Mettre la radio logicielle (SDR) à la portée des marchés de l'embarqué et répondre aux besoins des industriels qui souhaitent concevoir des systèmes de communication innovants... sans que leurs coûts en soient grevés et que le temps de mise sur le marché de leurs produits en pâtisse. Tel est l'objectif de la jeune société Simpulse qui propose une technologie Embedded SDR brevetée, disponible sous la forme de bloc d'IP, de logiciel et de carte électronique. ...

La radio logicielle… On en parle depuis longtemps. Très longtemps. La radio logicielle (ou SDR pour Software Defined Radio) est même devenue le rêve ultime de beaucoup d’ingénieurs du monde des télécoms puisque le concept, sur le papier, consiste à numériser le signal RF au plus près de l’antenne et à faire réaliser toutes les fonctions de l’interface radio par des processeurs plus ou moins généralistes. Les paramètres tels que la bande de fréquences, la technique d’accès multiple, la modulation ou le codage peuvent alors être modifiés dynamiquement en fonction de critères divers et variés. Reste que cette flexibilité « absolue » s’avère encore complexe à mettre en œuvre et que l’efficacité, le coût, la consommation et l’encombrement des solutions actuelles de radio logicielle n’en font pas des options nécessairement retenues dans des applications embarquées. Un état de fait auquel a bien décidé de mettre à terme la jeune société française Simpulse en proposant une technologie Embedded SDR brevetée, disponible sous la forme de bloc d'IP, de logiciel et de carte électronique.

Stéphane De Marchi et Emmanuel Hamman, fondateurs de Simpulse

« Forts de notre expérience et de la compréhension des besoins, nous nous sommes lancés en 2011 dans le développement d’une approche qui puisse répondre aux défis que posent la complexité de conception des nouveaux circuits numériques radio et le manque de flexibilité des solutions existantes », rappelle Emmanuel Hamman, cofondateur de la start-up avec Stéphane De Marchi. Les deux hommes étaient auparavant respectivement responsable des études amont et chef de l’activité Asic numériques chez DiBcom, le spécialiste hexagonal des circuits de réception TV numérique acquis par Parrot en 2011. « Nous nous sommes donc orientés vers la technologie SDR en gardant à l’esprit cette volonté de cibler les marchés de l’embarqué, précise le président de Simpulse. Il nous a fallu deux ans pour concevoir une plate-forme de base sur laquelle nous bâtissons tous nos produits. Il s’agit en fait d’un coprocesseur de traitement du signal au format VHDL que nous avons baptisé Pulsar et dont l’architecture, programmable, échelonnable et optimisée pour la gestion des couches PHY de communication, est brevetée. »

Architecture du coprocesseur DSP Pulsar de Simpulse

Dès 2013, la start-up a alors pu lancer commercialement sa technologie sous deux formes différentes. D’un côté, Simpulse propose des blocs d’IP matériels (mémoire, générateur, logique, FFT, arithmétique) et logiciels (formes d’onde, algorithmes de traitement du signal, technologies de codage canal, etc.) qu'il est possible d'implémenter dans des FPGA ou dans des SoC. Et, de l’autre, la jeune société a mis au point un équipement de laboratoire, utilisé notamment depuis deux ans par le Centre national d’études spatiales. « Nous ciblons en fait deux types de clientèle, détaille Emmanuel Hamman. Notre offre intéresse les équipementiers professionnels qui conçoivent des systèmes de communication innovants sur les marchés du transport, de l’aéronautique et du spatial, mais aussi les industriels des semi-conducteurs officiant notamment sur le créneau des objets connectés. »

Des modems SDR sous forme de cartes électroniques

Depuis quelques mois, Simpulse, constatant une demande en ce sens, va néanmoins plus loin que la « simple » fourniture de blocs d’IP en proposant des modems SDR sous forme d’une carte électronique, éventuellement optimisée pour certaines applications. Cette carte, qui est censée répondre à des contraintes drastiques de qualité de service dans le cadre de transmissions de vidéos et de données, se distingue par son agilité en fréquence (de 70 MHz à 6 GHz) et en débit (de 500 kbit/s à 15 Mbit/s) ainsi que par sa facilité à prendre en charge plusieurs liens de données en un seul modem. Applications ciblées : les transmissions vidéo mobiles spécialisées telles que les liens de données air-sol dans les drones, les véhicules aériens sans pilote (UAV), les robots connectés, les concentrateurs et stations de base pour réseaux M2M et IoT, ainsi que la diffusion de manifestations sportives outdoor. « La radio logicielle permet vraiment d’atteindre des performances inégalées, insiste le dirigeant de Simpulse. Dans le cas d’un drone en vol par exemple, la couche PHY peut s’adapter dynamiquement en fonction de l’éloignement et s’appuyer à tout moment sur la forme d’onde qui assure la meilleure qualité de service. Dans le cas d’un concentrateur IoT, la radio logicielle permet par contre de faire cohabiter de multiples protocoles sur une même plate-forme matérielle et éventuellement d’y intégrer un protocole propriétaire. »  

Le coprocesseur DSP Pulsar est implémenté dans un FPGA

La carte modem à radio logicielle de Simpulse, qui existe en deux versions en fonction des capacités de traitement recherchées, s’appuie donc sur le coprocesseur Pulsar implémenté dans un FPGA. « Grâce au coprocesseur, on peut très facilement adapter la complexité, le coût et la consommation électrique du système en fonction du débit transmis et des besoins de l'application, précise encore Emmanuel Hamman. Le système est optimisé pour atteindre des performances radio très élevées grâce à des algorithmes de traitement de signal évolués notamment au niveau Mimo et codage correcteur d’erreurs. Le résultat est une amélioration très significative de la robustesse, de la mobilité et de la portée de la liaison. »

Objectif  5G !

Dans la pratique, la carte modem de la jeune société, basée à Palaiseau dans la région parisienne et forte aujourd’hui de six ingénieurs, utilise des formes d'onde multiporteuses du type COFDM ou SC-OFDM (avec des options en monoporteuse) et peut être configurée dans des versions multi-antennaires (Mimo, diversité de réception, options pour la diversité d'émission et le multiplexage spatial) et multi-utilisateurs (TDMA). Des liens de contrôle bidirectionnels peuvent aussi être mis en place. Afin d’assurer des performances radio élevées, la solution de Simpulse implémente par ailleurs un traitement du signal évolué pour résister à des effets Doppler élevés et offrir des transmissions de longue portée, ainsi qu’un codage correcteur d‘erreurs LDPC et un entrelaceur de longue durée optionnel pour faire face aux évanouissements de canal. Côté connectivité, la carte, équipée de deux connecteurs Tx (émission) et deux connecteurs Rx (réception), dispose d’interfaces numériques Ethernet et UART et d’options pour l'USB 3.0, une liaison série haut débit et des entrées/sorties LVDS.

Créé en janvier 2011, Simpulse, qui a pu bénéficier fin 2014 d’une levée de fonds de 800 000 euros auprès de Scientipôle Capital, Alizé Innovation et Starquest Capital, s’est donné un objectif à court terme : assurer le développement commercial de sa solution sur le marché des drones. « A moyen terme, nous comptons élargir notre portefeuille de solutions à radio logicielle à d’autres types de modems, tant dans le domaine des bas débits typiquement rencontrés sur les réseaux longue portée et basse consommation pour objets connectés que dans celui des débits encore plus élevés, dévoile Emmanuel Hamman. Le temps joue pour nous car le concept SDR est tout à fait pertinent dans le cadre de la 5G par l’utilisation intelligente du spectre qu’elle permet ! »