Communications sans fil

Une part importante et croissante de la technologie des communications est désormais sans fil. Plus les processus se font sans fil, plus l'infrastructure qui les entoure devient complexe. Il est de plus en plus important pour l'utilisateur moyen de comprendre les bases de la communication sans fil.

Rayonnement électromagnétique

Toutes les formes de communication sans fil reposent sur ce que l'on appelle le « rayonnement électromagnétique ». Le rayonnement électromagnétique désigne les ondes d'énergie dans le champ électromagnétique, qui transportent (on dit parfois « propagent ») l'énergie électromagnétique rayonnante dans l'espace tridimensionnel. Bien que le terme « rayonnement » ait des connotations négatives dans l'usage courant, utilisé ici il implique simplement qu'une source ponctuelle unique émet (ou « diffuse ») de l'énergie. Le rayonnement électromagnétique n'est pas forcément dangereux pour les humains, mais certaines fréquences et des quantités suffisantes peuvent l'être.

Les observateurs perçoivent le rayonnement électromagnétique sous diverses formes. Les ondes radio et les ondes lumineuses sont des formes de rayonnement électromagnétique, mais elles possèdent des longueurs d'onde différentes et se situent dans des parties différentes du spectre.

	Lumière visible		Ondes radio

Dans le vide, tous les rayonnements électromagnétiques se déplacent à la même vitesse : la vitesse de la lumière. Lorsque les ondes électromagnétiques traversent différentes substances, leur vitesse et/ou leur capacité de transmission commencent à changer en fonction des propriétés de la matière physique et de la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique lui-même. Par exemple, les ondes lumineuses et les ondes radio sont toutes deux capables de traverser l'atmosphère terrestre, alors que seules les ondes radio peuvent traverser les murs d'un bâtiment, car la lumière rebondit sur la structure solide. Dans toute situation où un rayonnement électromagnétique interagit avec une forme quelconque de matière, le rayonnement perd toujours au moins une partie de sa force, car les ondes électromagnétiques interagissent avec les molécules de la matière physique elle-même.

Longueur d'onde et fréquence

Dans le rayonnement électromagnétique, il existe une relation directe entre l'énergie, la longueur d'onde et la fréquence. Plus la longueur d'onde est courte, plus la période entre les pics de deux ondes est brève. Comme tous les rayonnements électromagnétiques se déplacent à la même vitesse, plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence relative de l'onde augmente, car la période entre les pics de deux ondes est plus brève. Plus la fréquence augmente, plus l'énergie transmise pendant la même période est importante, ce qui signifie que des longueurs d'onde plus courtes possédant des fréquences plus élevées semblent être plus énergétiques lorsqu'elles sont reçues d'un point d'observation relatif.

Longueur d'onde plus courte			Longueur d'onde plus longue

Haute fréquence (Hz)			Basse fréquence (Hz)

Taille/structure de l'antenne

Comme il existe une relation directe entre la longueur d'onde, la fréquence de l'onde et l'énergie de l'onde, il y a également une corrélation directe entre la longueur d'onde et la taille de l'antenne nécessaire pour émettre/recevoir un signal. En pratique, cela signifie que plus la fréquence d'un signal est élevée, plus l'antenne de réception doit être petite, ce qui implique que les ondes radio situées dans la partie inférieure de la fréquence de transmission nécessitent des antennes beaucoup plus grandes. Pour les organismes humanitaires, des compromis doivent concrètement être trouvés entre l'utilité d'une certaine bande de transmission et la taille réellement possible de leur équipement de réception radio.

Propagation des ondes radio

La vitesse de propagation est définie comme la durée requise pour qu'une chose se déplace vers une autre. La vitesse de propagation des ondes radio dans le vide est la vitesse de la lumière, et cette vitesse peut être influencée par la traversée de divers milieux transparents ou semi-transparents.

En outre, lorsque différentes longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique traversent un milieu transparent, elles sont modifiées ou interagissent avec ce milieu de manière subtile et très spécifique, en fonction de divers facteurs. Lorsqu'il s'agit d'utiliser des signaux radio ou à micro-ondes dans l'atmosphère terrestre, il existe des modes de propagation qui ont une incidence sur la communication.

Propagation sur la ligne de visée - La propagation sur la ligne de visée signifie que les signaux radio ne peuvent être reçus et émis avec succès que si aucun objet de grande taille ne bloque la trajectoire entre les points d'émission et de réception. La propagation sur la ligne de visée ne signifie pas que l'émetteur et le récepteur doivent pouvoir se voir physiquement l'un l'autre (comme un satellite en orbite autour de la Terre) ni qu'il doit y avoir un espace complètement ouvert entre deux objets (comme une radio VHF fonctionnant à l'intérieur d'une structure aux murs radiotransparents). La propagation sur la ligne de visée est importante car les collines, les grandes structures et même la courbure de la Terre limitent la portée d'un signal sur la ligne de visée. La plupart des appareils de radiocommunication VHF/UHF et à micro-ondes sont limités par ce mode de propagation.

Propagation par ondes de sol - Les ondes radio peuvent être propagées par ce que l'on appelle les ondes de sol ou « ondes de surface ». La propagation par ondes de sol implique que les ondes radio se déplacent le long de la surface de la Terre et rebondissent sur des structures solides telles que des collines ou des bâtiments. Les communications VHF et UHF peuvent quelque peu bénéficier de la propagation par ondes de sol, mais en général, seuls les signaux à plus haute fréquence en bénéficient.

Propagation ionosphérique - Les ondes radio HF se propagent dans l'atmosphère terrestre en utilisant la propagation ionosphérique ou par « saut ». La propagation ionosphérique permet aux signaux transmis sur des portions de la fréquence HF de rebondir sur l'ionosphère terrestre et d'osciller dans l'atmosphère terrestre bien au-delà de l'horizon. Avec la propagation ionosphérique, les ondes sont capables de contourner la courbure de la surface de la Terre, parfois sur de grandes distances, mais ces distances sont influencées par une série complexe de facteurs environnementaux.

En pratique, tout le spectre des ondes radio interagit avec son environnement de nombreuses manières différentes, ce qui signifie que plusieurs formes de propagation sont possibles.

Absorption - Les ondes radio sont absorbées et neutralisées par de grands objets fixes comme les bâtiments.
Réfraction - Lorsque les ondes radio traversent un milieu de densité variable, leur trajectoire peut être modifiée.
Réflexion - Les ondes radio rebondissent sur des objets fixes ou solides, envoyant les signaux dans une nouvelle direction.
Diffraction - Tendance des ondes radio à se courber vers de grands objets lorsqu'elles passent au-dessus/autour de ceux-ci.

Les conséquences combinées de ces différents effets créent ce que l'on appelle la propagation par trajets multiples. La propagation par trajets multiples entraîne en pratique une réception apparemment aléatoire ou irrégulière des signaux. C'est pourquoi la puissance du signal peut être augmentée ou diminuée si l'on se déplace d'un ou de quelques mètres dans une direction ou une autre, ce qui peut créer des zones blanches pour la communication par radio.