Etude du canal de transmission complet

Après l’analyse des différents éléments du système d’accès, nous avons caractérisé théoriquement et expérimentalement le profil radio varie en fonction de trois principaux paramètres : le sol, la structure de voiture et l’utilisateur. L’effet du corps humain peut être négligé dans le sens du mouvement de l’utilisateur vers le véhicule (contribution bénéfique). Une étude du canal radio complet autour du véhicule est nécessaire pour analyser l’intersection de l’effet de la voiture et du sol sur la propagation radio entre le badge et le récepteur. Dans un premier temps, nous allons nous attacher à simuler la propagation électromagnétique entre le badge et la voiture avec le logiciel Empire. Nous avons excité un monopole à 433.92 MHz (gain de 0 dBi), placé à 1.5m du sol et à une distance de 7m de la voiture. Les résultats obtenus avec les simulations du canal complet (voiture et sol), sont illustrés dans la figure.2.50 sur le plan horizontal et vertical :

Figure.2.50 : propagation des ondes radio entre le badge (point chaud à gauche) et la voiture (à droite), sur le plan horizontal et vertical.

La figure.2.50 illustre la variation du champ émis par le badge en présence d’un véhicule et d’un sol en asphalte sur les deux plans horizontal et vertical. Comme montré

Zone * Zone ** Zone ***

Zone * Zone ** Zone ***

avec les simulations « deux rayons », les effets de réflexion du sol (zone**) sont plus importants dans la polarisation horizontale que sur le plan vertical ²et l’atténuation observée du sol varie entre -27 dB et -72 dB. Nous remarquons que la carrosserie empêche fortement la pénétration des ondes électromagnétiques à l’intérieur du véhicule (zone ***) sur les deux plans conformément aux lois d’électromagnétisme : la majorité de l’énergie propagée à l’intérieur du véhicule passe par la face avant du châssis et les vitres. Toutefois, on remarque une présence plus importante de l’énergie en polarisation verticale par rapport à la polarisation horizontale.

Dans la suite, nous proposons une caractérisation expérimentale du système d'accès sans fil, en mesurant la puissance reçue dans un environnement réel et complet. Pour ce faire, une antenne 3D monopole est utilisée dans le récepteur, et un badge est positionné selon plusieurs emplacements linéaires autour de la voiture, sur un rayon de 4 m de rayon (couverture de 2 m à 6 m) avec un pas de 15cm. Pour mieux localiser les évanouissements, le système de caractérisation est composé d’un plateau tournant afin d’assurer une bonne résolution spatio-angulaire (14 mesures par degré) autour du véhicule. Le badge est positionné horizontalement et verticalement par rapport au sol, afin de caractériser le canal dans deux différentes configurations. La figure.2.51 illustre le système de mesure utilisé :

Figure.2.51 : système de caractérisation du canal radio pour le système d’accès radio

ensuite traitée avec le logiciel MATLAB. La zone sondée autour de la voiture est représentée en code couleur en trois dimensions sous forme d’un diagramme polaire (distance, angle et niveau de puissance reçue). Les images obtenues de la couverture radio autour du véhicule sont montrées dans les figures 2.52 et 2.53 :

Figure.2.52: couverture radio autour de la voiture, incluant l’environnent de propagation pour un badge posé verticalement par rapport au sol. Les évanouissements angulaire sont notés par ‘x’ et les zones avec une faible réception sont symbolisées par (-

--- ).

Figure.2.53: couverture radio autour de la voiture, incluant l’environnent de propagation pour un badge posé horizontalement par rapport au sol. Les évanouissements angulaire sont notés par ‘x’ et les zones avec une faible réception sont

symbolisées par (--- ). Black spots x x x x x x x x x x x x x x 2m 6m Voiture x x x x x _x x x x x x x x x x x x x dBm dBm

Les images de la couverture radio obtenue autour de la voiture reflètent bien le comportement des ondes radio autour de la voiture pour le système d’accès sans fil. Il apparait évident que les positions angulaires autour de la voiture sont fortement liées à l'affaiblissement du signal et aux zones d’ombre caractérisées. Les positions des zones d’ombres trouvées différents pour les deux polarisations.

Cette partie de l’étude a décrit les différentes étapes de la caractérisation du canal radio pour le système d’accès sans fil ainsi que la modélisation de l’environnement fondée sur le modèle de deux rayons et les simulations électromagnétiques sous EMPIRE. Cette s’est appuyée également sur plusieurs expérimentions menées dans un environnement réel. Une analyse préliminaire de l’effet du sol a montré que la différence de phase due aux différents trajets empruntés par les rayons est le principal paramètre qui affecte la variation de puissance entre le badge et le récepteur. Le modèle théorique montre un bon accord vis-à-vis des mesures effectuées. Dans un deuxième temps, l’interaction badge/utilisateur a été traitée expérimentalement et par simulations. Pour cette analyse, des simulations à 433.92 MHz avec un modèle du corps humain ont été effectuées. Les résultats de simulation ont mis en évidence l’effet du corps sur l’antenne en champ proche et en champ lointain. Un décalage de la fréquence de résonance du dipôle est observé, ainsi que le rôle du corps humain sur la déformation du diagramme de rayonnement de l’antenne (en champ lointain et en champ proche, ce qui diminue l’efficacité totale de l’antenne). Ces résultats ont été confirmés par des mesures en chambre anéchoïque. Enfin, nous avons caractérisé et modélisé l’environnement complet (sol et voiture) afin d’étudier la couverture radio autour du véhicule.

REFERENCES II:

[1] M.Cheikh, J.David, J-G.Tartarin, S.Kessler, A.Morin, RF

source characterization of Tire Pressure Monitoring System, IEEE Wireless Technology Conference 2009, pp.176-

179.

