Brevet FR3051304A1 — publié le 20171117

Système de transmission sans fil de données La présente invention concerne un système de transmission sans fil de données. La présente invention concerne également un procédé de transmission sans fil de données. La transmission de données dans des systèmes rotatifs, tels que des radars et des caméras de surveillance, demande chaque jour des débits de plus en plus élevés. Une telle transmission de données est, généralement, réalisée par des collecteurs tournants. Toutefois, le débit de transmission obtenu par de tels collecteurs tournants est limité et la technologie à contact avec frottements limite la durée de vie du système. Depuis quelques années des produits appelés joints rotatifs sans contact ou collecteurs tournants sans contact permettent d'améliorer les performances en termes de débit de transmission tout en ayant une longue durée de vie. Parmi ces produits, les plus connus sont les joints rotatifs hyperfréquences et les joints rotatifs à fibres optiques. Toutefois, les joints rotatifs hyperfréquences manquent de compacité. En outre, la fragilité des fibres optiques et la sensibilité des fibres optiques aux contraintes mécaniques rendent les joints rotatifs à fibres optiques fragiles et difficiles à régler. Le système de couplage entre les fibres optiques d'un joint rotatif à fibres optiques est également complexe à fabriquer. De plus, un tel système de couplage est à l'origine de pertes du signal à transmettre. Il existe donc un besoin pour un système de transmission de données dans des systèmes rotatifs qui soit compact, et simple à mettre en oeuvre avec un haut débit de transmission. A cet effet, l'invention a pour objet un système de transmission sans fil de données, le système comprenant : - au moins un émetteur configuré pour émettre un signal optique dans au moins une bande de longueurs d'onde prédéterminée, le signal optique transportant des données à transmettre, - au moins un récepteur configuré pour recevoir un signal optique au moins dans la bande de longueurs d'onde prédéterminée, l'un parmi l'émetteur et le récepteur étant un élément fixe et l'autre parmi l'émetteur et le récepteur étant un élément mobile en rotation par rapport à l'élément fixe. Ainsi, le système permet la transmission de données entre un élément fixe et un élément mobile en rotation. 3051304 2 L'émission et la réception des données entre l'élément fixe et l'élément mobile étant réalisées par voie optique, le débit de transmission est élevé par rapport au débit de transmission des collecteurs tournants. En outre, un tel système permet également de transmettre des données de 5 manière bidirectionnelle avec des voies de transmission multiples. Suivant des modes de réalisation particuliers, le système de transmission comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le système est un système monobloc. 10 - le système est dépourvu de fibres optiques, de miroirs et/ou de prismes entre le ou chaque émetteur et le ou chaque récepteur. - le ou chaque émetteur est une source primaire d'émission de lumière. - le ou chaque émetteur comprend au moins une diode d'émission de type électroluminescente ou de type laser. 15 - le système comprend plusieurs émetteurs configurés pour émettre en parallèle des signaux optiques dans des bandes de longueurs d'onde prédéterminées distinctes, le système comprenant au moins un récepteur pour chaque émetteur, chaque récepteur étant configuré pour recevoir un signal optique au moins dans la bande de longueurs d'onde prédéterminée de l'émetteur correspondant. 20 - le système comprend un ensemble mécanique, l'ensemble mécanique comprenant un rotor et un stator, le ou chaque élément mobile étant disposé sur le rotor, le ou chaque élément fixe étant disposé sur le stator. - l'ensemble mécanique comprend un axe d'entraînement du rotor, l'axe d'entraînement étant plein ou creux. 25 - l'ensemble mécanique est un joint rotatif. - la distance entre l'émetteur et le récepteur est inférieure ou égale à 50 millimètres, de préférence inférieure ou égale à 20 millimètres. - l'émetteur est configuré pour émettre le signal optique dans un premier sens, le récepteur étant configuré pour recevoir le signal optique dans un deuxième sens, le 30 système comprenant au moins un émetteur additionnel et au moins un récepteur additionnel, l'émetteur additionnel étant configuré pour émettre un signal optique dans le deuxième sens, le récepteur additionnel étant configuré pour recevoir un signal optique dans le premier sens. L'invention concerne également un procédé de transmission sans fil de données, le procédé comprenant : 3051304 3 - l'émission, par au moins un émetteur, d'un signal optique