La modulation de charge, ou pourquoi un tag n'émet jamais
Un tag passif n'a pas d'émetteur. Pour répondre, il commute une résistance aux bornes de sa propre bobine, ce qui change la quantité d'énergie qu'il absorbe du champ. Le lecteur perçoit cela comme une petite fluctuation du courant appelé par sa propre antenne. Cette technique s'appelle la modulation de charge, et c'est elle qui permet au tag de répondre en ne consommant presque rien.
Le problème que la modulation de charge résout
Un tag qui tire des microwatts d'un champ emprunté ne peut pas faire tourner un émetteur. Produire un signal radio coûte plusieurs ordres de grandeur de plus que l'énergie dont il dispose. Il doit pourtant répondre, et la réponse doit atteindre un lecteur situé à quelques centimètres.
La solution consiste à cesser de voir le tag comme un émetteur.
Comment le lecteur entend une réponse que personne n'a émise
Le lecteur et le tag sont couplés magnétiquement. Ce couplage joue dans les deux sens : l'énergie qui entre dans le tag est de l'énergie que le lecteur doit fournir, et le lecteur peut mesurer combien il en fournit.
Le tag commute donc une résistance aux bornes de son antenne, ouverte puis fermée, au rythme des bits qu'il veut transmettre. Chaque fois que la résistance est connectée, le tag absorbe davantage d'énergie, et le lecteur voit le courant de sa propre bobine monter légèrement. Chaque fois qu'elle est déconnectée, le courant retombe. Le lecteur lit le message sur son propre circuit.
Rien ne franchit l'intervalle sinon le champ du lecteur lui-même, modulé par une charge à l'autre bout. Le tag tient davantage de l'interrupteur que de la radio.
Pourquoi la réponse voyage sur une sous-porteuse
La variation que le lecteur doit détecter est minuscule au regard du champ qu'il produit. La chercher directement reviendrait à repérer une ondulation posée sur un signal des milliers de fois plus grand.
Le tag commute donc sa charge à une cadence fixe, bien en dessous de la fréquence porteuse, et encode ses données sur ce rythme. Le lecteur peut alors filtrer cette cadence précise et ignorer tout le reste, ce qui extrait la réponse d'un voisinage très bruyant.
Quand la réponse est trop faible
La modulation de charge comporte une asymétrie qui cause de vrais ennuis. Alimenter le tag et l'entendre sont deux seuils distincts, et ils ne coïncident pas.
Un tag peut recevoir assez d'énergie pour démarrer et produire malgré tout une variation de charge trop faible pour que le lecteur la distingue. Vu de l'extérieur, cela ressemble exactement à un tag hors de portée, mais la cause diffère et le remède aussi. Agrandir l'antenne du tag aide dans les deux cas. Déplacer le téléphone d'un millimètre n'en aide souvent qu'un.
C'est aussi pourquoi un tag monté sur une surface absorbante peut se comporter bizarrement : la surface absorbe une partie du champ, et ce qu'elle absorbe est indiscernable, du point de vue du lecteur, de ce qu'absorbe le tag.
Pourquoi tout cela compte en pratique
Trois conséquences en découlent, et elles expliquent quantité de comportements autrement déroutants.
Un tag ne peut rien déclencher. Il n'a aucun moyen de signaler quoi que ce soit à un lecteur qui ne l'alimente pas déjà, ce qui explique qu'un tag ne puisse jamais vous notifier, réveiller votre téléphone à travers une table, ou être suivi pendant qu'il dort dans un tiroir.
Deux tags dans le même champ modulent en même temps le courant du même lecteur, et celui-ci doit les séparer par protocole plutôt que par la physique. C'est à cela que sert l'anticollision, et c'est pourquoi les téléphones traitent généralement un tag à la fois.
Enfin, un tag posé contre un autre tag casse très souvent les deux. Chacun absorbe le champ dont l'autre a besoin, et la variation de charge de chacun brouille celle de l'autre. Empiler des tags n'est pas un moyen d'obtenir deux actions d'un seul contact.
Questions fréquentes
Le tag émet-il un signal radio, même faible ?
Non. Il ne fait que modifier la part du champ du lecteur qu'il absorbe. Tout ce que le lecteur détecte, il le détecte dans son propre circuit d'antenne. C'est la raison pour laquelle un tag ne peut pas être capté par un scanner qui ne l'alimente pas lui-même.
Pourquoi un téléphone ne peut-il pas lire deux tags à la fois ?
Les deux tags modulent le même champ simultanément, leurs réponses se superposent donc. Les normes définissent une procédure d'anticollision pour en isoler un, mais les logiciels de téléphone sélectionnent généralement un seul tag et ignorent les autres plutôt que de proposer un choix.
La modulation de charge peut-elle être interceptée à distance ?
Écouter l'échange est bien plus difficile que lire un tag, car la partie intéressante est une petite variation sur un champ déjà de très courte portée. Ce n'est pas impossible avec un équipement spécialisé à faible distance, mais ce n'est pas un risque courant.
Le paiement sans contact fonctionne-t-il de la même façon ?
La couche physique est identique. Une carte répond à un terminal par modulation de charge exactement comme un tag répond à un téléphone. Ce qui diffère est tout ce qui se trouve au-dessus : l'échange de paiement exécute un protocole cryptographique sur ce même mécanisme électrique.