Etude de la propagation des ondes électromagnétiques dans les tunnels courbes de section non droite pour des applications métro et ferroviaire

pour l'obtention du Grade de

DOCTEUR DE L'UNIVERSITE DE POITIERS

(Fa ulté des S ien es Fondamentales et Appliquées)

(Diplme National - Arrêté du 7 août 2006)

É ole Do torale : S ien es etIngénieriepour l'Information

Se teur de Re her he : S ien es et Te hnologies de l'Information et de la

Communi ation :Optoéle tronique, mi ro-ondes

présentée par

Émilie MASSON

Étude de la propagation des ondes

éle tromagnétiques dans les tunnels ourbes de

se tion non droite pour des appli ations métro

et ferroviaire

Dire teur de thèse : Rodolphe VAUZELLE

Co-Dire tri e de thèse : Marion BERBINEAU

Soutenue le 13 dé embre 2010

devant la Commission d'Examen omposée de :

Mi helNEY ...ProfesseuràTélé om-Bretagne,Brest ...Président

MartineLIENARD ...ProfesseurauTELICE-IEMN,Lille ...Rapporteur

AlainSIBILLE ...ProfesseuràTélé om-ParisTe h,Paris ...Rapporteur

PierreCOMBEAU ...MaîtredeConféren e,Poitiers ...Examinateur

PierreCOTELLE ...Dire teur,ALSTOM-TIS,Paris ...Examinateur

Je tiens avant tout à remer ier ALSTOM-TIS pour avoir nan é ette thèse CIFRE, et

plusparti ulièrement Messieurs Pierre COTELLE, Jean-Noël VETILLARD etÉtienne

FAYT ainsique l'ensemble de l'équipe Network & Tele om pour m'avoir a ueillie lors de

messéjoursà Saint-Ouen.

Jetiensàremer ierMonsieurRodolphe VAUZELLE,Professeuràl'UniversitédePoitiers

etMadameMarion BERBINEAU,Dire tri e de Re her hesau LEOST/INRETS pour avoir

a eptéde diriger ette thèse,pour letemps etleseortsqu'ilsm'ont onsa rés,ainsiquepour

lari hesse etlapertinen ede leurs remarques.

Je tiens également à remer ier Messieurs Pierre COMBEAU et Lilian AVENEAU,

Maitres de Conféren e à l'Université de Poitiers, pour avoir fait partie intégrante de mon

en- adrement, parti ulièrement pour toute l'aide pré ieuse apportée pour développer le plugin

tunnels ourbes,ainsiquepourleura ueil haleureuxlorsdemesdiérentsséjoursàPoitiers.

Un mer i très parti ulier à Monsieur Yann COCHERIL, Chargé de Re her hes à

l'IN-RETS/LEOST, pour avoir également fait partie intégrante de mon en adrement, mais aussi

pour les onseils, l'é oute et le soutien qu'il m'a apportés tout au long de ette thèse. Ces

quelqueslignesne suront paspour exprimertoute magratitude.

Je tiens à remer ier MadameMartine LIENARD,Professeur au TELICE/IEMN de

Vil-leneuve d'As q, et Monsieur Alain SIBILLE, Professeur à Télé om-ParisTe h à Paris, pour

l'honneur qu'ils m'ont fait en a eptant la harge de rapporteur de e mémoire, sans oublier

Monsieur Mi hel NEY, Professeur à Télé om-Bretagne à Brest, et Monsieur Pierre

CO-TELLE, Dire teur hez ALSTOM-TIS à Saint-Ouen, pour l'attention qu'ils ont a ordée à la

le turede emémoire etpour avoira epté de juger e travailen tant qu'examinateur.

Je voudrais aussi exprimer ma gratitude à Madame Marion BERBINEAU, Dire tri e

du LEOST, pour m'avoir a ueillie au sein de son laboratoire ainsi que MonsieurDominique

CROS,Dire teur dulaboratoire XLIMetMadameChristine FERNANDEZ-MALOIGNE,

XLIM-Comment ne pas remer ier également tous les ollègues du LEOST, qui m'ont permis de

meneràbiensetravail,unmer iparti ulieràJean-Pierrepourl'aideapportéedanslaréalisation

des mesures de hamp ainsi qu'à Divitha pour l'aide apportée sur les te hniques numériques.

Mer i aux personnes des servi es te hniques etinformatiques : Manu,Bernard ou bien en ore

Daniel.

Mer i à tous les autres pour les moments de détente qui ont parsemé es trois années de

souvenirsinoubliables,que esoitlessoirées,weekendsetautres.Don mer iàFrançois,Momo,

Seb(s), Amaury, David, Ju, Yann... Mer i à eux qui sont partis pour d'autres horizons, je

pense àCYril oubien en oreGérald.

Mer iàmes ompagnonssportifsque e soitlanatation,la ourseou plusré emment le

bad :François, Momo,Yann,Seb ...

Mer ià mafamille, etparti ulièrement à mes parents, sansqui je neserai jamaisarrivée là

où j'ensuis.Mer i pour leur soutiensansfaille depuistoujours.

Je terminerai par un mer i à tous mes amis qui m'ont soutenue de près ou de loin depuis

quelquesannées:Sam,Faaab,Matt,Tang&Co,Jo,Marie,Ln,Justine,François,Simon,Benoit,

Gloy,Amé,Vin e,Mumu,Djooby,Marine,Dub,Cathy,Dams,Floetj'enoubliesûrement plein

Introdu tion 1

1 Les besoins en télé ommuni ations sans l pour le ferroviaire et les outils

pour le déploiement 5

1.1 Introdu tion . . . 6

1.2 Problématique des systèmes de télé ommuni ations sans l dans les transports publi s urbains . . . 6

1.3 Les systèmesexistantsdanslemonde pour desappli ations métrosettramways . 8 1.3.1 Introdu tion. . . 8

1.3.2 Les systèmesde ommuni ationpon tuelle oupar balises . . . 8

1.3.3 Les systèmesde ommuni ation ontinue par ouplagemagnétique . . . . 9

1.3.4 Les systèmesde ommuni ationpar radio . . . 11

1.3.5 Système Urbalis développé par ALSTOM-TIS . . . 11

1.4 Les typesdetunnels etd'environnementsren ontrés . . . 12

1.5 Les besoinsdesindustriels pour ledéploiement . . . 14

1.6 Modélisationde lapropagationlibreen tunnel. . . 15

1.6.1 Introdu tion. . . 15

1.6.2 Les travauxexistantssurlapropagation libreentunnel . . . 16

1.6.3 Les outilsdisponiblespour modéliserlapropagation libreentunnel . . . . 18

1.6.3.1 Lesoutils statistiquesempiriques . . . 18

1.6.3.2 Lesoutils baséssur desméthodesàrayons . . . 20

1.6.3.2.1 WinProp . . . 20

1.6.3.2.2 RaPSor . . . 21

1.7 Con lusion. . . 24

2 Modélisation de la propagation des ondes radioéle triques en tunnel 25 2.1 Introdu tion . . . 27

2.2 Formalismeéle tromagnétique . . . 27

2.2.1 Propriétés éle triques dumilieu de propagation . . . 27

2.2.2 Équations de Maxwell . . . 28

2.3.1 Solutionsanalytiques . . . 29

2.3.1.1 Méthodede séparation desvariables . . . 29

2.3.1.2 Fon tionsde Green . . . 30

2.3.2 Solutionsnumériques . . . 31

2.3.2.1 Méthodestemporelles . . . 31

2.3.2.1.1 Méthode desdiéren esnies . . . 31

2.3.2.1.2 TLM . . . 32

2.3.2.2 Méthodesfréquentielles . . . 33

2.3.2.2.1 Méthode desMoments . . . 33

2.3.2.2.2 Méthode deséléments nis . . . 33

2.3.3 Outils demodélisationnumérique . . . 34

2.3.3.1 CST -Mi rowave Studio R

. . . 34 2.3.3.2 Feko

R . . . 35 2.3.3.3 HFSS . . . 36 2.3.4 Bilan. . . 36 2.4 La théoriemodale . . . 37

