FR2997588A1

FR2997588A1 - Procede de filtrage permettant de traiter les signaux d'un reseau gsm-r et dispositif permettant de le mettre en oeuvre

Info

Publication number: FR2997588A1
Application number: FR1260314A
Authority: FR
Inventors: Philippe Corbel
Original assignee: SELECOM SUD ELECTRONIQUE COMM
Current assignee: SELECOM SUD ELECTRONIQUE COMM
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-02
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: FR2997588B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de filtrage permettant de traiter les signaux d'un réseau de communication sans fil pour un système de voies ferrées du type dit GSM-R, entre des stations mobiles MS équipant les véhicules ferroviaires et des stations de bases fixes BTS réparties le long des voies ferroviaires qui communiquent entre elles via deux sous-bandes de fréquences dont l'une, dite voie montante UL, assure le transfert d'informations entre les mobiles MS et les stations de base BTS et l'autre, dite voie descendante DL, assure le transfert d'informations entre les stations de base BTS et les mobiles MS. Selon l'invention ce procédé consiste d'une part, à interposer entre l'antenne 200 et le poste de communication 300 des stations mobiles MS d'un réseau GSM-R, un circuit électrique 100 comportant deux duplexeurs D200 et D300 disposés entre la voie montante UL et la voie descendante DL, et d'autre part, à placer sur la partie de circuit 120 de la voie descendante DL, un module de traitement 140 assurant un filtrage du signal de la susdite voie descendante DL afin d'obtenir une réjection de signaux de la bande de fréquences adjacentes. L'invention concerne aussi un dispositif permettant de mettre en procédé de filtrage

Description

- 1 - PROCEDE DE FILTRAGE PERMETTANT DE TRAITER LES SIGNAUX D'UN RESEAU GSM-R ET DISPOSITF PERMETTANT DE LE METTRE EN OEUVRE.

DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des télécommunications et notamment celui de la téléphonie mobile. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un procédé de traitement de signaux afin de permettre la coexistence des réseaux de communication GSM avec le réseau spécifique de communication GSM-R qui équipe l'infrastructure ferroviaire afin d'assurer, à l'aide de la technologie mobile de communication, la circulation et la sécurité des trains et autres véhicules évoluant sur rails. DEFINITION GENERALES DES TERMES DE L'INVENTION En préalable, il est donné ci-après quelques définitions générales des termes techniques qui vont être employés dans le contexte de l'invention, afin d'éviter toute ambiguïté d'interprétation et lever ainsi d'éventuels problèmes de clarté de l'invention qui pourraient être soulevés pour la mise en oeuvre de cette dernière par l'homme de métier. Le terme « GSM », abréviation de « Global System for Mobile Communications » est utilisé pour définir des communications GSM. C'est une norme numérique standard de communication sans fil qui a été développée pour la téléphonie mobile dans des bandes de fréquences définies pour l'émission à partir de stations mobiles MS. On parle de réseau GSM pour désigner le réseau numérique de téléphonie mobile mais aussi de GSM lorsqu'on désigne des téléphones mobiles utilisant ce réseau pour communiquer. Dans le contexte de la présente invention, GSM ne sera utilisé que pour désigner le réseau de communication sans fil utilisé par les téléphones mobiles. D'une manière générale, le réseau GSM utilisé en Europe et pris en compte dans le contexte de l'invention est le GSM 900 c'est à dire avec un spectre de bande de fréquences de 880-915 MHz pour l'envoi, sur la voie montante UL, de la voix ou des données depuis le mobile MS et un spectre de bande de fréquences de 925-960 MHz pour la réception, sur la voie descendante DL, des informations venant du réseau ou des - 2 - stations fixes de relais BTS Le terme « EGSM », abréviation de « Extended GSM », définit un spectre de bandes de fréquences de 10 MHz d'extensions qui sont juste en dessous du spectre de la bande originale du réseau GSM 900. 5 Les suppléments de 10 MHz de 880-890 MHz du spectre du réseau EGSM sur la voie montante UL et de 925-935 MHz du spectre du réseau EGSM, sur la voie descendante DL, ont pour objet de fournir 50 canaux de communications supplémentaires au réseau GSM 900. D'une manière générale, le réseau GSM 900 est souvent compris avec le 10 spectre étendu EGSM inclus. Le terme « GSM-R », variante du GSM utilisée pour définir des communications spécifiques et abréviation de « Global System for Mobile - Railways », est une norme numérique standard de communication sans fil développée uniquement pour les applications 15 et les communications ferroviaires afin de permettre aux trains de communiquer avec les postes de régulation du trafic ferroviaire. Le réseau GSM-R est en fait une plateforme sécurisée pour les communications de voix et de données entre les différents membres des équipes ferroviaires : conducteurs, régulateurs, membres de 20 l'équipe de manoeuvre, personnels à bord du train, chefs de gare. Le réseau GSM-R utilise généralement un spectre de bande passante de fréquences s'étalant de 876 à 925 MHz en utilisant la bande de fréquences 876-880 MHz pour la voie montante UL et la bande de fréquences 921-925 MHz pour la voie descendante DL. 25 Le terme « MS », abréviation de « Mobile Station », désigne un élément de base d'un système cellulaire d'un réseau de téléphonie mobile GSM, plus souvent communément connu sous l'appellation de téléphone (ou portable) mobile pour le réseau GSM 900 et poste de communication embarqué pour le réseau GSM-R. 30 Le terme « BTS », abréviation de « Base Transceiver Station », est un élément de base fixe du système cellulaire de téléphonie mobile GSM appelé plus communément antenne-relais du réseau de téléphonie GSM pour assurer la liaison radio avec les stations mobiles tout en faisant office d'interface avec des Contrôleurs de 35 Station de base. Le terme « filtre réjecteur » comprend un filtre empêchant les - 3 - fréquences indésirables de pénétrer dans les réseaux de communication avec généralement un filtre passe haut laissant passer les fréquences au dessus d'un seuil et un filtre passe bas laissant passer les fréquences en dessous d'un certain seuil.

