Calcul du budget de puissance pour une couverture de brouillage intérieure

La portée d'un brouilleur intérieur ne se lit pas sur l'étiquette en watts : elle dépend de la puissance reçue au niveau du terminal visé et du rapport J/S exigé. Voici une méthode de budget de liaison complète, du gain d'antenne à l'exposant d'affaiblissement intérieur.

Que calcule réellement un budget de puissance pour le brouillage intérieur ?

Un budget de puissance pour le brouillage intérieur ne se résume pas à la puissance émise par le boîtier. Ce qui compte, c'est la puissance du signal brouilleur qui parvient réellement au récepteur visé, rapportée à la sensibilité de ce récepteur. Concrètement, on tient une comptabilité en décibels de tous les gains et de toutes les pertes entre l'émetteur et le récepteur. La formule de base reste celle de n'importe quelle liaison radio : puissance reçue = puissance d'émission + gain d'antenne d'émission + gain d'antenne de réception − affaiblissement de propagation − pertes système. La marge de liaison, elle, s'obtient en retranchant la sensibilité du récepteur de la puissance reçue. Ensuite, pour le brouillage, on ne raisonne plus sur la seule puissance absolue mais sur l'écart entre le signal utile et le signal brouilleur.

Quels gains et quelles pertes entrent dans l'équation de liaison de brouillage ?

Les articles consacrés à la lutte anti-drones proposent une forme commode du budget de liaison de brouillage : la puissance reçue au niveau du récepteur visé s'obtient en prenant la puissance de l'amplificateur, en y retranchant la perte d'alimentation, puis en ajoutant le gain de l'antenne d'émission du brouilleur, sans oublier les termes liés à l'antenne et à la propagation côté victime. En pratique, cela revient à dresser la liste de chaque contribution : puissance de sortie de l'amplificateur, pertes des câbles et des connecteurs, gain réel de l'antenne de brouillage, affaiblissement de propagation jusqu'au terminal, gain de l'antenne du terminal et pertes internes de ce dernier. Tout s'exprime en dB, et les pertes viennent s'ajouter en négatif. Un émetteur annoncé à 2 W (soit 33 dBm) peut ainsi abandonner 3 dB dans 5 m de câble RG-58 équipé de deux connecteurs N — et ce, avant même d'avoir parlé de l'antenne.

Comment l'affaiblissement intérieur et son exposant modifient-ils le rayon couvert ?

Pour modéliser la propagation à l'intérieur d'un bâtiment, on utilise le modèle log-distance, qui s'écrit simplement : affaiblissement (dB) = FSPL(d0) + 10 × n × log10(d/d0). L'exposant n dépend du milieu : il vaut 2,0 en espace libre, entre 2,5 et 3,0 en zone suburbaine, 2,7 à 3,5 en zone urbaine, 3,0 à 4,0 à l'intérieur d'un même étage, et grimpe de 4,0 à 6,0 dès qu'on traverse plusieurs étages. À cela s'ajoutent les obstacles : un mur en béton coûte généralement entre 10 et 15 dB. Pour le FSPL lui-même, la formule est FSPL(dB) = 20log10(d) + 20log10(f) - 147,55, avec d en mètres et f en hertz ; à titre d'exemple, à 868 MHz et 1 km, on obtient environ 91,5 dB. Côté mesures, une étude parue en 2022 dans Sensors s'est penchée sur l'affaiblissement à grande échelle dans un couloir intérieur, à 28 GHz et 38 GHz, en LOS comme en NLOS, avec des polarisations verticale-verticale et verticale-horizontale. L'exposant le plus fort observé atteignait 3,33, à 38 GHz en NLOS avec polarisation V-H. Les auteurs insistent d'ailleurs sur l'utilité de ce genre de relevés pour les budgets de puissance de la 5G en intérieur.

Quelle marge J/S le récepteur visé exige-t-il ?

Le rapport J/S, exprimé en dB, compare simplement la puissance du brouilleur à celle du signal utile au niveau du récepteur visé. On l'obtient en combinant l'équation de portée à sens unique pour J et l'équation à double sens pour S — et ce qu'on cherche, c'est un résultat positif. La portée de percée (burn-through) marque le point où l'écho de la cible redevient détectable malgré le brouillage ; en pratique, elle se situe juste un peu au-delà de la portée de croisement, là où J = S. Un bémol cependant : l'efficacité du brouillage n'est pas une fonction mathématique directe du J/S. La valeur nécessaire dépend de la technique de contre-mesure employée et du radar en face ; pousser le J/S trop loin peut même amener un processeur évolué à ignorer purement et simplement le brouillage, voire à basculer sur ses modes anti-brouillage. Augmenter la puissance a surtout un effet concret : la cible doit s'approcher davantage avant que la percée ne se produise.

Comment construire un budget de liaison chiffré, étape par étape ?

La méthode que j'utilise, c'est de partir du récepteur et de remonter vers l'amplificateur. On commence par fixer la sensibilité du terminal et le rapport J/S requis, puis on ajoute les marges d'évanouissement et de pénétration, et enfin on résout l'équation de propagation pour trouver la distance. Les exemples 5G de la 5G/6G Academy donnent des ordres de grandeur bien pratiques : en FR1, une puissance gNB de 46 dBm, une perte de câble de 3,0 dB et un gain d'antenne de 25 dBi, ce qui fait un EIRP de 68 dBm ; en FR2, on a 35 dBm, 0,5 dB et 30 dBi, soit 64,5 dBm. Côté bruit, le bruit thermique est de -174 dBm/Hz, avec un facteur de bruit UE de 7 dB en FR1 et de 10 dB en FR2, une marge d'évanouissement de 8,3 dB et 7,2 dB, une perte de pénétration bâtiment de 20 dB et 35 dB, et une marge d'interférence de 4 dB et 2 dB.

