Brevet FR2120092A1 — publié le 19720811

La présente invention concerne un dispositif de liaison radio-électrique qui comporte au moins un premier poste émetteur-récepteur, pouvant être par exemple une unité mobile. La transmission des signaux radio-électriques subit toujours 5 des évanouissements dûs à des causes naturelles et, lorsque l'un des postes d'une liais&n radio-électrique est mobile et se déplace à des vitesses variables dans des environnements de nature imprévisible, la qualité de la transmission varie considérablement.Dans ce cas, deux types de variations du niveau du signal reçu peuvent 10 être observés. Tout d'abord, des évanouissements rapides se produisent par l'effet Rayleigh, c'est-à-dire par la réception de signaux qui arrivent en opposition de phase par des trajets différents. Ensuite, des variations plus lentes du niveau moyen sont provoquées par l'effet d'écran des immeubles et par des réflexions 15 au sol. Ces deux types de variation du niveau dépendent de la vitesse. La réception simultanée sur plusieurs antennes constitue l'une des meilleures solutions qui puisse être apportée à l'évanouissement des liaisons radio-électriques mobiles. Si par exemple, 20 le poste fixe comporte deux ou plusieurs antennes de réception suffisamment distantes, la probabilité est grande pour que l'une d'elles reçoive à un moment donné un signal acceptable émis par un poste mobile. Mais la réception simultanée sur plusieurs antennes à partir d'un poste mobile n'est pas facile à réaliser car il est 25 impensable de munir un véhicule de plusieurs antennes distantes. Par ailleurs, les dispositifs à réception simultanée dans lesquels l'émission s'effectue simultanément en deux ou plusieurs endroits, et qui ne comportent qu'une seule antenne de réception nécessitent soit deux canaux, soit des circuits complexes de transmission par 30 déphasage. La présente invention apporte une solution à ces problèmes. Selon l'invention,le récepteur du premier poste produit un'indice de niveau du signal reçu et, en fonction de cet indice de niveau, un circuit de commande délivre un signal qui est appliqué à une 35 entrée de l'émetteur. Un circuit de commande, délivre un signal de sortie lorsque le niveau du signal reçu tombe au-dessous d'un seuil prédéterminé fixe, ou au-dessous d'un seuil variable situé à une valeur prédéterminée au-dessous de la moyennçé. court terme 71 47181 2 2120092 du niveau du signal reçu. Le circuit de commande comporte un élément à gain variable, dont le gain est commandé par un circuit de réaction connecté entre son entrée et sa sortie. La constante de temps de ce cir-5 cuit de réaction est telle que la sortie de l'élément suit les évanouissements rapides par opposition de phase du signal reçu, mais reste sensiblement constante par rapport aux évanouissements lents. La constante de temps du circuit de réaction est commandée par un dispositif qui mesure la fréquence d'apparition des éva-10 nouissements rapides de manière que cette constante de temps diminue lorsque la fréquence d'apparition de ces évanouissements augmente. Selon l'invention, le second poste émetteur-récepteur,qui peut être par exemple un poste fixe, comporte un dispositif qui, 15 à la réception du signal de commande, fait passer l'émission d'une première antenne à une seconde antenne espacée de ia première. Ce changement de. lieu d'émission au second poste réduit sensiblement les effets d'évanouissement à la réception par le premier poste. 20 Les changements de lieu d'émission au poste fixe s'effec tuent par commutation entre deux antennes d'émission espacées l'une de l'autre, et à la réception d'une commande provenant de l'unité mobile. Plus particulièrement, l'unité mobile comporte un dispositif qui détermine si le niveau du signal provenant d'une 25 antenne donnée du poste fixe tombe au-dessous d'un seuil variable qui dépend de la nature de l'évanouissement lui-même. Lorsque cela se produit, l'unité mobile émet un signal de commande vers le poste fixe. A la réception de ce signal, l'émetteur du poste fixe est connecté à une antenne d'émission différente. La liaison 30 de l'unité mobile vers le poste fixe peut être assurée, de la manière habituelle, par réception simultanée sur des antennes espacées. La multiplicité est donc assurée dans les deux sens de transmission mais avec un minimum de complexité dans l'équipement mobile. 