pour les BAN 3.1Introduction
3.2 Analyse du canal UWB BAN
Les canaux UWB du BAN diffèrent entre eux par les lois et paramètres associés régissant la répartition de l’énergie dans les trajets multiples. La nature du canal a une influence considérable sur la qualité de la liaison et la connaissance du canal s’avère cruciale pour dimensionner la couche physique et adapter en conséquence les éléments d’émission et de réception. Les résultats d’analyse présentés ici sont effectués à l’aide des paramètres statistiques les plus récents (2010) fournis par le groupe de normalisation IEEE802.15.6 [77] et présentés à la section 2.3.4.
Nous rappelons que les canaux UWB BAN sont exprimés avec les modèles CM3 et
CM4. Comme indiqué en section 2.3.4, le CM3 implique les transmissions entre deux éléments situés à la surface du corps, avec ou sans vue directe, le modèle ne faisant pas de distinction entre les deux cas. Le modèle UWB CM4 présente quant à lui quatre
configurations liées chacune à l’angle de vue entre émetteur et récepteur. Toutefois, les choix initiaux que nous avons effectués dans la conception de la couche physique étaient basés sur la première version de ces modèles de canal.
3.2.1 Paramètres statistiques des canaux
La figure 3.1 présente des réalisations aléatoires pour chacune des configurations du modèle CM4; il en est de même pour la figure 3.2(a) qui illustre une réalisation du canalCM3. Nous appuyant sur la définition des modèles de canaux UWB BAN donnée dans [77], nous extrayons les caractéristiques statistiques moyennes des canauxCM3et
CM4, qui sont obtenues à partir de 1000 réalisations de chaque modèle de canal. Les résultats issus de cette analyse sont regroupés dans le tableau 3.1, pour les modèles du groupe IEEE802.15.6 disponibles en 2010 et pour une énergie totale du canal (énergie dans l’ensemble des trajets) normalisée à 1.
Paramètres (moyenne) CM3 CM41 CM42 CM43 CM44 profondeur (ns) 73 199 200.6 200 199.7 Ntrajtotal 38 399 401 400 399 Nindiv90% 22 59 86 93 108 Tcons90% (ns) 55 72 97.5 102 131 Ncons90% 32 145 196 208 263
En du trajet le plus fort 0.18 0.4 0.28 0.2 0.21
Table 3.1 – Statistiques des canaux UWB BAN
Le tableau 3.1 nous présente :
– La durée d’étalement moyenne du canal, également désignée par profondeur du canal. Elle s’exprime en [ns] et correspond à l’intervalle de temps qui sépare le premier trajet arrivé du trajet ayant le plus grand retard.
– Ntrajtotal est le nombre total de trajets issus des réflexions dans l’environnement. – NindivX% qui représente le nombre de trajets individuels contenant au total X% de
l’énergie du canal. Ces trajets sont éparpillés et interviennent pendant toute la durée d’étalement du canal.
– NconsX% qui est le nombre de trajets consécutifs regroupant X% de l’energie du canal, à partir du premier trajet.
– TconsX% est la durée nécessaire pour atteindre X% de l’énergie du canal, ce qui cor-respond au temps de progation des NconsX% premiers trajets.
(a) Canal CM41 (0 ◦ ) (b) Canal CM42 (90 ◦ ) (c) Canal CM43 (180 ◦) (d) Canal CM44 (270 ◦) Figure 3.1 – Réalisations du mo dèle CM4
(a) Exemple de réalisation du modèle de canal CM3
(b) Répartition de l’énergie dans le temps
(a) Trajets successifs à 90%d’énergie
(b) Trajets individuels contenant90%d’énergie
Le modèle CM3
Les données statistiques moyenne que nous pouvons retenir indiquent que ce dernier a une profondeur d’étalement de plus de 70ns en moyenne, et il contient près de 38 trajets en moyenne. Sur la figure 3.2(a) présentant une réalisation aléatoire de ce canal, on observe que des trajets de forte amplitude sont présents sur toute la longueur, avec une dizaine de trajets (pour un total de 33) ayant une amplitude inférieure de moins de 3dB à celle du trajet le plus fort.
