dans un mémostick USB de 2x9 cm pesant quelques dizaines de grammes, l’avenir des télécommunications paraît vraiment très attirant et très pratique.

Il est plus que probable que dans un proche avenir toutes les communications sans fil et les fonctions de roaming du GSM seront améliorées et qu’il tendera vers un protocole de transport réseau au standard 3G/UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Il sera capable de véhiculer du son, de la vidéo, des données, Internet et vos emails en quelques touches de clavier. Vous pourrez utiliser votre GSM pour envoyer des données à grandes distances de la même manière que vous procédez actuellement avec votre ordinateur, tout en étant mobile mais toujours disponible.

Vous pouvez déjà envoyer des messages texto (SMS), des photographies ou des films par GSM à vos amis. Peut-être même qu’un jour, à l’image du radioamateur Martti Laine, OH2BH, nous pourrons orienter nos antennes HF à partir de notre GSM. Connecté à des sondes externes ou des capteurs biométriques, le sportif pourra utiliser son GSM pour mesurer son pouls ou sa pression artérielle et être averti s’il dépasse un certain seuil (cela est déjà incorporé dans certains vêtements). En domotique, le GSM pourra remplacer occasionnellement l'écran tactile pour piloter les appareils domestiques. Grâce à la haute intégration de ses composants, les applications sont inimaginables tant elles sont nombreuses. Alors allez-y ! A votre système de CAO et à votre fer à souder… On se reverra dans une dizaine d’années avec votre brevet !

La généralisation des puces RFID

Les puces RFID sont des radio-étiquettes autoadhésives que l'on appelle également des marqueurs ou des "tags". Elles sont constituées d'un circuit imprimé (la puce de silicium), d'une mémoire faisant office de base de données et d'une antenne. 

La plus petite puce RFID fut fabriqué en 2003 par Hitachi et mesure 0.3 mm², soit plus petit qu'une tête d'épingle ! Elle est basée sur un wafer de 0.18 microns et devrait trouver des applications dans les billets de banque notamment pour éviter la contrefaçon, selon la Banque Centrale Européenne (BCE).

La puce RFID est passive et est activée par l'énergie du lecteur (un émetteur-récepteur) lorsqu'il se trouve à proximité de la puce, à la manière d'un lecteur de code barre. La distance de lecture varie de 1 cm à 1.50 mètres sinon plus en fonction de la norme ainsi que de la fréquence de travail de l'antenne, sa puissance et sa directivité.

Les ondes émises par le lecteur vont activer la puce qui va libérer son information qui sera lue par un récepteur intégré au lecteur travaillant dans les bandes UHF (915 MHz aux États-Unis, 865 à 868 MHz en Europe) ou ultra-courtes à 2.45 GHz. Si plusieurs puces sont activées en même temps, il y a un risque de brouillage mais qui peut être résolu au moyen d'une antenne directionnelle à puissance variable.

Ces puces sont déjà utilisées un peu partout dans le monde pour identifier des produits, les vêtements, les animaux domestiques (aujourd'hui les chiens portent une puce RFID à la place du tatouage), le bétail ou des boissons, y compris les grands oiseaux migrateurs comme les cigognes et même les pingouins. Elles sont également incorporées dans certains billets de banque (le 20$ US et les euros qui seront imprimés après 2009 qui contiendront une puce Hitachi) et les nouveaux passeports biométriques suite aux attentats du 11 septembre 2001.

Certains fabricants utilisent déjà des puces RFID dans les clés électroniques équipant certaines voitures (Audi, Ford, VW, etc), dans les badges mains-libres ou pour tracer les livres des bibliothèques.

Si on compare son évolution à celle du code barre, ce dernier fut créé en 1952 (bien qu'il existait déjà un projet à l'Université d'Harvard en 1932). Il faudra 20 ans pour qu'on approuve un standard et encore 10 ans supplémentaires pour que les 15000 premières sociétés américaines l'utilisent. L'utilisation du code barre ne se généralisera qu'à partir de 1984. Trois ans plus tard, 75000 fournisseurs l'utilisaient et depuis plus un seul produit n'a son code barre. 

La même évolution va se produire avec la technologie RFID. Aujourd'hui, une puce RFID revient à environ 50 eurocents. Quand elle ne coûtera plus que 5 eurocents, elle sera suffisamment rentable pour généraliser son utilisation. Si elle suit la loi de Moore, on peut imaginer que cela se produira au plus tard en 2012.