35 Le dispositif selon l'invention comporte des circuits .•spécialisés destinés à distinguer entre les évanouissements rapides, pour lesquels le changement d'antenne apporte une amélioration, et les évanouissements à variation lente, pour lesquels 71 47181 2120092 le changement d'antenne n'est pas souhaitable. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif. Sur ces dessins : 5 la figure 1 représente le diagramme synoptique d'un poste mobile et d'un poste fixe réalisés selon l'invention, la figure 2 est une courbe des variations d'amplitude d'un signal qui subit des évanouissements rapides et lents, et, la figure 3 représente plus en détail le diagramme synop-10 tique du comparateur de niveau du circuit de la figure 1. La figure 1 illustre, sous forme de diagramme synoptique, les différents éléments d'un dispositif réalisé selon l'invention. Certains de ces éléments, tels que l'émetteur mobile 11 eÇde récepteur mobile 12 connectés tous deux à une même antenne 15 mobile 14 par l'intermédiaire d'un duplexeur 13, existent dans tous les dispositifs de transmission par radio'et n'ont pas à être décrits en détails. De même, le poste fixe comporte plusieurs antennes de réception 20 et 21 espacées dont les signaux sont combinés dans un récepteur 22 de réception simultanée. Le poste 20 fixe comporte également un émetteur 23 qui, par l'intermédiaire de l'unité 24 de commutation d'antenne, émet par au moins deux antennes d'émission 25. et 26 espacées l'une de l'autre. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité mobile comporte un comparateur de niveau 27 qui détecte le niveau des 25 signaux reçus par le récepteur mobile 12 et les compare à un niveau de référence prédéterminé qui, ainsi qu'il sera décrit par la suite en regard des figures 2 et 3, peut être fixe ou variable. Si le comparateur 27 détermine que le niveau du signal r-eçu est inférieur au niveau de référence, il en transmet l'indication 30 au générateur de fréquences 28. Celui-ci ajoute à la. modulation de la porteuse émise par l'émetteur 11 et l'antenne 14, une fréquence hors bande.d'une durée finie constituant une impulsion à une fréquence qui se situe au-dessus de la bande de transmission de messages. 35 La porteuse modulée est reçue par les antennes 20 et 21 combinées de manière apppropriée, et la modulation est détectée par le récepteur 22. Le signal de commande constitué par l'impulsion de fréquence plus élevée en est séparée par le filtre r ,% f X'% >â- 71 47181 4 2120092 passe-bande 30 et le filtre passe-bas 31 qui laisse passer le signal de message, et sa présence est détectée par le circuit 32 de commande de détecteur. Un signal est alors appliqué au circuit de commutatrm-2k qui peut commuter la sortie de l'émetteur 33 entre 5 les antennes 25 et 26. Le circuit 32 de commande de détecteur et le circuit de commutation 24 peuvent fonctionner dans un mode bis-table, de manière qu'une antenne déterminée soit connectée à l'émetteur pendant une période minimale fixe, après laquelle S S "C l'émetteur/ connecté à l'autre antenne si une autre impulsion de 10 fréquence est reçue. Cette période fixe est destinée simplement à éviter une instabilité dûe à des retards ou à des interruptions momentanées de transmission.' En résumé, le fonctionnement global du dispositif représenté sur la figure 1 est le suivant: un signal de message doit être émis par l'émetteur 23,et le commutateur 24 15 est supposé appliquer initialement ce signal à l'antenne 26. Le signal est reçu par l'antenne mobile 14 et le récepteur mobile 12, et une partie en est appliquée au comparateur 27. Lorsque le niveau du signal tombe au-dessous d'une valeur acceptable, une commutation d'antenne est commandée au poste fixe par une fréquen-20 ce ajoutée à la porteuse émise par l'émetteur mobile 11, vers le récepteur fixe 22. Le commutateur d'antenne 24 déconnecte l'antenne 26 de l'émetteur 23 et connecte l'antenne 25 à sa place. Si les niveaux des signaux reçus par les antennes 25 et 26 sont comparables, sinon indépendants des conditions 25 d'évanouissement, la probabilité pour que le nouveau signal soit acceptable, est élevée. Mais si