WO2014053758A1 - Installation de communication mobile et procede d'echange de donnees afferent - Google Patents

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WO2014053758A1
WO2014053758A1 PCT/FR2013/052321 FR2013052321W WO2014053758A1 WO 2014053758 A1 WO2014053758 A1 WO 2014053758A1 FR 2013052321 W FR2013052321 W FR 2013052321W WO 2014053758 A1 WO2014053758 A1 WO 2014053758A1
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radiating cable
cable
electromagnetic signal
data
signal
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PCT/FR2013/052321
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Inventor
Jean Fehlbaum
Jean-Claude Ducasse
Original Assignee
Nexans
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/203—Leaky coaxial lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H04B5/28—

Definitions

  • the present invention relates to the field of telecommunications and relates more particularly to the field of mobile telecommunication equipment.
  • the present invention more specifically relates to a mobile communication installation comprising:
  • a mobile body provided with a communication element able to emit and receive electromagnetic signals, said mobile body moving along a track,
  • said radiating cable comprising an electrical conductor and capable of emitting and receiving electromagnetic signals via said electrical conductor along said path
  • said apparatus being adapted to exchange data between said radiating cable and said mobile body by transmitting by said radiating cable or said communication element an electromagnetic signal encoding said data and then receiving said electromagnetic signal by said communication element or said cable beaming.
  • the present invention also relates to a method of data exchange between a mobile body having a communication element and moving along a path and a radiating cable extending along said path, said method comprising a step encoding the data into an electromagnetic signal.
  • data transmission is usually carried out using electromagnetic signals coding the data and which are emitted by scattered antennas on the terrestrial surface (non-satellite communication).
  • Receiving a signal transmitted from a fixed point while moving will generate frequency differences between the transmitted signal and the received signal: this is the Doppler effect. If these differences are too large, it will no longer be possible to extract the coded data in the signal. This problem is all the more present as the speed of movement is important. Thus, this problem directly affects fast land transport means, such as high-speed trains.
  • the present invention aims to remedy these disadvantages.
  • it proposes a mobile communication installation that makes it possible to exchange data with a body at a high rate and whose cost is moderate, and in particular a mobile body moving at high speed, and with reduced signal losses, to enable reliable and high-speed communication with a mobile body.
  • the invention also provides a data exchange method for communicating a large data rate to a mobile body, over long distances and with reduced signal losses.
  • the invention thus relates to a mobile communication installation.
  • the installation according to the invention comprises:
  • a mobile body provided with a communication element able to emit and receive electromagnetic signals, said mobile body moving along a track,
  • said radiating cable comprising an electrical conductor and capable of emitting and receiving electromagnetic signals via said electrical conductor along said path
  • said apparatus being adapted to exchange data between said radiating cable and said mobile body by transmitting by said radiating cable or said communication element an electromagnetic signal encoding said data and then receiving said electromagnetic signal by said communication element or said cable radiating, the communication link between said radiating cable and said communication element resting on a magnetic coupling,
  • said installation comprising at least one optical fiber intended to carry an optical signal coding said data
  • said radiating cable and said communication element being further farthest a distance equal to twice the wavelength of said electromagnetic signal.
  • the electrical conductor and the optical fiber may be integral to form a unitary assembly, in particular depending on the physical deployment mode along the path. They can thus stand together for certain modes of air deployment or by rail clipping, or separate in the case of deployment in underground ducts or surface gutters.
  • Said communication element may comprise a magnetic field sensor of said electromagnetic signal, in order to be able to decode said electromagnetic signal to extract said data.
  • the frequency of the electromagnetic signals can be between 1 and 100 MHz.
  • the installation may comprise at least one injector connected to said radiating cable and making it possible to convert at least a portion of said optical signal into an electromagnetic signal which is injected into said radiating cable and then radiated by the latter.
  • the installation may comprise several injectors, the portion of said communication installation between two injectors forming a section, said movable body comprising at least two communication elements so that said electromagnetic signal is constantly transmitted and received during a change of section.
  • the installation may comprise a synchronization apparatus connected to said two communication elements for detecting said electromagnetic signal in order to extract said data.
  • Said radiating cable may comprise a power supply cable extending along said electrical conductor and intended to carry electrical power for the supply of one or more appliances, said electrical conductor and power cable being able to be secured in order to to form a unitary whole.
  • Said radiating cable may be at least partially buried along said path.
  • the radiating cable typically consists of a coaxial cable comprising at least three concentric layers, the first layer of which is formed by a first conductive material located in the center of said radiating cable and forms the central conductor, said first layer being surrounded by a second layer formed an insulating material, itself surrounded by a third layer consisting of a second circular electrical conductor, called the outer conductor.
  • Said external electrical conductor is perforated so as to radiate the electromagnetic signal propagating along said radiating cable, respectively receive electromagnetic signals coming from outside the cable.
  • the radiating cable may comprise aluminum.
  • the installation may comprise means for fixing the cable radiating to the track.
  • the track may be a railway track and the fastening means may comprise clipping means.
  • the invention also relates to a method of data exchange between a mobile body having a communication element and moving along a path and a radiating cable extending along said path, said method comprising a step of encoding the data into an electromagnetic signal, the magnetic component of said electromagnetic signal being picked up and processed to decode said electromagnetic signal in order to extract said data.
  • said radiating cable or said communication element emits along said channel said electromagnetic signal which is received by said communication element or said radiating cable, said radiating cable and said communication element being at most distant a distance equal to twice the wavelength of said electromagnetic signal, and prior to encoding the data into an electromagnetic signal, said data is encoded into an optical signal, said radiating cable may comprise an optical fiber enabling said optical signal to propagate along said radiating cable.
  • the method may comprise a step of injecting said electromagnetic signal during which at least a portion of said optical signal is converted into an electromagnetic signal which is injected into said radiating cable and then radiated by the latter.
  • Said electromagnetic signal can be received by at least two communication elements. These communication elements can be connected to a synchronization apparatus for decoding said electromagnetic signal in order to extract said data.
  • FIG. 1 schematically illustrates a railway example of mobile communication according to the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates another railway example of a mobile communication installation according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an example of a radiating cable
  • FIG. 4 is a detailed view of a railway example of mobile communication according to the invention.
  • FIG. 1 An example of a mobile communication installation 1 is illustrated in a general manner in FIG. 1. It is a facility 1 intended for a railway application. This example is presented in an illustrative and nonlimiting manner, the installation 1 according to the invention concerning any field of transport or displacement. For reasons of simplicity, the remainder of the description will focus on this example which constitutes the preferred embodiment of the invention.
  • the mobile communication installation 1 comprises a mobile body 2 moving along a track 3.
  • This mobile body may be a train 20, as shown in FIG. 1, but may also be a car, a bus, a subway train, a tram, a barge or any other moving body 2 traveling along a track 3.
  • the track 3 forms a predetermined path, which defines a specific path to be followed by the moving body 2.
  • the track 3 can for example consist of a railway track with rails 4, or a road (highway in particular) or a channel (or a river).
  • Lane 3 is defined as the place along which moving body 2 is forced to move.
  • the movable body 2 according to the invention is equipped with a communication element 5 which can emit and receive electromagnetic signals.
  • an electromagnetic signal is a signal having a main frequency and having an electrical component and a magnetic component.
  • This communication element 5 is preferably adapted to process (that is to say transmit and receive) an electromagnetic signal which is in the form of radio waves whose frequency is between 1 MHz and 100 MHz, and of preferably between 3 MHz and 30 MHz, such a signal being generally referred to as "shortwave".
  • shortwave an electromagnetic signal which is in the form of radio waves whose frequency is between 1 MHz and 100 MHz, and of preferably between 3 MHz and 30 MHz, such a signal being generally referred to as "shortwave".
  • the communication installation 1 also comprises a radiating cable 10 extending along said path 3, said radiating cable 10 comprising an electrical conductor 14 and able to emit and receive electromagnetic signals via said electrical conductor 14 along said path 3.
  • the radiating cable 10 allows the electromagnetic signal propagating therein between its ends to also be radiated along the cable 10, towards the outside of the latter.
  • any signal emitted by the cable 10 is sufficiently intense to be received at each point along the channel 3.
  • the mobile communication installation 1 is designed to exchange data between said radiating cable 10 and said mobile body 2 by emission by said radiating cable 10 or by said communication element 5 of an electromagnetic signal coding said data then reception of said electromagnetic signal by said communication element 5 or by said radiating cable 10.
  • data designates any entity that contains information, such as, for example, without limitation, data computer, voice data during a telephone exchange or data encoding television or radio.
  • the coding of the data into an electromagnetic signal is particularly conventional in telecommunications and can take various forms as is well known as such.
  • the invention thus lies in particular in the ability of each of the two elements (radiating cable 10 and mobile body 2) to receive an electromagnetic signal from the other element and to emit a signal of sufficient intensity to be received by the other element.
  • data for example from the Internet
  • This signal propagates along the radiating cable 10 and is also radiated through and along the cable 10.
  • the signal radiated by the cable 10 is received by the communication element 5.