Le terme «filtrage classique à base de filtres à cavités multi- pôles » comprend un ensemble de cavités résonnantes et de moyens de couplage entre elles et les accès d'entrée et sortie, arrangé de façon à créer un système de filtre passe bande ou réjecteur stop bande ou une combinaison des deux.

Chaque bande de fréquences allouée à un réseau est divisée en deux sous-bandes, afin de servir l'une, dite voie montante UL, pour le transfert d'informations entre le mobile MS et la station de base BTS, et l'autre, dite voie descendante DL, pour la liaison entre la station de base BTS et le mobile MS.

DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR D'une manière générale, un réseau GSM-R utilise un nombre assez élevé (3000 à 4000) de BTS (stations de base relais) dédiées, proches de la voie ferrée avec un espacement de l'ordre de 3-4 kms, proximité qui a tendance à créer un haut degré de redondance mais avec une plus grande couverture et fiabilité permettant au train de maintenir en permanence une connexion numérique par modem vers le centre de régulation des trains et ce, avec une priorité beaucoup plus grande que les autres utilisateurs du réseau public de téléphonie mobile car si la connexion du modem est perdue, le train s'arrête automatiquement. Au cours de ces dernières années, les portables (MS) du réseau grand public de téléphonie mobile sont devenus l'une des industries les plus développées de sorte que plus de la moitié de la population possède un téléphone mobile quels que soient le but, l'âge ou le sexe. De plus, en raison de l'importance du marché, de nombreux services et applications du téléphone mobile ont été développés autour de ce dernier rendant encore plus importante l'utilisation de ceux-ci à tout moment et n'importe où, et plus précisément dans les trains.