cela n'est pas le cas, au moins deux stratégies fondamentales de commutation sont applicables. L'une consiste à commuter à nouveau si le second signal n'est pas meilleur après un certain temps. Une seconde stratégie consiste 30 à lester sur le second signal, quel que soit son niveau, jusqu'à ce qu'il passe au-dessus du niveau de référence et à ne changer d'antenne que si le second signal passe au niveau de référence dans le sens négatif . Les circuits qui permettent l'application de l'une ou l'autre de ces stratégies sont bien connus, mais un 35 circuit particulièrement avantageux conçu à cet effet sera décrit en regard de la figure 3. Il y a lieu de considérer maintenant les spécifications particulières qui, selon l'invention, sont imposées au compara00 PY " 71 47181 2120092 teur de niveau 27. Mais auparavant, il y a lieu d'examiner plus en détail la nature des évanouissements subis par une liaison radio mobile. La courbe 41 de la figure 2 représente le niveau d'un signal reçu pendant un certain temps par un récepteur mobile. 5 Les évanouissements rapides représentés.en 42 par exemple, sont dûs àl 'effet Rayleigh et sont provoqués par l'arrivée au récepteur de signaux émis ayant suivis des traje.ts différents et dont les phases ont tendance à s'annuler. Lorsque le récepteur se déplace, les phases se décalent périodiquement et, lorsqu'elles 10 sont proches les unes des autres, le niveau du signal augmente. Bien entendu, les évanouissements sont plus courts et apparaissent plus fréquemment lorsque la vitesse augmente. La courbe 43 représente le niveau moyen d'un signal subissant des évanouissements rapides. Des évanouissements lents du niveau moyen du 15 signal se produisent lorsque l'énergie radio-électrique est blo-• ' quée ou réfléchie par des immeubles ou des terrains.Ces évanouissements dépendent . également de' la vitesse de l'unité mobile. Le point 44 sur la figure 2 représente un tel évanouissement. Du fait que des évanouissements rapides sont superposés 20 aux évanouissements lents, il est évident qu'il ne suffit pas que le comparateur 27 effectue une simple comparaison de niveau. Si le niveau est fixé à un seuil prédéterminé, tel que celui représenté en 45 sur la figure 2, l'amélioration ne se fera sentir que sur un nombre très réduit d'évanouissements rapides, tels que 25 ceux représentés en 47. Selon l'invention, un niveau moyen des signaux soumis 3 71 47181 6 2120092 pendant des évanouissements lents, c'est le seuil 45 qui prédomine sur le niveau de référence 46, de manière que la commutation soit commandée pendant les évanouissements courts tels que 47, qui coïncident avec un évanouissement lent 44. 5 La détermination de la courbe 43 de niveau moyen né cessite l'intégration de la valeur instantanée de l'enveloppe sur une durée qui dépend de la vitesse du véhicule. La période d'intégration doit être suffisamment, courte pour exclure les évanouissements lents et elle doit être encore raccourcie si le 10 véhicule se déplace plus rapidement et si les évanouissements lents se rapprochent. Par ailleurs, la période doit toujours être suffisamment longue de manière à ne pas suivre les évanouissements rapides dûs à l'effet Rayleigh. La figure 3 représente le diagramme synoptique d'un 15 circuit destiné à répondre aux objectifs précités. Ce circuit comporte un comparateur 51 de niveau de référence fixe, de type courant, qui délivre un signal de sortie en courant continu, ou un signal de niveau logique "1", sur le fil 52 lorsque le signal reçu c"u récepteur 12 est supérieur à un seuil déterminé, tel que 20 le niveau de référence 45, et un signal de niveau logique "0" si le signal est inférieur à ce niveau. Le comparateur 51 est destiné principalement à indiquer un évanouissement au-dessous d'un niveau seuil 45 prédéterminé. Par ailleurs , un comparateur 53 à. niveau de référence variable, normalise les évanouissements 25 dûs à des passages dans des zones de silence et donne une indication sur les évanouissements rapides. Plus particulièrement le comparateur 53 comporte un amplificateur 54 à commande automatique de gain dont le circuit de commande de gain comporte un détecteur d'enveloppe 64 et un circuit à constante de temps va-30 riable, constitué par un condensateur 55 et une impédance variable 56 dont la valeur est commandée par un signal appliqué au fil 50. L'impédance 56 peut être une résistance variable avec la tension de type connu, tel qu'un atténuateur réglable à diode, une impédance électrochimique variable ou autre. 