En situation de crise, comme lors d'une opération de maintien de la paix en Afghanistan, d'une tempête de verglas au Québec ou d'un attentat terroriste à Madrid ou à Mumbai, les communications sont essentielles à la protection des civils ainsi qu'à la coordination et à la sécurité des militaires et des secouristes. Pourtant, lorsque des pompiers de partout sont arrivés à Madrid pour retirer les victimes des carcasses de train, ils étaient incapables de communiquer par radio avec les ambulanciers locaux pour signaler la découverte d'un enfant gravement blessé. En Afghanistan, un soldat de la paix canadien ne peut pas communiquer par radio avec le pilote d'un F-16 britannique qui le survole pour demander rapidement des renforts à son collègue de l'Organisation du Traité de l'Atlantique Nord. Les équipes des services de production d'électricité du New Hampshire qui remontent vers le nord pour aider à la réparation des lignes de transport d'énergie ne peuvent pas coordonner leurs efforts avec les équipes ontariennes et québécoises.  Pourquoi de telles situations peuvent-elles se produire à des moments aussi dramatiques?

Selon Steve Bernier, chef de projet du Laboratoire des systèmes de radios avancés du Centre de recherches sur les communications (CRC), l'explication se trouve dans les limites de la technologie radio traditionnelle. Les appareils radio, qu'il s'agisse de postes AM/FM, de cellulaires ou d'émetteurs bidirectionnels, envoient de l'information en modifiant ou en modulant les ondes radioélectriques. Pour que deux radios puissent communiquer entre elles, elles doivent émettre et recevoir de l'information à l'aide d'une forme d'onde identique à la même fréquence, mais la forme d'onde et la fréquence sont fixées dans les appareils. Ainsi, une radio traditionnelle ne peut transmettre ni recevoir une nouvelle forme d'onde sans le remplacement de composants importants. En outre, pour compliquer les choses davantage, chaque fabricant conçoit ses propres appareils de manière à envoyer et à recevoir leur propre forme d'onde à l'aide de dispositifs brevetés. Dans le monde de la technologie radio, le partage n'a jamais fait partie du modèle d'affaires.

« Voilà pourquoi on ne peut pas passer d'une entreprise de téléphonie cellulaire à une autre en conservant son cellulaire », explique Steve Bernier. « Les réseaux utilisent différentes formes d'onde et divers protocoles (p. ex., GSM, AMRC, AMRT); le passage d'un réseau à l'autre nécessiterait donc le remplacement du matériel de traitement des signaux de chaque cellulaire. »

D'après Steve Bernier, la radio logicielle résoudrait ce problème. Dans une radio logicielle, le traitement des signaux s'effectue à l'aide de logiciels plutôt qu'avec des composants matériels, ce qui permet à chaque appareil radio de transmettre et de recevoir de nouvelles formes d'onde en téléchargeant simplement le logiciel requis pour le traitement de chaque forme d'onde. La radio devient essentiellement un mini-ordinateur muni d'une antenne.

Steve Bernier ajoute que cette technologie est sur le point de transformer les communications sans fil et que le CRC, en tant qu'organisme, a toujours été à l'avant-garde depuis sa création.

Les normes militaires

Les débuts de la radio logicielle remontent à la fin des années 1980, période où l'United States Department of Defense s'efforçait d'améliorer la coordination entre les différentes branches de l'armée américaine sur le terrain. Les radiocommunications se sont avérées l'un des obstacles les plus importants de l'unification tactique. En effet, chaque groupe (les forces aériennes, terrestres et navales et les marines) était responsable de l'achat de ses appareils radio. Par conséquent, un marine se trouvant sur une plage ne pouvait pas nécessairement communiquer par radio avec un peloton posté à moins de deux kilomètres à l'intérieur des terres. Cette situation intenable a même causé des décès.

L'United States Department of Defense a donc décidé d'adopter la radio logicielle. Toutefois, pour garantir l'interopérabilité des appareils radio et éviter les problèmes antérieurs, il fallait établir un ensemble de règles strictes à suivre pour tous les appareils militaires de radio logicielle. Une telle « norme » garantirait que la forme d'onde utilisée par un appareil radio pourrait être facilement téléchargée à l'aide d'un autre appareil, et ce, peu importe le fabricant.

