FR3062266A1 - Transpondeur pour la transmission de donnees dans le proche infrarouge - Google Patents
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Abstract
Il est proposé un transpondeur (200) configuré pour émettre une onde électromagnétique sortante (290s) lorsqu'il est percuté par une onde électromagnétique entrante (290e), les ondes entrante et sortante ayant une même fréquence porteuse dans le proche infrarouge. Un tel transpondeur comprend : • un module de conversion d'énergie (220) configuré pour délivrer un signal d'alimentation électrique sur la base de l'onde électromagnétique entrante ; • un module de génération (240) d'une onde interne sortante sur la base d'une onde interne entrante fonction de l'onde entrante (290e), l'onde sortante (290s) étant fonction de l'onde interne sortante ; • un module de contrôle (270) délivrant un signal de contrôle sur la base d'au moins le signal d'alimentation électrique ; et • un module de modulation en amplitude (230) configuré pour induire une modulation d'une amplitude de l'onde sortante (290s) sur la base du signal de contrôle.
Description
Titulaire(s) :
INGENICO GROUP Société anonyme.
O Demande(s) d’extension :
© Mandataire(s) : CABINET PATRICE VIDON.
© TRANSPONDEUR POUR LA TRANSMISSION DE DONNEES DANS LE PROCHE INFRAROUGE.
FR 3 062 266 - A1 || est proposé un transpondeur (200) configuré pour émettre une onde électromagnétique sortante (290s) lorsqu'il est percuté par une onde électromagnétique entrante (290e), les ondes entrante et sortante ayant une même fréquence porteuse dans le proche infrarouge. Un tel transpondeur comprend:
un module de conversion d'énergie (220) configuré pour délivrer un signal d'alimentation électrique sur la base de l'onde électromagnétique entrante;
un module de génération (240) d'une onde interne sortante sur la base d'une onde interne entrante fonction de l'onde entrante (290e), l'onde sortante (290s) étant fonction de l'onde interne sortante;
un module de contrôle (270) délivrant un signal de contrôle sur la base d'au moins le signal d'alimentation électrique; et un module de modulation en amplitude (230) configuré pour induire une modulation d'une amplitude de l'onde sortante (290s) sur la base du signal de contrôle.
Transpondeur pour la transmission de données dans le proche infrarouge
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui des communications sans fil à courte ou faible distance.
Plus précisément, l'invention concerne un transpondeur (i.e. un dispositif destiné à émettre un signal de réponse à réception d'un message interrogatif) passif (i.e. alimenté en énergie via l'énergie du signal d'information reçu) utilisé dans un tel système de communications sans fil.
L'utilisation de tels transpondeurs est très répandue, aussi bien pour des applications grand public, qu'industrielles. L'invention a ainsi de nombreuses applications, notamment, mais non exclusivement, dans le cadre de la fourniture d'informations contextuelles (par exemple en fonction de la localisation, de l'heure, de l'usage, etc.), dans le cadre de l'identification des personnes ou des biens, ou encore dans le cadre du paiement sans contact.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Parmi les techniques de communication sans fil à courte ou faible distance, le protocole NFC (pour « Near Field Communication » en anglais) s'est rapidement imposé comme une technologie de choix.
Selon le protocole NFC, les communications sont basées sur l'usage d'ondes électromagnétiques de fréquences porteuses dans le domaine des radiofréquences. Outre la transmission de données, il apparaît que l'induction magnétique associée à l'usage de telles ondes électromagnétiques permet un transfert de puissance depuis l'émetteur de l'onde en question jusqu'au récepteur de cette même onde. Le récepteur en question peut ainsi utiliser cette énergie pour envoyer une réponse en retour (il s'agit là du mode « passif » du protocole NFC).
Un intérêt de cette technologie est qu'elle permet une communication à courte portée à très faible coût. Un autre avantage est qu'il n'est pas nécessaire d'équiper le récepteur d'une batterie chargée par ailleurs, puisque l'alimentation est fournie par l'émetteur.
Cependant, il apparaît que le protocole NFC se base sur l'usage d'ondes électromagnétiques dont la fréquence porteuse est de 13.56 MHz, ce qui correspond à une longueur d'onde dans le vide de l'ordre de 30 cm.
Or, la théorie des antennes nous apprend qu'un tel élément rayonnant doit avoir une dimension physique de l'ordre de la longueur d'onde ou, dans certains cas, de la demi-longueur d'onde. En l'espèce, cela conduit à des éléments rayonnants de 15 à 30 cm de longueur, et donc à des antennes de taille non négligeable même si les éléments rayonnants peuvent être enroulés comme il se rencontre dans les transpondeurs NFC commercialisés. Une première conséquence du choix de la fréquence porteuse de la technologie NFC concerne donc la taille des transpondeurs pouvant être implémentés selon cette technologie. II est en effet difficile de descendre en dessous de 10 cm sans impacter les performances des antennes utilisées.