2.4.1 Solutionen tunnel re tangulaire. . . 37

2.4.1.1 Formalisme . . . 37

2.4.1.2 Problèmed'ex itation de lasour e . . . 39

2.4.1.2.1 Cas d'uneantenned'émission quel onque . . . 39

2.4.1.2.2 Cas d'undiple . . . 39

2.4.2 Solutionen tunnel ir ulaire . . . 40

2.5 Lesméthodesasymptotiques. . . 42

2.5.1 Formalisme de l'Optique Géométriqueetde sesextensions . . . 42

2.5.1.1 Solutionasymptotiquede l'OG . . . 42

2.5.1.2 Modélisation delapropagation . . . 42

2.5.1.3 Expressionsdes hamps réé hi, transmisetdira té . . . 44

2.5.2 Leste hniques de re her he destrajets . . . 45

2.5.2.1 Le tra éde rayons . . . 45

2.5.2.2 Le lan erde rayons . . . 47

2.6 Lesméthodesàrayons existantes développéespourles tunnels quel onques . . . 49

2.6.1 Méthode deWang . . . 49

2.6.2 Méthode deDidas alou . . . 49

2.6.2.1 Détermination dunombre derayonsmultiples . . . 50

2.6.2.2 Cal uldu fa teurde pondération . . . 51

2.6.2.3 Prérequisdela méthode . . . 51

2.7 Con lusion. . . 52

3 Con eption d'un modèle de propagation en tunnel quel onque 53 3.1 Introdu tion . . . 55

3.2.1 Présentation. . . 55

3.2.2 Tra éde rayons . . . 56

3.2.2.1 Mise en÷uvre . . . 56

3.2.2.2 Inuen edesparamètres desimulation . . . 57

3.2.2.2.1 Inuen edunombre deréexions . . . 57

3.2.2.2.2 Inuen edesparamètres éle triquesdessurfa es . . . . 59

3.2.2.3 Résultats . . . 60

3.2.3 Lan er de rayons . . . 62

3.2.3.1 Mise en÷uvre . . . 62

3.2.3.1.1 Émission . . . 62

3.2.3.1.2 Ré eption:méthode d'IMR . . . 66

3.2.3.2 Inuen edu nombre de rayonslan és . . . 66

3.2.3.3 Résultats . . . 68

3.2.3.4 Amélioration de la méthode de fa ettisation : interpolation des normales . . . 70

3.2.4 Bilan. . . 74

3.3 Solution analytiqueproposée . . . 75

3.3.1 Modélisationgéométrique de l'environnement tunnel . . . 75

3.3.2 Re her he destrajets . . . 77

3.3.2.1 Traitement desinterse tions rayon/surfa e ourbe . . . 77

3.3.2.1.1 Interse tionrayon/ ylindre . . . 78

3.3.2.1.2 Interse tionrayon/tore . . . 79

3.3.2.2 Optimisation destrajets . . . 79

3.3.2.2.1 Prin ipesgénérauxdeste hniques d'optimisation . . . . 80

3.3.2.2.2 Adaptation àlaminimisation de ladistan ed'untrajet 80 3.3.2.2.3 Ré eption . . . 81

3.3.3 Cal ul du hamp éle trique . . . 83

3.4 Con lusion. . . 86

4 Analyse omparative des résultats 87 4.1 Introdu tion . . . 89

4.2 S énario 1:tunnel re tangulairere tiligne . . . 90

4.2.1 Conguration desimulations . . . 90

4.2.2 Comparaison ave lathéoriemodale . . . 90

4.2.3 Résultats de simulations parlan er de rayons . . . 91

4.2.3.1 Simulationsave laméthode nonoptimisée . . . 91

4.2.3.2 Simulationsave laméthode optimisée. . . 92

4.2.4 Évaluationde laméthode d'optimisation . . . 93

4.2.4.1 Analyse globale:étudestatistiquedesrésultats. . . 93

4.3.1 Comparaison deste hniquesave l'outil WinProp . . . 95

4.3.2 Comparaison ave une méthodede lan er de fais eaux(Wang) . . . 97

4.3.3 Comparaison ave desmesures . . . 99

4.3.3.1 Conditionsde mesures . . . 99

4.3.3.2 Résultats demesures . . . 100

4.3.3.3 Comparaisonetanalyse desrésultats. . . 101

4.3.3.3.1 Pro édure d'analysedesrésultats. . . 102

4.3.3.3.2 Analyse globale. . . 103

4.3.3.3.3 Analyse par zones . . . 104

4.3.4 Con lusion . . . 108

4.4 S énario 3 :tunnels ourbes . . . 108

4.4.1 Pro édurede mesures . . . 109

4.4.2 S énario 3.1:tunnel re tangulaire ourbe . . . 110

4.4.2.1 Conguration demesures . . . 110

4.4.2.2 Résultats . . . 110

4.4.2.3 Analysedesrésultats . . . 110

4.4.2.4 Inuen edurayon de ourbure . . . 112

4.4.3 S énario 3.2:tunnel ir ulaire ourbe . . . 114

4.4.3.1 Conguration demesures . . . 114

4.4.3.2 Résultats . . . 115

4.4.3.3 Analysedesrésultats . . . 116

4.4.3.4 Inuen edurayon de ourbure . . . 117

4.4.4 Con lusion . . . 119

4.5 Con lusion. . . 119

Con lusion Générale et perspe tives 121 Liste de publi ations 127 Bibliographie 129 A Formalismede l'Optique Géométrique et de ses extensions 137 A.1 L'OptiqueGéométrique (OG) . . . 137

A.1.1 Diérentstypesd'ondes . . . 137

A.1.2 Polarisation desondes . . . 138

A.1.3 Phénomènespris en ompte par l'OG :laréexion etlatransmission . . . 139

A.2 La ThéorieUniforme delaDira tion (TUD) . . . 142

A.2.1 La ThéorieGéométrique delaDira tion (TGD) . . . 142

C Algorithme de Levenberg-Marquardt 149

C.1 Prin ipe . . . 149

C.2 Méthode du gradient . . . 150

C.3 Méthode de Gauss-Newton . . . 150

C.4 Algorithme deLevenberg-Marquardt . . . 151

D Distributions théoriquesde Rayleigh, Ri e, Nakagami et Weibull 153 D.1 Des ription desdistributions . . . 153

D.2 Valeursdesparamètresdesdistributionsdesmesuresetsimulationsdansletunnel de Roux . . . 154

1.1 Exemplesde systèmes de ommuni ation par ouplage magnétique . . . 10

1.2 Exemplesde tunnels de se tion ir ulaire. . . 13

1.3 Typesd'environnements tunnelren ontrés . . . 13

1.4 Modèleà 3pentes . . . 19

1.5 Modélisationde l'environnement sousWinProp:exemple d'une se tionde tunnel 20 1.6 Synoptique du logi ielRaPSordansledomaine radio . . . 22

1.7 Interfa e graphiquedu logi ielRaPSor . . . 23

2.1 Illustration de la ellule FDTDélémentaire ( ellule deYee) . . . 32

2.2 Illustration d'une ellule TLMélémentaire (n÷udsymétrique ondensé) . . . 32

2.3 Illustration de l'outil CST :modélisationde l'environnement éle tromagnétique . 34 2.4 Méthodes utiliséespar l'outil Fekoen fon tion de lataillede lastru ture àtraiter 35 2.5 Illustration de l'interfa e graphiquede l'outil HFSS . . . 36

2.6 Géométrie du guided'ondes re tangulaire . . . 37

2.7 Géométrie du guided'ondes ir ulaire . . . 40

2.8 Illustration de la onservation del'énergiedansun tubede rayons. . . 43

2.9 Phénomènes de réexionetde transmissiondanslepland'in iden e . . . 44

2.10 Prin ipe de laméthode desimages . . . 46

2.11 Illustration de lamultipli itédesimages enprésen e desurfa es ourbes . . . 46

2.12 Prin ipe du lan er derayons . . . 47

2.13 Illustration de lanon- onservation desangles de réexionsur surfa e ourbe . . . 49

3.1 Te hnique defa ettisation . . . 55

3.2 Résultats de simulations à 1 GHz en tra é de rayons en tunnel re tangulaire re tiligne omparésà eux deWang [Wang06℄ . . . 56

3.3 Conguration desimulations entunnel voûtére tiligne . . . 57

3.4 Tempsde al ul(ense ondes) enfon tion du nombrede réexions . . . 57

3.5 Fon tions umulativesde l'erreur (endB)en fon tion dunombrede réexions . . 58

3.6 Moyenne eté art-type (endB) del'erreur en fon tion dunombre deréexions . . 58

3.7 Inuen edes paramètres éle triquesdesdiérents bétons . . . 60

3.9 Statistiquesde la diéren e de puissan e entre n etn+1 fa ettesen fon tion du

nombrede fa ettes- Tra é derayons . . . 61

3.10 Représentation desangles

Φ

et

θ

surune sphère . . . 63

3.11 Illustration de la répartition des séquen es quasi-aléatoires de Halton et Ham-mersleypar rapportà une séquen ealéatoire . . . 65

3.12 Histogramme desangles minimum entre deuxrayonslan és à l'émission . . . 65

3.13 Illustrationdes rayonsmultiples ave sphèrede ré eption. . . 66

3.14 Temps de al ul(ense ondes)en fon tion dunombre derayons . . . 67

3.15 Fon tions umulatives del'erreur (endB) enfon tion du nombrederayons . . . 68

3.16 Moyenne eté art-type (endB)de l'erreur en fon tiondu nombrede rayons . . . 68

3.17 Résultats de simulation à 1 GHz en lan er de rayons omparés à eux de Wang [Wang06 ℄ . . . 69

3.18 Statistiquesde la diéren e de puissan e entre n etn+1 fa ettesen fon tion du nombrede fa ettes- Lan er derayons . . . 70

3.19 Illustrationde l'erreur surles normales par l'utilisation delafa ettisation . . . . 70

3.20 Te hnique d'interpolationdes normalesdes fa ettes . . . 71

3.21 Impa t del'interpolation danslase tiontransversale . . . 71

3.22 Distribution duniveau depuissan e surunplanhorizontal (8m

×

8m) àune hau-teurde 2,5mètres . . . 72

3.23 Distribution duniveau de puissan edanslase tion transversaledu tunnel . . . . 72

3.24 Résultats de simulation à 1 GHz en lan er de rayons ombiné à l'interpolation omparésà euxde Wang [Wang06℄ . . . 73

3.25 Statistiquesde la diéren e de puissan e entre n etn+1 fa ettesen fon tion du nombrede fa ettes- Lan er derayons+ interpolation . . . 74