Ce jour là, on utilisera la base de données contenue dans la puce RFID pour identifier les produits que vous achetez au supermarché mais également pour assurer le contrôle d'accès des personnes au passage d'un portique (dans une société ou à la douane), comme passeport ou carte d'identité, comme moyen de paiment (dans les transports en commun ou aux péages), de comptage, de suivi de marchandises ou à des fins statistiques.

L'avantage de cette solution est de ne plus imposer de longues files d'attente aux portiques, aux caisses ou aux guichets, ce qui va accélérer grandement la circulation des biens et des personnes.

Devant les avantages que procure cette technologie, la plupart des pays ont déjà mis au point une carte à puce au standard RFID bien que toutes ne répondent pas aux mêmes normes (notamment concernant les fréquences) : la carte Calypso en Europe et de plus en plus à l'international, l'Oyster card en Angleterre, la SUICa card au Japon, l'Octupus card à Hong Kong, l'EZ card à Singapour, ainsi que différentes sortes de Pass aux Etats-Unis.

A lire sur le blog : Un prototype de lecteur RFID pour l'iPhone (2009)

Les risques associés à la puce RFID

La puce RFID a ses détracteurs. Ainsi que le rapporta le webzine ZDNet en 2006, des chercheurs néerlandais ont déjà démontré qu'elle pouvait être piratée et porteuse de virus informatique. L'expert allemand Lukas Grunwald a également découvert plusieurs vulnérabilités dans les passeports biométriques.

D'un autre côté, la puce RFID étant un identifiant unique, sachant que le contrôle des personnes pourrait s'établir de manière passive et sans le consentement de son porteur, on peut considérer que son utilisation est une atteinte à la liberté. 

Pire encore, la puce RFID peut entraîner une violation de la vie privée dans le cas où la puce RFID est attachée à un bien de consommation à l'insu du client et si ce bien est payé au moyen d'une carte de crédit. En effet, si le clients n'est pas informé que le bien qu'il achète ou utilise est muni d'une puce RFID, une société pourrait facilement tracer ce bien (et donc l'individu qui le porte) tant que la puce n'a pas été détruite.

Par ailleurs, sa miniaturisation pouvant la rendre pratiquement invisible, elle peut être utilisée à des fins d'espionnage. Dans ces conditions il n'y a qu'un pas à franchir pour que nos autorités ou des employeurs à l'éthique douteuse l'utilisent pour des missions de surveillance tout azimut ainsi que l'explique l'ingénieur et journaliste français Michel Alberganti dans son livre "Sous l'oeil de la puce".

Voilà autant de risques que les auditeurs informatiques notamment doivent considérer quand ils conduisent un contrôle sur la protection des biens informatiques et que les utilisateurs doivent connaître. Autant savoir.

Ainsi qu'on le constate, une fois de plus, la technologie de l'information tire ses tentacules jusque dans notre vie privée. Faisons seulement attention que dans ce monde parfois virtuel où les puces feront partie du paysage et où les technologies seront transparentes et plus faciles à utiliser, le progrès nous laisse encore la liberté de vivre et de décider en âme et conscience comment exprimer notre personnalité. Déjà ci et là, y compris en Europe, certains pouvoirs en place ou dans l'ombre essayent de contrôler notre liberté d'expression. Mais le jour où le pouvoir de décision passera entre les mains d'un être de silicium, l'humanité aura perdu son âme. Entrez donc dans ce monde de l'information virtuelle, mais ne lui confiez jamais votre esprit critique.

La radio digitale

Tout au long du XX^eme siècle, les radioamateurs passionnés d'ondes-courtes ont participé au développement de nombreuses technologies et applications touchant la « T.S.F. », les transmissions sans fil.

Sans parler de la découverte par les radioamateurs de la possibilité d’établir des communications radio transatlantiques et avec l’ensemble du monde dans les bandes HF (1.8-30 MHz), se sont eux également qui ont développé le code Morse (pour le mode CW) que certains services (militaires et P&T) continuent localement d’utiliser aujourd’hui.

