WO2003055244A1 - Reseau de communication cellulaire couvrant des voies de communication terrestres - Google Patents

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WO2003055244A1
WO2003055244A1 PCT/FR2002/004266 FR0204266W WO03055244A1 WO 2003055244 A1 WO2003055244 A1 WO 2003055244A1 FR 0204266 W FR0204266 W FR 0204266W WO 03055244 A1 WO03055244 A1 WO 03055244A1
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WO
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base station
radiating elements
base stations
cover
radiating
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/004266
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English (en)
Inventor
Patrice Miconi
Original Assignee
Thales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Thales filed Critical Thales
Priority to AU2002364638A priority Critical patent/AU2002364638A1/en
Publication of WO2003055244A1 publication Critical patent/WO2003055244A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/08—Access point devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures

Definitions

  • the present invention relates to techniques relating to cellular communication networks covering terrestrial communication routes (road, rail, etc.) in a clear or semi-clear environment. It applies in particular to GSM, GSM-R networks (acronym of the Anglo-Saxon expression "GSM-Railways”) or the like covering railway tracks.
  • the operator of a communication network has frequencies allocated by a regulatory body. At a given location in the territory covered by this network, the operator has the possibility of using the same frequency as far as the laws of radio propagation and the peculiarities of the relief allow.
  • the territory covered by a telecommunications network is therefore divided into small portions, called cells. In these cells, the network operator uses part of the frequencies allocated to it. Each cell is served by one and only one base station
  • Base stations are also called BTS (acronym from the Anglo-Saxon expression “Base Transceiver Station”) or radio relays.
  • a base station is a transmitting and receiving station which manages radio transmissions with one or more mobile stations. Each base station is controlled by one and only one base station controller (also called BSC, acronym of the Anglo-Saxon expression “Base Station Control”).
  • BSC base station controller
  • a base station controller controls several base stations. The base station controller notably organizes the supervision, allocation and release of the radio channels.
  • the mobile stations can be, for example, stations mounted in a vehicle, that is to say equipment mounted in a vehicle (a train set or an automobile for example) whose antenna is outside.
  • the mobile stations can also be portable, that is to say light equipment portable by a person, whose antenna makes part of the transceiver block. This person may be inside a vehicle traveling on a land communication channel.
  • the territory covered extends essentially longitudinally over very long distances.
  • the environment is clear or semi-clear, generally rural.
  • Radio engineering consists in defining the physical infrastructure of a cellular communication network, that is to say the constitution and the position of physical entities of the network most suited to the environment considered. In conventional radio engineering techniques, it is sought to minimize the number of base stations in order to cover these channels effectively. To this end, the base stations are judiciously positioned. There appear to be two conflicting constraints: one is to bring the base stations closer to the tracks to reduce the losses linked to propagation in free space, the other is to move them away from the tracks to limit the losses linked to the angle of impact on vehicles. Depending on the environment (forests, hills, plains, etc.), we find an optimal position at a distance of around 1000 meters from the tracks.
  • the invention provides a radio engineering solution more suited to covering terrestrial communication channels.
  • the Applicant has highlighted that seeking to minimize losses is not the best approach.
  • a base station intended to cover a section of at least one terrestrial communication channel in a clear or semi-clear environment, is characterized in that it comprises at least two radiating elements installed along the section , at least one radiating element being deported from the rest of the station.
  • the remote radiating elements are connected to the rest of the station by a repeater on optical fiber.
  • At least two consecutive radiating elements cover the same cell.
  • all the radiating elements cover the same cell.
  • the communication path being a railway, at least one radiating element is placed on the gantry of a catenary support.
  • the radiating elements are arranged so that the radio waves penetrate substantially through the top of the trains.
  • the invention also relates to an installation characterized in that it comprises base stations according to the invention, intended to cover a section, the coverage being redundant.
  • the base stations are arranged alternately on each side of the track.
  • the radiating elements of the base stations are never opposite one another.
  • the invention has many advantages. Since the coverage of a base station is no longer limited by propagation constraints in the air, the invention makes it possible to reduce the number thereof. This reduces the cost of the equipment to be installed.
  • the radiating elements being placed near the tracks, they are at a low height (less than 10m) from the ground, which limits their visual impact on the environment.
  • the base stations are quick and simple to install, because at this distance from the tracks it is not necessary to adapt their arrangements to the particular features of the relief. This makes it possible to simplify the engineering (standard fixings, standard radiating elements) and to control the deployment time.
  • the land necessary for the installation of the radiating elements belongs to a single owner, generally the operator of the terrestrial communications channels, which makes it easier to acquire or rent the land on which to install the base stations.
