Brevet FR2804569A1 — publié le 20010803

Cette invention, concerne un dispositif, capable d'identifier la présence de téléphones cellulaires (ou avec une liaison satellite) portables/mobiles, dans des zones où leur utilisation est réglementée. Ces zones à risques, sont soit signalées, soit contrôlées et/ou délimitées physiquement. Au moment où le téléphone cellulaire, passe en mode réception, une émission électromagnétique est générée. Celle-ci : parasite électromagnétique, engendre des dysfonctionnements dans les électroniques de la zone réglementée ( hôpital monitoring, pompes à insuline perturbés parfois gravement dans leurs utilisations; stations-service: électroniques des postes de distributions parasitées...). Cette invention veut répondre à ces problèmes ou tout au moins les éviter; elle relève d'un haut niveau de recherche technique, précisément dans les secteurs de la communication de l'information, présente et future ; elle est en phase d'émergence . Le dispositif développé à la fin de cette étude technologique, aura pour secteurs d'application économiques prioritaires: les domaines de l'environnement, de la qualité, de la sécurité des personnes et des équipements et zones à risques. Ce dispositif peut identifier les téléphones portables/mobiles*, sous tension et opérationnels et donc susceptibles d'induire des perturbations électromagnétiques. * = Standards AMPS, TACS, NMT, IS 54, IS 95, GSM, PDC, CT2, UMTS, GPRS, DECT, PHS, DC S-1800, PCN, ainsi qu'à terme le standard UMTS et les réseaux CDPC, RAM-Mobiles (MAN), Ardia-RD6LAP(MAN), IEEE 802.1 1 Wireless LAN...) Actuellement un téléphone portable/mobile ne peut être détecté que lorsqu'il est - en mode Emission ( fonction appel, une émission électromagnétique est issue du mobile), - en mode sonnerie Réception d'appel ( une émission électromagnétique est issue du mobile), en mode Réception ( la communication étant établie, une émission électromagnétique est issue du mobile, on est alors dans le même cas que dans le mode Emission ) . Ce type de détection ne couvre pas le cas où le téléphone est en veille, mais est néanmoins susceptible de recevoir des messages. Ce mode veille reste pourtant une source de perturbations électromagnétiques non intentionnelles dans les zones à risques ( hôpitaux, avions, aéroports ... ). En effet, en mode veille, une émission électromagnétique de très faible amplitude est issue du mobile, ne perturbant alors pas l'environnement électronique. Au moment ou le téléphone passe en mode Réception (détection de messages)/Emission intentionnelle, il génère alors une émission électromagnétique perturbante. L'une des contraintes importantes des systèmes radio-mobiles est la faible consommation du spectre hertzien. La définition d'une interface radio s'appuie sur quelques grands choix ( multiplexage, duplexage, largeur de bande ). En quelques mots, GSM est un système TDMA bande moyenne ( 200 KHZ ) à duplexage fréquentiel où 8 communications simultanées peuvent être multiplexées sur un même couple de fréquences. Le système GSM est plus résistant au brouillage et aux évanouissements que les systèmes analogiques ou sans cordon : sans fil . Ceci exige une transmission numérique : les dispositifs de codage de canal permettent d'abaisser le seuil du rapport signal sur bruit de fonctionnement. Le faible débit de sortie du codec de parole (13Kbits/s ), rend tolérable cet accroissement. Dans le monde des radio-mobiles, le vocable (GSM ) rassemble le système originel à 900 MHZ et les variantes DCS à 1800 ou 1900 MHZ. Les différences ne portent que sur les bandes utilisées. Dans la bande des 900 MHZ, un réseau GSM peut comporter à la fois des macros et des micros cellules. Du fait de l'atténuation en fZ qui pénalise les hautes fréquences, un système DCS est à priori micro cellulaire. En conclusion, GSM 900 et DCS 1800 reposent sur une architecture et des interfaces identiques, et ne différent que sur l'aspect du déploiement cellulaire. Le terme station mobile désigne, un équipement terminal muni d'une carte SIM, qui permet d'accéder aux services de télécommunications d'un PLMN GSM. Dans le cas où un service de transmission de données est demandé, il comprend également le terminal de données et les éventuels dispositifs d'adaptation. La majorité des terminaux sont aujourd'hui des portatifs compris entre 150 et 450 cm;, d'un poids de 150 à 350 g. Leur autonomie est de 9 à 70 heures en veille et d' l à 4 heures en communication. La majorité des postes portables et portatifs accepte des cartes SIM de format