Comparaison avec le canal CM3 UWB

Nous considérons ici l’environnement présenté sur la figure I-6, dans le cas où le corps est allongé sur le lit. Afin d’obtenir la distribution du gain 𝐻_0𝐶𝑀3 du canal CM3 présenté dans la section I.4.3, nous utilisons le modèle de l’atténuation donné par l’équation (1), ainsi que le modèle de la PDP donné par l’équation (2).

Le gain 𝐻_0𝐶𝑀3 est alors déterminé pour chaque position de l’émetteur en utilisant la formule suivante :

𝐻_0𝐶𝑀3= 𝐺_0𝐶𝑀3− 𝑃𝐿(𝑑) (37)

où 𝑃𝐿(𝑑) est défini par l’équation (1), 𝑑 la distance émetteur/récepteur en mm, et 𝐺_0𝐶𝑀3 le gain présenté par la PDP. On considère une distribution uniforme de 100 positions de l’émetteur sur le corps, le récepteur étant positionné comme présenté sur la figure I-6 (point G).

Le modèle utilisé étant un modèle statistique, il est nécessaire de réaliser les calculs précédents un grand nombre de fois, afin de couvrir toutes les possibilités. La pratique a montré qu’une centaine de réalisations permet d’avoir des résultats similaires entre chaque simulation. Nous considérons ici 500 réalisations du canal. Concernant le canal optique diffus, nous considérons les paramètres fournis dans le tableau III-8. Les distributions du gain

𝐻_0𝐶𝑀3 et du gain optique diffus 𝐻_{0𝑜𝑝𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒} sont reportées sur la figure III-21.

Figure III-21 : Comparaison des distributions du gain dans le cas RF (CM3) et dans le cas optique

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Tableau III-8 : Paramètres de simulation pour la comparaison RF/optique

Récepteur Emetteur Corps Environnement

FOV = 70° m=1

Modèle surfacique (figure III-3),

bloquant

Pièce décrite sur la figure I-6 (7m×5m×2.5m) Positionné à la ceinture (figure III-8) 100 positions distribuées uniformément sur le corps

Allongé sur le lit, orienté vers le plafond 𝐴_𝑝ℎ𝑦=1cm² Distribution uniforme de 100 orientations, décrites dans la section III.2.3.b Orientation normale au corps (figure III-8) ρ=0.8 pour toutes les surfaces réflectives On constate sur la figure III-21 que la largeur de la distribution du gain RF 𝐻_0𝐶𝑀3

(77.4 dB) est nettement plus grande que pour le cas optique (3.7 dB). Cela s’explique par deux raisons :

- Dans le domaine optique, le lien entre l’émetteur et le récepteur est réalisé via les réflexions dans l’environnement, avec des trajets parcourus ayant des longueurs du même ordre de grandeur pour chaque position de l’émetteur. Cela induit donc de faibles variations de l’atténuation.

- Dans le domaine RF, l’atténuation dépend directement de la distance émetteur/récepteur. Etant donné le modèle surfacique du corps considéré (figure III-3), cette distance varie de 1mm à 1200 mm. Cela induit une distribution de l’atténuation 𝑃𝐿(𝑑) beaucoup plus étalée, comme présentée sur la figure III-22.

De plus, on observe que le gain RF 𝐻_0𝐶𝑀3 présente une valeur moyenne bien plus grande que pour le gain optique, avec un écart de 14 dB. Cependant, on peut remarquer que la puissance maximale pouvant être transmise en RF (puissance rayonnée inférieure à 1mW) est nettement plus faible qu’en optique diffus (300mW). Il faut donc étudier les performances en fonction de la puissance, ce que nous présentons dans le chapitre IV.

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Figure III-22 : Distribution de l’atténuation dans le cas du canal CM3 UWB

III.9 Conclusion

Parmi les méthodes utilisées dans la littérature pour modéliser un lien en optique sans fil, nous avons considéré dans ce chapitre deux approches applicables au cas d’un lien corporel réalisé par transmission diffuse.

La première approche est un modèle considérant une seule réflexion sur les surfaces de l’environnement, qui présente l’avantage de la simplicité et d’un temps de calcul très court pour la détermination de la réponse impulsionnelle. Ce modèle à une réflexion a été adapté pour déterminer simplement l’impact d’un obstacle. C’est un outil permettant d’estimer de manière rapide les variations de performances induites par un obstacle, vis-à-vis de sa taille, de sa mobilité, ou encore de son coefficient de réflexion.

La deuxième approche est basée sur la technique de lancer de rayons, utilisée pour déterminer de façon réaliste le gain du canal optique sans fil diffus WBAN. Cela permet d’obtenir des performances plus fiables, et donc de déterminer si les critères d’un WBAN médical peuvent être respectés.

Ensuite, les différents paramètres pouvant impacter le canal optique sans fil diffus WBAN (environnement, mobilité, coefficient de réflexion, position des émetteurs sur le corps) ont été étudiés pour différents scénario, afin de mettre en évidence leur importance.

Concernant l’impact de l’environnement, on a montré que la taille de l’environnement, ainsi que le coefficient de réflexion des surfaces induisent de fortes variations du gain statique

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du canal. De plus, l’augmentation de la taille de l’environnement induit également une augmentation de l’étalement temporel de la réponse du canal. Malgré cette augmentation, nous avons montré que, étant donné les faibles débits requis par les applications médicales envisagées dans cette étude, les phénomènes d’IES peuvent être négligés.

Pour ce qui est de l’impact du corps, on a montré que sa mobilité dans l’environnement induit également de fortes variations du gain statique du canal, qui prédominent sur celles induites par sa mobilité naturelle (respiration, mouvements inconscients etc.). On a également montré que le gain statique du canal dépend de la position de l’émetteur sur le corps, ce qui peut induire des différences de performances entre les différents liens de transmission d’un WBAN.

Enfin, une comparaison entre le canal de transmission optique sans fil diffus, et le canal CM3 UWB a été réalisée. On a montré que le canal optique diffus a un comportement différent de celui du canal BAN UWB, car il est beaucoup moins dépendant de la distance entre les nœuds sur le corps.

Dans le chapitre suivant, les performances sont étudiées en termes de probabilité de rupture en fonction de la puissance émise, et pour une application médicale avec un débit maximal de 1 Mbps. On considèrera une modulation OOK sans IES.

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