Bien que la RFID soit souvent représentée par une simple puce électronique, elle s’inclut dans un système bien plus complexe, appelé Système RFID.

1. 1)Les composants
   

Nous allons maintenant expliquer en détail le fonctionnement des RFID. Les deux parties essentielles du fonctionnement d’un système RFID  sont le transpondeur et l’interrogateur.

L’interrogateur ① est un dispositif émetteur et récepteur de radiofréquences ② composé d’une antenne et d’un système électronique, qui va activer les transpondeurs ④ se trouvant dans sa zone d’émission en leur fournissant l'énergie dont ils ont besoin pour fonctionner. Il envoie aussi des instructions précises auxquelles répond le transpondeur. La réponse la plus courante est le renvoi d'une identification numérique en binaire. La fréquence utilisée par les interrogateurs est variable selon le type d'application voulu et les performances recherchées.

Le transpondeur ④, étiquette, marqueur, tag ou encore identifiant, est un dispositif pouvant prendre différentes formes que l'on place sur les éléments à identifier. Il est muni d'une puce électronique ⑥ contenant les informations et d'une antenne ⑤ permettant les échanges d'informations ⑦ avec l’interrogateur. Il se présente le plus souvent sous la forme d’une étiquette de quelques centimètres ou d’une capsule en verre d’environ un centimètre. C’est l’élément le plus connu car il est visible par l’utilisateur lambda.

L’étiquette est principalement utilisée pour le suivi d’objets tandis que la capsule sert plutôt à identifier des animaux ou des êtres humains par implantation sous-cutanée.

On distingue également deux parties moins évidentes mais indispensables.

L’interface ③ est le support des ondes électromagnétiques transmission de l'énergie et des données entre l’interrogateur et le transpondeur. Dans le cas des systèmes RFID, il s'agit de l'air.

Le système hôte ⑧ est un programme informatique qui assure le décryptage et la gestion des données que l’interrogateur a reçu des transpondeurs. Sans lui, les informations contenues dans les transpondeurs ne seraient d’aucune utilité.

2)  Fonctionnement physique : le couplage transpondeur/interrogateur

La liaison entre l’interrogateur et le transpondeur utilise des ondes électromagnétiques de basse fréquence. Cependant plus la fréquence d’une onde diminue, plus sa longueur d’onde augmente mais plus sa portée diminue. De plus, les basses fréquences sont rapidement amorties, ce qui entraîne une perte d’information. Elles auraient donc besoin de très grandes antennes, ce qui est difficilement réalisable. D’autre part, elles ont tendance à se confondre et il est compliqué de les différencier, les informations sont alors brouillées. Pour pallier à ce problème, le système RFID effectue une modulation d’amplitude. Tout comme dans les stations de radio, la modulation d’amplitude consiste à inscrire des informations d’une basse fréquence dans celle d’une haute fréquence.

Nous avons réalisé une manipulation guidée démontrant ce phénomène de modulation. Au départ, nous disposions d’une basse fréquence et d’une haute fréquence générées par deux générateurs.

Ensuite, à l’aide d’un multiplieur, nous avons modulé les deux fréquences afin de former une nouvelle fréquence à la sortie. Cette nouvelle fréquence modulée est formée d’une basse fréquence, contenant l’information, qui enveloppe une haute fréquence qui la porte. La fréquence modulée correspond à la formule UBF (t) = Umax.cos(2π.fBF.t). Cependant, cette formule nous a été donnée par un professeur mais nous n’avons pas réussi à la démontrer ni à l’expliquer. Néanmoins, nous constatons que la tension de l’enveloppe est légèrement inférieure à celle de la basse fréquence d’origine.

Lors de la manipulation, nous avons dû régler un offset suffisamment important afin que l’enveloppe et son symétrique ne se chevauchent pas, on parlerait de surmodulation.

Lorsque la fréquence parvient au transpondeur, il faut la démoduler afin de recueillir l’information contenue dans la basse fréquence. Avant cette étape, il est nécessaire de filtrer le signal qui nous intéresse. La démodulation se fait en deux étapes successives. D’abord, on récupère l’enveloppe puis on supprime l’offset afin de re-symétriser la basse fréquence, comme à l’origine. Dans notre TP, la démodulation ne s’est pas effectuée correctement à cause de faux-contacts dans le montage.

Une fois la démodulation effectuée, le lecteur reçoit les informations et les transforme en code binaire pour qu’elles puissent être utilisées par un ordinateur, dit système hôte.

La particularité de ce principe est que plus la fréquence de l’onde porteuse est faible plus le nombre de tours d’antenne autour du transpondeur doit être élevé afin de générer un voltage suffisant pour alimenter la puce. Dans le sens puce vers lecteur, l’opération est semblable, le lecteur émet des informations par modulation sur la porteuse. Les modulations sont analysées par la puce et numérisées.

3)  Étiquettes actives ou passives

Les étiquettes passives peuvent être comparées à des codes-barres linéaires. En effet, elles fonctionnent uniquement en lecture, c’est à dire que leurs données sont non modifiables. Fournies vierges, l’utilisateur gravera le peu de données nécessaires à leur identification entre 32 et 128 bits. Leur unique source d’énergie provenant du lecteur permet d’émettre ces données. Étant donné leur très simple composition, ce type d’étiquette est très bon marché et leur durée de vie est presque illimitée. Elles constituent donc la plus grosse part du marché.

Les étiquettes actives, quant à elles, sont alimentées par une pile interne extra plate assurant assez d’énergie permettant aussi bien la lecture que l’écriture des données avec une mémoire avoisinant les 10 Kbits (≈ 10 000 fois plus que les étiquettes passives). Elles sont elles aussi fournies vierges mais sont bien plus chères et ont une durée de vie de 10 ans maximum (la pile ne pouvant être changée…). Elles assurent néanmoins plus d’1 million de réécritures sans altération de la qualité de la puce.

Qu’elles soient actives ou passives, les étiquettes stockent leurs informations dans de la mémoire flash. Il s’agit d’un procédé récent couramment utilisé dans les cartes mémoire et les clés USB. Son fonctionnement est bien plus complexe que les mémoires magnétique et optique. Les informations y sont stockées en binaire sur un réseau de transistors, appelé cellule. Ce sont ces cellules qui accueillent individuellement un bit d’information. Hélas, nous n’avons pu déterminer la différence électronique entre les étiquettes actives et passives.

Néanmoins, nous nous sommes intéressés au code binaire. Un code binaire est un codage constitué de plusieurs octets, chacun formé de 8 bits (binary digit). Il a été découvert dans la fin des années 30 comme un moyen d’effectuer une suite d’opération à l’aide d’un interrupteur qui s’ouvre (pour désigner le 0 → faux) et qui se ferme (pour désigner le 1 → vrai). Il s'agit de la plus petite unité d'information manipulable par une machine numérique et est à la base du fonctionnement de nos ordinateurs et du traitement de l’information.