Depuis trois ans, les téléphones à très bas coût dits « Ultra Low Cost » (ULC) font l’objet d’un débat passionné. Ce concept fait référence aux combinés qui peuvent être fabriqués à un coût inférieur ou égal à 20 dollars. Ils représentent aujourd’hui un segment unique du marché du téléphone mobile et leur succès repose sur un ensemble de stratégies spécifiques.

Dynamique du marché

Les acheteurs de téléphones ULC disposent, en règle générale, d’un revenu limité. De plus, nombre de ces acheteurs sont difficiles à suivre en raison du manque d'infrastructures et de systèmes nécessaires à cet effet. Pour les opérateurs, il n'est donc pas pratique ni rentable de fortement subventionner un téléphone en espérant récupérer des revenus sous forme de services. Et les opérateurs sont d'autant plus réticents à adopter des modèles subventionnés que la majorité des revenus du segment de marché ULC est générée par les services relativement bon marché basés sur les SMS et la voix, et non pas par des services de transfert de données au revenu moyen par abonné (ARPU) plus élevé.

De ce fait, le client ULC type doit économiser suffisamment pour s'acheter son téléphone. Malgré l'aspect « bas coût » du segment ULC, il n'est en aucun cas acceptable de proposer un téléphone peu performant. Et comme l'utilisateur n'a pas l’habitude de changer régulièrement de téléphone, il convient d'intégrer autant de fonctionnalités que possible dans une gamme de prix raisonnable.

Examinons maintenant les éléments indispensables d'un téléphone ULC du point de vue de l'opérateur. Les revenus et les bénéfices sont conditionnés par deux facteurs clés : le nombre de clients et la fréquence d'utilisation du téléphone par ceux-ci. Sur un marché aussi concurrentiel, peu de contraintes empêchent les utilisateurs de changer de prestataire. Il leur suffit d'obtenir une nouvelle carte SIM et de faire le changement dans leur téléphone. Il est donc crucial pour un opérateur d'offrir à l'utilisateur le meilleur niveau de service et d’utilisation possible. Offrir un meilleur service implique que le réseau soit en mesure de supporter la connexion d’autant d'utilisateurs simultanés que possible, sans générer d’effets secondaires négatifs tels que l’interruption de communications. Cela signifie aussi une bonne couverture réseau pour que l'utilisateur puisse se servir de son téléphone où qu’il soit. Les composantes d’une meilleure qualité de service sont donc essentiellement liées au réseau. Mais force est de constater que de nombreuses améliorations sont également possibles au niveau du combiné pour améliorer la qualité de service.

 

Téléphones ULC, comment bien s'y prendre ?

L’ensemble des composants cellulaires utilisé pour se connecter au réseau se trouve au cœur de chaque combiné. Le choix de ces composants est par conséquent un élément clé du succès d'un produit sur le marché ULC. Quatre facteurs sont essentiels à la création d'un produit ULC réussi :

1.      La performance radio

Sur les marchés émergents, l'infrastructure cellulaire 2.5G (GSM/GPRS/EDGE) est souvent achetée auprès de pays occidentaux qui migrent vers des technologies de nouvelle génération (telles que les technologies 3G). Ceci implique donc le déploiement d’infrastructures fabriquées par différents fournisseurs, qui implémentent chacun les normes GSM de façon légèrement différente. Les tests d'interopérabilité (IOT, Interoperability Tests) sont donc essentiels pour garantir que le téléphone passe sans difficulté aucune entre des bornes d’accès sans fil mises au point par différents fournisseurs. Dans le cadre de ces IOT, le traitement par l'émetteur-récepteur radio des différentes variantes de l'infrastructure doit s’avérer robuste et flexible. Les IOT exigent en outre que l’intégralité du système, y compris les piles de protocoles logiciels, soit robuste et que sa capacité à gérer les infimes variations de synchronisation entre les différentes implémentations de l'infrastructure soit testée.

