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Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Caractérisation du bruit électromagnétique dans les bandes dédiées aux télécommunications entre.

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1 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Caractérisation du bruit électromagnétique dans les bandes dédiées aux télécommunications entre les trains et les centres de contrôle du trafic ferroviaire: mesures à bord dun train en mouvement N. Ben Slimen, V. Deniau, J. Rioult, S. Baranowski, B. Démoulin INRETS/LEOST - Villeneuve dAscq IEMN/TELICE - Université de Lille 1 - Villeneuve dAscq

2 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Présentation Cadre de létude –Projet RAILCOM - ERMTS et GSM-R Méthodes de mesure du champ au niveau des antennes GSM-R Campagnes de mesure sur train Comparaison des méthodes testées Analyse statistique des résultats Conclusions But: proposer une méthode de caractérisation des perturbations électromagnétiques à bord des trains

3 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 WP3- Interférences hautes fréquences au niveau du système ferroviaire et particulièrement du système de communication entre le train et linfrastructure au sol RAILCOM – Compatibilité électromagnétique entre le matériel roulant et les infrastructures au sol pour améliorer linteropérabilité européenne Le projet RAILCOM

4 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 ERTMS: European Rail Traffic Management System Standard unique de signalisation à travers l'Europe et suppression de la signalisation latérale transmission de données par GSM-R directement à bord des trains GSM-R: Global System for Mobiles - Railways 876 – 880 MHz liaison montante, 921 – 925 MHz liaison descendante, 36 canaux Transmission par balise Réception des informations de position Transmission voix et données GSM-R Eurobalise GSM-R ERTMS et GSM-R

5 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Transmission voix et données GSM-R et conséquences CEM Connaissance des contraintes EM que le système GSM-R doit supporter Méthodologie de test pour valider l'immunité du système GSM-R dans cet environnement spécifique Les perturbations peuvent affecter le signal GSM-R et retarder la réception des informations GSM-R ARCS Les perturbations EM produites dans le système ferroviaire peuvent être très contraignantes et particulièrement dans les bandes de fréquences dédiées au GSM-R

6 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Standards EN 50121: Railway applications – Electromagnetic Compatibility EN part 2 Emissions of the whole railway system 9 kHz - 1GHz 10 m Mesure du bruit électromagnétique sur le site Mesure des émissions du train à l'arrêt et en mouvement Mesures dans le domaine fréquentiel à l'aide d'un analyseur de spectres Inadéquat pour caractériser les perturbations EM affectant les communications GSM-R mesures à 10 m : contrôle de l'émission du train vers le monde extérieur et non à bord méthode qui est basée sur les CISPR * 22, CISPR * 16 prévue pour les systèmes de communications analogiques * CISPR : Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques Caractérisation de lenvironnement: norme?

7 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Méthode dans le domaine fréquentiel f start f stop Nbre de points = nbre de fréquences entre f start et f stop Resolution bandwidth (RBW) Sweep time (ST) Fonction Maxhold : comparaison entre les spectres mesurés successifs de façon à ne garder que l'amplitude maximale pour chaque fréquence Méthode dans le domaine temporel fenêtre temporelle Trigger level : niveau minimum qui active l'enregistrement des perturbations sur une fenêtre temporelle Un enregistrement est fait a chaque fois que le niveau du signal mesuré est supérieur au trigger level Analyseur de spectre Oscilloscope Méthode fréquentielle - méthode temporelle Trigger Level

8 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Méthode dans le domaine fréquentiel Inconvénients: les résultats dépendent de plusieurs paramètres (nombre de points de mesure, ResolutionBandWidth, SweepTime, durée totale de la mesure … ) Ne permet pas de détecter la totalité du spectre des transitoires à cause du SweepTime Avantages : une seule courbe enregistrée sur la totalité du parcours ou du temps de mesure ne nécessite pas de post traitement, facilite l'analyse convient pour la normalisation Analyseur de spectre Méthode dans le domaine temporel Oscillo scope Avantages : détection des transitoires, Ne dépend que du trigger level qui lui-même n'agit que sur l'enregistrement ou non du signal mais pas sur son niveau Inconvénients : Grande quantité de données à enregistrer nécessite un important post traitement. La mesure ne peut pas être comparée directement avec un niveau de référence (l'amplitude maximale n'indique pas le niveau de perturbation pour une bande de fréquences donnée), Avantages et inconvénients des deux méthodes