Dans les locaux du Centre de recherches sur les communications à Ottawa, Steve Bernier et Claude Bélisle, vice-président de la Direction de la recherche sur les communications par satellite et la propagation radioélectrique, surveillaient les progrès militaires avec beaucoup d'intérêt. Avec leur équipe d'ingénieurs et de chercheurs, ils ont reconnu l'énorme potentiel de la radio logicielle, un potentiel qui s'étendait bien au-delà des applications militaires. Toutefois, pour tirer avantage de ce potentiel, il fallait élaborer une norme internationale soutenue par un concept logiciel axé sur des composants. La combinaison d'une norme source ouverte et d'un concept fondé sur des composants assurerait non seulement une vaste interopérabilité entre les appareils, mais elle aiderait aussi de petites entreprises à concurrencer les fabricants multinationaux qui dominaient traditionnellement ce marché. Pour la première fois, ces petites entreprises pourraient concevoir et vendre des applications spécialisées à de nombreux fabricants d'appareils radio ou directement aux consommateurs, un peu comme les entreprises de développement de logiciels indépendantes élaborent et vendent des programmes directement aux propriétaires d'ordinateurs Windows. En résumé, Steve Bernier et Claude Bélisle estimaient que la technologie de la radio logicielle, régie par une norme internationale, transformerait les communications sans fil et ils souhaitaient que le Canada et ses entreprises soient des acteurs privilégiés de cette transformation.

Un appui pour l'entrée sur le marché des entreprises canadiennes

La première étape consistait à obtenir la version initiale de la norme militaire en cours d'élaboration. Ensuite, l'équipe de Steve Bernier a passé deux mois à approfondir les spécifications. Son objectif était de suivre, en définitive, le même processus qu'un fabricant, c'est-à-dire de concevoir une radio fonctionnelle et conforme aux normes et aux spécifications.

« Au bout du compte », rappelle Steve Bernier, « nous avons échoué. Il y avait trop d'éléments manquants dans les spécifications. »

Forte de sa connaissance détaillée des lacunes de la version actuelle des normes, l'équipe s'est présentée une réunion du Software Defined Radio (SDR) Forum avec une proposition pour résoudre les problèmes. Pour convaincre le SDR Forum de la validité de son approche, elle a même mis au point un prototype de radio logicielle pour en faire la démonstration lors d'une réunion. Sa proposition a été acceptée, et le CRC s'est retrouvé exactement où il souhaitait être, soit dans une position pour influer sur l'orientation des normes. En l'an 2000, l'architecture logicielle de communications (aussi connu sous le nom de Software Communications Architecture ou SCA) que le CRC a aidé à élaborer, a été adoptée comme norme militaire américaine. Le SCA est fondamentalement un ensemble de règles qui régissent le développement d'appareils et de logiciels, leurs interactions et l'utilisation de la radio logicielle par les forces américaines.

Steve Bernier et Claude Bélisle estimaient toutefois qu'une norme s'appliquant exclusivement aux forces américaines n'était pas suffisante. En effet, pour permettre à une technologie de réaliser son plein potentiel commercial, il fallait que la norme soit reconnue à l'échelle internationale. Pour y parvenir, il fallait donc d'abord favoriser son adoption par l'industrie. Le SDR Forum a donné son accord. Puisque le SCA était devenue une norme militaire, le défi consistait à en faire la promotion à plus grande échelle. Étant donné les contributions antérieures du CRC au SCA et ses travaux sur un prototype fonctionnel de radio logicielle, le SDR Forum a demandé l'aide du CRC.

Pour favoriser l'adoption de la radio virtuelle par l'industrie, Steve Bernier et son équipe ont pensé qu'il fallait démontrer le fonctionnement de la radio logicielle et, mieux encore, d'en construire une pour eux. De concert avec des développeurs de logiciels et des concepteurs radio du CRC, l'équipe a mis au point un prototype de radio logicielle facile à assembler à l'aide de pièces standard sur le marché. Durant la même période, l'équipe a élaboré la « version de référence » d'un cadre de base, semblable au système d'exploitation d'un ordinateur, fondée sur la spécification du SCA et elle a mis en ligne le code source de ce cadre de base sur le site Web du CRC. Des entreprises ont donc pu le télécharger et l'utiliser à des fins de consultation pendant la mise au point de leurs propres systèmes compatibles avec le SCA. L'équipe a également mis en ligne le schéma matériel d'un prototype de radio logicielle sur le site Web du CRC pour offrir aux entreprises tout ce dont elles avaient besoin pour concevoir des radios FM conformes au SCA pour moins de 100 $US.

« Les choses se sont ensuite mises en branle », affirme Steve Bernier. « Des entreprises ont commencé à nous appeler pour savoir comment prendre part au développement de la radio logicielle, des petits développeurs de logiciels aux grands fabricants d'appareils radio. »

Des outils pour les développeurs

L'intérêt pour la radio logicielle compatible avec le SCA pouvait toutefois engendrer un important problème pour le laboratoire. En tant que premier spécialiste de la mise en œuvre de cette norme très complexe, le CRC risquait d'être inondé par les questions des entreprises élaborant des logiciels ou fabriquant des radios compatibles avec le SCA. Steve Bernier et son équipe ont donc réalisé que l'industrie avait besoin d'un outil de précision : une trousse de développement logiciel du SCA qui s'occuperait de tous les codes requis par le SCA. En libérant le développeur de l'apprentissage et de l'écriture du code complexe exigé par le SCA, il pourrait se concentrer sur les éléments importants et profitables, soit la création de ses propres applications et l'assemblage rapide de composants pour concevoir un système fonctionnel. L'équipe a donc créé SCARI++, une suite logicielle utilisée aujourd'hui par des développeurs et des fabricants du monde entier.

