Caract

1
Caractérisation du bruit électromagnétique dans
les bandes dédiées aux télécommunications entre
les trains et les centres de contrôle du trafic
ferroviaire mesures à bord dun train en
mouvement
N. Ben Slimen, V. Deniau, J. Rioult, S.
Baranowski, B. Démoulin INRETS/LEOST -
Villeneuve dAscq IEMN/TELICE - Université de
Lille 1 - Villeneuve dAscq
2
Présentation
But proposer une méthode de caractérisation des
perturbations électromagnétiques à bord des
trains

• Cadre de létude
• Projet RAILCOM - ERMTS et GSM-R
• Méthodes de mesure du champ au niveau des
  antennes GSM-R
• Campagnes de mesure sur train
• Comparaison des méthodes testées
• Analyse statistique des résultats
• Conclusions

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Le projet RAILCOM
RAILCOM Compatibilité électromagnétique entre
le matériel roulant et les infrastructures au
sol pour améliorer linteropérabilité européenne
WP3- Interférences hautes fréquences au niveau du
système ferroviaire et particulièrement du
système de communication entre le train et
linfrastructure au sol
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ERTMS et GSM-R

• ERTMS European Rail Traffic Management System
• Standard unique de signalisation à travers
  l'Europe et suppression de la signalisation
  latérale
• transmission de données par GSM-R directement à
  bord des trains

GSM-R Global System for Mobiles - Railways ?
876 880 MHz liaison montante, 921 925 MHz
liaison descendante, 36 canaux
5
GSM-R et conséquences CEM
Transmission voix et données

• ? Connaissance des contraintes EM que le système
  GSM-R doit supporter
• ? Méthodologie de test pour valider l'immunité du
  système GSM-R dans cet
• environnement spécifique

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Caractérisation de lenvironnement norme?
Standards EN 50121 Railway applications
Electromagnetic Compatibility EN 50121- part 2 ?
Emissions of the whole railway system
9 kHz - 1GHz
10 m
Mesure du bruit électromagnétique sur le
site Mesure des émissions du train à l'arrêt et
en mouvement
Mesures dans le domaine fréquentiel à l'aide d'un
analyseur de spectres
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Méthode fréquentielle - méthode temporelle
Méthode dans le domaine fréquentiel
Nbre de points nbre de fréquences entre fstart
et fstop Resolution bandwidth (RBW) Sweep time
(ST) Fonction Maxhold comparaison entre les
spectres mesurés successifs de façon à ne garder
que l'amplitude maximale pour chaque fréquence
Analyseur de spectre
fstart
fstop
Méthode dans le domaine temporel
Trigger level niveau minimum qui active
l'enregistrement des perturbations sur une
fenêtre temporelle
Oscilloscope
Trigger Level
Un enregistrement est fait a chaque fois que le
niveau du signal mesuré est supérieur au trigger
level
fenêtre temporelle
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Avantages et inconvénients des deux méthodes
Méthode dans le domaine fréquentiel
Avantages une seule courbe enregistrée sur la
totalité du parcours ou du temps de mesure ? ne
nécessite pas de post traitement, facilite
l'analyse convient pour la normalisation
Inconvénients les résultats dépendent de
plusieurs paramètres (nombre de points de mesure,
ResolutionBandWidth, SweepTime, durée totale de
la mesure ) Ne permet pas de détecter la
totalité du spectre des transitoires à cause du
SweepTime
Méthode dans le domaine temporel
Avantages détection des transitoires, Ne
dépend que du trigger level qui lui-même n'agit
que sur l'enregistrement ou non du signal mais
pas sur son niveau
Oscillo scope
Inconvénients Grande quantité de données à
enregistrer ? nécessite un important post
traitement. La mesure ne peut pas être comparée
directement avec un niveau de référence
(l'amplitude maximale n'indique pas le niveau de
perturbation pour une bande de fréquences
donnée),
9
Campagne de mesure (1)
Villeneuve Saint Georges
1500 V DC

