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Le WiFi


Le WiFi est une technologie de réseau de communication sans fil, basée sur la norme IEEE 802.11, mise en place pour fonctionner en réseau interne, et, depuis quelques années, devenue un moyen d'accès à haut débit à Internet.  

 

Le nom WiFi correspond initialement au nom donné à la certification délivrée par la WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), l'organisme chargé de maintenir l'interopérabilité entre les matériels répondant à la norme 802.11. Le terme WiFi est largement connu pour être la contraction de Wireless Fidelity, même si, au départ, ce nom n’avait aucun sens précis, ayant pour seul but marketing de diffuser un terme populaire pour la norme IEEE 802.11b.  

Grâce au wifi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit. Dans la pratique, il permet de relier des ordinateurs portables, des assistants personnels (PDA), des objets communicants ou même des périphériques à une liaison haut débit (de 11 Mbit/s en 802.11b à 54 Mbit/s en 802.11a/g) sur un rayon de plusieurs dizaines de mètres en intérieur. Dans un environnement ouvert, la portée peut atteindre plusieurs centaines de mètres, voire, dans des conditions optimales, plusieurs dizaines de kilomètres (WiMax).  

Grâce à cela, des fournisseurs d'accès Internet ont pu commencer à irriguer des zones à forte concentration d'utilisateurs (gares, aéroports, hôtels, trains, etc.) avec des réseaux sans fil connectés à Internet. Ces zones ou point d'accès sont appelées bornes WiFi et en anglais « hot spots ».

Partage de la bande de fréquences  

Le WiFi utilise une bande de fréquence étroite dite ISM (Industrielle – Scientifique – Médicale), de 2,4 à 2,4835 GHz, divisée en 13 canaux possédant chacun une largeur spectrale de 22MHz. Ce type de bande de fréquence partagée avec d'autres colocataires conduit à des interférences, brouillages, causés par les fours à micro-ondes, les transmetteurs domestiques, les relais, la télémesure, la télémédecine, les caméras sans fil et les émissions de télévision amateur, etc. Inversement, certains systèmes comme la technologie RFID commencent à fusionner avec le WiFi afin de bénéficier de l'infrastructure déjà en place.

Les canaux se recouvrant largement, il est nécessaire de s'en tenir aux canaux 1 (2,412 GHz), 6 (2,437 GHz) et 11 (2,462 GHz / canal généralement utilisé par défaut), si on veut éviter de causer et subir des interférences radio. Utiliser exactement le même canal qu'un autre point d'accès WiFi présente évidemment l'inconvénient de devoir partager la bande passante, mais offre l'avantage de permettre aux mécanismes de détection de collisions de paquets de fonctionner. En revanche, plusieurs émetteurs accordés sur des canaux se recouvrant partiellement subiront les émissions des autres comme des parasites radioélectriques, sans que la collision des paquets puisse être évitée. Il s'en suivra des erreurs de transmission

La puissance maximale autorisée (interne/externe) ou « PIRE » (puissance isotrope rayonnée équivalente) est de 100 mW, sauf pour les canaux 10 à 13, où elle est limitée à 10 mW en exterieur

Le spectre 2,4 à 2,45 GHz (canaux 1 à 8) est également partagé avec les radioamateurs, ce qui peut éventuellement handicaper l'exploitation du WiFi, ces derniers disposant d'un droit d'usage prioritaire mais surtout à des puissances plus élevées, de l'ordre de quelques dizaines de watts. Les canaux 1, 5, 9 et 13 sont utilisés par les transmetteurs et les caméras sans fil analogiques, fréquences également à éviter. La fréquence 2,45 GHz est celle des fours à micro-ondes encombrant plus ou moins les canaux WiFi 9 et 10.

On en déduit que les portions de spectre sont plutôt réduites, et donc le choix du canal 11 comme canal prioritaire à utiliser n'est pas le fruit du hasard.

Les antennes WiFi

Il existe 5 principales catégories d’antenne 2,4 GHz  utilisées pour le WiFi et par les radioamateurs et les différentes applications dans la bande ISM.

Le dipôle

C’est l’antenne tige basique (1/4 d’onde) la plus rencontrée. Elle est omnidirectionnelle,dédiée à la desserte de proximité, de gain 0 dBd, et fonctionnant en polarisation V.

L’antenne tige extérieure

Souvent installée sur le toit, elle est également omnidirectionnelle, fonctionne en polarisation V, et son gain allant de 7 à 15 dBi est lié à sa dimension verticale pouvant atteindre 2 m.

L’antenne panneau

L’antenne panneau, appelée aussi antenne plate, utilise une technologie interne de type antenne quad ou antenne patch. Ce type d’antenne présente le meilleur rapport gain/encombrement et aussi le meilleur rendement, d’environ 85 à 90 %. Le gain commence aux alentours de 8 dBi (pour un encombrement de 8 × 8 cm) pour atteindre 21 dBi (45 × 45 × 4,5 cm). Au-delà de ce gain maximum, elle n'est plus fabriquée, car des problèmes de couplage (pertes) entre les étages des dipôles apparaissent, et il faudrait en plus envisager le doublement de la surface.

L’antenne parabolique

L’antenne type parabole pleine ou ajourée (grille) voit son intérêt dans la recherche du gain obtenu à partir d’un diamètre théorique d’approche.

Gain (dBi) 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Diamètre (cm) 46 52 58 65 73 82 92 103 115 130 145 163 183

Le rendement de la parabole est moyen, 45-55 %. Le volume de l'antenne, qui tient compte de la longueur du bracon, par conséquent de la focale, est significatif. N'importe quelle parabole (exemple : TPS/CS sans tête 11-12 GHz) est exploitable en WiFi, à condition de prévoir une source adaptée : cornet, patch ou quad mono ou double, etc.

L’antenne à fentes

L’antenne à fentes se caractérise par son développement vertical ou horizontal en forme de cornière, ou de guide d'ondes, avec des fentes à dimensions et emplacement particuliers qui sont fonctions de la fréquence. L'antenne à fentes est utilisée pour réaliser des antennes sectorielles, c'est-à-dire possédant un gain significatif sur un angle d'ouverture assez grand.

Les applications

L’application actuelle la plus courante du WiFi est l’Accès Sans Fil à Internet (ASFI). L’un des exemples les plus aboutis d’ASFI se nomme Ozone : il s’agit d’un réseau construit sur la technologie WiFi, permettant aux particuliers comme aux entreprises un accès haut débit à Internet sans fil. Le réseau Ozone se déploie depuis 2003 sur Paris sous le nom OzoneParis, et se développe également aujourd’hui sur Bruxelles et Rennes. Les utilisateurs peuvent, par exemple, se connecter au réseau d’OzoneParis et accéder à Internet, mais aussi bénéficier de tous les services liés à l'Internet (courriel, téléphonie, téléphonie mobile, téléchargements etc.). Cet accès est utilisable de façon fixe comme en situation de mobilité.  

En parallèle des accès classiques de type « hot spot », le WiFi peut être utilisé pour la technologie de dernier kilomètre dans les zones rurales, couplé à des technologies de collecte de type satellite, fibre optique, WiMAX ou liaison louée, et permettant ainsi le raccordement à Internet de ces zones peu habitées.  

Actuellement, des téléphones WiFi (GSM, PDA), utilisant la technologie VoIP, commence à apparaître.

Rubrique rédigée en août 2007 par Yoann Lelievre (INSA Rennes) pour le Groupe Régional de Recherche en Micro-ondes (G2RM).

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