ven. Oct 18th, 2019
keysight - Nancy Friedrich

Les communications critiques sortent du moule analogique

Par Nancy Friedrich, Industry Solutions Marketing chez Keysight Technologies

Autrefois solidement ancrée dans ses origines analogiques, la communication critique évolue constamment afin d’offrir une meilleure connaissance de la situation. Les dernières radios destinées à la sécurité publique et aux communications militaires (MilCom) sont plus polyvalentes et plus fiables, prenant en charge les réseaux ad hoc pour améliorer ou permettre la connectivité.

Avec des capacités de débit de données plus élevées, les solutions adaptées à la communication critique peuvent envoyer et recevoir des images haute résolution, des vidéos et d’autres types de contenu à forte intensité de données. En même temps, ils fournissent un système de communication vocale de meilleure qualité tout en maintenant la sécurité. Pour assurer les communications et l’interopérabilité, ils prennent toujours en charge les communications analogiques en utilisant la sécurité intégrée. Cette myriade de capacités est possible grâce à l’adoption continue de nouvelles technologies, allant des normes numériques de sécurité publique et des formats de modulation aux technologies comme les réseaux locaux sans fil (WLAN) et l’évolution à long terme (LTE).

Normes de sécurité publique

Dans le domaine de la sécurité publique, cette tendance est évidente à mesure que la radio mobile terrestre (LMR) évolue vers les normes numériques. Par exemple avec le projet 25 (P25) de l’Association of Public Safety Communications Officials (APCO), la radio terrestre à ressources partagées (TETRA) et la radio mobile numérique (DMR). L’APCO P25, d’origine américaine, permet aux systèmes de sécurité publique et autres systèmes LMR, tels que ceux utilisés par les services publics, de passer aux communications numériques bidirectionnelles. Au-delà de l’intégration de la voix et des données, les normes de l’APCO P25 visent à permettre la production d’équipements interopérables, compatibles et efficaces sur le plan spectral. Le P25 comporte deux phases qui ne sont pas compatibles, mais les radios et les réseaux de la phase 2 peuvent s’adapter à la phase 1 si nécessaire. Les deux phases utilisent une bande passante de 12,5 kHz mais utilisent des méthodes d’accès aux canaux différentes. La phase 1 exploite l’accès multiple par répartition en fréquence, tandis que la phase 2 repose sur l’accès multiple par répartition dans le temps à deux créneaux (AMRT).

TETRA est la version européenne d’une norme de radio mobile numérique à ressources partagées. Pour les organisations professionnelles traditionnelles d’utilisateurs de la radio mobile, elle offre une architecture évolutive qui peut fournir un accès dans une zone locale grâce à une couverture étendue. TETRA est dotée d’un cryptage vocal de haut niveau et d’une configuration d’appel rapide pour les appels de groupe sur une vaste zone. En mode direct TETRA permet une communication radio dos à dos indépendante du réseau. Il est également possible d’utiliser le mode à ressources partagées pour que les radios mobiles TETRA fonctionnent avec l’infrastructure de réseau TETRA. La clé de TETRA est l’utilisation de la technologie TDMA pour maximiser l’efficacité spectrale grâce à l’attribution de quatre canaux utilisateur sur une seule porteuse radio avec un espacement de 25 kHz entre ces porteuses.

TETRA continue d’évoluer avec le développement de nouvelles normes, y compris la version 2 de TETRA, qui comprend le service de données amélioré TETRA (TEDS). Le TEDS permet d’offrir des services de communication de données à large bande et à haute vitesse. Il utilise différentes largeurs de bande de canaux RF (25, 50, 100 et 150 kHz) et différents débits de données pour une utilisation flexible des bandes de fréquences radio mobiles professionnelles.

Une autre norme ouverte, la DMR, fournit des services vocaux, de données et des services connexes. Considérée davantage comme une solution essentielle à l’entreprise que comme une solution essentielle à la mission, la DMR utilise la technologie AMRT à deux emplacements pour ajouter des fonctions de contrôle et doubler la capacité d’un canal 12,5 kHz existant. Le système permet deux appels sur le même canal indépendamment l’un de l’autre, offrant une capacité deux fois supérieure à celle d’un système radio analogique bidirectionnel standard. À l’avenir, elle satisfera aux exigences de 6,25 kHz pour satisfaire aux règles de certification de la Federal Communications Commission (FCC) des États-Unis exigeant une telle exploitation. Les systèmes DMR permettent d’améliorer la qualité audio en convertissant les données vocales en données numériques. Les systèmes utilisent des algorithmes de traitement du signal pour aider à minimiser la distorsion et fournir un son intelligent capable d’ajuster le volume en fonction du niveau de bruit dans l’environnement.

L’adoption du LTE et du WLAN augmente

L’exploitation de la recherche et du développement réalisés dans le monde commercial est une approche pragmatique permettant aux radios multiformats de communiquer rapidement et de manière critique. L’architecture LTE, qui est entièrement basée sur le protocole Internet, offre à la fois une faible latence et une haute résilience. Ces caractéristiques ouvrent la voie à l’interopérabilité des applications voix et données. Cependant, la puissance d’émission inférieure à 1 W du LTE se traduit par des sites radio à plus forte densité.