L’étude de la propagation des ondes a été un domaine clé. Les radioamateurs ont la chance d’être placés aux avant-postes de ce domaine pour fournir des données aux physiciens et ont été les instruments qui ont permis de découvrir des modes de propagation inattendus comme la propagation troposphérique ou trans-équatoriale (TEP). Ils ont également joué un rôle majeur dans le développement de nouveaux modes de modulation digitaux, en particulier le Packet et le PSK31. Dans ce domaine la communauté scientifique a utilisé de nombreuses idées inventées par des radioamateurs.

Côté matériel, il est difficile de voir où peut nous conduire l’informatique alliée à la radioélectricité. Depuis les récepteurs à tube des années 1920 aux transistors des années 1950 jusqu’aux puces VLSI commercialisées dans les années 1990, à chaque fois le saut technologique a été immense, même si le récepteur de base n’a foncièrement pas évolué : le récepteur est toujours un superhétérodyne. Où réside alors la différence ? Au lieu d’utiliser un simple étage de fréquence intermédiaire (IF), nous utilisons jusqu'à quatre étages successifs de conversion, des étages d’amplifications additionnels et beaucoup plus de filtres digitaux pour traiter les signaux, le fameux DSP.

Une autre direction est cependant explorée par le Département de la Défense (DoD) américain qui sponsorise la recherche en matière de récepteur "DC-to-Daylight" : des récepteur entièrement digitaux capables de recevoir toutes les bandes, de la VLF aux micro-ondes. Les premiers modèles sont sortis il y a quelques années, comme par exemple la carte radio-réceptrice WinRADIO WR-3700i DSP (réception de 150 kHz à 4 GHz) ou ICOM PCR-1000 (100 kHz à 1.3 GHz). Bien entendu, il faut toujours relier ces cartes à une antenne accordée à la fréquence ou au spectre de fréquences concernées.

En parallèle, depuis 2003 les radiodiffuseurs AM commencent à proposer des émissions au format digital DRM (Digital Radio Mondiale), une qualité qui n’est aujourd’hui accessible que sur les CD et bientôt sur les ondes. Déjà quelques fabricants proposent des radios au format « DRM » tel que Coding technologies, Mayah, Ten-Tec, AOR ou encore FlexRadio Systems. L’avenir est décidément digital et le temps des cathédrales est bien révolu...

Cette nouvelle technologie du tout numérique échantillonne directement le signal radio-fréquence (RF) et traite pratiquement tout par DSP et donc par logiciel. Ce système fut déjà timidement testé dans les années 1960 pour assurer la conversion directe RF avec un circuit en phase mais il exigeait beaucoup de mémoire et de temps CPU, si bien que le traitement numérique était très lent et la technologie beaucoup trop chère pour l’époque (rappelez-vous le prix exorbitant des premiers ordinateurs et des premières cartes mémoires). Aujourd’hui cette technologie "DC-to-Daylight" est revitalisée grâce à la disponibilité de chips DSP bon marché grâce auxquels on peut implémenter la méthode de phase par des techniques digitales. 

Si les modules de conversion A/D deviennent meilleur marché et présentent moins de problèmes (génération de faux signaux, etc), exploitons-les ! Ensuite, le seul autre problème sera de placer suffisamment de mémoire dans ces transceivers haut de gamme pour traiter en quasi temps réel les données générées par un signal issu de la technologie DC to Daylight.

Que peut-on prévoir pour l’avenir ? Seuls les ingénieurs « post doc » travaillant sur ces technologies de pointe chez AT&T, Yaesu-Vertex, I-Com et autre Kenwood pourraient essayer de répondre à cette question. Si l’un d’entre eux lit ces lignes qu’il n’hésite pas à me communiquer le résultat de ses recherches …, Hi !

Etant donné que je ne suis ni membre du club très exclusif des génies clairvoyants ni dans le « secret des dieux », je peux seulement essayer de regarder par-dessus l’épaule des scientifiques expérimentant ces nouvelles technologies dans leur laboratoire, lire les études qui ont été publiées dans les magazines, et tester les équipements commercialisés par les constructeurs à mesure que les années passent.

Une tendance se dessine allant vers des récepteurs radio tirant encore plus de profit de la technologie DSP du préampli d’antenne à l’étage audio, de la logique floue et des réseaux neuronaux, associés à encore plus d’intelligence, un usage intensif de la technologie ULSI pour supporter de telles améliorations, complétés par des mémoires versatiles plus grandes et plus rapides, peut-être extractibles comme les cartes Flash, le tout personnalisé à travers des menus affichés en clair sur des écrans couleurs TFT ou LCD, peut-être tactiles ou vocaux.

