Modulation du champ électrique : recherche de 2023 sur une alternative au Bluetooth

Le Bluetooth est utilisé depuis des décennies dans les téléphones, les voitures et les enceintes. Cet article examine une recherche de 2023 sur une nouvelle technologie de l’Université du Sussex. La modulation du champ électrique pourrait économiser de l’énergie dans les communications à très courte distance et permettre des circuits plus petits.

Comprendre le Bluetooth

Avant de plonger dans la modulation de champ électrique et les avantages qu’elle peut offrir, il est important de comprendre ce qu’est le Bluetooth et comment il fonctionne.

Qu’est‑ce que le Bluetooth ?

Le Bluetooth est une technologie sans fil permettant l’échange de données sur de courtes distances. Il porte le nom de Harald Bluetooth, un roi du Xe siècle qui a uni le Danemark et la Norvège, symbolisant l’intention de la technologie d’unifier les protocoles de communication.

Ericsson (ERIC ), entreprise suédoise de télécommunications, a commencé le développement en 1994 comme solution de remplacement des câbles RS-232. La première spécification Bluetooth a été publiée en 1999.

Les premières versions présentaient des problèmes d’interopérabilité. Le Bluetooth était toutefois déjà largement utilisé avant 2010. La version 4.0 de cette année-là a introduit le Bluetooth Low Energy, élargissant surtout les applications à faible consommation.

Le Bluetooth sert au transfert de fichiers et de son ainsi qu’à la communication entre objets connectés (IoT). L’appairage et les connexions peuvent poser problème ; la consommation dépend de la version, de l’application et du mode de fonctionnement.

Le Wi-Fi Direct et le NFC répondent à des besoins différents de débit, de portée et de consommation. La modulation du champ électrique ajoute une piste de recherche pour des appareils proches. Son remplacement du Bluetooth dans toutes les applications n’est pas démontré.

Comment ça fonctionne ? Modulation électromagnétique

La modulation électromagnétique est une technique fondamentale utilisée dans la communication sans fil, y compris le Bluetooth, pour transmettre des informations via des ondes électromagnétiques. En ce qui concerne le Bluetooth, cela implique le codage de l’information numérique sur des ondes radio dans la bande 2,4 GHz industrielle, scientifique et médicale (ISM).

La modulation code des informations en modifiant un signal. Voici trois formes générales de modulation. Le Bluetooth ne les emploie pas toutes comme méthodes de transmission indépendantes.

1. Modulation d’amplitude (AM) : Modifier l’amplitude de l’onde.
2. Modulation de fréquence (FM) : Modifier la fréquence de l’onde.
3. Modulation de phase (PM) : Modifier la phase de l’onde.

Pour le Bluetooth spécifiquement :

• Gaussian Frequency‑Shift Keying (GFSK) : Les variations de fréquence codent les données numériques. Bluetooth Basic Rate et Bluetooth Low Energy utilisent la GFSK.
• Enhanced Data Rate (EDR) : L’EDR a été introduit avec Bluetooth 2.0. L’en-tête du paquet utilise la GFSK et la charge utile une modulation de phase π/4-DQPSK ou 8DPSK pour augmenter le débit.
• Saut de fréquence : L’émetteur et le récepteur changent de canal de manière coordonnée. Cela limite les effets des interférences et des évanouissements du signal. La sécurité nécessite des mécanismes distincts d’authentification et de chiffrement.

Le Bluetooth transmet donc les données par modulation de fréquence ou de phase, selon le mode de fonctionnement. Le changement de canal améliore la résistance aux interférences.

Comprendre la modulation de champ électrique

Sur cette base, nous pouvons examiner l’approche du champ électrique et ses applications possibles.

Qu’est‑ce que la modulation de champ électrique ?

La modulation du champ électrique explore une autre manière de transmettre des données sans fil à très courte distance.

Les chercheurs du Sussex, notamment les professeurs Robert Prance et Daniel Roggen, ont présenté cette approche comme une possible liaison à faible consommation entre appareils proches. Elle utilise le couplage du champ électrique plutôt qu’une liaison radio rayonnée classique. Il s’agit toujours de physique électromagnétique, pas d’un phénomène extérieur à l’électromagnétisme.

En contrôlant les variations du champ électrique, des circuits proches peuvent échanger des données. L’article original rapportait pour le prototype du son mono sur 8 bits à une fréquence d’échantillonnage de 16 kHz, soit 128 kbps. Il indiquait un taux d’erreur binaire (BER) inférieur à 10^−6.7 à 50 cm et inférieur à 10⁻⁴ à 75 cm. Ce sont des résultats rapportés pour ce montage expérimental, pas des performances garanties pour tout appareil.

La courte portée peut convenir aux appareils personnels et portés sur soi utilisés à proximité. Les chercheurs estiment qu’une liaison plus économe pourrait prolonger l’autonomie.