De même, en mode passif, le protocole NFC implique un fonctionnement en champ proche, i.e. dans une zone réactive du champ électromagnétique, extrêmement difficile à étudier. Un tel fonctionnement peut par ailleurs présenter des risques pour la sécurité, et se trouve être très sensible aux interférences. II est également difficile de sécuriser la transmission, différents récepteurs pouvant capter une fraction du même champ proche destiné à un récepteur en particulier (la densité d'énergie électromagnétique en champ proche décroissant comme le cube de la distance).
En outre, la fréquence de fonctionnement de 13.56 MHz limite la quantité d'information qui peut être transmise par une onde électromagnétique modulée autour d'une telle fréquence porteuse (i.e. le débit de données transmises reste très faible).
Enfin, l'envoi d'un message est très consommateur d'énergie à une telle fréquence porteuse. Toutes ces limitations imposent des contraintes sur la quantité de données transmises et traitées par les transpondeurs passifs selon ce protocole. En particulier, il est difficile d'implémenter des couches de sécurité (cryptographie, etc.) dans de tels transpondeurs, étant donné que ces protocoles entraînent souvent un surcroît de traitements et de données à transmettre, et donc un surcroît de consommation en énergie de la solution au final.
II existe donc un besoin pour une technologie de communication sans fil à courte et moyenne distance utilisant un transpondeur passif permettant un débit de données plus élevé que les technologies radiofréquences actuellement utilisées tout en ayant un coût maîtrisé.
II existe également un besoin pour que le transpondeur soit compact et que son fonctionnement minimise les pollutions électromagnétiques ainsi que les possibilités d'espionnage des signaux transmis.
II existe enfin un besoin pour que le transpondeur permette un traitement des données plus poussé pour une meilleure sécurisation de leur transmission.
RESUME
Dans un mode de réalisation de la technique décrite, il est proposé un transpondeur configuré pour émettre une onde électromagnétique sortante lorsqu'il est percuté par une onde électromagnétique entrante, les ondes électromagnétiques entrante et sortante ayant une même fréquence porteuse dans le proche infrarouge. Un tel transpondeur comprend au moins :
• un module de conversion d'énergie configuré pour délivrer un signal d'alimentation électrique, une puissance du signal d'alimentation électrique étant fournie par l'onde électromagnétique entrante, une amplitude du signal d'alimentation électrique étant représentative d'une amplitude de l'onde électromagnétique entrante ;
• un module de génération d'une onde interne sortante sur la base d'une onde interne entrante fonction de l'onde électromagnétique entrante, l'onde électromagnétique sortante étant fonction de l'onde interne sortante ;
• un module de contrôle délivrant un signal de contrôle sur la base d'au moins le signal d'alimentation électrique ; et • un module de modulation en amplitude configuré pour induire une modulation d'une amplitude de l'onde électromagnétique sortante sur la base du signal de contrôle.
Ainsi, l'invention propose une solution nouvelle et inventive pour un transpondeur permettant une transmission de données à un débit supérieur à celui qui peut être atteint avec les technologies usuelles de transpondeurs radiofréquences (e.g. du type NFC), tout en présentant un rendement énergétique supérieur.
Pour ce faire, la technique décrite propose de s'appuyer sur l'usage d'ondes électromagnétiques dans la gamme de fréquence du proche infrarouge (i.e. pour des longueurs d'ondes dans le vide comprises entre 0,78 et 3 pm), donc pour des fréquences porteuses beaucoup plus hautes que les 13.56 MHz du NFC par exemple, permettant par là-même des débits de modulation plus importants ainsi qu'une intégration plus poussée des éléments rayonnants.
Par ailleurs, les composants d'émission et de réception dans le domaine du proche infrarouge sont largement répandus. Une solution complète de transmission de données basée sur la technique décrite se trouve ainsi être économique.
Les faisceaux électromagnétiques dans le domaine du proche infrarouge peuvent également être aisément collimatés. Un système de communication basé sur la technique décrite minimise ainsi les risques de pollution électromagnétique de même que les possibilités d'espionnage des données transmises via de tels signaux.
Enfin, le signal d'entrée délivré par le dispositif de conversion d'énergie peut à la fois alimenter en énergie électrique le dispositif de contrôle, ainsi que transmettre à ce dernier l'information portée par l'onde électromagnétique entrante dans le cas d'une modulation d'amplitude de cette dernière. Le transpondeur selon la technique décrite peut ainsi être passif, i.e. ne pas nécessiter d'apport en énergie électrique autre que celui qu'il reçoit via l'onde électromagnétique traversant le module de conversion d'énergie.
Selon différents modes de réalisation, l'onde interne entrante est proportionnelle à une onde appartenant au groupe comprenant :
• l'onde électromagnétique entrante ;
• l'onde électromagnétique entrante ayant traversé le module de conversion d'énergie ; et • l'onde électromagnétique entrante ayant traversé le module de conversion d'énergie et le module de modulation en amplitude.
Selon d'autres modes de réalisation, l'onde électromagnétique sortante est proportionnelle à une onde appartenant au groupe comprenant :
• l'onde interne sortante ;
• l'onde interne sortante ayant traversé le module de conversion d'énergie ; et • l'onde interne sortante ayant traversé le module de conversion d'énergie et le module de modulation en amplitude.
