CAMPAGNES DE MESURES À 60 GHZ 

CAMPAGNES DE MESURES À 60 GHZ 

LE CANAL DE PROPAGATION:

Les télécommunications sans fil connaissent un intérêt toujours soutenu depuis plusieurs décennies et ne cessent d’évoluer pour nous donner une meilleure qualité de service. Le canal de propagation est l’un des éléments clés de la chaine de transmission. Le canal de propagation est le lien permettant le transfert d’informations d’un émetteur vers un récepteur. La connaissance précise du canal de propagation est indispensable à la conception optimale de systèmes de communications. Les interactions du canal de propagation avec l’environnement provoquent différents phénomènes physiques qui se traduisent par une propagation par trajets multiples.

LES PHÉNOMÈNES PHYSIQUES DE LA PROPAGATION:

Les mécanismes de la propagation
La réflexion, la réfraction, la diffraction, la diffusion et l’effet du guide d’ondes sont les principaux phénomènes physiques se produisant lors de la propagation d’une onde électromagnétique dans un environnement.

La réfraction :
Selon la nature de l’obstacle, l’onde incidente peut traverser la surface de contact et subir un affaiblissement de puissance, ce phénomène est appelé réfraction.

La diffraction :
La diffraction se produit lorsqu’une onde incidente rencontre un obstacle possédant des arêtes. Selon le principe de Huygens, chaque arête de l’ obstacle se comporte comme une source secondaire, permettant ainsi au signal de se propager dans presque toutes les directions de l’espace. Ce phénomène démontre que la transmission peut avoir lieu, en 1 ‘absence de visibilité directe.

Diffusion:
Lorsque le chemin de la propagation est obstrué par un obstacle dont les dimensions sont du même ordre de grandeur ou inférieures à la longueur d’ onde, une diffraction de l’onde incidente se produit.

Effet guide d’ondes :
L’effet du guidage des ondes est un phénomène qui se produit dans des environnements dont la forme est similaire à un tunnel, un couloir ou une galerie.

Les fluctuations à grande échelle
Les évanouissements à grande échelle sont des fluctuations de la pmssance moyenne du signal mesuré sur une distance suffisamment grande, entre 10 et 40 fois la longueur d’onde. Les deux phénomènes qui en résultent sont des effets d’ombrage et d ‘affaiblissement de parcours.

L’évanouissement à grande échelle se caractérise par l’affaiblissement moyen de parcours PL et l’effet d’ombrage. Le PL désigne les pertes moyennes de la puissance du signal et dépend de la distance du lien. L’ombrage est dû aux différents phénomènes physiques liés à la propagation des ondes et peut varier selon la nature de 1′ environnement où se produit la propagation de l’onde électromagnétique. Pour les ondes millimétriques, l’atténuation est d’autant plus importante.

Les fluctuations à petite échelle:

L’évanouissement à petite échelle représente les fluctuations rapides de la puissance du signal reçu sur de courtes distances. L’évanouissement à petite échelle est causé par les signaux à trajets multiples qui arrivent au récepteur avec des phases aléatoires, provoquant ainsi des changements rapides de l’amplitude du signal sur une courte distance. L’évanouissement à petite échelle se caractérise par trois aspects du canal, soient la sélectivité en temps, la sélectivité en fréquence et la sélectivité spatiale.

La sélectivité en temps du canal est causée par l’effet Doppler. Le canal est considéré soit comme un canal à évanouissement rapide ou lent, en fonction de la rapidité avec laquelle les changements de canaux se produisent par rapport au débit de données.

La détermination des paramètres temporels se fait à partir de la réponse impulsionnelle du canal qui est obtenue en appliquant la transformation de Fourier inverse FFT1 sur la réponse en fréquence du canal. Mais avant, un fenêtrage est appliqué sur les données du domaine des fréquences en utilisant une fenêtre de Kaiser (a = 6). Le fenêtrage permet la réduction des lobes secondaires dans la réponse impulsionnelle du canal et l’élargissement du lobe principal. Un seuil de 30 dB en dessous du niveau de la composante la plus élevée des trajets multiples, est choisi pour calculer l’étalement efficace des retards RMS.

Ce chapitre présente les généralités du canal de propagation, notamment, les phénomènes physiques liés à la propagation des ondes électromagnétiques. La combinaison de ces divers phénomènes provoque des effets d’évanouissement, à grande et à petite échelle.

CAMPAGNES DE MESURES À 60 GHz:

L’objectif de ce travail de recherche est la caractérisation du canal de propagation dans un environnement minier afin de connaitre et comprendre la propagation dans ce type d’environnements. Pour mener à bien ce travail, différentes campagnes de mesure ont été effectuées. Les résultats présentés, dans ce mémoire, sont obtenus à partir de campagnes de mesure effectuées dans un environnement minier souterrain sur une gamme de fréquences allant de 59 GHz à 61 GHz. Les mesures ont été effectuées selon plusieurs scénarios : au milieu de la galerie et à proximité des parois, dans deux galeries différentes et en utilisant deux types d’antennes, directionnelles et omnidirectionnelles. Ce chapitre est organisé comme suit; à la section 2, l’environnement minier est décrit, à la section 3, le système et le protocole de mesure sont présentés. Finalement, les différents scénarios de mesures sont définis à la section 4.

ENVIRONNEMENT DE MESURE:

La mine expérimentale de CANMET à Val d’or en Abitibi-Témiscamingue est un environnement hostile. Les chercheurs du LRTCS y effectuent différentes campagnes de mesures. Ancienne mine d’or, la mine CANMET servait, jusqu’à récemment, à former une nouvelle génération de mineurs, en plus de son engagement envers le LRTCS.