  • the data can then pass from the radiating cable 10 to the communication element 5.
  • Data can also go the opposite way.
  • the communication with the mobile body 2 operates through this data exchange. Since the electromagnetic signal is radiated all along the cable 10, the communication with the mobile body 2 is possible on the whole of the channel 3.
  • the mobile body 2 therefore moves while receiving continuously the signal from the radiating cable 10 and all by continuously emitting an electromagnetic signal receivable by the cable 10. Once received by said communication element 5, the electromagnetic signal is decoded to provide the data to the end users. These end users may be passengers or machines that require access to a network.
  • the data distribution system within the mobile body 2 is performed with conventional means of communication, such as for example the deployment of a Wi-Fi network or an Ethernet network within the mobile body 2.
  • the radiating cable 10 and said communication element 5 are at most distant by a distance equal to twice the wavelength of said electromagnetic signal.
  • the communication element 5 and the radiating cable 10 communicate with an electromagnetic signal received in the near field.
  • the near field is the field radiated by an emitter of electromagnetic waves when one is close to the latter, or more precisely at a distance less than twice the wavelength of the electromagnetic signal.
  • the The electromagnetic signal has the particularity of having a majority magnetic component with respect to the electrical component.
  • the communication element 5 advantageously comprises a device for measuring the magnetic field 6 of said electromagnetic signal, in order to be able to decode said electromagnetic signal to extract said data.
  • Said magnetic field measuring device 6 is thus designed to capture the magnetic component of said electromagnetic signal and process it to convert it into data. Therefore, in this preferred embodiment, the connection between the mobile body 2 and the radiating cable 10 is mainly an electromagnetic coupling. Most known telecommunications are carried out in the far field, which corresponds to receiving the electromagnetic signal at a distance greater than 2D 2 / A from the transmitter (where D represents the characteristic dimension of the transmitter and ⁇ and the length wave). The measurement (and even the simple capture) of the magnetic component is almost useless in the far field because the electrical component is very much in this situation. Communicating with near-field electromagnetic waves has many advantages, which are listed below.
  • the near-field communication does not need to transmit at a high power because the receiver is close to the transmitter. This avoids creating strong electromagnetic emission zones close to the transmitter, which can be dangerous.
  • many devices emit electromagnetic waves that will ultimately interfere with each other which can be harmful to telecommunications by generating a high rate of errors in the decoding of data.
  • the near field interferes weakly with the external field present. Working in the near field can greatly reduce this interference and thus ensure the quality of data transmitted.
  • the use of the near field also implies that the system operates with waves whose wavelength is relatively large to prevent the communication element 5 and the radiating cable 10 from being too close. Indeed, too much proximity between the cable 10 and the communication element 5 can be dangerous and difficult to manage during the passage of the train 20 for example.
  • the invention preferably implements an electromagnetic signal whose frequency is between 100 kHz and 1 GHz, or more preferably between 1 MHz and 100 MHz, which corresponds to a wavelength of between 3 and 300 m. .
  • This frequency domain is that of short waves. Short waves propagate very easily in the atmosphere, which can lead to interferences.
  • the combined use of shortwave and near-field remission / reception, particularly using a magnetic field measuring device 6 to capture the magnetic component of the transmitted signal and process it to extract data, is an original feature of the invention that makes it possible to respond to the problem of mobile communication at high speed.
  • the short waves have the advantage of less attenuate during their propagation than a signal of higher frequency.
  • the radiating cable 10, and more precisely its electrical conductor 14 has, at the frequency of 30 MHz, a linear attenuation of the order of only 5 dB / km and a coupling loss at 2 m no greater than a loss. coupling at 30 MHz between 55 and 65 dB.
  • the ohmic resistance of said electrical conductor is of the order of 1 Ohm / km, in order to be able to carry, besides said electromagnetic signal, a supply current (for example a direct current of voltage equal to 48 V) as explained in details below.
  • Short waves are also less sensitive to the Doppler effect because the frequency shift due to the Doppler effect depends on the frequency of the electromagnetic signal. Shortwave being by definition of high frequency, they therefore constitute an ideal support for conveying information to a mobile body 2. In addition, the shortwave is only slightly attenuated by the crossing of solids.
  • the cable 10 according to the invention can therefore be at least partially buried along said path 3, because the waves propagate despite the earth the covering this allows the remote functional connection with the communication element 5. This characteristic (burial of the cable 10 under the channel 3, or staple of the cable 10 to the rails of the channel 3) can avoid certain failures due to the fall of the cable 10 for example.
  • the element of communication 5 will then be advantageously disposed under the movable body 2 (which is a train for example). It is of course entirely conceivable for the cable 10 to be installed overhead, that is to say at an altitude higher than that of the track 3, by means of a suitable infrastructure (poles or other ), to meet the operating requirements of certain applications (tramway, bus, etc.).
  • the installation includes at least one fiber optical 11 for carrying an optical signal encoding said data.
  • said radiating cable 10 comprises said optical fiber 11, which advantageously extends along the electrical conductor 14 in order to carry said signal encoding said data.
  • Said electrical conductor 14 and optical fiber 11 may be integral to form a unitary assembly for certain deployment modes such as rail clipping.
  • the optical fiber 11 is in an off-center position and contiguous to the radiating cable 10.
  • the installation includes in practice as many optical fibers as necessary, in order to achieve the required performances, in particular with respect to the flow rate . For example, for a track 3 of about 500 km long, a minimum number of 14 pairs of optical fibers is to be expected (a pair to equip about 80 km). In practice, the installation will therefore advantageously include at least one pair of optical fibers.
  • the mobile communication installation 1 comprises at least one injector 7 for converting at least a portion of said optical signal into an electromagnetic signal which is injected into said radiating cable 10 and then radiated by the latter.
  • the injector 7 is arranged along the path 3 so as to compensate for the losses induced by the transport of the electromagnetic signal along the radiating cable 10. Part of the optically encoded data is recoded into an electromagnetic signal at the level of the electromagnetic signal. injector 7 to be subsequently radiated by the radiating cable 10. The injection thus allows to introduce a sufficient energy level to allow the cable 10 to emit at a level sufficient for the signal to be received by the element of communication 5.
  • the cable 10 according to the invention not only makes it possible to emit and receive an electromagnetic wave along the channel 3 thanks to its radiating part, but can also transport over very long distances data without loss of energy. significant thanks to the optical fiber 11.
  • the injector 7 also makes it possible to transfer part of the data contained in the electromagnetic signal into an optical signal.
  • This data corresponds to the data sent by the user to the network. Indeed, for there to be a data exchange between the outside and the moving body 2, it is necessary that the communication element 5 can also emit electromagnetic waves to said cable. The latter is then connected to an external network, advantageously using the optical fiber 11.
  • the mobile communication installation 1 comprises several injectors 7 mutually separated by a distance d, the part of said communication installation 1 between two injectors 7 forming a section 21.
  • the distance d of a section 21 is advantageously the maximum distance (called attenuation distance) from which the signal is no longer transmitted by the radiating cable 10 with enough intensity towards the communication element 5 so that the latter can receive it adequately. It is therefore necessary to inject again, at the end of the section 21, the signal at a higher energy level within the radiating cable 10.
  • the injector 7 transfers part of the optically coded data in an electromagnetic signal having a sufficient energy level so that it can be radiated over the entire next section 21, that is to say over the entire length d of said next section.
  • the injector 7 thus plays, in addition to its role of converting the optical signal into an electromagnetic signal, a role of amplification of the signal.
  • the injector 7 thus forms an opto-magnetic injector-converter.
  • the injectors 7 can be separated by a distance equal to twice the attenuation length d.
  • each injector 7 transfers, in the form of an electromagnetic signal, the optically coded data in the two branches to which it is connected, upstream and downstream of the channel 3.
  • This injected signal will be attenuated at the end. from a distance d, but the next injector 7 allowed the signal to be injected in the other direction.
  • the signal is sufficiently radiated.
  • the place where the transmission power is minimal is, according to this variant, towards the middle of the section 21.
  • the communication installation 1 is advantageously formed of a plurality of length segments d, arranged one behind the other, in line, as illustrated.
  • the optical fiber 11 present within the radiating cable 10 can carry data which is then radiated on several sections 21.
  • the optical fiber 11 may for example contain an information rate ten times greater than that which can be radiated by the This value is for illustrative purposes and does not limit the scope of the invention to a particular type of optical fiber.
  • only one tenth of the data contained in the optical signal is transferred at each injector 7 to the cable 10 in an electromagnetic signal to be radiated.
  • the optical fiber 11 therefore carries data that will be radiated over a length equal to ten times the length d.
  • the communication facility 1 extend over a distance greater than ten times the length d, it is necessary to have another optical fiber 11 to carry data for the sections ten to twenty.
  • the number of optical fibers 11 in the cable 10 depends on the possible data rates that can be transported with the electrical conductor 14 and also the distance d which is itself a function of the attenuation characteristics of the electromagnetic signal when of its propagation in the electrical conductor 14.
  • the mobile body 2 comprises two separate communication elements 5. a distance L so that said electromagnetic signal is constantly transmitted and received during a change of section 21.