[2] T.Pfeifer, T.Loffler, R.Martini, H-G.Roskos, H.Kurz, M.Singer, E-M.Biebl, Spatial mapping of the near-field

radiation pattern of a 7-GHz planar resonator, IEEE

Conference on Lasers and Electro-Optics, 1996, pp. 137-138.

[3] J.Grosinger, L-M.Mayer, C-F.Mecklenbrauker, A- L.Scholtz, Determining the Dielectric Properties of a Car

Tire for an Advanced Tire Monitoring System, IEEE 70th

Vehicular Technology Conference, 2009 IEEE 70th, 2009, pp.1-5.

[4] K. Tanoshita, K. Nakatani, Y. Yamada, Electric field

simulations around a car of the tire pressure monitoring system, International Symposium on Antennas and Propagation,

2007, Vol.90, pp. 2416-2422.

[5] Hirose, N.Tenma, N.Michishita, Y.Yamada, Radiated

waves from a transmitter contained in a vehicle tire, IEEE

Antennas and Propagation Society International Symposium 2006, pp. 2369 - 2372.

[6] Waldschmidt, J-V.Hagen, H-L.Blocher, K.Beilenhoff, J.Wenger, W.Wiesbeck, Wave propagation modelling in confined spaces, 56th IEEE Vehicular Technology Conference, Vol. 2, pp. 1056 - 1059.

[7] H.Hoffman, D.Cox, Attenuation of 900 MHz radio

waves propagating into a metal building, IEEE Transactions

on Antennas and Propagation, 1982, Vol. 30, pp. 808 - 811

[8] D-C.Cox, R-R.Murray, A-W.Norris, Antenna height dependence of 800 MHz attenuation measured in houses,

[9] J-H.Tarng, K-M.Ju, Effect of metal low-partitions on

radio propagation in an office, Third Annual International

Conference on Universal Personal Communications, 1994, pp.135-139.

[10] H.Meskanen, O.Pekonen, FDTD analysis of field distribution in an elevator car by using various antenna positions and orientations, Electronics Letters 1998, Vol.34,

pp.534-535.

[11] H-J.Song, J-S.Colburn, H-P.Hsu, R-W.Wiese,

Development of Reduced Order Model for Modeling Performance of Tire Pressure Monitoring System, 64th IEEE Vehicular Technology Conference, 2006, pp.1-5.

[12] H.-L.Blocher, K.Beilenhoff, J.Wenger, Simulation of the

electromagnetic wave propagation in cars, 33rd European Microwave Conference, 2003,Vol.3, pp. 1151 - 1154.

[13] Y.Huang, A.Charbonneau, L.Talbi, A.Denidni, Effect of

Human Body Upon Line-Of-Sight Indoor Radio

Propagation, Canadian Conference on Electrical and Computer

Engineering, 2006, pp-1775-1778.

[14] K.Bullington, Radio propagation for vehicular communications, IEEE Transactions on Vehicular Technology,

Vol.26, 1977, pp.295-308.

[15] R.A.Foran, T.B.Welch, M.J.Walker, Very near ground

radio frequency propagation measurements and analysis for military applications, IEEE Military Communications

Conference, 1999, Vol.1, pp.336 - 340.

[16] J. Zhong, L.Bin-Hong, W.Hao-Xing, Y-H.Chen, Efficient

ray-tracing methods for propagation prediction for indoor wireless communications, IEEE antennas & propagation,

2001, vol. 43, pp. 41-49.

[17] H-L.Bertoni, W.Honcharenko, L-R.Macel, H-H.Xia, UHF

propagation prediction for wireless personal communications, IEEE, vol.82, No.9, September 1994

[18] G-A.Chakam, M.Brzeska, Achieving long range communication in cars, 2nd European Conference on Antennas and Propagation, 2007, pp.704-707.

[19] P. Dragan, Human exposure to electromagnetic fields, WIT Press, UK, 2004.

[20] Chong, Y. Kim, S. S. Lee, UWB indoor propagation

channel measurements and data analysis in various types of high-rise apartments, IEEE Vehicular Technology Conference, 2004, Vol. 1, pp. 150-154.

[21] S. S. Ghassemzadeh, R. Jana, C. W. Rice, A statistical

path loss model for inhome UWB channels, IEEE Conference

on Ultra Wideband Systems and Technologies, 2002, pp. 59-64..

[22] P. Wertz, G. Wölfle, R. Hoppe, and F.M. Landstorfer,

Deterministic Propagation Models for Radio Transmission into Buildings and Enclosed Spaces, European Microwave

Week 2003, Munich (Germany), Oct. 2003

[23] R-J.Langleyr, J-C.Batchelor, Hidden antennas for vehicles, Electronics & communication engineering journal,

2002, Vol. 14, pp. 253-262.

[24] M.Tanaka, Y.Miyazaki, An investigation of radio wave

intensity distribution in the automotive body, IEICE

Transaction on Communication, 1986, Vol.J69-B, pp.1804-1810.

[25] H.Taguchi, K.Tabira, Y.Yamda, S.Yuminaga, Radiation

Characteristics of a dipole Antenna Mounted in a car, The

3rd International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications, 2000, pp.291-295.

[26] Y.Yamada, K.Tabira, H.Nagatomo, S.Yuminaga,

Radiation Pattern Dependece on Polarizations of an Antenna mounted in a Car, The 4th International Symposium on Multi Dimensional Mobile Communications, 2001, pp.144-151.

[27] Mesures effectuées par « Renault » dans le cadre d’un projet interne.

3. Etude de la qualité de communication radio pour le