La LED comme base de la technologie sans fil

La lumière émise sert de support de communication

Le LiFi est une technologie sans fil relativement nouvelle qui fonctionne à la lumière et qui est beaucoup plus rapide, plus sûre et plus économe en énergie que le WiFi. Toute personne qui installe des réseaux sans fil sera sans doute en contact avec elle à un moment ou à un autre. Il est intéressant de noter que la LED est à la base de cette technologie.

L'utilisation de diodes électroluminescentes comme base de communication sans fil est relativement récente, puisque le système n'a été développé qu'en 2011 par le professeur allemand Harald Haas. Comparé à son petit frère le WiFi, le LiFi pourrait fonctionner jusqu'à cent fois plus vite. C'est également nécessaire, car les communications sans fil sont désormais devenues un service public comme l'électricité et l'eau : beaucoup ne peuvent plus s'en passer.
L'augmentation considérable de l'utilisation des applications sans fil, tant dans la sphère privée que dans le monde des affaires, a donc entraîné une évolution considérable de notre société. Songez au smartphone utilisé pour contrôler la domotique, ou aux entreprises qui envoient les données des machines sans fil depuis l'atelier.

Forte augmentation du trafic de données

Le revers de la médaille est la forte augmentation de la consommation de données, qui crée toujours un conflit entre les nouvelles applications et la capacité maximale du réseau de données. Aujourd'hui, ce réseau de données utilise des ondes électromagnétiques. Cependant, ces ondes radio présentent certains inconvénients et limitations. Le spectre disponible est limité et le matériel consomme une énorme quantité d'énergie pour le refroidissement. Des études montrent que seulement 5,8% de l'énergie consommée est effectivement utilisée pour la transmission des données, le reste étant dû au refroidissement. L'espace limité disponible entraîne également des retards. Dans de nombreux cas, cela ne fait pas de mal, mais cela limite bel et bien le déploiement dans les hôpitaux et les aéroports, par exemple.

Fluctuations rapides

L'amélioration constante des connexions sans fil via le WiFi nous amène entre-temps à la version WiFi 6, ou 802.11ax. Parallèlement à cette évolution, il existe une recherche fébrile de techniques alternatives qui ne présentent pas les inconvénients susmentionnés. Le professeur Haas a relevé le défi et a mis au point une technique totalement nouvelle : le LiFi (light fidelity), une technologie relativement récente permettant de transférer des données sans fil avec de la lumière via des LED (diodes électroluminescentes). Pour simplifier un peu, il donne l'exemple d'une cellule solaire : "Une cellule solaire absorbe la lumière et la convertit en énergie électrique. Nous pouvons donc utiliser une cellule solaire pour charger notre téléphone portable. Mais si la lumière entrante fluctue, l'énergie récoltée par la cellule solaire fluctue également. Avec les panneaux solaires, ces fluctuations sont évidemment filtrées par un onduleur, mais supposons maintenant que nous utilisions des LED comme source de lumière. Cette technologie permet parfaitement de faire fluctuer la luminosité très rapidement, grâce à la technologie des semi-conducteurs. Si nous capturons également ces changements subtils dans la luminosité de la lumière émise, nous avons en fait envoyé des données. Les données se trouvent dans les fluctuations émises. La méthode consistant à utiliser des impulsions lumineuses rapides pour transmettre des données sans fil est techniquement appelée "communication par lumière visible" (Visible Light Communication, VLC). VLC est un support de communication de données qui utilise la lumière visible avec des bandes de longueur d'onde comprises entre 400 THz (780 nm) et 800 THz (375 nm) comme support optique pour la transmission de données et l'éclairage.