« Cette boîte à outils », explique Steve Bernier, « aide les gens à programmer rapidement et facilement ces appareils afin de les rendre conformes aux normes du SCA. Ils peuvent commencer avec un petit segment de code source et des algorithmes mathématiques, puis obtenir une application à utiliser avec une radio conforme au SCA. »

Entre le cadre de base du CRC et la trousse de développement SCARI++, le CRC a fourni à des entreprises les outils dont elles avaient besoin pour commencer à travailler dans le domaine de la radio logicielle. Toutefois, ces entreprises canadiennes ont-elles vraiment profité de l'aide que Steve Bernier et Claude Bélisle souhaitent leur apporter? La stratégie mise en œuvre a-t-elle obtenu du succès?

Carl Villeneuve, gestion du génie logiciel de l'entreprise montréalaise Ultra Electronics, répond vivement par l'affirmative. Ultra Electronics est un important fournisseur de radios tactiques de grande capacité pour les applications militaires. Non seulement ces radios transmettent-elles de grandes quantités de données malgré des conditions opérationnelles difficiles, mais elles comblent également des besoins précis de la clientèle en matière de fonctionnement sans blocage et de haute sécurité et elles sont pleinement compatibles avec le SCA. Carl Villeneuve ajoute que ces radios exploitent le cadre de base du CRC.

« Le cadre de base constitue le rouage fondamental du SCA », explique Carl Villeneuve. « Par exemple, si un client exige que les radios synthétisent une certaine fréquence, alors nous développons une application répondant à sa demande. Toutefois, le travail de démarrage, d'intégration et d'arrêt de l'application est effectué par le cadre de base. »

Selon Carl Villeneuve, l'utilisation du cadre de base du CRC s'est avérée cruciale pour son entreprise. « Nous n'aurions pas pu le faire seuls. Nous avons pu devancer nos compétiteurs en tirant avantage d'un investissement fait par le gouvernement Canada et en ayant recours aux ressources du CRC. »

Maxime Dumas, gestionnaire du développement commercial de Lyrtech, une entreprise de Québec, tient le même discours. Lyrtech fournit des plates-formes de développement de la radio logicielle aux laboratoires universitaires, aux centres de recherche et aux fabricants de radios pour leur permettre de développer rapidement des applications compatibles avec le SCA. Maxime Dumas ajoute que les plates-formes de Lyrtech exécutent le cadre de base du CRC et que l'entreprise remet la suite logicielle SCARI++ à ses clients.

« Nous possédions l'expertise sur le matériel et les logiciels intégrés, mais en terme de portée mondiale du SCA, nous n'avions pas toute l'expertise nécessaire. Non seulement le CRC possédait-il ces connaissances, mais il avait aussi les outils dont nous avions besoin pour offrir une solution complètement intégrée à nos clients, ce qui représente une valeur ajoutée considérable. Nous ne pouvions pas avoir de clients utilisant le SCA sans cette importante pièce du casse-tête. »

Le cadre de base du CRC et les outils de développement SCARI++ font également partie intégrante de Spectrum Signal Processing by Vecima. Installé à Burnaby, en Colombie-Britannique, Spectrum Signal Processing est l'un des plus importants fournisseurs de plates-formes logicielles destinées aux applications électroniques pour la défense. Selon Mark Briggs, vice-président de la commercialisation et des opérations, le cadre de base et les outils de développement du CRC ont considérablement accru la valeur des produits de l'entreprise, surtout pour les clients dans le domaine des communications militaires.

« L'accès à ces technologies a permis à notre entreprise de devenir plus concurrentielle sur les marchés mondiaux », explique Mark Briggs, « et nous souhaitons ardemment poursuivre ce partenariat extrêmement productif entre le gouvernement et l'industrie. »

Steve Bernier et Claude Bélisle sont ravis de constater le succès de leur stratégie et l'avantage concurrentiel réel que cette technologie de la radio logicielle, qu'ils ont contribué à développer, confère aux entreprises canadiennes sur les marchés internationaux, mais cela ne surprend pas Claude Bélisle. « Le transfert de technologie et l'aide à l'industrie ont toujours été - et continueront d'être - des éléments fondamentaux des programmes de recherche du CRC. »