3.26 Typesde tunnels gérés par leplugin . . . 76

3.27 Illustrationdela on aténation dese tionslongitudinales demêmese tion trans-versale . . . 76

3.28 Illustrationde l'ajout d'unsol et/oud'unplafond . . . 77

3.29 Conguration dansle asd'un ylindre . . . 78

3.30 Conguration dansle asd'untore . . . 79

3.31 Prin ipe d'optimisationdes trajets . . . 81

3.32 Algorithmede Levenberg-Marquardtadaptéà notre étude . . . 82

3.33 Critèrede validation destrajetsaprès optimisation . . . 82

3.34 Réexionsursurfa e ourbe d'untube derayonsastigmate . . . 83

3.35 Géométrie d'uneréexion sursurfa e ourbe. . . 85

4.1 Conguration de simulationsen tunnelre tangulaire re tiligne. . . 90

4.2 Comparaison de la théorie modale et du tra é de rayons - tunnel re tangulaire re tiligne- f=1GHz . . . 91

4.4 Résultats de simulations à 1 GHz ave laméthode optimisée omparés au tra é

de rayons- tunnel re tangulairere tiligne . . . 92

4.5 Mur d'images al uléau ré epteurdans la ongurationde lagure4.1 . . . 94

4.6 Dire tions de départdesrayons reçus:tra é de rayons etméthode non optimisée 94 4.7 Dire tions de départdesrayons reçus:tra é de rayons etméthode optimisée. . . 95

4.8 Conguration desimulations entunnel ir ulaire re tiligne . . . 95

4.9 Comparaison desrésultatsdesimulations à1GHzen fa ettes+tra éde rayons, fa ettes + lan er de rayons + interpolation, méthode non optimisée, méthode optimisée, WinProp -4 réexions - tunnel ir ulaire re tiligne . . . 96

4.10 Comparaison desrésultatsdesimulations à1GHzen fa ettes+tra éde rayons, fa ettes + lan er de rayons + interpolation, méthode non optimisée, méthode optimisée, WinProp -10 réexions - tunnel ir ulairere tiligne . . . 97

4.11 Conguration appro hée de elleutiliséepar Wang [Wang06℄(tunnel C) . . . 98

4.12 Résultats obtenus dans la onguration de la gure4.11 omparés auxrésultats de Wang [Wang06℄ . . . 98

4.13 Conguration demesures dansletunnel deRoux . . . 99

4.14 Illustration du matérielde mesures . . . 100

4.15 Illustration de lase tionvoûtée dutunnel . . . 100

4.16 Résultats de mesures obtenus dansletunnel deRoux . . . 101

4.17 Comparaison desrésultats de mesures et simulations ave la méthode optimisée à 2,4GHz - tunnelde Roux . . . 101

4.18 Comparaison desrésultats de mesures et simulations ave la méthode optimisée à 5,8GHz - tunnelde Roux . . . 102

4.19 Fon tionsde densité umulativesdesmesures etsimulations . . . 104

4.20 Fon tionsde densité umulativesdesmesures etsimulationsà 2,4GHz . . . 104

4.21 Fon tionsde densité umulativesdesmesures etsimulationsà 5,8GHz . . . 105

4.22 Fon tionsde densité umulativesdesmesures etsimulationspar zones à2,4GHz 106 4.23 Fon tionsde densité umulativesdesmesures et simulationspar zones à5,8GHz 106 4.24 Conguration demesures entunnel bi-voie etmonovoie . . . 109

4.25 Conguration demesures entunnel re tangulaire ourbe . . . 110

4.26 Résultats de mesures à5,8GHz - tunnelre tangulaire ourbe . . . 111

4.27 Résultatsdesimulationsave laméthodeoptimiséeà5,8GHzpourdeuxpositions de ré epteur- tunnel re tangulaire ourbe . . . 111

4.28 Comparaisondesrésultatsdemesuresetdesimulationsave laméthodeoptimisée - tunnel re tangulaire ourbe . . . 112

4.29 Géométrie de l'inuen e durayon de ourbure . . . 113

4.30 Inuen edu rayon de ourbure en tunnel re tangulaire ourbe . . . 113

4.31 Inuen edu rayon de ourbure en tunnel re tangulaire ourbe - Résultats lissés . 114 4.32 Conguration demesures entunnel ir ulaire ourbe . . . 115

4.35 Résultatsdesimulationsave laméthodeoptimiséeà5,8GHzpourdeuxpositions

deré epteur - tunnel ir ulaire ourbe . . . 116

4.36 Comparaisondesrésultatsdemesuresetdesimulationsave laméthodeoptimisée - tunnel ir ulaire ourbe. . . 117

4.37 Inuen edu rayonde ourbure entunnel ir ulaire ourbe . . . 118

4.38 Inuen edu rayonde ourbure entunnel ir ulaire ourbe -Résultats lissés . . . 118

A.1 Lesquatretypesd'onde . . . 138

A.2 Dénition desnotations d'une onde polarisée - exemple pour une onde polarisée defaçon re tiligneauxinstants

t

0

et

t

1

. . . 139

A.3 Phénomènesde réexion etdetransmissiondans lepland'in iden e . . . 140

A.4 Dénition desnotationsutilisées dansleformalisme de ladira tion . . . 143

A.5 Régions del'espa e dénies par laTGD . . . 144

B.1 Fi hierde s ène . . . 147

3.1 Valeursde paramètres éle triquesde plusieurs bétons à 1GHz . . . 59

3.2 Tempsde al ulen tra é derayonsen fon tion du nombrede fa ettes. . . 62

3.3 Tempsde al ulen lan er derayons enfon tion du nombrede fa ettes . . . 69

4.1 Étude statistique de l'erreur entre letra é de rayons (référen e) et les méthodes

à analyser . . . 93

4.2 Moyenne eté art-type del'erreur entrelesmesures etlessimulations -tunnel de

Roux . . . 103

4.3 Critères de Kolmogorov-Smirnov entre les mesures et les simulations - tunnel de

Roux . . . 103

4.4 Critères de Kolmogorov-Smirnov entreles signauxet les distributions théoriques

- tunnel de Roux . . . 105

4.5 Moyenne eté art-type del'erreur entrelesmesures et lessimulations parzones

-tunnel de Roux . . . 105

4.6 Critères de Kolmogorov-Smirnov entre les mesures etles simulations par zones

-tunnel de Roux . . . 107

4.7 Critères de Kolmogorov-Smirnov entreles signauxet les distributions théoriques

par zones à2,4 GHz- tunnel deRoux . . . 107

4.8 Critères de Kolmogorov-Smirnov entreles signauxetles distributions théoriques

par zones à5,8 GHz- tunnel deRoux . . . 107

4.9 Moyenne eté art-type de l'erreur entre les mesures et les simulations en tunnel

re tangulaire ourbe . . . 112

4.10 Moyenne eté art-type de l'erreur entre les mesures et les simulations en tunnel

ir ulaire ourbe . . . 117

D.1 Critères de Kolmogorov-Smirnov entreles signauxet les distributions théoriques

etvaleursdesparamètres des distributions - tunnelde Roux . . . 154

D.2 Critères de Kolmogorov-Smirnov entreles signauxet les distributions théoriques

etvaleursdesparamètres des distributions par zonesà 2,4GHz -tunnel de Roux 155

Depuisquelques années, les transmissions numériques sans l onnaissent un essor

onsidé-rableave entreautres les ommuni ations par satellites, laradioet latélévision numérique, la

domotique et biensûr la téléphonie mobile, ledéveloppement d'Internet et desréseaux lo aux

sans l. Le monde des transports dans son ensemble n'é happe pas à es évolutions

te hnolo-giquesetlessystèmesde ommuni ationsanslsontdeplusenplusutilisésdansledomainedes

transports guidés (métro, trains lassiques, TGV) an d'assurer des ommuni ations entre les

trainsetl'infrastru ture etentre lestrains. Cessystèmes répondent à desbesoinsopérationnels

de sé urité et de onfort,tels quela gestion du tra , la maintenan e, la sé urité et

l'informa-tion despassagers etdu personnel. Nous pouvons mentionner prin ipalement deux familles de

systèmes :les transmissions bas débit pour le ontrle- ommande des ir ulations et les

trans-missions haut débit pour la vidéo surveillan e embarquée ou les appli ations multimédia. La

prédi tiondela ouvertureradioéle triquede essystèmessanslestdon né essairean

d'op-timiser leurdéploiement et d'assurer la robustessedes liensradios. Généralement, des niveaux

de hamp minimaux sont requis an de garantir des indi ateurs de performan es relatifs aux

exigen esdesûreté de fon tionnement etàlaQualité de Servi e (QoS- Quality of Servi e).

Pour desappli ations métros, es systèmesopèrent dansdesenvironnements omplexestels

queles tunnels où les loisusuelles de prédi tion de lapropagation en espa e librene sont plus

valables. À l'instar des opérateurs de télé ommuni ations, les industriels ferroviaires doivent

don se munir d'outils de plani ation radio an de déployer leur système de ommuni ation.

Cependant, il n'existe pas à notre onnaissan e de modèle de prédi tion de la propagation en

tunnel aussi fa ile d'utilisation que peuvent l'être des modèles bien onnus dans le monde de

la téléphonie mobile tels que Okumura-Hata, Cost231 ... Le as des zones de tunnels est

gé-néralement traité par des ampagnes de mesures longues et oûteuses. Ainsi,le développement

de modèles de propagation spé iques pour les tunnels s'avère très pertinent pour l'industriel

an de permettre desréponses à des appels d'ores etle déploiement de es systèmes de

om-muni ation sans l dans es environnements spé iques. Les tunnels peuvent être de se tion

re tangulaire, ir ulaireou voûtée. Deplus, ils peuvent être re tilignes ou ourbes.