La figure 3.3(b) indique qu’en moyenne les 22 trajets les plus forts (soit 58% des trajets) contiennent à eux seuls 90% de l’énergie totale du canal. Les figures 3.2(b) (présente la répartition de l’énergie dans les trajets suivant la durée d’étalement du canal) et 3.3(a) (présente l’énergie cumulée dans les trajets successifs) nous indiquent quant-à-elles que 90% de l’énergie est atteinte au bout de 54ns en moyenne et est contenue en moyenne dans 32 trajets consécutifs à compter de l’arrivée du premier trajet. L’ensemble de ces valeurs est synthétisé dans le tableau 3.1 avec une énergie du canal normalisée à 1.
Le modèle CM4
Des analyses statistiques identiques à celles effectuées sur le CM3 sont reproduites pour les quatre variantes du modèle de canalCM4. On retiendra de façon générale que ce canal contient 400 trajets qui s’étalent sur près de 200ns et il est plus aisé de distinguer un trajet principal pour leCM41(casLOS) que pour les autres cas. Les données statistiques pour chaque canal sont regroupées dans le tableau 3.1.
Le canalCM3s’avère moins dense et moins profond que leCM4, nous en déduisons qu’un grand nombre de trajets est absorbé par le corps humain. Par ailleurs, on constate que le canalCM41, comparé aux trois autres cas, permet de concentrer le plus rapide-ment une quantité d’énergie donnée. Le nombre de trajets considérés pour atteindre ce pourcentage d’énergie est également le moins élevé. Ce résultat peut être justifié en partie par le fait que leCM41 bénéficie de la vue directe entre émetteur et récepteur, avec un trajet principal qui contient à lui seul en moyenne 40% de l’énergie du canal. Dans les autres cas, les trajets issus des réflexions dans l’environnement sont moins forts, ce qui requiert plus de temps pour cumuler un niveau d’énergie donné.
On s’attendrait ici à avoir des valeurs similaire entre leCM42et leCM44 qui peuvent être considérés comme symétriques par rapport au corps humain. Les données fournies par le tableau 3.1 ne permettent pas d’abonder dans ce sens car dans le cas duCM44, le nombre de trajets à intégrer est plus élevé pour un pourcentage d’énergie considéré.
Pour expliquer cela, nous proposons comme premier élément les conditions expéri-mentales des mesures (chambre d’hôpital) à partir desquelles le groupe de normalisation IEEE802.15.6 a établi ses modèles de canal [77]. Il faut également prendre en consi-dération l’instabilité du canal, car même en chambre anéchoïque où les réflexions sont
limitées, on observe une variation du canal suivant les positions des antennes sur le corps et autour de ce dernier.
3.2.2 Conclusion
Les canaux UWB BAN se distinguent entre eux par leurs caractéristiques statistiques, fortement influencées par la présence du corps qui engendre des absorptions plus ou moins marquées du signal. L’analyse statistique présentée permet ainsi de voir quelles sont les différences engendrées par le contact avec le corps ainsi que l’angle entre émetteur et récepteur. La surprise provient des cas CM42 et CM44 qui peuvent logiquement être perçus comme symétriques et donc entraînant plus ou moins des comportements du signal identiques. Les résultats statistiques obtenus indiquent le contraire et permettent de considérer ces deux modèles comme des canaux différents. Cela accentue la nécessité de prendre en compte l’instabilité du canal, et le fait que les modèles du groupe BAN restent étroitement liés aux conditions expérimentales des mesures de propagation. Toutefois nous poursuivrons notre étude avec ces modèles de canal, dont la connaissance demeure un élément permettant de dimensionner et évaluer la couche physique.