Les marchés émergents sont confrontés à des difficultés allant des réseaux surchargés dans les zones urbaines (du fait de l'allocation de plages de fréquences restreintes par les organismes de régulation) à la faible couverture réseau des zones rurales. Pour faire face au surnombre d'utilisateurs dans les zones urbaines, chaque téléphone doit fonctionner selon les spécifications du réseau sans générer, lors de la transmission, d'interférences susceptibles d’affecter d’autres communications en cours sur le réseau. Dans les zones rurales, en raison d’une couverture réseau irrégulière, la sensibilité du combiné, à savoir sa bonne capacité à capter les signaux et à fonctionner correctement dans les zones de faible couverture réseau, est cruciale. Etant donné que la planification du réseau est loin d'être parfaite, la performance radio doit être garantie pour des environnements au sein desquels le signal varie continuellement, qu'il soit faible ou de bonne qualité. La sensibilité du téléphone doit être garantie sur tous les canaux alloués par le réseau. En raison des enjeux techniques liés à la conception d’une radio susceptible de fonctionner correctement sur tous les canaux radio possibles, les fournisseurs de composants cellulaires bénéficient d’un grand nombre d’exceptions sur le plan des spécifications. De ce fait, la plupart des fournisseurs de composants s’engagent uniquement sur une performance robuste dans les parties basse, centrale et haute de la bande de fréquences. Et ces exigences strictes en termes de performances doivent être respectées quelle que soit la température ou la tension. Côté température, les marchés ULC sont souvent situés dans les zones tropicales les plus chaudes du monde, aussi la radio doit-elle être aussi performante par température élevée que dans des conditions idéales (généralement 25°C). Côté tension, le niveau de performance de la radio ne doit pas être affecté au fur et à mesure du déchargement de la batterie du téléphone. Un composant conforme aux certifications GCF (Global Certification Forum), c’est le minimum. Celui-ci aura été soumis à tous les tests (y compris les tests RF), dont les résultats se seront avérés satisfaisants.

 

2.      Consommation d'énergie

Il est extrêmement important que le niveau de consommation d’énergie (c’est-à-dire la capacité du téléphone à optimiser les durées de conversation et de veille sans recharge) soit satisfaisant. Nous avons déjà mentionné la nécessité d'une performance radio sans faille, même en cas de batterie déchargée (chute de la tension disponible). Cette nécessité est amplifiée sur les marchés ULC, en particulier dans les zones rurales où il n'est pas possible de garantir qu’une source d'électricité soit toujours disponible et de bonne qualité. Mais un bon niveau de consommation d'énergie est également synonyme d'autres avantages. L’utilisation d’une batterie de taille inférieure à celles utilisées d’ordinaire et de faible ampérage peut suffire. Cela permet un design plus stylisé pour les téléphones de plus petite taille. De plus, avec une petite batterie, le coût total du téléphone est plus faible !

 

 3.      Fonctionnalités

Si, au lieu d’être pourvu d’une suite de fonctionnalités de base telles que la parole, les SMS et un écran noir et blanc, le téléphone ULC se voit doté d’un écran couleur, d’un tuner FM, d’un lecteur de musique (MP3, etc.) voire même des services de transfert de données tels que le WAP ou le MMS, alors le concept du « très bas coût » n'est plus synonyme de « très ennuyeux ».

 
Du point de vue de l'opérateur, ces fonctionnalités additionnelles sont également l’occasion d'un ARPU supplémentaire. Des modèles agressifs de subvention de services mobiles sont en cours d'expérimentation : les opérateurs verrouillent le téléphone pour une utilisation exclusive sur leur réseau et le proposent ensuite aux abonnés à un prix réduit, voire même gratuitement. Ils génèrent alors leur chiffre d’affaires par le biais de l'ARPU. Pour garantir le succès de ce type de modèle commercial, il est impératif que le téléphone ne puisse pas être piraté. Il est clair que si les téléphones sont piratés, l'opérateur ne gagnera pas d'argent. Mais surtout, les consommateurs ULC ne pourront avoir une autre opportunité pour faire l’acquisition d’un téléphone, ni de jouir de son utilisation. Il est donc extrêmement important que la solution de composants cellulaire soit équipée d’un mécanisme de sécurité robuste et flexible pour permettre aux opérateurs d'implémenter des modèles commerciaux innovants en toute liberté. Ajouter et intégrer toutes ces fonctionnalités aux téléphones destinés à ce segment de marché tout en respectant strictement les impératifs en termes de coûts et de performances constitue un enjeu réel. Ce qui nous amène à notre dernier point : le coût total.