Les travauxde ette thèse portent sur le développement etl'évaluation d'une te hnique de

te h-d'unmoduleratta hé aunoyau d'unoutilde modélisationdelapropagationdesondesexistant,

l'outil RaPSor, issu des re her hes menéespar le laboratoire XLIM-SIC de l'Université de

Poi-tiers. Ces re her hes ont été onduites dans le adred'un ontrat CIFRE entre ALSTOM-TIS

(TransportInformationSolution), leLaboratoireÉle troniqueOndes etSignauxpourlesT

rans-portsde l'INRETSetlelaboratoireXLIM-SIC.

Ce mémoire est omposé de quatre hapitres. Le premier hapitre traite du ontexte

in-dustriel de la thèse. Une première partie est dédiée à la présentation rapide des systèmes de

télé ommuni ations sans l dans les transports publi s urbains. Nous nous intéressons

parti- ulièrement au as des systèmes existants pour des appli ations métros et tramways, tels que

les systèmes par balise, les systèmes à indu tion et les systèmes radio. Nous dé rivons ensuite

rapidement lesystèmede ommuni ation sansldéveloppépar ALSTOM-TISdansle adredu

projetdeRe her heetDéveloppementUrbalissurlabasedesstandardsIEEE802.11a/b/get

rappelons lesdiérentstypesd'environnements tunnelren ontrés pourdesappli ations métros.

Il peuts'agir de tunnels de petites ougrandes dimensions (largeur omprise entre4 met8 m),

de stations, de dépts, de roisements ... Nousproposons ensuite un état de l'art destravaux

existantsdanslalittératures ientiquesurlesujetdelapropagationlibreentunnel.Ainsi,nous

mettons en éviden e quele as destunnels ourbes de se tion non re tangulaire a très peu été

traité auparavant. Enn, nous dé rivons brièvement les prin ipaux outils pour la modélisation

de la propagation existants dansle ommer e. Nous terminons e hapitre par une des ription

del'outil RaPSor,développé parlelaboratoireXLIM-SIC,quiestunoutil modulablesurlequel

s'appuient nostravaux dethèse.

Ledeuxième hapitre de e mémoireprésentelesdiérentes méthodespossiblespour la

mo-délisationde lapropagation desondesradioéle triquesen tunnel.L'hypothèsede départrepose

sur lefait qu'un tunnel peut être assimilé à unguide d'ondes diéle trique. Une des riptiondes

méthodesderésolutionsdeséquationsdeMaxwelldans esenvironnementsspé iquesest

ee -tuée. Cesméthodess'appuient surleformalisme éle tromagnétiqueetles équationsde Maxwell

qui régissent le omportement des hamps éle trique et magnétique dans un milieu ex ité par

unesour eéle tromagnétique.Troisgrandesfamillesdeméthodessontdétaillées.Lapremière

fa-milleest onstituéedesméthodesrigoureusesqui onsistent àrésoudreleséquationsdeMaxwell

ave des onditions aux limites imposées par les parois du tunnel. Cette résolution s'ee tue

par des méthodes analytiques ou des te hniques numériques de résolution des équations aux

dérivées partielles. La théorie modale onstitue la deuxième famille. Elle s'applique dans des

onditions géométriquesparti ulières:tunnel innire tiligne de se tionre tangulaire ou

ir u-laire. Ellepermetd'obtenirles expressionsanalytiques des omposantes du hampéle triqueet

magnétique de l'ensemble des modes hybrides se propageant dans le tunnel.Enn, la dernière

famille de méthodes est onstituée desméthodes asymptotiques.Elle s'appuie surlathéorie de

l'Optique Géométrique etsonextension, la Théorie Uniformede la Dira tion, qui ne peuvent

deladimension duproblèmeà résoudre.Nousleur préféronsainsilesméthodesasymptotiques.

Le hapitre 3 onstitue le ÷ur des travaux de re her he ee tués pendant ette thèse. Les

diérentes méthodes imaginées sont présentées et évaluées. Nous proposons dans un premier

tempsuneméthodedefa ettisationdessurfa es ourbesappliquéeau asdestunnelsre tilignes

de se tionnon droite. Cette méthode esttout d'abord ombinée au tra é de rayons, te hnique

déjàimplémentéesousRaPSor.Unlan er derayonsestensuitedéveloppéet ombinéàla

fa et-tisation.Lesperforman es sontalorsamélioréesàl'aided'unete hniqued'interpolationissuede

laSynthèse d'Images. Les limites de la te hnique de fa ettisation sont alors données. Dans un

deuxièmetemps,nousnoussommesfo aliséssurlessolutionsfondéessurlelan erderayonspour

lesquellesnousavonsproposéde onsidérer unereprésentation analytiquedessurfa es ourbes:

le al ul des normales ainsi que les oe ients de divergen e au niveau du al ul du hamp

éle trique prennent en ompte la présen e des surfa es ourbes. Une méthode d'optimisation

originale des trajets est développée an d'améliorer les résultats obtenus. Elle onsiste en une

minimisation de la longueur totale des trajets an de s'appro her des trajets réels au sens de

l'OptiqueGéométrique, selon leprin ipe de Fermat.

Dans le quatrième et dernier hapitre de e mémoire, les diérentes méthodes présentées

dansletroisième hapitresontévaluéesdansdiérentss énariosopérationnelsreprésentatifs.Le

premier s énario estun tunnel re tangulaire re tiligne. Cette onguration permet d'utiliser le

tra é de rayons omme référen e. Les diérentes te hniques sont alors omparées dans e as.

Le tunnel re tiligne de se tion ir ulaire onstitue le deuxième s énario. Lesrésultats peuvent

être onfrontés à des résultats de la littérature ainsi qu'à des résultats de mesures réalisées au

sein du LEOST.Le troisième s énario porte sur le as destunnels ourbes. Les résultats

obte-nus ave laméthode imaginée etdéveloppée dans ettethèse sont onfrontés à desrésultatsde

mesuresréaliséespar ALSTOM-TISdansle adredeprojets etdudéploiement deleur système

de ommuni ation. L'inuen e durayon de ourbureest également étudiée.

Enn, la on lusion générale présente les prin ipales ontributions de e travail portant

sur le développement et l'implémentation d'une te hnique de modélisation de la propagation

libre en tunnel ourbe de se tion ourbe. Ce travail a fait l'objet de deux publi ations dans

desrevues internationales, de deux ommuni ations à des onféren es internationales et d'une

Les besoins en télé ommuni ations sans

l pour le ferroviaire et les outils pour

le déploiement

Sommaire

1.1 Introdu tion . . . 6

1.2 Problématique des systèmes de télé ommuni ations sans l dans lestransports publi surbains . . . 6

1.3 Lessystèmesexistantsdanslemondepourdesappli ations métros ettramways. . . 8

1.3.1 Introdu tion . . . 8

1.3.2 Lessystèmesde ommuni ationpon tuelleouparbalises . . . 8

1.3.3 Lessystèmesde ommuni ation ontinuepar ouplagemagnétique . . . 9

1.3.4 Lessystèmesde ommuni ationparradio . . . 11

1.3.5 SystèmeUrbalisdéveloppéparALSTOM-TIS . . . 11

1.4 Lestypesde tunnels etd'environnementsren ontrés . . . 12

1.5 Lesbesoins desindustriels pour le déploiement . . . 14

1.6 Modélisation de la propagationlibre en tunnel . . . 15

1.6.1 Introdu tion . . . 15

1.6.2 Lestravauxexistantssurlapropagationlibreentunnel . . . 16

1.6.3 Lesoutilsdisponiblespourmodéliserlapropagation libreentunnel . . 18

1.6.3.1 Lesoutilsstatistiquesempiriques. . . 18

1.6.3.2 Lesoutilsbaséssurdesméthodesàrayons . . . 20

1.6.3.2.1 WinProp . . . 20

1.6.3.2.2 RaPSor . . . 21

1.1 Introdu tion

Ce travail de thèse a été réalisé dans le adre d'une bourse CIFRE ave ALSTOM-TIS, il

est don important de présenter le ontexteindustriel delathèse.

Une première partie du hapitre est dédiée à un état de l'art des systèmes de

télé ommu-ni ations sans l dans les transports publi s urbains. Nous nous fo alisons dans une deuxième

partie surle as des systèmes existants pour desappli ations métros et tramways, tels que les

systèmes par balise, les systèmes à indu tion et les systèmes radio. Dans une troisième partie,

nousprésentonsbrièvement lesystèmede ommuni ationsans ldéveloppé par ALSTOM-TIS

dansle adre duprojet deRe her he etDéveloppement Urbalis.

Danslaquatrièmepartie, nousdé rivons lestypesd'environnements tunnel ren ontrés (des

tunnels de petite ou grande dimension, des stations, des roisements) et les besoins des

indus-triels pour ledéploiement de leursystème de ommuni ation sans l.À l'instar desopérateurs

téléphoniques,les industrielsferroviairesdoivent semunird'outils de plani ation radioan de

déployerleur systèmede ommuni ation. Nousprésentons don les outilsexistantsetmontrons

ladi ultéd'utiliserdetelsoutilspourledéploiementdesystèmesde ommuni ationentunnels.

Nous nousfo alisons en dernier lieu surl'outil RaPSor développé par le laboratoire XLIM-SIC

de l'Universitéde Poitiers qui estun outil modulable surlequel letravailde thèse sefonde.