  • the communication element 5 when it is at the level of the injector 7, it receives a signal radiated by the party the cable 10 disposed upstream of the injector 7 and a signal, advantageously different, radiated by the portion of the cable disposed downstream of the injector 7.
  • a second communication element 5 away from a distance L of the first is on the movable body 2 a second communication element 5 away from a distance L of the first.
  • this distance is maximum given the dimensions of the movable body 2, with for example a first communication element 5A disposed at the front of the movable body 2 and a second communication element 5B disposed at the rear. This allows the second communication element 5B to receive an electromagnetic signal that can be decoded without error.
  • the mobile communication installation 1 comprises a synchronization apparatus 8 connected to said two communication elements 5A, 5B for decoding said electromagnetic signal in order to extract said data.
  • This apparatus 8 derives from the fact that necessarily at least one of the two communication elements 5A, 5B receives an easily decodable signal, as previously described. Having two communication elements 5 also makes it possible to avoid possible decoding errors.
  • the radiating cable 10 comprises a power supply cable 16 extending along said electrical conductor 14 and intended to carry electrical power for the supply of one or more apparatuses, said electrical conductor 14 and power cable 16 being integral in order to form a unitary unit.
  • the installation is designed so that the conductor 14 (which is made of copper or preferably aluminum) ensures both the transport of the electromagnetic signal and the transport of the electric supply current (which is preferably a direct current with a voltage of 48V). In this case, the electrical conductor 14 and the power supply cable 16 are merged.
  • the cable 10 and more precisely the electrical conductor 14 (or the power supply cable 16, if it is separate from said conductor 14) carries an electric current of 48 volts, d an intensity adapted to the active injection equipment (injectors 7), to their number and to the ohmic resistance of the electrical conductor 14 (or of the cable 16 if it is distinct from the conductor 14).
  • injectors 7 distributed over a very long distance can all be powered, despite the energy losses due to the propagation along the cable 10.
  • the installation 1 may in particular allow a connection of users to the Internet or may for example allow them to
  • the installation 1 according to the invention can also allow a precise location of the trains, the location data can easily be transported to a rail traffic management center. This guarantees transport security and provides real-time traffic information, which for example makes it possible to avoid a collision between different trains in the event of a train failure in the middle of the track.
  • FIG. 3 An example of a radiating cable implemented in the installation 1 is generally illustrated in FIG. 3. It comprises an electrical conductor 14 and is designed to emit and receive electromagnetic signals by means of said electrical conductor 14. The exchange of data between the radiating cable 10 and the communication element 5 is therefore possible thanks to the presence of this electrical conductor 14.
  • the electrical conductor 14 is surrounded by an insulating sheath perforated at regular intervals so as to easily let the electromagnetic radiation emitted by said conductor 14, said electromagnetic radiation being produced by the propagation of the electromagnetic signal along said radiating cable 10.
  • These perforations may be in the form of holes or slots. The shape and size of these perforations are optimized according to the electromagnetic signal to be radiated.
  • said electromagnetic signals have a frequency of less than 1 GHz, or more preferably less than 100 MHz.
  • the design of the radiating cable 10 enables it to be particularly adapted to short-wave transmission / reception.
  • the cable 10 comprises aluminum.
  • Aluminum may constitute all or part of the conductive elements present in the radiating cable 10, in particular the conductor 14. This material proves to be particularly a good conductor for the signals used and its low cost price reduces the cost price of the radiating cable 10 in comparison with conventional copper cables.
  • the radiating cable 10 according to the invention comprises at least one optical fiber 11 extending along said conductor 14 and intended to carry an optical signal. It provides the function of transporting data that is encoded in optical form. This This mode of transport has the advantage of weakly attenuating the signal and thus of being able to transport the latter over very great distances without requiring an additional supply of energy.
  • the radiating cable 10 also comprises a power supply cable 16 extending along said conductor 14 and intended to carry electric power for the supply of one or more devices.
  • the power cable is used to power systems fighting against the attenuation of the signal carried along the radiating cable 10. This avoids the deployment of additional electrical cables for the power supply of these devices.
  • the injectors 7 as described above are supplied with energy using this power cable 16, which is advantageously merged with the electrical conductor 14.
  • Said electrical conductor 14, optical fiber 11 and power cable 16 are integral to form a unitary unit.
  • the various functions, namely the radiation, the data transport with a low attenuation and the transport of electrical energy are grouped in one and the same cable. This facilitates the installation of the communication installation according to the invention as described above.
  • the radiating cable 10 is formed of a coaxial cable comprising at least three concentric layers whose first layer is formed by a first conductive material at the center of said radiating cable 10.
  • the first layer is advantageously formed by a hollow central conductor 12. It is surrounded by a second layer formed of an insulating material 13. Many plastics can confer sufficient insulation properties, such as polyethylene for example.
  • the third layer is itself surrounded by a third conductive layer forming said electrical conductor 14.
  • the radiating cable 10 is also provided with a supporting structure 15 of steel formed for example by a thick wire which supports the weight of the radiating cable 10.
  • the supporting structure 15 is attached to the outer layer of the cable 10 in order to be able to to be suspended. This makes it easy to hang the cable without the risk of damaging its radiating part.
  • the radiating cable 10 may be fixed to the rail 4, in particular by clipping, for example by means of flanges 22 of stainless steel inserted at regular intervals.
  • This fixing of the cable 10 to the rail makes it possible to install the cable 10 when there is no adequate pipe nearby. It also has an anti-theft action and allows a greater proximity between the cable 10 and the mobile antenna.
  • the invention also relates to a method of data exchange, said method being advantageously intended to be implemented by means of the mobile communication installation 1 described above.
  • the entire description of the installation 1 and its operation is therefore also valid for the process.
  • the invention relates to a method for exchanging data between a mobile body 2 equipped with a communication element 5 and moving along a channel 3.
  • the method comprises a step of coding the data in one electromagnetic signal, as is conventionally done in the field of telecommunications.
  • said data is encoded into an optical signal, said radiating cable 10 comprising an optical fiber 11 enabling said optical signal to propagate along said radiating cable 10.
  • an optical signal can be transported through an optical fiber 11 with a very low attenuation over tens or hundreds of kilometers.
  • the method preferably comprises a step of injecting said electromagnetic signal during which at least a portion of said optical signal is converted into an electromagnetic signal which is injected into said radiating cable and then radiated by the latter.
  • Said radiating cable 10 or said communication element 5 emits along said channel 3 the electromagnetic signal which is received by said communication element 5 or said radiating cable 10, said cable radiating 10 and said communication element 5 being farthest away from a distance equal to twice the wavelength of said electromagnetic signal.
  • This data exchange thus allows the mobile body 2 to communicate with the outside.
  • the cable 10 can be connected to any type of network (telephony, Internet, television, etc.).
  • the distance between the communication element 5 and the cable 10 implies that the communication takes place in the near field, as has been previously described.
  • the method preferably comprises a step during which the magnetic component of said electromagnetic signal is sensed and processed (in particular by appropriate measurements) to decode said electromagnetic signal in order to extract said data.
  • the communication link between the cable 10 and the mobile body 2 advantageously rests on a magnetic coupling.
  • the near field actually has the characteristic that the majority of the energy of the electromagnetic signal is in magnetic form.
  • said electromagnetic signal is received by at least two communication elements 5A, 5B separated by a distance L in order to obtain good quality reception of the electromagnetic signal coming from the cable 10. This also has advantages when passing nearby. injectors 7 where the signal emitted by the radiating cable 10 can be difficult to decode, as explained above.
  • the method according to the invention preferably comprises a step during which said communication elements 5 are connected to a synchronization apparatus 8 for decoding said electromagnetic signal in order to extract said data therefrom. This apparatus 8 thus has the ability to simultaneously process the two electromagnetic signals so as to decode optimally the data encoded in this signal.
  • the communication installation 1, the radiating cable 10 and the method according to the invention represent an optimal solution, easy and quick to implement, for the high-speed communication between a mobile body 2 in motion and the conventional communication networks. .
  • the invention rests, in its preferred embodiment, on the implementation of a near-field communication with opto-magnetic coupling, in which:
  • a signal for example digital IP or analog radio frequency, modulated in digital
  • This signal is converted into a shortwave radio signal and is injected (through the injectors 7) in an electrical conductor (conductor 14) which will radiate said signal between said first and second points, at which the injectors 7 are arranged;
  • the communication element 5 will capture and process the magnetic component (through a magnetic loop coupled to the radiation of the electrical conductor 14) of said shortwave radio signal to decode the information and data contained therein.

