Perspectives d’utilisation de l’ULB en exploitation ferroviaire

27/08/2017
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2013-5:19623
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Perspectives d’utilisation de l’ULB en exploitation ferroviaire

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	    <date dateType="Created">Sun 27 Aug 2017</date>
	    <date dateType="Updated">Sun 27 Aug 2017</date>
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102 REE N°5/2013 L’ULTRA LARGE BANDE IMPULSIONNELLE Marc Heddebaut1 , Fouzia Boukour1 , Bouna Fall1, 2 , Atika Rivenq2 Institut Français des Sciences et Technolo- gies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux1 , Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis2 Champ d’application de l’ULB en transport ferroviaire Au cours des dernières années, les besoins expri- més par les opérateurs et les industriels du transport ferroviaire en termes de sécurité et de qualité de service n’ont cessé d’évoluer. Quel que soit le type d’application ou d’environnement, l’échange d’infor- mations entre le matériel roulant et l’infrastructure fer- roviaire constitue un axe de recherche essentiel afin de répondre à ces besoins. De même, la localisation précise des matériels de transport constitue un enjeu majeur pour la signalisation ferroviaire. Par ailleurs, l’évolution rapide des moyens de transport en termes de vitesse de déplacement alliée à la complexité ainsi qu’à la diversité des environnements rencontrés pose des difficultés et fait apparaître des limites quant à l’établissement et au maintien de cet échange, mais également quant à la localisation précise et sûre des matériels. Pour s’adapter à cette évolution, ces fonc- tions, à l’interface entre le matériel roulant et l’infras- tructure, s’appuient de plus en plus sur de nouvelles technologies de l’information et de la communication. Des concepts nouveaux apparaissent, ouvrant la voie à un large éventail d’applications et de solutions des- tinées à l’industrie ferroviaire. L’arrivée de nouvelles techniques radio a contribué au développement de systèmes innovants, aptes en particulier à remplir certaines fonctions avancées de contrôle-commande ferroviaire. L’échange d’informa- tion et la localisation des mobiles peuvent ainsi être, selon le cas, continus ou discontinus. Dans le cas des transports guidés urbains, les télécommunications, essentiellement sol-trains, fonctionnent en général à un débit de quelques Mbit/s, exploitent des points d’accès installés le long des voies et, selon l’industriel fournisseur du système de signalisation ferroviaire, utilisent soit des modems radio propriétaires, soit des modems radio dérivés de normes existantes. Ces modems radio exploitent des bandes de fréquences étroites dédiées à cet usage. La localisation des trains utilise de son côté des capteurs embarqués (roue phonique, radar Doppler pointant vers le ballast…), dont les informations sont traitées conjointement dans une centrale odométrique, ainsi que différentes formes de balises au sol permettant de compenser les dérives de ces capteurs embarqués. L’ULB (Ultra Large Bande ou Ultra Wide Band - UWB) est une technique radio de transmission à très haut débit prometteuse pour ces applications ferro- viaires. L’ULB possède comme atouts d’être capable d’assurer à la fois une communication sans fil à haut débit et une localisation d’objets ou de personnes avec une bonne résolution spatiale (résolution poten- tiellement décimétrique). Au titre des inconvénients, Perspectives d’utilisation de l’ULB en exploitation ferroviaire This contribution considers the use of the UWB technique for railway transportation. Potentially, UWB can simultaneously offer ground to train communication, train positioning and obstacle detection in front of the trains, using basically the same radio approach. The UWB technique can be used for ground to train spot communication and positioning. It can also be used to support inside the train communication and positioning. Moreover, UWB radio associated to Time Reversal (TR-UWB) can pro- vide some interesting advanced railway functions. Focusing the radiofrequency energy in certain areas of interest in order to provide communication in specific areas or to support passenger and staff services is one of these advantages. This combina- tion provides a challenging, economically significant, as well as technically effective alternative