1.2 Problématique des systèmes de télé ommuni ations sans l

dans les transports publi s urbains

Ave le développement de l'éle tronique, de l'informatique et des télé ommuni ations, les

besoinsen transmissiondans les transports publi s sesont multipliés dans le but d'augmenter

lasé uritédesdépla ements,d'optimiser l'usagedesinfrastru turesexistantesenaugmentantla

fréquen edestrains,deréduireles oûtsdefon tionnementetdemaintenan eetainsideréduire

l'impa t des transports sur l'environnement. Auxbesoins de transmissions liés à l'exploitation

etàlamaintenan edestrainsetdesvoies,s'ajoutent également lesbesoinsd'information etde

servi esà destination desagentsetdes lientsàtout moment. Ilestaujourd'hui ommunément

admisque esservi esrendent les transports publi splusattra tifs, favorisent les usages

multi-modauxetaugmentent lesentimentdesé uritédes lientsdestransports publi s[Berbineau90℄,

[Berbineau06℄,[Berbineau07℄.

Lessystèmesdetransportsguidésurbainssontdessystèmestrès omplexes omposésdetrès

nombreux sous-systèmes dédiés, alloués à destâ hes spé iques, qui oopèrent etinteragissent

andesatisfaireàdesexigen esglobales( ontrle- ommande,exploitation,maintenan e,

super-vision ...) visant à orirun systèmede transportde qualité.Ainsi, les é hanges d'information

entre es diérents sous-systèmes ne essent d'augmenter en parti ulier ave la généralisation

urbains 7

 les ommuni ations sans l entre les véhi ules et l'infrastru ture (radio sol-train pour le

ontrle- ommandedes ir ulations,alerted'urgen edesusagers,diusiond'informations,

télé diagnosti , information pour la maintenan e, vidéosurveillan e de l'intérieur des

mé-tros retransmise versun entrede ontrle,priorité auxfeux designalisation);

 les ommuni ations entre véhi ules (radar anti- ollision, a ostage automatique de rame

de métro,dépannage à lavolée...);

 les ommuni ations intravéhi ules (réseauxde ommuni ation embarqués, assistan eà la

onduite, objetsmobiles ommuni ants embarquéspour lesagents ...).

Chaqueentité fon tionnelle dusystèmede transportglobal ou haque appli ation demande

desé hangesd'informationplusoumoinsfréquentsetplusoumoins onsommateursentermesde

ressour esspe trales.Pour e faire,denombreux systèmesdetélé ommuni ations sontdéployés

lelongdesvoiesouroutes etenembarquésande satisfairetousles besoinsde ommuni ation.

Deux grandesfamilles d'appli ations existent :

 elles liées au ontrle- ommande des ir ulations qui estune appli ation de sé urité qui

doit répondre à des exigen es de sé urité, aussi appelées CBTC (Communi ation Based

TrainControl);

 ellesdédiéesauxappli ationsnefaisantpasintervenirdire tementlasé urité:information

voyageurs,maintenan e,vidéosurveillan e :CCTV(Closed-Cir uit TeleVision) ...

La notion de sé urité fait appel à la notion de probabilité d'erreur ou de défaillan e de la

fon tion.À titre d'exemple uneappli ation SIL 4 (appli ationà niveau d'intégrité de sé urité)

requiert le plus haut niveau d'intégrité de sé urité, à savoir une probabilité de défaillan e sur

demande (PFD - Probability of Failure on Demand) omprise entre :

10

−5

et

10

−4

.Toutes es

appli ations de télé ommuni ations sans l doivent en général répondre à des besoins et des

exigen esexprimés parun lient en termesd'indi ateurs deperforman e lefou KPI(Key

Per-forman e Indi ators) qu'il pourra mesurer.

Les appli ations de télé ommuni ations qui mettent en jeu la sé urité sont exigeantes en

termes de robustesse et de disponibilité mais la quantité d'information é hangée est plutt

faible.Dans le asdes métrosou des tramways, on onsidère qu'elleest en général inférieure à

100 kbits/s. La qualité de servi e est souvent mesurée en termes de taux d'erreurs par paquet

transmis qui, pour des appli ations de ontrle- ommande, ne doit pas dépasser

10

−3

, valeur

pour laquellediérentsproto oles deretransmission sontmis enpla ean degarantir leniveau

desé urité de latransmissionau sensferroviaire duterme(SIL 4 notamment).

Lesappli ations ne faisant pas intervenir lasé urité requièrent beau oupplus dedébit. Les

besoinsentermes dedébitdépendent desexigen esdel'opérateur detransportet peuvent aller

jusqu'àplusieurs entainesdeMbits/s.Lestauxd'erreurspaquetexigéssont del'ordrede

10

−3

1.3 Les systèmes existants dans le monde pour des appli ations

métros et tramways

1.3.1 Introdu tion

Ave lagénéralisationdessystèmesd'aideàla onduiteallantjusqu'àla onduiteautomatisée

danslestransports guidésurbains,lesappli ationsdetélé ommuni ations entreles véhi ulesde

transportetlesol semultiplient.

Lessystèmesde ommuni ationexistantspourlesappli ationsmétrosettramwaysreposent

sur des te hnologies telles que les ommuni ations pon tuelles par balises, les ommuni ations

ontinues par ligne bilaire roiséeou non etles systèmesde transmission sanslpropriétaires

ou s'appuyant surdesstandards tels queIEEE802.11x. Dans les paragraphesqui suivent,nous

allons rappeler l'utilisation des diérentes te hnologies pour les métros et les tramways dans

le monde. Plusieurs paragraphes sont issus du do ument [Berbineau01℄ ave l'autorisation de

l'auteure. Nous donnons ensuite une brève des ription du système de ommuni ation sans l

proposépar ALSTOM-TISsur labaseduproduit Urbalis.

1.3.2 Les systèmes de ommuni ation pon tuelle ou par balises

Commeleursnomsl'indiquent,lessystèmesde ommuni ationpon tuelleoulesbalises sont

des systèmes qui permettent la transmission d'information non né essairement bidire tionnelle

généralement entredeux pointsrelativement pro hesl'undel'autre. Ces ommuni ations,aussi

appelées ommuni ations de ourte portée, vont permettre la transmission d'une information

valide très lo alement uniquement dans la zone de transmission de la balise. Dans la zone de

ouverture d'une autrebalise, l'information pré édemment reçue pourra êtremodiée.

Lagamme de fréquen es exploitéepar lessystèmes de ommuni ation pon tuelle s'étale de

quelqueskHz à plusieurs GHz. La zonede ouverture de essystèmes doit êtrené essairement

limitée. Comme tous les systèmes de ommuni ation, ils ne doivent pasgénérer d'interféren es

surles autres systèmesde ommuni ationetplus parti ulièrement surles systèmes delamême

famille, e qui signie en pratique que l'information transmise par une balise au point X ne

doit pasêtre onfondueave l'information transmise par une autre baliseau point Y,nimême

simplement êtreerronée dufait dufon tionnement de labaliseau point Y.

Danslestransportsguidésurbains,les ommuni ations pon tuellespar balisessont utilisées

notamment pour l'identi ation des véhi ules, la lo alisation, la répétition de la signalisation

latérale, le ontrle de vitesse, le ontrle d'intégrité et pour la transmission de toute autre

information permettant l'aide àla onduite,le ontrle des automatismesembarquésetparfois

lediagnosti etlamaintenan e.À titred'exemple, onpeut iteren Fran e:

Main-positif d'Aide à la Maintenan e) à 9,9 GHz qui re ueillent des informations liées à la

maintenan e destrainséquipés;

 les balises KVB (Contrle de Vitesse par Balises - K : lettre orrespondant au ontrle

à laSNCF) (lien montant 27 MHz - lien des endant 4,5 MHz) utilisées à la SNCFpour

le ontrle de vitesse par balises sur ertaines lignes. Ces balises sont aussi utilisées par

la RATP (Réseau Autonome des Transports Parisiens) pour ses lignes de RER (Réseau

Express Régional);

 les balisesdetypeTVM430 (Transmission Voie-Ma hine) utiliséespour lestransmissions

designalisationvoie-ma hinesurleslignesGrandeVitesse (LGV) ommepar exemplesur

la ligne Lille-Paris. Le prin ipe de es balises repose sur l'utilisation de ommuni ations

pon tuellesindu tivesentreun ir uitdevoieetletrain.Lesinformationssonttransmises

grâ eàlamodulationde4porteusesà1700,2000,2300et2600Hz.Dessystèmessimilaires

sont utilisés surleRERen Ilede Fran e.

