1. Reseaux sans-fils et ondes

1.1. La norme Wi-Fi

Le WiFi est un réseau local hertzien sans fil à haut débit destiné aux liaisons d'équipements informatiques dans un cadre domestique ou professionnel.

La norme IEEE 802.11 est un standard international (est un ensemble de règles) décrivant les caractéristiques d'un réseau local sans fil WLAN (Wireless Local Area Network).
Le nom Wi-Fi (contraction de Wireless Fidelity, parfois notée à tort WiFi) correspond initialement au nom donnée à la certification délivrée par la Wi-Fi Alliance, anciennement WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), l'organisme chargé de maintenir l'interopérabilité entre les matériels répondant à la norme 802.11.
Par abus de langage (et pour des raisons de marketing) le nom de la norme se confond aujourd'hui avec le nom de la certification. Ainsi un réseau Wifi est en réalité un réseau répondant à la norme 802.11. Il existe différentes variantes telles la 802.11.a ou encore la 802.11.n.

Grâce au Wi-Fi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fils à haut débit mais il faut respecter une certaine distance entre le périphérique et le point d'accès. Le WiFi permet de relier des ordinateurs portables, des ordinateurs de bureau, des smartphones ou tout type de périphérique à une liaison haut débit (11 Mbp/s ou supérieur) sur un rayon de plusieurs dizaines de mètres en intérieur (généralement entre une vingtaine et une cinquantaine de mètres) à plusieurs centaines de mètres en environnement ouvert.

Avec la norme Wi-Fi, on peut se connecter de deux façons différentes: en mode infrastucture et en mode ad hoc.



En mode infrastructure, chaque périphérique est connecté à un point d’accès. La plupart du temps vous êtes connectés en mode infrastructure. Chez vous avec votre réseau personnel, vous vous connectez sur un point d’accès, que se soit en wifi ou par cable. La freebox révolution par exemple utilise les normes 802.11b, 802.11g, 802.11n.



Ici, le point d’accès (la freebox) distribut la connexion aux autres appareils (l’ordinateur portable et les smartphones) via les ondes, tandis que l’ordinateur de bureau accède à internet par cable (ethernet, fibre optique).

Contrairement au mode infrastructure, le mode ad hoc n’a pas besoin de point d’accès et les périphériques se connectent directement les uns aux autres. De plus il n’a pas besoin de connexion internet comme les périphériques sont en contact direct.

Portées et débits:

Les normes 802.11a, 802.11b et 802.11g, appelées «normes physiques» correspondent à des révisions du standard 802.11 et proposent des modes de fonctionnement, permettant d'obtenir différents débits en fonction de la portée.

1.2. 3G & 4G

La troisième génération (3G) désigne une génération de normes de téléphonie mobile. Elle est représentée principalement par les normes Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) et CDMA2000, permettant des débits bien plus rapides (de 2 à 42 Mb/s prévus à maturité du réseau) qu'avec la génération précédente, par exemple le GSM.



En télécommunications, 4G est la 4e génération des standards pour la téléphonie mobile. Elle est le successeur de la 2G et de la 3G. Elle permet le «très haut débit mobile», soit des transmissions de données à des débits théoriques supérieurs à 100 Mb/s. Elle permettra de se rapprocher des débits du wifi actuellement mais biensûr ce sont des valeurs théoriques, elle est depuis 2011 disponible aux Etats-Unis et va bientôt apparaître en France même si quelques grandes villes sont déjà couvertes.

1.3. Les ondes

Physiquement une onde est la propagation d’une perturbation sans transport de matière mais avec un transport d’énergies.



Le WiFi pour sa part, est une onde électromagnétique. Une onde électromagnétique (ou EM) est la combinaison de deux ondes, électrique et magnétique. Ces deux ondes se déplacent en même temps mais sont dans des plans perpendiculaires. Les ondes électromagnétiques peuvent, par leur déplacement, transmettre de l'information codée (en informatique en langage binaire).

