IV. Performances d’un lien corporel en optique sans fil
IV.4 Performances en situation réaliste
Pour terminer cette partie, on s’intéresse maintenant au cas de l’environnement considéré lors des mesures du canal CM3 en UWB. Cet environnement est représenté sur la figure IV-14, avec la zone de mobilité du patient représentée en zone hachurée.
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Figure IV-14 : Environnement réaliste
Pour déterminer les performances, on utilise RapSor afin d’avoir la meilleure estimation possible. De plus, nous allons utiliser des coefficients de réflexions réalistes, présentés dans le tableau IV-3.
Concernant les obstacles présents dans l’environnement de la figure IV-14, leurs coefficients de réflexions ne sont pas connus. Etant donné que pour des communications infrarouges, les coefficients de réflexions varient de 0.1 à 1 [60], nous attribuons ici aux obstacles un coefficient de réflexion moyen de 0.5. Les autres paramètres utilisés sont résumés dans le tableau IV-6.
Tableau IV-6 : Paramètres de simulation pour le cas réaliste
Récepteur Emetteur Corps
FOV =70° m =45
Modèle surfacique (figure III-3), bloquant Positionné à
l’épaule 100 positions distribuées uniformément sur le corps
𝐴𝑝ℎ𝑦=1cm² Mobilité dans
l’environnement (1000 positions et 10
orientations) Distribution uniforme de 100
orientations, décrites dans la section III.2.3.b Orientation normale au
corps
On présente sur la figure IV-15 les valeurs de 𝑆𝑁𝑅0 correspondant à 𝑃𝑜𝑢𝑡=10-3 en fonction de 𝑃𝑡, dans le cas de l’environnement réaliste, de celui d’une pièce vide de mêmes dimensions avec le coefficient classique de 0.8 pour toutes les surfaces [48] et celui d’une pièce vide de mêmes dimensions avec les coefficients réalistes du tableau IV-3[60].
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On constate tout d’abord que lorsque le coefficient de réflexion de la pièce vide est pris à 0.8 pour toutes les surfaces, les performances sont, de manière évidente, meilleures que lorsque l’on considère les valeurs réalistes du tableau IV-3.
En comparant les résultats pour des coefficients réalistes entre la pièce vide et la pièce avec obstacles, on voit que pour des 𝑆𝑁𝑅0 supérieurs à 12 dB, la présence d’obstacles est bénéfique et contribue à améliorer le 𝑆𝑁𝑅0. C’est cohérent avec les résultats précédents, puisque l’on avait montré que pour 𝜌𝑜𝑏𝑠 ≥0.27, les réflexions sur les obstacles étaient contributives.
Figure IV-15 : 𝑆𝑁𝑅0 correspondant à 𝑃𝑜𝑢𝑡=10-3 en fonction de 𝑃𝑡 pour le cas réaliste, et pour la pièce vide
Cependant, si l’on examine la puissance correspondant à 𝑆𝑁𝑅0=16.1 dB, on remarque que la valeur obtenue (36.2mW) est très supérieure à la valeur maximale tolérée, imposée par les contraintes de sécurité oculaire (13 mW pour 𝑚=45). Pour réaliser le compromis entre la puissance maximale admissible et les performances, on va donc dans la suite considérer un émetteur avec 𝑚=1, pour relâcher la contrainte en termes de puissance maximale. Ce choix sous-estimera les capacités du système WBAN envisagé dans la suite, et sera donc considéré comme une borne. En revanche, nous profiterons de la large puissance de transmission tolérée dans ce cas, à savoir 300 mW.
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IV.5 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons estimé l’impact de différents paramètres sur les performances des transmissions diffuses infrarouges pour un lien corporel, en termes de probabilité de rupture, en considérant un débit maximal de 1 Mbps. Nous avons considéré la qualité de service suivante : une probabilité de rupture maximale de 10-3 pour un 𝑆𝑁𝑅0 de 16.1 dB (correspond à un BER de 10-10 pour une modulation OOK sur un canal BABG)
Pour cela, nous avons d’abord étudié le cas d’une pièce vide. Nous avons montré que la mobilité du corps dans son environnement implique des configurations de réflexions des signaux optiques qui contribuent à améliorer la puissance reçue vis-à-vis du cas où le corps est statique. Ensuite, nous avons étudié l’impact de la position du récepteur, qu’il soit sur le corps ou localisé dans l’environnement. Nous avons conclu que le positionnement le plus optimal du récepteur est sur l’épaule.
De plus, nous avons vérifié qu’il est important d’avoir une valeur réaliste du coefficient de réflexion ρ des surfaces réfléchissantes de la pièce, et montré que les performances s’améliorent avec l’augmentation de ρ. Enfin, nous avons déterminé les performances pour des valeurs extrêmes du FOV du récepteur (45° et 70°) et de la directivité de l’émetteur (𝑚=1 et 𝑚=45). Nous en avons déduit qu’augmenter la directivité de l’émetteur, ainsi que la valeur du FOV permet d’améliorer les performances, avec un compromis lié à la contrainte de sécurité oculaire.
Pour continuer, nous avons évalué l’impact de la présence d’un obstacle sur les performances, vis-à-vis de sa taille, de son coefficient de réflexion 𝜌𝑜𝑏𝑠, et de sa mobilité. Une constatation intéressante est que pour des valeurs de 𝜌𝑜𝑏𝑠 suffisamment élevées, un obstacle peut avoir un impact positif sur les performances. Néanmoins, pour de faibles valeurs de 𝜌𝑜𝑏𝑠, les performances sont dégradées, notamment pour un obstacle mobile.
Pour terminer, nous avons considéré un environnement réaliste, correspondant à une chambre d’hôpital. Nous avons montré que pour le cas d’un émetteur très directif, la puissance de transmission nécessaire pour respecter la qualité de service dépasse la limite imposée par la sécurité oculaire. Pour la suite de l’étude, nous choisissons de considérer un émetteur diffus (𝑚=1), afin de relâcher cette contrainte. Ce choix sous-estime les capacités
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d’un WBAN en optique sans fil diffus, et constitue une borne inférieure vis-à-vis des performances.
Dans le chapitre suivant, nous étudions le moyen de gérer l’accès multiple au sein d’un WBAN médical, en considérant les choix issus de l’étude des performances du canal optique sans fil diffus, résumés dans le tableau IV-7.
Tableau IV-7 : Choix issus de l’étude des performances du canal optique sans fil diffus
Environnement Chambre d’hôpital,
représentée sur la figure I-6.
Coefficients de réflexion
Valeurs réalistes (tableau IV-3) pour les murs, le plafond et le sol. Fixé à 0.5
pour les obstacles
Récepteur Positionné à l’épaule, avec
un FOV de 70°
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