Abstract

L'invention a pour objet une installation de communication mobile (1), caractérisée en ce qu'elle comprend: un corps mobile (2) doté d'un élément de communication (5) pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques, ledit corps mobile (2) se déplaçant le long d'une voie (3), un câble rayonnant (10) s'étendant le long de ladite voie (3), ledit câble rayonnant (10) comprenant un conducteur électrique (14) et pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques par l'intermédiaire dudit conducteur électrique (14) le long de ladite voie (3), ladite installation (1) étant conçue pour échanger des données entre ledit câble rayonnant (10) et ledit corps mobile (2) par émission par ledit câble rayonnant (10) ou par ledit élément de communication (5) d'un signal électromagnétique codant lesdites données puis réception dudit signal électromagnétique par ledit élément de communication (5) ou par ledit câble rayonnant (10), la liaison de communication entre ledit câble rayonnant (10) et ledit élément de communication (5) reposant sur un couplage magnétique, ladite installation (1) comprenant au moins une fibre optique (11) destinée à transporter un signal optique codant lesdites données, ledit câble rayonnant (10) et ledit élément de communication (5) étant en outre au plus éloignés d'une distance égale au double de la longueur d'onde dudit signal électromagnétique.

Description

I NSTALLATI ON DE COMMUNI CATI ON MOBI LE ET PROCEDE D'ECHANGE
DE DONNEES AFFERENT
La présente invention concerne le domaine des télécommunications et concerne plus particulièrement le domaine des équipements de télécommunication mobile.
La présente invention concerne plus précisément une installation de communication mobile comprenant :
- un corps mobile doté d'un élément de communication pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques, ledit corps mobile se déplaçant le long d'une voie,
- un câble rayonnant s'étendant le long de ladite voie, ledit câble rayonnant comprenant un conducteur électrique et pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques par l'intermédiaire dudit conducteur électrique le long de ladite voie,
ladite installation étant conçue pour échanger des données entre ledit câble rayonnant et ledit corps mobile par émission par ledit câble rayonnant ou par ledit élément de communication d'un signal électromagnétique codant lesdites données puis réception dudit signal électromagnétique par ledit élément de communication ou par ledit câble rayonnant.
La présente invention concerne également un procédé d'échange de données entre un corps mobile doté d'un élément de communication et se déplaçant le long d'une voie et un câble rayonnant s'étendant le long de ladite voie, ledit procédé comportant une étape de codage des données en un signal électromagnétique.
Le développement des télécommunications a pour conséquence une demande toujours plus accrue de la part des utilisateurs d'une connexion permanente à un réseau permettant d'échanger des données, tels que l'Internet ou le réseau téléphonique. Cette connexion doit pouvoir donner accès à un débit de données relativement important, compte tenu des usages actuels (visionnage de vidéos en flux continu, etc.). Il devient donc nécessaire de développer des solutions techniques pour répondre à cette exigence de connexion permanente et à haut débit.
Certaines situations peuvent s'avérer complexes pour l'échange de données, comme lorsqu'on se déplace à grande vitesse, en train ou en métro par exemple. En effet, la transmission de données s'effectue habituellement à l'aide de signaux électromagnétiques codant les données et qui sont émis par des antennes disséminées sur la surface terrestre (communication non satellitaire). Recevoir en se déplaçant un signal émis d'un point fixe va engendrer des différences de fréquences entre le signal émis et le signal reçu : il s'agit de l'effet Doppler. Si ces différences sont trop importantes, il ne sera plus possible d'extraire les données codées dans le signal. Ce problème est d'autant plus présent que la vitesse de déplacement est importante. Ainsi, cette problématique affecte directement les moyens de transport terrestres rapides, tels que les trains à grande vitesse.
Par ailleurs, certains moyens de transport, comme les trains, s'avèrent être des objets imperméables à de nombreuses ondes électromagnétiques. Les structures métalliques ainsi que certaines vitres dont la surface est recouverte d'un dépôt métallique agissent comme un filtre ou un miroir à l'égard des ondes électromagnétiques. Il est donc nécessaire d'utiliser un niveau d'émission d'ondes électromagnétiques particulièrement important pour que la transmission du signal électromagnétique soit possible. Or, une telle intensité peut s'avérer dangereuse à proximité de l'antenne d'émission.
Ces deux problèmes que sont l'effet Doppler et la difficulté de transmission des ondes électromagnétiques rendent l'utilisation du réseau de téléphone mobile classique inefficace dans certaines situations. En effet, les bandes de fréquence employées induisent un décalage en fréquence, dû à l'effet Doppler, trop important pour pouvoir échanger des données à un débit important lors d'un déplacement à vitesse élevé, comme celui effectué par un train à grande vitesse. Ces bandes de fréquence ne permettent pas non plus de traverser convenablement de nombreux matériaux, comme ceux formant les voitures des trains à grande vitesse.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle propose en particulier une installation de communication mobile qui permet d'échanger des données avec un corps à un débit important et dont le coût est modéré, et notamment un corps mobile se déplaçant à vitesse élevée, et avec des pertes de signal réduites, de manière à permettre une communication fiable et à haut débit avec un corps mobile.
L'invention propose également un procédé de d'échange de données permettant de communiquer un débit important de données à un corps mobile, sur de longues distances et avec des pertes de signal réduites.
L'invention a ainsi pour objet une installation de communication mobile.
L'installation selon l'invention comprend :
- un corps mobile doté d'un élément de communication pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques, ledit corps mobile se déplaçant le long d'une voie,
- un câble rayonnant s'étendant le long de ladite voie, ledit câble rayonnant comprenant un conducteur électrique et pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques par l'intermédiaire dudit conducteur électrique le long de ladite voie,
ladite installation étant conçue pour échanger des données entre ledit câble rayonnant et ledit corps mobile par émission par ledit câble rayonnant ou par ledit élément de communication d'un signal électromagnétique codant lesdites données puis réception dudit signal électromagnétique par ledit élément de communication ou par ledit câble rayonnant, la liaison de communication entre ledit câble rayonnant et ledit élément de communication reposant sur un couplage magnétique,
ladite installation comprenant au moins une fibre optique destinée à transporter un signal optique codant lesdites données,
ledit câble rayonnant et ledit élément de communication étant en outre au plus éloignés d'une distance égale au double de la longueur d'onde dudit signal électromagnétique.
Le conducteur électrique et la fibre optique peuvent être solidaires afin de former un ensemble unitaire, notamment en fonction du mode de déploiement physique le long de la voie. Ils peuvent ainsi être solidaires pour certains modes de déploiement aérien ou par clippage au rail, ou distincts en cas de déploiement dans des fourreaux souterrains ou des caniveaux de surface.
Ledit élément de communication peut comprendre un capteur du champ magnétique dudit signal électromagnétique, afin de pouvoir décoder ledit signal électromagnétique pour en extraire lesdites données.
La fréquence des signaux électromagnétiques peut être comprise entre 1 et 100 MHz.
L'installation peut comprendre au moins un injecteur relié audit câble rayonnant et permettant de convertir au moins une partie dudit signal optique en un signal électromagnétique qui est injecté dans ledit câble rayonnant puis rayonné par ce dernier.
L'installation peut comprendre plusieurs injecteurs, la partie de ladite installation de communication entre deux injecteurs formant un tronçon, ledit corps mobile comprenant au moins deux éléments de communication afin que ledit signal électromagnétique soit constamment émis et reçu lors d'un changement de tronçon.
L'installation peut comprendre un appareil de synchronisation branché auxdits deux éléments de communication pour détecter ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données.
Ledit câble rayonnant peut comprendre un câble d'alimentation électrique s'étendant le long dudit conducteur électrique et destiné à transporter du courant électrique permettant l'alimentation d'un ou plusieurs appareils, lesdits conducteur électrique et câble d'alimentation pouvant être solidaires afin de former un ensemble unitaire.
Ledit câble rayonnant peut être au moins en partie enterré le long de ladite voie.
Le câble rayonnant est typiquement constitué d'un câble coaxial comprenant au moins trois couches concentriques dont la première couche est formée par un premier matériau conducteur situé au centre dudit câble rayonnant et forme le conducteur central, ladite première couche étant entourée par une seconde couche formée d'un matériau isolant, elle-même entourée d'une troisième couche constituée d'un second conducteur électrique circulaire, appelé conducteur extérieur.
Ledit conducteur électrique extérieur est perforé de manière à pouvoir rayonner le signal électromagnétique se propageant le long dudit câble rayonnant, respectivement recevoir des signaux électromagnétiques venant de l'extérieur du câble.
Le câble rayonnant peut comprendre de l'aluminium.
L'installation peut comprendre des moyens de fixation du câble rayonnant à la voie.
La voie peut être une voie de chemin de fer et les moyens de fixation peuvent comprendre des moyens de clippage.
L'invention a également pour objet un procédé d'échange de données entre un corps mobile doté d'un élément de communication et se déplaçant le long d'une voie et un câble rayonnant s'étendant le long de ladite voie, ledit procédé comportant une étape de codage des données en un signal électromagnétique, la composante magnétique dudit signal électromagnétique étant captée et traitée pour décoder ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données.
Dans le procédé selon l'invention, ledit câble rayonnant ou ledit élément de communication émet le long de ladite voie ledit signal électromagnétique qui est réceptionné par ledit élément de communication ou ledit câble rayonnant, ledit câble rayonnant et ledit élément de communication étant au plus éloignés d'une distance égale au double de la longueur d'onde dudit signal électromagnétique, et préalablement au codage des données en un signal électromagnétique, lesdites données sont codées en un signal optique, ledit câble rayonnant pouvant comprendre une fibre optique permettant audit signal optique de se propager le long dudit câble rayonnant.