Pour le MAPL (Maximum Allowable Path Loss), la formule à retenir est simple : EIRP - sensibilité du récepteur + gains système - pertes totales. Les exemples qu'on trouve dans la littérature donnent 126,7 dB de MAPL pour un rayon de cellule d'environ 600 m à 3,5 GHz en couverture intérieure, et 133,3 dB pour environ 250 m à 26 GHz en extérieur. Quant au seuil de couverture, on l'obtient en ajoutant la marge d'évanouissement lent - et la perte de pénétration bâtiment quand on calcule en intérieur - à la puissance isotrope du terminal mobile.

Comment le gain d'antenne, le placement et les réflexions changent-ils la couverture réelle ?

D'abord, méfions-nous des chiffres sur la boîte : une antenne dite omnidirectionnelle ne tient jamais ses promesses sur 360°. En pratique, une puce intégrée plafonne entre -2 et 0 dBi, une piste PCB monte à 0-2 dBi, un fouet ou un stub fait 2 à 3 dBi, et il faut une vraie antenne externe pour espérer 3 à 8 dBi. Le câble compte aussi, et pas qu'un peu : à 868/915 MHz, comptez 0,45 à 0,55 dB/m pour du RG-58, 0,25 dB/m pour du LMR-240 et 0,13 dB/m pour du LMR-400, sans oublier 0,1 à 0,5 dB par connecteur. Côté amplification, les modules large bande couvrent de quelques centaines de MHz à plusieurs GHz, par exemple 2 à 18 GHz, avec un gain typique de 15 à 50 dB, un facteur de bruit sous 5 dB, un PAE de 30 à 50 %, un P1dB ou Psat de 10 à 100 W selon le besoin, une planéité de gain de ±2 dB, un IMD3 sous -30 dBc, un ROS inférieur à 1,5:1, une réjection d'harmoniques supérieure à 40 dBc et une plage de fonctionnement de -40 à +85 °C. L'exemple classique reste parlant : 0 dBm en entrée à 5 GHz, amplifié à +33 dBm (2 W) avec 33 dB de gain.

Pourquoi une couverture intérieure précise est-elle si difficile à garantir ?

L'énergie RF ne respecte pas les limites de propriété, et les réflexions projettent l'interférence dans des zones qu'on ne voulait pas couvrir. Des clients demandent parfois un brouillage limité à 5 m de rayon ou à une seule petite salle, mais une couverture précise est rarement atteignable : il faut donc prévoir des marges et soigner le placement. La planification pour amphithéâtres et salles d'examen se résume à la puissance du signal au niveau du combiné, pas au wattage affiché sur le boîtier ; les sources discutent du comportement des brouilleurs de faible puissance en intérieur et du nombre d'unités nécessaires par salle. La densité de stations de base et les facteurs environnementaux comptent parmi les limites réelles.

Quelles limites légales et pratiques encadrent le brouillage intérieur ?

Le cadre réglementaire n'est pas un détail : la source consacrée au brouillage en salle de classe rappelle que le droit fédéral américain fait peser un risque sérieux sur cette pratique. En France, l'utilisation de brouilleurs est en principe interdite et relève d'autorisations très encadrées ; toute installation doit être vérifiée avec un conseil juridique avant même le calcul de puissance. Sur le plan pratique, il faut aussi accepter que la couverture dépende du signal au terminal, que les antennes omnidirectionnelles ne délivrent pas leur gain nominal dans toutes les directions et que les pertes de câbles et connecteurs réduisent la puissance disponible. Le budget de puissance reste donc un outil d'estimation, à confirmer par des mesures sur site.

Questions fréquentes

Comment calcule-t-on le budget de puissance pour une couverture de brouillage intérieure ?

On comptabilise en dB tous les gains et pertes : puissance d'émission du brouilleur, pertes d'alimentation et de connecteurs, gains des antennes du brouilleur et de la victime, affaiblissement de propagation intérieur et sensibilité du récepteur. La puissance de brouillage reçue doit dépasser le signal utile de la marge J/S requise au rayon cible, puis on résout l'équation de liaison pour la distance.

Qu'est-ce que le rapport J/S et pourquoi compte-t-il pour le brouillage ?

Le J/S est le rapport en dB entre la puissance du signal de brouillage et celle du signal utile au niveau du récepteur. J doit généralement dépasser S d'une certaine quantité pour être efficace, et cette quantité dépend de la technique de contre-mesure et du récepteur visé, pas d'une formule fixe. Un J/S trop élevé peut même déclencher les modes anti-brouillage.

Quel exposant d'affaiblissement choisir pour planifier un brouillage intérieur ?

Les modèles log-distance utilisent un exposant d'environ 3,0 à 4,0 pour un même étage et de 4,0 à 6,0 pour un bâtiment multi-étages, contre 2,0 en espace libre. Des mesures en couloir à 28 et 38 GHz rapportent des exposants allant jusqu'à 3,33 en NLOS avec polarisation verticale-horizontale, ce qui invite à majorer les marges.

Pourquoi une couverture de brouillage intérieure précise est-elle difficile à garantir ?

L'énergie RF ne respecte pas les limites de propriété et les réflexions poussent l'interférence vers des zones non visées. Une couverture limitée à 5 m ou à une seule petite salle est rarement réalisable en pratique. Il faut donc prévoir des marges, soigner le placement des antennes et valider le budget de puissance par des mesures sur site.