Brevet FR2610156A1 — publié le 19880729

La présente invention se rapporte à un disposi- tif, par exemple un radiotéléphone, utilisable dans des installations souterraines, telles que des mines, pour permettre une communication bidirectionnelle, dans lequel le mode de propagation utilisé pour les ondes radio est basé, en particulier pour des grandes distances de commu- nication, sur la connexion des ondes électromagnétiques aux structures métalliques, canalisations et autres corps conducteurs installés dans les galeries et les puits de mine. Le problème principal dans l'utilisation sou- terraine des radiotéléphones réside dans l'affaiblisse- ment important des ondes électromagnétiques dans ces conditions. Il en résulte que des radiotéléphones qui fonctionnent parfaitement bien à la surface du sol ne donnent pas satisfaction, ou en tout cas pas sans dispo- sitions spéciales, lorsqu'on les emploie sous terre. D'au- tres conditions de l'environnement peuvent également im- poser des contraintes supplémentaires sur l'équipement employé. On peut établir une liaison par radiotéléphone avec une mine, de trois façons différentes: 1. par utilisation du mode de propagation en guide d'ondes, à des fréquences supérieures à 200 MHz, 2. par utilisation de câbles à fuite, à des fréquences de 2 à 200 MHz; et 3. par utilisation d'une propagation directement à tra- vers la couche rocheuse et au moyen des corps con- ducteurs installés dans la mise, et dans ce cas on peut utiliser la bande de fréquence de 0,1 à 2 MHz. Le mode à guide d'ondes est un mode de propa- gation des ondes électromagnétiques dans lequel le mou- vement des ondes s'effectue comme si elles étaient à l'in- térieur d'un guidage. Une galerie de mine peut être consi- dérée comme une sorte de guide d'ondes. Toutefois, l'af- faiblissement du signal est important et les obstacles, tels que des véhicules, qui se trouvent dans la galerie engendrent un affaiblissement supplémentaire. Le procédé ne convient pas pour le réseau complexe de galeries dans des mines existantes o les distances de communication sont longues. Dans le procédé par câble à fuite, une longue paire de câbles à l'intérieur du même blindage, ou une ligne de transmission coaxiale à tresse lâche, est rac- cordée à l'émetteur radio. Le champ émis par la ligne de transmission peut être capté par un récepteur porta- ble, à une distance de quelques dizaines de mètres au plus par rapport à la ligne. Le câble d'antenne est ins- tallé dans les galeries de mine et 1 'utilisation de l'é- quipement portable est possible au voisinage de cette antenne. Avec une fréquence inférieure à 2 MHz, on peut employer des systèmes de radiotéléphone dans les- quels le signal se propage directement à travers la cou- che rocheuse, ou bien dans lesquels on utilise des corps conducteurs existants, tels que des câbles d'alimenta- tion,,des canalisations ou des câbles de levage. La pro- pagation directe à travers la couche rocheuse dépend de la conductivité de la roche et de la fréquence employée. Si on utilise des corps conducteurs existants,les distan- ces de communication deviennent beaucoup plus longues. On obtient le même résultat si la station de base est couplée directement au câble qui sert d'antenne. La présente invention a pour objet de réali- ser un appareil, tel qu'un radiotéléphone, permettant une communication bidirectionnelle dans des installa- tions souterraines, cet appareil fonctionnant dans la bande de fréquence de 0,1 à 2 MHz et utilisant les corps conducteurs,qui existent déjà dans lesdites instal- lations,pour la propagation du signal, le même signal étant également partiellement propagé dans la couche ro- cheuse. Conformément à l'invention, l'appareil est caractérisé en ce que l'émetteur/récepteur comporte un convertisseur analogique numérique et respectivement un convertisseur numérique à analogique, de manière à trans- mettre le signal intermédiaire codé sous forme numérique entre les deux éléments de l'appareil. Conformémentà l'invention, une antenne à cadre est avantaqeusement couplée à un appareil d'émission et de réception fournissant une liaison de communication bidirectionnelle, par exemple une liaison de conversa- tion, cet appareil utilisant une technique de transmis- sion numérique de sorte que le codage de la conversation sous forme numérique est effectué parmodulation delta. Lorsqu'un signal est modulé en radiofréquence, on uti- lise une manipulation à glissement de fréquence. Grâce à la technique de modulation numérique, la sensibilité de l'appareil aux interférences et au bruit existant dans les mines, par exemple du fait des machines électriques employées, peut être sensiblement réduite puisque, en transmission numérique, il est possible de transmettre des échantillons, par exemple d'un signal analogique, prélevés à intervalles suffisam- ment courts et de reconstruire le signal d'origine sur la base de ces échantillons. Les dits échantillons sont avantageusement codés de sorte qu'à chaque instant particulier il existe seulement deux signaux possibles à transmettre. De tels signaux, qui sont déformés pen- dant la transmission et contiennent un bruit, peuvent être interprétés à la réception