  • FIG. 2 shows an example of a base station according to the invention
  • FIG. 3 a detail of Figure 2, shows a radiating element placed near a railway;
  • FIGS 4 and 5 show an advantageous example of implementation of the invention, in which the base stations are placed on either side of the railways;
  • FIG. 6 a block diagram, shows an example of RF equipment placed in the room of a base station according to the invention
  • FIG. 7 a block diagram, shows an example of RF equipment placed at the edge of the track
  • FIG. 8 a functional diagram, represents an alternative embodiment with respect to FIG. 7.
  • Attenuation when radio waves propagate in the air
  • the sum of the PIRE (equivalent isotropic radiated power) of the transmitter and the sensitivity of the receiver must compensate for the losses.
  • the loss threshold corresponds, depending on the case, in the upward or downward direction.
  • the losses are at most equal to - 153dBm. In the upward direction, they are at most equal to -143dBm. There is therefore a loss threshold of -143dBm, this threshold corresponding to the rising direction.
  • the optimal position is that for which the distance D3 is maximum, which corresponds in this example to an angle of incidence of 30 °.
  • the distance D1 from the tracks is then 1175m.
  • a base station B0 according to the invention comprises at least two radiating elements ER. These radiating elements are distributed along a section of the track to be covered. At least one radiating element is offset from the rest ST of the base station.
  • the base station B0 comprises 4 radiating elements ER, these 4 radiating elements being offset from the rest ST of the station.
  • the rest ST of the station can be placed in a shelter close to track V.
  • the reception emission diagram of a radiating element ER advantageously comprises two lobes having substantially the same direction as the track and opposite directions U1, U2. This can be achieved with two directional antennas positioned back to back.
  • a radiating element ER covers between 900 and 1200 meters in each direction U1, U2. In other words, the radiating element ER has a coverage of between 1.8 and 2.4 km on the track.
  • the base station B0 comprises radiating elements ER similar, covering the same length D5 of the channel. These radiating elements can be regularly distributed, spaced apart same distance D4. This spacing D4 can be less than or equal to D5 to avoid cover holes.
  • a base station BO according to the invention therefore covers an area of length D6 on the channel, this length being given by the following relationship when the radiating elements are similar and regularly spaced:
  • N is the number of radiating elements of the station BO.
  • a BO base station includes:
  • the communication management means can be placed in the shelter. They include software and hardware resources. These resources allow for example to:
  • Timing advance in the Anglo-Saxon literature
  • the means for transmitting information over the radio interface include:
  • the coding / decoding means encode a signal
  • the transmission / reception means modulate this signal to form an electromagnetic signal
  • the radiating elements make this signal radiate.
  • the base station performs the reverse operations: reception of electromagnetic radiation by the radiating elements, demodulation of the signal by the transmission / reception means, decoding by the coding / decoding means.
  • the GSM radio interface uses Time Division Multiple Access (TDMA). Several time intervals are multiplexed on a radio carrier. Each time slot of a radio carrier constitutes a logical channel. These channels can be used to transmit voice or data (traffic channels), or signaling information (signaling channels). Multiplexing on a carrier is provided by TRX. The coding of digital information according to the communication protocol used is ensured by the coding / decoding means.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • TRXs are deported from the rest of the station ST are placed near the radiating elements ER.
  • One or more TRXs can be associated with each ER radiating element.
  • the digital data exchanged between the coding / decoding means and the TRXs can be routed over an optical fiber for example.
  • the TRXs are placed with the rest of the ST station.
  • the electromagnetic signals exchanged between the TRX and the radiating elements can be routed by a repeater on optical fiber.
  • a fiber optic repeater is an element which comprises two optical-radio transcoders making it possible to convert the electromagnetic signal into an optical signal and vice versa, the optical signal then being routed through the optical fiber.
  • Each optical repeater is connected to a remote ER radiating element.
  • the rest ST of the station is in the middle of the radiating elements ER, which means that the longest optical repeater carries a signal over 15km. This distance of 15km corresponds to a practical limit of the delay linked to propagation ("timing advance").
  • the theoretical limit for GSM is around 20km. 32 km long cells are thus generated, the base stations being 30 km apart. We therefore have an overlap of 1 km to carry out a handover.
  • the radiating elements are placed on pre-existing supports. If the communication track is a railway track, one or more radiating elements can be placed on the gantry of a catenary support, or on pylons of railway signaling. Indeed, the radiating elements being close to the tracks, it is not necessary to place them higher.
  • the radiating elements are arranged so that the radio waves penetrate substantially through the top of the trains.