solution to existing technologies used in railway. Moreover, the TR-UWB technique delivers improved performance over the UWB alone positioning approach that could benefit the development of some railway positioning applications. ABSTRACT REE N°5/2013 103 Perspectives d’utilisation de l’ULB en exploitation ferroviaire le débit potentiel, qui peut atteindre 500 Mbit/s à proximité immédiate de l’émetteur, décroît rapidement après quelques dizaines de mètres de portée [1]. L’ULB s’avère ainsi complé- mentaire d’autres techniques déjà employées en ferroviaire telles que le GSM-Railway permettant des communications à bas débit sur quelques kilomètres [2]. Nous classerons les applications ferroviaires de l’ULB en deux classes que nous présentons successivement. Communication matériel roulant - infrastructure La figure 1 fournit une illustration de la première classe d’applications que nous avons identifiée. Celle-ci est dédiée à l’échange d’informations entre matériel roulant et infras- tructure. Un ensemble de points d’accès ULB espacés d’une distance notée « d » sont disposés le long de l’infrastructure et reliés par un backbone de communication fixe. Les points d’accès ULB permettent l’échange de données avec le maté- riel roulant grâce à un modem radio ULB monté sur celui-ci. La distance « d » peut être de quelques dizaines de mètres et une communication continue peut être offerte entre maté- riels roulants et infrastructure ou, être plus élevée, et n’autori- ser de ce fait que des communications de loin en loin, sous la forme de zones limitées de communication où les échanges de données s’avèrent nécessaires. La capacité de localisation précise fournie par l’ULB im- pulsionnel peut être utilisée afin de localiser précisément le matériel roulant par rapport aux points d’accès le long de l’infrastructure. Entre ces points d’accès ou balises, une navi- gation à l’estime est pratiquée, exploitant les capteurs embar- qués à bord du train. La précision de localisation demandée peut être importante, s’il s’agit par exemple d’arrêter préci- sément le matériel roulant devant des portes palières dispo- sées en station. Cet aspect localisation sera étudié plus en détail dans la suite de cet article. Puisque le matériel roulant possède généralement une longueur significative par rapport à la portée de la com- munication ULB, limitée à quelques dizaines de mètres, la configuration de la figure 1 peut être complétée et plusieurs équipements ULB peuvent être installés consécutivement le long du matériel roulant. Ils dialoguent ainsi avec des points d’accès disposés le long de l’infrastructure qui peuvent par cette disposition être plus espacés, d’une longueur au moins égale à celle d’un train, tout en conservant une communica- tion continue sol-trains. Communication intra matériel roulant La figure 2 illustre la seconde classe d’application ferro- viaire identifiée. Il s’agit des applications embarquées à bord du matériel roulant, voire en stations. Des points d’accès ULB sont disposés à l’intérieur des voitures, reliés entre eux par un backbone. Ces points d’accès permettent d’échanger des informations à l’intérieur du véhicule avec les usagers et les personnels de bord mobiles ou stationnaires. L’importante bande passante disponible autorise notamment la diffusion de données nécessitant de forts débits de communication. Dans les environnements particuliers présentés en figures 1 et 2, l’environnement de propagation s’avère complexe. De ce fait, le phénomène des trajets multiples associés à la propagation dans ces canaux de propagation peut engen- drer des problèmes pour la communication. L’ULB présente l’atout de pouvoir pallier correctement ce problème grâce à la largeur de bande employée. En effet, la transmission Figure 1 : Application de la technique radio ULB à la communication matériel roulant infrastructure. 