La rétrodiffusion ambiante : une technologie RF pour des communications sans fil à faible consommation

J'adore les réunions de famille. Mais avec quarante membres, il faut reconnaître que c'est parfois chaotique. Qu'on joue aux cartes, qu'on se baigne dans la piscine ou qu'on soit à table, il y a toujours quelqu'un pour raconter une blague ou une bonne histoire. Comme tout le monde a quelque chose à dire, il faut parfois crier pour être entendu. De même, il peut parfois être difficile de communiquer dans un spectre électromagnétique. En effet, vos appareils doivent souvent « crier » leurs propres signaux pour transmettre des données. Cette transmission mobilise des composants électroniques et de l'énergie, et certains appareils n'ont pas suffisamment d'espace ou de batterie pour ça. Un groupe de recherche de l'Université de Washington a tenté de régler ce problème en communiquant par rétrodiffusion ambiante. Cette méthode pourrait permettre de réduire les besoins en circuits et en énergie, tous deux nécessaires pour transmettre des données à différentes échelles. Si la rétrodiffusion ambiante pouvait réellement être utilisée dans les réseaux sans fil, ce serait extrêmement utile pour les vastes réseaux de capteurs de l'Internet des objets (IoT).

La rétrodiffusion ambiante

Les ingénieurs que nous sommes savent bien que le monde qui nous entoure est rempli de signaux électromagnétiques, dont la plupart sont produits par les appareils que nous concevons. Ces transmissions peuvent être détectées, voire collectées, par d'autres appareils. Elles peuvent même interférer avec des récepteurs qui n'étaient pas prévus, ce qui explique que la FCC soit si stricte à propos des essais sur les émissions par rayonnement. Néanmoins, ces mêmes chercheurs ont découvert un moyen de se greffer sur ces signaux présents dans l'air ambiant et de les utiliser pour communiquer des informations entre différents appareils

Ces derniers temps, on a beaucoup parlé du remplacement des batteries dans les capteurs des objets connectés et les appareils contenant des systèmes de collecte d'énergie. Certains ont même avancé que les signaux RF puissants, comme les transmissions des postes de télévision, peuvent être recueillis pour alimenter certains appareils. Cette idée n'est pas applicable à grande échelle pour plusieurs raisons. La principale est qu'il n'y a pas suffisamment de puissance pour cela. Il faut pouvoir alimenter au minimum un microprocesseur, un capteur et un circuit sans fil, voire une mémoire. Il existe bien des processeurs, des capteurs et des mémoires basse consommation, mais les connexions sans fil ne sont pas données. Enfin, ça c'était avant que la rétrodiffusion ambiante n'entre dans l'équation.

La rétrodiffusion peut être utilisée pour émettre des signaux en employant beaucoup moins d'énergie que les modules sans fil traditionnels. Elle fonctionne en modulant les signaux RF déjà présents dans l'air pour communiquer des données. Par conséquent, plutôt que de recevoir un signal puis de créer une réponse, un circuit imprimé utilisant la rétrodiffusion ambiante pourrait simplement moduler et rediriger un signal proche sans avoir à créer le sien propre. Cela résout le problème des puces sans fil très énergivores et permettrait de faire fonctionner des objets connectés à l'aide des énergies RF recueillies.

La rétrodiffusion ambiante agit comme une étiquette RFID mais sans émetteur dédié.

Preuve de concept

Les chercheurs de l'Université de Washington ne se sont pas contentés de théoriser ce système, ils l'ont également créé. En effet, ils ont conçu un circuit imprimé relativement simple capable de recueillir de l'énergie et de recevoir et transmettre des signaux.