Les conditions de sécurité font de cette mine un environnement minier idéal et sécuritaire pour diverses campagnes de mesures liées à la propagation. La mine CANMET est composée de plusieurs galeries rocailleuses, chaque galerie est dotée de fortes rugosités et inégularités des parois. De plus, le sol est généralement mouillé et inégal, ce qui rend la circulation et la prise de mesures plus difficiles.

DIFFÉRENTS SCENARIOS DE MESURE:

Scenario I
Cette série de mesures a été effectuée au niveau 70 mètres et ce fut la première campagne de mesure de ce travail de recherche. La figure 4.8 représente le plan de la mine et les différentes positions prises au niveau 70 mètres. Les mesures ont été réalisées sur 5 mètres en ligne de vue directe en se positionnant, toujours au milieu de la galerie, illustré par la lettre A sur la figure 4.8. Les antennes utilisées au transmetteur et au récepteur sont directionnelles, leurs caractéristiques ont été énoncées plus haut, à la section 4.3.1. Aussi, des mesures longeant le mur droit de la galerie 70 mètres ont été effectuées pour observer l’effet de la position sur la propagation à 60 GHz; cet emplacement est illustré par la lettre B sur la figure 4. 8.

Scenario II
Cette campagne de mesme a été effectuée dans la galerie 40 mètres et a pour but d’étudier 1′ effet de 1 ‘utilisation de différentes configmations d’antennes sur la propagation à 60 GHz. Autrement dit, ce scemuio permet d’étudier l’effet de la directivité sur les différents paramètres de propagation à 60 GHz dans un environnement rrùrùer souterrain. Les mesures ont été prises sur 5 mètres en ligne de vue directe en positionnant, toujoms, le transmettem et le réceptem au milieu de la galerie. Le tableau II résume toutes les combinaisons d’antennes utilisées.

ANALYSE DES RÉSULTATS:

L’objectif de l’analyse des résultats est la caractérisation, à grande et à petite échelle, du canal de propagation à 60 GHz. Cette partie permet d’extraire les paramètres du canal afin de se familiariser et de vulgariser la propagation à 60 GHz dans des environnements miniers souterrains.

Scenario II
Les mesures pnses au mveau 40 mètres ont pour but de montrer l’effet des antennes sur la propagation à 60 GHz. Les mesures ont été prises au milieu de la galerie pour supprimer 1 ‘effet de 1’ emplacement.

Scenario III
Les mesures ont été prises au laboratoire de la mine CANMET, situé à la surface, en utilisant des antennes directionnelles. Les résultats de 1′ affaiblissement de parcours, en dB, en fonction de la distance entre le transmetteur et le récepteur, en mètre, pour le laboratoire de la mine CANMET, sont présentés à la figure 5.5.

Les antelllles directiollllelles donnent un meilleur exposant de 1′ affaiblissement de parcours en raison leur capacité du filtrage spatial et permettent de réduire les délais des trajets multiples. L’utilisation des antelllles directionnelles au milieu de la galerie offre une certaine stabilité des valeurs de l’affaiblissement de parcours.

CONCLUSION:

Du fait de la saturation du spectre électromagnétique, la montée vers les bandes de fréquences plus élevées, notamment celles des ondes millimétriques, est nécessaire. Les conditions de travail dans les environnements mmters sont parfois très difficiles car ce sont des milieux hostiles qui peuvent parfois être non sécuritaires. Actuellement, la majorité des dispositifs existants dans les environnements miniers sont filaires, rendant ainsi les milieux isolés en cas de coupures ou d’incidents; ce qui peut nuire à la sécurité des travailleurs.

Table des matières

CHAPITRE 1  INTRODUCTION
1.1 INTRODUCTION
1.2 OBJECTIF DU PROJET DE RECHERCHE
1.3 STRUCTURE DU MÉMOIRE
CHAPITRE 2  LA TECHNOLOGIE À 60 GHZ 
2.1 HISTORIQUE
2.2 DÉFINITION
2.3 AVANTAGES ET INCONVENIENTS
2.4 COMPARAISON AVEC D’AUTRES TECHNOLOGIES
2.5 APPLICATIONS POTENTIELLES
2.6 CONCLUSION
CHAPITRE 3  CANAL DE PROPAGATION 
3.1 INTRODUCTION
3.2 LES PHÉNOMÈNES PHYSIQUES DE LA PROPAGATION
3.2.1 Les mécanismes de la propagation
3.2.2 Les fluctuations à grande échelle
3.2.3 Les fluctuations à petite échelle
3.3 CARACTÉRISATION DU CANAL DE PROPAGATION
3.3.1 Caractérisation à grande échelle
3.3.2 Caractérisation à petite échelle
3.4 CONCLUSION
CHAPITRE 4 CAMPAGNES DE MESURES À 60 GHZ 
4.1 INTRODUCTION
4.2 ENVIRONNEMENT DE MESURE .
4.3 TECHNIQUE DE MESURE
4. 3.1 Système de mesure
4. 3.2 Protocole de mesure
4.4 DIFFÉRENTS SCÉNARIOS DE MESURE
4.4.1 Scénario 1.
4.4.2 Scénario IL
4.4.3 Scénario III
4. 5 CONCLUSION
CHAPITRE 5:  ANALYSE DES RÉSULTATS 
5.1 INTRODUCTION
5.2 À GRANDE ÉCHELLE
5.2.1 Scénario 1..
5.2.2 Scénario II.
5.2.3 Scénario 111.
5.3 À PETITE ÉCHELLE
5.3.1 Scénario 1.
5.3.2 Scénario II.
5.3.3 Scénario III
5.4 CONCLUSION
CHAPITRE 6  CONCLUSION

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