Zoom sur la radiofréquence

Zoom sur la radiofréquence

Télécommande, télépéage, smartphones, paiement sans contact et bien sûr internet des objets, la radiofréquence est dans notre quotidien.

Selon l’Union Internationale des Télécommunications (ITU), une onde radioélectrique est une « onde électromagnétique de fréquence comprise entre 9KHz et 300GHz, se propageant dans l’espace sans guide artificiel » [1]. Cela couvre donc la très grande majorité des solutions de transmission d’information sans fil, mais aussi les radars ou la télé-alimentation de produits.

«  Cette définition montre la très grande diversité des technologies mises en œuvre. Bien qu’il s’agisse toujours de radio, les solutions technologiques sont très différentes entre un tag d’identification sans contact (RFID) transmettant quelques centaines de bits à une fréquence de 125KHz et une liaison WiGig offrant un débit de plusieurs milliards de bits par seconde à 60GHz » explique Robert Lacoste, Dirigeant de le SRC Alciom, spécialisée en signaux mixtes et technologies innovantes en électronique.

Les ondes radio ont été découvertes par Hertz en 1886, mais leur déploiement n’a jamais été plus rapide que ces dernières années.

« Les chiffres donnent le vertige : plus d’un milliard de produits intégrant du Bluetooth sont fabriqués chaque année, et l’on parle de plusieurs dizaines de milliards d’objets connectés d’ici 2020 » ajoute Robert Lacoste.

Pour Xavier Benoit, Vice-président Technique et Innovation de la SRC Adeneo, spécialiste des systèmes électroniques et logiciels, « le défi permanent est d’orchestrer et de faire cohabiter des systèmes multi fréquences dans des environnements très normés. L’essentiel est donc dans la ségrégation des fréquences ».

Longue portée, haut débit et basse consommation

La plupart des porteurs de projets expriment un besoin de longue portée, de haut débit et de très basse consommation.

« Malheureusement ces trois notions sont fondamentalement antagonistes. Un récepteur ne fournira un taux d’erreur suffisamment faible que si l’énergie reçue pour chaque bit d’information est suffisante » explique Robert Lacoste.

Donc si l’on veut augmenter la portée d’un système, il faut soit réduire le débit soit augmenter la puissance d’émission. Il est donc préférable de réfléchir aux solutions permettant de réduire au maximum le débit nécessaire et cela ne peut être fait qu’au niveau du système, lors des premières phases d’un projet.

Par exemple, le projet de compteur intelligent GazPar de GrDF sur lequel la SRC Alciom est étroitement impliquée représente quelques 11 millions de produits déployés en France.

Pour ce projet de télérelevé « l’objectif était d’intégrer des technologies avancées de traitement de signal afin d’augmenter encore la performance et la compétitivité des solutions de communication radio longue portée, bas débit et basse consommation, particulièrement sur le 169 MHz » précise Farrokh Fotoohi, Directeur général, SUEZ environnement Smart Solutions.

Afin de réduire les coûts de déploiement et de maintenance il était fondamental de réduire au maximum le nombre de concentrateurs nécessaires et de disposer de récepteurs radio les plus sensibles possibles pour capter des compteurs lointains et/ou dans des conditions radio difficiles comme les sous-sols tout en limitant l’influence néfaste des signaux perturbateurs.

Des contraintes réglementaires

Le choix de la bande de fréquence utilisée est fondamental. En effet, à sensibilité égale, la portée d’une liaison double si la fréquence est réduite de moitié. La puissance d’émission des ondes radios est également strictement régulée. Chaque bande est associée à des contraintes d’utilisation comme par le temps maximum d’occupation du canal, ces contraintes pouvant varier d’un pays à l’autre. Mieux vaut donc se poser la question avant de penser à l’export.

Une autre grande difficulté est la prolifération des normes, standards et autres solutions propriétaires : Wifi, Bluetooth, Lora, Sigfox, Wireless Mbus, etc. Côté équipement, une antenne mal choisie ou mal intégrée peut très facilement ruiner les performances d’un produit.

« Nous voyons très souvent des produits dont la portée est 10 à 100 fois inférieure à ce qu’elle devrait être et qui retrouvent leurs performances nominales après une réadaptation de l’antenne. C’est d’autant plus vrai lorsque les produits sont très compacts : plus une antenne est petite et plus elle est délicate. Pour toutes ces raisons, mieux vaut donc souvent se faire accompagner lors des phases amont du projet. Quelques journées de conseil peuvent souvent réduire de manière drastique les risques d’un mauvais choix, et donc les coûts ultérieurs » précise Robert Lacoste.

« Les projets les plus délicats que nous rencontrons demandent de gérer simultanément plusieurs protocoles, par exemple, un système de détection en même temps qu’un ou deux protocoles de communication wireless » complète Xavier Benoit, « dans ce cas, les difficultés tiennent à la répartition des antennes dans les boîtiers afin que chacun puisse s’y retrouver ».

La R&D des SRC limite les risques industriels

Dans le cadre du projet de compteur intelligent Gazpar, « le choix de la technologie SDR était ambitieux sur le plan industriel car, bien que les techniques SDR soient assez communes dans d’autres applications de télécommunication, aucun récepteur SDR adapté aux contraintes spécifiques de ce projet n’avait déjà été démontré » ajoute Robert Lacoste.

La SRC Alciom a donc conçu, développé et validé un design de référence d’un tel récepteur en mettant en œuvre des technologies hautes performances tant sur le plan radiofréquence que traitement du signal. Les essais réalisés en conditions réelles ont démontré que le remplacement d’un récepteur conventionnel par ce design de référence SDR permettait de doubler le nombre de compteurs relevés par un même site. Ce design de référence a ensuite été mis à la disposition des industriels en charge de l’industrialisation et de la production en série des équipements du réseau, qui ont pu efficacement réutiliser la R&D amont réalisée par Alciom et surtout reproduire les mêmes performances à l’échelle industrielle.

[1] www.itu.int