Che cos'è la modulazione di carico, e perché un tag non emette mai?
Un tag passivo non ha emettitore. Per rispondere commuta una resistenza sulla propria bobina, il che cambia quanta energia preleva dal campo. Il lettore lo rileva come una piccola fluttuazione della corrente che assorbe la sua stessa antenna. Questo procedimento si chiama modulazione di carico, ed è ciò che permette a un tag di rispondere senza consumare quasi nulla.
Il problema che la modulazione di carico risolve
Un tag che ricava microwatt da un campo prestato non può sostenere un emettitore. Generare un segnale radio costa ordini di grandezza più energia di quella che il tag ha a disposizione. Deve comunque rispondere, e la risposta deve raggiungere un lettore posto a qualche centimetro.
La soluzione consiste nello smettere di pensare al tag come a un emettitore.
Come il lettore sente una risposta che nessuno ha emesso
Lettore e tag sono accoppiati magneticamente. Quell'accoppiamento agisce nei due versi: l'energia che entra nel tag è energia che il lettore deve consegnare, e il lettore può misurare quanta ne sta consegnando in ogni momento.
Così il tag commuta una resistenza sulla propria antenna, dentro e fuori, al ritmo dei bit che vuole trasmettere. Ogni volta che la resistenza entra, il tag assorbe più energia, e il lettore vede salire leggermente la corrente della propria bobina. Ogni volta che esce, la corrente torna a scendere. Il lettore legge il messaggio nel proprio circuito.
Niente attraversa lo spazio tranne il campo del lettore stesso, modulato da un carico situato all'altro capo. Il tag somiglia più a un interruttore che a un trasmettitore radio.
Perché la risposta viaggia su una sottoportante
La fluttuazione che il lettore deve rilevare è minuscola rispetto al campo che lui stesso genera. Cercarla direttamente equivarrebbe a distinguere un'increspatura minima sopra un segnale mille volte più grande.
Al suo posto, il tag commuta il proprio carico a un ritmo fisso, molto al di sotto della frequenza della portante, e codifica i suoi dati su quel ritmo. Il lettore può allora filtrare esattamente quel ritmo e scartare tutto il resto, il che fa emergere la risposta da un ambiente molto rumoroso.
Quando la risposta è troppo debole
La modulazione di carico ha un'asimmetria che causa problemi reali. Alimentare il tag e sentirlo sono due soglie diverse, e non coincidono.
Un tag può ricevere energia sufficiente ad avviarsi e produrre comunque un cambiamento di carico troppo debole per il lettore. Visto da fuori somiglia esattamente a un tag fuori portata, ma la causa è un'altra, e anche il rimedio lo è. Ingrandire l'antenna del tag aiuta contro entrambi i casi. Spostare il telefono di un millimetro spesso aiuta solo contro uno.
È anche per questo che un tag su una superficie con perdite si comporta a volte in modo strano: la superficie assorbe parte del campo, e ciò che assorbe è, dal punto di vista del lettore, indistinguibile da ciò che assorbe il tag.
Perché questo conta nella pratica
Da qui discendono tre cose, e spiegano buona parte di ciò che altrimenti resta un mistero.
Un tag non può iniziare nulla per conto proprio. Non ha modo di raggiungere un lettore che non lo stia già alimentando. Per questo un tag non può mai avvisarti, né svegliare il tuo telefono dall'altro capo del tavolo, né essere tracciato mentre sta in un cassetto.
Due tag nello stesso campo modulano insieme la corrente dello stesso lettore, e il lettore deve separarli per protocollo, non per fisica. A questo serve l'anticollisione, ed è per questo che i telefoni trattano di regola un tag alla volta.
E un tag appoggiato sopra un altro li rende molto spesso entrambi inservibili. Ciascuno assorbe campo di cui l'altro ha bisogno, e il cambiamento di carico dell'uno intorbida quello dell'altro. Impilare tag non è un modo per ricavare due azioni da un solo avvicinamento.
Domande frequenti
Il tag emette qualche segnale radio?
No. Cambia solo quanto assorbe dal campo del lettore. Tutto ciò che il lettore rileva lo rileva nel circuito della propria antenna. Per questo uno scanner che non alimenti lui stesso il tag non può captarlo.
Perché un telefono non può leggere due tag alla volta?
I due tag modulano lo stesso campo nello stesso momento, quindi le loro risposte si sovrappongono. Le norme prevedono una procedura di anticollisione per isolarne uno, ma il software del telefono di solito tiene un solo tag e ignora il resto, invece di far scegliere.
Si può ascoltare la modulazione di carico da lontano?
Ascoltare lo scambio è parecchio più difficile che leggere un tag, perché ciò che interessa è una piccola fluttuazione sopra un campo che di per sé arriva molto poco lontano. Con attrezzatura specializzata e a distanza molto ravvicinata non è impossibile, ma nella vita quotidiana non è un rischio pratico.
Il pagamento contactless funziona allo stesso modo?
Lo strato fisico è lo stesso. Una carta risponde a un terminale per modulazione di carico, come un tag risponde a un telefono. Tutto ciò che sta sopra è diverso: l'operazione di pagamento fa girare un protocollo crittografico su quello stesso meccanismo elettrico.