Brevet FR2614157A1 — publié le 19881021

Procédé de sélection automatlque d'une antenne de réception directive parmi une pluralité d'antennes de réception. La présente invention concerne un procédé de sélection automatique d'une antenne de réception directive parmi une plura- lité d'antennes de réception. Dans les systèmes de transmission par voie radioélectrique, les stations de réception possèdent fréquem- ment une antenne omnidirectionnelle et plusieurs antennes directives. Dans de nombreux cas, la fonction de choix d'antenne est réalisée par le biais d'opérateurs. Ceux-ci écou- tent le signal basse fréquence reçu successivement sur chacune des antennes directives qui leur sont allouées et sélectionnent l'antenne qui fournit le signal le plus audible. Outre le fait que l'on peut reprocher à cette méthode son caractère subjectif, les opérateurs doivent procéder à plusieurs essais avant de sélectionner l'antenne la mieux adaptée, et ceci entraîne des lenteurs dans l'établissement des communications qui sont préju- diciables à l'acheminement rapide des messages dans les réseaux de télécommunications. Cependant pour pallier les inconvénients précités un critère de choix plus objectif a déjà été proposé notamment en transmission numérique o la qualité de la trans- mission peut être jugée en comptant le nombre de bits erronés présents dans une trame particulière des messages transmis pour chaque antenne à qualifier. Mais ceci requiert la mise en oeuvre de séquences numériques particulières et leur longueur doit être cohérente avec celle des taux d'erreur que l'on cherche à mesurer; il faut par exemple quelques milliers de bits si le taux d'erreur recherché est de 10'3. D'autre part, il peut arriver que le temps nécessaire pour la mesure dépasse la durée de stabilité du canal de transmission et que pendant cette du- rée, des évanouissements (fading) se produisent et modifient le taux d'erreur binaire du canal de transmission, et dans ces conditions la mesure perd toute son utilité. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet, un procédé de sélection automatique d'une antenne de réception directive parmi une pluralité d'antennes de réception d'une station radioélectrique d'émission-réception de signaux numériques caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la gigue de phase d'un signal numérique reçu successivement sur chacune des antennes directives et à sélectionner l'antenne directive qui présente la gigue de phase la plus faible. Le procédé selon l'invention présente l'avantage qu'il permet le choix automatique et rapide de la meilleure antenne directive de réception c'est-à-dire de l'antenne directive qui, parmi toutes les antennes qui sont disposées autour d'une sta- tion de réception, présente par rapport à une source d'émission donnée la meilleure orientation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés qui représentent: Les figures 1 et 2 des organigrammes illustrant les diffé- rentes étapes du procédé selon l'invention. La figure 3 un graphe de la relation existant entre la gigue de phase et le rapport signal à bruit dans un canal de transmission o une modulation de type à déplacement de fré- quence est utilisée. La figure 4 un graphe de la relation entre le taux d'erreur binaire et le rapport signal/bruit dans le cas o une modulation de type à déplacement de fréquence est utilisée. La figure 5 un tableau donnant les valeurs numériques reliant notamment le taux d'erreur binaire et la gigue de phase dans un canal de transmission dans le cas o une modulation de type à déplacement de fréquence est utilisée. La figure 6 un diagramme fonctionnel d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 7 un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention, qui est illustré aux figu- res 1 et 2, consiste à mesurer la gigue de phase d'un signal numérique reçu par chaque station de réception d'un réseau concerné par ce signal, successivement sur chacune des antennes directives lui appartenant. L'antenne qui est associée à la gigue de phase la plus faible est choisie à condition qu'une séquence de confirmation puisse être reconnue dans un délai déterminé. Le procédé s'insère dans un dialogue à l'alternat entre au moins deux stations A et B, cette dernière disposant d'un nombre n "d'antennes directives". Le diagramme de la figure 1 illustre le déroulement des opérations effectuées par la station A et le diagramme de la figure 2 celui des opérations effectuées par la station B. Comme cela est représenté à la figure 1 la station A prend l'initiative de la phase choix d'antennes en transmettant, suivant l'étape représentée en 1, une séquence déterminée de bits pour indiquer à la station B le passage dans cette phase puis transmet, suivant l'étape 2, une trame de roulement formée par une suite alternée de bits 1 et O de longueur L, elle-même suivie, à l'étape 3, d'une séquence de