Pour pouvoir utiliser la rétrodiffusion ambiante, il faut d'abord choisir les signaux RF qui seront employés. Il faut un signal suffisamment puissant pour le module recevant l'énergie, mais également à puissance constante pour permettre la communication. C'est pourquoi les chercheurs ont décidé de se greffer sur les postes de télévision. Ces derniers sont toujours allumés, ils ont une portée importante et leurs signaux sont extrêmement puissants. Autre facteur non négligeable : les émetteurs et récepteurs TV tiennent compte de la distorsion multi-trajet. Lorsque vous rétrodiffusez un signal, vous interférez volontairement avec ce signal. Apparemment, ce n'est pas illégal d'un point de vue technique car les appareils ne modulent et ne reflètent que les signaux existants ; ils n'émettent pas eux-mêmes. Mais que ce soit légal ou non, mieux vaut ne pas essayer cette méthode avec un signal incapable de gérer l'interférence.

Et maintenant, étudions de plus près le dispositif que les chercheurs ont créé. La conception est simple et efficace : une simple antenne recueille l'énergie, émet et reçoit des signaux. Pour l'émission, le circuit module l'impédance de l'antenne afin d'exploiter et de réfléchir les signaux TV. Les chercheurs souhaitaient recevoir les signaux sans recourir à des composants trop énergivores, comme les convertisseurs analogique/numérique ou les oscillateurs. Ils ont donc utilisé un récepteur numérique classique et théorisé une autre version analogique à très faible consommation. Ces derniers différencient les signaux qu'ils réfléchissent des émissions d'origine en vérifiant les taux de données. Les signaux modulés transmettent bien plus lentement que les postes de TV ; ils peuvent ainsi peaufiner leurs signaux et les décoder. Grâce à ces composants, les chercheurs ont été capables de transmettre des données entre des appareils à rétrodiffusion ambiante. Ainsi, cette technologie pourrait permettre une communication de machine à machine à très faible consommation.

Vous pouvez aider votre appareil à faire son travail en regardant la TV.
 

Applications

Les applications de cette technologie sont encore plus nombreuses que les membres de ma famille ! Parmi les plus intéressantes, citons les technologies « portables », les objets connectés et même les systèmes de paiement.

• Technologies portables - À l'heure actuelle, si vous souhaitez comparez le nombre de pas que vous effectuez chaque jour avec quelqu'un d'autre, votre appareil doit charger ces données sur un serveur pour les télécharger ensuite. Grâce à la rétrodiffusion, vos objets portables pourraient communiquer directement entre eux, et faciliter ainsi une approche plus « naturelle » de la transmission.

• Les objets connectés - L'Internet des objets disposera de vastes réseaux de capteurs à basse consommation qui devront communiquer entre eux. Avec ce type de système, les capteurs pourraient utiliser bien moins d'énergie, et les systèmes seraient bien plus fiables et efficaces.

• Systèmes de paiement - Ce dernier exemple est issu de l'étude en question. Les chercheurs ont créé des « couloirs de bus » capables de transmettre de l'argent de carte à carte sans intermédiaire. Par exemple, on pourrait payer quelqu'un électroniquement sans avoir besoin d'un signal cellulaire ou WiFi.

Cette technologie sera drôlement utile dans un avenir proche. Non seulement elle permet une communication d'appareil à appareil sans dispositif sans fil, mais elle permet également de produire des appareils sans batterie capables de recueillir l'énergie ambiante. L'étude de l'Université de Washington nous a montré comment cela pouvait être réalisé et a présenté quelques exemples de moyens encore plus efficaces d'utiliser la rétrodiffusion ambiante. Des objets connectés aux cartes de crédit, ce mode de communication peut convenir à presque tout.

Si vous souhaitez créer un appareil connecté à faible consommation mais que vous ne savez pas comment gérer la transmission des données, vous avez peut-être trouvé la solution. En revanche, il vous faudra du temps pour la concevoir, et si vous voulez faire les choses correctement, vous devrez utiliser un super logiciel de conception de circuits imprimés. CircuitStudio est à la pointe de la conception de circuits imprimés et peut vous aider à réaliser vos idées grâce à sa vaste gamme d'outils tous plus exceptionnels les uns que les autres.

D'autres questions concernant les appareils à basse consommation ? Appelez un expert de chez Altium.