Selon un mode de réalisation, le module de conversion d'énergie comprend une cellule photoélectrique semi-opaque.
Ainsi, le module de conversion d'énergie laisse passer une onde correspondant à l'onde entrante atténuée vers les étages suivants du transpondeur afin de générer l'onde sortante sur la base de cette onde entrante interne.
Selon un mode de réalisation, la cellule photoélectrique semi-opaque est du type à pigment photosensible.
Ainsi, une cellule photoélectrique de faible coût, par exemple une cellule de Grâtzel, est utilisée afin de générer le signal d'entrée du dispositif de contrôle.
Selon un mode de réalisation, le transpondeur comprend en outre une couche externe de protection contre les ultra-violets.
Ainsi, la cellule photoélectrique semi-opaque du type à pigment photosensible se trouve protégée.
Selon un mode de réalisation, le module de génération de l'onde interne sortante comprend au moins une surface réfléchissante dans le domaine du proche infrarouge et l'onde interne sortante résulte d'au moins une réflexion de l'onde interne entrante sur l'au moins une surface réfléchissante.
Ainsi, l'onde électromagnétique sortante se trouve générée à moindre coût.
Selon différents modes de réalisation, l'onde interne sortante résulte :
• d'une réflexion de l'onde interne entrante sur une surface réfléchissante en incidence normale ; ou • d'une réflexion de l'onde interne entrante sur au moins deux surfaces réfléchissantes disposées sous forme de dièdre orthogonal ou de trièdre orthogonal.
Ainsi, l'onde électromagnétique sortante étant proportionnelle à l'onde interne sortante, elle se propage dans une direction opposée à celle de l'onde électromagnétique entrante (l'onde interne entrante étant quant à elle proportionnelle à l'onde électromagnétique entrante), de sorte que l'émetteur de l'onde électromagnétique entrante et le récepteur de l'onde électromagnétique sortante peuvent être disposés côte à côte en optimisant la communication avec le transpondeur.
Par ailleurs, dans les modes de réalisation basés sur l'utilisation de dièdre ou de trièdre, l'effet selon lequel l'onde électromagnétique sortante se propage dans une direction opposée à celle de l'onde électromagnétique entrante est obtenu sur une plus large gamme d'incidence de l'onde électromagnétique entrante sur le transpondeur.
Selon un mode de réalisation, le module de modulation en amplitude comprend une cellule à cristaux liquides.
Ainsi, la solution pour moduler l'amplitude de l'onde électromagnétique sortante est simple et robuste.
Selon un mode de réalisation, la cellule à cristaux est une cellule à cristaux liquides nématiques de type TN (pour « twisted nematic » en anglais).
Ainsi, le module pour moduler en amplitude l'onde électromagnétique sortante fonctionne sous faible voltage.
Selon un mode de réalisation, le transpondeur comprend en outre un module de stockage d'énergie électrique alimenté par le signal d'alimentation électrique.
Ainsi, le transpondeur selon la technique décrite peut être équipé d'un module de stockage d'énergie électrique (e.g. une batterie ou un accumulateur, une capacité, etc.) qui se recharge dès qu'un signal dans le proche infrarouge traverse le module de conversion d'énergie. En particulier, la réception continue du rayonnement diffus dans le proche infrarouge, présent dans l'environnement du transpondeur, permet une recharge continue du module de stockage d'énergie électrique indépendamment de la réception d'un signal d'information. De la sorte, le transpondeur peut faire face à un surcroît de consommation dans certaines phases de fonctionnement sur la base de l'énergie accumulée en dehors des phases de réception d'un signal utile. Par exemple, des moyens supplémentaires de sécurisation (e.g. encryptage) des donnés à transmettre peuvent être plus facilement mis en œuvre que dans les solutions connues basées sur la réception d'une onde radiofréquence.
LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 illustre un dispositif de communication configuré pour communiquer avec un transpondeur selon un mode de réalisation de la technique décrite ;
les figures 2a et 2b illustrent un transpondeur selon un mode de réalisation de la technique décrite ;
les figures 3 et 4 illustrent un transpondeur selon d'autres modes de réalisation de la technique décrite ;
les figures 5a et 5b illustrent des formes d'ondes de modulation en amplitude utilisées pour encoder les données transmises entre un dispositif de communication et un transpondeur selon un mode de réalisation de la technique décrite.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Sur toutes les figures du présent document, les éléments et étapes identiques sont désignés par une même référence.
Le principe général de la technique décrite consiste en un transpondeur configuré pour émettre une onde électromagnétique sortante lorsqu'il est percuté par une onde électromagnétique entrante. Plus particulièrement, les deux ondes en question ont une même fréquence porteuse dans le proche infrarouge. De la sorte, le débit de données pouvant être transmis est supérieur à celui pouvant être atteint dans le cadre de communications basées sur l'usage de fréquences porteuses radiofréquences. Par ailleurs, les faisceaux électromagnétiques dans le domaine du proche infrarouge peuvent être aisément collimatés. Un système de communication basé sur la technique décrite minimise ainsi les risques de pollution électromagnétique de même que les possibilités d'espionnage des données transmises via de tels signaux.