104 REE N°5/2013 L’ULTRA LARGE BANDE IMPULSIONNELLE s’effectuant en exploitant une bande passante large permet de résoudre un nombre important de trajets multiples et de diminuer ainsi la probabilité d’évanouissement du signal liée à la sélectivité en fréquence. Malgré cela, le processus de collecte d’énergie disper- sée dans un canal riche en multi-trajets au niveau du récep- teur reste une tâche délicate, sans oublier le faible niveau des puissances émises autorisées en ULB. Ceci veut dire que l’économie d’énergie et de coût, associée à l’ULB, peut être remise en cause par l’obligation de recourir à des ar- chitectures de récepteur complexes exploitant un nombre important de corrélateurs. Ainsi le couple d’exigences « bas coût – bonne estimation des trajets » devient une combinai- son difficile à satisfaire. Le pré-filtrage par retournement temporel (RT) a été pro- posé récemment comme solution pour réduire cette com- plexité, et par conséquent préserver, pour l’ULB, l’avantage bas coût, basse consommation. Un changement au niveau de l’émetteur s’avère cependant requis puisque le traitement d’égalisation et de précodage doit désormais être assuré à ce niveau. L’opération consiste globalement à compenser, à l’émetteur, tous les retards de propagation introduits par le canal de propagation afin que les signaux arrivent simul- tanément au récepteur et ne soient plus dispersés. Cette technique originaire de l’acoustique [3] sera rappelée plus en détail plus loin dans cet article mais nous attirons dès à présent l’attention du lecteur sur le potentiel que présente cette association entre ULB et retournement temporel qui ouvre la possibilité de focalisation dans le temps et l’espace des signaux émis. La focalisation dans l’espace permet, par exemple, de diriger des signaux radio propres à certains ser- vices vers un personnel de bord spécifique ou d’offrir un service focalisé vers certaines zones situées à l’intérieur ou à l’extérieur des trains, offrant ainsi des perspectives d’appli- cations innovantes. Nous poursuivons cet article en présentant la réglementa- tion s’appliquant à cette technique radio ULB en environne- ment ferroviaire. Réglementation relative à l’utilisation de l’ULB en transport ferroviaire Pour l’ULB, comme pour toute technique radio, une régle- mentation est nécessaire avant de l’introduire sur le marché. Cette réglementation permet d’assurer la coexistence entre les différents systèmes occupant le spectre radioélectrique. Pour les applications ferroviaires, l’ETSI a précisé ces élé- ments de réglementation en particulier dans son rapport technique TR 101 538 [4]. Dans ce document, l’organisme de normalisation européen du domaine des télécommunica- tions précise l’intérêt de l’ULB pour les besoins de localisa- tion ferroviaire. Des émetteurs ULB peuvent ainsi fonctionner depuis les trains et des équipements ULB au sol peuvent être utilisés en émetteur ou en récepteur ou en émetteur/ récepteur afin d’assurer le suivi et la localisation de ces trains. L’ETSI mentionne dans son rapport que « quel que soit le type de système ULB à installer à bord et dans les infras- tructures fixes, l’adoption d’émetteurs ULB doit améliorer les performances du système et maximiser sa disponibilité pour les portées s’étendant jusqu’à 50 mètres et plus ». Les réglementations radio pour les applications ferroviaires sont rappelées dans les clauses 4.1 et 4.2 du rapport de l’ECC reprises par l’ETSI. Nous en rappelons quelques paramètres dans le tableau 1. De façon générale, ces systèmes ULB ferroviaires doivent fonctionner dans les bandes 3,1 et 4,8 GHz ou 6 GHz à 8,5 GHz, opérer principalement en visibilité directe (Line-Of- Figure 2 : Application de la technique radio ULB à la communication intra matériel roulant. REE N°5/2013 105 Perspectives d’utilisation de l’ULB en exploitation ferroviaire Sight – LOS), avec une densité spectrale de puissance (DSP) moyenne maximale limitée à -41,3 dBm/MHz, telle qu’impo- sée de façon plus large par la normalisation pour d’autres applications industrielles. Considérons de façon plus précise le cas de figure repré- senté sur la figure 2 précédente où une technique radio ULB est déployée à l’intérieur du matériel roulant. On observe à partir du tableau 1 que l’utilisation à bord des trains, quel que soit l’environnement de celui-ci, est autorisée sans déclara- tion et sans licence dans les gammes 3,1 GHz < F < 4,8 GHz et 6 GHz < F < 8,5 GHz. Cette autorisation vaut à la triple condition que le gabarit de puissance normalisé ULB soit res- pecté (PSDmoy -41,3 dBm/MHz), que la structure du train apporte un découplage vis-à-vis de l’extérieur d’au moins 10 dB et qu’un faible facteur d’activité soit respecté (Low Duty Cycle de 5 % du temps par émetteur et par seconde – le facteur d’activité doit également être inférieur à 1,5 % par minute). Indiquons ici qu’aux fréquences considérées un découplage intérieur/extérieur du train de plus de 10 dB est obtenu le plus souvent dès lors