Avec la multiplication des systèmes électroniques analogiques et numériques embarqués dans les moyens de transports actuels, l’environnement électromagnétique (EM) devient de plus en plus riche en signaux de toutes sortes et, donc, il devient plus complexe à caractériser. Dans ces travaux de thèse, nous nous intéressons au GSM-R (Global System for Mobile communications - Railways). Il s’agit du nouveau système de communication radio numérique portant la signalisation actuellement en cours de déploiement sur le réseau ferroviaire européen afin d'assurer l'interopérabilité des TGV. Ainsi, tous les pays d’Europe utiliseront le même système, ce qui facilitera la circulation des trains transfrontaliers d’un pays à l’autre. En environnement ferroviaire, le GSM-R doit faire face à différentes sources de bruit EM, notamment aux perturbations EM transitoires provenant du contact glissant entre la caténaire et le pantographe. Ces perturbations couvrent de larges bandes de fréquences dont, potentiellement, celles du GSM-R. Nous proposons une méthode de classification qui permet de prédire l’effet des perturbations EM transitoires sur la qualité des transmissions GSM-R. Cette méthode de classification pourrait être mise en place à bord des trains où elle permettrait d’identifier et localiser les zones critiques pour la qualité des transmissions GSM-R. Du point de vue de la standardisation, ces travaux de recherche pourraient contribuer à l’évolution nécessaire des équipements et des méthodologies définies dans les normes CEM afin de s’adapter aux nouvelles problématiques émanant de la multiplicité des systèmes et protocoles de communication sans fils employés dans le monde des transports. / With the proliferation of analog and digital electronic systems in the current means of transport, the electromagnetic (EM) environment becomes richer and richer in all kinds of signals and, therefore, it becomes more difficult to characterize.In this thesis, we focus on a particular digital system: the GSM-R (Global System for Mobile communications - Railways). It is the new digital radio communication system under deployment on the European rail network in order to ensure the interoperability of high-speed trains in Europe. Then, all countries in Europe will use the same system, which will facilitate the movement of cross-border trains from a country to another one. In the railway environment, the GSM-R is subject to different EM noise sources, including transient EM interferences coming from the sliding contact between the pantograph and the catenary. These disturbances cover wide frequency bands including, potentially, those of the GSM-R system. We propose a classification method for predicting the effect of transient EM disturbances on the quality of GSM-R transmissions.This classification method could be implemented on trains where it could identify and locate critical areas for the quality of GSM-R transmissions along the journey. From the point of view of standardization, these research works could contribute to the necessary evolution of equipment and methods defined in EMC standards in order to cover the new problems arising from the multiplicity of wireless communication systems and protocols employed nowadays in the world of transports.

L’environnement électromagnétique ferroviaire se caractérise par la coexistence de signaux de formes d’ondes diverses adressant des problèmes de CEM de natures très différentes. Ces signaux dus à des sources qui occupent un spectre de fréquence étendu, sont parfois générés par des dispositifs de forte puissance. Les problèmes relèvent de domaines tels que l’énergie, la signalisation et la communication, et sont habituellement traités de façon disjointe. Leur résolution nécessite des méthodes d’analyse adaptées à chacune de ces problématiques. La mobilité et la présence d’interférences transitoires requièrent des méthodes d’analyse temps-fréquence. La majorité de ces méthodes utilisent la FFT pour ses temps de calcul performants. Cependant la FFT présente des limitations en termes d’adaptabilité aux systèmes très différents étudiés. Les bandes de fréquence ne sont pas ajustables, et les résolutions en temps et fréquence ne sont pas aisément adaptables à celles requises pour les systèmes considérés. Ce travail de thèse porte sur un outil global d’analyse en mesure de pallier certaines limitations. Les résolutions temporelle et fréquentielle peuvent être choisies en fonction du système étudié et des perturbations ciblées (transitoires ou permanentes), afin de relier les perturbations à l’impact qu’elles ont sur un système donné. Les bandes de fréquence analysées, les pas fréquentiel et temporel sont prédéfinis selon le système étudié, qu’il soit de basse ou de haute fréquence. Ces propriétés sont obtenues sans dégrader la rapidité de calcul, similaire à celle de la FFT et permettent l’implémentation de l’outil sur des équipements de mesure temps réel. / The railway electromagnetic environment is characterized by the coexistence of various signal waveforms which address very different EMC problems. These signals are produced by sources occupying a wide frequency spectrum, and can be generated by high-power devices. Associated EMC issues are in fields such as energy, signaling and communication, and are usually treated by different approaches. Their resolution requires analysis methods adapted to these different fields. The mobility and the presence of transient interferences can require time-frequency analysis methods. The majority of these methods uses the FFT due to its performing calculation time. However, the FFT is limited for adapting analysis resolution with the characteristics of different studied systems. The frequency bands are not adjustable, and the time and frequency steps are not readily adaptable to those required for the systems considered. This thesis work deals with a comprehensive analysis tool able to overcome some limitations. The time and frequency resolutions can be selected according to the studied system and the targeted disturbances (transient or permanent), in order to highlight the impact that the interferences have on a given system. The analyzed frequency bands, the frequency and time steps are predefined according to the studied system, whether low or high frequency devices. These properties are obtained without degrading the calculation time performances, which are similar to FFT and allow the implementation of this tool on real time measurement equipment.

This diploma thesis deals with the design of the radio network for the track section Břeclav-Znojmo. Firstly, the theoretical knowledge about GSM-R, Radiolab and radio relay is described. The next part deals with the measurement of the already covered section of the track and the selection of a suitable propagation model. Radiolab is designed to cover several diffusion models. The model used for the final design of the network is chosen based on the comparison of the measurement results with the proposed coverage in Radiolab. The last part describes the provision of connectivity to individual base stations. Several connectivity options are compared.