De même, le transpondeur intègre un module de conversion d'énergie permettant de prélever une fraction de l'énergie portée par l'onde électromagnétique entrante, de sorte que le transpondeur selon la technique décrite est passif.
On décrit maintenant, en relation avec la figure 1, un dispositif de communication 100 configuré pour communiquer avec un transpondeur selon un mode de réalisation de la technique décrite.
Le dispositif de communication 100 comprend un module de traitement des données 110, par exemple un microcontrôleur ou un circuit intégré à application spécifique (e.g. le circuit TRF7970A commercialisé par la société Texas Instruments).
Le module de traitement des données 110 est configuré pour fournir un signal représentatif des données à transmettre à un module émetteur 120 pour générer une onde électromagnétique dans le proche infrarouge. Le module émetteur 120 peut par exemple prendre la forme d'une diode laser fonctionnant sur un seul mode spatial dans le proche infrarouge (e.g. une diode LP705-SF15, commercialisée par la société Thorlabs, et fonctionnant à une longueur d'onde comprise entre 0,405 pm to 1,625 pm).
Le module de traitement des données 110 est également configuré pour traiter le signal de données fourni par le module récepteur 130 sur la base d'une onde électromagnétique reçue dans le proche infrarouge. Le module récepteur 130 peut par exemple prendre la forme d'un détecteur photoconducteur (e.g. un détecteur FDPS3X3, commercialisé par la société Thorlabs, et fonctionnant à une longueur d'onde comprise entre 1,0 et 2,9 pm).
Un élément séparateur 140 est disposé entre le module émetteur 120 et le module récepteur 130 pour permettre de disposer les deux modules à proximité l'un de l'autre tout en garantissant un isolement suffisant dans le proche infrarouge. De la sorte, l'onde électromagnétique émise par le module émetteur 120 n'est pas directement captée par le module récepteur 130. Plus particulièrement, l'élément séparateur 140 peut être réalisé en plastique opaque aux infrarouges, par exemple en polystyrène ou en polypropylène.
Selon la technique décrite, l'onde électromagnétique émise dans le proche infrarouge par le module émetteur 120 est destinée à être l'onde électromagnétique entrante 290e reçue par le transpondeur 200 décrit ci-dessous en relation avec les figures 2a, 2b, 3 et 4.
Réciproquement, le transpondeur 200 décrit ci-dessous est configuré pour émettre une onde électromagnétique sortante 290s (en réponse à la réception de l'onde électromagnétique émise dans le proche infrarouge par le module émetteur 120), l'onde électromagnétique sortante 290s constituant l'onde électromagnétique reçue dans le proche infrarouge par le module récepteur 130.
Par ailleurs, les ondes électromagnétiques échangées entre le dispositif de communication 100 et le transpondeur 200 sont modulées en amplitude de manière à transmettre les données entre ces deux entités. En d'autres termes, c'est la variation temporelle de l'intensité des ondes électromagnétiques en question qui porte l'information échangée entre le dispositif de communication 100 et le transpondeur 200. Des exemples de formes d'ondes de modulation en amplitude utilisées pour encoder les données transmises entre le dispositif de communication 100 et le transpondeur 200 sont décrites ci-dessous en relation avec les figure 5a et 5b selon un mode de réalisation de la technique décrite.
On décrit maintenant, en relation avec les figures 2a et 2b, un transpondeur 200 selon un mode de réalisation de la technique décrite.
Le transpondeur 200 est configuré pour émettre une onde électromagnétique sortante 290s lorsqu'il est percuté par une onde électromagnétique entrante 290e, les ondes électromagnétiques entrante 290e et sortante 290s ayant la même fréquence porteuse dans le proche infrarouge.
Pour ce faire, le transpondeur 200 comprend un module de conversion d'énergie 220 configuré pour délivrer un signal d'alimentation électrique.
Plus particulièrement, la puissance du signal d'alimentation électrique est fournie par l'onde électromagnétique entrante 290e. Ainsi, le transpondeur 200 est passif dans le sens où les composants électroniques qu'il comprend sont alimentés via le signal d'alimentation électrique délivré par le module de conversion d'énergie 220.
De même, l'amplitude du signal d'alimentation électrique est représentative de l'amplitude de l'onde électromagnétique entrante 290e. De la sorte, le signal d'alimentation électrique est également représentatif des données portées par l'onde électromagnétique entrante 290e, cette dernière étant modulée en amplitude comme évoqué ci-dessus et détaillé ci-dessous en relation avec les figures 5a et 5b.
Pour ce faire, le module de conversion d'énergie 220 comprend une cellule photoélectrique semi-opaque du type à pigment photosensible (e.g. une cellule de Grâtzel ruthénium / oxyde de titanium (TiO2)), une telle cellule ayant l'avantage de présenter un faible coût.
