ITU-R RS 1346 FRENCH-1998 SHARING BETWEEN THE METEOROLOGICAL AIDS SERVICE AND MEDICAL IMPLANT COMMUNICATION SYSTEMS (MICS) OPERATING IN THE MOBILE SERVICE IN THE FREQUENCY BAND 401.pdf

1、 Rec. UIT-R RS.1346 1 RECOMMANDATION UIT-R RS.1346*PARTAGE DES FRQUENCES ENTRE LE SERVICE DES AUXILIAIRES DE LA MTOROLOGIE ET LES SYSTMES DE COMMUNICATION DES IMPLANTS MDICAUX DANS LA BANDE 401-406 MHz DU SERVICE MOBILE (Question UIT-R 144/7) (1998) Rec. UIT-R RS.1346 LAssemble des radiocommunicatio

2、ns de lUIT, considrant a) que la bande de frquences 401-406 MHz est attribue titre primaire au service des auxiliaires de la mtorologie; b) que la Recommandation UIT-R RS.1165 spcifie les caractristiques techniques des radiosondes utilises dans le service des auxiliaires de la mtorologie et que la R

3、ecommandation UIT-R RS.1262 spcifie les critres de partage et de coordination des auxiliaires de la mtorologie fonctionnant dans la bande 401-406 MHz; c) que les systmes de communication des implants mdicaux (SCIM) comportent deux lments, savoir limplant mis en place dans le corps humain et un progr

4、ammateur utilisable jusqu 2 mtres du corps pour programmer cet implant et, occasionnellement, communiquer avec lui; d) que les systmes de communication des implants mdicaux ncessitent une bande de frquences unique disponible dans le monde entier et qu cet effet ils pourraient fonctionner dans le ser

5、vice mobile auquel la bande 401-406 MHz est actuellement attribue titre secondaire; e) que, moyennant une limitation de leur p.i.r.e. 16 dBm, les systmes SMIC ne causeraient aucun brouillage prjudiciable aux auxiliaires de la mtorologie; f) que des techniques de rduction des brouillages telles que c

6、elles dcrites lAnnexe 1, assurent un niveau lev de protection des quipements des systmes SMIC contre les brouillages que pourraient leur causer des systmes du service des auxiliaires de la mtorologie, recommande 1 de prendre en considration que la bande de frquences 401-406 MHz pourrait tre utilise

7、en partage par les systmes du service des auxiliaires de la mtorologie et les systmes de communication des implants mdicaux, condition que ceux-ci soient conformes aux points 2 et 3 ci-aprs et aux caractristiques techniques et dexploitation dcrites lAnnexe 1; 2 de limiter la p.i.r.e. des metteurs de

8、s systmes de communication des implants mdicaux 16 dBm (25 W) dans une largeur de bande de rfrence de 300 kHz, afin de protger correctement les systmes du service des auxiliaires de la mtorologie; 3 dutiliser des techniques de rduction des brouillages (voir lAnnexe 1) pour protger les systmes de com

9、munication des implants mdicaux. ANNEXE 1 Faisabilit du partage cocanal entre les auxiliaires de la mtorologie et les dispositifs mdicaux implantables puissance ultra-faible dans la bande 401-406 MHz 1 Rappel Des millions de personnes dans le monde dpendent de dispositifs mdicaux implants actifs qui

10、 les aident vivre ou qui amliorent leur qualit de vie. Les implants actifs assurent des fonctions thrapeutiques toujours plus diverses: rgulation du rythme cardiaque (par stimulation ou par dfibrillation), diminution de la douleur, administration de mdicaments, _ *La Commission dtudes 7 des radiocom

11、munications a apport des modifications rdactionnelles cette Recommandation. 2 Rec. UIT-R RS.1346 limitation de lincontinence et traitement de tremblements dorigine neurologique, pour nen citer que quelques-unes. tant donn que les techniques continuent dvoluer et que la population vieillit, les servi