35 Si la constante de temps du circuit 55-56 est, à tout moment, longue par rapport à la période des évanouissements rapides, et courte par rapport à la période des évanouissements lents, la sortie de l'amplificateur 54 peut être normalisée pour COPY ? 71 47181 2120092 les évanouissements lents, c'est-à-dire maintenue constante sans tenir compte de. ces derniers. Un comparateur 57 de référence fixe, semblable au comparateur 51 , est connecté à la sortie de l'amplificateur 54 et il délivre à sa sortie un sigial de niveau 5 logique "1" sur le fil 59 si le signal d'évanouissement rapide dépasse son niveau de référence qui peut être réglé à un niveau approprié au-dessous du niveau moyen après élimination des effets des évanouissements lents. Mais, du fait que les évanouissements rapides et lents sont fonction de la vitesse, la constante de temps ■] 0 du circuit 55-56 doit également varier avec la vitesse. Selon l'invention, l'indication de la vitesse est donnée par un compteur 58 qui compte les évanouissements rapides. Ce compteur délivre sur le fil 50, un signal de sortie qui est fonction du nombre de . ces évanouissements rapides par unité de temps. Lorsque la fré-15 quence des évanouissements augmente par suite d'une augmentation de la vitesse, la valeur de l'impédance 56 diminue, de même que la constante de temps du circuit 55-56. la période pendant laquelle les évanouissements lents sont normalisés est ainsi raccourcie. 20 signal de sortie "1" appliqué par le comparateur 51 sur le fil 52 et indiquant la réception d'un signal acceptable par rapport à un niveau seuil fixe, et le signal de sortie "1" appliqué par le comparateur 57 sur le fil 59 et indiquant la réception d'un signal acceptable par. rapport au niveau moyen,sont v J - 25 combinés par une porte NON-ET 60 qui délivre un signal de sortie "1" si l'une ou l'autre de ces indications passent au niveau "0". Le signal de sortie de la porte 60 déclenche un générateur 61 de fréquence qui émet un signal de commande sous forme d'une impulsion pendant une durée prédéterminée lorsque son entrée est passée 30 niveau "0" au niveau "1" . Pour qu'une autre impulsion puisse être émise, il faut que les deux niveaux reviennent d'abord à une valeur d'acceptation ou "1", et que l'un ou l'autre passe ensuite au-dessous de la valeur d'acceptation, ou "0". Cette opération est en accord avec le procédé de commutation et d'attente décrit 35 ci-dessus. Dans le cas le plus courant, il peut être supposé que le signal moyen est acceptable, c'est-à-dire qu'il est supérieur aux niveaux 45 et 46 de la figure 2. Le changement d'antenne au poste fixe est donc commandé chaque fois qu'un évanouissement COPY 1 71 47181 2120092 rapide, tel que 42, fait passer le signal au-dessous du niveau seuil 46 ou du niveau fixe 45. Un cas particulier est celui où le récepteur mobile est arrêté dans une région où le signal est inacceptable, tel que 5 47 de la figure 2, et où il est probable qu'un meillenir signal serait reçu si un changement d'antenne était effectué au poste fixe. La figure 3 illustre la solution apportée à cette difficulté. La. fermeture d'un commutateur 62 introduit un circuit de temporisation 63 entre la sortie de la porte 60 et le générateur 10 de fréquence 61. La réception d'un signal inacceptable est indiquée par un signal "1" à la sortie de la porte 60. Ce signal déclenche le temporisateur 63. Après une période prédéterminée de l'ordre d'une seconde par exemple, le temporisateur 65 déclenche le générateur 61 qui demande un autre changement d'an-15 tenne. Le temporisateur 63 peut, à volonté, être agencé de manière à déclencher répétitivement le générateur 61 à des intervalles prédéterminés jusqu'à ce qu'un signal acceptable soit à nouveau reçu, ou jusqu'à ce que des commandes périodiques normales de commutation d'antenne soient à nouveau reçues, indi-20 quant que le récepteur a recommencé à se déplacer. L'expérience a montré que deux antennes suffisent généralement pour apporter une amélioration suffisante