comme l'un des deux signaux possibles et dans ce cas les signaux déformés peuvent être rétablis dans les amplificateurs intermé- diaires ou dans les répéteurs inclus dans l'appareil. En transmission numérique, le standard de la qualité vocale peut également être maintenu pourvu que les bits reçus soient correctement interprétés, même si le rapport du signal au bruit varie dans la transmission. Lorsque le rapport du signal au bruit en modulation numé- rique est détérioré à un certain point, la probabilité d'erreur des bits reçus augmente rapidement et le signal de conversation initial ne peut plus être décodé correc- tement. Par conséquent, dans le procédé de la présente invention, le codage de la parole sous forme numérique est effectué par modulation delta, les échantillons trans- mis étant dans ce cas codés d'un bit. Ce codage différen- tiel est basé sur le fait que les échantillons successifs du signal sont en corrélation les uns avec les autres et il est donc possible, sur la base des échantillons an- térieurs du même signal, de vérifier et de prédire l'é- chantillon suivant. Par suite, la différence entre l'é- chantillon réel et l'échantillon prédit est l'échantil- lon à transmettre. On peut ainsi effectuer le décodage de la conversation avec un nombre relativement petit de bits. Grâce à la bonne tolérance aux interférences et au bruit des techniques de régulation numérique appli- quées conformément à la présente invention, on augmente également la distance de communication permise. Dans le cas o la méthode de modulation ne tolère pas les inter- férences et le bruit, l'interférence peut entraîner beau- coup plus de limitation dans la liaison que ne le fait l'affaiblissement du signal sur le chemin de propagation. Par conséquent, le procédé de la présente invention uti- lise, même lorsqu'un signal est modulé en fréquence radio, une méthode de modulation d'angle dans laquelle le rapport du signal au bruit peut être ajusté en fonction de la largeur de bande et on obtient ainsi de meilleurs résul- tats. En outre, la transmission numérique permet un traitement complexe du signal, de sorte qu'on peut compenser l'affaiblissement de propagation et les in- terférences. Dans ce cas, afin d'améliorer la corrélation mutuelle des échantillons successifs du signal, le nom- bre de bits transmis est plus grand qu'il ne serait né- cessaire pour l'information considérée, à l'extrémité d'émission. A la réception, une partie de ces bits redon- dants peuvent être interprétés de façon incorrecte sans entraîner d'erreurs dans ledécodage du signal utile. De plus, grâce à la transmission numérique, l'appareil sui- vant l'invention peut utiliser des circuits fortement intégrés, tels que des circuits de modulation delta et des circuits de blocage de phase en modulation de fré- quence radio. La méthode de communication utilisée dans l'appa- reil de la présente invention peut avantageusement être par exemple la méthode dite en semi-duplex. Dans ce cas, une liaison phonique bidirectionnelle fonctionne de sorte qu'on ne peut pas écouter en même temps qu'on émet. On peut également utiliser des méthodes de communication dans lesquelles, par exemple, tous les récepteurs peuvent entendre l'émission venant de la station de base ou d'un même radiotéléphone. En outre, l'appareil suivant l'inven- tion peut être appliqué à la transmission d'informations autres que la conversation. Compte tenu des limitations de largeur de bande, la largeur de bande requise par un canal de conversation permet, si on le désire, la trans- mission par exemple d'une information de mesure, de com- mande et de production, ainsi que d'une image de surveil- lance fixe. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressor- tiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexées dans lesquels: la figure 1 est une illustration schématique des dispositifs utilisés dans un mode préféré de réalisa- tion de l'appareil de la présente invention; et la figure 2 représente le schéma du circuit d'antenne avantageusement utilisé pour le mode de réa- lisation de la figure 1. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'ob- jetde l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Comme représenté sur la figure 1, lorsqu'on utilise l'appareil de l'invention en émission, le signal audio reçu par un microphone 1 est amplifié parun amplifi- cateur 2 et transmis à travers un limiteur 3 et un filtre 4 afin de donner au signal une amplitude appropriée pour un convertisseur analogique à numérique 5. Le filtre 4 élimine du signal de conversation les composants de fré- quence qui ne sont pas nécessaires du point de vue de la compréhension. Le convertisseur analogique à numérique convertit le signal, ainsi prétraité, en une forme numé- rique, c'est-à-dire que le signal est représenté au moyen des échantillons prélevés sur ce signal. La longueur des intervalles d'échantillonnage peut être modifiée au moyen d'un générateur de rythme 6. Le convertisseur analogique à numérique 5 fonc- tionne suivant le principe de modulation delta de sorte que, pendant que la valeur d'un signal de conversation augmente, le convertisseur 5 fournit une valeur de bit logique "1" et, pendant