Soutenance mémoire
Ces dernières années, les technologies sans fil ont connu un essor considérable que ce soit au niveau commercial ou dans le domaine des recherches, ceci revient aux multiples avantages qu’elles offrent comme la mobilité, les faibles coûts. Mais, comparer aux interfaces filaires, peu nombreuses sont les interfaces sans fil qui offrent un débit rapide. Les réseaux sans fil ont été créés pour permettre aux utilisateurs d’effectuer des communications de tel sorte à garder la connectivité des équipements, tout en ayant gain de mobilité et sans avoir recours aux fils utilisés dans les réseaux traditionnels et qui encombrent ces derniers.Il existe plusieurs technologies pour les réseaux sans fil se distinguant d’une part par la fréquence d’émission utilisée et d’autre part par le débit et la portée des transmissions comme le Bluetooth, Wi-Fi (Wireless Fidelity), et le Li-Fi ou Light Fidelity et qui est l’objet de ce projet de recherche. Leur arrivée a soulevé un engouement nouveau pour les réseaux radio qui étaient auparavant le domaine exclusif des militaires. Le Li-Fi qui est la nouvelle technologie à venir qui est la base du concept de la ville intelligente qui est la future génération à venir. La ressource la plus importante dans la télécommunication est la fréquence. De nos jours le spectre des fréquences radio allouées est restreint et devient une ressource rare. Le spectre des fréquences radio est de plus en plus saturé cause de la croissance exponentielle des transferts de données sans fil, l’objet du Li-Fi est toujours de transporter des données sans fil, mais sur le spectre optique. La lumière visible devient un réseau de communication. L’utilisation d’une nouvelle bande de fréquence devient indispensable, d’où la nécessité de l’adoption de la fréquence de la lumière visible devient indispensable.
Classification des réseaux sans fils
• WPAN (Wireless Personal Area Networks)
Dans cette catégorie, on trouve les réseaux sans fils à l’échelle humaine dont la portée maximale est limitée à quelques dizaines de mètres autour de l’usager (bureaux, salles de conférence…). On y trouve les standards tels que le Li-Fi, Bluetooth, l’Ultra Wide Band (UWB), ZIGBEE, RFID et HomeRF. [1]
• WLAN (Wireless Local Area Networks)
C’est la catégorie des réseaux locaux sans fils dont la portée va jusqu’à 500 m, pour les applications couvrant un campus, un bâtiment, un aéroport, un hôpital, etc. On y trouve les standards tels que le Wi-Fi (Wireless Fidelity), Li-Fi (Light Fidelity), et le HIPERLAN. [1]
• WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks)
Plus connus sous le nom de Boucle Locale Radio (BLR), ce type de réseau utilise le même matériel que celui qui est nécessaire pour constituer un WLAN mais peut couvrir une plus grande zone de la taille d’une ville, avec une portée pouvant aller jusqu’à 50 km. C’est dans cette catégorie que l’on classe le WiMax et les HIPERMAN. [1]
• WWAN (Wireless Wide Area Networks)
C’est la catégorie de réseaux cellulaires mobiles dont la zone de couverture est très large, à l’échelle mondiale. Dans cette catégorie, on peut citer le GSM et ses évolutions (GPRS, EDGE), le CDMA et l’UMTS.
Présentation de la Transmission
L’information
L’information est au cœur de nos sociétés modernes : presse, téléphonie, données météorologiques, internet… De nombreux vecteurs concourent à nous transmettre les messages porteurs de ces informations. Les machines associées à des outils informatiques sont elles aussi soumises à un flux de données provenant de capteurs susceptibles d’améliorer leur performance et leur sécurité. Les flux d’information sont ainsi omniprésents dans notre quotidien. Au-delà du traitement qui est fait de ces informations tant par l’humain que par la machine, il importe avant tout que celle-ci soit communiquée en toute fidélité à son destinataire. En d’autres termes, il faut impérativement que le message reçu soit l’exacte réplique du message émis. Il ne s’agit pas dans cet article de réécrire la théorie de l’information pour laquelle de nombreux documents sont disponibles sur Internet mais de présenter succinctement les éléments liés à une chaîne de transmission de l’information.