• Objectifs
• Tester les deux méthodes de
• caractérisation du bruit reçu sur les antennes
  GSM-R installées a bord
• Du train
• Collecter des données caractéristiques des
  perturbations
• rencontrées

240 km
Montargis
25000 V AC
Nevers
10
Campagne de mesure (2)
Deux modèles d'antennes omnidirectionnelles
Double Bande 440 470 MHz et 870 960 MHz
Antenne oblique
Antenne droite
Pantographes
Deux modèles d'antennes GSM-R
10 m
2 m
1
2
1500 V
25000 V
1
2
Locomotive
24 m
27 m
18 m
Oscilloscope
Analyseur de spectre
11
Caractéristiques des antennes
820 MHz
520 MHz
420 MHz
Antenne droite
Antenne oblique
12
Mesures fréquentielles
Méthode dans le domaine fréquentiel
501 points (définis par l'analyseur de spectre
employé) Resolution bandwidth (RBW) 1
MHz,100kHz Sweep time (ST) 20 ms, 50
ms fonction Maxhold activée durant 10 minutes
300 MHz
1 GHz
FRBW 1MHz FRBW 100 kHz 1 acq à faible vitesse
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Protocole dans les domaines fréquentiels et
temporels
OSC
AS
Locomotive
1
2
Méthode fréquentielle
501 points (définis par l'analyseur de spectre
employé) Resolution bandwidth (RBW) 1 MHz Sweep
time (ST) 50 ms fonction maxhold activée
pendant 10 minutes
300 MHz
1 GHz
méthode temporelle
0.15 V
10 mn
1µs
14
Comparaison des résultats mesures à 25 kV
Oscilloscope FFT Spectrum analyser 1 acq à
faible vitesse
Système français de radio communication
ferroviaire
GSM et GSM-R
bande passante de antennes
15
Analyse statistique des résultats (domaine
temporel)
Rise time (ns)
16
Conclusion

• Deux objectifs à ces travaux
• essayer de définir une méthode (standardisée?)
  de caractérisation de l'environnement
  électromagnétique
• identifier les perturbations typiques
  rencontrées à bord des trains afin de pouvoir les
  reproduire en laboratoire pour effectuer des
  tests d'immunité de systèmes GSM-R

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Conclusion 2 analyse fréquentielle
La méthode fréquentielle est plus adaptée à la
définition d'une méthode standardisée de la
caractérisation d 'un environnement
électromagnétique - aucun post traitement -
possibilité de comparaison directe des mesures
avec des seuils prédéfinis
mais les résultats doivent être analysés selon

• - les caractéristiques du signal
• durée totale des mesures
• occurrence des événements transitoires
• durée des transitoires
• ....
• - les réglages de l'analyseur (RBW, VBW, ST, ....
  ) qui doivent être définis en fonction du système
  que l'on veut protéger.

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Conclusion 3 analyse temporelle
Les résultats obtenus dans le domaine temporel
peuvent servir de référence mais doivent être
analysés au préalable de façon à prendre en
compte les caractéristiques du système que l'on
veut protéger. - relation entre les niveaux
mesurés par la méthode temporelle et le niveau
de bruit réellement reçu par le récepteur GSM-R
(probabilité de couverture du GSM-R 95 du
temps et de l'espace -92 dBm)
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Conclusion 4 analyse temporelle
suite

• Analyse statistique des résultats en cours
• analyse de la durée / taux de répétition des
  transitoires en fonction de la durée /taux de
  répétition des transmissions (télécommunications)
  
• analyse des caractéristiques des transitoires
  (temps de montée, durée, amplitude maximale) et
  de leur impact dans la bande de fréquence du
  GSM-R

identification de l'événement le plus pénalisant
F.F.T de deux transitoires de temps de montée
différents (niveaux max identiques et durée
identique)
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Merci de votre attention