Pour former une onde électromagnétique, il faut un champ électrique par la présence de charges électriques. Puis il faut mettre ce champ électrique en mouvement, par exemple en le faisant tourner.
Dans un four à micro-ondes par exemple, on utilise un magnétron:



Il existe différentes ondes électromagnétiques et la lumière en est une, dont la longueur d'onde correspond au spectre visible entre les longueurs d'onde 380 et 780 nm.




-> L’intensité du champ électrique correspond à la force exercée sur une particule chargée électriquement. Elle s’exprime en Volts par mètres (V/m).
-> L’intensité du champ magnétique correspond au déplacement de charges électriques. Elle s'exprime en Ampère par mètre (A/m).
-> La fréquence est le nombre d'oscillations de la vibration en une seconde. On l’exprime en Hertz (Hz ou 1/T).
-> L’énergie : Plus la fréquence de l'onde est élevée, plus l'énergie est élevée. On a la relation E = h x f (E l'énergie, h une constante, f la fréquence). L'énergie s'exprime en Joule. On peut aussi la trouver en électron Volt (eV) car c'est une unité plus pratique: un eV vaut 1,60217653×10-19 Joule.
-> On exprime la puissance en Watt (Joule par seconde). C’est la quantité d'énergie en fonction temps.
-> La puissance absorbée en fonction du poids en Watt par kilogramme est la dose reçue et absorbée par un organisme par rapport à son poids. Par exemple, les rayons gamma émis parfois lors des réactions nucléaires sont à trop forte dose sont mortels pour l’homme.

On peut classer les ondes EM en fonction de leur fréquence. Les ondes basses fréquences ont une portée plus longue que les ondes hautes fréquences:



Le Spectre Herztien :
En France les plages de fréquences Wifi sont la 802.11b et la 802.11g. Elles se situe dans la bande 2,4 GHz (précisément : de 2412 Mhz à 2472 Mhz), le Wifi opère à une longueur d'onde de 12,2448 cm comme on peut le voir sur le spectre Hertzien.



La technique Wi-Fi, comme toutes les techniques sans fil, doit utiliser une partie limitée de la bande de fréquences, afin de limiter les parasitages d'autres équipements. Elle est divisé en 14 canaux, le fait de régler son Wifi sur un canal peu utilisé par le voisinage permet d'avoir une meilleure connexion, actuellemnt, ce réglage est directement fait par la box au démarrage.



Les ondes électromagnétiques face aux différents milieux :

Le signal s'affaibli lorsqu'elle passe dans les matériaux comme par exemple les murs dans nos maisons, donc le signal Wi-Fi émit par un box s'affaiblit jusqu'à arriver dans les appareils et donc on a une connexion plus ou moins rapide.



L'onde est soumise à plusieurs phénomènes :
- La réfraction: Lors d'un changement de milieu de propagation, si le second milieu est transparent pour l'onde, celle-ci se propage au travers mais avec une direction différente.
- La réflexion: Lors d'un changement de milieu de propagation, une partie de l'onde électromagnétique repart vers le milieu d'origine, c'est la réflexion.

- Les Interférences: Comme toutes les ondes, les ondes électromagnétiques peuvent interférer. Dans le cas des radiocommunications, cela provoque un parasitage du signal.


L'interférence d'ondes diffusées porte le nom de diffraction. Il s'agit de zones d'interférences entre l'onde directe d'une source et l'onde dont la direction est modifiée par un obstacle tel que montagne ou immeuble. Ces deux ondes, issues de la même source, interfèrent entre elles de manière à ce que l'on se retrouve soit avec une augmentation importante liée au couplage en phase, soit à une diminution, voire une annulation totale. En fait, nous avons à faire à la modification du trajet d'une onde lorsqu'elle passe à proximité d'un obstacle.

La puissance du signal dépend donc de deux facteurs: la distance et les obstacles.