1.6 Modélisation de la propagation libre en tunnel
1.6.3 Les outils disponibles pour modéliser la propagation libre en tunnel
1.6.3.2 Les outils basés sur des méthodes à rayons
1.6.3.2.1 WinProp
WinPropestunoutildéveloppéparlaso iétéAWE-Communi ation.Ilestdiviséenplusieurs
programmes:
WallMan :éditeurgraphiquequi permetde modéliser lagéométrie d'une s èneen urbain
ouindoor;
TuMan :éditeurgraphiquequi permet demodéliser lagéométrie d'unes ène en tunnel;
AMan:éditeur graphiquequi permetde modéliser lagéométrie d'antennes;
ProMan :outil demodélisationde lapropagationetde laplani ation de réseauxradio.
La première étape onsiste à modéliser l'environnement grâ e à l'outil WallMan, TuMan
ou AMan, omme illustré gures 1.5 (a) et (b). Il est possible de spé i er lase tion transver-
sale du tunnel ainsi que la se tion longitudinale. La se tion transversale peut être quel onque
(re tangulaire, ir ulaire, voûtée...) Cependant,les parties ourbessont représentéespar plu-
sieurssurfa esplanes:desfa ettes.Pour lase tionlongitudinale,ilestpossibledemodéliser
plusieurs se tions on aténéesqui peuventêtre de se tions transversales diérentes.
a.Se tiontransversale b. Se tion longitudi-
nale
Figure1.5 Modélisationde l'environnementsousWinProp:exemple d'une se tion de tunnel
Lesmodèlesdepropagationenindoor,égalementutilisésenenvironnementtunnel,s'appuient
surdesméthodesempiriques ou déterministes.
Lesméthodesempiriques s'appuientsurleOneSlope Model,lemodèledeMotleyKeenan ou
bien en orele modèle COST231 Multi-Wall. Ces méthodes empiriques sont appli ablesau as
indoor essentiellement. Les méthodes utiliséesprennent en ompte latransmissionà travers les
parois de las ène,phénomène quin'est paspris en ompte entunnel.
d'intera tions étant égale à 6.
Le logi iel WinProp permet de on aténer plusieurs se tions longitudinales, e qui est un
véritable atout. Il est également possible de représenter n'importe quelle géométrie de tunnel.
Cependant, dans le as de la présen e de surfa es ourbes, des fa ettes planes sont utilisées
pour représenter la ourbure, au lieu d'une représentation analytique de elle- i. Comme nous
leverrons dansle hapitre 3, l'utilisation des fa ettes alliéeà untra é de rayonsne donne pas
de résultatssatisfaisants. L'outil reste don limité pour une étude de lapropagation en tunnel
quel onque.Nousprésenteronsnéanmoinsdansle hapitre4des omparaisonsentredesrésultats
obtenus sous WinProp etdes résultats obtenus ave la méthode originale développée au ours
de ette thèse.
1.6.3.2.2 RaPSor
Le laboratoire XLIM-SIC de l'Université de Poitiers a développé un outil basé sur desmé-
thodes à rayons permettant de modéliser la propagation. Nous allons présenter en détail et
outil,surlequel s'appuie e travail dethèse.
RaPSor (Ray Propagation Simulator) est un logi iel de simulation de la propagation de
rayonsdansdesenvironnementsmodélisésen3D,développéau laboratoireXLIM-SICdel'Uni-
versité de Poitiers. Il ore ainsi la possibilité d'être ratta hé à diérentes ou hes physiques
liées à diverses appli ations (radio, optique, a oustique ...). Il a été développé en langage de
programmation Java a n de permettre une portabilité, une extensibilité et une modularité de
l'outil. L'appli ation peut alors fon tionner sous diérentes ar hite tures et systèmes tels que
Unix, Linux, Windows et Ma Os. RaPSor est ratta hé à la Ri h Client Platform (RCP) Net-
beans.Danssaversionradio,RaPSorestasso iéauformalismedel'Optique Géométriqueetde
laThéorieUniforme delaDira tion pourle al uldu hampéle tromagnétique.
À titre d'exemple, pour une liaison émetteur/ré epteur donnée, lelogi iel al ule et ara -
térisel'ensembledes trajets existants. Il est alors possible de al uler laréponseimpulsionnelle
du anal de propagation. Il est également possible de onnaître son évolution ave le dépla e-
ment de l'émetteur et/oudu ré epteur, permettant ainsi de faire de la ara térisation de anal
radio-mobile.