dans une bande de longueurs d'onde prédéterminée, le signal optique transportant les données à transmettre, - la réception, par au moins un récepteur, du signal optique émis, l'un parmi l'émetteur et le récepteur étant un élément fixe et l'autre parmi 5 l'émetteur et le récepteur étant un élément mobile en rotation par rapport à l'élément fixe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : figure 1, une vue schématique d'un exemple d'un système de transmission 10 sans fil de données, et figure 2, une vue schématique d'un autre exemple d'un système de transmission sans fil de données. Un système 10 de transmission sans fil de données est illustré sur la figure 1. Les données à transmettre sont, par exemple, des données issues de différents protocoles 15 tels que Ethernet, USB 1,2 ou 3, HD-SDI ou encore 3G-SDI. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, le système 10 comprend un ensemble d'émission 12, un ensemble de réception 14 et un ensemble mécanique 15. Le système 10 est un système monobloc. De ce fait, l'ensemble d'émission 12, l'ensemble de réception 14 et l'ensemble mécanique 15 font partie d'un même bloc et ne 20 sont, de préférence, déplaçables que conjointement. L'ensemble d'émission 12 comprend un premier contrôleur 16, au moins un modulateur 18 et au moins un émetteur 20. L'ensemble de réception 14 comprend au moins un récepteur 22, au moins un démodulateur 24 et un deuxième contrôleur 26. Le premier contrôleur 16 est un calculateur électronique. Le premier contrôleur 16 25 est en interaction avec le modulateur 18. Le premier contrôleur 16 comprend au moins une entrée 30, au moins une sortie 32, une unité de traitement 34. L'entrée 30 du premier contrôleur 16 est configurée pour recevoir les données à transmettre. L'entrée 30 est adaptée au format des données à transmettre. L'entrée 30 30 est, par exemple, une entrée optique telle qu'une fibre optique, un port Ethernet ou encore un port USB. De préférence, le premier contrôleur 16 comprend plusieurs entrées 30 différentes les unes des autres de sorte à permettre au premier contrôleur 16 de recevoir des données dans différents formats. 35 La sortie 32 du premier contrôleur 16 est configurée pour envoyer les données à transmettre depuis le premier contrôleur 16 vers chaque modulateur 18. 3051304 4 L'unité de traitement 34 est configurée pour sérialiser les données à transmettre. Il est entendu par l'expression « sérialiser des données », la mise en série des signaux d'entrée. L'unité de traitement 34 est, également, configurée pour former une série de bits 5 adaptée à la transmission optique. L'unité de traitement 34 est, par exemple, une carte électronique équipée d'un microprocesseur et d'une mémoire. Chaque modulateur 18 est propre à recevoir les données à transmettre en provenance du premier contrôleur 16. 10 Chaque modulateur 18 est également configuré pour moduler les données reçues selon un protocole de modulation. Le protocole de modulation permet d'obtenir des données modulées compatibles avec l'alimentation de l'émetteur 20. Le protocole de modulation est, par exemple, choisi parmi la modulation par déplacement d'amplitude tel que le codage de type « tout ou rien « (en anglais On-Off 15 Keying), la modulation en position d'impulsions variables (en anglais Variable Pulse- Position Modulation) et la modulation en amplitude (en anglais Pulse Amplitude Modulation). Par exemple, les signaux sont modulés en haute fréquence de manière à transmettre des trames électroniques binaires ayant deux états : un état haut 20 correspondant à un maximum de lumière et un état bas correspondant à un minimum de lumière. Chaque émetteur 20 est configuré pour recevoir, d'un modulateur 18, les données à transmettre. Chaque émetteur 20 est, également, configuré pour émettre un signal optique transportant des données à transmettre dans au moins une bande de longueurs 25 d'onde prédéterminée. Chaque émetteur 20 est une source primaire d'émission de lumière. Il est entendu par l'expression « source primaire » une source qui produit elle-même de la lumière, c'est-à-dire qui convertit une énergie en lumière. Une source qui réfléchit ou qui diffuse une lumière environnante est une source secondaire d'émission de lumière, mais n'est pas 30 une source primaire. Chaque émetteur 20 comprend, par exemple, au moins un élément choisi parmi : une diode électroluminescente, une diode laser et une diode laser à cavité verticale. La bande de longueurs d'onde prédéterminée est, de préférence, comprise au sens large entre 350 nanomètres et 1550 nanomètres. 