carte ( SIM full-sized ), certains portatifs ( le tiers environ ) n'acceptent que des micro - SIM ( SIM plug-in ). La norme définit pour les terminaux plusieurs classes suivant leur puissance maximale d'émission. Pour GSM 900, la majorité des terminaux vendus sont des portatifs de classe 4, d'une puissance de 2 W. Les postes montés à demeure dans les véhicules sont de classe 2, soit une puissance de 8 W. Pour DCS 1800, les terminaux sont en général des portatifs d'une puissance de 1 W (classe 1). Les terminaux réduisent la puissance d'émission suivant les demandes du réseau : le niveau minimal d'émission est de 3 mW ( 5 dBm ) en GSM 900 et de 1 mW ( 0 dBm ) en DCS 1800. La valeur du pas de progression est de 2 dB avec une tolérance pouvant aller jusqu'à 5 dB. La puissance des terminaux conditionne bien sûr leur portée : en 900 MHZ, une puissance de 8 W permet une portée de plusieurs dizaines de km ; une puissance de 2 W limite la portée à quelques Km. Ces chiffres donnent des ordres de grandeur, car la portée effective réelle dépend fortement de l'environnement ( propagation ) et de l'ingénierie du réseau. La sensibilité minimale des terminaux est de - 100 dBm pour les équipements DCS 1800, - 102 dBm pour les portatifs GSM 900 et de - 104 dBm pour les portables et postes montés dans les véhicules. Une station mobile sous tension doit pouvoir recevoir des appels. Le mobile est alors dans un état de veille contrairement à un poste téléphonique classique qui, en l'absence d'utilisation, est quasiment inerte, la veille d'une station mobile correspond à une activité certaine. Elle doit se caler sur une cellule, c'est-à-dire écouter régulièrement une voix balise et surveiller en permanence son environnement pour détecter une éventuelle sortie de la cellule. Le choix de la balise se fait en fonction de critères radio, pour assurer à l'usager, que le terminal est capable de communiquer avec une qualité de service acceptable, et de critères administratifs pour orienter le terminal sur le PLMN nominal de l'abonné ou un PLMN autorisé. Ce choix comporte donc un processus de sélection de cellules et un processus de sélection de PLMN. Ces processus sont activés lorsque la station mobile est mise sous tension et lorsqu'elle sort d'une cellule. Un canal logique dédié fournit une ressource réservée à un mobile. Celui-ci se voit attribuer, dans une structure de multi-trame, une paire de slots (un en émission, un en réception) dans lequel il est seul à transmettre et à recevoir. Dans la même cellule, aucun autre mobile ne peut transmettre ni recevoir dans le même slot à la même fréquence. Les canaux dédiés sont duplex. Un canal logique non dédié est simplex et partagé par un ensemble de mobiles. Dans le sens descendant, cela signifie que les données sont diffusées et que plusieurs mobiles sont à l'écoute du canal ; si, bien sûr, la cellule est suffisamment chargée. Ces données peuvent concerner le système dans son ensemble ou des mobiles qui doivent être réveillés (appel entrant) et qui ne dispose pas encore de canaux dédiés. Dans le sens montant, la fonction remplie par un canal non dédié est la fonction d'accès multiple. L'ALOHA doté est utilisé : le slot supportant la fonction d'accès aléatoire ( Random Access ) est à priori disponible à un ensemble de mobiles. Chacun peur émettre et les collisions sont résolues par les méthodes classiques de résolution de contention. Dans la norme GSM, une classification plus fine des canaux logiques est faite suivant l'intérêt général ou particulier de la fonction que supporte le canal. Les informations transmises vont des données système, qui intéressent tous les mobiles d'une cellule et des cellules avoisinantes, aux données - utilisateur échangées avec un seul mobile de la cellule ( TCH ). Canaux dédiés TCH (Trafic Channel ) SACCH ( Slow Associated Control Channel) : une liaison radio est fluctuante. Il n'est pas possible de dédier un canal à un mobile sans le contrôler en permanence. II faut constamment ajuster des paramètres pour conserver une qualité de service acceptable. Enfin, le réseau doit vérifier que le mobile est toujours actif sur le canal. Le canal SACCH supporte les informations suivantes * compensation du délai de propagation aller - retour (round trip delay ) par le mécanisme d'avance en temps, * contrôle de la puissance d'émission du terminal mobile, * rapatriement des mesures effectuées sur les stations voisines. Un SACCH véhicule des blocs d'informations de 184 bits utiles. Canal RACH ( Random Access Channel ) : lorsque les mobiles