Le procédé peut comporter une étape d'injection dudit signal électromagnétique au cours de laquelle au moins une partie dudit signal optique est convertie en un signal électromagnétique qui est injecté dans ledit câble rayonnant puis rayonné par ce dernier.
Ledit signal électromagnétique peut être réceptionné par au moins deux éléments de communication. On peut brancher lesdits éléments de communication à un appareil de synchronisation pour décoder ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement un exemple ferroviaire de communication mobile selon l'invention,
- la figure 2 illustre schématiquement un autre exemple ferroviaire d'installation de communication mobile selon l'invention,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'un exemple de câble rayonnant, et
- la figure 4 est une vue de détail d'un exemple ferroviaire de communication mobile selon l'invention.
Un exemple d'installation de communication mobile 1 est illustré de manière générale à la figure 1. Il s'agit d'une installation 1 destinée à une application ferroviaire. Cet exemple est présenté de manière illustrative et non limitative, l'installation 1 selon l'invention concernant tout domaine de transport ou de déplacement. Pour des questions de simplicité, la suite de la description sera centrée sur cet exemple qui constitue la réalisation préférentielle de l'invention.
L'installation de communication mobile 1 comprend un corps mobile 2 se déplaçant le long d'une voie 3. Ce corps mobile peut être un train 20, comme cela est représenté sur la figure 1, mais peut également être une voiture, un bus, une rame de métro, un tramway, une péniche ou tout autre corps mobile 2 se déplaçant le long d'une voie 3. La voie 3 forme un chemin prédéterminé, qui définit un trajet spécifique à suivre par le corps mobile 2. La voie 3 peut par exemple consister en une voie de chemin de fer avec des rails 4, ou en une route (autoroute en particulier) ou encore en un canal (ou une voie fluviale). La voie 3 est définie comme le lieu le long duquel le corps mobile 2 est contraint de se déplacer. Le corps mobile 2 selon l'invention est doté d'un élément de communication 5 pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques.
Au sens de l'invention, un signal électromagnétique est un signal présentant une fréquence principale et ayant une composante électrique et une composante magnétique. Cet élément de communication 5 est de préférence adapté pour traiter (c'est-à-dire émettre et recevoir) un signal électromagnétique qui se présente sous la forme d'ondes radio dont la fréquence est comprise entre 1 MHz et 100 MHz, et de préférence entre 3 MHz et 30 MHz, un tel signal étant généralement désigné par l'appellation « ondes courtes ». Le recours à un signal à ondes courtes présente divers avantages qui ressortiront de ce qui suit.
L'installation de communication 1 selon l'invention comprend également un câble rayonnant 10 s'étendant le long de ladite voie 3, ledit câble rayonnant 10 comprenant un conducteur électrique 14 et pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques par l'intermédiaire dudit conducteur électrique 14 le long de ladite voie 3. Le câble rayonnant 10 permet au signal électromagnétique se propageant en son sein entre ses extrémités d'être également rayonné le long du câble 10, vers l'extérieur de ce dernier. En tout point de la voie 3, il est possible de réceptionner le signal émis par le câble rayonnant 10 dans un cadre classique de communication par l'intermédiaire d'ondes électromagnétiques. Réciproquement, tout signal émis par le câble 10 est suffisamment intense pour être réceptionné en chaque point le long de la voie 3.
L'installation de communication mobile 1 selon l'invention est conçue pour échanger des données entre ledit câble rayonnant 10 et ledit corps mobile 2 par émission par ledit câble rayonnant 10 ou par ledit élément de communication 5 d'un signal électromagnétique codant lesdites données puis réception dudit signal électromagnétique par ledit élément de communication 5 ou par ledit câble rayonnant 10. Au sens de l'invention, le terme « données » désigne toute entité qui contient de l'information, comme par exemple, à titre non limitatif, les données informatiques, les données de voix lors d'un échange téléphonique ou bien les données codant la télévision ou la radio. Le codage des données en un signal électromagnétique est particulièrement classique en télécommunication et peut revêtir diverses formes comme cela est bien connu en tant que tel.
L'invention réside donc en particulier dans la capacité de chacun des deux éléments (câble rayonnant 10 et corps mobile 2) à recevoir un signal électromagnétique provenant de l'autre élément ainsi qu'à émettre un signal d'intensité suffisante pour être reçu par l'autre élément. Ainsi, des données, provenant par exemple du réseau Internet, sont codées en un signal électromagnétique. Ce signal se propage le long du câble rayonnant 10 et est également rayonné au travers et le long du câble 10. Au niveau du corps mobile 2, le signal rayonné par le câble 10 est reçu par l'élément de communication 5. Les données peuvent alors passer du câble rayonnant 10 vers l'élément de communication 5. Des données peuvent également faire le chemin inverse. La communication avec le corps mobile 2 fonctionne par le biais de cet échange de données. Le signal électromagnétique étant rayonné tout le long du câble 10, la communication avec le corps mobile 2 est possible sur l'ensemble de la voie 3. Le corps mobile 2 se déplace donc tout en recevant continûment le signal issu du câble rayonnant 10 et tout en émettant continûment un signal électromagnétique pouvant être reçu par le câble 10. Une fois reçu par ledit élément de communication 5, le signal électromagnétique est décodé pour fournir les données aux utilisateurs finaux. Ces utilisateurs finaux peuvent être des passagers ou des machines qui nécessitent l'accès à un réseau. Le système de répartition de données au sein du corps mobile 2 s'effectue avec des moyens classiques de communication, comme par exemple le déploiement d'un réseau Wifi ou d'un réseau Ethernet au sein du corps mobile 2.
Conformément à l'invention, le câble rayonnant 10 et ledit élément de communication 5 sont au plus éloignés d'une distance égale au double de la longueur d'onde dudit signal électromagnétique. Dans cette configuration, l'élément de communication 5 et le câble rayonnant 10 communiquent avec un signal électromagnétique reçu en champ proche. Le champ proche est le champ rayonné par un émetteur d'ondes électromagnétiques lorsqu'on est à proximité de ce dernier, ou plus précisément à une distance inférieure à deux fois la longueur d'onde du signal électromagnétique. En champ proche, le signal électromagnétique présente la particularité d'avoir une composante magnétique majoritaire par rapport à la composante électrique. Ainsi, l'élément de communication 5 comprend avantageusement un appareil de mesure du champ magnétique 6 dudit signal électromagnétique, afin de pouvoir décoder ledit signal électromagnétique pour en extraire lesdites données. Ledit appareil de mesure du champ magnétique 6 est ainsi conçu pour capter la composante magnétique dudit signal électromagnétique et la traiter pour la convertir en données. Par conséquent, dans ce mode de réalisation préférentiel, la liaison entre le corps mobile 2 et le câble rayonnant 10 est majoritairement un couplage électromagnétique. La plupart des télécommunications connues s'effectuent en champ lointain, ce qui correspond à une réception du signal électromagnétique à une distance supérieure à 2D2/A de l'émetteur (où D représente la dimension caractéristique de l'émetteur et λ et la longueur d'onde). La mesure (et même la simple captation) de la composante magnétique s'avère quasi inutile en champ lointain car la composante électrique est très majoritaire dans cette situation. Communiquer à l'aide d'ondes électromagnétiques en champ proche présente de nombreux avantages qui sont listés ci-après.
La communication en champ proche ne nécessite pas d'émettre selon une puissance importante car le récepteur se trouve à proximité de l'émetteur. Ceci évite de créer à proximité de l'émetteur des zones d'émission électromagnétique forte qui peuvent s'avérer dangereuses. Par ailleurs, de nombreux appareils émettent des ondes électromagnétiques qui vont in fine interférer entre elles ce qui peut se révéler nuisible pour les télécommunications en générant un taux important d'erreurs dans le décodage des données. Le champ proche interfère de manière faible avec le champ extérieur présent. Travailler en champ proche permet donc de grandement diminuer ces interférences et ainsi s'assurer de la qualité des données transmises.
L'utilisation du champ proche implique également que le système fonctionne avec des ondes dont la longueur d'onde est relativement importante pour éviter que l'élément de communication 5 et le câble rayonnant 10 ne doivent être trop proches. En effet, une trop grande proximité entre le câble 10 et l'élément de communication 5 peut s'avérer dangereuse et difficile à gérer lors du passage du train 20 par exemple. Ainsi, l'invention met de préférence en œuvre un signal électromagnétique dont la fréquence est comprise entre 100 kHz et 1 GHz, ou plus préférentiellement entre 1 MHz et 100 MHz, ce qui correspond à une longueur d'onde comprise entre 3 et 300 m. Ce domaine de fréquence est celui des ondes courtes. Les ondes courtes se propagent très facilement dans l'atmosphère, ce qui peut poser notamment des problèmes d'interférences. En combinant cette utilisation des ondes courtes avec une mesure en champ proche, on évite cet écueil majeur sans que cela nécessite d'émettre une puissance très importante (qui de toute façon serait limitée par la réglementation). L'utilisation conjointe des ondes courtes et de rémission/réception en champ proche, à l'aide en particulier d'un appareil de mesure du champ magnétique 6 pour capter la composante magnétique du signal émis et la traiter pour en extraire des données, est une caractéristique originale de l'invention qui permet de répondre à la problématique de communication mobile à grande vitesse.