35 Avantageusement, le système 10 comprend plusieurs émetteurs 20 configurés pour émettre en parallèle des signaux optiques dans des bandes de longueurs d'onde 3051304 5 prédéterminées distinctes. Dans ce cas, le système 10 comprend, de préférence, un modulateur 18 par émetteur 20. Chaque récepteur 22 est configuré pour recevoir un signal optique au moins dans la bande de longueurs d'onde prédéterminée. En particulier, chaque récepteur 22 est 5 configuré pour recevoir les données émises par l'émetteur 20 correspondant. Chaque récepteur 22 est, de préférence, un capteur optronique. Chaque récepteur 22 comprend, par exemple, au moins un élément choisi parmi : une photodiode, un phototransistor, un capteur CCD et un capteur CMOS. Chaque émetteur 20 et chaque récepteur 22 correspondants sont disposés l'un 10 par rapport à l'autre de telle sorte que le récepteur 22 se trouve dans le cône d'émission de l'émetteur 20. L'émetteur 20 et le récepteur 22 correspondants ne sont donc pas nécessairement alignés. Avantageusement, le récepteur 22 est disposé en face de l'émetteur 20 correspondant. 15 L'un parmi l'émetteur 20 et le récepteur 22 correspondants est un élément fixe et l'autre parmi l'émetteur 20 et le récepteur 22 correspondants est un élément mobile en rotation par rapport à l'élément fixe. L'ensemble mécanique 15 comprend un rotor, un stator et un axe d'entraînement du rotor. Le ou chaque élément mobile est disposé sur le rotor de l'ensemble 20 mécanique 15. Le ou chaque élément fixe est disposé sur le stator de l'ensemble mécanique 15. Par exemple, lorsque le système 10 comprend plusieurs éléments mobiles et plusieurs éléments fixes, les éléments mobiles sont disposés à intervalles réguliers sur le rotor et les éléments fixes sont disposés à intervalles réguliers sur le stator. 25 L'axe d'entraînement est propre à entraîner le rotor en rotation. L'axe d'entraînement est plein ou creux. Lorsque l'axe d'entraînement est creux, il est possible d'introduire des éléments dans l'axe d'entraînement dans le but de créer un système hybride. Les éléments à introduire sont, par exemple, des joints rotatifs axiaux ou des capteurs de position. 30 L'ensemble mécanique 15 est propre à déplacer chaque élément mobile par rapport à l'élément fixe correspondant. Plus particulièrement, l'ensemble mécanique 15 est configuré pour entraîner en rotation chaque élément mobile par rapport à l'élément fixe correspondant. L'ensemble mécanique 15 est, par exemple, un joint rotatif ou un autre système 35 rotatif muni de roulements ou pas. Il est entendu par joint rotatif un organe configuré pour 3051304 6 transmettre des signaux entre une partie fixe et une partie tournante dans le cas d'une rotation multi-tours. L'alimentation du rotor de l'ensemble mécanique 15 est, par exemple, réalisée par un collecteur tournant, par un transformateur tournant, ou par une alimentation 5 indépendante extérieure. Le plan perpendiculaire à l'axe d'entraînement de l'ensemble mécanique 15 et contenant l'élément mobile disposé sur le rotor est appelé premier plan. Le plan parallèle au premier plan et contenant l'élément fixe disposé sur le stator est appelé deuxième plan. 10 L'élément fixe est disposé par rapport à l'élément mobile de sorte que la distance entre le premier plan et le deuxième plan est inférieure ou égale à 50 millimètres, de préférence inférieure ou égale à 20 millimètres. En d'autres termes, la distance entre l'émetteur 20 et le récepteur 22 est inférieure ou égale à 50 millimètres, de préférence inférieure ou égale à 20 millimètres. 15 Lorsque le système 10 comprend plusieurs émetteurs 20 configurés pour émettre en parallèle des signaux optiques dans des bandes de longueurs d'onde prédéterminées distinctes, le système 10 comprend, pour chaque émetteur 20, au moins un récepteur 22 configuré pour recevoir un signal optique au moins dans la bande de longueurs d'onde prédéterminée dudit émetteur 20. Ainsi, plusieurs signaux sont susceptibles d'être 20 transmis en parallèle depuis l'ensemble d'émission 12 vers l'ensemble de réception 14. Dans ce cas, le système 10 comprend, de préférence, un démodulateur 24 par récepteur 22. Le système 10 est, de préférence, dépourvu de fibres optiques, de prismes et/ou de miroirs entre le ou chaque émetteur 20 et le ou chaque récepteur 22. En d'autres 25 termes, le trajet de la lumière ne comprend pas de fibres optiques, de prismes et/ou de miroirs entre l'émission de la lumière par un émetteur et la réception de la lumière par le récepteur correspondant. Avantageusement, le système 10 présente un système optique entre le ou chaque émetteur 20 et le ou chaque récepteur 22. Le système optique est constitué 30 exclusivement de lentilles. Un tel système optique permet d'améliorer la transmission de la lumière entre le ou chaque émetteur 20 et