Dans ce mode de réalisation, le transpondeur 200 comprend également une couche externe 210 de protection contre les ultra-violets afin de protéger la cellule photoélectrique semi-opaque du type à pigment photosensible. II peut s'agir par exemple d'une pellicule d'oxyde de zinc (ZnO) ou d'oxyde de titanium (TiO2). Plus particulièrement, la couche externe 210 est telle que les pertes par transmission dans le proche infrarouge sont minimes. Ainsi, l'onde reçue par le module de conversion d'énergie 220 est sensiblement égale, tout en étant proportionnelle, à l'onde électromagnétique entrante 290e. Dans d'autres modes de réalisation, une telle couche externe 210 de protection contre les ultra-violets n'est pas présente.
Le module de conversion d'énergie 220 laisse par ailleurs se propager une onde proportionnelle à l'onde électromagnétique entrante 290e atténuée vers l'étage suivant du transpondeur, ici un module de modulation en amplitude 230.
Dans ce but, le module de modulation en amplitude 230 comprend une cellule à cristaux liquides dont l'opacité est contrôlée par le signal de contrôle délivré par le module de contrôle 270. Ainsi, l'amplitude de l'onde électromagnétique traversant le module de modulation en amplitude 230 peut être modulée en jouant sur le facteur de transmission du module de modulation en amplitude 230 dans le domaine du proche infrarouge. Cette onde modulée étant à l'origine de l'onde électromagnétique sortante 290s in fine, il apparaît ainsi que le module de modulation en amplitude 230 est configuré pour induire une modulation de l'amplitude de l'onde électromagnétique sortante 290s sur la base d'un signal de contrôle délivré par un module de contrôle 270.
De la sorte, la technique utilisée pour induire la modulation de l'amplitude de l'onde électromagnétique sortante est simple et robuste. Dans une variante, la cellule à cristaux considérée est une cellule à cristaux liquides nématiques de type TN (pour « twisted nematic » en anglais). Ainsi, le module pour moduler en amplitude l'onde électromagnétique sortante 290s fonctionne sous un faible voltage d'alimentation tel qu'il peut être produit par le module de conversion d'énergie 220.
Par ailleurs, le module de modulation en amplitude 230 reçoit le signal de contrôle délivré par le module de contrôle 270 via des premiers connecteurs électriques 260 reliant électriquement le module de contrôle 270 au module de modulation en amplitude 230.
Plus particulièrement, le module de contrôle 270 (e.g. un microcontrôleur ou un circuit intégré à application spécifique) est alimenté par le signal d'alimentation électrique délivré par le module de conversion d'énergie 220 (via des deuxièmes connecteurs électriques 250 reliant électriquement le module de conversion d'énergie 220 au module de contrôle 270) et/ou par le module de stockage d'énergie électrique 280, décrit ci-après.
De plus, comme décrit ci-dessus, le signal d'alimentation électrique délivré par le module de conversion d'énergie 220 est également représentatif des données portées par l'onde électromagnétique entrante 290e, i.e. des données transmises par le dispositif de communication 100 lors d'une requête de ce dispositif 100 au transpondeur 200. De la sorte, le module de contrôle 270 génère le signal de contrôle fourni au module de modulation en amplitude 230 sur la base des données à transmettre au dispositif de communication 100 en réponse à sa requête.
Le module de modulation en amplitude 230 laisse alors se propager une onde électromagnétique, dite onde interne entrante 390e, vers un module de génération 240 d'une onde interne sortante 390s. L'onde interne entrante 390e est donc, dans ce mode de réalisation, modulée en amplitude en fonction des données que le transpondeur 200 doit transmettre au dispositif de communication 100 en réponse à sa requête.
Dans ce mode de réalisation, l'onde interne entrante 390e est donc ainsi proportionnelle à l'onde électromagnétique entrante 290e ayant traversé le module de conversion d'énergie 220 et le module de modulation en amplitude 230.
Le module de génération 240 de l'onde interne sortante 390s comprend une surface réfléchissante dans le domaine du proche infrarouge. Par exemple, il peut s'agir d'une couche plastique (polypropylène ou polyuréthane) recouverte d'une couche réfléchissante aux longueurs d'ondes dans le proche infrarouge. L'onde interne sortante 390s résulte alors de la réflexion de l'onde interne entrante 390e sur la surface réfléchissante en question.
Plus particulièrement, lorsque le dispositif de communication 100 est accolé au transpondeur 200, l'onde interne sortante 390s résulte de la réflexion de l'onde interne entrante 390e sur la surface réfléchissante en incidence normale. Ainsi, l'onde électromagnétique sortante 290s étant proportionnelle à l'onde interne sortante 390s, elle se propage dans une direction opposée à celle de l'onde électromagnétique entrante 290e (l'onde interne entrante 390e étant quant à elle proportionnelle à l'onde électromagnétique entrante 290e), de sorte que le module émetteur 120 de l'onde électromagnétique entrante 290e et le module récepteur 130 de l'onde électromagnétique sortante 290s peuvent être disposés à proximité l'un de l'autre tout en permettant la communication avec le transpondeur 200.