  • the Applicant has highlighted during experimentation that the windows of the trains are more strongly attenuating the radio waves than the upper part of the structure of the trains.
  • the penetration losses are reduced.
  • conventional engineering does not allow the radiating elements to be positioned in this way since pylons 1 km high would be required.
  • the invention makes it possible to cover one or more parallel terrestrial communication channels, for example two communication channels V1, V2.
  • These tracks V1, V2 can be railways on which the trains run in opposite directions.
  • the areas covered by two consecutive base stations overlap to allow intercellular transfer.
  • a first base station B2 according to the invention comprises radiating elements E4, E6, E8, E10, E12, E14, .... These radiating elements are separated by a distance D4.
  • Each radiating element covers a section of track of length D4.
  • the last radiating element E2 of the second base station BO precedes the first radiating element E4 of the first base station B2.
  • These two radiating elements are separated by a distance D7.
  • the distance D7 is less than the length D4 covered by a radiating element. This makes it possible to carry out an intercellular transfer between the cells served by the first and the second base station. Indeed, these two cells overlap over a distance D4 - D7.
  • the distance D4 is 2km
  • the distance D7 can be equal to 1 km.
  • the minimum distance required to perform a handover depends on the speed of the trains. If this distance is greater than the length D4 covered by a radiating element, several radiating elements can be used to carry out the intercellular transfer.
  • redundant coverage is achieved, for example by doubling the number of base stations.
  • First base stations for example B1, B3, can be placed on one side of the channels V1, v2. These first base stations cover the channels V1, V2.
  • Second base stations for example B0, B2, can be placed on the other side. These second base stations make it possible, independently of the first base stations, to cover the same channels V1, V2.
  • the base stations on the other side can provide coverage.
  • the base stations on each side are arranged so that the distance D9 separating two base stations B1, B2 on each side is substantially equal to half the distance D8 separating two base stations B1, B3 by the same side.
  • the base stations are arranged alternately on each side of the channels V1, V2.
  • the shelters of the base stations are as far apart as possible, which limits the risk of damaging two base stations at the same time in the event of an accident.
  • the radiating elements of the base stations are never opposite one another. None of the radiant elements
  • a shelter of a base station comprises for example:
  • a DV module which divides the electromagnetic signal generated by the TX transceivers, - optical-radio TC transcoders, connected to the outputs of the DV module,
  • FIG. 7 At the level of a radiating element ER, we find the end of one of the optical fibers FO. This optical fiber is connected to an optical-radio TC transcoder. This transcoder can be connected to a DX duplexer to route the signal to the radiating element ER, and if necessary to an amplifier (not shown).
  • FIG. 8 An alternative embodiment is illustrated. All the radiating elements of the same base station can be connected to the same transmission line BC (optical fibers for example) via a node HB.
  • This HB node can be a concentrator node (known under the name of "hub” in the Anglo-Saxon literature) having an IP address (acronym resulting from the Anglo-Saxon expression "Internet Protocol").
  • the other radiating elements can have a similar constitution. This allows to address signals from transceivers to particular groups of radiating elements. It is thus possible to generate several cells with a base station, the size of these cells being modifiable according to the traffic.
  • the particular embodiments described are nonetheless non-limiting, and various variants, concerning in particular the details which have been given in examples, will remain within the scope of the invention subject of the patent.

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Abstract

Réseaux de communication cellulaire couvrant les voies de communication terrestres (routières, ferroviaires, ...) dans un environnement dégagé ou semi-dégagé, dans lequel la station de base (BO) comprend des éléments rayonnants (ER) installés le long du tronçon, déportés du reste (ST) de la station, par exemple avec des répéteurs sur fibre optique. Application aux réseaux GSM, GSM-R (acronyme de l'expression anglo-saxonne « GSM-Railways ») ou analogues couvrant les voies de chemin de fer.

Description

RESEAU DE COMMUNICATION CELLULAIRE ' COUVRANT DES VOIES DE COMMUNICATION TERRESTRES
La présente invention concerne les techniques relatives aux réseaux de communication cellulaire couvrant les voies de communication terrestres (routières, ferroviaires, ...) dans un environnement dégagé ou semi-dégagé. Elle s'applique notamment aux réseaux GSM, GSM-R (acronyme de l'expression anglo-saxonne « GSM-Railways ») ou analogues couvrant les voies de chemin de fer.
