Brevet FR3058603A1 — publié le 20180511

L'invention concerne le domaine de l'émission de signaux lumineux modulés de type signaux Li-Fi. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Aujourd'hui, une immense majorité des appareils électroniques communiquant via une communication sans fil utilise, pour mettre en oeuvre cette communication sans fil, le domaine des ondes radioélectriques du spectre électromagnétique. L'utilisation quasi exclusive du domaine des ondes radioélectriques pose un certain nombre de problèmes bien connus. Parmi ces problèmes, on trouve notamment des pro- blèmes de saturation. Le nombre d'usagers des communica- tions sans fil dans le domaine des ondes radioélectriques augmente de manière spectaculaire alors que l'étendue du domaine des ondes radioélectriques est limitée, ce qui tend à perturber les communications de ces usagers qui connaissent des ralentissements ou des difficultés de connexion. Par ailleurs, on note fréquemment que, dans certains espaces intérieurs très fréquentés (par exemple, dans des grandes surfaces, des gares ou des salons d'exposition), la communication sans fil de type Wi-Fi (pour Wireless Fidelity) est difficile à utiliser à cause du grand nombre d'utilisateurs par borne émettrice, mais aussi parce que le nombre élevé de surfaces réfléchis- santes des ondes radioélectriques produit de fortes interférences. Parmi ces problèmes, on trouve aussi des problèmes de santé. Certaines ondes radioélectriques utilisées dans les communications sans fil sont proches de la fréquence de résonance de la molécule d'eau, et ont été de ce fait 3058603 2 identifiées comme étant un facteur de risque pour certaines maladies. L'utilisation de la technologie Li-Fi (pour « Light Fidelity ») permet d'éviter les problèmes qui viennent 5 d'être évoqués. Grâce au développement de diodes électroluminescentes (LED) présentant des capacités de commutation très importantes et de photodiodes présentant des temps de réponse très courts, on peut transmettre et recevoir avec 10 le Li-Fi des données avec un débit nettement plus impor- tant que le débit offert par exemple par la technologie Wi-Fi. La technologie Li-Fi est ainsi parfaitement adaptée pour transmettre et recevoir de la musique, des vidéos, 15 des données internet, des données de mesure (température, luminosité, etc.), des alarmes (incendie, présence de vapeurs toxiques, etc.), pour connecter en réseau des capteurs ou d'autres types d'appareils, pour géolocaliser en intérieur un appareil en exploitant des signaux Li-Fi 20 émis par des lampes à LED, etc. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour but d'améliorer la fiabilité d'un émetteur de signaux lumineux modulés de type signaux Li-Fi. 25 RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé d'émission d'un signal lumineux modulé de type signal Li-Fi, mis en oeuvre dans un circuit comprenant une diode électroluminescente, une résistance de mesure et 30 une source de tension porteuse montées en série, ainsi qu'un interrupteur monté en parallèle de la résistance de 3058603 3 mesure, le procédé comportant les étapes de : - générer un signal numérique de données, et moduler la tension porteuse en fonction du signal numérique de données pour générer une tension modulée ; 5 - fermer l'interrupteur, et donc appliquer la tension modulée aux bornes de la diode électroluminescente pour émettre le signal lumineux modulé de type signal Li-Fi ; - à intervalles temporels réguliers, ouvrir l'interrupteur, et mesurer une tension de diode aux 10 bornes de la diode électroluminescente ; - estimer la température de jonction de la diode électroluminescente à partir de la tension de diode, et estimer une durée de vie restante de la diode électroluminescente à partir de la température de jonction de la 15 diode électroluminescente. Le procédé d'émission selon l'invention permet d'estimer la durée de vie restante de la diode électroluminescente, et donc le vieillissement de la diode électroluminescente. 20 La durée de vie restante et le vieillissement d'une diode électroluminescente dépendent de facteurs environnementaux (notamment de la température régnant dans l'environnement de la diode électroluminescente), de paramètres électriques (notamment de la stabilité du cou- 25 rant d'alimentation de la diode électroluminescente), ou bien encore de la qualité de fabrication de la diode électroluminescente. Or, la durée de vie restante de la diode électroluminescente a un impact direct sur la durée de vie restante d'un émetteur de signaux lumineux utili- 30 sant la diode électroluminescente, alors que le vieillis- 3058603 4 sement de la diode électroluminescente réduit la qualité de l'émission des signaux lumineux. Le procédé d'émission selon l'invention permet donc, en estimant la durée de vie restante de la diode 5 électroluminescente et le vieillissement de la diode électroluminescente, d'anticiper une éventuelle panne ou dégradation de l'émission des signaux lumineux, et donc d'améliorer la fiabilité de l'émetteur. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la 10 description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particu- lier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : 15 la figure 1 représente un dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi dans lequel est mis en oeuvre le procédé d'émission selon l'invention, un interrupteur du circuit étant fermé ; - la figure 2 est une figure analogue à la figure 20 1, dans laquelle l'interrupteur est ouvert ; - la figure 3 représente la mise en oeuvre du procédé d'émission selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 à 3, le procédé 25 d'émission d'un signal lumineux modulé de type signal Li- Fi selon l'invention est ici mis en oeuvre dans un dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi 1 intégré dans une lampe à diodes électroluminescentes (ou lampe à LED). 30 La lampe à LED comporte une diode électrolumines- cente 2 grâce à laquelle la lampe à LED éclaire son envi- 3058603 5 ronnement. La diode électroluminescente 2 est aussi utilisée par le dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi 1 pour émettre des signaux Li-Fi contenant des données à transmettre, parmi lesquelles on trouve un 5 identifiant de la lampe à LED ainsi que des données de position de la lampe à LED. Ainsi, lorsqu'un appareil muni d'un récepteur de si- gnaux Li-Fi reçoit l'identifiant de la lampe à LED, une communication est susceptible de s'établir entre 10 l'appareil et la lampe à LED. L'appareil en question peut par exemple être un téléphone mobile, une tablette, un ordinateur portable, etc. Le dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi 1 comporte un circuit comprenant, outre la diode 15 électroluminescente 2, un module d'alimentation 3, un mo- dule émetteur et récepteur 4, un module de commande 5, une résistance de mesure 6 (qui présente ici une valeur de résistance égale à 33kQ), un interrupteur 7, et un module d'acquisition 8. 20 Le module d'alimentation 3 fournit un courant d'alimentation et une tension d'alimentation permettant au circuit de fonctionner (et, en particulier, à la diode électroluminescente 2 d'éclairer son environnement). Le module émetteur et récepteur 4 est adapté à co- 25 der, à décoder, à émettre et à recevoir des signaux Li- Fi. Le module émetteur et récepteur 4 comprend une source de tension porteuse Vp. La source de tension porteuse Vp, la résistance de mesure 6 et la diode électroluminescente 2 sont montées 30 en série. L'interrupteur 7 est monté en parallèle avec la résistance de mesure 6. Le module d'acquisition 8 est 3058603 6 adapté à mesurer une tension aux bornes de la diode électroluminescente 2. Le module de commande 5 est destiné à commander l'interrupteur 7, c'est à dire à l'ouvrir et à le fermer, 5 à piloter le module émetteur et récepteur 4, c'est à dire à l'activer, à le désactiver, à lui permettre de déclencher la transmission du signal numérique de données Sn évoqué plus tôt, et à acquérir des données démodulées par le module émetteur et récepteur 4. 10 Le signal numérique de données Sn est composé d'une succession d'états hauts et d'états bas cadencés à une fréquence haute fh ou à une fréquence basse fb. La fréquence haute fh correspond à un bit d'une première valeur, alors que la fréquence basse fb correspond à un bit 15 d'une deuxième valeur. Le signal numérique de données Sn est donc un signal modulé en fréquence. Le protocole de communication utilisé est ici conforme au standard IEEE 802.15.7. Lorsqu'il convient d'émettre un signal Li-Fi, le mo- 20 dule de commande 5 laisse passer un signal numérique de données Sn venant du module émetteur et récepteur 4, et module la tension porteuse Vp en fonction du signal numérique de données Sn pour générer une tension modulée Vm. Le module de commande 5 ferme l'interrupteur 7. Ain- 25 si, la tension modulée Vm est appliquée directement aux bornes de la diode électroluminescente 2 pour émettre le signal Li-Fi. Cette situation correspond à la figure 1. Le module de commande 5 ouvre l'interrupteur 7 à intervalles temporels réguliers Tm, pendant une durée de 30 mesure tm. Cette situation correspond à la figure 2. Pendant la durée de mesure tm, la tension aux bornes 3058603 7 de la diode électroluminescente 2 est inférieur à celle du point d'opération de la diode électroluminescente, et est égale à une tension de diode Vd, qui correspond approximativement à la tension de seuil de la diode élec- 5 troluminescente 2. Le courant circulant dans la diode électroluminescente 2 est lui aussi très faible lorsque l'interrupteur 7 est ouvert, de l'ordre de 1pA. Lorsque l'on ne tient pas compte de la modulation de la tension porteuse Vp pour émettre le signal Li-Fi, la 10 tension Vr aux bornes de la diode électroluminescente 2 est donc égale à la tension Vp, sauf lorsque l'interrupteur 7 est ouvert pendant la durée tm, au cours de laquelle la tension Vr devient égale à la tension de diode Vd. 15 Ainsi, la tension résultante Vr aux bornes de la diode électroluminescente 2 peut être assimilée à la multiplication, par un multiplicateur 9, du signal numérique de données Sn par la tension Vr (voir la figure 3). Lorsque l'interrupteur 7 est ouvert, le module 20 d'acquisition 8 mesure la tension de diode Vd, et estime la température de jonction de la diode électroluminescente 2 à partir de la tension de diode Vd. La température de jonction est estimée de la manière suivante. 