Chaîne de transmission
La chaîne de transmission de l’information, dans sa structure fonctionnelle la plus simple, est constituée :
• D’un émetteur ;
• D’un canal de transmission ;
• D’un récepteur.
Transducteur à l’émission
Le transducteur à l’émission permet de convertir le signal original (voix, image…) en un signal électrique utile pour l’émetteur. Certains utilisent le terme « encodeur » (codec dans le jargon informatique), cela peut induire une confusion avec le convertisseur utilisé dans le canal de transmission qui réalise la conversion de la nature du signal (pour la voix : de pression en tension avec un microphone).
L’émetteur
L’émetteur a pour fonction d’adapter le signal issu du transducteur en vue de le transmettre au canal de transmission. Il peut simultanément remplir plusieurs fonctions :
• Coder le signal issu du transducteur (tension) en nombres, dans le cas d’une conversion analogique numérique ou/et de chiffrage ;
• Moduler ;
• Amplifier.
Cet émetteur peut être un émetteur analogique (exemple : émetteur radio FM) ou encore un modem ADSL utilisé pour Internet dans le cadre d’une information numérique.
Le canal de transmission
Le canal de transmission permet au récepteur de recevoir l’information émise par l’émetteur. De nombreux supports sont utilisés :
• Les supports avec guide physique (air, câbles, fibres, …) ;
• Les supports sans guide physique (ondes radio, ondes lumineuses).
Ces différents supports sont choisis en prenant en compte :
• Le débit d’information à transmettre ;
• Les caractéristiques du signal (bande passante, codage…) ;
• La distance entre l’émetteur et le récepteur ;
• Les possibilités de mise en œuvre
Pour donner une idée de la qualité des supports, disons que :
• Les câbles électriques à paires torsadées sont les moins fiables, suivis par les câbles coaxiaux ;
• Les fibres optiques offrent actuellement le meilleur compromis fiabilité/performance.
Le récepteur
Son rôle est à la fois de recevoir le signal émis ainsi que de le rendre compatible avec le transducteur (exemple : récepteur Li-Fi) servant à la réception. Les actions réalisées par le récepteur sont alors les suivantes :
• Filtrer le signal reçu (éliminer la partie inutile du signal reçu pour ne garder que l’information) ;
• Décoder :
o Soit en réalisant une conversion numérique analogique ;
o Soit un déchiffrage ;
• Démoduler ;
• Amplifier le signal pour le rendre utilisable par le transducteur de sortie.
Ce récepteur est par exemple un poste de radiophonie pour un signal analogique ou un modem ADSL pour les informations numériques.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 GENERALITES D’UNE TRANSMISSION
1.1 Classification des réseaux sans fils
1.2 Présentation de la Transmission
1.2.1 L’information
1.2.2 Chaîne de transmission
1.2.3 Transducteur à l’émission
1.2.4 L’émetteur
1.2.5 Le canal de transmission
1.2.6 Le récepteur
1.2.7 Transducteur à la réception
1.2.8 Transmission en bande de base
1.3 Généralités sur la transmission sur onde visible
1.3.1 Les modulations numériques
1.3.1.1 Modulation OOK
1.3.2.2 Modulation ASK
1.3.2 Codage de Manchester
1.4 Spectre de la lumière visible
1.5 La propagation de la lumière
1.5.1 Définition de la lumière
1.5.2 La trajectoire de la lumière
1.5.3 La vitesse de la lumière dans le vide
1.5.4 Source de lumière
1.5.5 Les sources courantes
1.5.5.1 La fluorescence
1.5.5.2 La lumière incandescence
1.5.5.3 Les lampes halogènes