L'opérateur d'un réseau de communication dispose de fréquences allouées par un organisme de réglementation. A un endroit donné du territoire couvert par ce réseau, l'opérateur a la possibilité d'utiliser une même fréquence aussi loin que les lois de la propagation radioélectrique et les particularités du relief le permettent. Le territoire couvert par un réseau de télécommunications est donc divisé en petites portions, appelées cellules. Dans ces cellules, l'opérateur du réseau utilise une partie des fréquences qui lui sont allouées. Chaque cellule est desservie par une et une seule station de base
(cependant une station de base peut desservir plusieurs cellules). Les stations de base sont aussi appelées BTS (acronyme issu de l'expression anglo-saxonne « Base Transceiver Station ») ou relais radioélectriques. Une station de base est une station émettrice et réceptrice qui gère les transmissions radioélectriques avec une ou plusieurs stations mobiles. Chaque station de base est commandée par un et un seul contrôleur de station de base (appelé aussi BSC, acronyme de l'expression anglo-saxonne « Base Station Contrôler »). Un contrôleur de station de base commande plusieurs stations de base. Le contrôleur de station de base organise notamment la supervision, l'allocation et la relâche des canaux radio.
Les stations mobiles peuvent être par exemple des stations montées en véhicule, c'est à dire des équipements montés dans un véhicule (une rame de train ou une automobile par exemple) dont l'antenne est à l'extérieur. Les stations mobiles peuvent être aussi des portatifs, c'est à dire des équipements légers portables par une personne, dont l'antenne fait partie du bloc émetteur-récepteur. Cette personne peut être à l'intérieure d'un véhicule se déplaçant sur une voie de communication terrestre.
Dans le domaine d'application de l'invention, le territoire couvert (les voies de communications terrestres) s'étend essentiellement longitudinalement sur des distances très longues. L'environnement est dégagé ou semi-dégagé, généralement rural.
L'ingénierie radio consiste à définir l'infrastructure physique d'un réseau de communication cellulaire, c'est à dire la constitution et la position des entités physiques du réseau la plus adaptée à l'environnement considéré. Dans les techniques classiques d'ingénierie radio, on cherche à minimiser le nombre de stations de base afin de couvrir ces voies de manière efficace. A cet effet, on positionne judicieusement les stations de base. Il apparaît deux contraintes antagonistes : l'une est de rapprocher les stations de base des voies pour réduire les pertes liées à la propagation en espace libre, l'autre est de les éloigner des voies pour limiter les pertes liées à l'angle d'incidence sur les véhicules. On trouve selon les environnements (forêts, collines, plaines, ...) une position optimale à une distance de l'ordre de 1000 mètres des voies.
L'invention apporte une solution d'ingénierie radio plus adaptée à la couverture des voies de communications terrestres. La Demanderesse a mis en évidence que chercher à minimiser les pertes n'est pas la meilleure approche.
Selon l'invention, une station de base destinée à couvrir un tronçon d'au moins une voie de communication terrestre dans un environnement dégagé ou semi-dégagé, est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux éléments rayonnants installés le long du tronçon, au moins un élément rayonnant étant déporté du reste de la station.
Selon un mode de réalisation avantageux, les éléments rayonnants déportés sont reliés au reste de la station par un répéteur sur fibre optique.
Selon un mode de réalisation avantageux, au moins deux éléments rayonnants consécutifs couvrent une même cellule.
Selon un mode de réalisation avantageux, tous les éléments rayonnants couvrent une même cellule. Selon un mode de réalisation avantageux, la voie de communication étant une voie de chemin de fer, au moins un élément rayonnant est placé sur le portique d'un support de caténaire.
Avantageusement, les éléments rayonnants sont agencés de sorte que les ondes radio pénètrent sensiblement par le dessus des rames
L'invention concerne aussi une installation caractérisée en ce qu'elle comprend des stations de base selon l'invention, destinées à couvrir un tronçon, la couverture étant redondante.
Selon un mode de réalisation avantageux, les stations de base sont agencées en alternance de chaque côté de la voie.
Selon un mode de réalisation avantageux, les éléments rayonnants des stations de base ne sont jamais en face les uns des autres.
L'invention présente de nombreux avantages. La couverture d'une station de base n'étant plus limitée par les contraintes de propagation dans l'air, l'invention permet d'en réduire le nombre. Ceci permet de réduire le coût des équipements à installer. En outre, les éléments rayonnants étant placés près des voies, ils sont à faible hauteur (moins de 10m) par rapport au sol, ce qui limite leur impact visuel sur l'environnement. En outre, les stations de base sont rapides et simples à installer, car à cette distance des voies il n'est pas nécessaire d'adapter leurs dispositions aux particularités du relief. Ceci permet de simplifier l'ingénierie (fixations standards, éléments rayonnants standards) et de maîtriser le temps de déploiement. Les terrains nécessaires à l'installation des éléments rayonnants appartiennent à un seul propriétaire, généralement l'exploitant des voies de communications terrestres, ce qui rend plus simple l'acquisition ou la location des terrains sur lesquels pour installer les stations de base.