que les sources ne sont ni proches ni dirigées vers les ouvertures vitrées. En environne- ments souterrains ou clos, tels que dans le cas de nombreux transports guidés urbains construits en sites propres, seule la limite d’utilisation de -41,3 dBm/MHz est à respecter pour une utilisation sans déclaration ou licence dans les bandes 3,1 GHz < F < 4,8 GHz et 6 GHz < F < 8,5 GHz. Reprenons maintenant le cas de la figure 1 relatif à l’ins- tallation d’équipements ULB à la voie. Le tableau 1 donne les précisions disponibles dans le rapport TR 101 538. Celui-ci n’effectue pas à ce stade de distinction selon que cette ins- tallation à la voie s’effectue en environnement confiné ou en extérieur. La spécification technique ETSI TS 103 085 (2012- 10) [5] procure plus d’informations à ce sujet et fournit par contre des indications concernant les équipements installés à bord du train pour communiquer avec la voie et, à la voie, pour communiquer avec le train. Depuis le train, une DSP de - 53,3 dBm/MHz est en particulier autorisée moyennant certains contrôles de non interférence dans la bande 6 GHz à 8,5 GHz. Depuis l’infrastructure, moyennant la mise en œuvre d’un processus national d’enregistrement et de coor- dination et un faible temps d’activité, la bande de fréquences 3,4 GHz à 4,8 GHz peut être employée. Nous renvoyons toutefois le lecteur intéressé en particu- lier à ces deux références ETSI pour connaitre le détail de la réglementation en vigueur. Poursuivons maintenant cette analyse par une présenta- tion de l’association entre cette technique radio ULB et celle de retournement temporel. ULB et retournement temporel Rappel du principe et intérêt de l’association à la technique radio ULB L’utilisation du pré-filtrage par retournement temporel (RT) a été proposée pour réduire la complexité d’un équipe- ment de réception ULB. Cette technique de RT fonctionne en deux phases importantes illustrées par la figure 3. Considé- rons une liaison émetteur-récepteur notée A-B. Dans une première phase, le canal de propagation est sondé et sa réponse impulsionnelle (RI - Channel Impulse Response - CIR) est déterminée puis retournée et enregis- trée au niveau de l’émetteur A. Cette opération de sondage de canal s’avère très simple dans le cas où l’on utilise une émission ULB en régime impulsionnel. En effet, dans ce cas, le récepteur obtient directement la réponse impulsionnelle du canal ; il reçoit dans un premier temps l’impulsion reçue via le trajet direct, lorsque celui-ci existe puis, successivement décalés dans le temps et atténués, les signaux réfléchis et dif- fractés sur les obstacles situés dans le canal de propagation. Dans une seconde phase, une fois cette réponse impul- sionnelle acquise et connue de l’émetteur, l’opération de Bande de fréquences Aire d’opération Type de licence requis Valeur maximale de la densité spectrale moyenne de puissance 3,1 < F < 4,8 GHz et 6 < F < 8,5 GHz Usage générique à bord des véhicules ferroviaires Sans déclaration, sans licence - 41,3 dBm/MHz (sans dépasser - 53,3 dBm/ MHz à l’extérieur, hors du train) avec implémen- tation de la LDC (Low Duty Cycle) 3,1 < F < 4,8 GHz Usage à bord des véhicules ferroviaires opérant en souterrain ou en environne- ment fermé Sans déclaration, sans licence - 41,3 dBm/MHz 6 < F < 8,5 GHz Usage à bord des véhicules ferroviaires opérant en souterrain ou en environne- ment fermé Sans déclaration, sans licence - 41,3 dBm/MHz 3,4 < F < 4,8 GHz Emetteurs ULB extérieurs fixes (en milieu découvert) Système déclaré - 41,3 dBm/MHz en extérieur, en installation fixe, soumise à une obligation de détection d’activité dans la bande et à une déclaration/ coordination d’activité Tableau 1 : Résumé de la régulation des fréquences pour l’ULB en environnement ferroviaire. 