L'un des avantages du logi iel est son extensibilité qui permet par exemple d'ajouter des
primitivesgéométriques,desalgorithmesdesimulation,destraitementsdesdonnéesdesortieou
en ored'autres types d'antennes.Une telle plateforme dispensele programmeur du développe-
mentd'outils etméthodesusuelsutiliséspouré rireune appli ation.Ainsi,lesopérationstelles
que la gestion des hiers et des fenêtres, la gestion des menus et des barres d'outils ... sont
gérées par la plateforme, entrainant une fa ilité d'utilisation et un gain de temps de program-
mationpour l'utilisateur. Cha un de esoutilset méthodes estintégré dansla plateforme sous
la prise en ompte de ladiusion sur les surfa es rugueuses [Co heril06℄, ou bien l'hybridation
desméthodesrigoureusestelles quelaFDTD [Reynaud06 ℄.
La gure 1.6présente lesynoptique deRaPSor in luant lesentrées/sorties etles diérentes
fon tionsdu logi ielquenousallonsdétailler dans ette partie.
En entrée du logi iel, il est important d'avoir une des ription détaillée de l'environnement,
les fa es que onstituent et environnement, les positions des émetteur(s) et ré epteur(s), le
type d'antennes utilisées, la fréquen e de travail ou en ore le nombre maximum d'intera tions
autorisées. Leformalismede l'OptiqueGéométriqueetdelaThéorie UniformedelaDira tion
surlequel sefonde l'outil permetalors de déterminerl'ensembledes trajets possibles: letrajet
dire tet l'ensembledes trajets ré é his, transmisetdira tés ainsiqueleurs ombinaisons. Le
al uldu hamp estégalement réalisé à l'aidede e formalisme.
En n, ensortie, lelogi iel fournit unevisualisation 3Ddesrayonsreçus, lapuissan etotale
reçueainsiquelesdonnéessur ha undesrayons:retard,amplitude,phase,pointsd'intera tion.
ENTREES
1. Description de l’environnement
2. Données émetteur/récepteur :
3. Fréquence de travail
4. Nombre d’interaction :
type, position, polarisation
réflexion, transmission, diffraction
RECHERCHE DES TRAJETS
1. Trajet direct
2. Trajets réfléchis
3. Trajets diffractés
4. Trajets transmis
5. Combinaisons des trajets
CALCUL DU CHAMP
1. Optique Géométrique
2. Théorie Uniforme
de la Diffraction
SORTIE
1. Visualisation 3D
2. Puissance totale reçue
3. Données des rayons :
retard, amplitude, phase,
points d’interaction
des rayons
Figure1.6Synoptiquedulogi iel RaPSor dansledomaineradio
La gure1.7 représentel'interfa e graphiquede RaPSordé oupée en 4 zones:
La première zoneenhaut à gau he permetd'entrer les donnéesde lasimulation:
les ara téristiquesdel'émetteuretduré epteur:typed'antenne,position,polarisation;
laméthodedesimulation:tra éderayons(algorithmedebasedel'outil),autreméthode
de simulationde typelan er de rayons;
le type d'exploitation desdonnées de simulation : analyse bande étroite (puissan e to-
tale) ou analyse large bande ( ara téristiques physiques et géométriques des trajets,
paramètres large bande tels que la dispersion des retards, la bande de ohéren e, le
spe tre Doppler...).
Figure 1.7Interfa e graphique dulogi iel RaPSor
La troisième zoneà droite permetde séle tionner le type de simulation (SISO, SIMO,
MISO, MIMO), le nombre d'intera tions (ré exion, dira tion, transmission) et d'autres
données telles que la fréquen e, l'a tivation du mode ouverture etle pas orrespondant
...
La quatrièmezoneenbasestdédiéeàl'a hagedesrésultats:nombredetrajetsreçus,
puissan e totale,temps de al ul.
Les entrées
Les entrées du logi iel sont en partie présentes sur l'interfa e graphique. Certaines entrées
peuvent être dé nies dans les hiers de s ène. Le hier de s ène permet d'entrer une grande
partie desdonnéesné essaires àlasimulation :
les données desémetteurs etré epteurs:type d'antenne, positionetpolarisation;
lafréquen e detravail;
lades ription del'environnement 3D, quiest réalisée àpartir de fa es,à savoir:
•
les oordonnées dessommetsdesfa es;Les sorties
Le logi iel fournit des résultats permettant une analyse aussi bien bande étroite que large
bande :
Analyse bandeétroite:pourunesimulation donnée,lapuissan etotalereçuepeutêtre
obtenue par sommation dans le plan omplexe des ontributions de haque trajet. Pour
un par ours donné, ela permet d'observer la variation spatiale sous forme de variations
lentes etrapides. Sile ré epteurse dépla e de façon régulière dans toutl'environnement,
onobtient alors deszones de ouverture.
Analyselargebande:lelogi ielest apabledefournirl'ensembledestrajetsetses ara -
téristiques: oordonnéesdespointsd'intera tions,amplitude,retard,phaseetpolarisation.
Ces données permettent d'obtenir la réponse impulsionnelle du anal mais également de
al ulerlesparamètres lassiquesde ara térisationdu anal:leretardmoyen,l'étalement
desretards, lesdiérentesbandesde ohéren e.