1.3.3 Les systèmes de ommuni ation ontinue par ouplage magnétique

Ces systèmesont onnu et onnaissent en ore unintérêt onsidérableparti ulièrement pour

les appli ations de ommuni ation dansles transports guidés. Ce sont en général dessystèmes

dédiés.Dans leurforme laplus répandue, ils orent l'avantage d'êtreé onomiques. Cependant,

entant que systèmes basse fréquen e, ils sont sujetsà deslimitations liéesà labande passante

utileetaumauvaisrapportsignal àbruit.Onpeut iter prin ipalement lessystèmes suivants :

 le âble à un seul ondu teur posé entre les rails. Le retour de ourant s'ee tue

par les rails. Ce système est sujet à une diaphonie importante entre les voies parallèles

d'une ligne àdoublevoie;

 la ligne bilaire positionnée à la voie au niveau des les des rails. Un exemple

typique d'appli ation est la répétition à bord des trains de la signalisation latérale. La

ligne bilaire est illustrée gure 1.1 (a). Ce type de système est aussi appelé tapis de

transmission;

 la ligne bilaire roisée ou tapis pilote. La ligne bilaire garantit une transmission

ontinue des informations. Les ls peuvent être roisés ommeillustré gure 1.1 (b). Les

roisementspeuventêtreréguliersounon.Danslepremier as, ettesolutionpermet

d'évi-ter les eets de diaphonie. Dans le deuxième as, les roisements des ls permettent de

oder par exemple un programme de vitesse ou des informations pour la re-lo alisation

des trainsqui sont alors déte téspar une antenne magnétiqueà bord du train.Certaines

lignes de métros de la RATP ainsi que les métros automatiques de type VAL (Véhi ule

Automatique Léger) (Lille, Toulouse, Rennes, Roissy, Orly ...) utilisent un tapis pilote.

Pour les métros automatiques de Lyon (MAGALY) et Paris (METEOR), les

onstru -teurs sont revenus àl'utilisation d'uneligne bilaire roiséedefaçon régulière ou tapisde

transmission ar la mise en ÷uvre des roisements non réguliers des ls pour le odage

iter le système LZB (LinienZugBeeinussung - trains sous ommande de la ligne) qui

utilise uneligne bilaire roiséedéployée entre lesrailssur ertaines lignesenAllemagne;

 les ir uitsdevoie.Cesontdes ir uitséle triquesobtenusenisolantunese tiondevoie

appelée anton.Ilssontutiliséspourdéte terlaprésen ed'untraindansle antonetpour

transmettre la signalisation latérale à bord des trains ainsi que des onsignes de vitesse

maximale autorisée, la pro haine limitation de vitesse et la distan e à ette limitation.

Ils onstituent des éléments fondamentaux de la ir ulation des trains. Les prin ipales

te hnologies sont :

 le ir uit de voieà ourant ontinu;

 le ir uit de voie odéà ourant ontinu;

 le ir uit de voieà ourant alternatif;

 le ir uit de voieà fréquen eaudio;

 le ir uit de voieà impulsionsde tensionélevée;

 le ir uit de voieà joint éle triquede séparation (UM71);

 le ir uit de voiesansjointéle trique de séparation (CVCM75).

Le prin ipe de la ommuni ation par ir uit de voie est détaillé dans [Berbineau90℄. Nous

donnonsi i quelquesexemplesd'utilisation des ir uits de voie:

 le ontrle ontinu de lavitesse etle pilotageautomatique du métro de Montréal

s'ee -tuentviades ir uitsdevoieàimpulsionsdetensionélevéedontlafréquen ederé urren e

est ara téristique de l'information à transmettre;

 en Fran e, pour le réseau RFF (Réseau Ferré Français), les ir uits de voie à impulsions

de tensionélevée etles ir uits de voiedu type UM71 sont prin ipalement utilisés;

 les ir uits de voie à impulsions de tension élevée sont aussi utilisés dans le métro de

Marseilleetles lignesduRER àParis.

1.3.4 Les systèmes de ommuni ation par radio

Laradioestlemoyende ommuni ationquiseprêtelemieuxaux ommuni ationsàmoyenne

oulongue distan eentrelesol etles trains. Defaçongénérale enmilieu ferroviaire,les gammes

d'ondeslesplusemployéesjusqu'àré emmentàtraverslemondesontlesondesVHF(Very High

Frequen y) dansla bande 70-88 MHz ou dans labande 155-220 MHz et les ondes UHF (Ultra

HighFrequen y)danslabande420-470MHz.Lespe treVHF-UHFestaujourd'huitrèso upé,

latendan e est don à monter dans le spe tre de fréquen es pour élargir lenombre de anaux

disponibles.

Laradioa onnuunessor onsidérablenotammentenFran eave ledéveloppementdes

équi-pementsderadiosol-trainà450MHz(réseauxradioUIC-UnionInternationaledesCheminsde

fer)pourles ommuni ationsvo alesdeservi es,puisave ledéveloppementd'unetransmission

de données pour des appli ations de télé- ontrle et de télé-maintenan e des équipements de

trains(à partir de 1988sur laligne Paris-Renneset1989 pour leTGVAtlantique).

D'importantstravauxontétémenésauniveaueuropéenpourlenouveausystèmede

ontrle- ommandeERTMS(European Rail Tra Management System) dont les niveaux de

fon tion-nalités de niveau 2 et 3 reposent sur l'utilisation d'un système de radio numérique EIRENE

(European Integrated Railway Radio Enhan ed Network) dansla bande des900 MHz dérivé du

standardgrand publi de radiotéléphonie ellulaire,leGSM phase2+[ERT ℄.

On onstate aujourd'hui que le développement des ommuni ations sans l et des réseaux

lo auxsans l de type WLAN (Wireless Lo al Area Network) IEEE802.11a/b/g pour le grand

publi , onduit lesopérateursde transports guidésà s'appuyersurles potentialitésoertes par

essystèmespeu oûteux anderépondreàl'a roissement deleursbesoinsen

télé ommuni a-tions.Lesmodesd'exploitationetde onduited'unmétrosans ondu teur reposentaujourd'hui

sur des systèmes de transmissions sans l à base de modems WIFI sur lesquels des ou hes

proto olaires spé iques ont été développées ainsi qu'une ingénierie radio adaptée. C'est le as

dumétro de New-York, de laLigne 1 de la RATP,du Métro de Malaga, du Métro de

Marma-ray, Pékin, Shanghai ... Dans la partie suivante, nous présentons sans donner d'informations

sensibles, le système de ommuni ation sans l développé par ALSTOM-TIS dans le adre de

leurprojetUrbalis.

1.3.5 Système Urbalis  développé par ALSTOM-TIS

Le système de ommuni ation sans l Urbalis d'ALSTOM-TIS a été développé pour

deuxtypesd'appli ations:lesappli ationsvitales( ontrle- ommandeouCBTC)etnon-vitales

(maintenan e, surveillan e ou CCTV ...). Comme indiqué pré édemment, les appli ations

vi-talesrequièrent unhaut niveau de disponibilité etde abilitémais unfaible débit.Il s'agit des

appli ations de ontrle- ommande des rames. Les appli ations non-vitales requièrent de très

LesystèmesansldéveloppéparALSTOM-TISs'appuiesurdesmodemsradioaustandard

IEEE802.11a à5,8GHzetIEEE802.11b/gà 2,4GHz,déployésen réseaude typeEthernet.Les

gammesde fréquen e utiliséesdépendent de lalo alisationdu projet:

 valable partout :2400-2483,5 MHz

 enEurope etauxÉtats-Unis :5150-5350MHz

 enEurope :5470-5725 MHz

 auxÉtats-Unis:5725-5825 MHz

 enChine :55725-5850 MHz

Lesdébits supportés pour les 3systèmes sont aujourd'hui :

 802.11a:6Mbits/s,9,12,18,24,36et54Mbits/sOFDM(OrthogonalFrequen yDivision

Multiplexing) :modulationmulti-porteuses orthogonales

 802.11b : 1 Mbits/s, 2, 5,5 et 11 Mbits/s DSSS (Dire t Sequen e Spread Spe trum) :

modulationà étalement de spe tre par séquen edire te

 802.11g :6 Mbits/s, 9,12,18,24, 36et54 Mbits/sOFDM

Des ou hes proto olaires propriétaires permettant de répondre aux exigen es de mobilité,

de temps de réponse etde sé urité ont été développées par ALSTOM-TIS et diéren ient leur

systèmede euxde la on urren e.

1.4 Les types de tunnels et d'environnements ren ontrés

Lessystèmes de ommuni ation sans ldédiés aux appli ations de ommuni ation pour les

métrosetlestramwayssont déployés dansdesenvironnements lassiquesenmilieu urbainmais

aussidansdesenvironnements spé iquestelsquelestunnels etles tran hées. Lesgures 1.2et

1.3donnent desexemplesd'environnements ren ontrés entunnel.

Lestunnels dans le domaine ferroviaire peuvent être de se tion re tangulaire, ir ulaire ou

voûtée. Généralement, ils ne sont pas omplètement re tilignes, ils peuvent être ourbes. Les

se tionsetlesrayonsde ourbure varientde quelques entainesdemètresà quelqueskilomètres

selon le type de trains (métros légers, métros lourds, trains onventionnels, TGV ...). À titre

d'exemple la se tion d'un tunnel de métro monovoie peut être de l'ordre de 4 m

×

4 m. La se tiond'untunnel TGVdeux voiesest égale à6,22m

×

11,60 m.

Plusspé iquement dansle asdesmétros,onpeutnoterprin ipalementdeux atégories de

tunnels : eux deslignesen ours de rénovation et eux omplètement neufs. Lespremiers sont

en général defa ture an ienneetlase tion estplutt grandevis-à-visde lase tiondumatériel

a.Tunnelétroit b.Tunnellarge

Figure1.2Exemples de tunnelsde se tion ir ulaire

a.Croisement b.Station

Figure1.3Typesd'environnementstunnelren ontrés

Lors d'une réponse à un appel d'ore, un industriel omme ALSTOM-TIS doit pouvoir

dénirdefaçon ablelenombrede pointsd'a èsradioet lestypesd'antennesné essairespour

ledéploiementdansdebonnes onditionsquelsquesoientlesmatériauxetlesenvironnements,les

formesde tunnelsoude tran héesdanslesquelslessystèmessontdéployés,toutengarantissant

desperforman es imposées par lesexigen esde sé urité etlesdébits souhaités par le lient.