L'invention sera maintenant décrite de manière plus détaillée dans le cadre d'un exemple particulier de réalisation pratique. Dans le cours de cette description, on fera référence aux figures des dessins annexés, parmi lesquelles :
- la figure 1 , représente un exemple d'ingénierie radio de l'art antérieur ;
- la figure 2, représente un exemple de station de base selon l'invention ;
- la figure 3, un détail de la figure 2, représente un élément rayonnant placé près d'une voie ferrée ; - les figures 4 et 5, représentent un exemple avantageux de mise en œuvre de l'invention, dans lequel les stations de bases sont placées de part et d'autre des voies ferrées ;
- la figure 6, un schéma fonctionnel, représente un exemple d'équipements RF placés dans le local d'une station de base selon l'invention ;
- la figure 7, un schéma fonctionnel, représente un exemple d'équipements RF placés au bord de la voie ;
- la figure 8, un schéma fonctionnel, représente une variante de réalisation par rapport à la figure 7.
On se réfère maintenant à la figure 1. En ingénierie radio, les équipements sont dimensionnés en fonctions des contraintes les plus fortes. On dimensionne donc la station de base pour les stations mobiles avec lesquelles la transmission radio est la plus difficile. Dans cette application, ce sont les portatifs situés l'intérieur des véhicules. En effet, les portatifs sont des équipements de faible puissance (classes 4 et 5 de la norme GSM par exemple), et, les ondes radio sont atténuées lorsqu'elles traversent le véhicule (voiture ou train par exemple) dans le sens montant (de la station mobile vers la station de base) ou descendant (de la station de base vers la station mobile).
Dans les techniques classiques, pour trouver une position judicieuse de la station de base par rapport aux voies de communication terrestre, on cherche la position de la station de base qui permet de couvrir le plus grand tronçon de la voie possible. La somme des pertes doit être inférieure ou égale à un seuil déterminé pour que la station mobile puisse établir une communication. Ces pertes sont :
- les pertes de pénétration (lorsque les ondes radio traversent le véhicule) d'une part,
- les pertes de propagation, appelées affaiblissement (lorsque les ondes radio se propagent dans l'air) d'autre part.
Pour pouvoir établir une communication, la somme de la PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente) de l'émetteur et la sensibilité du récepteur doit compenser les pertes. Le seuil des pertes correspond selon les cas au sens montant ou descendant. Exemple :
Figure imgf000006_0001
Dans le sens descendant, les pertes sont au plus égales à - 153dBm. Dans le sens montant, elles sont au plus égales à -143dBm. On a donc un seuil de pertes de -143dBm, ce seuil correspondant au sens montant.
On peut mesurer les pertes de pénétration. Ces pertes sont minimales pour une incidence normale à la surface du véhicule, et augmentent lorsque l'angle d'incidence A par rapport au véhicule T diminue. Les pertes de pénétration sont maximales pour une incidence rasante.
Exemple :
Pour un train T, on mesure les pertes de pénétration et on en déduit l'affaiblissement maximum pour un seuil de -143dBm :
Figure imgf000006_0002
Cet affaiblissement maximum correspond à une distance maximale D2. On en déduit la distance D3 entre deux stations de base, qui est égale à longueur du tronçon de voie couvert par une station de base :
D3 = 2 x D2 x COS(A)
Par exemple, pour un environnement rural semi-dégagé, en utilisant le modèle de HATA, on trouve les distances suivantes en fonction de l'angle A :
Figure imgf000007_0001
La position optimale est celle pour laquelle la distance D3 est maximale, ce qui correspond dans cet exemple à un angle d'incidence de 30°. La distance D1 par rapport aux voies est alors de 1175m.
En pratique, à une telle distance des voies il est nécessaire d'utiliser des éléments rayonnants à environ 30m du sol pour diminuer l'effet de masque causé par les particularités du relief (collines, pentes,...) et les obstacles accidentels divers (arbres, maisons, immeubles...).