le ou chaque récepteur 22. Un tel système optique permet, en outre, d'augmenter la bande passante et donc le débit. En effet la bande passante des émetteurs et des récepteurs est liée à leur 35 surface d'émission. Plus la surface d'émission est petite, plus la bande passante est 3051304 7 importante. L'ajout de lentille aux niveaux des émetteurs et récepteurs permet d'optimiser les dimensions des surfaces d'émission correspondantes. Le démodulateur 24 est propre à démoduler les données reçues par le récepteur 22 pour obtenir des données démodulées compatibles avec le deuxième 5 contrôleur 26. Le démodulateur 24 est, par exemple, un amplificateur opérationnel trans- impédance permettant d'obtenir une image courant-tension des données reçues par le récepteur 22. Le deuxième contrôleur 26 est un calculateur électronique. Le deuxième contrôleur 10 26 est en interaction avec le démodulateur 24. Le deuxième contrôleur 26 comprend au moins une entrée 40, au moins une sortie 42 et une unité de traitement 44. L'entrée 40 du deuxième contrôleur 26 est configurée pour recevoir les données transmises par le démodulateur 24. 15 La sortie 42 du deuxième contrôleur 26 est configurée pour restituer vers une interface utilisateur les données reçues par le récepteur 22. La sortie 42 est, par exemple, une sortie optique telle qu'une fibre optique, un port Ethernet ou encore un port USB. La sortie 42 du deuxième contrôleur 26 et l'entrée 30 du premier contrôleur 16 peuvent être identiques ou différentes. 20 De préférence, le deuxième contrôleur 26 comprend plusieurs sorties 42 différentes les unes des autres de sorte à permettre au deuxième contrôleur 26 de restituer des données sous différents formats. L'unité de traitement 44 du deuxième contrôleur 26 est configurée pour désérialiser les données reçues par le récepteur 22. Il est entendu par l'expression 25 « désérialiser des données », l'action inverse de la sérialisation de données. L'unité de traitement 44 du deuxième contrôleur 26 est, également, configurée pour mettre en forme le signal en fonction de protocoles de sortie choisis par l'utilisateur. L'unité de traitement 44 du deuxième contrôleur 26 est, par exemple, une carte électronique équipée d'un microprocesseur et d'une mémoire. 30 Un procédé de transmission sans fil de données va maintenant être décrit à partir du système 10. Initialement et pendant toute la durée du procédé de transmission, le rotor de l'ensemble mécanique 15 entraîne en rotation au moins les émetteurs 20 de l'ensemble d'émission 12. 35 En variante, le rotor de l'ensemble mécanique 15 entraîne en rotation au moins les récepteurs 22 de l'ensemble de réception 14. 3051304 8 Les données à transmettre sont reçues par le premier contrôleur 16 de l'ensemble d'émission 20. Le premier contrôleur 16 sérialise les données reçues et les envoie au modulateur 18. Le modulateur 18 module les données reçues via un protocole de modulation et 5 transmet lesdites données à au moins l'un des émetteurs 20. L'émetteur 20 émet un signal optique contenant les données à transmettre vers l'un des récepteurs 22. Les données sont reçues par le récepteur 22 correspondant. De telles données sont, ensuite, démodulées par le démodulateur 24 et désérialisées par le deuxième contrôleur 26. Puis, les données démodulées et désérialisées sont, par 10 exemple, envoyées vers une interface utilisateur. Ainsi, le système 10 permet la transmission de données entre un élément fixe et un élément mobile en rotation. L'émission et la réception des données entre l'élément fixe et l'élément mobile étant réalisées par voie optique, le débit de transmission est élevé par rapport au débit de 15 transmission des collecteurs tournants. En particulier, le débit de transmission minimum est supérieur ou égal à 1 Gigabit par seconde. Le système 10 dans sa configuration de base, ne comprend pas d'optiques complexes, telles que des fibres optiques, des miroirs ou des prismes pour transmettre les données entre les émetteurs 20 de l'ensemble d'émission 12 et les récepteurs 22 de 20 l'ensemble de réception 14. De ce fait, le système 10 n'impose pas de contraintes fortes en termes d'alignement des émetteurs 20 avec les récepteurs 22. Le système 10 est donc simple à mettre en oeuvre et, qui plus est, compact. L'utilisation de diodes d'émission permet un montage sans précentrage particulier entre les émetteurs 20 et les récepteurs 22. En outre, les diodes permettent des 25 émissions stables à haute fréquence dans des gammes de températures larges et dans une très large gamme de longueurs d'onde. Le système 10 autorise la transmission de tous formats de signaux, par exemple, Ethernet, vidéo HD, USB3, optique, sous réserve de la mise en forme des signaux par des modulateurs. 