Propagation Radioélectrique

Les systèmes de radiocommunications mobiles et ou fixes constituent depuis longtemps un outil de gestion indispensable dans l'industrie, à un point tel que l'on a tendance à les prendre pour acquis. Ainsi, l'importance de l'étape de conception du système tend à devenir de moins en moins apparente, particulièrement lorsqu'il en résulte un système fiable dont la performance satisfait les usagers. Il ne faut jamais oublier que la propagation des ondes radioélectriques est soumise à d'importantes fluctuations de nature aléatoire, à la fois sur l'ensemble du territoire couvert et dans le temps.

La conception d'un système de communications fiable repose sur l'utilisation de concepts de statistique pour tenir compte de ces variations. Les diverses méthodes de calcul ont été validées par l'industrie depuis plus de 40 ans. Il n'est bien sûr pas nécessaire de suivre un cours sur les méthodes statistiques pour utiliser ou communiquer sur un réseau radio. Cependant, il importe de préciser les termes utilisés dans l'industrie pour définir une zone de service radio. L'intégration d'un système de télémétrie par onde radio, demande une bonne connaissance et une grande expérience de la nature des mécanismes régissant la propagation radioélectrique pour différentes applications.

Nature statistique des transmissions radioélectriques

La propagation d'un signal radio entre un émetteur et un récepteur radio est sujette à deux types de facteurs: les facteurs dit "déterministes" et ceux dits "non déterministes" ou "stochastiques"

Les facteurs déterministes sont fixes et faciles à quantifier de façon précise, par exemple, la puissance de l'émetteur, le gain des antennes, la perte causée par les câbles de raccordement, la distance entre l'émetteur et le récepteur, etc.

Exemples de facteurs non déterministes:

1) Dans un environnement urbain, principalement en fonction du nombre d'émetteurs et de la bande de fréquence utilisée, le signal capté par le récepteur peut être partiellement masqué par un niveau de bruits de environnant (bruit de site), plus élevé que les moyennes connues.
 2) Le signal capté par le récepteur peut provenir directement du site d'émission mais également d'une série d'obstacles qui réfléchissent le signal vers le récepteur. La combinaison du signal reçu directement aux signaux réfléchis par les obstacles ne renforce pas nécessairement le signal et peut au contraire l'affaiblir considérablement. Ce genre d'interférence varie de façon considérable dans le temps et à travers le territoire à couvrir.

Ces types de fluctuations dits non déterministes peuvent aisément réduire la puissance du signal reçu au millième de la valeur reçue dans des conditions favorables.

Analyse de propagation radioélectrique:

Calculs théoriques, méthodes et relevés de champs

Une bonne communication radio passe initialement par une ou plusieurs études de propagation radioélectrique théoriques. Cela permet d'avoir une idée générale des sites offrant une meilleur fiabilité de communication radio, ainsi que des sites ayant un potentiel plus élevé de couverture et par conséquence, une meilleure rentabilité

Calculs théoriques

Une conséquence importante de l'approche statistique est que la vérification expérimentale des résultats obtenus doit être exhaustive. Il ne suffit pas de prendre quelques mesures à un nombre restreint d'endroits pendant une courte période de temps. De même, des problèmes notés à certains endroits spécifiques ne permettent pas de juger de l'ensemble de la couverture globale du système radio.

Méthodes

Lapierre Technologies inc. utilise plusieurs programmes selon différentes applications, bandes de fréquence ainsi que sont basés sur la méthode de prédiction statistique Longley-Rice de l'organisme Environmental Science Services Administration (ESSA) du gouvernement américain, publiée en 1968 (rapport ERL 79-ITS 67 intitulé " Prediction of Tropospheric Radio Transmission Loss Over Irregular Terrain ").

Le programme permet d'effectuer les calculs de prédiction en un grand nombre de points de la zone à desservir afin de tenir compte des accidents de terrain. Des cartes topographiques digitalisées sont utilisées pour tenir compte des obstructions.

Le détail du relief topographique est également utilisé pour classer le terrain selon l'un des types de relief, pour lesquels la méthode Longley-Rice définit des valeurs médianes de diffraction, typiques selon la région et le climat (région côtière, région montagneuse, etc.), et qui représentent également des valeurs moyennes pour un grand nombre de sites.

Des facteurs additionnels, tels l'atténuation causée par la végétation ou l'encombrement urbain, peuvent être considérés en prenant des marges de sécurité additionnelles mais il n'y a pas de règle précise fixant ces marges.

Configuration et programmation de radios

Les radios ont plusieurs paramètres importants dont seulement des professionnels en radio communication peuvent ajuster correctement:

•Diverses temporisations et délais
•Ajustements de fréquences et déviations
•Contrôle de voie (channel monitor)
•Ajustement et vérification de puissances transmise et réfléchie

Analyse du taux d'occupation des canaux radios (Erlang)

Plusieurs systèmes comportant plusieurs utilisateurs/unités radio ne fonctionnent pas bien dû à un taux d'occupation trop élevé du canal radio. Cela amène à des collisions/pertes de messages ou délais de transmission.

Afin d'éviter les problèmes bien connus d'avalanche et d'entonnoir, il est important de bien évaluer l'achalandage des communications radio dans la phase de conception et de mesurer le trafic lors de la croissance et ou de tout changement apporté au réseau de communication radio.

L'indication principale de la qualité d'un lien radio d'un système de communication numériques est le taux d'erreur binaire (TEB). Ce qui est communément appelé BER (Bit Error Rate).

Bien qu'il était d'usage d'utiliser un rapport signal sur bruit pour vérifier la performance d'émetteurs récepteurs analogiques, l'essai TEB est la méthode la plus populaire pour vérifier la performance d'équipement d'émetteur-récepteur numérique, en ce qui a trait aux niveaux de bruit ou de signaux dégradés. Pour le SR500, système radio micro-ondes numérique, les essais TEB sont effectués à différents niveaux de réception de signaux donnant ainsi une courbe de dégradation du système en entier.

Dans un premier temps nous devons calculer le TEB afin de rencontrer les objectifs sur la qualité du lien demandé, le comparer avec les relevés de champs enregistrés lors de la mise en fonction et ou à l'étape de préqualification et enfin déterminer si une analyse plus approfondie doit être faite. Parmi les facteurs les plus connus pouvant donner une différence entre les valeurs théoriques et pratiques obtenues est l'environnent. ( bruits de sites, interférences électromagnétiques, marge d'évanouissement insuffisante, réfections, collisions etc.)

Aujourd'hui plusieurs manufacturiers d'équipements radio ont intégré des fonctionnalités de mesures sur demande et journal historique de mesures et d'événements pouvant signaler la dégradation de la qualité et la fiabilité du lien radio. Exemples de système numériques supportant ces fonctionnalités évoluées:
 
•Systèmes MOSCAD de Motorola
•Systèmes Astro P25 de Motorola
•Systèmes iDEN de Motorola
•Systèmes Radio Mesh
•La plupart des systèmes avec port moniteur