confirmation. La station B réagit de la façon représentée par l'organi- gramme de la figure 2 en détectant à l'étape 4 la séquence de choix d'antennes qu'elle reçoit sur une antenne omnidirectionnelle. Puis la station B passe, en exécutant les étapes 5 et 6, sur une antenne directive de son réseau (antenne n l1) pour mesurer, à l'étape 7, la gigue de phase existant sur la séquence de bits qu'elle reçoit et lorsque cette mesure est terminée la valeur de la gigue de phase trouvée est mémorisée à l'étape 8. A la fin de l'exécution de l'étape 8 la station B se branche, par l'exécution de l'étape 9, sur l'antenne suivante et recommence l'exécution des étapes 7 et 8. Le procédé se déroule ainsi de la même façon à chaque nouveau branchement de la station B sur une nouvelle antenne de son réseau d'antennes et lorsque à l'étape 10,. la gigue de phase de la dernière antenne du réseau a été mémorisée, le procédé passe à l'exécution de l'étape 11 qui consiste à commuter la station B sur l'antenne directive du réseau qui possède la gigue de phase la plus fai: ble. A l'étape 12 la station B effectue une analyse de la sé- quence de confirmation qu'elle reçoit de la station A en calcu- lant le nombre de bits erronés présents dans cette séquence. Si à l'étape 14 le nombre de bits erronés trouvés est inférieur à un seuil déterminé l'antenne sélectionnée est définitivement retenue par contre, si le nombre de bits erronés est supérieur au seuil déterminé elle demande, par l'exécution de l'étape 16, une nouvelle activation de la séquence choix d'antennes. Pour la bonne exécution du I procédé, la longueur temporelle de la trame de roulement doit être de l'ordre de n x N/R ou n représente le nombre d'antennes directives de la station B, R est le débit en ligne et N représente le nombre de bits nécessaires pour la mesure de la gigue de phase des signaux binaires reçus sur chaque antenne. La mesure de la gigue de phase met à profit la relation existant entre le taux d'erreur binaire d'un canal de transmis- sion et le rapport signal à bruit dans ce canal, et la relation existant entre la gigue de phase des informations binaires re- çues et le rapport signal à bruit dans le canal. Les figures 3 et 4 représentent les graphes de ces deux relations dans le cas d'une modulation o les informations binaires commandent un déplacement de la fréquence d'un ton basse fréquence entre deux valeurs fixées. Sur la figure 3 la gigue de phase des infor- mations binaires est représentée par le rapport T/T, ou "'T est l'écart type de la durée d'une information binaire et o T est la durée moyenne de cette information. Ce graphe peut être obtenu expérimentalement en réalisant, à l'aide par exemple d'un oscilloscope, une estima- tion visuelle de la gigue de phase pour diverses valeurs de rapport signal à bruit o bien encore à l'aide d'un calcul théo- rique. Le graphe de la deuxième relation est bien connu et est disponible dans de nombreux ouvrages tel que celui de: L.C. SCHOOLEY AND G.R. DAVIS intltulé "Jitter Effets on BIT Error Rate Reexamined" de IEEE Transactions on Communi- cations, volume COM 29 n0 6 June 1981. Il est donc possible à partir des graphes des figures 3 et 4 d'établir une table donnant une valeur du taux d'erreur binaire en fonction d'une valeur de la gigue de phase représen- tée par 6T/T. Ce procédé suppose naturellement que l'émettet:r ne modifie pas la phase des informations binaires en introdui- sant une gigue dans les instants d'émission de ces informations, et il suppose que la réception ne modifie pas non plus la durée des informations binaires qu'il reçoit. L'écart type 6T peut également être calculé à l'aide de la relation: 6 m (d(1oy(di)) ( d2T= i m i=i o m est le nombre d'informations binaires dont la durée est prise en compte, et moy(dt) est la moyenne de ces du- rées. Pour éviter le calcul de moy(di) cette valeur moyenne peut être remplacée par la valeur de la durée nominale des informations binaires du signal numérique reçu, cette durée nominale étant normalement connue de la station de réception. Des résultats obtenus en application de la méthode précé- dente dans un exemple de transmissions o le débit d'informa- tions reçues est de 125 bits par seconde, o l excursion en fré- quence AF est égale à 425 Hertz et o la bande de bruit a une largeur Bb= 2700 Hz sont indiqués dans le tableau de la figure 5. Ce tableau donne, la valeur de l'écart type 6 T en fonction du rapport signal à bruit S/B en décimal et en fonction du rapport S/B en décibel, la relation entre les valeurs de signal à bruit et le taux d'erreur binaire (teb); et les valeurs de la gigue de phase 5 T/T correspondant aux valeurs de l'écart type T. Il apparaît, que plus la valeur de la gigue de phase Un mode de réalisation d'une station fonctionnant confor- mément au procédé de l'invention est représenté à la figure'. 