9 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Villeneuve Saint Georges Montargis 1500 V DC V AC Nevers Mesures effectuées sur un parcours non équipé en système GSM-R ! Objectifs: - Tester les deux méthodes de caractérisation du bruit reçu sur les antennes GSM-R installées a bord Du train - Collecter des données caractéristiques des perturbations rencontrées 240 km Campagne de mesure (1)

10 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Deux modèles d'antennes omnidirectionnelles Double Bande: 440 – 470 MHz et 870 – 960 MHz Analyseur de spectre Oscilloscope Antenne obliqueAntenne droite Pantographes 1500 V25000 V 10 m2 m 24 m27 m 1 2 Locomotive 18 m Deux modèles d'antennes GSM-R 12 Campagne de mesure (2)

11 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 ~ 820 MHz 420 MHz ~ 520 MHz Analyseur de spectre analyseur de spectre Caractéristiques des antennes Antenne oblique Antenne droite

12 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre MHz1 GHz 501 points (définis par l'analyseur de spectre employé) Resolution bandwidth (RBW) = 1 MHz,100kHz Sweep time (ST) = 20 ms, 50 ms fonction Maxhold activée durant 10 minutes Méthode dans le domaine fréquentiel FRBW = 1MHz FRBW = 100 kHz 1 acq à faible vitesse Mesures fréquentielles Analyseur de spectre analyseur de spectre

13 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre MHz1 GHz méthode temporelle 1µs 0.15 V 10 mn Comparaison des spectres pour en extraire la valeur maximale pour chaque fréquence F.F.T Méthode fréquentielle points (définis par l'analyseur de spectre employé) Resolution bandwidth (RBW) = 1 MHz Sweep time (ST) = 50 ms fonction maxhold activée pendant 10 minutes OSCAS Locomotive Protocole dans les domaines fréquentiels et temporels

14 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Oscilloscope + FFT Spectrum analyser 1 acq à faible vitesse bande passante de antennes Système français de radio communication ferroviaire GSM et GSM-R Comparaison des résultats – mesures à 25 kV

15 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre V DC V AC 0.5 µs µs µs µs µs Rise time (ns) Analyse statistique des résultats (domaine temporel)

16 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Deux objectifs à ces travaux: essayer de définir une méthode (standardisée?) de caractérisation de l'environnement électromagnétique identifier les perturbations typiques rencontrées à bord des trains afin de pouvoir les reproduire en laboratoire pour effectuer des tests d'immunité de systèmes GSM-R Conclusion

17 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 La méthode fréquentielle est plus adaptée à la définition d'une méthode standardisée de la caractérisation d 'un environnement électromagnétique - aucun post traitement - possibilité de comparaison directe des mesures avec des seuils prédéfinis - les caractéristiques du signal: durée totale des mesures occurrence des événements transitoires durée des transitoires les réglages de l'analyseur (RBW, VBW, ST,.... ) qui doivent être définis en fonction du système que l'on veut protéger. Conclusion 2 analyse fréquentielle mais : les résultats doivent être analysés selon :

18 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Les résultats obtenus dans le domaine temporel peuvent servir de référence mais doivent être analysés au préalable de façon à prendre en compte les caractéristiques du système que l'on veut protéger. - relation entre les niveaux mesurés par la méthode temporelle et le niveau de bruit réellement reçu par le récepteur GSM-R (probabilité de couverture du GSM-R: 95% du temps et de l'espace = -92 dBm) Conclusion 3 analyse temporelle

19 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 F.F.T de deux transitoires de temps de montée différents (niveaux max identiques et durée identique) Analyse statistique des résultats en cours: -analyse de la durée / taux de répétition des transitoires en fonction de la durée /taux de répétition des transmissions (télécommunications) -analyse des caractéristiques des transitoires (temps de montée, durée, amplitude maximale) et de leur impact dans la bande de fréquence du GSM-R identification de l'événement le plus pénalisant Conclusion 4 analyse temporelle suite

20 Assemblée générale du GDR Ondes Bordeaux Novembre 2007 Merci de votre attention


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