Pour faire simple, la technologie radio UWB permet une localisation précise, mais elle était plutôt prévue pour des communications bas débit. On la retrouve dans des petits dispositifs de géolocalisation comme les AirTag d'Apple et le tout nouveau Exynos Connect U100 de Samsung, mais aussi dans certains smartphones depuis 2019 et dans l'IoT industriel.
Si dans le grand public, nous commençons à lire le terme d'UWB (Ultra WideBand ou Ultra Large Bande) depuis l'arrivée de puces l'intégrant dans certains smartphones depuis 2019 ou plus massivement celle des AirTag d'Apple en 2021, le principe de l'Ultra large Bande n'est pas neuf. Et, comme souvent dans les technologies du signal, le concept vient de la recherche militaire.
Dans les années 1950, les militaires ont utilisé la transmission d'impulsions d'ondes de très courte durée dans des systèmes de radars et de communication. Mais son utilisation civile était interdite et la communauté scientifique a commencé à s'y intéresser que dans les années 90.
En 1993, des chercheurs de l'entreprise américaine Pulson Communications publiaient, par exemple, un article scientifique intitulé « An Impulse Radio Communications System ». Mais ce n'est qu'au début des années 2000 que les autorités de régulations ont ouvert l'utilisation de certaines bandes pour cet usage à des fins civiles.
L'idée est de transmettre des informations en envoyant des impulsions radio très brèves à intervalles de temps spécifiques qui utilisent une bande passante large. Le signal reste robuste grâce à cette bande passante et l'impulsion étant de l'ordre de la nanoseconde, elle permet une localisation très précise, de l'ordre de quelques dizaines de cm sur plusieurs dizaines de mètres.
Réglementé pour des communications bas débits...
Mais ce n'est qu'en 2002 que les États-Unis ont permis à l'UWB d'utiliser l’ensemble de la bande 3,1-10,6 GHz avec une densité spectrale de puissance maximale de -41,3 dBm/MHz, « ainsi des systèmes de communication grand public, en intérieur ou portables, avec une largeur de bande d’au moins 500 MHz », comme l'explique l'ANFR.
En 2006, l'Europe a adopté une règlementation distincte en l'adaptant aux usages déjà en cours sur notre sol, lui ouvrant les bandes de fréquences 3,1 à 4,8 GHz et 6-9 GHz avec la même densité spectrale de puissance maximale qu'aux États-Unis.
Comme l'UWB est une technique d'impulsion d'ondes, elle a été pensée, au départ, comme un outil de communication local et on parlait même à l'époque d'un « super bluetooth » ou un « wireless USB ». Les agences de réglementation de fréquences l'ont étudiée en pensant qu'elle « répondait en premier lieu à l’hypothèse d’un marché de masse pour des communications à très bas débit dans des réseaux personnels sans fil (WPAN) : composants dans les équipements informatiques, téléphones mobiles et électronique grand public », selon l'ANFR.
Mais, si théoriquement, cette utilisation était envisageable, de façon pratique, les performances se sont finalement montrées très décevantes. Même si les chercheurs n'ont pas abandonné l'idée, la commercialisation dans ce sens n'est pas d'actualité.
... utilisé pour de la géolocalisation
L'UWB s'est, par contre, montré beaucoup plus efficace pour l'utilisation pour laquelle elle a été réfléchie à l'origine par les militaires : la géolocalisation. En utilisant un réseau d'antennes de réception, il est possible de localiser l'antenne émettrice par triangulation (en comparant les angles entre la balise et les antennes) ou par trilatération (en comparant le temps de propagation entre la balise et les antennes), comme le Wi-Fi RTT.
Ce système permet de faire de la géolocalisation dans des intérieurs inaccessibles aux satellites.
C'est cette fonctionnalité-là qui est actuellement utilisée par l'industrie du numérique, et notamment par le nouveau SoC Exynos Connect U100 de Samsung ou l'AirTag d'Apple. Quand vous passez à côté d'un autre produit qui utilise le même système, les terminaux peuvent communiquer pour former un réseau de localisation.
Mais l'industrie l'utilise aussi dans l'IoT industriel, pour la détermination du niveau de cuves, des radars à pénétration de surface, dans l'imagerie médicale ou l'analyse de matériau. Et certains constructeurs automobiles imaginent aussi pouvoir l'utiliser.
Problème d'interopérabilité
Mais avec ce développement récent et rapide des puces UWB se pose la question de la compatibilité et de l'interopérabilité. Si une partie de la technologie UWB est utilisée en respectant ces aspects, des chercheurs pointent [PDF] que certaines implémentations des procédures d'accès aux canaux multiples « ainsi que la technique de localisation sont la plupart du temps propriétaires ».
Sécurité en question
Enfin, si l'UWB est censé être plus sécurisé que le Bluetooth, des chercheurs se posent la question de la réalité de cette affirmation. La norme UWB spécifie deux modes différents d'utilisation de la technologie : impulsion à bas débit (Low Rate Pulse en anglais, LRP) et impulsion à haut débit (High Rate Pulse en anglais, HRP). Actuellement, Apple et Samsung utilisent le mode HRP. Le fait qu'ils utilisent des systèmes propriétaires rend difficile l'analyse de la sécurité de leurs produits.
Mais des chercheurs suisses de l'ETH Zurich considèrent que pour que la technologie soit efficace, il est difficile de ne pas faire de compromis en ce qui concerne la sécurité. « Dans des déploiements réalistes, malgré les contre-mesures, il est difficile de configurer la HRP pour qu'elle soit à la fois performante et sûre », ont-ils expliqué [PDF] à la conférence WiSec de 2021, dans une présentation qui se voulait être la première analyse ouverte du mode HRP de UWB. Pour le moment en tout cas, la sécurité des produits sur le marché n’a pas été prise en défaut, à notre connaissance.
Possibilité de stalking et d'espionnage
Si nous pouvons imaginer plein d'utilisations très intéressantes de géolocalisation d'objets ou de personnes consentantes grâce à l'UWB, dès l'arrivée des AirTag, des utilisateurs l'ont adopté à des fins peu scrupuleux. On a vu les cas de tracking et d'espionnage s'accumuler et les contre-mesures mises en place par Apple ont pu être contournées en utilisant un clone d'AirTag.
