Modélisation du canal IR

Dans les prochains paragraphes, nous étudions l’impact de la mobilité de l’émetteur sur le canal IR. On s’intéresse en particulier au changement d’orientation de l’émetteur ainsi qu’à la présence du corps portant le dispositif. Nous avons montré dans le chapitre III que ces paramètres ne pouvaient être négligés dans le cas d’un canal VLC. L’objectif ici est de déterminer s’il est ou non nécessaire de les prendre en compte pour le canal IR.

IV.3.2.1. Impact du changement d’orientation sans corps

Dans la configuration étudiée, l’émetteur infrarouge transmettant les données biologiques du patient est fixé sur son épaule. Comme c’était le cas pour le récepteur associé au canal VLC, les mouvements du patient induisent de manière évidente des changements d’orientation au niveau de l’émetteur. Cependant, contrairement au canal VLC où ces changements pouvaient être volontaires (par exemple pour orienter le récepteur afin de mieux lire les données), ceux induits dans le cas du canal IR sont uniquement dus aux mouvements du corps. On considère en effet que le patient se déplace de manière naturelle, et ne va pas intentionnellement orienter l’émetteur vers les récepteurs optiques.

De ce fait, l’intervalle de variations des valeurs est bien plus restreint. Comme nous l’avons fait dans le paragraphe III.3.3.3, nous définissons ici les changements d’orientation avec des coordonnées polaires. En tenant en compte d’un mouvement réaliste d’épaule, nous

considérons les intervalles suivants : θ ∈ [0, π/3] et φ ∈ [0, π] avec un pas de π/6. La figure

IV-11 propose une illustration de ces variations.

(a) (b)

Figure IV-11 : Illustration : (a) des coordonnées sphériques, (b) du cône de mouvement de l’émetteur

x

y

z

x

y

z

ϕ

θ

Clement Le Bas | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2017 112

Nous avons tracé en figure IV-12 les PDF et CDF associées aux cas avec changements d’orientation et à orientation fixe perpendiculaire au plafond (étudié dans le paragraphe précédent).

Dans un premier temps, on observe sur les PDF que les distributions obtenues sont similaires, hormis dans la zone [-63 ; -67] dB où il n’y a aucune valeur de gain lorsque l’on considère une orientation fixe comme nous l’avons observé concernant le cas de référence. Ceci s’explique par le fait qu’en prenant en compte les variations d’orientations, on augmente les probabilités de se trouver dans le FOV d’un récepteur, et ce même si la position de l’émetteur est éloignée de ces derniers. En sachant que la valeur de gain diminue avec la distance (équation (2.24)), on peut en conclure que l’étalement des valeurs de gains associés à un lien LOS augmente.

Ces observations se retrouvent sur les CDF : en effet, même si les deux cas semblent

converger pour des Pout inférieures à 10-2. On observe une différence significative pour des

probabilités plus hautes pour H(0) appartenant à [-67 ; -63] dB. Par exemple, la probabilité d’avoir un gain de -58 dB dans le cas de référence est de 3.2 % alors qu’elle est de 15 % lorsque l’on considère le changement d’orientations, soit presque 5 fois plus.

Figure IV-12 : PDF et CDF des gains associés au cas avec et sans changements d’orientation pour le canal IR

Concernant l’impact sur l’étalement de la RI, nous avons reporté dans le tableau IV-6

les valeurs de Rb-max obtenues pour chacun des cas. On constate ici que les changements

d’orientations impactent grandement le débit maximal atteignable sans IES, avec une différence de 6.6 Mbit/s par rapport au cas où l’orientation est fixe. De ce fait, il devient difficile d’atteindre le débit maximum de 10 Mbit/s sans prendre en compte la présence de l’IES.

Tableau IV-6 : Valeur du débit maximal atteignable Rb-max sans IES en tenant compte ou non des

variations d’orientations

Lien IR avec changements d’orientation

Cas de référence (sans changement d’orientation)

Clement Le Bas | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2017 113

Ces résultats permettent donc de montrer que, dans le cas d’un émetteur porté à l’épaule, les changements d’orientation n’ont pas un impact aussi significatif que dans le cas d’un lien VLC. Cependant, ils ne peuvent être négligés, notamment car ils permettent d’obtenir une estimation plus précise et réaliste de la répartition du gain, mais aussi car leur impact sur l’étalement de la RI ne peut être ignoré. De ce fait, on considère pour la suite de nos simulations que les orientations de l’émetteur varient.