On se réfère maintenant aux figures 2 et 3. L'ingénierie radio selon l'invention repose sur la mise en place d'éléments rayonnants ER le long de la voie V. L'angle d'incidence correspondant à la distance maximale est compris entre 0° et 5°. Cette incidence correspond aux valeurs des pertes de pénétration les plus élevées. Une station de base B0 selon l'invention comprend au moins deux éléments rayonnant ER. Ces éléments rayonnants sont répartis le long d'un tronçon de la voie à couvrir. Au moins un élément rayonnant est déporté du reste ST de la station de base. Par exemple, la station de base B0 comprend 4 éléments rayonnants ER, ces 4 éléments rayonnants étant déportés du reste ST de la station. Le reste ST de la station peut être placé dans un abri à proximité de la voie V.
Comme illustré sur la figure 3, le diagramme d'émission réception d'un élément rayonnant ER comprend avantageusement deux lobes ayant sensiblement la même direction que la voie et des sens U1 , U2 opposés. Ceci peut être réalisé avec deux antennes directionnelles positionnées dos à dos. En prenant le tableau de l'exemple précédent, un élément rayonnant ER couvre entre 900 et 1200 mètres dans chaque sens U1 , U2. En d'autres termes, l'élément rayonnant ER a une couverture comprise entre 1 ,8 et 2,4km sur la voie.
Avantageusement, la station de base B0 comprend des éléments rayonnants ER semblables, couvrant une même longueur D5 de voie. Ces éléments rayonnants peuvent être régulièrement répartis, espacés d'une même distance D4. Cet espacement D4 peut être inférieur ou égal à D5 pour éviter des trous de couverture. Une station de base BO selon l'invention couvre donc sur la voie une zone de longueur D6, cette longueur étant donnée par la relation suivante lorsque les éléments rayonnants sont semblables et régulièrement espacés :
D6 = D5 + (N-1 ) x D4
où N est le nombre d'éléments rayonnants de la station BO.
Une station de base BO comprend :
- des moyens de gestion de la communication
- des moyens pour transmettre des informations sur l'interface radio (appelée Um dans la norme GSM). Les moyens de gestion de la communication peuvent être placés dans l'abri. Ils comprennent des ressources logicielles et matérielles. Ces ressources permettent par exemple de :
- contrôler la puissance d'émission de la station mobile (et le cas échéant de la station de base) en fonction des pertes, pour limiter les interférences entre les stations mobiles voisines ;
- mesurer la qualité de la transmission sur la voie montante (de la station mobile vers la station de base) ;
- déterminer le temps de retard nécessaire pour synchroniser entre elles les stations mobiles émettant sur une même trame (appelé « Timing advance » dans la littérature anglo-saxonne) ;
- apporter régulièrement au contrôleur de station de base des informations sur les canaux inoccupés (niveau d'interférence, ...)
- détecter l'arrivée dans une cellule desservie l'une station mobile venant d'effectuer un transfert intercellulaire (appelé « Handhover » dans la littérature anglo-saxonne).
Les moyens pour transmettre des informations sur l'interface radio comprennent :
- des moyens de codage / décodage, qui sont numériques pour le GSM,
- des moyens d'émission / réception, appelés encore TRX, - des éléments rayonnants. Pour transmettre des informations (voix, données) dans le sens descendant, les moyens de codage / décodage codent un signal, les moyens d'émission / réception modulent ce signal pour former un signal électromagnétique, et les éléments rayonnants font rayonner ce signal. Dans le sens montant, la station de base réalise les opérations inverses : réception du rayonnement électromagnétique par les éléments rayonnants, démodulation du signal par les moyens d'émission / réception, décodage par les moyens de codage / décodage.
L'interface radio du GSM utilise l'Accès Multiple à Répartition dans le Temps (AMRT). Plusieurs intervalles de temps sont multiplexes sur une porteuse radio. Chaque intervalle de temps d'une porteuse radio constitue un canal logique. Ces canaux peuvent être utilisés pour transmettre de la voix ou des données (canaux de trafic), ou des informations de signalisation (canaux de signalisation). Le multiplexage sur une porteuse est assuré par les TRX. Le codage des informations numériques selon le protocole de communication utilisé est assuré par les moyens de codage/décodage.
Selon un premier mode de réalisation, des TRX sont déportés du reste de la station ST sont placés à proximité des éléments rayonnants ER. Un ou plusieurs TRX peut être associé à chaque élément rayonnant ER. Les données numériques échangées entre les moyens de codage/décodage et les TRX peuvent être acheminées sur une fibre optique par exemple.
Selon un mode de réalisation avantageux, les TRX sont placés avec le reste de la station ST. Les signaux électromagnétiques échangés entre les TRX et les éléments rayonnants peuvent être acheminés par un répéteur sur fibre optique. Un répéteur sur fibre optique est un élément qui comprend deux transcodeurs optique-radio permettant de convertir le signal électromagnétique en signal optique et réciproquement, le signal optique étant alors acheminé la fibre optique.