 

4.      Coût total

La rencontre de l'intégration élevée des signaux mixtes et des procédés de fabrication de semi-conducteurs à faible coût a conduit à une nouvelle ère de solutions de composants cellulaires à « puce unique », qui intègrent sur une seule matrice CMOS tous les principaux sous-systèmes d'un téléphone, hormis l'amplificateur de puissance et la mémoire non volatile. De plus, grâce à ces mêmes techniques d'intégration CMOS, il est désormais possible d'intégrer une grande partie des composants électroniques discrets qui envahissaient autrefois la conception des téléphones mobiles. Ces progrès dans les technologies des circuits intégrés se sont traduits par une réduction considérable de la structure de coût des solutions à puce unique et ont fait du téléphone ULC à moins de 20 $ une réalité.

 

Tout bien considéré, le défi a consisté avant tout à préserver le niveau de performance radio, de consommation d'énergie et de fonctionnalités tout en veillant à maintenir l’agressivité de la structure des coûts nécessaire pour réussir sur ce marché. La plupart des solutions à puce unique introduites sur ce marché ont sacrifié la performance d'une façon ou d'une autre. C’est le système RF qui fait le plus souvent l’objet de compromis en la matière, en raison de l’enjeu fondamental que constitue l’intégration du transmetteur de radiofréquences au processeur de bande de base cellulaire ; mais, ceci résulte en outre du fait que les systèmes RF ne sont considérés qu'après coup dans la plupart des émetteurs de bande de base puisqu’ils sont en règle générale fournis par un spécialiste de ces systèmes.

 

Avec sa gamme de produits à puce unique AeroFONE (disponible suite au rachat de la division Wireless de Silicon Labs l’an dernier), NXP Semiconductors a adopté une approche diamétralement opposée. Les produits AeroFONE ont permis de relever les défis décrits précédemment. Cette gamme complète de produits englobe notamment des  fonctionnalités basiques mais aussi des fonctionnalités de téléphones-baladeurs équipés d’un tuner FM et d’un lecteur MP3 doté d’un espace pour carte SD. Cette démarche repose sur l'intégration d’un puissant microprocesseur ARM9, contrairement aux concurrents qui ont recours au ARM7, microprocesseur moins puissant, ou à un microprocesseur propriétaire. L'utilisation d'un microprocesseur propriétaire empêche en outre de bénéficier de l’étendue des connaissances sur ce secteur d’activité et de la base de codes permis par la famille des processeurs ARM.

 
La gamme de produits AeroFONE a toujours été axée sur le maintien d’une performance de radiofréquence de niveau international. Le statut de pionnier acquis par la même équipe de conception RF dans le domaine de la technologie GSM RF CMOS a largement contribué à la résolution des multiples défis que pose l'intégration de signaux mixtes.

L'intégration d’un système de gestion de l’alimentation (PMU) sur la même matrice CMOS que le transmetteur de radiofréquences et la bande de base est un nouvel exemple intéressant de l'innovation dans le domaine des signaux mixtes. Il est en effet très difficile de concevoir une solution CMOS submicronique qui tolère la connexion d'un chargeur de batterie 8 volts. De plus, un moyen efficace de générer plusieurs niveaux de tension nécessaires aux différents sous-systèmes sur puce est d’adopter un convertisseur
DC-DC. Mais le convertisseur DC-DC crée des parasites électriques supplémentaires. Pour cette raison, la plupart des fournisseurs de puces uniques ont évité d'intégrer le PMU sur la même matrice que le transmetteur de radiofréquences et la bande de base. Pour la seule solution intégrant le PMU et qui ne soit pas le fruit de NXP, le convertisseur DC-DC est absent. Il est remplacé par des régulateurs linéaires. Cette solution est pénalisée par un niveau de consommation considérablement plus élevé, qui réduit la durée de vie de la batterie de plus de 60 %.

