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"Communications de sécurité publique et militaires : aller vers le numérique sans renier fiabilité et interopérabilité"

Publié le 18 juin 2019 à 07:14 par François Gauthier        Perspective Keysight

[TRIBUNE de Nancy Friedrich, KEYSIGHT] Ancrés dans leurs origines analogiques, les systèmes de communication critiques de sécurité publique (pompiers, sécurité civile…) ou militaires évoluent aujourd'hui grâce à l'apport des technologies numériques. Tout en fournissant des communications vocales analogiques de haute qualité, ces solutions s'enrichissent de l'apport de formats de modulation numériques et de leur intégration avec des réseaux locaux sans fil et des réseaux cellulaires comme le LTE. Nancy Friedrich, Industry Solutions Marketing pour l'aérospatial et la Défense chez Keysight Technologies, décrit dans le détail ces évolutions, et explique pourquoi la clé désormais sur ces marchés réside dans les mesures d'interopérabilité entre systèmes hybrides.

Dans le domaine de la sécurité publique, la radio mobile terrestre (LMR, Land Mobile Radio) évolue vers les normes numériques. C'est le cas avec le projet 25 (P25) d’origine américaine issu de l'Association of Public Safety Communications Officials (APCO), la radio terrestre à ressources partagées Tetra (Terrestrial Trunked Radio), une norme définie par l’Etsi, et la radio mobile numérique (DMR, Digital Mobile Radio), qui s’ouvrent aux communications numériques bidirectionnelles. Au-delà de l'intégration de la voix et des données, les spécifications APCO P25 visent à permettre la production d'équipements interopérables, compatibles et efficaces sur le plan spectral. Le P25 comporte deux volets, l’un exploitant l'accès multiple par répartition en fréquence, l’autre reposant sur l'accès multiple par répartition dans le temps (AMRT ou TDMA, Time Division Multiple Access). Ces deux approches utilisent une bande passante commune de 12,5 kHz mais des méthodes d'accès aux canaux différentes, désormais compatibles entre elles.

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 doté d'un cryptage vocal de haut niveau et d'une configuration d'appel rapide pour les appels de groupe sur une vaste zone. 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 de 25 kHz. Ainsi, Tetra continue d'évoluer avec le développement de nouvelles normes, notamment sa version 2 qui comprend le service de données amélioré (TEDS, Tetra Enhanced Data Services) qui procure des services de communication de données à large bande et à haute vitesse. Et ce via l’utilisation de 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 fréquence radio mobiles professionnelles. Une autre norme ouverte, la DMR, fournit des services vocaux, de données et des services connexes.

Considérée davantage comme une solution d’entreprise, la DMR utilise la technologie AMRT pour ajouter des fonctions de contrôle et doubler la capacité d'un canal à 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. Ainsi, les systèmes DMR améliorent 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 des travaux de R&D et des développements réalisés dans le monde professionnel est une approche pragmatique permettant aux radios privées multiformats de communiquer rapidement et de manière critique. Dans ce cadre, l'architecture LTE, reposant entièrement 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.

Ici, pour soutenir le domaine 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 principe du “push-to-talk” essentiel aux missions critiques et une série de fonctions pour aider les utilisateurs en cas d'urgence. La version 14 a aussi introduit des fonctions de données et de vidéos essentielles pour les missions de sécurité 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, compatibles avec la technologie LTE de duplexage à répartition dans le temps (DRT), est un exemple de mise en œuvre de la technologie LTE.

De son côté, contrairement au LTE, la technologie WLAN offre un déploiement facile avec moins de demandes d'infrastructure. En conséquence, les réseaux militaires et de sécurité publique dans le monde tirent déjà parti de ces caractéristiques. Ils n'utilisent pas une infrastructure sans fil existante mais des séries de nœuds qui se transmettent mutuellement des données en fonction d'aspects tels que la connectivité et l'algorithme de routage utilisé. Ils peuvent se former 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 fréquence 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 ou image 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 convertit 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 et la modulation par déplacement de phase en quadrature sont des formats de modulation complexes fondés sur ces formats de modulation numérique de base.

Ces modulations 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 alors des communications militaires plus claires, plus précises et plus sûres. Les progrès tirés des technologies de modulation complexes ont ici permis de nombreuses avancées dans le domaine des communications tactiques.

Les organismes de sécurité publique et les organismes militaires vont donc adopter 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 est l'interopérabilité entre anciens et nouveaux systèmes. Les fabricants de radios doivent donc tester ces radios polyvalentes pour s'assurer qu'elles sont conformes aux normes de l'industrie, en plus des contrôles de fréquence classiques qui assurent un fonctionnement radio correct. 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, etc.