Par ailleurs, les ondes courtes présentent l'avantage de moins s'atténuer lors de leur propagation qu'un signal de plus haute fréquence. Avantageusement, le câble rayonnant 10, et plus précisément son conducteur électrique 14, présente, à la fréquence de 30 MHz, un affaiblissement linéique de l'ordre de seulement 5 dB/km et un affaiblissement de couplage à 2 m non supérieur à une perte de couplage à 30MHz comprise entre 55 et 65 dB. De préférence, la résistance ohmique dudit conducteur électrique est de l'ordre de 1 Ohm/km, afin de pouvoir transporter, outre ledit signal électromagnétique, un courant d'alimentation (par exemple un courant continu de tension égale à 48 V) comme expliqué en détails ci-après. Les ondes courtes sont également moins sensibles à l'effet Doppler, car le décalage en fréquence dû à l'effet Doppler dépend de la fréquence du signal électromagnétique. Les ondes courtes étant par définition de fréquence élevée, elles constituent donc un support idéal pour transporter de l'information vers un corps mobile 2. De plus, les ondes courtes ne sont que très peu atténuées par la traversée de solides. Le câble 10 selon l'invention peut donc être au moins en partie enterré le long de ladite voie 3, car les ondes se propagent malgré la terre le recouvrant ce qui permet la connexion fonctionnelle à distance avec l'élément de communication 5. Cette caractéristique (enterrement du câble 10 sous la voie 3, ou agrafage du câble 10 aux rails de la voie 3) peut éviter certaines pannes dues à la chute du câble 10 par exemple. Bien entendu, dans le cas où le câble 10 est disposé dans ou sous le plan de la voie 3 (en étant attaché aux rails ou aux traverses par exemple, si la voie 3 est une voie de chemin de fer), l'élément de communication 5 sera alors avantageusement disposé sous le corps mobile 2 (qui est un train par exemple). Il est bien entendu tout-à-fait envisageable que le câble 10 soit installé en aérien, c'est-à-dire à une altitude supérieure à celle de la voie 3, par l'intermédiaire d'une infrastructure adaptée (poteaux ou autre), pour répondre aux exigences d'exploitation de certaines applications (tramway, bus, etc.).
Bien que l'atténuation du signal électromagnétique lors de sa propagation le long du câble 10 soit minime, il est cependant préféré, afin de transporter le signal sur des distances particulièrement importantes (supérieures à 10 km) que l'installation inclue au moins une fibre optique 11 destinée à transporter un signal optique codant lesdites données. De préférence, ledit câble rayonnant 10 comprend ladite fibre optique 11 , laquelle s'étend avantageusement le long du conducteur électrique 14 afin de transporter ledit signal codant lesdites données. Lesdits conducteur électrique 14 et fibre optique 11 peuvent être solidaires afin de former un ensemble unitaire pour certains modes de déploiement tels que le clippage au rail. Dans ce cas, la fibre optique 11 est dans une position décentrée et jointive au câble rayonnant 10. Bien entendu, l'installation inclut en pratique autant de fibres optiques que nécessaire, afin d'atteindre les performances requises, notamment sur le plan du débit. Par exemple, pour une voie 3 longue d'environ 500 km, un nombre minimum de 14 paires de fibres optiques est à prévoir (une paire permettant d'équiper environ 80 km). En pratique, l'installation inclura donc avantageusement au moins une paire de fibres optiques.
Le transport d'un signal optique par une fibre optique n'induit que des pertes minimes, classiquement inférieures à 0,15 dB/km. On peut dès lors transporter, via la fibre optique 11, des données sur une très longue distance sans que cela ne nécessite de système particulier pour rehausser l'amplitude du signal. Par ailleurs, un signal optique peut transporter un débit de données particulièrement important, supérieur à celui que pourrait transporter le conducteur électrique 14. Il est dès lors avantageux de disposer d'un système pour transférer les données transportées par cette fibre optique 11 vers l'élément de communication 5. Avantageusement, l'installation de communication mobile 1 comprend au moins un injecteur 7 permettant de convertir au moins une partie dudit signal optique en un signal électromagnétique qui est injecté dans ledit câble rayonnant 10 puis rayonné par ce dernier. L'injecteur 7 est disposé le long de la voie 3 de façon à compenser les pertes induites par le transport du signal électromagnétique le long du câble rayonnant 10. Une partie des données codées de manière optique sont recodées en un signal électromagnétique au niveau de l'injecteur 7 pour être ensuite rayonnées par le câble rayonnant 10. L'injection permet ainsi d'introduire un niveau d'énergie suffisant pour permettre au câble 10 d'émettre à un niveau suffisant pour que le signal soit reçu par l'élément de communication 5. Le câble 10 selon l'invention permet non seulement d'émettre et de recevoir une onde électromagnétique le long de la voie 3 grâce à sa partie rayonnante, mais peut également transporter sur de très longues distances des données sans perte d'énergie significative grâce à la fibre optique 11.
Par ailleurs, l'injecteur 7 permet également de transférer une partie des données contenue dans le signal électromagnétique en un signal optique. Ces données correspondant aux données envoyées par l'utilisateur et à destination du réseau. En effet, pour qu'il puisse y avoir un échange de données entre l'extérieur et le corps mobile 2, il est nécessaire que l'élément de communication 5 puisse également émettre des ondes électromagnétiques vers ledit câble. Ce dernier est ensuite relié à un réseau extérieur, avantageusement à l'aide de la fibre optique 11.
De préférence, l'installation de communication mobile 1 selon l'invention comprend plusieurs injecteurs 7 séparés mutuellement d'une distance d, la partie de ladite installation de communication 1 entre deux injecteurs 7 formant un tronçon 21. La distance d d'un tronçon 21 est avantageusement la distance maximale (appelée distance d'atténuation) à partir de laquelle le signal n'est plus émis par le câble rayonnant 10 avec assez d'intensité vers l'élément de communication 5 pour que ce dernier puisse le réceptionner de façon adéquate. Il est donc nécessaire d'injecter de nouveau, à l'extrémité du tronçon 21 , le signal à un niveau d'énergie supérieur au sein du câble rayonnant 10. Ainsi, l'injecteur 7 transfère une partie des données codées de manière optique en un signal électromagnétique présentant un niveau d'énergie suffisant pour qu'il puisse être rayonné sur l'ensemble du tronçon 21 suivant, c'est-à-dire sur toute la longueur d dudit tronçon suivant. L'injecteur 7 joue donc, outre son rôle de convertisseur du signal optique en signal électromagnétique, un rôle d'amplification du signal. L'injecteur 7 forme ainsi un convertisseur-injecteur opto-magnétique. De manière alternative, les injecteurs 7 peuvent être séparés d'une distance égale à deux fois la longueur d'atténuation d. Dans cette configuration, chaque injecteur 7 transfère, sous la forme d'un signal électromagnétique, les données codées de manière optique dans les deux branches auxquelles il est relié, en amont et en aval de la voie 3. Ce signal injecté sera atténué au bout d'une distance d, mais l'injecteur 7 suivant aura permis au signal d'être injecté dans l'autre sens. Ainsi, tout au long de la voie 3, le signal est suffisamment rayonné. Le lieu où la puissance d'émission est minimale se situe, selon cette variante, vers le milieu du tronçon 21.
Ainsi, l'installation de communication 1 est avantageusement formée d'une pluralité de tronçons de longueur d, disposés les unes derrières les autres, en ligne, comme illustré. La fibre optique 11 présente au sein du câble rayonnant 10 peut transporter des données qui sont ensuite rayonnées sur plusieurs tronçons 21. En effet, la fibre optique 11 peut par exemple contenir un débit d'information dix fois supérieur à celui pouvant être rayonné par le câble 10. Cette valeur est donnée à titre illustratif et ne limite pas la portée de l'invention à un type de fibre optique 11 particulier. Dans cette situation, seul un dixième des données contenues dans le signal optique est transféré au niveau de chaque injecteur 7 vers le câble 10 en un signal électromagnétique destiné à être rayonné. La fibre optique 11 transporte donc des données qui vont être rayonnées sur une longueur égale à dix fois la longueur d. De plus, si on souhaite que l'installation de communication 1 s'étende sur une distance supérieure à dix fois la longueur d, il est nécessaire d'avoir une autre fibre optique 11 pour transporter des données pour les tronçons dix à vingt. Ainsi, le nombre de fibres optiques 11 dans le câble 10 dépend des débits de données possibles que l'on peut transporter avec le conducteur électrique 14 et aussi de la distance d qui est elle-même fonction des caractéristiques d'atténuation du signal électromagnétique lors de sa propagation dans le conducteur électrique 14.