Avantageusement, plusieurs éléments rayonnants consécutifs couvrent une même cellule. Ceci permet de limiter le nombre de transferts intercellulaires car les cellules ainsi formées sont plus grandes. Avantageusement, tous les éléments rayonnants couvrent une même cellule. On forme ainsi des cellules très grandes. La taille de ces cellules n'est plus limitées par les contraintes de propagations, mais par le retard maximum lié à la propagation du signal (« timing advance »). Exemple :
On utilise 16 répéteurs optiques, les TRX restant dans l'abri où est le reste ST de la station de base. Chaque répéteur optique est relié à un élément rayonnant ER déporté. Les éléments rayonnants couvrent chacun D5 = 2km. Ils sont régulièrement espacés d'une distance D4 = 2km. Le reste ST de la station est au milieu des éléments rayonnants ER, ce qui fait que le plus long répéteur optique achemine un signal sur 15km. Cette distance de 15km correspond à une limite pratique du retard lié à la propagation (« timing advance »). La limite théorique pour le GSM est de l'ordre de 20km. On génère ainsi des cellules de 32km de long, les stations de bases étant séparées de 30km. On a donc un recouvrement de 1 km pour réaliser un transfert intercellulaire.
Avantageusement, les éléments rayonnants sont placés sur des supports préexistant. Si la voie de communication est une voie de chemin de fer, un ou plusieurs éléments rayonnants peuvent être placés sur le portique d'un support de caténaire, ou sur des pylônets de signalisation ferroviaire. En effet, les éléments rayonnants étant proches des voies, il n'est pas nécessaire de les placer plus haut.
Avantageusement, les éléments rayonnants sont agencés de sorte que les ondes radio pénètrent sensiblement par le dessus des rames. La Demanderesse a mis en évidence lors d'expérimentation que les vitres des rames atténuent plus fortement les ondes radio que la partie supérieure de la structure des rames. Ainsi, avec cette position avantageuse des éléments rayonnants, on diminue les pertes de pénétration. Il est à noter qu'une ingénierie classique ne permet pas de positionner les éléments rayonnants ainsi car il faudrait des pylônes de 1 km de hauteur.
On se réfère maintenant aux figures 4 et 5. L'invention permet de couvrir une ou plusieurs voies de communication terrestre parallèles, par exemple deux voies de communication V1 , V2. Ces voies V1 , V2 peuvent être des voies ferrées sur lesquelles les trains circulent en sens opposé. Pour couvrir ces voies, on dispose plusieurs stations de base selon l'invention à la suite. On peut par exemple les disposer le long de l'une des deux voies, par exemple V2. Les zones couvertes par deux stations de bases consécutives se recoupent pour permettre de réaliser un transfert intercellulaire. Par exemple, une première station de base B2 selon l'invention comprend des éléments rayonnants E4, E6, E8, E10, E12, E14, .... Ces éléments rayonnants sont séparés d'une distance D4. Chaque élément rayonnant couvre un tronçon de voie de longueur D4. Une seconde station de base BO selon l'invention, placée du même côté de la voie, précède cette première station de base B2. Le dernier élément rayonnant E2 de la seconde station de base BO précède le premier élément rayonnant E4 de la première station de base B2. Ces deux éléments rayonnants sont séparés d'une distance D7.
Avantageusement, la distance D7 est inférieure à la longueur D4 couverte par un élément rayonnant. Ceci permet de réaliser un transfert intercellulaire entre les cellules desservies par la première et la seconde station de base. En effet, ces deux cellules se recoupent sur une distance D4 - D7. Par exemple, si la distance D4 est 2km, la distance D7 peut être égale à 1 km. On peut réaliser le transfert intercellulaire sur 2km - 1 km soit 1 km. La distance minimale nécessaire pour réaliser un transfert intercellulaire dépend de la vitesse de circulation des trains. Si cette distance est supérieure à la longueur D4 couverte par un élément rayonnant, on peut utiliser plusieurs éléments rayonnants pour réaliser le transfert intercellulaire.
Avantageusement, on réalise une couverture redondante, par exemple en doublant le nombre de stations de base. Des premières stations de base, par exemple B1 , B3, peuvent être placées d'un côté des voies V1 , v2. Ces premières stations de base permettent de couvrir les voies V1 , V2. Des secondes stations de base, par exemple B0, B2, peuvent être placées de l'autre côté. Ces secondes stations de base permettent, indépendamment des premières stations de base, de couvrir les mêmes voies V1 , V2. Ainsi, en cas de déraillement d'un train, si les stations de base d'un côté de la voie sont détruites ou endommagées, les stations de base de l'autre côté peuvent assurer la couverture.
