Brevet FR3010678A1 — publié le 20150320

Dispositif de communication pour un véhicule ferroviaire, véhicule ferroviaire équipé d'un tel dispositif La présente invention concerne un dispositif de communication pour un véhicule ferroviaire, du type comprenant un étage de communication sans fil pour communiquer avec une balise de contrôle dans au moins une bande spectrale de communication d'une plage spectrale subdivisée en plusieurs canaux prédéterminés. L'invention s'applique au domaine de la sécurité ferroviaire et plus particulièrement, mais non exclusivement, à la sécurité des transports métropolitains. De façon classique, les véhicules ferroviaires sont équipés d'un étage de communication pour communiquer avec des balises de contrôle disposées le long de la voie ferrée. De telles balises permettent par exemple un contrôle en temps réel du trafic ferroviaire. La communication entre les balises et l'étage de communication a généralement pour support des ondes électromagnétiques radiofréquence, par exemple des ondes dont la fréquence se trouve dans la bande 2400 MHz-2489,5 MHz, ou au-delà de 5 GHz. De telles plages de fréquences ne sont généralement pas exclusivement allouées, et sont par exemple librement utilisées par des appareils mobiles grand public, tels que des téléphones portables, des tablettes ou encore des ordinateurs portables. La présence de tels appareils mobiles en nombre important à bord d'une voiture d'un véhicule ferroviaire, notamment à proximité de l'étage de communication, par exemple durant les heures de pointe, peut perturber, voire interrompre la communication entre l'étage de communication et les balises de contrôle. Les conditions de circulation en sécurité sont telles qu'en cas de rupture de la communication bord-sol, le véhicule ferroviaire doit s'immobiliser. Ainsi, la perturbation par les terminaux des voyageurs de la communication bord-sol a notamment pour effet l'interruption momentanée de la circulation du véhicule ferroviaire, ce qui a pour conséquence de réduire la qualité de service offerte aux usagers. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de communication permettant d'atteindre une meilleure fiabilité et une meilleure disponibilité de la communication bord- sol. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de communication pour un véhicule ferroviaire, du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un étage de protection relié à une antenne de protection, l'étage de protection étant propre à générer des signaux dans au moins un des canaux prédéterminés qui recouvrent au moins en partie la ou chaque bande spectrale de communication, et l'antenne de protection étant propre à rayonner les signaux générés en direction d'au moins une voiture dudit véhicule ferroviaire. En effet, les appareils tiers, tels que décrits précédemment, ne sont plus en mesure d'occuper les canaux sur lesquels l'étage de protection émet des signaux. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention présente l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'étage de protection est propre à émettre des signaux en continu au cours du temps dans le ou chaque canal prédéterminé ; - la ou chaque bande de communication est plus étroite qu'un canal prédéterminé de la plage multicanaux ; - l'étage de communication comporte des moyens d'écrantage propres à atténuer les signaux rayonnés par l'antenne de protection ; - l'étage de communication comporte des moyens de filtrage propres à atténuer des signaux dont la fréquence appartient à des canaux prédéterminés qui ne recouvrent pas la ou chaque bande de communication ; - les caractéristiques de la plage spectrale sont définies par la norme IEEE 802.11 ; - l'étage de protection est propre à émettre des signaux qui comportent des trames de données au niveau de la couche 2 du modèle OSI. L'invention a aussi pour objet un véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de communication tel que défini ci-dessus. Le véhicule ferroviaire peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - l'antenne de protection est propre à rayonner en direction d'au moins une des voitures du véhicule ferroviaire qui sont situées au voisinage de l'implantation de l'étage de communication du dispositif de communication à bord du véhicule ferroviaire. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un véhicule ferroviaire comprenant un dispositif de communication selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est un schéma d'un véhicule ferroviaire comprenant un autre dispositif de communication selon un second mode de réalisation ; - la figure 3 est un spectre représentant schématiquement la puissance rayonnée dans certains canaux d'une plage spectrale, lorsque l'étage de protection du dispositif de communication de la figure 1 ou de la figure 2 est inactif ; - la figure 4 est un spectre analogue au spectre de la figure 3, donné lorsque l'étage de protection est actif. Le dispositif de communication 5 sans fil illustré par la figure 1 est disposé à bord d'un véhicule ferroviaire 10 pour communiquer sans contact avec des balises de contrôle 15 disposées le long d'une voie ferrée 17 de circulation du véhicule ferroviaire 10. La communication entre le dispositif de communication 5 et les balises de contrôle 15 se fait par couplage électromagnétique via un guide d'onde 20, comme cela apparaît sur la figure 1, ou par voie aérienne par le biais d'antennes de balise 25, comme illustré par la figure 2. Les balises de contrôle 15 définissent des cellules spatiales 26 le long de la voie ferrée 17, chaque cellule 26 étant associée à une fréquence de communication. Les fréquences de communication sont par exemple une fréquence basse F1 et une fréquence haute F2, F2 supérieure à F1, et sont affectées alternativement aux cellules 26 successives le long de la voie ferrée 17. Les fréquences de communication appartiennent aux spectres définis par la norme IEEE 802.11. Le véhicule ferroviaire 10 comporte des voitures 27 pour accueillir des passagers, notamment des passagers transportant des appareils mobiles de communication 28. Le dispositif de communication 5 comporte un étage de communication 30, un étage de protection 35 et une antenne de protection 40. L'antenne de protection 40 est disposée dans une voiture d'extrémité 45 du véhicule ferroviaire 10. L'antenne de protection 40 est par exemple un câble coaxial dont le blindage a été altéré pour permettre au câble de rayonner une partie des signaux électriques qui le traversent. L'étage de communication 30 comporte un module d'émission-réception 50 et une antenne de communication 55. L'étage de communication comporte en outre des moyens de filtrage 57 et des moyens d'écrantage 58. Le module d'émission-réception 50 est propre à communiquer avec les balises de contrôle 15 via l'antenne de communication 55, par couplage électromagnétique entre l'antenne de communication 55 et le guide d'onde 20, comme illustré par la figure 1, ou par propagation libre entre l'antenne de communication 50 et les antennes de balise 25, comme illustré par la figure 2. Les moyens de filtrage 57 sont propres à effectuer un filtrage spectral d'un signal provenant de l'antenne de communication 50. Les moyens d'écrantage 58 sont par exemple un caisson pour isoler électriquement l'étage de communication 30 de l'antenne de protection 40, tout en permettant la communication entre l'étage de communication 30 et les balises de contrôle 15. L'étage de protection 35 comporte un premier émetteur 60 pour générer des signaux dans une première bande spectrale B1, et un deuxième émetteur 65 pour générer des signaux dans une deuxième bande spectrale B2. L'étage de protection 35 comporte en outre un coupleur 70. Les signaux générés par le premier et le deuxième émetteur 60, 65 sont de préférence des trames au niveau de la couche 2 du modèle OSI, tels que décrites dans la norme IEEE 802.11. Les trames sont composées d'un entête, d'une charge utile et terminés par un code CRC (« Cyclic Redundancy Check ») qui est utilisé par le récepteur pour vérifier si une trame a été correctement reçue. Les trames sont générées par les émetteurs 60 et 65 en séquence sans interruption au cours du temps. Le premier émetteur 60 et le deuxième émetteur 65 sont reliés à des entrées du coupleur 70. L'antenne de protection 40 est électriquement reliée à une sortie du coupleur 70 pour rayonner une combinaison des signaux appliqués par le premier émetteur 60 et le deuxième émetteur 65 en entrée du coupleur 70. Le dispositif de communication 5 dont le fonctionnement est illustré par les figures 3 et 4 opère dans la plage 2400 MHz-2489,5 MHz. Cette plage est subdivisée en une pluralité de canaux prédéterminés conformément à la norme IEEE 802.11. Selon la norme IEEE 802.11, les canaux de la bande 2400 MHz-2489,5 MHz ont une largeur de 20 MHz. L'étage de communication 30 est propre à émettre et recevoir des signaux dans une bande spectrale de communication basse 75 et dans une bande spectrale de communication haute 80, centrées respectivement sur la fréquence basse F1 = 2417 MHz, et sur la fréquence haute F2 = 2472 MHz. Chaque bande spectrale 75, 80 a une largeur de 5 MHz. La fréquence basse F1 correspond ici à la fréquence centrale du canal « 2 » de la bande 2400 MHz-2489,5 MHz selon la norme IEEE 802.11. La fréquence haute F2 correspond ici à la fréquence centrale du canal « 13 » de la bande 2400 MHz-2489,5 MHz, selon la norme IEEE 802.11. Généralement, les appareils mobiles 28 émettent dans le canal « 1 », le canal « 6 » et le canal « 11 » de la bande 2400 MHz-2489,5 MHz, selon la norme IEEE 802.11, désignés respectivement par les références CH1, CH6 et CH11 sur ces figures. Ainsi, le canal « 1 » recouvre la bande spectrale de communication basse 75 et le canal « 11 » recouvre la bande spectrale de communication haute 80. La première bande spectrale