Les données transportées, sous forme d'un signal électromagnétique rayonné, dans chaque tronçon 21 du câble rayonnant 10, sont avantageusement différentes. Mais cela ne doit pas empêcher que l'échange de données soit continu ente le câble rayonnant 10 et l'élément de communication 5 lors d'un changement de tronçon 21. Préférentiellement, le corps mobile 2 comprend deux éléments de communication 5 séparés d'une distance L afin que ledit signal électromagnétique soit constamment émis et reçu lors d'un changement de tronçon 21. En effet, lorsque l'élément de communication 5 se trouve au niveau de l'injecteur 7, il reçoit un signal rayonné par la partie du câble 10 disposée en amont de l'injecteur 7 ainsi qu'un signal, avantageusement différent, rayonné par la partie du câble disposée en aval de l'injecteur 7. Ces deux signaux peuvent être différents et le décodage de données peut alors se révéler complexe à mettre en œuvre. Pour s'affranchir de cela, on dispose sur le corps mobile 2 un deuxième élément de communication 5 éloigné d'une distance L du premier. Préférentiellement, cette distance est maximale compte tenu des dimensions du corps mobile 2, avec par exemple un premier élément de communication 5A disposé à l'avant du corps mobile 2 et un second élément de communication 5B disposé à l'arrière. Cela permet au deuxième élément de communication 5B de recevoir un signal électromagnétique qui pourra être décodé sans erreur.
De préférence, l'installation de communication mobile 1 comprend un appareil de synchronisation 8 branché auxdits deux éléments de communication 5A, 5B pour décoder ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données. Cet appareil 8 tire partie du fait que nécessairement au moins l'un des deux éléments de communication 5A, 5B reçoit un signal aisément décodable, comme décrit précédemment. Avoir deux éléments de communication 5 permet également d'éviter d'éventuelles erreurs de décodage.
Par ailleurs, il est nécessaire d'avoir une source d'alimentation, notamment pour les injecteurs 7 qui transmettent de l'énergie au sein du câble 10 pour que le signal puisse être rayonné avec une intensité suffisante. Les injecteurs 7 doivent donc avoir accès à un réseau d'énergie. Avantageusement, le câble rayonnant 10 comprend un câble d'alimentation électrique 16 s'étendant le long dudit conducteur électrique 14 et destiné à transporter du courant électrique permettant l'alimentation d'un ou plusieurs appareils, lesdits conducteur électrique 14 et câble d'alimentation 16 étant solidaires afin de former un ensemble unitaire. Avantageusement, l'installation est conçue pour que le conducteur 14 (qui est en cuivre ou de préférence en aluminium) assure à la fois le transport du signal électromagnétique et le transport du courant électrique d'alimentation (qui est de préférence un courant continu avec une tension de 48V). Dans ce cas, le conducteur électrique 14 et le câble d'alimentation électrique 16 sont confondus. L'intégration, dans le câble rayonnant 10, d'un vecteur de courant d'alimentation, permet une mise en œuvre facilitée de l'installation de communication 1 car il n'est pas nécessaire de relier chaque injecteur 7 au réseau classique d'énergie, et donc d'amener des câbles électriques pour les alimenter. Cela simplifie grandement l'installation 1. De préférence, le câble 10, et plus précisément le conducteur électrique 14 (ou le câble d'alimentation électrique 16, s'il est distinct dudit conducteur 14) transporte un courant électrique de 48 Volts, d'une intensité adaptée aux équipements actifs d'injection (injecteurs 7), à leur nombre et à la résistance ohmique du conducteur électrique 14 (ou du câble 16 s'il est distinct du conducteur 14). Avec un tel câble 10, les injecteurs 7 répartis sur une très longue distance peuvent tous être alimentés, malgré les pertes d'énergie dues à la propagation le long du câble 10.
Ainsi, l'installation 1 peut notamment permettre un raccordement des utilisateurs au réseau Internet ou peut par exemple leur permettre de regarder la télévision numérique, codées le long du câble 10. L'installation 1 selon l'invention peut également permettre une localisation précise des trains, les données de localisation pouvant facilement être transportées jusqu'à un centre de gestion du trafic ferroviaire. Ceci garantit la sécurité du transport et permet de s'informer en temps réel du trafic, ce qui permet par exemple d'éviter une collision entre différents trains en cas de panne d'un train en pleine voie.
Un exemple d'un câble rayonnant mis en œuvre dans l'installation 1 est illustré de manière générale à la figure 3. Il comprend un conducteur électrique 14 et est conçu pour émettre et recevoir de signaux électromagnétiques à l'aide dudit conducteur électrique 14. L'échange de données entre le câble rayonnant 10 et l'élément de communication 5 est donc possible grâce à la présence de ce conducteur électrique 14. Avantageusement, le conducteur électrique 14 est entouré d'une gaine isolante perforée à intervalles réguliers de manière à laisser aisément passer le rayonnement électromagnétique émis par ledit conducteur 14, ledit rayonnement électromagnétique étant produit par la propagation du signal électromagnétique le long dudit câble rayonnant 10. Ces perforations peuvent se présenter sous la forme de trous ou de fentes. La forme et la taille de ces perforations sont optimisées en fonction du signal électromagnétique à rayonner. De manière préférentielle, lesdits signaux électromagnétiques ont une fréquence inférieure à 1 GHz, ou plus préférentiellement inférieure à 100 MHz. Ainsi, la conception du câble rayonnant 10 lui permet d'être particulièrement adapté à rémission/réception en ondes courtes. Avantageusement, le câble 10 comprend de l'aluminium. L'aluminium peut constituer tout ou partie des éléments conducteurs présents dans le câble rayonnant 10, notamment le conducteur 14. Ce matériau se révèle être particulièrement un bon conducteur pour les signaux utilisés et son coût de revient faible diminue le prix de revient du câble rayonnant 10 en comparaison des câbles classiquement fabriqués en cuivre. Le câble rayonnant 10 selon l'invention comprend au moins une fibre optique 11 s'étendant le long dudit conducteur 14 et destinée à transporter un signal optique. Elle assure la fonction de transport de données qui sont codées sous forme optique. Ce mode de transport présente l'avantage de faiblement atténuer le signal et donc de pouvoir transporter ce dernier sur de très grandes distances sans nécessiter un apport supplémentaire d'énergie.
Le câble rayonnant 10 comprend également un câble d'alimentation électrique 16 s'étendant le long dudit conducteur 14 et destiné à transporter du courant électrique permettant l'alimentation d'un ou plusieurs appareils. Avantageusement, le câble d'alimentation permet d'alimenter des systèmes luttant contre l'atténuation du signal transporté le long du câble rayonnant 10. Cela évite le déploiement de câbles électriques additionnels pour l'alimentation de ces appareils. De manière préférentielle, les injecteurs 7 tels que décrits précédemment sont alimentés en énergie à l'aide de ce câble d'alimentation 16, qui est avantageusement confondu avec le conducteur électrique 14. Lesdits conducteur électrique 14, fibre optique 11 et câble d'alimentation 16 sont solidaires afin de former un ensemble unitaire. Ainsi, les différentes fonctions, à savoir le rayonnement, le transport de données avec une faible atténuation et le transport d'énergie électrique, sont regroupées dans un seul et même câble. Ceci facilite la mise en place de l'installation de communication selon l'invention telle que décrite précédemment.
Par exemple, le câble rayonnant 10 est formé d'un câble coaxial comprenant au moins trois couches concentriques dont la première couche est formée par un premier matériau conducteur situé au centre dudit câble rayonnant 10. La première couche est avantageusement formée par un conducteur central creux 12. Elle est entourée par une seconde couche formée d'un matériau isolant 13. De nombreux plastiques peuvent conférer des propriétés d'isolation suffisantes, comme le polyéthylène par exemple. La troisième couche est elle-même entourée d'une troisième couche conductrice formant ledit conducteur électrique 14.
Avantageusement, le câble rayonnant 10 est également pourvu d'une structure porteuse 15 en acier formée par exemple par un épais fil métallique qui soutient le poids du câble rayonnant 10. La structure porteuse 15 est rattachée à la couche externe du câble 10 afin de pouvoir être suspendue. Cela permet de facilement suspendre le câble sans risquer d'endommager sa partie rayonnante.
Tel qu'illustré à la figure 4, la câble rayonnant 10 peut être fixé au rail 4, notamment par clippage, par exemple à l'aide de brides 22 en acier inoxydable insérées à intervalles réguliers. Cette fixation du câble 10 au rail permet de pouvoir installer le câble 10 quand il n'y a pas de canalisation adéquate à proximité. Elle a également une action antivol et permet une plus grande proximité entre le câble 10 et l'antenne mobile.