veulent effectuer une opération sur le réseau ( localisation, envoi de messages courts, appel d'urgence, appel normal ... ), ils doivent le signaler au réseau. Ils envoient pour cela une requête très courte codée sur un seul burst vers la station de base. Cette requête est envoyée sur des dots particuliers en accès aléatoire de type ALOHA synchronisé. L'ensemble de ces slots constitue le RACH. Le canal RACH contient 8 bits utiles. Le burst utilisé est plus court que le burst normal car le mobile ne connaît pas le délai de propagation T(p) entre l'endroit où il se trouve et la station de base. Le délai de garde est donc de 252 p s, ce qui permet d'envisager avec cette invention, d'identifier la présence de téléphones cellulaires en mode veille . La séquence de synchronisation à une longueur de 41 bits, plus longue que pour un burst normal pour permettre à la station de base de détecter le signal du mobile qui n'est pas encore totalement synchronisé. Le canal RACH contient 8 bits utiles. Ceux-ci sont protégés par 6 bits de CRC. Avec cette invention pour identifier le canal RACH ,aux 6 bits de CRC , on ajoute les 6 bits du code de couleur BSIC de la station de base. Lorsque la station de base reçoit une requête en accès aléatoire elle vérifie ainsi qu'il s'agit bien d'une demande qui lui est adressée. Sur le mot de 14 bits obtenu ,on adjoint 4 bits de traînée puis on applique le code conventionnel de taux '/2.L'ensemble des données encodées forme un mot de 36 bits. Une requête contient entre 3 et 6 bits indiquant la catégorie du service demandé et un nombre aléatoire codé sur au plus 5 bits. Ce nombre a pour but de limiter les ambiguïtés lorsque deux mobiles font un aléatoire au même moment sur la même fréquence. ce qui permet d'envisager avec cette invention, d'identifier la présence de téléphones cellulaires en mode veille . ANNEXE I Descriptif technique du système de détection De manière globale, ce système a pour fonction d'intercepter des téléphones cellulaires en mode veille opérationnelle ou réception, fonctionnant sur les réseaux de téléphonie mobile de type SFR, Bouygues ou Itinéris, avec une fréquence centrale GSM de 902 MHz et une bande passante RF GSM de 25 MHz ou pour les standards DCS 1800, une fréquence centrale de 1748 MHz et une bande passante de 75 MHz. La réfection hors bande est pour le GSM de -9 dBc (environ), pour f 935 MHz et pour les DCS 1800 de -9 dBc (environ), pour f 1850 MHz. - II se présente sous la forme d'un système électronique, mis dans un boîtier électronique, doté d'un système de fixation, qui a pour dimensions, à titre indicatif, L. l. h (147, 108, 179 mm environ). - Le boîtier est équipé d'une antenne verticale de 96 mm de hauteur, dont la partie hors boîtier mesure 82 mm ; cette antenne est polarisée verticalement, avec une sensibilité réglable de 9 nW/cmz (environ). - Le boîtier est équipé d'une prise signal permettant d'émuler un périphérique. - Le boîtier est équipé d'une alimentation avec une tension d'entrée commutable de 110 VAC pour 60 Hz ou de 230 VAC pour 50 Hz, sa consommation est de 230 mW (environ) à 890 mW (environ). Le système électronique (Schémas 1/4, 2/4, 3/4, 4/4) est constitué d'une part, de modules pour le traitement des signaux analogiques - antenne de réception : on utilise une antenne standard équivalente au GSM (900 MHz), - amplification : on utilise un composant standard équivalent au BGY20X, - démodulation : on utilise des composants standards équivalents aux SA 1620, VCO (1,25 GHz), VCO (400 MU), un filtre (400 MHz), un filtre (800 MHz), Le système électronique est constitué d'autre part de modules pour le traitement des données numériques : détection : on utilise des composants standards équivalents aux PCF5083, une LED, une ROM. Enfin, le système électronique est doté d'une alimentation spécifique : on utilise un composant standard équivalent au UMA1019. Mode de fonctionnement du système de détection - Le boîtier contient de manière cohérente l'ensemble des éléments et permet de positionner le système en un lieu choisi. Il protège le système électronique, lui même conforme aux normes CE, des contraintes mécaniques, thermiques et climatiques dans le respect des normes ISO. - L'antenne émet et reçoit les ondes radio téléphone. - L'alimentation électrique lui apporte l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement Pour la partie électronique L'antenne se comporte comme une balise d'émission/réception en véhiculant les données analogiques bidirectionnelles. L'amplification des signaux entrant