La conséquence directe du déploiement des nombreux réseaux de télécommunication tant publics que privés est alors d'entrainer des - 4 - problèmes de cohabitation de différents réseaux, notamment des réseaux privés avec les réseaux publics où les règles de sécurité ne sont pas rigoureuses se limitant le plus souvent au seul respect de la confidentialité dans les transferts des informations. Bien que les normalisations nationales et internationales réglementent les paramètres des équipements constituant ces réseaux aussi bien du côté des BTS (stations de base fixes) que des MS (portables mobiles), il apparait des situations où les phénomènes de brouillage dégradent le fonctionnement pouvant aller jusqu'à l'impossibilité d'établir une communication des réseaux privés généralement dédiés à la sécurité du système qu'ils contrôlent. Ainsi, dans le système de communication GSM-R des réseaux ferroviaires, il en résulte une perturbation non négligeable car ceux-ci se trouvent souvent pollués par les réseaux GSM 900 publics adjacents, notamment dans la voie descendante DL de la bande étendue du réseau E-GSM qui utilise un spectre de bande de fréquences de 925 à 935 MHz contigu à celui (921 à 925 MHz) du réseau GSM-R. Particulièrement, il a été constaté sur le terrain des écarts entre le signal utile du réseau GSM-R et le signal brouilleur du réseau E-GSM de plus de 30 dB de sorte qu'il arrive parfois qu'un poste de communication MS du réseau GSM-R embarqué avec une antenne sur le toit d'une motrice ferroviaire, voit sa tête d'entrée saturée lorsqu'il passe à proximité d'une station fixe BTS du réseau public E-GSM. Ledit poste de communication MS du réseau GSM-R n'est alors plus en mesure d'établir une communication exploitable, ce qui occasionne de sérieuses perturbations qui peuvent alors aboutir, dans certains cas, à de fâcheuses conséquences sur le trafic du réseau ferroviaire. Pour résoudre ce problème, il a déjà été imaginé une solution consistant d'une part, à insérer entre l'antenne et le poste de communication MS du réseau GSM-R embarqué, un système de filtrage à la fréquence de la voie descendante DL afin de réduire ou d'éliminer les fréquences en provenance du réseau E-GSM et ne laisser passer ainsi que les fréquences du réseau GSM-R, et d'autre part, à maintenir une liaison directe sans filtrage de la voie montante UL - 5 - afin de laisser passer toute la puissance d'émission des signaux émis des postes MS du réseau GSM-R vers les stations relais BTS. Cependant, les systèmes de filtrage classique qui sont à base de filtres à cavités multi-pôles ou réjecteurs passifs ne sont pas suffisamment sélectifs pour avoir la réjection nécessaire sans engendrer en même temps une atténuation significative du signal utile seulement distant d'environ 400 kHz. En effet, comme montré sur le dessin de la figure 1 illustrant, par une représentation graphique, l'atténuation qu'engendre un circuit de filtrage de l'art antérieur installé dans un poste mobile MS d'un réseau GSM-R. En effet, malgré une atténuation importante sur une grande partie des bandes de fréquences utilisées par le réseau GSM-R de télécommunication, on constate sur la figure 1 que pour la présence de signaux en bord de bande de fréquence, l'atténuation ne sera pas suffisante puisque le premier canal adjacent est présent à moins de 200 KHz du bord de la bande GSM-R de 921-925MHz avec moins de 0,1 dB d'atténuation (différence entre -0.9991dB et -1.0348dB) pour un canal à 925.2 MHz. De plus, de par les dimensions du filtre de 199 mm x 162 mm x 60 mm ainsi que par son poids de l'ordre de 3 kgs, le système de filtrage de l'art antérieur a pour autre inconvénient non négligeable d'être très encombrant notamment pour son intégration dans le MS d'un poste de communication ferroviaire. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait et d'un cahier des charges pré- établi, la demanderesse a imaginé un nouveau procédé de filtrage adapté au réseau GSM-R permettant d'obvier aux inconvénients des systèmes de filtrages existants de l'art antérieur ci-dessus rappelés tout en permettant d'éliminer tout dysfonctionnement du à la cohabitation avec les signaux de fréquences adjacentes du type de ceux du réseau E-GSM en assurant la sécurité de la transmission des données ou informations du réseau GSM-R. Le procédé de traitement selon l'invention est du type de celui permettant de traiter les signaux d'un réseau cellulaire global de 35 communication sans fil pour un système de voies ferrées du type GSMR, entre des stations mobiles MS équipant les véhicules ferroviaires - 6 - et des stations de base fixes BTS réparties le long des voies ferroviaires qui communiquent entre elles via deux sous-bandes de fréquences dont l'une, dite voie montante UL, assure le transfert d'informations entre les stations mobiles MS et les stations de base BTS et l'autre dite voie descendante DL assure le transfert d'informations entre les stations de base BTS et les stations mobiles MS. Selon le concept fondamental de l'invention, ce procédé consiste à interposer d'une part, entre l'antenne et le poste de communication des stations mobiles MS d'un réseau GSM-R, un circuit électrique comportant au moins un duplexeur disposé entre la voie montante UL et la voie descendante DL, et à placer d'autre part, sur la partie de circuit de la voie descendante DL, un module de traitement pour assurer un filtrage du signal de la susdite voie descendante DL afin d'obtenir une réjection des signaux de la bande de fréquences adjacentes. Ainsi, grâce à l'aménagement particulier original de ce module de traitement utilisant un circuit annexe, qui selon un des deux modes de réalisation préférée de l'invention sera formé d'un duplexeur double unique ou de deux duplexeurs, et en passant soit par un filtre à ondes de surface dédié soit par un filtre numérique du signal de la voie descendante DL, le procédé de l'invention offre le grand avantage d'assurer un filtrage le plus sélectif possible de sorte qu'il est ainsi possible d'obtenir une réjection des signaux brouilleurs du réseau GSM 900, et plus particulièrement des signaux du réseau étendu E-GSM. Il en résulte donc une élimination de tout dysfonctionnement du réseau ferroviaire GSM-R même en présence de signaux aux fréquences adjacentes du réseau E-GSM, et ce tout en laissant passer intégralement le signal d'émission de la voie montante UL du réseau GSM-R vers les BTS, offrant ainsi l'avantage d'utiliser la bande GSM-R dans sa totalité. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le procédé de l'invention a pour objec d'assurer aussi un filtrage d'autres signaux brouilleurs de fréquences adjacentes tels que ceux utilisés dans les réseaux CDMA, W-CDMA ou LTE. Ces réseaux CDMA, W- CDMA ou LTE, qui utilisent des signaux à plus large occupation spectrale que les signaux à modulation GSM, peuvent être utilisés - 7 - dans les bandes 2G historiquement réservées aux signaux GSM : de 880MHZ à 915MHz et de 925MHz à 960MHz. Il a en effet été constaté que cette utilisation faite de la bande 2G, adjacente à la bande GSM-R, avait tendance à accentuer les phénomènes de brouillage des mobiles GSM-R. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un circuit électrique mettant en oeuvre le procédé de filtrage de l'invention permettant de traiter les signaux d'un réseau GSM-R. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1, déjà décrite ci-dessus dans l'état de la technique, est une représentation graphique de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence ayant pour objet d'illustrer l'atténuation engendrée par un circuit de filtrage de l'art antérieur installé classiquement dans le poste mobile MS d'un réseau GSM-R.

