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RÉSUMÉ
Le LiFi, ou Light-Fidelity, est une technologie issue des télécommunications optiques permettant de transmettre des informations par modulation d’une source de lumière visible. Normalisée depuis 2011, et associée au déploiement intensif des LED, cette technologie présente un potentiel en termes de performances qui en fait un excellent moyen de communication complémentaire des technologies radiofréquences. Les éléments constituants d’une chaîne de transmission LiFi se rapprochent de ceux d’une chaîne d’optique fibrée, avec la préoccupation de s’affranchir des conditions environnementales générant des perturbations compte tenu de la bande optique utilisée. Les applications tant internes aux bâtiments où les LED deviennent le standard qu’en milieu urbain externe sont multiples.
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LiFi, or Light-Fidelity, a technology born of optical telecommunications, refers to the transmission of information by modulating a visible light source. Standardized since 2011, and strongly linked to the intensive deployment of LEDs, its potential performance makes it an excellent means of communication complementary to radiofrequency technologies. Elements of a LiFi transmission chain are similar to those of a fibered optical chain, with a concern to overcome the environmental conditions generating disturbances, considering the visible optical band used. Applications, both inside buildings where LEDs are becoming standard, and in the external urban environment are multiple: broadcasting multimedia, extension of the Internet, and interconnections, for example.
Auteur(s)
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Luc CHASSAGNE : Professeur - Laboratoire LISV EA4048, université de Versailles Saint-Quentin, Vélizy, France
INTRODUCTION
Le terme « LiFi », qui est l’acronyme de Light Fidelity, est né en 2011 . Le LiFi désigne les technologies de communication sans fil à base de lumière visible. On peut trouver également dans la littérature le terme anglophone « VLC » (Visible Light Communications). En général, le terme « LiFi » est plutôt dédié aux liaisons courtes distances en intérieur, tandis que le terme « VLC » est plutôt dédié aux liaisons en extérieur. On trouvera aussi le terme plus générique « OWC » qui englobe toutes les communications sans fil à base de sources lumineuses visibles ou non (Optical Wireless Communications).
Historiquement, ces dispositifs sont apparus à la fin des années 2000 . Cette technologie s’est fortement inspirée des avancées technologiques et des savoir-faire développés pour les télécommunications optiques fibrées. On peut trouver de nombreux points communs, par exemple les types de modulation et de codage des informations numériques, ainsi que certains circuits optoélectroniques. Cependant, trois principales différences en font une technologie à part. D’une part, il s’agit bien d’utiliser de la lumière visible (le spectre visible couvre la gamme de longueur d’onde de 380 nm à 780 nm environ [C3340]), et non l’infrarouge utilisé dans les télécommunications fibrées (longueur d’onde typique des lasers autour de 1,55 µm) [TE7115]. D’autre part, la propagation entre l’émetteur et le récepteur est a priori en espace libre, contrairement à la propagation guidée de la fibre optique. Enfin, la transmission d’informations se fait en même temps que la fonction éclairage, et les standards préconisés incluent de plus le contrôle de l’intensité lumineuse moyenne perçue. Ces trois points sont très importants, car ils ouvrent la porte à de nombreux champs d’application dans la vie courante, en levant les contraintes de sources lumineuses complexes et onéreuses, et en supprimant le besoin du support physique de la fibre. On peut trouver également de nombreux points techniques communs avec les technologies radiofréquences, type Wi-Fi ou Bluetooth, en commençant par le nom inspiré du Wi-Fi (Wireless Fidelity), mais au final comme nous le verrons cette technologie peut s’avérer surtout complémentaire des transmissions en radiofréquences.
De nos jours, les principales sources de lumière visible disponibles et adaptables à la technologie LiFi sont les LED (Light Emitting Diode) [IN18]. Depuis quelques années, celles-ci sont devenues fiables et peu onéreuses. Les LED peuvent être utilisées comme les lasers le sont dans les télécommunications optiques pour transmettre des données [TE7115]. Les sources lumineuses à LED présentes dans notre entourage ne sont donc plus de simples éclairages, mais des vecteurs de transmissions d’informations, comme la parole, l’image ou Internet, révolutionnant ainsi la fonction traditionnelle des lampes.