L'obje tif pour l'industriel est bien sûr de onstruire une ore répondant aux besoins et

exigen esdu lientàunprixa eptableetpermettantlesmargesnan ièreslesplusimportantes.

Pour e faire,àl'instardesopérateurs detélé ommuni ations, l'industrieldoitdisposerd'outils

deplani ation radio adaptés etsouplesquilui permettent de limiterladuréeet l'ampleurdes

1.5 Les besoins des industriels pour le déploiement

L'explosiondestélé ommuni ationssansletnotammentdesréseaux ellulairesGSM

(Glo-bal SystemforMobileCommuni ations),GPRS(GeneralPa ketRadioServi e),EDGE

(Enhan- ed DataRatesfor GSMEvolution)etUMTS(Universal MobileTele ommuni ations System)a

vul'arrivée surlemar héà destination desindustrielsetdesopérateursdetélé ommuni ations

d'un ertain nombre d'outils logi iels dédiés àla plani ation radio de es systèmes.Ces outils

permettent de dénirune plani ation ellulairede départetd'identier lessites surlesquelsil

onvientd'implanterlesstationsdebaseàpartirdeladénitiondes ara téristiquesdeszonesà

ouvrir,éventuellement en imposant lalo alisation de ertainssites (sites préférés).La plupart

de esoutils sont très lourds àmanipuler, sont dédiés auxingénieurs radio et sont optimiséset

enri hiseninterneparlesopérateursdetéléphonieandetenir omptedesdiérents

environne-mentsde propagationren ontrés.Cesoutilssont néanmoinsdespassagesobligésnonseulement

dans les étapes de plani ation et de déploiement des systèmes mais aussi en permanen e au

ours delavie du réseau.

Àl'instardumondedestélé ommuni ationsgrandpubli ,lagénéralisationdel'usagedes

sys-tèmesde ommuni ationsansldansledomainedestransportsné essitel'usaged'outilslogi iel

deplani ation etd'optimisationpour ledéploiement de es systèmes.Certainsoutilsexistants

dans le monde des télé ommuni ations ont été spé iquement adaptés dansle as notamment

dudéploiementdel'infrastru tureGSM-Rdansdiverspayseuropéensmaisànotre onnaissan e

au un moduledédié spé iquement auxtunnels de métrosn'aétéréellement ommer ialisé.

Laplupart du temps,l'industriel a re oursà des ampagnesde mesures quisont longues et

oûteuses. Ces mesures né essitent una ès surleterrainqui peuts'avérer di ile :

 dansle asd'uneligneen onstru tion,l'a èsausiteestdépendantdel'étatd'avan ement

de la onstru tion qui peut onnaître des retardsimportants. En eet, ledéveloppement

dusystèmede ommuni ationsansl onstitueladernièreétapedel'ensembledusystème

detransport;

 dansle as d'une ligne déjà en exploitation, l'a ès au site ne peutse faire qu'en dehors

desheuresd'exploitationdumétro outramway, equiamèneàdesplagestrès ourtesqui

sedéroulent leplussouvent lanuit.

Ande limiterles ampagnesdemesures,ilestdon né essairequel'industrielferroviairese

munissed'outilsde plani ation quipermettentde déterminerleniveaude hampquel quesoit

l'environnement ren ontré : prise en ompte des diérentes se tions transversales et

longitudi-nales du tunnel ainsi que des matériaux de onstru tion. Les modèles de propagation devront

respe ter un ompromis pré ision/temps de al ul et devront être simples d'utilisation. Nous

Pour les zones extérieures, les modèles de prédi tion de la ouverture radio utilisés sont

desmodèles statistiques lassiquesetbien onnus tels queles modèles d'atténuation en espa e

libre, le modèle Okumura-Hata ou des modèles à 2 rayons. Ces modèles fon tionnent bien ar

le déploiement se fait en visibilité dire te et les distan es émetteur/ré epteur sont faibles. Les

ampagnesdemesuressontfa ilesàmettreen÷uvreetdefaçongénéraleilyapeude ontraintes

pourlepositionnementdespointsd'a èsquisontleplussouventsituéssurdespoteauxexistants

(signalisation, é lairage ...).

Dans leszones de tunnels ou detran hées, laprédi tion de la ouverture radio sefonde sur

uneutilisationintensiveduretourd'expérien esurdesmesuresetsurlamiseen÷uvrederègles

d'ingénierie.

Les ongurations de tunnels omplexes et de tunnels ourbes de se tion ir ulaire sont

de plus en plus fréquemment ren ontrées pour les nouvelles lignes de métro et il est apparu

né essaired'anerlepro essusdeprédi tiondela ouvertureradioéle triquepourledéploiement

ens'appuyantsurdesoutilsplus élaborés.C'estdans e ontextequ'ALSTOM-TIS adé idéde

lan er ettethèseCIFREens'appuyantsurles ompéten esdulaboratoireLEOSTdel'INRETS

etdulaboratoire XLIM-SICde l'Université dePoitiers.

1.6 Modélisation de la propagation libre en tunnel

1.6.1 Introdu tion

En tunnel, la retransmission des ondes radio peut être réalisée ave diérents types

d'élé-mentsrayonnant :desantennes,des âblesrayonnants,des onvertisseurs demodeetdesguides

d'ondes.Audelà de2 GHz,les âbles rayonnantsne sont plusenvisageables.La retransmission

doitêtreassuréepar unguided'ondes rayonnant [Heddebaut09℄oudesantennes réparties dans

lestunnels.

ALSTOM-TISproposedessystèmesquifon tionnent enpropagationlibreouqui ombinent

l'usage du guide d'ondes et des antennes [Urb ℄. Nous ne onsidérons dans e mémoire que le

asde lapropagationlibreen tunnel,lesignalétant retransmis par desantennes qu'il onvient

de positionner judi ieusement en lien ave la position des points d'a ès radio tel que dé rit

pré édemment.

La propagationlibredesondeséle tromagnétiquesdansles environnements parti uliers que

sont lestunnels dépend des dimensionsdu tunnel etde lafréquen ede travail. Lapropagation

est alors sujette à plusieurs phénomènes qui, à ertaines fréquen es, peuvent être pénalisants.

Entunnel lesphénomènes suivantssont observés :

 les réexions multiples sur les parois etles dira tions sur les arêtes qui provoquent des

variations rapides et des évanouissements du hamp éle trique qui se propage dans le

tunnel;

 une atténuation et un ouplage entre l'extérieur et l'intérieur du tunnel qui dépendent

notammentdelapositiondelastationd'émission-ré eption parrapportàl'axedutunnel;

 leseetsdemasquesliésàlaprésen ed'unouplusieurstrainsdansletunnel,àl'existen e

de ourbesetdedis ontinuités (élargissement - rétré issement) àl'intérieur dutunnel.

1.6.2 Les travaux existants sur la propagation libre en tunnel

Il est aujourd'hui admis que les lois usuelles de la propagation en espa e libre ne peuvent

plusêtreappliquéesentunneletlapropagationdans emilieudoitêtreanalyséespé iquement.

Lorsquelalongueurd'onde onsidéréeestpetitedevantlesdimensionstransversalesdutunnelet

siletunnel estde longueurinnie, on onsidèreque letunnelestéquivalent àunguide d'ondes

diéle trique surdimensionné [Emslie75 ℄. L'obje tif est d'exprimer le hamp éle tromagnétique

dansunmilieu onnégrâ eàlarésolution rigoureuse dusystèmed'équationsdeMaxwell ave

des onditions auxlimitesimposées par lesparois dutunnel.Cet arti le deréféren e esten ore

ité aujourd'huidans toutes lespubli ationsrelatives àlapropagation libreen tunnel.

Auxfréquen esutiliséespourlesappli ationsmétro(del'ordreduGHz),lesparoisd'un

tun-nel(enbétonpar exemple) ont le omportement d'un diéle triquefaible pertede onstante

di-éle trique

ε

r

variantentre5et10etde ondu tivitééle trique

σ

variantentre0,01et0,06

S.m

−1

.

Ainsi, la propagation d'une onde éle tromagnétique dans un tunnel re tiligne inni de se tion

re tangulaire dont les parois sont diéle triques se traduit par l'existen e de plusieurs modes de

propagation appelés modes hybrides,

EH

mn

. Tous es modes sont des modes à perte puisquelaréexionsurlesparois impliqueunepartie réfra téedanslaparoietunepartie

réé- hiepar laparoiqui setraduitalors par une perte depuissan e lorsde lapropagation. Dansla

littérature, il existe plusieurs appro hes an de déterminer les niveaux d'amplitude du hamp

éle trique dansletunnel.Nousallons résumer esdiérentesappro hes.

Lapremière onsisteàréaliserdes ampagnesdemesuresintensives.Desmesuresà900MHz

et 1800MHz sontprésentéesdans[Hwang98 ℄,[Zhang98b℄,[Zhang98 ℄,[Zhang04℄,ande

ara -tériserlapropagationentunnelsre tangulaireslarges(del'ordrede8m

×

5m).Dans[Zhang98a℄ et[Liénard98℄,les ara téristiquesstatistiquesdu analdepropagationentunnels (données

sta-tistiques des évanouissements lents etrapides, distribution des évanouissements, étalement des

retards ...) sont données à partir de mesures. Les mesures restent une méthode limitée, elles

représentent dessolutions oûteuses en temps etenargent.