Avantageusement, les stations de base de chaque côté sont disposées de sorte que la distance D9 séparant deux stations de base B1 , B2 de chaque côté soit sensiblement égale à la moitié de la distance D8 séparant deux stations de base B1 , B3 d'un même côté. En d'autres termes, les stations de base sont disposées en alternance de chaque côté des voies V1 , V2. Ainsi, dans les situations extrêmes (vitesse de circulation très élevée), il est possible de réaliser un transfert intercellulaire HV entre une cellule desservie par une station de base B1 d'un côté, et une autre cellule desservie par une station de base B2 de l'autre côté. Le temps disponible pour réaliser le transfert intercellulaire est ainsi maximum. En outre, les abris des stations de base sont éloignés au maximum, ce qui permet de limiter les risques d'endommager deux stations de bases à la fois en cas d'accident.
Avantageusement, les éléments rayonnants des stations de base ne sont jamais en face les uns des autres. Aucun des éléments rayonnants
E2, E4, E6 E14 placés d'un côté n'est en face d'un des éléments rayonnants E1 , E3, E5, ..., 13 placés de l'autre côté. Ceci permet d'éviter de détériorer deux éléments rayonnants si un incident ou un accident localisé intervient (foudre, avalanche). On se réfère maintenant à la figure 6. Un abri d'une station de base comprend par exemple :
- des émetteurs-récepteurs TX,
- un module DV, qui permet de diviser le signal électromagnétique généré par les émetteurs-récepteurs TX, - des transcodeurs optique-radio TC, reliés aux sorties du module DV,
- le début des fibres optiques FO sur lesquelles sont acheminés les signaux hyperfréquence entre les éléments rayonnants et les émetteurs-récepteurs.
On se réfère maintenant à la figure 7. Au niveau d'un élément rayonnant ER, on trouve la fin d'une des fibres optiques FO. Cette fibre optique est reliée à un transcodeur optique-radio TC. Ce transcodeur peut être relié à un duplexeur DX pour acheminer le signal vers l'élément rayonnant ER, et le cas échéant à un amplificateur (non représenté).
On se réfère maintenant à la figure 8 sur laquelle est illustrée une variante de réalisation. Tous les éléments rayonnant d'une même station de base peuvent être relié à une même ligne de transmission BC (fibres optiques par exemple) par l'intermédiaire d'un nœud HB. Ce nœud HB peut être un nœud concentrateur (connu sous le nom de « hub » dans la littérature anglo-saxonne) possédant une adresse IP (acronyme issu de l'expression anglo-saxonne « Internet Protocol »). Les autres éléments rayonnants peuvent avoir une constitution similaire. Ceci permet d'adresser les signaux provenant des émetteurs-récepteurs à des groupes d'éléments rayonnants particulier. On peut ainsi générer plusieurs cellules avec une station de base, la taille de ces cellules étant modifiable en fonction du trafic. Quoi qu'il en soit, pour être particulièrement avantageux, les modes de réalisation particuliers décrits n'en sont pas moins non limitatif, et diverses variantes, concernant notamment les détails qui ont été indiqués en exemples, resteront dans le cadre de l'invention objet du brevet.

Claims

REVENDICATIONS
1. Station de base (BO) destinée à couvrir un tronçon d'au moins une voie de communication terrestre (V1) dans un environnement dégagé ou semi- dégagé, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux éléments rayonnants (ER) installés le long du tronçon, au moins un élément rayonnant étant déporté du reste (ST) de la station.
2. Station de base selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les éléments rayonnants déportés sont reliés au reste de la station par un répéteur sur fibre optique.
3. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins deux éléments rayonnants consécutifs couvrent une même cellule.
4. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que tous les éléments rayonnants couvrent une même cellule.
5. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la voie de communication étant une voie de chemin de fer, au moins un élément rayonnant est placé sur le portique d'un support de caténaire.
6. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la voie de communication étant une voie de chemin de fer, les éléments rayonnants sont agencés de sorte que les ondes radio pénètrent sensiblement par le dessus des rames.
7. Installation caractérisée en ce qu'elle comprend des stations de base (BO, B1 , B2, B3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, destinées à couvrir un tronçon, la couverture étant redondante.
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les stations de base sont agencées en alternance de chaque côté de la voie.
9. Installation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les éléments rayonnants des stations de base ne sont jamais en face les uns (E1 , E3, E5, .., E13) des autres (E2, E4, ..., E14).
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