106 REE N°5/2013 L’ULTRA LARGE BANDE IMPULSIONNELLE retournement temporel consiste à émettre les signaux dans l’ordre inverse de leurs arrivées afin que ceux-ci arrivent simultanément et focalisent temporellement au récepteur. Cette opération s’effectue grâce au transit des données à travers un pré-filtre canal qui possède comme réponse im- pulsionnelle la réponse impulsionnelle retournée, enregistrée précédemment, assurant le précodage canal. Les signaux sont ensuite injectés dans le canal de transmission. Ce fonc- tionnement est décrit plus en détail par la figure 3 et repré- senté rigoureusement par les équations 1 à 3. Le signal reçu par B est décrit par l’équation 1 : (1) sA et sB sont respectivement le signal émis et le signal reçu. désigne l’opération de convolution et CIR*AB (-t) représente la version retournée et complexe conjuguée de la réponse impulsionnelle du canal de la liaison A-B. L’équation 2 définit la nouvelle réponse équivalente. (2) équation où Rauto AB constitue la fonction d’auto corrélation du canal liant A à B. Le signal reçu (ou intercepté) par un autre récepteur voisin aura la forme fournie par l’équation 3. (3) Les retards de propagation introduits par le canal de pro- pagation sont donc ainsi très exactement compensés au ré- cepteur situé en B. Tous les signaux direct et réfléchis arrivent simultanément au récepteur et l’on obtient une focalisation dans le temps optimale pour ce canal de propagation particu- lier. Plusieurs émetteurs et plusieurs récepteurs peuvent éga- lement être utilisés afin d’améliorer cette focalisation. Celle-ci n’est cependant obtenue que pour le canal de propagation existant dans cette liaison A-B. Un déplacement du récepteur ou de l’émetteur entraînera une modification du canal de propagation et se soldera par une perte de focalisation spa- tiale et temporelle des signaux fonction de la modification du canal de propagation générée par ce déplacement. Le premier intérêt qui découle de cette concentration spa- tio-temporelle de l’énergie est la simplicité de détection. En effet, avec la focalisation temporelle, le récepteur n’a plus à estimer des trajets nombreux puisque tous les temps de retard liés aux multitrajets sont compensés. Par comparaison à un récepteur RAKE, le nombre de corrélateurs nécessaires diminue de façon significative. Avec la focalisation spatiale, le signal utile sera destiné, uniquement et sans traitement ou décodage multi-utilisateurs, à la réception, préférentiellement au récepteur cible. On pourra donc focaliser des signaux vers des utilisateurs particuliers ou limiter la capacité d’intercep- tion de ces signaux par des utilisateurs non destinataires. Ce fonctionnement s’apparente à une forme de multiplexage par division de l’espace (SDMA) où le chemin à emprunter par le signal vers la cible est déjà connu à l’émission et retracé grâce à l’opération de pré-filtrage. Cependant, l’efficacité de cette technique dépend principalement de l’opération d’estimation du canal. S’il n’est pas stationnaire, le canal doit donc être estimé à des intervalles réguliers, fonction de l’application. Exemple d’application, cas de la focalisation spatiale Afin d’illustrer ce raisonnement, considérons l’exemple simple constitué par un tunnel vide, de longueur infinie et de dimensions transversales 6 x 6 m dans lequel nous émet- Figure 3 : Schéma synoptique d’une chaine de transmission à RT. REE N°5/2013 107 Perspectives d’utilisation de l’ULB en exploitation ferroviaire tons des signaux ULB. L’émetteur est centré dans un plan de section transversale du tunnel. L’émetteur et le récepteur sont assimilés à des points sources. L’axe des x est l’axe ver- tical, l’axe des z est l’axe longitudinal du tunnel. Nous utilisons la méthode des rayons associée à celle des images afin de calculer l’énergie totale reçue en un point de réception [6]. Nous prendrons en compte ou non l’opération de retourne- ment temporel. La figure 4 illustre la distribution de l’énergie normalisée reçue sur une grille disposée dans un plan de mesure x, z, dans le cas où le RT n’est pas utilisé. On observe la répar- tition d’énergie dans la grille de dimensions explorées soit 5 m < z < 5,5 m et 5 m < x < 5,3 m, le récepteur est centré latéralement. Le pas de calcul utilisé est de 2 cm. L’échelle des gris exploite une dynamique de 10 dB. Ce premier ré- sultat montre que l’énergie radiofréquence est répartie sur toute la grille représentée. Dans cet environnement riche en réflexions, l’énergie fluctue significativement d’un point à un autre de la grille, sans toutefois que l’on note de concentra- tion particulière dans une zone de cette grille. Sans modifier les conditions opératoires, nous appliquons maintenant l’opération de RT. Pour évaluer les performances en termes de focalisation spatiale, nous sélectionnons des coordonnées cibles de réception z = 5,08 m et x = 5,14 m pour lesquelles l’estimation du canal est effectuée. Nous cal- culons ensuite le signal reçu en modifiant progressivement ces distances x et z, tout en conservant notre estimation de canal effectuée initialement