6. La station de réception représentée comprend un commutateur d'antennes 17, un détecteur de phase de choix d'antennes 18, un dispositif de mesure de la gigue de phase 19, un dispositif de sélection d'antennes de moindre gigue 20, un dispositif de confirmation 21 et un organe de gestion 22 du commutateur d'antenne. Le commutateur d'antennes 17 établit, sous la commande de l'organe de gestion 22, les liaisons du détecteur de phase de choix d'antennes 18 avec d'une part, une antenne omnidirectionnelle A0 et d'autre part, n antennes directives Ai, An. Le détecteur de phase de choix d'antennes 18 est mis en communication avec le dispositif de mesure de gigue de phase 19, le dispositif de sélection d'antennes de moindre gigue 20 et l'organe de gestion 22. Ces éléments exécutent les phases du procédé représenté à la figure 2 en relation avec le dispositif de confirmation 21. Une structure microprogrammée reprenant l'ensemble des fonctions est représentée à la figure 7. Celle-ci comprend un microprocesseur 24, une mémoire vive 25, une mémoire morte 26 un circuit d'interface de sortie 27 et un circuit d'interface d'entrée 28 organisés autour d'un bus de donnée, d'adresse et de commande 29. Le signal S entrant dans la station est appliqué sur le circuit d'interface d'entrée 28 au travers de compteurs totalisateurs 30 et 31 qui totalisent respectivement la durée des états 1 ou 0 des éléments binaires du signal S. Ces compteurs progressent au rythme d'un signal d'horloge H obtenu à partir d'un compteur 32 commandé à partir de signaux d'horloge fourni par un circuit d'horloge 30. Le programme néces- saire à l'exécution du procédé correspondant à l'organigramme de Ia figure 2 et au calcul de la valeur. 6 T est inscrit dans la mémoire morte 26. Le microprocesseur 24 assure l'exécution de ce programme et en particulier vient lire l'état des compteurs 30 et 31 pour chaque état 1 ou 0 du signal S et les valeurs de ces compteurs sont totalisées en mémoire vive 25 pour permettre le calcul à l'aide de la relation (1) de l'écart type. chaque antenne. Bien évidemment l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations précités, et notamment le procédé peut s'appliquer à tout mode de transmissions numériques d'informations binaires du moment que les informations. numéri- ques transmises possèdent un nombre suffisant de transitions pour permettre la mesure de la gigue de phase par les moyens décrits précédemment. Dans ce cas on conçoit que la transmission des trames de roulement n'est plus impérative, si la station réceptrice peut reconnaître, au moyen de l'antenne omnidirectionnelle, des séquences de synchronisation de durée déterminée lui laissant le temps de basculer sur son antenne la mieux adaptée entre deux séquences de synchronisation. Dans cette hypothèse le procédé rend possible la sélection des antennes les mieux adaptées de deux stations tout au long de leur dialogue. REVENDICATIONS 1. Procédé de sélection automatique d'une antenne de réception directive parmil une pluralité d'antennes de réception d'une station radioélectrique d'émlssion-réception de signaux numériques, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer (7) la gigue de phase d'un signal numérique reçu successivement sur chacune des antennes directives et A sélectionner (11) l'antenne directive qui présente la gigue de phase la plus faible. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sélection est suivie d'une séquence de confirmation (12) consistant à calculer le nombre de bits erronés reçus de la sé- quence de confirmation. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la mesure de la gigue de phase du signal numérique reçu sur chaque antenne consiste à mesurer la durée di de m signaux binaires reçus, A calculer la variance 6 T des valeurs de durée suivant la relation M ( 2 _/2T (di-moy(di) (1) i=1 m o moy(d1) représente la moyenne des durées di et à partir de la valeur de l'écart type T à calculer la gigue de phase en calculant le rapport 6 T/T ou T représente la durée nominale de chaque signal binaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la station fait partie d'un réseau de stations et en ce que le procédé consiste à donner (1) l'initiative de la sélection d'une antenne dans une station à la- station du réseau qui prend l'initiative de dialoguer avec cette station. 5. Procédé selon la revendications 4, caractérisé en ce qu'il est initialisé dans la station devant opérer la sélection par la détection sur une antenne omnidirectionnelle d'une séquence de sélection (4) émise par la station du réseau qui prend l'initiative. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'il consiste à mémoriser (8) les valeurs de gigue de phase mesurée sur chaque antenne avant de sélectionner l'antenne qui présente la gigue de phase la plus faible. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dialogue entre les stations a lieu à l'alternat pendant la phase de choix d'antennes.