30 Dans une variante, l'ensemble d'émission 12 comprend, outre les émetteurs 20, des récepteurs 22, et l'ensemble de réception 14 comprend, outre les récepteurs 22, des émetteurs 20 fonctionnant dans la même bande de longueurs d'onde qu'au moins l'un des récepteurs de l'ensemble d'émission 12. La figure 2 illustre un exemple d'une telle variante dans laquelle chacun de l'ensemble d'émission 12 et de l'ensemble de 35 réception 14 comprend un émetteur 20 et un récepteur 22. 3051304 9 Les récepteurs de l'ensemble d'émission 12 sont similaires aux récepteurs 22 de l'ensemble de réception 14. De même, les émetteurs de l'ensemble de réception 14 sont similaires aux émetteurs 20 de l'ensemble d'émission 12. Dans une telle variante, le système comprend également des modulateurs pour chaque émetteur du module de 5 réception 14 et des démodulateurs pour chaque récepteur du module d'émission 12. Cela permet de transmettre des données de manière bidirectionnelle entre l'ensemble d'émission 12 et l'ensemble de réception 14. En variante, le premier contrôleur 16 et le deuxième contrôleur 26 ne font pas partie du même bloc que le système 10. 10 REVENDICATIONS1.- Système (10) de transmission sans fil de données, le système (10) comprenant : - au moins un émetteur (20) configuré pour émettre un signal optique dans au moins une bande de longueurs d'onde prédéterminée, le signal optique transportant des données à transmettre, - au moins un récepteur (22) configuré pour recevoir un signal optique au moins dans la bande de longueurs d'onde prédéterminée, l'un parmi l'émetteur (20) et le récepteur (22) étant un élément fixe et l'autre parmi l'émetteur (20) et le récepteur (22) étant un élément mobile en rotation par rapport à l'élément fixe. 2.- Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le système (10) est un système monobloc. 3.- Système (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système (10) est dépourvu de fibres optiques, de miroirs et/ou de prismes entre le ou chaque émetteur (20) et le ou chaque récepteur (22). 4.- Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le ou chaque émetteur (20) est une source primaire d'émission de lumière. 5.- Système (10) selon la revendication 4, dans lequel le ou chaque émetteur (20) comprend au moins une diode d'émission de type électroluminescente ou de type laser. 6.- Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le système (10) comprend plusieurs émetteurs (20) configurés pour émettre en parallèle des signaux optiques dans des bandes de longueurs d'onde prédéterminées distinctes, le système (10) comprenant au moins un récepteur (22) pour chaque émetteur (20), chaque récepteur (22) étant configuré pour recevoir un signal optique au moins dans la bande de longueurs d'onde prédéterminée de l'émetteur (20) correspondant. 7.- Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le système (10) comprend un ensemble mécanique (15), l'ensemble mécanique (15) 3051304 11 comprenant un rotor et un stator, le ou chaque élément mobile étant disposé sur le rotor, le ou chaque élément fixe étant disposé sur le stator. 8.- Système (10) selon la revendication 7, dans lequel l'ensemble mécanique (15) 5 comprend un axe d'entraînement du rotor, l'axe d'entraînement étant plein ou creux. 9.- Système (10) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l'ensemble mécanique (15) est un joint rotatif. 10 10.- Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la distance entre l'émetteur (20) et le récepteur (22) est inférieure ou égale à 50 millimètres, de préférence inférieure ou égale à 20 millimètres. 11.- Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel 15 l'émetteur (20) est configuré pour émettre le signal optique dans un premier sens, le récepteur (22) étant configuré pour recevoir le signal optique dans un deuxième sens, le système (10) comprenant au moins un émetteur (20) additionnel et au moins un récepteur (22) additionnel, l'émetteur (20) additionnel étant configuré pour émettre un signal optique dans le deuxième sens, le récepteur (22) additionnel étant configuré pour recevoir un 20 signal optique dans le premier sens. 12.- Procédé de transmission sans fil de données, le procédé comprenant : - l'émission, par au moins un émetteur (20), d'un signal optique dans une bande de longueurs d'onde prédéterminée, le signal optique transportant les données à 25 transmettre, - la réception, par au moins un récepteur (22), du signal optique émis, l'un parmi l'émetteur (20) et le récepteur (22) étant un élément fixe et l'autre parmi l'émetteur (20) et le récepteur (22) étant un élément mobile en rotation par rapport à l'élément fixe. 30