L'invention concerne également un procédé d'échange de données, ledit procédé étant avantageusement destiné à être mis en œuvre au moyen de l'installation de communication mobile 1 décrite ci-dessus. L'ensemble de la description concernant l'installation 1 et son fonctionnement est donc également valable pour le procédé. Comme exposé précédemment, l'invention concerne un procédé d'échange de données entre un corps mobile 2 doté d'un élément de communication 5 et se déplaçant le long d'une voie 3. Le procédé comporte une étape de codage des données en un signal électromagnétique, comme cela est classiquement effectué dans le domaine de la télécommunication. Avantageusement, préalablement au codage des données en un signal électromagnétique, lesdites données sont codées en un signal optique, ledit câble rayonnant 10 comprenant une fibre optique 11 permettant audit signal optique de se propager le long dudit câble rayonnant 10. En effet, un signal optique peut être transporté au travers d'une fibre optique 11 avec une très faible atténuation sur des dizaines ou centaines de kilomètres.
Le procédé comporte de préférence une étape d'injection dudit signal électromagnétique au cours de laquelle au moins une partie dudit signal optique est convertie en un signal électromagnétique qui est injecté dans ledit câble rayonnant puis rayonné par ce dernier. De cette façon, on combine les avantages de la fibre optique 11 qui permet de transporter un haut débit de données sans atténuation et les avantages du câble rayonnant 10 qui permet d'émettre et de recevoir un signal électromagnétique tout le long du câble 10.
Ledit câble rayonnant 10 ou ledit élément de communication 5 émet le long de ladite voie 3 le signal électromagnétique qui est réceptionné par ledit élément de communication 5 ou ledit câble rayonnant 10, ledit câble rayonnant 10 et ledit élément de communication 5 étant au plus éloignés d'une distance égale au double de la longueur d'onde dudit signal électromagnétique. Cet échange de données permet ainsi au corps mobile 2 de communiquer avec l'extérieur. Le câble 10 peut être connecté à tout type de réseau (téléphonie, Internet, télévision...). La distance entre l'élément de communication 5 et le câble 10 implique que la communication s'effectue en champ proche, tel que cela a été précédemment décrit. Le procédé comprend de préférence une étape durant laquelle on capte la composante magnétique dudit signal électromagnétique et on la traite (notamment par des mesures appropriées) pour décoder ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données. Dans ce mode de réalisation préférentiel, la liaison de communication entre le câble 10 et le corps mobile 2 repose avantageusement sur un couplage magnétique. Le champ proche a effectivement pour caractéristique que la majorité de l'énergie du signal électromagnétique se retrouve sous forme magnétique. Avantageusement, ledit signal électromagnétique est réceptionné par au moins deux éléments de communication 5A, 5B séparés d'une distance L afin d'obtenir une réception de bonne qualité du signal électromagnétique provenant du câble 10. Cela présente également des avantages lors du passage à proximité des injecteurs 7 où le signal émis par le câble rayonnant 10 peut être difficile à décoder, comme cela a été expliqué précédemment. Le procédé selon l'invention comprend de préférence une étape durant laquelle on branche lesdits éléments de communication 5 à un appareil de synchronisation 8 pour décoder ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données. Cet appareil 8 a donc la capacité de traiter simultanément les deux signaux électromagnétiques de manière à décoder de manière optimale les données codées dans ce signal.
L'installation de communication 1, le câble rayonnant 10 et le procédé selon l'invention représentent une solution optimale, facile et rapide à mettre en œuvre, pour la communication à haut débit entre un corps mobile 2 en mouvement et les réseaux classiques de communication. En définitive, l'invention repose, dans son mode de réalisation préférentiel, sur la mise en œuvre d'une communication en champ proche avec couplage opto-magnétique, dans laquelle :
- un signal (par exemple IP numérique ou radiofréquence analogique, modulé en numérique) chemin au sein d'une fibre optique d'un premier point à un deuxième point ;
- ce signal est converti en un signal radio ondes courtes et est injecté (grâce aux injecteurs 7) dans un conducteur électrique (conducteur 14) qui va rayonner ledit signal entre lesdits premier et deuxième points, au niveau desquels sont disposés les injecteurs 7 ;
- l'élément de communication 5 va capter et traiter la composante magnétique (grâce à une boucle magnétique couplée au rayonnement du conducteur électrique 14) dudit signal radio ondes courtes pour décoder les informations et données contenues dans ce dernier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de communication mobile (1), caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un corps mobile (2) doté d'un élément de communication (5) pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques, ledit corps mobile (2) se déplaçant le long d'une voie (3),
- un câble rayonnant (10) s'étendant le long de ladite voie (3), ledit câble rayonnant (10) comprenant un conducteur électrique (14) et pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques par l'intermédiaire dudit conducteur électrique (14) le long de ladite voie (3), ladite installation (1) étant conçue pour échanger des données entre ledit câble rayonnant (10) et ledit corps mobile (2) par émission par ledit câble rayonnant (10) ou par ledit élément de communication (5) d'un signal électromagnétique codant lesdites données puis réception dudit signal électromagnétique par ledit élément de communication (5) ou par ledit câble rayonnant (10), la liaison de communication entre ledit câble rayonnant (10) et ledit élément de communication (5) reposant sur un couplage magnétique, ladite installation (1) comprenant au moins une fibre optique (11) destinée à transporter un signal optique codant lesdites données, ledit câble rayonnant (10) et ledit élément de communication (5) étant en outre au plus éloignés d'une distance égale au double de la longueur d'onde dudit signal électromagnétique.
2. Installation de communication mobile (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conducteur électrique (14) et la fibre optique (11) sont solidaires afin de former un ensemble unitaire.
3. Installation de communication mobile (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit élément de communication (5) comprend un capteur du champ magnétique (6) dudit signal électromagnétique, afin de pouvoir décoder ledit signal électromagnétique pour en extraire lesdites données.
4. Installation de communication mobile (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la fréquence des signaux électromagnétiques est comprise entre 1 et 100 MHz.
5. Installation de communication mobile (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un injecteur (7) relié audit câble rayonnant (10) et permettant de convertir au moins une partie dudit signal optique en un signal électromagnétique qui est injecté dans ledit câble rayonnant (10) puis rayonné par ce dernier.
6. Installation de communication mobile (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs injecteurs (7), la partie de ladite installation de communication (1) entre deux injecteurs (7) formant un tronçon (21), ledit corps mobile (2) comprenant au moins deux éléments de communication (5) afin que ledit signal électromagnétique soit constamment émis et reçu lors d'un changement de tronçon (21 ).
7. Installation de communication mobile (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil de synchronisation (8) branché auxdits deux éléments de communication (5) pour détecter ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données.
8. Installation de communication mobile (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit câble rayonnant (10) comprend un câble d'alimentation électrique (16) s'étendant le long dudit conducteur électrique (14) et destiné à transporter du courant électrique permettant l'alimentation d'un ou plusieurs appareils.
9. Installation de communication mobile (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le conducteur électrique (14) et le câble d'alimentation (16) sont solidaires afin de former un ensemble unitaire.
10.1 nstallation de communication mobile (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit câble rayonnant (10) est au moins en partie enterré le long de ladite voie (3).
11.1 nstallation de communication mobile (1) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le câble rayonnant (10) est constitué d'un câble coaxial comprenant au moins trois couches concentriques dont la première couche (12) est formée par un premier matériau conducteur situé au centre dudit câble rayonnant (10) et forme le conducteur central, ladite première couche (12) étant entourée par une seconde couche (13) formée d'un matériau isolant, elle-même entourée d'une troisième couche (14) constituée d'un second conducteur électrique circulaire, appelé conducteur extérieur.
12. Installation de communication mobile (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le câble rayonnant (10) comprend de l'aluminium.
13. Installation de communication mobile (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de fixation (22) du câble rayonnant (10) à la voie (3).
14. Installation de communication mobile (1) selon la revendication 13, caractérisée en ce que la voie (3) est une voie de chemin de fer (4) et en ce que les moyens de fixation (22) comprennent des moyens de clippage (22).
15. Procédé d'échange de données entre un corps mobile doté d'un élément de communication (5) et se déplaçant le long d'une voie (3) et un câble rayonnant (10) s'étendant le long de ladite voie (3), ledit procédé comportant une étape de codage des données en un signal électromagnétique, la composante magnétique dudit signal électromagnétique étant captée et traitée pour décoder ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données, et étant caractérisé en ce que ledit câble rayonnant (10) ou ledit élément de communication (5) émet le long de ladite voie (3) ledit signal électromagnétique qui est réceptionné par ledit élément de communication (5) ou ledit câble rayonnant (10), ledit câble rayonnant (10) et ledit élément de communication (5) étant au plus éloignés d'une distance égale au double de la longueur d'onde dudit signal électromagnétique, et en ce que, préalablement au codage des données en un signal électromagnétique, lesdites données sont codées en un signal optique.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit câble rayonnant (10) comprend une fibre optique (11) permettant audit signal optique de se propager le long dudit câble rayonnant (10).
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'injection dudit signal électromagnétique au cours de laquelle au moins une partie dudit signal optique est convertie en un signal électromagnétique qui est injecté dans ledit câble rayonnant (10) puis rayonné par ce dernier.
18. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que ledit signal électromagnétique est réceptionné par au moins deux éléments de communication (5).
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'on branche lesdits éléments de communication (5) à un appareil de synchronisation (8) pour décoder ledit signal électromagnétique afin d'en extraire lesdites données.
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