De plus, le développement des objets connectés dans des secteurs à forts impacts sociétaux (santé, maison connectée et ville intelligente, transports, ou multimédia par exemple) a provoqué une course à la miniaturisation et à la communication. La technologie a connu un développement très rapide ces dernières années, et elle est encore en pleine mutation. Des laboratoires de recherche et des industries se sont penchés sur son développement, et de nos jours plusieurs consortiums mondiaux regroupant des laboratoires académiques et des industriels (voir « Pour en savoir plus ») ont pris la dimension des bouleversements qu’est capable d’amener le LiFi (on peut citer par exemple d’une manière non exhaustive : LiFi-Consortium, la Smart Lightning Alliance en France, Visible Light Communication Consortium en Asie, voir les sites web dans le « Pour en savoir plus »).
L’article commence par décrire les principes génériques de la technologie LiFi, puis il examinera les principales caractéristiques, les avantages et inconvénients qui font que cette technologie présente un fort potentiel dans de très nombreux domaines, en complément des technologies à base de radiofréquences. Il présentera ensuite les aspects normatifs, encore en cours d’évolution d’ailleurs. Dans un second temps, quelques points particuliers sur la chaîne de transmission typique du LiFi seront examinés et quelques exemples applicatifs donnés pour illustrer l’intérêt de la technologie.
KEYWORDS
LiFi | Visible Light Communications (VLC) | LED communications
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Exemples d’applications
Le LiFi n’existe que depuis quelques années, mais les applications se sont rapidement multipliées et diversifiées. Cette multiplication des usages est naturellement fortement couplée au remplacement rapide des lampes traditionnelles par des systèmes à LED, ce qui a permis au passage de se poser la question de l’optimisation fonctionnelle des équipements. De même, l’essor important des objets connectés permet d’avoir un terreau favorable à l’expansion du LiFi .
Il est possible de distinguer deux grandes familles d’applications pour le LiFi : les applications en espace confiné, on trouvera fréquemment la terminologie indoor, car cela fait référence à l’intérieur des bâtiments, et les applications en extérieur (outdoor), où le terme « VLC » est plus souvent utilisé que le terme « LiFi ».
De même, on peut distinguer les applications nécessitant uniquement un lien descendant, le récepteur ne fait pas remonter d’informations, et les applications nécessitant un lien montant pour échanger des informations bidirectionnelles.
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Dans les applications indoor, le remplacement des ampoules à filament par des LED peut vraiment révolutionner les usages de l’éclairage. Nous ne mettrons en lumière ici que trois applications principales.
La première concerne le géopositionnement indoor, particulièrement intéressant car un système tel que le GPS (Global Positioning System) ne fonctionne pas en intérieur. Chaque lampe peut transmettre un identifiant. Cet usage représente un flux de données très limité, on trouve parfois le terme de « flag » ou « tag » pour signifier que seul un identifiant est transmis. Le récepteur peut mettre des coordonnées en regard de ce code sur une carte en mémoire et ainsi positionner l’utilisateur d’une manière assez exacte sous la lampe identifiée. En recoupant les données, le positionnement peut se faire à un mètre près,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - TANAKA (Y.), KOMINE (T.), HARUYAMA (S.), NAKAGAWA (M.) - Indoor Visible Light Data Transmission System Utilizing White LED Lights - . IEICE Transactions on Communications, vol E86-B, no 8, 2440-2454 (2003).
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(3) - DIMITROV (S.), HAAS (H.) - Principle of LED light communications - . Cambridge University Press (2015).
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(4) - ARNON (S.) - Visible Light Communication - . Cambridge University Press (2015).
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(6) - LECOY (P.) - Technologie des télécoms - ....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Protocole Ethernet – Mise en œuvre pour les services opérateurs
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Évolution du standard pour réseau sans fil : IEEE 802.11
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Diodes Electroluminescentes Organiques (OLED) – technologies
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Transmission des signaux numériques....
Site sur les transports intelligents :
http://www.transport-intelligent.net
HAUT DE PAGE
CIE - 1931 - Commission internationale de l’éclairage Proc., Cambridge Univ. Press
IEEE 802.15.1 - 2005 - Part 15.1 : Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPANs)
IEEE 802.15.7 - 2011 - IEEE Standard for Local and Metropolitan Area networks, Part 15.7 : Short-Range Wireless Optical Communication Using Visible Light, IEEE
IEEE 802.16 - 2012 - Standard for Air Interface for Broadband Wireless Access Systems, IEEE
HAUT DE PAGE
Communications par phares, Y. Alayli, S. Topsu, L. Chassagne, J.M. Blosseville, Brevet n° 09 58694 (2009).
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
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