Dispositif communicant par optique sans fil pour les transmissions audio à l’intérieur du cockpit d’un avion

Discipline

Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Communication optique sans fil, Infrarouge, Aéronautique, Protocole d’accès multiple du canal, Canal, Radio logicielle

Mots-clés

Systèmes de communication sans fil,

Télécommunications optiques,

Matériel infrarouge,

Aéronautique

Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen H2020 Clean Sky 2 intitulé ALC (« Aircraft Light Communication ») qui a pour objectif d’apporter une preuve de concept de l’intégration de la technologie optique sans fil dans le cockpit d’un avion en alternative des solutions radiofréquences et filaires qui présentent plusieurs limites telles que la sécurité et le confort. Les travaux menés concernent le développement d’un casque audio communiquant en infrarouge dans un réseau bidirectionnel constitué d’un point d’accès situé au plafond du cockpit et de quatre casques portés par les membres de l’équipage. Nous avons commencé par présenter les techniques de communication numérique applicables au contexte afin de motiver le choix pour les formats de modulations OOK (« on-off keying »), PPM (« pulse-position modulation ») et de la méthode d’accès au canal DCF (« distributed coordination function ») avec RTS/CTS (« request to send/clear to send »). Ensuite, nous avons décrit les émetteurs-récepteurs et modélisé le canal optique à partir du logiciel de simulation RaPSor, basé sur la méthode de lancer de rayon associé à une technique de Monte-Carlo, développé à XLIM/SYCOMOR. Cette modélisation réalisée à partir d’un modèle 3D du cockpit et des corps des membres de l’équipage, a permis de déterminer les angles à mi-puissance optimaux des sources situées sur le point d’accès et sur les casques en tenant compte de la robustesse face aux mouvements aléatoires que peuvent effectuer les membres d’équipage durant le vol. Les gains statiques issus de la modélisation du canal ont servi ensuite dans l’étude conjointe des performances des couches physiques et liaison de données. Cette étude a permis de mettre en lumière le compromis entre le niveau de puissance émis et la latence pour une qualité de service visée. Nous avons montré qu’il était possible de concevoir un réseau en optique sans fil dans un cockpit AIRBUS A350 compatible au standard IEEE802.11 avec : le format de modulation 4-PPM, la méthode d’accès au canal DCF avec RTS/CTS, un taux de perte de paquets de 10-4 et un délai de communication avec succès de 2,5 ms. Cela est possible à condition d’adapter la fenêtre de contention du standard IEEE802.11 en fonction de la probabilité de collision, de la taille des paquets et du débit binaire du réseau. Nous avons enfin conçu un banc de test modulaire en radio logicielle. Notre choix s’est porté sur l’environnement GNU Radio associé aux périphériques USRP (« universal software radio peripheral »). Des front-ends optiques ont été spécifiquement développés pour les USRP. Nous avons pu montrer expérimentalement l’influence des paramètres des sources sur le taux de perte des paquets. Le travail effectué dans cette thèse ouvre plusieurs perspectives sur le plan de la simulation et de l’expérimentation.