pour les coordonnées cibles. Avec l’utilisation du RT, la figure 5 montre que, cette fois, l’énergie est maximale dans la zone cible et décroît au fur et à mesure que l’on s’éloigne de cette position cible. Le canal de propagation évolue et n’est progressivement plus compensé par l’opération de RT mise en œuvre à la position cible. Le lecteur trouvera plus de résultats quant à l’évaluation de cette technique de retournement temporel associée à l’ULB en [7]. Poursuivons maintenant cette présentation par une ana- lyse de la capacité de localisation associée à cette technique radio ULB avec, ou sans retournement temporel. Localisation relative précise Outre la communication, la localisation des trains consti- tue un autre enjeu primordial pour le transport ferroviaire. La localisation d’un train sur un système à cantons fixes consiste à déterminer de façon sûre le canton qu’il occupe. Un can- ton fixe est une zone de la voie dont la longueur s’étend de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres et où ne peut rigoureusement être présent à un moment donné, au plus, qu’un seul train. Des circuits de voie assurent la fonction de détection de présence d’un train sur un canton. Une préci- sion de localisation nettement supérieure s’avère cependant bien souvent requise. La rame accède ainsi à la distance par- courue et à sa vitesse de déplacement grâce à l’utilisation de ses capteurs embarqués. Au sol, des balises sont disposées de loin en loin afin de corriger les erreurs cumulées résultant de l’utilisation de ces capteurs embarqués (l’usure des roues, les phénomènes de patinage et d’enrayage ou encore la pré- sence d’eau sur la voie constituent autant de facteurs cumu- latifs d’erreur pour les roues phoniques et radars employés). Afin de compenser ces erreurs accumulées, les balises four- nissent une information de recalage de distance au passage des trains. Lorsque le train évolue à proximité immédiate de Figure 4: Energie reçue sur une grille de réception sans RT. Figure 5 : Energie reçue sur une grille de réception avec RT. 108 REE N°5/2013 L’ULTRA LARGE BANDE IMPULSIONNELLE la balise au sol, il interroge celle-ci et reçoit en retour l’infor- mation de point kilométrique associé. Le train considère dès lors cette valeur en tant que nouvelle position absolue réelle, effaçant ainsi toutes les dérives accumulées depuis la lecture du précédent point kilométrique. Cette information de loca- lisation est exploitée par le train lui-même et, le cas échéant, est retransmise au sol, associée à son identifiant. Des don- nées entre trains et sol peuvent également être échangées localement lors des brefs temps de passage au-dessus de ces balises. Le débit de communication doit de ce fait être élevé. Plusieurs techniques nouvelles sont actuellement envisa- gées afin d’assurer la localisation absolue des trains ou des rames. Parmi celles-ci, les techniques de navigation par satel- lites constituent une piste intéressante avec notamment l’arri- vée de nouvelles constellations telles que Galiléo. Elles n’ont cependant pas actuellement démontré le niveau de sécurité exigé car elles ne procurent pas le niveau d’intégrité du signal requis pour un emploi en signalisation ferroviaire. Elles sont en outre non opérationnelles en zones masquées (tunnels…). La technique radio ULB répond à la majorité des exigences des transports guidés et ferroviaires en termes de localisation : - portionnelle à la largeur de bande du signal utilisé, l’ULB permet en conséquence d’obtenir une excellente résolution submétrique ; - nement ferroviaire de fonctionnement ; s’affranchir, dans une large mesure, de la sélectivité en fré- quence du canal ; - posé par la normalisation de la technique utilisée ; être conjuguées aisément. L’ULB rend possible un système de localisation précis, effi- cace et qui de plus permet de porter les communications nécessaires. Le lecteur trouvera plus de détails concernant les performances des systèmes de localisation basés sur la technique ULB dans les références [8] et [9]. Les performances de la technique ULB sont encore plus intéressantes lors de l’association de l’ULB et du RT. En effet, dans certains cas d’environnement de propagation, notam- ment dans des environnements confinés de type tunnel, cette association apporte des améliorations significatives par rapport à la technique radio ULB employée seule. La figure 6 illustre une étude comparative entre le