 

Les produits AeroFONE de NXP sont les seules solutions à puce unique actuellement disponibles sur le marché, qui intègrent un PMU complet, doté d’un convertisseur DC-DC et d’une interface de batterie sur la même matrice monolithique que les autres sous-systèmes, dont le transmetteur de radiofréquences et la bande de base numérique. Grâce aux diverses innovations et techniques de conception système, la solution à puce unique AeroFONE permet actuellement un niveau de consommation d'énergie qui figure parmi les meilleurs au monde. Au vu de ces valeurs de classe internationale, l'utilisation de batteries plus petites suffit, ce qui permet de réduire considérablement les coûts et de concevoir des formes de téléphone plus élégantes.

 

L'intégration de niveau international se traduit également par des économies au niveau système. Comparée aux solutions à puces multiples, la diminution spectaculaire du nombre de puces réduit la surface de la carte de 65 % et le nombre de composants distincts nécessaires de plus de 50 %. Par conséquent, les fabricants de combinés ont nettement gagné sur le rendement et la durée des tests des produits finis. La consommation d'énergie plus faible mentionnée précédemment permet des réductions de coûts supplémentaires grâce à l’utilisation des batteries les moins chères. Et l'AeroFONE PNX 4901 est la première plateforme de téléphone mobile commercialisée basée sur un circuit imprimé quatre couches : un système rentable qui réduit le coût total du téléphone. L'utilisation d'un circuit imprimé quatre couches permet la fabrication des composants dans les zones géographiques des marchés ULC puisque les usines des marchés émergents sont adaptées à la simplicité des circuits quatre couches alors que les circuits six couches plus complexes et plus onéreux demeurent uniquement à la portée des centres de fabrication les plus avancés.

 

Afin de réduire encore les coûts d’ingénierie et de veiller à limiter le délai de mise sur le marché des produits, NXP a mis ses solides compétences au service des solutions systèmes et fourni des modèles de conception Hardware et Software (logiciel) à un nombre croissant de fournisseurs ODM (Original Design Manufacturer). Dans un domaine où la conception logicielle représente 70 % des budgets R&D, les conceptions de référence réduisent d'autant plus les coûts nécessaires au lancement d’un produit à « très bas coût ». Les ODM habilités ont expédié des millions de combinés vers différentes zones géographiques et opposent une concurrence agressive lors des différents appels d'offres ULC émis sur les marchés émergents tels que l'Inde, l'Amérique latine et la Chine.

 

 

Un dernier mot...

 

Si le passé offre des indices sur l'avenir, les fonctionnalités des téléphones haut de gamme vont se démocratiser progressivement sur le segment de marché ULC. Le marché s’évertuera à présenter des produits innovants offrant un niveau d’intégration toujours plus élevé, des capacités multimédias de plus en plus riches et un débit d’informations de plus en plus rapide. Le défi restera le même : maintenir le niveau de performance tout en intégrant toujours plus de nouvelles fonctionnalités pour un coût moindre.

La clé pour fournir un produit gagnant sur le marché concurrentiel de l’ULC repose sur le bon équilibre entre performance radio, consommation d'énergie, fonctionnalités et coût total. Il est clair que le coût est l'un des arguments phares sur ce segment de marché. Cependant, un fabricant de combinés astucieux veillera à ce que les indicateurs clés du marché ULC ne soient pas sacrifiés et examinera le coût dans sa totalité, notamment tous les coûts générés au niveau système (prix des composants, coût de la batterie, délai de mise sur le marché).

 

À propos de l'auteur

Sanjay Noronha est chef de produit chez NXP Semiconductors (Austin, Texas) en charge des plateformes mobiles. Auparavant, M. Noronha a occupé des postes d’ingénieur et de chef de produit dans différentes entreprises, dont Trilogy, National Instruments, Silicon Laboratories et NXP Semiconductors. Il est titulaire d'un MBA et d'un MSEE de l'Université du Texas à Austin et d'un BSEE de l'Université de Bombay.