Ces dernières années, nombreux travaux dont l’objectif est de conduire à l’interopérabilité ferroviaire ont permis l’émergence d’un système paneuropéen de contrôle-commande ferroviaire. Ce système exploite des radiocommunications sol-trains fonctionnant selon le protocole GSM-R (Global System for Mobile communications – Railways. La bonne marche de l’exploitation ferroviaire dépend, pour une part, du bon acheminement des données entre sol et trains. Il s’avère donc nécessaire d’assurer un fonctionnement efficace de cette radio sol-trains en dépit de perturbations électromagnétiques intentionnelles ou non intentionnelles qui pourraient la perturber. Ce travail de thèse s’intéresse à cette seconde catégorie de perturbations. Nous développons des méthodes de détection de brouilleurs électromagnétiques afin de mettre en oeuvre rapidement des contre-mesures efficaces contre ces brouillages, à différents niveaux de l’architecture radio. Nous mettons en oeuvre un système de détection supervisé permettant de détecter la présence de signaux de brouillage intentionnels, voire de les reconnaître. Fondé sur l’analyse des signaux échangés, nous développons et évaluons deux méthodes distinctes. L’une exploite les signaux en quadrature mis en évidence par le récepteur dans le canal de communication employé. L’autre méthode considère la densité spectrale de puissance des signaux recueillis dans une bande de fréquence plus large, centrée dans la gamme allouée aux communications GSM-R, et s’étendant de part et d’autre de celle-ci. Ces méthodes sont successivement évaluées par simulation, sur des données issues d’un banc de mesure puis, sur un site ferroviaire réel. / In recent years, numerous studies whose ultimate goal is to drive the railway interoperability have allowed the emergence of a pan-European train control system. This system uses ground-to-train radio operating on the GSM-R (Global System for Mobile communications - Railways) protocol, currently being deployed on a large scale along railway lines. The smooth running of railway operations depends, in part, of the proper routing of radio communications between trains and ground. Therefore, it is necessary to ensure the effective operation of this ground to train link in presence of intentional or unintentional electromagnetic interference that could disrupt communication. This thesis focuses on this second category of disturbances. We develop methods for detecting electromagnetic interference superimposing their signals to GSM-R signals. Then, this detection will promptly set off effective countermeasures against such interference at different levels of the radio architecture, the physical layer, the higher protocol layers. We implement a supervised detection system to detect the presence of jamming signals and, for potentially to recognize them. Based on the analysis of signals exchanged, we develop and evaluate two methods. One considers the quadrature signals recovered by the receiver in the used communication channel. The second method exploits the power spectral density of the signals collected in a wider frequency band, centered in the range allocated to the GSM-R communications and extending on either side thereof. These methods are successively evaluated by simulation, on data obtained using a test bench, and on a real railway site.

Inom EU finns ett regelverk som strävar efter interoperabilitet att det ska vara lätt att kunna resa och göra affärer mellan alla nationer inom EU utan att behöva vare sig byta tåg eller förare. Denna rapport specificerar de olika lagar och regler som utfärdats och specificerats av EU kommissionen och UNISIG samt det svenska nationella regelverket som gäller för ERTMS-signalprojekteringen för markutrustning. Idag finns ett behov av att effektivisera signalprojekteringen eftersom det finns flera pågående och kommande projekt. För att nå detta kommer en checklista för signalprojektering tas fram som tydligt ska visa exempelvis var en balis i förhållande till en signalpunktstavla ska placeras genom att hänvisa till korrekt delkapitel i respektive dokument. Uppdraget med examensarbetet är att det ska bli enklare att verifiera ERTMS-signalprojekteringen på helt nya sträckor i Sverige och internationellt. Detta är något som ännu inte är standardiserat. För att detta ska vara möjligt görs studier om TSD och SUBSET (de dokument som styr och reglerar ERTMS signalering) och relevanta dokument samt analys av några redan genomförda signalprojekteringar på Ådalsbanan. I rapporten presenteras en sammanställning av signalprojektering och hur de olika faserna ska ske, hur de ska genomföras och vad de har för betydelse. Arbetet har resulterat i en sammanställning och analys av det mest relevanta fakta som gruppen hittat i de behandlade dokumenten samt en checklista för signalprojektering. I denna rapport har gruppen producerat en komplett sammanställning av de behandlade dokumenten för ERTMS-signalprojektering samt en checklista för verifiering av ERTMS-signalprojektering. / EU has a framework that strives to interoperability to make it easy to travel and do business with all nations in the EU without the need to change trains or drivers. This report discribes the various laws and regulations that issued and specified by the EU Commission, UNISIG and the Swedish national rules that apply for ERTMS signalling project planning for trackside equipment. Today there is a need to more efficient the signal project planning. To achieve this, a checklist for signaling project planning will be developed that clear show, for example, where an Eurobalise in relation to a signal point should be located by referring to the correct subchapter in the right document. The mission of the project is to make it easier to design new production of ERTMS signalling project planning. To make this be possible studies has been done to TSI, SUBSET (the documents that controls and regulates the ERTMS signalling), relevant documents and analysis already implemented signalling project planning on Ådallines. The report presents a compilation of the signal project and how the different phases will occur, how they will be implemented and their significance. In this report, the group has produced a complete compilation of the processed documents for ERTMS signalling project and a checklist for verification of the ERTMS signalling project.