que la valeur du signal diminue, le convertisseur fournit une valeur de bit logique "zéro". Ces bits représentatifs de la parole commandent à leur tour un modulateur 7 de manipulation par glissement de fréquence, actionné par manipulation de glissement de fréquence. Avec le bit zéro, le modulateur 7 engendre une fréquence donnée et, avec le bit un, il engendre une autre fréquence donnée. Le signal de radiofréquence ainsi reçu est amplifié au moyen d'un étage de commande 8 et d'un étage de puissance 9 d'un amplificateur de puissance. La puissance obtenue est transmise, par l'intermédiaire d'un circuit 10 d'accord d'antenne et de commutateurs d'antenne 11, à une antenne 12. Lorsqu'on utilise l'appareil de l'invention pour la réception d'un signal, le signal faible reçu au moyen de l'antenne 12 est conduit,par l'intermédiaire des commutateurs d'antenne 11 et du circuit d'accord 13, au récepteur 14. Ce récepteur 14 comprend également un cir- cuit d'accord de fréquence 15 et un affichage 16, ainsi qu'un indicateur 17 d'intensité de signal. Le signal de fréquence intermédiaire produitdans le récepteur 14 est conduit dans le détecteur 18 de manipulation par glisse- ment de fréquence, qui travaille avantageusement suivant le principe à blocage de phase.Le signal reçu du détec- teur 18 est à nouveau amplifié et filtré dans des étages séparés 19 d'amplification et de filtrage et on recons- truit ainsi une chaîne de bits correspondant à la chaîne de bits transmise. Sur la base de cette chaîne de bits obtenue, un convertisseur numérique à analogique 20 pro- duit un signal analogique qui est à nouveau filtré dans un filtre 21 afin d'éliminer les effets de l'échantillon- nage. Ensuite, le signal amplifié dans un amplificateur 22 peut être entendu sous forme de parole, correspondant à la parole transmise, au moyen d'un haut-parleur 23 ou d'écouteurs 24. Afin que l'appareil suivant l'invention puisse fonctionner à la fois en émission et en réception, on prévoit,en relation avec le microphone 1, un dispositif de commande de mode 25, comme représenté sur la figure 1, par lequel on effectue une commande émIssion/réception. Ce dispositif de commande 25 est nécessaire car l'appa- reil de l'invention comprend des composants qui sont com- muns à la fois à l'émission et à la réception et qui ont donc besoin d'une information relative au mode de fonc- tionnement en cours à tout instant. En outre, le récep- teur doit être atténué pendant la durée de l'émission, tandis que les tensions des circuits d'émission doivent être coupées pendant la réception. L'un des composants communs à la fois pour l'émission et la réception dans l'appareil de l'invention est l'antenne 12, dont le fonctionnement est illustré sur la figure 2. Pendant l'émission, l'antenne 12 est accordée en résonance série, afin d'obtenir une puis- sance maximale à partir de l'étage de puissance 9 vers l'antenne 12. Dans le cas de la réception, correspondant à la position des commutateurs 26 représentée sur la fi- gure 2, on emploie une résonance parallèle, afin d'obte- nir une tension maximale à partir de l'antenne 12. La manoeuvre des commutateurs 26 est commandée par le dis- positif de commande 25. Par utilisation de l'accord de l'antenne 12 comme représenté sur la figure 2, on obtient non seulement une transmission de puissance maximale mais également une limitation de bande des signaux d'interfé- rence. L'antenne 12 peut être parexemple une antenne à cadre sensiblement circulaire, mais on peut réduire la dimension de ladite antenne 12 avantageusement par exem- ple par utilisation d'un noyau de ferrite dans l'antenne à cadre. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite;elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'es- prit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. Revendications 1. Appareil destiné à permettre une liaison de communication bidirectionnelle dans des installations souterraines et qui fonctionne dans labande de fréquence de 0,1 à 2 MHz, afin d'assurer la propagation des ondes électromagnétiques avantageusement par utilisation des structures métalliques qui existent dans les installations souterraines, ledit appareil comprenant un émetteur et un récepteur ainsi qu'une antenne, caractérisé en ce que l'émetteur/récepteur comporte un convertisseur analogi- que à numérique (5) et respectivement un convertisseur numérique à analogique (20), afin de transmettre le si- gnal intermédiaire codé sous forme numérique entre les deux unités de l'appareil. 2. Appareil suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le convertisseur (5), qui convertit le signal analogique à transmettre sous une forme numé- rique, fonctionne suivant le principe de modulation delta. 3. Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans la conversion du signal numé- rique à recevoir, un détecteur (18) fonctionnant suivant le principe de manipulation à glissement de fréquence est installé dans le récepteur afin de détecter le si- gnal. 4. Appareil suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, afin de commander le signal à transmettre et à recevoir,un dispositif (25) de commande de transmission/réception est prévu dans l'appareil.