12、ces rendus lhumanit par ces dispositifs, dj nombreux, vont rapidement se multiplier. Les liaisons de communication avec des dispositifs mdicaux implants sont utilises plusieurs fins, et des nouvelles possibilits damliorer la qualit de vie des patients se font constamment jour. Actuellement, ces liai

13、sons sont utilises pour rgler certains paramtres des implants (le rythme de stimulation, par exemple), transmettre des informations enregistres (par exemple des lectrocardiogrammes gards en mmoire) ou transmettre en temps rel des informations de surveillance vitales pendant de courtes priodes (par e

14、xemple le comportement du coeur pendant la procdure dimplantation). Un systme de communication pour implants mdicaux est constitu de deux lments, le programmateur et limplant proprement dit. Le programmateur transmet des donnes limplant et reoit des donnes de celui-ci. Fonctionnant lextrieur du corp

15、s humain, il contient un metteur-rcepteur de trs faible puissance et une antenne. Limplant contient lui aussi un metteur-rcepteur de trs faible puissance et une antenne, mais fonctionne lintrieur du corps humain. Il reoit des donnes du programmateur et lui envoie des donnes. La technique actuelle, f

16、onde sur la transmission RF par induction, nautorise pas des dbits de donnes suprieurs (par exemple 100 kbit/s). Les systmes de communication des implants mdicaux sont portatifs par nature. Un patient voyageant dans le monde entier peut tre loin de son mdecin traitant quand survient une situation du

17、rgence ncessitant une communication avec limplant. Les programmateurs aussi changent frquemment dunit de soins et de pays. Ce besoin de mobilit et les contraintes imposes la conception du systme font quil est ncessaire de disposer, entre 250 et 450 MHz, dau moins un canal utilisable dans le monde en

18、tier. Le bon fonctionnement des systmes de communication des implants mdicaux passe imprativement par lidentification dune bande de frquences unique de 3 MHz, utilisable dans le monde entier par tous les fabricants. La seule solution viable est de rserver cet effet une partie de la bande 401-406 MHz

19、 La qualit des communications SCIM exige une puissance apparente rayonne comprise entre 20 et 16 dBm (de 10 25 W). Cette faible p.a.r., conjugue au fait que la liaison est utilise quasi exclusivement lintrieur de btiments et dans les zones urbaines limine pratiquement tout risque de perturbation du

20、 service des auxiliaires de la mtorologie par les communications des SCIM. A noter aussi, vu quun implant a un but essentiellement thrapeutique, que la liaison de communication nest utilise que pendant 0,005% de sa dure de vie, ce qui limite encore davantage la probabilit de brouillage. 2 Caractrist

21、iques des SCIM 2.1 Frquence de fonctionnement Lintrt port la bande 401-406 MHz pour lexploitation des SCIM dcoule de plusieurs facteurs. La bande de frquences choisie doit pouvoir assurer de manire fiable des transmissions dbit lev, se prter lutilisation de petites antennes, se trouver dans une part

22、ie du spectre ayant un bruit relativement faible, se propager de manire acceptable travers les tissus humains et tre acceptable pour des circuits fonctionnant avec une puissance lectrique minime. 2.2 Largeur de bande totale requise Les communications SCIM ncessitent une portion de spectre disponible

23、 de 3 MHz, pour la cration dau moins 10 canaux. Ceux-ci sont utiliss pour viter les brouilleurs et permettre le fonctionnement simultan de plusieurs implants dans une mme zone (un centre mdical plusieurs chambres, par exemple). Des tudes internationales sur le spectre ont montr que, mme avec une ban

24、de de 3 MHz, on ne pourra pas, dans bien des situations, utiliser plus de deux canaux. Rec. UIT-R RS.1346 3 2.3 Calcul du bilan de liaison des SCIM Les paramtres utiliss pour lanalyse des liaisons SCIM sont: 2.4 Taux dutilisation Les fonctions premires dun dispositif implant capacit de communication