Le projet de partenariat de troisième génération (3GPP) établit des normes mondiales pour le LTE et les autres télécommunications cellulaires. Pour soutenir MilCom et les radios de sécurité publique, la version 12 du 3GPP s’est concentrée sur les applications critiques. La version 13 a ajouté la prise en charge du push-to-talk essentiel à la mission et une série de fonctions pour aider les utilisateurs en cas d’urgence, tels que les premiers intervenants. La version 14 a introduit des fonctions de données et de vidéo essentielles à la mission dans la norme, ainsi que des fonctions de performance supplémentaires. Les États-Unis ont attribué des fréquences dans la bande des 700 MHz spécifiquement pour la technologie LTE, dans le but de fournir une couverture à grande échelle et une propagation supérieure pour pénétrer les structures. Les radios de sécurité publique FirstNet, qui sont compatibles avec la technologie LTE de duplexage à répartition dans le temps (DRT), sont un exemple de mise en œuvre de la technologie LTE.

Contrairement à la technologie LTE, la technologie WLAN offre un déploiement facile avec moins de demandes d’infrastructure. En conséquence, les réseaux militaires et de sécurité publique ad hoc dans le monde entier tirent déjà parti de la technologie WLAN. “Ad hoc ” fait référence au fait qu’ils n’utilisent pas une infrastructure sans fil existante. Les nœuds se transmettent mutuellement des données en fonction d’aspects tels que la connectivité et l’algorithme de routage utilisé. Ces réseaux ne reposent pas sur un nœud central et peuvent être formés rapidement, ce qui les rend attrayants pour les scénarios d’urgence et les zones de conflit militaire.

Aux États-Unis, par exemple, la FCC a attribué 50 MHz du spectre dans la bande des 4,9 GHz aux services fixes et mobiles de sécurité publique. À ces fréquences, ce spectre sera probablement utilisé pour les communications à courte portée. Les applications à large bande prises en charge dans la bande de fréquences américaine comprennent les réseaux maillés, les points d’accès, les réseaux mobiles ad-hoc, la voix sur IP, la vidéosurveillance et le backhaul. Ces fonctionnalités permettent un partage rapide et facile des données d’informations potentiellement critiques dans de grands formats vidéo, d’images et d’autres formats de fichiers.

Exploitation des formats de modulation numérique

L’utilisation de la modulation pour passer des formats analogiques aux formats numériques est un élément clé de ces approches de communication. La modulation permet des communications multilignes en changeant les caractéristiques de l’onde porteuse pour celles d’une onde différente, appelée signal modulaire. Le traitement numérique du signal, qui converti l’information analogique en données numériques en modifiant les caractéristiques de l’onde porteuse comme la phase, l’amplitude ou la fréquence, est au cœur de la modulation numérique.

Les trois formes de base de la modulation numérique sont la modulation par déplacement d’amplitude, la modulation par déplacement de fréquence et la modulation par déplacement de phase. La modulation d’amplitude en quadrature (MAQ) et la modulation par déplacement de phase en quadrature (MDPQ) sont des formats de modulation complexes fondés sur ces formats de modulation numérique de base. QAM et QPSK offrent une utilisation plus efficace de la bande passante et une sécurité accrue pour les communications vocales sur le champ de bataille. La numérisation des signaux analogiques longue distance permet des communications militaires plus claires, plus précises et plus sûres. Les progrès tirés de la technologie de modulation complexe ont permis de nombreuses avancées récentes dans le domaine des communications tactiques.

Les organismes de sécurité publique et les organismes militaires adopteront une approche de plus en plus diversifiée pour mettre à jour leurs systèmes de radiocommunication, en ajoutant le WLAN, le LTE et d’autres technologies pour accroître les capacités et le partage des données. La clé de ces systèmes est l’interopérabilité avec les anciens et les nouveaux systèmes, ce qui permet à différentes unités de communiquer au besoin. Bien que l’infrastructure varie d’un petit réseau ad hoc à un déploiement plus complexe, tous les systèmes de communication essentiels doivent répondre à des exigences de performance, d’interopérabilité et de sécurité.

Les fabricants de radios doivent tester ces radios polyvalentes pour s’assurer qu’elles sont conformes aux normes de l’industrie, telles que LTE et WLAN, en plus des contrôles de fréquence qui assurent un fonctionnement radio correct et une précision de fréquence. Parmi les autres indicateurs de performance testés, mentionnons la puissance de sortie et la puissance du signal de réception, qui définissent en fin de compte la portée, la clarté audio, le volume et plus encore sur le terrain. Pour sécuriser le monde entier, qu’il s’agisse d’un accident local ou d’une zone militaire, il est essentiel de tester complètement les paramètres radio et réseau et d’exploiter des solutions de communication critiques fiables.

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