B1 du premier émetteur 60 de l'étage de protection 35 est le canal « 1 » CH1 selon la norme IEEE 802.11. La deuxième bande spectrale B2 du deuxième émetteur 65 de l'étage de protection 35 est le canal « 11 » CH11 selon la norme IEEE 802.11. Les moyens de filtrage 57 sont par exemple un filtre linéaire coupe-bande dont la bande de coupure s'étend de 2422 MHz à 2462 MHz, et est désignée par la référence BC sur ces mêmes figures. En fonctionnement, durant la progression du véhicule ferroviaire 10 sur la voie ferrée 17, l'étage de communication 30 communique avec les balises de contrôle 15 successives, alternativement à la fréquence F1 et à la fréquence F2, en raison du passage successif du dispositif de communication 5 d'une cellule 26 à la cellule 26 suivante. Les moyens de protection, constitués par l'étage de protection 35 et l'antenne de protection 40, émettent en continu (c'est-à-dire avec une fréquence de répétition élevée et sans délai de transmission entre paquet de manière à occuper continument un canal au cours du temps) des trames dans le canal « 1 » CH1 et le canal « 11 » CH11 pour encombrer ces canaux. L'antenne 40 est de préférence propre à rayonner des signaux en direction principalement des voitures d'extrémité 45 du véhicule ferroviaire, situées au voisinage du point d'implantation de l'antenne 40 à bord du véhicule ferroviaire 10. En conséquence, pour communiquer, les appareils mobiles 28 situés dans les voitures d'extrémité 45 ne peuvent plus utiliser ni le canal « 1 » CH1, ni le canal « 11 » CH11. Ils ne peuvent qu'utiliser un autre canal, par exemple le canal « 6 » CH6. Les moyens de filtrage 57 filtrent les signaux émis par les appareils mobiles de communication 28 dans le canal « 6 » CH6. En outre, les moyens d'écrantage 58 atténuent les signaux parvenant à l'étage de communication 30 après avoir été émis par l'étage de protection 35 et rayonné par l'antenne de protection 40. Par conséquent, la puissance des signaux provenant des balises de contrôle 15 et reçus par l'étage de communication 30 dans chacune des bandes de communication basse 75 et haute 80 est prédominante devant la puissance des signaux émis soit par les appareils mobiles de communication 28 dans le canal « 6 » CH6, soit par le premier émetteur 60 dans le canal « 1 » CH1, soit par le deuxième émetteur 65 dans le canal «11 » CH11. REVENDICATIONS1.- Dispositif de communication (5) pour un véhicule ferroviaire (10), du type comprenant un étage de communication (30) sans fil pour communiquer avec une balise de contrôle (15) dans au moins une bande spectrale de communication (75, 80) d'une plage spectrale subdivisée en plusieurs canaux (CH1, CH6, CH11) prédéterminés, ledit dispositif de communication (5) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un étage de protection (35) relié à une antenne de protection (40), l'étage de protection (35) étant propre à générer des signaux dans au moins un des canaux (CH1, CH11) prédéterminés qui recouvrent au moins en partie la ou chaque bande spectrale de communication (75, 80), et l'antenne de protection (40) étant propre à rayonner les signaux générés en direction d'au moins une voiture (27, 45) dudit véhicule ferroviaire (10). 2.- Dispositif (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de protection (35) est propre à émettre des signaux en continu au cours du temps dans le ou chaque canal (CH1, CH11) prédéterminé. 3.- Dispositif (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque bande de communication (75, 80) est plus étroite qu'un canal (CH1, CH6, CH11) prédéterminé de la plage multicanaux. 4.- Dispositif (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de communication (30) comporte des moyens d'écrantage (58) propres à atténuer les signaux rayonnés par l'antenne de protection (40). 5.- Dispositif (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de communication (30) comporte des moyens de filtrage (57) propres à atténuer des signaux dont la fréquence appartient à des canaux (CH6) prédéterminés qui ne recouvrent pas la ou chaque bande de communication (75, 80). 6.- Dispositif (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caractéristiques de la plage spectrale sont définies par la norme IEEE 802.11. 7.- Dispositif (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de protection (35) est propre à émettre des signaux qui comportent des trames de données au niveau de la couche 2 du modèle OSI. 8.- Véhicule ferroviaire (10), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de communication (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9.- Véhicule ferroviaire (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'antenne de protection (40) est propre à rayonner en direction d'au moins une des voitures (45) du véhicule ferroviaire (10) qui sont situées au voisinage de l'implantation de l'étage de communication (30) du dispositif de communication (5) à bord du véhicule ferroviaire.