L'onde interne sortante 390s traverse ensuite le module de modulation en amplitude 230 qui imprime (à nouveau) la modulation en amplitude à l'onde le traversant. Cependant, cette double modulation n'entraine aucun problème particulier dans le cas présent, le temps de trajet des ondes interne entrante 390e et sortante 390s dans le transpondeur 200 étant négligeable devant le temps caractéristique de modulation d'un symbole de données. La double modulation ainsi induite sur l'onde électromagnétique sortante 290s n'impacte la forme d'onde obtenue au final que sur une durée temporelle négligeable devant un temps symbole.
L'onde ainsi (à nouveau) modulée en amplitude traverse ensuite le module de conversion d'énergie 220. Cependant, l'intensité de l'onde issue de l'onde interne sortante 390s étant atténuée par rapport à celle de l'onde électromagnétique entrante 290e (suite à la première traversée du module de conversion d'énergie 220 par cette onde électromagnétique entrante 290e), l'amplitude du signal d'alimentation électrique délivré par le module de conversion d'énergie 220 reste représentatif de l'amplitude de l'onde électromagnétique entrante 290e. En d'autres termes, les fluctuations de l'amplitude du signal d'alimentation électrique liées à la modulation d'amplitude de l'onde interne sortante 390s ayant traversé le module de modulation en amplitude 230 restent du second ordre par rapport aux fluctuations liées à la modulation d'amplitude de l'onde interne entrante 390e.
Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, le module de conversion d'énergie 220 laisse passer une onde électromagnétique destinée à devenir l'onde électromagnétique sortante 290s après traversée de la couche externe 210 de protection contre les ultraviolets. En d'autres termes, l'onde électromagnétique sortante 290s est ici proportionnelle à l'onde interne sortante 390s ayant traversé le module de conversion d'énergie 220 et le module de modulation en amplitude 230.
Le transpondeur 200 comprend en outre un module de stockage d'énergie électrique 280 (e.g. une batterie ou un accumulateur, une capacité, etc.) alimenté par le signal d'alimentation électrique délivré par le module de conversion d'énergie 220.
Ainsi, le module de stockage d'énergie électrique 280 peut se recharger dès qu'un signal dans le proche infrarouge traverse le module de conversion d'énergie 220. En particulier, la réception continue du rayonnement diffus dans le proche infrarouge, présent dans l'environnement du transpondeur 200, permet une recharge continue du module de stockage d'énergie électrique 280 indépendamment de la réception d'un signal d'information. De la sorte, le transpondeur 200, bien que toujours passif (car l'énergie dont il dispose reste fournie par une onde électromagnétique reçue) peut faire face à un surcroît de consommation dans certaines phases de fonctionnement sur la base de l'énergie accumulée en dehors des phases de réception d'un signal utile. Par exemple, des moyens supplémentaires de sécurisation (e.g. d'encryptage/décryptage) des donnés à transmettre peuvent être plus facilement mis en œuvre dans le module de contrôle 270 que dans le cadre de solutions connues basées sur la réception d'une onde radiofréquence.
On décrit maintenant, en relation avec les figures 3 et 4, un transpondeur 200 selon d'autres modes de réalisation de la technique décrite.
Dans ces modes de réalisation, le module de génération 240 de l'onde interne sortante 390s comprend au moins deux surfaces réfléchissantes dans le domaine du proche infrarouge disposées sous forme de dièdre orthogonal ou de trièdre orthogonal.
Ainsi, l'onde électromagnétique sortante 290s étant proportionnelle à l'onde interne sortante 390s, elle se propage dans une direction opposée à celle de l'onde électromagnétique entrante 290e (l'onde interne entrante 390e étant quant à elle proportionnelle à l'onde électromagnétique entrante 290e), de sorte que la communication avec le dispositif de communication 100 est optimisée lorsque le module émetteur 120 de l'onde électromagnétique entrante 290e et le module récepteur 130 de l'onde électromagnétique sortante 290s sont disposés côte à côte.
Par ailleurs, l'utilisation de dièdre ou de trièdre dans le module de génération 240 permet d'obtenir l'effet selon lequel l'onde électromagnétique sortante 290s se propage dans une direction opposée à celle de l'onde électromagnétique entrante 290e sur une plus large gamme d'incidence de l'onde électromagnétique entrante 290e sur le transpondeur 200 que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus en relation avec les figures 2a et 2b.
Enfin, des dispositions alternatives à celle décrite ci-dessus en relation avec les figures 2a et 2b peuvent être envisagées pour les modules de conversion d'énergie 220 et de modulation en amplitude 230 dans le présent cas.
À titre d'exemple, dans un mode de réalisation les modules de conversion d'énergie 220 et de modulation en amplitude 230 peuvent être disposés côte à côte (figure 3) de sorte que le module de conversion d'énergie 220 est configuré pour être traversé par l'onde électromagnétique entrante 290e (ayant ou non déjà traversé la couche externe 210 de protection), alors que le module de modulation en amplitude 230 est configuré pour être traversé uniquement par l'onde interne sortante 390s. De la sorte, l'effet de double modulation de l'onde électromagnétique sortante 290s décrit cidessus en relation avec les figures 2a et 2b n'est plus présent. De même il n'existe plus ici de fluctuations de l'amplitude du signal d'alimentation électrique liées à la modulation d'amplitude de l'onde interne sortante 390s.