D'autres te hniques onsidèrent le formalisme de la théorie modale et visent à exprimer le

hampéle tromagnétique dansletunnel. Le tunnel est onsidéré ommeun guide d'ondes

sur-dimensionné.L'ensembledesmodessepropageant dansletunnelpeutalorsêtredéterminé.Des

et [Mahmoud74℄ ont développé les équations des hamps éle tromagnétiques dans le as d'un

tunnel re tangulaire re tiligne. De nombreuses études ont ensuite été réalisées à partir de es

équations.[Akyildiz09℄ traite de l'ex itationde lasour e, sujetde re her he à partentière. Les

équationspour le asdutunnel ir ulairesontdéveloppéesdans[Dudley06 ℄et[Dudley07 ℄.Nous

reviendronssur e formalisme dansle hapitre 2.

Certainsauteursproposentdeste hniquesderésolutionexa tedeséquationsdeMaxwellave

des onditions aux limites imposées par les parois du tunnel en s'appuyant sur des méthodes

numériques telles queles méthodesintégrales ou les équations ve torielles paraboliques. Le as

du tunnel est traité par es méthodes dans [Chang09℄, [Reutskiy08℄, [Bernardi09℄, [Popov00℄.

Ces méthodes seront également présentées en détail dans le hapitre 2. Nous verrons qu'elles

restentlimitéesen raisondesdimensionsdestunnels qui onduisent àdestempsde al ulstrop

importants.

Enn, d'autres auteurs s'appuient sur une appro he asymptotique en fréquen e et

intro-duisent le on ept de rayons. Une première appro he simple est fondée sur un modèle à deux

rayons[Zhang03 ℄,[Ahmed08 ℄. Cetype demodèle reste ependant peu pré is.

Lorsquelalongueurd'ondeestpetitedevantlesdimensionsdutunnel,ilestpossibled'utiliser

lesméthodesasymptotiquespuisqueles hypothèsesdevaliditéde esméthodessont vériées(

λ

trèspetit devant

d

,ave

λ

lalongueurd'ondeet

d

lapluspetitedimensiondel'environnement). Dans[Mahmoud74℄,unmodèle basésurl'Optique Géométriqueestproposé. Dans[Mariage94 ℄,

l'auteurreprend emodèleetajoutelephénomènededira tionandetraiterle ouplageentre

l'intérieuretl'extérieurdutunnel.Dans[Agunaou98 ℄,lestravauxsontpoursuivisen onsidérant

lesméthodesàrayonsand'étudierles hangementsdese tion.Ainsidenombreusesétudessont

baséessur esméthodesàrayons. Ellesvont êtreprésentées en détaildansle hapitre 2.

Le as des tunnels ourbes de se tion non droite a très peu été étudié. Wang présente une

méthode utilisant un lan er de fais eaux et ompare ave des résultats de mesures en tunnels

voûtés,puisentunnels ourbes[Wang06 ℄.Didas alou onsidèreunlan erderayonsetintroduit

un on eptdenormalisation desrayons[Didas alou00 ℄. Nousnoussommesinspirés de ertaines

de ses idées pour développer la méthode originale proposée dans ette thèse. Les modèles de

Wang etDidas alou seront présentés plus en détaildans le hapitre 2.Enn, Nilsson présente

uneméthodebaséesurl'hybridationd'uneméthodeàrayonsetdelathéoriemodale[Nilsson98℄.

Lamminmaki présente un modèle permettant de modéliser la propagation en tunnel ourbe à

l'aided'unlan er de rayonsetd'uneméthodede MonteCarlo[Lamminmaki98℄.

Les travaux mentionnés i i sont des travaux théoriques et expérimentaux. Quelques uns

proposent des modèles mais la plupart du temps la modélisation ne peut se faire qu'à l'aide

1.6.3 Les outils disponibles pour modéliser la propagation libre en tunnel

Ave le développement onsidérable des systèmes de ommuni ation sans l, de nombreux

outilsontétédéveloppésandeprédirelesniveauxde hampéle triqueenphasededéploiement.

Ces outilss'appuient sur diérentes méthodes.

Lesplusan iens etles plusfa ilesd'utilisation sont lesmodèlesstatistiques de prévisiondu

hampéle trique tels que lesmodèles d'Okumura-Hata [Hata80℄, de COST231-Hata [COST91 ℄

et le modèle à double pente [Catedra99℄. Ces modèles ne né essitent pas de bases de données

géographiquestrès pré ises maisen ontrepartie ils ne sont pastrès pré is.

Enphasededéploiement opérationnel,onleurpréfèredesmodèlessemi-empiriques quivont

prendreen omptedefaçonsimpliéenotammentlesphénomènesdedira tionsurlesobsta les

tel quelemodèle COST231-Wals h-Ikegami [COST99 ℄.

Enn, de nombreux outils utilisent des méthodes déterministes telles que les méthodes à

rayons qui s'appuient sur l'Optique géométrique et la Théorie Uniforme de la Dira tion. Ils

mettent en ÷uvre la te hnique du tra é de rayons ou la te hnique du lan er de rayons que

nousdétaillerons dansle hapitre 2.Plusieurs simulateursexistent dansleslaboratoires

univer-sitaires [Knörzer05℄, [Rizk97℄, [Rossi91℄ et [Reynaud05 ℄, mais aussi sur le mar hé : Ergospa e

développé pour des appli ations satellites, SimuEM développé par la so iété Giga omm pour

du déploiement de réseauxwi en indoor, qui a étéutilisé dans lepassé dansle adred'études

ave ALSTOM-TIS[Berbineau05℄,ainsique WinPropdistribué par AWE-Communi ation.

Au un des outils listés pré édemment ne traite spé iquement le as de la prédi tion du

hamp éle trique pour la propagation libre en tunnel ferroviaire. Dans ette partie, nous nous

fo alisons don sur lesquelques outils aujourd'huipotentiellement disponiblespour l'industriel

ferroviaire ande répondreàsonobje tif dedéploiement desystèmessans len tunnelvide ou

en présen ede trainsmasquants.

Le premier type d'outil, présenté i-dessous, s'appuie sur des modèles statistiques. Nous

détaillonsensuitedeuxoutilsutilisantleste hniquesàrayons:WinPropetRaPSorqui estissu

desre her hesdu laboratoireXLIM-SIC de l'Université de Poitiers.

1.6.3.1 Les outils statistiques empiriques

Dans le as spé ique de la propagation en tunnel, plusieurs études théoriques et

expéri-mentalesontétémenéesauxfréquen es 900,1800et2000MHz etont montréquel'atténuation

longitudinaledansletunnelpeutêtremodéliséesimplementparunmodèleà3pentes[COST95 ℄,

ommeillustré gure1.4.

Les distan es ritiques

dc

1

et

dc

2

entre les pentes dépendent des dimensions, de la se tion du tunnel etde la fréquen ede travail. Ces positions sesituent entre 50 et150 mde l'antenne

pour

dc

1

, et entre 500 et 600 m pour

dc

2

. Dans ha un des intervalles, l'amplitude du hamp éle trique, à une fréquen e donnée, dé roît de façon exponentielle en fon tion de la distan e

émetteur/ré epteur. Sil'amplitude du hampéle trique est expriméeen dé ibelspar rapport à

Atténuation (dB)

distance (m)

α

1

α

2

α

3

dc

1

dc

2

Figure 1.4Modèle à3pentes

Lapremièrezone,situéeentrel'antenneet

dc

1

,estunezonedetrèsforteatténuationpro he de l'atténuation du hamp éle trique en espa e libre où le signal subit des u tuations très

rapidesetprofondes.Dansl'intervalle omprisentre

dc

1

et

dc

2

,l'atténuationdu hampéle trique estbeau oup plus faible etles u tuations du signal sont moins nombreuses. Des atténuations

profondes du signal sont ependant observées. Au delà de

dc

2

, l'atténuation longitudinale de l'amplitudedu hampéle trique estextrêmement faible.

La di ulté réside dans la détermination des oe ients

α

1

,

α

2

,

α

3

,

dc

1

et

dc

2

qui sont fon tionsde lafréquen edetravail,deshauteursdesantennes etde lagéométrie dutunnel.Les

travauxduprogrammeeuropéenCOST[COST95℄proposeuneexpressiondeladistan e ritique

dc

1

fon tiondelaplusgrandedistan edutunneletdelalongueurd'onde.Dans[Zhang03℄,deux régionsde propagationsont onsidérées :une région pro he del'émetteur et une région loin de

l'émetteur. Une méthode est ainsiproposée pour al uler

dc

1

omme étant l'abs isse du point d'interse tionentrelazonepro hedel'émetteuroùlapropagationestsimilaireàlapropagation

en espa e libre, et la zone de propagation loin de l'émetteur danslaquelle l'atténuation

longi-tudinalepeutêtre évaluée parune méthode analytiqueappelée analyti al ray opti al model qui

ara tériselapropagation dansunguide d'ondessurdimensionné.

Ces méthodes peuvent être appliquées dans le as de ongurations anoniques, elles ne

peuvent don pas être utilisées dans le as spé ique de l'étude de la propagation en tunnel

ourbe de se tion non droite. De plus, elles ne fournissent qu'une estimation de la puissan e

moyenne, les variations rapides n'étant pas prises en ompte. D'autres types d'outils existent,

ils s'appuient sur deste hniques à rayons dont nousdétaillerons le prin ipe dansle hapitre 2,

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 ier 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.