Caractérisation de la propagation sans-fil dans les avions commerciaux pour une transmission dédiée aux services aux passagers et aux systèmes avioniques

Les systèmes embarqués dans un avion commercial sont reliés par des câbles qui peuvent atteindre une centaine de kilomètres. À la fois essentiels mais très encombrants, ces câbles constituent un surpoids que les constructeurs et operateurs cherchent à réduire afin de rentabiliser leurs avions. Les technologies sans-fil représentent l'une des options actuellement convoitées pouvant apporter des améliorations considérables à l'évolution des systèmes avioniques. Le présent travail de recherche se penche sur l'étude de la propagation sans-fil sur certaines bandes de fréquences à l'intérieur d'un avion commercial. Le but principal étant d'arriver à des conclusions ou à des recommandations sur les critères pouvant optimiser le lien sans-fil sans nuire aux systèmes existants. Les applications visées sont les services sans-fil pour les passagers et les réseaux de capteurs. Ce travail est effectué en collaboration avec l'entreprise Bombardier-Aéronautique située à Montréal dans le cadre du projet AVIO- 402 subventionné par consortium CRIAQ (Consortium de Recherche et d'Innovation en Aérospatial au Québec). Dans cette étude, un travail de caractérisation expérimentale du canal de propagation dans la bande ISM, autour des fréquences 2.4 GHz et 5.8 GHz, a été réalisé dans un avion CRJ700 de Bombardier Aéronautique. Cette caractérisation a permis d'extraire les paramètres nécessaires à l'analyse du comportement du canal. Les résultats issus des mesures ont démontré que les caractéristiques de propagation sont proches à la fois de celles d'une propagation dans un milieu typique à l'intérieur en termes d'étalement du canal et de celles d'une propagation dans un tunnel en termes d'atténuation. Ensuite, un travail de modélisation tridimensionnel et de simulation du canal a été réalisé avec un logiciel de prédiction RF (Wireless Insite de REMCOM). Les simulations considèrent également la bande millimétrique autour de 60 GHz. Le travail de simulation a abouti à des modèles analytiques de couverture radioélectrique qui ont été utilisés par la suite pour évaluer les scénarios d'interférences et les métriques de performance du lien sans-fil. Enfin, ces mêmes modèles ont permis de dimensionner un modèle TDL (Tapped Delay Line) de réponse impulsionnelle du canal dans le but d'une implémentation sous Matlab dans une chaîne de transmission sans-fil.

Abstract

Aircraft systems are interconnected by cable bundles that may represent a hundred kilometres. Those wirings penalize the aircraft weight. Cable bundles favour electromagnetic interference on board aircraft and routing a new cable for integrating new equipment boxes in a sustained aircraft requires a lot of retrofit work. Consequently, the aviation industry and aerospace community are working in the scope of different projects on new alternatives that will better fit to the future generation of aircrafts and help to reduce interconnecting wires on board. Wireless technologies represent a coveted solution that could make significant improvements and benefits to new generations of aircrafts. This research work focuses on the study of the wireless propagation over some frequency bands inside commercial aircrafts. The main objective is to provide conclusions and recommendations on criteria that may help optimizing the wireless communication without impacting the existent systems. Targeted applications are the inflight entertainment (IFE) service and wireless sensing systems. This work was conducted in collaboration with Bombardier-Aerospace based in Montreal (QC) in the frame of AVIO-402 project under the grant of CRIAQ (http://www.criaq.aero/).In this study, an experimental characterization of the propagation channel in the ISM band around 2.4 GHz frequency 5.8 GHz has been performed in a CRJ700 aircraft from Bombardier Aerospace. This characterization allowed to extract the parameters needed to analyze the channel behavior. The measurements results have shown that the propagation characteristics are close to those of both typical indoor medium in terms of the delay spread and a tunnel in terms of path loss. Then, a 3D channel modeling and simulation have been achieved with an RF prediction software (Wireless Insite Remcom). The simulations also consider the millimeter band around 60 GHz. The simulations yielded to analytical models of radio coverage which were subsequently used to evaluate wireless link interference scenarios and performance metrics. Finally, these models were used to design a TDL (Tapped Delay Line) channel model with the goal of an implementation under Matlab in a wireless transmission chain.