25、 sont le diagnostic et la thrapie. Comme le systme de communication rduit la dure de vie fonctionnelle de limplant, il convient de ne lutiliser quen cas de ncessit. A titre dexemple, le systme de communication RF basse frquence induction nest utilis que pendant 0,005% de la dure de vie de limplant (

26、environ 4 heures en 9 ans). Sagissant du programmateur utilis par le mdecin, ce taux dutilisation est nettement plus lev. Dans un centre hospitalier disposant de plusieurs de ces appareils, lutilisation totale de la bande de frquences pourrait approcher la moiti du temps de travail. Liaison aller (I

27、mplant Programmateur) Liaison retour (Programmateur Implant) Frquence 403,5 +/ 1,5 MHz Type de modulation MDF Largeur de bande de bruit du rcepteur 200 kHz 25 kHz Bruit ambiant lentre du rcepteur 20 dB au-dessus de kTB kTB (par perte dans les tissus) Facteur de bruit du rcepteur 4 dB 9 dB Bruit de f

28、ond du rcepteur 101 dBm 121 dBm Gain de lantenne de rception 2 dBi 31,5 dBi Rapport signal/bruit requis (TEB = 1E-5) 14 dB Affaiblissement despace libre 2 mtres 30,5 dB Marge de protection contre les vanouissements(1)(avec diversit) 10 dB Surcrot daffaiblissement(2)(polarisation, etc.) 15 dB Gain de

29、 lantenne dmission 31,5 dBi 2 dBi Puissance lantenne 2 dBm 22 dBm p.a.r. 33,5 dBm (sur la surface du corps) 20 dBm(3)(1)Grce lemploi de la mme antenne que celle de la liaison aller et au maintien de la dure du message retour une valeur rduite par rapport aux taux dvanouissement de 4 Hz, la rciprocit

30、 des liaisons maintient la profondeur des vanouissements de la liaison retour 10 dB en dpit de labsence de diversit spatiale dans ce sens. (2)Un affaiblissement excessif sur la liaison rsulte de lorientation du patient, du mauvais alignement de lantenne, dune obstruction (par exemple le mdecin) sur

31、le trajet direct principal et de la perte due la polarisation. Ces processus statistiquement indpendants peuvent tre modliss efficacement par ladjonction dune marge de 15 dB. On notera que la perte due la polarisation se produit des degrs diffrents selon les configurations dantenne. (3)Pour cette an

32、alyse, on a utilis une puissance apparente rayonne de 20 dBm(10 W). Une marge additionnelle est souhaitable condition quelle puisse tre obtenue sans compromettre le fonctionnement exempt de brouillage dans la bande des auxiliaires de la mtorologie et compte tenu des contraintes de conception imposes

33、 par lenvironnement dans lequel les stations SCIM sont appeles fonctionner. 4 Rec. UIT-R RS.1346 3 Analyse de la sensibilit des auxiliaires de la mtorologie au brouillage par les SCIM 3.1 Brouillage des radiosondes Il est trs important pour le grand public de prserver la viabilit de la vaste infrast

34、ructure des auxiliaires de la mtorologie. La bande rserve ceux-ci est couramment utilise par les radiosondes, les fuses sondes, les catasondes et les plates-formes de collecte de donnes, les radiosondes tant les plus sensibles au brouillage. La p.i.r.e. des programmateurs SCIM doit tre limite afin q

35、ue les communications ncessaires puissent avoir lieu sans causer de brouillage aux auxiliaires de la mtorologie. Il est prcis dans la Recommandation UIT-R RS.1262 que la puissance du signal brouilleur reu pendant 20% du temps au maximum est de -161,9 dBW/300 kHz. Le modle de propagation standard du

36、CCIR1a permis de dterminer que, pour un affaiblissement de 20 dB d aux btiments, un dispositif SCIM doit se trouver moins de 421 m dune radiosonde pour perturber le fonctionnement de celle-ci2et ce, notons-le, dans lhypothse prudente o les frquences du SCIM et de la radiosonde sont parfaitement alig