La figure 2 est un schéma synoptique illustrant le fonctionnement d'un circuit électrique de filtrage mis en oeuvre selon le procédé de l'invention. La figure 3a est une représentation graphique de l'atténuation du signal en fonction de la fréquence ayant pour objet d'illustrer l'atténuation engendrée grâce à la présence du circuit de filtrage de la figure 2, utilisant une échelle (« SPAN » sur la figure 3a) de fréquences à 50 MHz. La figure 3b est une vue agrandie avec une échelle de fréquences à 10 MHz de la représentation graphique de la figure 3a.

Sur les dessins portés par les figures 3a et 3b, les marqueurs verticaux matérialisant la bande utile de la voie descendante GSM-R. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Tel qu'illustré sur le dessin de la figure 2, le circuit électrique de filtrage référencé 100 dans son ensemble est interposé 35 entre l'antenne 200 et le poste de communication 300 d'une station mobile MS d'un réseau GSM-R, c'est à dire faisant partie d'un - 8 - système de communication pour voies ferrées autorisant le transfert d'information entre les trains et les postes de régulation du trafic ferroviaire. Un tel poste mobile MS est embarqué sur la motrice d'un train avec l'antenne 200 disposée sur le toit. Entre cette dernière et le poste de communication 300 d'une part, et entre la partie de circuit 110 qu'emprunte la voie montante UL et la partie de circuit 120 qu'emprunte la voie descendante DL d'autre part, sont avantageusement interposés deux duplexeurs D200 et D300 assurant les opérations de démultiplexage et de multiplexage des bandes de fréquences des signaux entre la station mobile MS et les stations fixes BTS faisant office de relais et devant lesquelles évolue la station MS embarquée sur la motrice du train. Conformément aux dispositions de l'invention, un module de traitement 140 constitué par un filtre du type à ondes de surface dédié ou un filtre numérique est avantageusement disposé sur la partie de circuit 120 de la voie descendante DL du circuit 100. Le signal est ainsi acheminé vers une chaine de traitement, assurant l'amplification, la transposition en fréquence intermédiaire standard basse (70MHz), et le filtrage par un composant spécifique du type de celui utilisant une technologie de transposition du signal radio en onde acoustique de surface pour obtenir in fine un résultat de filtrage apportant une très grande sélectivité de signaux émis par le réseau GSM 900 et plus particulièrement par le réseau étendu E-GSM ayant une bande passante très adjacente à la bande passante DL de la voie descendante DL du réseau GSM-R. Les représentations graphiques des figures 3a et 3b ont pour objet de montrer l'atténuation complète des bandes de télécommunication (925,2MHz à 960MHz) avec environ 20dB d'atténuation (différence entre -52.31dBm et -31.46dBm illustrée à la figure 3b) sur le premier canal de télécommunication adjacent à 925,2MHz, et plus de 50dB d'atténuation (différence entre -84.92 et -33.11dBm illustrée à la figure 3a)sur le second canal adjacent à 925,4MHz. Selon un mode de réalisation préférentielle de l'invention, 35 ledit circuit et ses composants sont installés dans un boîtier destiné à être interconnecté assez facilement par les opérateurs du - 9 - réseau ferroviaire, seuls habilités à intervenir, entre l'antenne 200 et le poste de communication 300 de la station mobile MS du réseau GSM-R. Avantageusement, les dimensions de l'ordre de 160 mm x 100 mm x 40 mm et le poids 500 grammes de ce boîtier en font un dispositif qui sera plus facilement intégré et plus discret que celui des systèmes de filtrage classique d'un réseau GSM-R de l'art antérieur. On comprend que le circuit de filtrage, qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de filtrage permettant de traiter les signaux d'un réseau de communication sans fil pour un système de voies ferrées du type dit GSM-R, entre des stations mobiles MS équipant les véhicules ferroviaires et des stations de basés fixes BTS réparties le long des voies ferroviaires qui communiquent entre elles via deux sous-bandes de fréquences dont l'une, dite voie montante UL, assure le transfert d'informations entre les mobiles MS et les stations de base BTS et l'autre> dite voie descendante DL, assure le transfert d'informations entre les stations de base BTS et les mobiles MS, caractérisé en ce qu'il consiste d'une part, à interposer entre l'antenne (200) et le poste de communication (300) des stations mobiles MS d'un réseau GSM-R, un circuit électrique (100) comportant au moins un duplexeur (D200 et D300) disposé entre la voie montante Ut et la voie descendante DL, et d'autre part, à placer sur la partie de circuit (120) de la voie descendante DL, un module de traitement (140) assurant un filtrage du signal de la Susdite voie descendante DL afin d'obtenir une réjection de signaux de la bande de fréquences adjacentes.
2. Procédé de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit circuit électrique (100) comporte un duplexeur double unique disposé entre la voie mdntante Ut et la voie descendante DL.
3. Procédé de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit circuit électrique (100) comporte deux duplexeurs (D200 et D300) disposés entre la voie montante UT, et la voie descendante DL.
4.Procédé de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit module de traitement (140) assurant le filtrage du signal de la susdite voie descendante DL, est un filtre à ondes de surface dédié.
5. Procédé de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit module de trailtement (140) 19/02/2013 .10:04 * 33563418597 CABINET DELHAYE 2997588 PAGE 03/03 assurant le filtrage du signal de la susdite voie descendante DL, est un filtre numérique.
6.Procédé de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit module de traitement (140) de la susdite voie 5 descendante DL assure le filtrage de fréquences des signaux du réseau E-GSM.
7. Procédé de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit module de traitement (140) de la susdite voie descendante DL assure le filtrage de fréquences des 10 signaux du réseau CDMA ou W-CDMA ou LTE.
8.Cicuit de filtrage permettant de traiter les signaux d'un réseau cellulaire global de communication sans fil pour un système de voies ferrées du type dit GSM-R selon le procédé des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait qu'il est 15 constitué d'un circuit électrique (100) qui, interposé entre l'antenne (200) et le poste de communication (300) des stations mobiles MS d'un réseau GSM-R, comporte deux duplexeurs (D200 et D300) disposés entre la voie montante UT, et la voie descendante DL, et un module de traitement (140) qui, placé sur la partie de 20 circuit (120) de la voie descendante DL, assure un filtrage du signal de la susdite voie descendante DL.
9. Circuit de filtrage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit circuit électrique (In) et ses composants sont installés dans un boîtier destiné à être 25 interconnecté entre l'antenne (200) et le poste de communication (300) des stations mobiles MS du réseau 0S14-R. 30 35