de la réception. Mais il est bien entendu que, dans le cadre de l'invention, l'émetteur du poste fixe peut, à la commande du poste mo-25 bile, être commuté entre trois antennes ou davantage. S'il n'est souhaité queyfcemédier aux évanouissements rapides, il n'est pas nécessaire que les antennes soient très espacées et elles peuvent généralement se trouver dans le local du poste fixe. Mais, en ce qui concerne les évanouissements dûs 30 a'ix zones de silence, il est souvent nécessaire que les antennes soient écartées de plusieurs centaines de mètres. Dans ce cas, le passage d'une antenne à l'autre peut provoquer des changements transitoires de phase, car le déphasage introduit par le nouveau canal peut être différent de celui introduit par l'ancien canal. 35 Après démodulation, les changements de phase produisent des claquements dans le signal sonore. Cependant, ces variations transitoires n'apparaissent que pendant le changement d'antenne et leur durée est courte, de l'ordre de 100 yU sec. La sortie du 71 47181 2120092 discrlminateur de fréquence modulée peut être amortie pendant cette période, et s'il est nécessaire, l'estimation du signal sono-.•re peut être effectuée à ce moment, Les circuits d'amortissement et d'estimation sont bien connus. Ces derniers sont généralement 5 constitués par des circuits qui prolongent le signal sonore qui existait avant le début de l'amortissement. Du fait que la durée de corrélation de la ; parole est beaucoup plus longue que la durée des changements transitoires de phase, l'amortissement n'introduit qu'une très faible distorsion dans le signal sonore. 10 En outre, les bruits dûs aux changements transitoires de phase sont considérablement réduits, sinon éliminés. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 71 47181 10 2120092 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de liaison radio-électrique comportant au moins un premier poste émetteur-récepteur qui peut être une unité mobile, caractérisé en ce que le récepteur 12 du premier 5 poste produit un . indice de niveau du signal, reçu et, en fonction de cet indice de niveau, un circuit de commande produit un signal de commande prédéterminé appliqué à une entrée de l'émetteur du premier poste. 2 - Dispositif de liaison radio-électrique selon la 10 revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande délivre à sa sortie un signal de commande lorsque le niveau du signal reçu tombe au-dessous d'un seuil fixe prédéterminé. 3 - Dispositif de liaison radio-électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé jan ce que le circuit de 15 commande délivre à sa sortie un signal de commande lorsque le niveau du signal reçu tombe au-dessous d'un seuil variable dont la valeur est inférieure d'une quantité prédéterminée à la moyenne à court terme du niveau du signal reçu. 4 - Dispositif de liaison radio-électrique selon la 20 revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de commande comporte un élément à gain variable dont le gain est 'commandé par un circuit de réaction connecté entre son entrée et sa sortie, et dont la constante de temps est telle que la sortie de l'élément suit les évanouissements rapides du 25 niveau du signal reçu qui sont dûs à des oppositions de phase, mais reste sensiblement constante pour des évanouissements lents du niveau du-signal reçu. 5 - Dispositif de liaison radio-électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la constante de temps du 30 circuit de réaction est commandée • par un dispositif qui mesure la fréquence d'apparition des évanouissements rapides, de manière que cette constante de temps soit réduite lorsque la fréquence d'apparition de ces évanouissements augmente. 6 - Dispositif de liaison radio-électrique selon 35 l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif' monté dans un second poste émetteur-récepteur commandé par ledit . signal de commande et constitué par un dispositif qui à la réception du 71 47181 n 2120092 signal de commande fait passer l'émission d'une première antenne à une seconde antenne située à une certaine distance de la première, de manière à introduire un changement de lieu d'émission au second poste et à réduire sensiblement les effets d'évanouissement à la réception par le premier poste.