optimise la reconnaissance des dits signaux, permettant l'évacuation des parasites hors bande, pour n'utiliser que la partie utile du signal. - La démodulation des signaux convertit, en données numériques, la partie utile du signal. La détection s'effectue grâce à un logiciel de traitement pour la reconnaissance du signal RACH et déclenche une indication lumineuse. - Une alimentation spécifique apporte l'énergie nécessaire au bon fonctionnement de cette partie électronique. Descriptif techni q ue des équipements c o ntrôlés Ce dispositif identifie les équipements aux Standards AMPS, TACS, NMT, IS 54, IS 95, GSM, GPRS, PDC, DECT, PHS, DCS-1800, PCN, ainsi qu'à terme le standard UMTS et les réseaux CDPC, RAM-Mobiles (MAN), ArdiaRD6LAP (MAN), IEEE 802.11 Wireless, LAN, WÀP...- sous tension et opérationnels, pouvant induire des perturbations électromagnétiques. Fonctionnement du s, sty ème Le téléphone cellulaire envoie un message radiophonique RACH à une station de base lui permettant d'être localisé. Le boîtier intercepte le signal de largeur d'impulsion de 48 msec (environ), avec un temps de réponse, entre la détection du portable et l'indication de détection, de 400 msec (environ) et allume un voyant lumineux confirmant la présence d'un portable à proximité. Dans un premier temps, ce système détecte les matériels existants de type PC, radiotéléphone, portable, mobile, en version simple ou combinée, commercialisés à ce jour et dans un second temps, s'étend à tout appareil utilisant les standards mentionnés dans le Descriptif technique du système de détection . ANNEXE 2 Les 4 schémas de principe, provisoire, en annexe, illustrent l'invention - Figure 3 : Schéma synoptique d'ensemble de principe Il définit la fonctionnalité d'ensemble du système. En représentant d'autre part la partie émission/réception, acquisition, traitement des signaux radiofréquences du système. - Figure 1 : Electronique numérique II représente la partie traitement numérique du signal, détection - Figure 2 : Plan d'implantation des composants numériques Il indique l'implantation des composants et du tracé des pistes numériques. Les éléments suivants concernent les technologies mises en oeuvre. Les valeurs chiffrées et les composants sont donnés à titre indicatif et permettent une meilleure compréhension de l'invention. - Figure 4 : Principe analysé, Filtre en cosinus surélevé. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique préventif, caractérisé en ce qu'il détecte la présence de téléphones cellulaires ou dotés d'une liaison satellite comme tout autre type d'émetteur ou terminal de radiocommunication utilisant le même protocole et la même bande de fréquence radio, qu'ils soient en mode veille opérationnelle ou en mode émission/réception, susceptibles d'occasionner des perturbations électromagnétiques dans des zones où leur utilisation est réglementée ou non désirée. 2. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il intercepte un message radiophonique RACH émis par l'appareil à détecter vers une station de base, ce signal étant de largeur d'impulsion de 48 msec (environ), avec un temps de réponse, entre la détection dudit appareil et l'indication de détection, de 400 msec (environ). 3. Dispositif électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il détecte la requête envoyée par l'appareil à détecter vers la station de base, sous la forme d'une requête très courte codée sur un seul burst, envoyée sur des dots particuliers en accès aléatoire de type ALOHA synchronisé, l'ensemble de ces slots constituant le RACH qui contient 8 bits utiles. 4. Dispositif électronique selon à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il détecte le burst RACH utilisé, plus court que le burst normal, le mobile ne connaissant pas le délai de propagation T(p) entre l'endroit où il se trouve et la station de base, le délai de garde étant alors de 252 ps. 5. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il détecte la séance de synchronisation ayant une longueur de 41 bits, plus longue que pour un burst normal permettant à la station de base d'identifier l'appareil à détecter non encore synchronisé. 6. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il ajoute 6 bits du code de couleur BSIC de la station de base aux 6 bits de CRC. 7. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il identifie la requête en accès aléatoire et sur le mot de 14 bits obtenu, adjoint 4 bits de traînée puis applique le code conventionnel de taux 1/2, l'ensemble des données encodées formant un mot de 36 bits.