25 Avant la mise en service du dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi 1 (et de la lampe à LED), une étape d'étalonnage a lieu, au cours de laquelle le dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi 1 (et donc la diode électroluminescente 2) est positionné 30 dans une enceinte thermique. La tension de diode Vd aux bornes de la diode électroluminescente 2 est mesurée en 3058603 8 fonction de la température de jonction de la diode électroluminescente 2. Une courbe de référence est alors produite à partir d'une régression linéaire de l'évolution de la tension de diode Vd en fonction de la température 5 de jonction. Les valeurs de la courbe de référence sont stockées dans une table de correspondance 11 (ou Look-Up Table, en anglais) programmée dans le module d'acquisition 8. Ainsi, au cours d'une durée de mesure tm, 10 l'estimation de la température de jonction de la diode électroluminescente 2 consiste à comparer la tension de diode Vd à des valeurs de la courbe de références stockée dans la table de correspondance 11, et à en déduire la température de jonction. 15 La température de jonction est alors utilisée pour estimer la durée de vie restante et le vieillissement de la diode électroluminescente 2. L'estimation de la durée de vie restante de la diode électroluminescente 2 consiste à comparer la température 20 de jonction à une valeur de température de référence. L'estimation de la durée de vie restante est raccourcie lorsque la température de jonction est supérieure à la valeur de température de référence, et est allongée lorsque la température de jonction est inférieure à la valeur 25 de température de référence. En effet, une surchauffe de la jonction de la diode électroluminescente 2 entraîne une dégradation des couches minces semi-conductrices constituant la diode électroluminescente 2. La durée de vie de la diode élec- 30 troluminescente 2 diminue alors, et la qualité du flux lumineux généré par la diode électroluminescente 2, ainsi 3058603 9 que d'autres caractéristiques photométriques, sont dégradées. La tension de diode Vd et la température de jonction sont par ailleurs stockées dans une mémoire 12 du module 5 d'acquisition 8, ce qui permet d'effectuer des traite- ments sur ces données (calcul de moyennes, d'écarts, comparaison avec d'autres diodes électroluminescentes, etc.), d'améliorer la précision de l'estimation de la durée de vie et du vieillissement, de détecter une tendance 10 au vieillissement prématuré pour anticiper une panne, etc. Un signal d'alerte est émis par le dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi 1 lorsque la durée de vie de la diode électroluminescente 2 devient 15 trop faible, et passe en dessous d'un seuil prédéterminé. Le signal d'alerte est par exemple suivi du remplacement de la diode électroluminescente 2, ou bien du remplacement du dispositif d'émission et de réception de signaux Li-Fi 1, ou bien de toute autre opération de maintenance. 20 L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications. REVENDICATIONS1. Procédé d'émission d'un signal lumineux modulé de type Li-Fi, mis en oeuvre dans un circuit comprenant une diode électroluminescente (2), une résistance de me- sure (6) et une source de tension porteuse (Vp) montées en série, ainsi qu'un interrupteur (7) monté en parallèle de la résistance de mesure (6), le procédé comportant les étapes de : - générer un signal numérique de données (Se), et mo- duler la tension porteuse (Vp) en fonction du signal nu- mérique de données pour générer une tension modulée (Vm) ; - fermer l'interrupteur (7), et donc appliquer la tension modulée (Vm) aux bornes de la diode électrolumi- nescente (2) pour émettre le signal lumineux modulé de type signal Li-Fi ; - à intervalles temporels réguliers (Tm), ouvrir l'interrupteur (7), et mesurer une tension de diode (Vd) aux bornes de la diode électroluminescente (2) ; - estimer la température de jonction de la diode électroluminescente (2) à partir de la tension de diode (Vd), et estimer une durée de vie restante de la diode électroluminescente à partir de la température de jonction de la diode électroluminescente. 2. Procédé d'émission selon la revendication 1, dans lequel l'estimation de la durée de vie restante de la diode électroluminescente (2) consiste à comparer la température de jonction (Vd) à une valeur de température de référence. 3. Procédé d'émission selon la revendication 1, dans lequel l'estimation de la température de jonction de 3058603 11 la diode électroluminescente (2) consiste à comparer la tension de diode (Vd) à des valeurs d'une courbe de références stockées dans une table de correspondance (11). 4. Procédé d'émission selon la revendication 3, 5 dans lequel la courbe de référence est obtenue au cours d'une étape d'étalonnage. 5. Procédé d'émission selon la revendication 4, dans lequel l'étape d'étalonnage consiste à positionner la diode électroluminescente (2) dans une enceinte ther- 10 urique, à mesurer la température de jonction et la tension de diode (Vd), et à produire la courbe de tension de référence à partir d'une régression linéaire de l'évolution de la tension de diode (Vd) en fonction de la température de jonction. 15 6. Procédé d'émission selon la revendication 1, comportant l'étape d'émettre un signal d'alerte lorsque la durée de vie restante est inférieure à un seuil prédéterminé. 20