IV.3.2.2. Impact de la présence du corps

De la même façon que pour l’étude du canal VLC, nous allons maintenant étudier l’impact de la présence du corps sur le canal IR. En effet, même si la position de l’émetteur à l’épaule permet de réduire l’impact du corps, il est toujours possible que ce dernier puisse créer des situations de blocage (avec la présence de la tête par exemple), et ce d’autant plus lorsqu’on considère les changements d’orientations.

Pour le choix de la modélisation du corps, nous avons montré que l’impact liée à la présence de ce dernier est avant tout lié aux phénomènes de blocage du signal, et ceci indépendamment de la complexité de sa modélisation. On se focalisera donc sur une modélisation de corps simple.

Cependant, contrairement à la configuration du lien VLC où le récepteur était situé en face du corps, il est ici placé sur un côté (épaule). De ce fait, les zones possibles de blocages correspondent au flanc du corps, rendant donc nécessaire la prise en compte de son épaisseur. Nous choisissons donc d’utiliser la forme illustrée en figure IV-13, correspondant à un modèle 3D de la forme n°2 de la figure III-18.

Vue de face

a

Vue de coté

Figure IV-13 : Modèle de corps considéré pour le lien IR

Pour réaliser l’étude de l’impact de la présence du corps, nous utilisons la même méthodologie que pour le lien VLC, c’est-à-dire en définissant les différents cas suivants :

- cas (a) : Récepteur mobile avec changements d’orientation, sans corps – étudié au

IV.3.2.1

-0,1 -0,05 0 0,05 0,1 X

Clement Le Bas | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2017 114

- cas (b) : Récepteur mobile avec changements d’orientation, avec corps, ρcorps1 =

0.1

- cas (c) : Récepteur mobile avec changements d’orientation, avec corps, ρcorps2 =

0.9

Figure IV-14: PDF et CDF associées à plusieurs cas sur l’étude de l’impact du corps pour le lien IR

La figure IV-14 illustre les PDF et CDF associées à chaque cas considéré. On observe que les différentes courbes obtenues, que ce soit pour la CDF ou la PDF, sont très similaires. En effet, l’impact du corps semble être relativement faible et ce indépendamment de son coefficient de réflexion : on observe que l’évolution des courbes associées aux cas (b) et (c) est très similaire à celle associée au cas (a).

Si l’on regarde les CDF, on constate que l’évolution entre les cas (a) et (c) est aussi très similaire, illustrant ainsi que pour un coefficient de réflexion élevé l’impact du corps est négligeable. Cependant, pour une valeur de ρ faible, on observe une évolution différente entre le cas (a) et le cas (b), illustrant ainsi l’impact du corps ne peut être négligé pour ρ = 0.1. On constate néanmoins que l’impact du corps sur le gain optique dans le cas du canal IR est beaucoup plus faible que dans le cas des VLC.

Concernant l’impact sur l’étalement de la RI, nous avons reporté dans le tableau IV-7

les valeurs de Rbmax obtenus pour chacun des cas.

On voit ici que l’impact du corps est plus significatif : on observe une différence de 1.9 Mbit/s entre le cas (a) et le cas (c), soit une diminution de 20 %. En ce qui concerne l’impact lié au coefficient de réflexion, il est ici beaucoup plus faible. On constate en effet une différence de seulement 0.9 Mbit/s entre les cas (b) et (c), soit seulement 11%.

Tableau IV-7 : Valeur du débit maximal atteignable sans IES pour différents cas

Cas (a) Cas (b) Cas (c) Cas de référence

Clement Le Bas | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2017 115

Cela nous permet de conclure que, pour un émetteur situé sur l’épaule, l’impact du corps sur le canal est beaucoup moins significatif que dans le cas des VLC. Ceci est majoritairement dû à la position de l’émetteur, qui limite grandement les possibilités de blocages du signal. D’après les résultats obtenus, la prise en compte du corps dépend principalement de son coefficient de réflexion : si ce dernier est faible alors la présence du corps ne peut être négligée.