Systèmes de communication et de positionnement optiques sans fil intérieurs à faisceau orientable

Face à la demande croissante de services de communication sans fil, les technologies radiofréquences ne suffisent plus à répondre aux exigences futures en termes de capacité, de densité et de sécurité. Les systèmes de communication optique sans fil (OWC) se sont imposés comme une solution prometteuse, notamment en intérieur, grâce à leur large spectre et à leurs propriétés sécurisées. Les systèmes OWC cellulaires traditionnels présentent des difficultés telles que les interférences et les transferts intercellulaires, qui affectent la qualité de service. Pour y remédier, ce travail propose un système intégré de détection et de communication (ISAC) basé sur l'orientation du faisceau, où le faisceau optique est dirigé dynamiquement entre le point d'accès (AP) et l'équipement utilisateur (UE). L'objectif est d'améliorer la couverture et les performances tout en permettant un positionnement de haute précision sans nécessiter de sources ou de récepteurs supplémentaires.Ce travail commence par une analyse comparative de cinq scénarios : "avec orientation du faisceau", "sans orientation du faisceau", "avec orientation manuelle", "désalignement" et "source avec diverses orientations fixes". Chaque scénario est expliqué, et la couverture et le taux d'erreur binaire sont estimés par simulations Monte Carlo (MATLAB) de trois techniques de modulation : OOK, DCO-OFDM et m-CAP, utilisant des sources de types diode électroluminescente et laser infrarouges. Les paramètres lumineux, tels que la directivité et la puissance, sont sélectionnés conformément aux réglementations de sécurité et leur impact sur la couverture est étudié. L'analyse simule le lien direct entre AP et UE ainsi que les réflexions sur l'environnement à l'aide d'une approche fréquentielle. Les résultats démontrent que l'orientation du faisceau améliore la couverture et la fiabilité des communications par rapport aux systèmes conventionnels.Comme l'orientation d'un faisceau optique vers une cible spécifique nécessite la connaissance de sa position, ce travail propose un algorithme de positionnement basé sur une seule source lumineuse orientable au niveau de l'AP et un seul récepteur au niveau de l'UE (et/ou inversement), sans connaissance préalable de la direction du récepteur ou de la puissance de l'émetteur. Les simulations ont montré que la technique proposée atteint une précision de positionnement bidimensionnelle inférieure à 10 cm. Après validation, la méthode a été intégrée à un système OWC afin de simuler un système ISAC optique sans fil fournissant une couverture de communication efficace avec un positionnement précis sans capteurs supplémentaires.Enfin, les travaux expérimentaux ont inclus une première validation des performances de l'algorithme de positionnement via une expérience unidimensionnelle utilisant une source lumineuse orientable et un récepteur unique, dont les résultats ont confirmé la précision attendue. Des expériences supplémentaires ont été menées avec des équipements commerciaux tels qu'un système OWC LiFiMAX et un bras robotisé pour tester trois scénarios ("avec orientation du faisceau", "sans orientation du faisceau" et "avec orientation manuelle") en environnement intérieur, avec des analyses du rapport signal/bruit et du débit de données. Les résultats ont montré une forte cohérence avec les simulations, validant le modèle proposé.