L’équipe a également proposé de nouvelles formes d’interaction :

L’annonce du Sussex cite l’échange de coordonnées par une poignée de main et l’ouverture d’une porte en touchant sa poignée comme applications possibles.

Ces idées associent la communication de données aux gestes quotidiens et nécessitent des équipements adaptés.

Avantages possibles

Daniel Roggen, professeur d’ingénierie et de design au Sussex, a décrit les possibilités suivantes :

Le couplage du champ électrique entre appareils proches pourrait réduire les besoins énergétiques et permettre de nouvelles interactions avec les appareils domestiques.

Les coûts et la taille des circuits influencent la diffusion. Roggen estimait :

Avec une production de masse, la solution pourrait être intégrée dans une seule puce coûtant quelques pence britanniques par appareil.

Les bénéfices potentiels concernent surtout les liaisons à très courte distance. Coûts, consommation et facilité d’utilisation doivent être évalués pour chaque application. En novembre 2023, l’université recherchait des partenaires industriels pour poursuivre la miniaturisation.

L’intégration possible dans un petit circuit rend cette approche intéressante pour les appareils portés sur soi et les produits domotiques. Cela ne démontre ni supériorité universelle sur le Bluetooth ni disponibilité commerciale.

Applications possibles

Parmi les utilisations possibles :

• Appareils portés sur soi : les bracelets d’activité et les montres connectées pourraient communiquer avec des téléphones proches en consommant moins d’énergie.
• Interaction domotique : l’éclairage ou les thermostats pourraient être commandés par contact.
• Réseautage social et professionnel : des coordonnées ou des profils pourraient être partagés par une poignée de main.
• Applications de sécurité : toucher la poignée pourrait activer un accès sans clé physique. Un accès sécurisé nécessite toujours une authentification.

Ces applications proposées combinent gestes physiques et communication de données.

Acteurs du secteur

Il n’est pas confirmé ici que les entreprises suivantes adoptent la méthode particulière du Sussex. Ce sont des exemples de sociétés actives dans la connectivité sans fil.

*Les tableaux conservent les chiffres historiques de l’article de 2023, pas des valorisations actuelles. La capitalisation et le bénéfice par action sont exprimés en dollars américains. Les données par action de Broadcom précèdent la division d’actions 10 pour 1 de juillet 2024. Le P/E prévisionnel d’Intel et son bénéfice par action historique correspondent à des périodes différentes.*

1.  NXP Semiconductors

NXP Semiconductors (VNX.DE ) (NXPI ), fabricant néerlandais de semi-conducteurs, propose une vaste gamme pour les communications sans fil. Bluetooth Low Energy, Wi-Fi, NFC et Ultra-Wideband servent l’automobile, l’IoT et la maison connectée. Les technologies prennent en charge le positionnement précis, la commande sans fil et des normes comme Matter. NXP a acheté les activités sans fil de Marvell en 2019. Les solutions sont utilisées dans l’IoT industriel et l’électronique médicale et grand public.

2.  Broadcom Inc.

AVGO Graphique du prix

Broadcom Inc. (AVGO ) est une multinationale des semi-conducteurs et des logiciels d’infrastructure. Elle dessert les marchés des communications filaires et sans fil, du stockage d’entreprise et de l’industrie. Sa gamme comprend des circuits CMOS numériques et à signaux mixtes, des produits analogiques III-V, des adaptateurs de stockage et des contrôleurs. Ses deux grands segments sont les solutions de semi-conducteurs et les logiciels d’infrastructure. Elle fournit également des composants pour les communications sans fil.

3.  Intel Corporation

INTC Graphique du prix

Intel (INTC ) Corporation est un fabricant américain de semi-conducteurs fondé en 1968. Intel a contribué au développement des mémoires SRAM et DRAM et a présenté le premier microprocesseur commercialement disponible, le 4004, en 1971. L’essor des ordinateurs personnels dans les années 1980 a renforcé son orientation vers les microprocesseurs. Dans le panorama historique de 2023, ses activités comprenaient processeurs, jeux de composants, contrôleurs réseau et puces graphiques. La concurrence, notamment d’AMD, a affecté sa part de marché et encouragé des changements stratégiques au sein du secteur des semi-conducteurs.

Autres sociétés cotées

Les sociétés cotées suivantes travaillent également dans des domaines technologiques connexes.

Réflexions finales

La modulation du champ électrique est une piste de recherche intéressante pour les communications à très courte distance. Le groupe du Sussex vise une consommation réduite et de nouvelles interactions. Le Bluetooth continue de répondre aux besoins de nombreux appareils et applications.

La poursuite du développement et l’intégration dans des produits montreront où cette approche apporte des avantages pratiques. La présentation de 2023 décrit une possibilité de développement, pas un remplacement du Bluetooth déjà achevé.