37、nes. Autrement dit, en raison de leur puissance dmission ultra-faible, les quipements SCIM ont une probabilit de brouillage trs faible, encore diminue par dautres facteurs importants qui sont toutefois difficiles quantifier: Choix du canal. Le SCIM dispose de plusieurs canaux, le choix tant fond sur

38、 le niveau de bruit ambiant le plus faible. Une radiosonde fonctionnant une frquence donne ressemblera, dans la bande utilise par le SCIM, une source de bruit bande troite, et le SCIM choisira donc un autre canal. Donc, lorsquun programmateur de SCIM dtecte une radiosonde, il ragit de manire que lun

39、 et lautre ne se brouillent pas mutuellement. Densit du brouilleur. tant donn que les ondes mises par limplant sont affaiblies par le corps, seul le programmateur est susceptible de perturber lactivit des utilisateurs des auxiliaires de la mtorologie. La multiplication des dispositifs implants est l

40、imite par le fait que ceux-ci rpondent des ncessits mdicales et non aux souhaits du consommateur. Pour cette raison, le nombre de brouilleurs potentiels est maintenu un niveau nettement infrieur celui que lon serait en droit dattendre dune application grand public ou commerciale. Taux dutilisation d

41、u brouilleur. Les implants ont un taux dutilisation des communications de lordre de 0,005% de leur dure de vie environ. Les programmateurs, qui sont infrieurs en nombre de plusieurs ordres de grandeur, peuvent avoir un taux dutilisation considrablement plus lev. Taux dutilisation de la liaison retou

42、r. En raison de laffaiblissement d aux tissus, seules les communications vers le dispositif implant risquent de brouiller les auxiliaires de la mtorologie. La communication sera probablement de type semi-duplex et fortement asymtrique, lmission vers limplant ne durant quune fraction du temps pendant

43、 lequel la liaison est active. Gnralement, la liaison retour ne reprsentera quenviron 10 sur 250 ms de communication. En consquence, le rayon dans lequel un programmateur de SCIM peut brouiller une radiosonde sera en gnral nettement infrieur 500 m. Dans le cas trs rare o un programmateur de SCIM se

44、trouve porte dun tel auxiliaire, le risque de brouillage sera rduit, tant donn que le SCIM utilise un algorithme dvitement du brouillage pour dterminer, en fonction du niveau de bruit le plus faible, le canal quil utilisera. Le cycle modr du SCIM, son fonctionnement en mode semi-duplex et le taux du

45、tilisation de la radiosonde rduisent galement le risque de brouillage. 3.2 Brouillage de lquipement de mesure de distance de la radiosonde Le signal SCIM ne perturbera pas lquipement de mesure de distance de la radiosonde, tant donn que la puissance dmission de 25 W de celui-ci est de 60 dB plus lev

46、e que celle du SCIM. La formule qui suit permet de prvoir le rapport porteuse/brouillage (C/I) (on notera que ce modle aboutit un rapport plus lev si lon inclut les pertes dues aux constructions et la directivit de lantenne du SCIM). Le cas le plus dfavorable survient la fin du vol, quand le _ 1OKUM

47、URA et autres 1968. 2KOZONO, S. et WATANABE, K. octobre 1977 Influence of environmental building on UHF land mobile radio propagation. IEEE Trans. Commun., Vol. Com-25; WALKER, E. H. novembre 1983 Penetration of radio signal into building in the cellular radio environment, Bell Sys. Tech. J., 62: 9 Pt. I; RAPPAPORT, Ted. Wireless Communications (Prentice Hall PTR), p.131-132; Tur87 TURKMANI, A. M. D., PARSON, J. D. et LEWIS, D. G. dcembre 1987 Radio propagation into buildings at 441, 900, and 1 400 MHz. Proc. of the 4th International Conference on Land Mobile Radio; Tur92 TURKMANI,