1.5.5.4 Les lampes fluo compactes (CFL)
1.5.5.5 Les lampes à LED
1.5.6 Caractéristiques d’une transmission de la lumière dans l’air
1.5.6.1 Signal et bruit
1.5.6.2 Atténuation de la lumière dans l’air
1.6 Facteurs considérés lors du choix d’une source de lumière
1.6.1 L’efficacité
1.6.2 La performance de couleur
1.6.3 La contrôlabilité
1.6.4 La durée de vie et le coût
1.7 Les détecteurs de lumière
1.7.1 L’œil
1.7.2 Les détecteurs photochimiques
1.7.3 Les détecteurs photo électroniques
1.7.4 Les photodiodes
1.7.5 Les phototransistors
1.7.6 Les photo-Darlington
1.7.7 Les photo-Thyristor
1.7.8 Les photo coupleurs
1.7.9 Les cellules photovoltaïques
1.8 Notions de base sur les photodiodes
1.8.1 Définition
1.8.2 Propriété
1.8.3 Fonctionnement
1.8.4 Temps de réponse de la photodiode
1.8.5 Application
1.8.6 Exemple de Montage de la photodiode
1.9 Énergie rayonnante et Grandeurs radiatives
1.11 Conclusion
CHAPITRE 2 GENERALITES SUR LE LI-FI
2.1 Introduction
2.2 Présentation de la technologie Li-Fi
2.3 La technologie Li-Fi
2.4 Standardisation
2.5 Fonctionnement Li-Fi
2.5.1 Les émetteurs
2.5.2 Les récepteurs
2.5.3 Performances
2.5.4 Améliorations
2.5.5 Les diodes LED
2.6 Rapport qualité prix de le Li-Fi
2.6.1 Différents coûts
2.6.2 Point de vue des industriels
2.7 Utilisations possibles
2.7.1 Utilisation du Li-Fi dans La 5ème Génération ou 5G
2.7.3 Utilisation dans l’Infrastructures sensibles
2.7.3 Utilisation dans l’automobile
2.7.4 Utilisation dans la communication aquatique
2.7.5 Utilisation du Li-Fi dans l’information ciblée
2.7.6 Utilisation dans la ville connectée
2.8 Spectre visible du Li-Fi
2.9 L’internet par Li-Fi
2.9.1 L’envoi des informations numériques dans le réseau Li-Fi
2.9.2 La conversion du signal électrique en un signal lumineux
2.9.3 La réception et traitement des signaux lumineux
2.10 L’optoélectronique base du Li-Fi
2.10.1 Présentation de l’optoélectronique
2.10.2 Principe
2.10.3 Utilisation des LED dans l’opto-éléctronique
2.11 Conclusions
CHAPITRE 3 MISE EN ŒUVRE D’UNE LIAISON LI-FI
3.1 Introduction
3.2 Concept de transmission
3.2 Objectifs
3.3 Avantages et contraintes du projet
3.5 Choix du logiciel Matlab
3.6 Conception d’une application de simulation du Li-Fi
3.6.1 Présentation de la démarche
3.6.2 Code des paramètres de base de la simulation sous Matlab
3.6.3 Présentation de la simulation sous Matlab
3.7 Modélisation de la simulation
3.8 Démarche de calcul
3.9 Conclusion
CHAPITRE 4 ANALYSE ET INTERPRETATION DES RESULTATS
4.1 Présentation des résultats
4.2 Présentation des résultats de la simulation sous Matlab
4.2 Analyse et interprétation des résultats
4.3 Analyse de la performance du système
4.3.1 Analyse de la courbe de la puissance reçue
4.3.2 Analyse de la courbe du signal de sortie dans le domaine temporel
4.3.3 Analyse de la courbe de signal de sortie dans le domaine fréquentiel
4.3.4 Analyse de l’autocorrélation
4.3.5 Analyse de l’intercorrélation du signal avec du bruit
4.3.5.1 Intercorrélation avec du bruit impulsif
4.3.5.2 Intercorrélation avec le bruit gaussien de forte amplitude (1,500)
4.3.5.3 Intercoréllation avec le bruit Gaussien de faible amplitude (1,10)
4.3.5.4 Intercorrélation avec le bruit déterministe
4.3.5.5 Résumé de l’impact du bruit sur le signal optique
4.4 But de la simulation
4.5 Avantages et faiblesses de la technologie selon notre simulation
4.6 Limites et Améliorations envisageables
CONCLUSION GENERALE