Alternativement, dans un autre mode de réalisation les modules de conversion d'énergie 220 et de modulation en amplitude 230 restent juxtaposé (figure 4), comme dans le mode de réalisation décrit ci-dessus en relation avec les figures 2a et 2b, mais sont configurés ici pour être traversés uniquement par l'onde interne sortante 390s.
Cependant, les différents modes de réalisation précités restent combinables. Par exemple, une configuration des modules de conversion d'énergie 220 et de modulation en amplitude 230 comme celle décrite en relation avec les figures 2a et 2b est compatible avec l'utilisation de dièdre ou de trièdre dans le module de génération 240.
Ainsi, dans les différents modes de réalisation précités, l'onde interne entrante 390e est proportionnelle à une onde appartenant au groupe comprenant :
l'onde électromagnétique entrante 290e ;
l'onde électromagnétique entrante 290e ayant traversé le module de conversion d'énergie 220 ; et l'onde électromagnétique entrante 290e ayant traversé le module de conversion d'énergie 220 et le module de modulation en amplitude 230.
De même, dans les différents modes de réalisation précités, l'onde électromagnétique sortante 290s est proportionnelle à une onde appartenant au groupe comprenant :
l'onde interne sortante 390s ;
l'onde interne sortante 390s ayant traversé le module de conversion d'énergie 220 ; et l'onde interne sortante 390s ayant traversé le module de conversion d'énergie 220 et le module de modulation en amplitude 230.
On décrit maintenant, en relation avec les figures 5a et 5b, des formes d'ondes de modulation en amplitude pouvant être utilisées pour encoder les données transmises entre le dispositif de communication 100 et le transpondeur 200 selon un mode de réalisation de la technique décrite.
Pour la transmission d'un premier état binaire, par exemple un état logique bas, une forme d'onde composée de la succession temporelle (figure 5a) suivante peut être utilisée :
un signal de synchronisation de forte amplitude pendant une durée 2T ; une absence d'émission pendant une durée T ; et un signal d'amplitude réduite pendant une durée T.
De même, pour la transmission d'un deuxième état binaire, par exemple un état logique haut, une forme d'onde composée de la succession temporelle (figure 5b) suivante peut être utilisée :
un signal de synchronisation de forte amplitude pendant une durée 2T ; une absence d'émission pendant une durée T ; et un signal de forte amplitude pendant une durée T.
De la sorte, le signal de synchronisation de forte amplitude sert à la fois à la synchronisation du récepteur impliqué (soit le module récepteur 130 du dispositif de communication 100, soit la partie réception embarquée dans le module de contrôle 270 du transpondeur 200) et à l'alimentation du dispositif récepteur (e.g. le transpondeur 200, via le module de conversion d'énergie 220 comme décrit ci-dessus).
Par ailleurs, une absence d'émission sur une durée T est également utilisée entre l'émission successive de deux bits successifs.
De même, dans une variante, la base de temps T est une valeur prédéfinie, e.g. égale à l'inverse de la fréquence de fonctionnement des unités de traitement embarquées dans le module de contrôle 270. Dans une autre variante, T est détectée de manière adaptative via un protocole dédié entre le dispositif de communication 100 et le transpondeur 200.
En pratique, il est envisageable de traiter une base de temps T de 100 ns, ce qui correspond à un débit de données de 2Mbit/s, i.e. plus de quatre fois le maximum possible avec la technologie NFC.
L'initialisation d'une communication peut être effectuée en envoyant une séquence connue, telle qu'une suite de bits tous au même état binaire (e.g. la séquence de données « 11111111 »), et en attendant un signal d'accusé de réception du dispositif répondant.
Pour recevoir un message, le récepteur impliqué (soit le module récepteur 130 du dispositif de communication 100, soit la partie réception embarquée dans le module de contrôle 270 du transpondeur 200) attend de détecter le signal de synchronisation de forte amplitude présent pendant une durée de 2T. En notant T0 le moment où ce signal est reçu, on mesure alors l'amplitude du signal reçu pendant la durée correspondant à l'absence d'émission sur une durée T (i.e. entre T0 + 2T et T0 + 3T). Cette mesure sert alors de référence : il pourrait en effet y avoir un signal ambiant ou une interférence présente à l'entrée du récepteur en plus du signal voulu. Enfin, l'amplitude de la dernière partie de la forme d'onde (i.e. celle reçue entre T0 + 3T et ΤΟ + 4T) est comparée d'une part à la forte amplitude du signal de synchronisation, et d'autre part à l'amplitude de référence du signal reçu pendant la durée correspondant à l'absence d'émission, pour déterminer si le bit reçu est un bit au premier ou au deuxième état logique.