La télécommande comme exemple

La technologie LiFi telle que développée par Haas est peut-être nouvelle, mais il existe toutefois un exemple qui est partout déjà bien implanté depuis un certain temps: la bonne vieille télécommande. Ce système utilise également la lumière LED, bien que la communication soit limitée à de petits flux de données à faible vitesse, de l'ordre de 10.000 à 20.000 bits par seconde. Pour allumer et éteindre la télévision ou zapper une chaîne, c'est bien, mais ça s'arrête là. Pourtant, le principe est similaire : transmettre la communication par des signaux lumineux. Harald Haas a réussi à pousser cette technique plus loin. Plus précisément, une petite puce électronique est fixée à une source de lumière LED. Cette puce permet d'envoyer des milliers de flux de données parallèles à des vitesses très élevées. Par exemple, l'envoi de fichiers vidéo lourds devient un jeu d'enfant. Le point fort de l'histoire est qu'aucune lampe LED spéciale n'est nécessaire pour cela: en principe, n'importe quelle lampe LED existante peut être utilisée comme hub de communication. Ce qui nous amène directement aux avantages de ce système, car les LED sont, comme vous le savez sans doute, extrêmement efficaces sur le plan énergétique. En outre, elles sont omniprésentes: les lampes LED sont désormais utilisées dans le monde entier et dans des circonstances très diverses: dans les hôpitaux, dans les avions, dans l'éclairage public, sur les smartphones (lampe LED), et même dans les phares des voitures. En substance, ce sont toutes des sources utiles pour la LiFi. Par exemple, il serait théoriquement possible pour les voitures de communiquer entre elles par l'intermédiaire de leurs lampes LED sur leur direction et leur vitesse afin d'éviter les accidents.

Points d'attention

Une réserve est émise quant à son utilisation dans les bâtiments, car les faisceaux lumineux du LiFi, contrairement aux faisceaux électromagnétiques du WiFi, ne traversent pas les murs. Cela fait du LiFi un moyen de communication très sûr, car il est très difficile de capturer les données transmises. L'absence d'ondes radio électromagnétiques fait également du LiFi une alternative sûre pour les environnements où fonctionnent des équipements électroniques sensibles.
Toutefois, pour assurer la communication, la lampe doit rester allumée à tout moment. Il est toutefois possible de réduire l'intensité des DEL à un niveau qui donne l'impression qu'elles sont éteintes. Avec le LiFi, une lampe LED n'a donc pas besoin d'être visiblement allumée pour transmettre des données.
Nous nous interrogeons également sur son utilisation pratique dans l'industrie, notamment en présence de fumée et de poussière.

Une large gamme d'applications

Le LiFi, comme le WiFi, est fondamentalement adapté au trafic bilatéral et peut donc transmettre des données dans les deux sens. La liaison montante et la liaison descendante peuvent être séparées de plusieurs façons, à savoir par la longueur d'onde, le temps, le code et également par une séparation spatiale ou optique.
Toutefois, pour des raisons pratiques et financières, il est probable que le LiFi ne sera mis en œuvre que pour la liaison descendante, car la vitesse de téléchargement est le goulot d'étranglement des technologies existantes telles que le WiFi. Du reste, le LiFi peut tout simplement coexister avec le WiFi; la lumière visible n'interfère pas avec les ondes radio. Ainsi, le WiFi peut se charger de la liaison montante, tandis que le WiFi permet un téléchargement beaucoup plus rapide. Des tests ont déjà été effectués, au cours desquels des données ont été envoyées à raison de 1 gigaoctet par seconde, soit beaucoup plus rapidement que la connexion WiFi moyenne. À l'avenir, des LED et des systèmes modifiés devraient même permettre d'atteindre des vitesses de 15 Gbps. En outre, le LiFi fonctionne également dans des environnements à forte densité, permettant à un plus grand nombre de personnes d'utiliser le réseau LiFi.

en Pratique

Pour installer le LiFi, outre les LED et une puce intelligente, il faut bien sûr une connexion avec des câbles réseau vers chaque lampe. Dans les environnements professionnels, ce n'est souvent pas un problème du tout, mais dans les maisons résidentielles, c'est plus difficile. Les fabricants affirment que l'alimentation par Ethernet (Power Over Ethernet, PoE) est suffisante pour alimenter chaque point lumineux.