La face arrière de ces appareils pourrait bientôt tirer avantage des ports infrarouge ou radio-fréquence ainsi que des connections USB. S’il est suffisamment blindé, le futur transceiver pourra même inclure des connections sans fil grâce à des cartes Wi-Fi intégrées et autre protocole UMTS

Ces technologies sont disponibles et elles peuvent être intégrées d’usine sur une simple carte pour un faible coût. En fait il n’y a pas de limite, mis à part l’imagination de nos ingénieurs.

Et après demain ?

En mai 2002, le Dr Robert M. L. Baker, Jr., un ingénieur aérospatial de Californie fit une présentation à l’Institut Max Planck d’Astrophysique en Allemagne concernant un nouveau et possible étonnant moyen de communication. L’expérience impliquait la création et la détection d’ondes gravitationnelles de haute fréquence (HFGW) en laboratoire...

Selon le Dr Baker, de telles ondes ouvrent la perspective de bandes passantes extrêmement larges et de nanotransceivers dont les signaux traverseraient tous les matériaux sans aucune atténuation et qui pourraient, par exemple, atteindre les sous-marins en plongée à grande profondeur, l’ultime "communication QHz sans fil, point vers multipoint, sans nécessité d’infrastructure onéreuse, sans cable en fibre optique, ni satellite transpondeur, ni relais micro-onde, etc. Les antennes, les cables et les lignes téléphoniques seraient des objets du passé ! "

Le Dr. Baker invita tous ses collègues à investiguer ce domaine : "Aujourd’hui dit-il, nous avons l’unique opportunité d’étudier et d’utiliser le phénomène des ondes gravitationnelles prédites par Poincaré et Einstein il y a des décennies du fait des avancées récentes en technologie.

Aujourd’hui, nous avons les moyens de créer des HFGW et de détecter des HFGW en laboratoire parce que ces détecteurs sont disponibles.

Et aujourd’hui, maintenant, nous avons la motivation pour appliquer l’HFGW aux télécommunications, à la propulsion spatiale, à l’imagerie et, de manière générale, pour l’étudier en laboratoire !".

Le Dr Baker appelle à la formation d’un atelier de travail international sur la propagation HFGW pour simuler la recherche et définir les paramètres afin de mettre en place des expériences, qui, espère-t-il, deviendront bientôt une réalité. Plusieurs autres professeurs de physique et d’astrophysique partagent le même optimisme, d’autant plus que les laboratoires étudiant les ondes gravitationnelles existent déjà dans différents pays dans le cadre des expériences LIGO et autre LISA. Bien sûr ces instruments travaillent de l’autre côté du spectre électromagnétique, essayant de détecter des perturbations jusqu’à dix fois plus petites que le diamètre d’un atome à 1 kHz (1 part dans 10¹⁶) !

En pratique, grâce à l’HFGW nous pourrions créer des émetteurs utilisant un réseau de cristaux piézoélectriques vibrant en phase et capables de générer artificiellement des ondes gravitationnelles à des fréquences supérieures au GHz. Ainsi que vous le savez, dans ces bandes SHF et micro-ondes, le bruit de fond est beaucoup plus faible. La modulation de cette porteuse pourrait permettre la transmission de données. Ce mode de propagation pourrait permettre aux amateurs du XXII^eme siècle d’atteindre les stations DX situées aux antipodes directement à travers la Terre qui n’offre aucun obstacle aux ondes gravitationnelles. Ajouté à la possibilité d’utiliser de très hautes fréquences, offrant donc d’énormes bandes passantes, cette technologie ouvre des perspectives réellement fascinantes.

Pour plus d’information

Autant qu'on puisse en avoir du futur, Hi !

L’avenir des sciences (sur ce site) 

Les technologies du futur (sur ce site)

How to select an HF transceiver ? (sur ce site)

How the Web was born

World Internet Usage

QEX et QST, ARRL

CQ Magazine

GSM World

Icom

Internet, ISOC

Kenwood

Nokia

RFID Journal

GravWav (recherche sur les ondes gravitationnelles)

Dr Robert M.L.Baker (HFGW)

Skype

Wi-Fi

WinRADIO

FlexRadio Systems

Yaesu-Vertex

Nation Master (statistiques mondiales)

Société de l'Information (Commission Européenne)

Computer Science @IBM Research (PDF)

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