Pour répondre à une requête du dispositif de communication 100, le transpondeur 200 module, via le module de modulation en amplitude 230, la forme d'onde des trains de bits reçus de manière à les adapter à la forme d'onde du train de bits qu'il doit transmettre en réponse à la requête. Pour ce faire, le transpondeur 200 joue sur le coefficient de transmission du module de modulation en amplitude 230 afin de mettre en forme les formes d'ondes à transmettre. Plus particulièrement :
si le transpondeur 200 doit émettre un bit au premier état binaire sur la base d'une forme d'onde d'un bit reçu au deuxième état binaire, alors le module de modulation en amplitude 230 atténue la partie de la forme d'onde reçue correspondant au signal de forte amplitude sur une durée T ; et si le transpondeur 200 doit émettre un bit au deuxième état binaire sur la base d'une forme d'onde d'un bit reçu au premier état binaire, alors le module de modulation en amplitude 230 atténue la partie de la forme d'onde reçue correspondant au signal de synchronisation de forte amplitude pendant une durée de 2T.
Dans les deux autres cas où la forme d'onde réémise correspond à celle reçue, le module de modulation en amplitude 230 reste dans le même état pendant toute la durée de la forme d'onde de manière à la laisser globalement inchangée.
Les formes d'ondes de modulation en amplitude décrites ci-dessus correspondent bien sûr à un mode de réalisation particulier de l'invention, et d'autres formes d'ondes peuvent être utilisées, le module de modulation en amplitude 230 étant adapté en conséquence.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Transpondeur (200) configuré pour émettre une onde électromagnétique sortante (290s) lorsqu'il est percuté par une onde électromagnétique entrante (290e), caractérisé en ce que lesdites ondes électromagnétiques entrante et sortante ont une même fréquence porteuse dans le proche infrarouge, et en ce que ledit transpondeur comprend au moins :• un module de conversion d'énergie (220) configuré pour délivrer un signal d'alimentation électrique, une puissance dudit signal d'alimentation électrique étant fournie par ladite onde électromagnétique entrante (290e), une amplitude dudit signal d'alimentation électrique étant représentative d'une amplitude de ladite onde électromagnétique entrante (290e) ;• un module de génération (240) d'une onde interne sortante (390s) sur la base d'une onde interne entrante (390e) fonction de ladite onde électromagnétique entrante (290e), ladite onde électromagnétique sortante (290s) étant fonction de ladite onde interne sortante (390s) ;• un module de contrôle (270) délivrant un signal de contrôle sur la base d'au moins ledit signal d'alimentation électrique ; et • un module de modulation en amplitude (230) configuré pour induire une modulation d'une amplitude de ladite onde électromagnétique sortante (290s) sur la base dudit signal de contrôle.
- 2. Transpondeur selon la revendication 1, dans lequel ladite onde interne entrante (390e) est proportionnelle à une onde appartenant au groupe comprenant :ladite onde électromagnétique entrante (290e) ;ladite onde électromagnétique entrante (290e) ayant traversé ledit module de conversion d'énergie (220) ; et ladite onde électromagnétique entrante (290e) ayant traversé ledit module de conversion d'énergie (220) et ledit module de modulation en amplitude (230).
- 3. Transpondeur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite onde électromagnétique sortante (290s) est proportionnelle à une onde appartenant au groupe comprenant :ladite onde interne sortante (390s) ;ladite onde interne sortante (390s) ayant traversé ledit module de conversion d'énergie (220) ; et ladite onde interne sortante (390s) ayant traversé ledit module de conversion d'énergie (220) et ledit module de modulation en amplitude (230).
- 4. Transpondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit module de conversion d'énergie (220) comprend une cellule photoélectrique semiopaque.
- 5. Transpondeur selon la revendication 4, dans lequel ladite cellule photoélectrique semi-opaque est du type à pigment photosensible.
- 6. Transpondeur selon la revendication 5, comprenant en outre une couche externe (210) de protection contre les ultra-violets.
- 7. Transpondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit module de génération (240) de ladite onde interne sortante (390s) comprend au moins une surface réfléchissante dans le domaine du proche infrarouge, ladite onde interne sortante (390s) résultant d'au moins une réflexion de ladite onde interne entrante (390e) sur ladite au moins une surface réfléchissante.
- 8. Transpondeur selon la revendication 7, dans lequel ladite onde interne sortante résulte :d'une réflexion de ladite onde interne entrante (390e) sur une surface réfléchissante en incidence normale ; ou d'une réflexion de ladite onde interne entrante (390e) sur au moins deux surfaces réfléchissantes disposées sous forme de dièdre orthogonal ou de trièdre 5 orthogonal.
- 9. Transpondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit module de modulation en amplitude (230) comprend une cellule à cristaux liquides.
- 10 10. Transpondeur selon la revendication 9, dans lequel ladite cellule à cristaux est une cellule à cristaux liquides nématiques de type TN (pour « twisted nematic » en anglais).
- 11. Transpondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en
- 15 outre un module de stockage d'énergie électrique (280) alimenté par ledit signal d'alimentation électrique.1/2110 120
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| US20110159869A1 (en) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Near field radio communication apparatus and mobile radio terminal |
| US20150207572A1 (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-23 | Nano Retina Ltd. | Transfer of power and data |
| US20160049831A1 (en) * | 2013-03-27 | 2016-02-18 | International Business Machines Corporation | Power transmitting device, power receiving device, power supply system, and power supply method |
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