système de localisa- tion basé sur la technique ULB et celui basé sur l’ULB-RT en termes d’erreur de localisation. Cette comparaison a été réalisée en utilisant le modèle de canal IEEE 802.11.3a [10]. Ce modèle de canal se fonde sur des mesures prises dans des environnements intérieurs (ré- sidences, appartements, bureaux). Il s’appuie sur l’approche dite de Saleh Valenzuela avec une distribution log-normale des amplitudes des trajets. Ce modèle reflète le compor- tement de la propagation des signaux ULB sur de courtes portées (0 à 10 m) dans quatre scénarios différents : de 0 à 4 m ; directe, de 0 à 4 m ; de 4 à 10 m ; - recte avec une importante dispersion des retards rms 25 ns. Sur cette figure 6 et pour chaque configuration considé- rée, nous observons que le RT apporte une amélioration de la précision de localisation. Cette comparaison montre à nou- veau l’intérêt de l’utilisation du RT associé à l’ULB dans ces environnements de propagation complexes. Perspectives et conclusion La technique radio Ultra Large Bande constitue une solu- tion efficace pouvant être exploitée en environnement ferro- viaire dès lors qu’une communication fiable, à faible portée Figure 6 : Comparaison ULB et RT-ULB dans le cas de canaux IEEE 802.15.3a. REE N°5/2013 109 Perspectives d’utilisation de l’ULB en exploitation ferroviaire mais à très haut débit ainsi qu’une capacité de localisation précise sont requises. Les performances atteintes sont main- tenues dans de nombreux environnements, y compris com- plexes, tels qu’en zones confinées (tunnel, gares, dépôts…). Autorisée et reconnue par l’ETSI pour les applications de localisation, l’ULB peut en outre assurer les besoins en com- munication prioritaires tels que la signalisation, l’optimisation du trafic, les annonces sur le trafic, voire de sécurité (appel d’urgence), et des besoins moins prioritaires visant le confort et la distraction du voyageur tels les services multimédias et internet à la place. Des résultats issus de simulation et d’ex- périmentations menées dans des environnements contrôlés (chambre anéchoïque, laboratoires) ont été diffusés. D’autres travaux, pour certains en cours dans des environnements réels, sont menés afin de transférer vers les opérateurs et industriels ferroviaires tous les éléments scientifiques et techniques requis. Piloté par un industriel ferroviaire, un pro- gramme de recherche et de développement d’une nouvelle balise ferroviaire de communication et de localisation (projet « new balise ») exploitant la technique ULB vient ainsi d’être décidé en octobre 2013 au titre des nouveaux projets colla- boratifs de R&D impliquant le pôle de compétitivité I-Trans, dans le cadre des priorités de politique industrielle nationale. Références [1] M. G. Di Benedetto, G. Giancola, “Understanding UWB radio fundamentals”, Prentice Hall, 2004. [2] J. Cellmer, « Le réseau GSM-R de RFF », REE, n° 3, pp. 45-52, 2012. [3] A. Derode, P. Roux & M. Fink, “Robust acoustic time reversal with high order multiple scattering”, Physical review letters, vol. 75, pp. 4206-4209, 1995. [4] ETSI, “Technical Report TR 101 538 v1.1.1”, 2012-10. [5] ETSI, “Technical Specification TR 103 085 V1.1.1”, 2012. [6] S. F. Mahmoud, J. R. Wait, “Geometrical optical approach for electromagnetic wave propagation in rectangular mine tunnels”, Proc. Radio Science, vol. 5, p. 1147-1158, 1974. [7] H. Saghir, M. Heddebaut, F. Elbahhar, A. Rivenq, J.-P. Ghys & J.-M. Rouvaen, “Train-to-wayside wireless communication in tunnel using ultra-wide-band and time reversal”, Transportation Research Part C: Emerging Technologies, vol. 17, pp. 81-97, 2009. [8] B. Fall, F. Elbahhar, M. Heddebaut & A. Rivenq, “Time Reversal-UWB Positioning Beacon for Railwail Application”, chez Indoor Positioning and Indoor Navigation Conference (IPIN 2012), Sydney, 2012. [9] F. Elbahhar, B. Fall, M. Heddebaut & A. Rivenq, “Indoor positioning system based on the UWB technique”, chez Indoor Positioning and Indoor Navigation Conference (IPIN 2011), Guimarães, Portugal, 2011. [10] J. Foerster, “Channel Modeling Sub-committee Report”, 2002. Marc Heddebaut et Fouzia Boukour sont chercheurs à l’Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR). Atika Rivenq est professeur à l’Université de Valenciennes et du Hainaut Cam- brésis (UVHC). Bouna Fall a récemment soutenu sa thèse de doctorat sur ce thème de recherche en collaboration entre ces équipes de recherche. LES AUTEURS