Brevet FR2658372A1 — publié le 19910816

La présente invention concerne les systèmes de téléphonie numérique sans fil. En général, les systèmes de téléphonie actuels utilisent de plus en plus la technologie sans fil pour les appels à longue distance, et, dans certains cas, ont commencé à utiliser la technologie numérique; cependant, aucun système d'emploi général n'est actuellement en mesure de fournir une technologie numérique sans fil effective et efficace pour des appels locaux entre abonnés Une telle technologie a été décrite dans divers brevets récents, au nom de la demanderesse, tels que par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 644 561 et dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N O 4 675 863 La technologie décrite dans ces brevets fournit des stations de base en communication tant avec un bureau central qu'avec une multitude de stations d'abonné utilisant des circuits numériques sans fil à répartition dans le temps, dans lesquels il y a des positions séquentielles répétitives des secteurs dans un train binaire du canal de transmission, chaque secteur étant associé à un abonné particulier. Les stations de base utilisées dans le système précédent à répartition dans le temps sont relativement complexes et chères mais réalisables économiquement pour un grand système desservant un nombre important d'abonnés; cependant, pour les systèmes relativement petits desservant un nombre relativement faible d'abonnés, il peut être économique infaisable De plus, un tel système utilise une paire de fréquences, l'une pour l'émission et l'autre pour la réception, et, compte-tenu de la quantité limitée des canaux disponibles dans le spectre, il serait extrêmement avantageux de pouvoir utiliser effectivement une seule fréquence. En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir ce qu'on appelle une station simulée ou 2 2658372 émulée qui puisse être effectivement substituée à une station de base réelle dans certaines situations. Un autre objet est de proposer un dispositif qui puisse être utilisé pour plusieurs abonnés mais qui puisse fonctionner sur une seule fréquence. D'autres objets apparaîtront à la description suivante et dans les revendications. Le dispositif de la présente invention utilise ce qui est, de fait, une station d'abonné modifiée pour agir en station de base simulée ou émulée, d'o la diminution considérable du coût total et de la complexité du système. Cette station de base est essentiellement différente de la station d'abonné par le fait seulement qu'elle est capable d'amorcer le processus de synchronisation, alors que l'ensemble de l'abonné agit seulement pour balayer les signaux HF sortant de la station de base émulée jusqu'à ce qu'il trouve la fréquence et le secteur qui lui sont affectés Dans les intervalles entre les émissions des signaux HF, la station de base émulée est destinée à recevoir les signaux HF provenant des ensembles d'abonné De cette manière, l'ensemble de l'abonné peut soit parler à la station de base émulée qui agit alors en autre station d'abonné, soit à une autre station d'abonné qui a été synchronisée avec elle par la station de base émulée. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un dispositif d'ensemble selon la présente invention; La figure 2 est une illustration schématique de la forme d'onde CCR dans la station de base standard; La figure 3 est une représentation schématique de la forme d'onde employée dans la présente invention; La figure 4 est une représentation schématique des fronts positifs de l'amplitude du signal reçu qui est 3 2658372 utilisée dans la synchronisation en cours selon la présente invention; La figure 5 est un schéma sous forme de blocs du circuit pour obtenir la synchronisation en cours selon la présente invention; La figure 6 est un schéma sous forme de blocs du circuit de réception CGA employé dans la présente invention; La figure 7 est un schéma sous forme de blocs du circuit d'acquisition de fréquence employé dans la présente invention; La figure 8 est un schéma d'une configuration de dispositif téléphonique sans fil selon la présente invention; La figure 9 est un schéma semblable à celui de la figure 8 mais représentant un dispositif d'abonné double; La figure 10 est un schéma du format de trame du dispositif d'abonné double de la figure 9; La figure 11 est un schéma du format de trame d'une multitude de dispositifs d'abonnés doubles; La figure 12 est un schéma d'un dispositif selon la présente invention qui est utilisé pour contrôler une ou plusieurs fonctions; La figure 13 est un schéma d'un dispositif de répéteur selon la présente invention; La figure 14 est un schéma d'un dispositif selon la présente invention utilisant des répéteurs multiples; La figure 15 est un schéma d'un dispositif selon la présente invention, dans lequel seul le répéteur est utilisé pour commander d'autres répéteurs ainsi que des ensembles d'abonnés. En figure 1, on a représenté dans un schéma sous forme de blocs le fonctionnement interne global du dispositif, désigné par la référence 10 Dans ce dispositif, 4 2658372 lors d'une conversation téléphonique, une personne parle dans le téléphone 12 et le signal vocal est envoyé à l'ensemble 14 d'interface du téléphone local Le signal est numéralisé par le codeur-décodeur 16 et le train résultant de données numériques est alors appliqué à un processeur 18 de la parole qui comprime la donnée vocale à un débit binaire plus faible La donnée comprimée est alors introduite dans un modem 20 via une ligne 22 et un commutateur à deux directions 24, le modem servant à transformer le train de données en un signal analogique efficace sur le plan spectral Ce signal analogique est appliqué à une radio 26 via une ligne 28 La radio convertit le signal en signal à haute fréquence (HF) et transmet alors ce signal HF via une antenne 30. 1 S Dans les intervalles entre émissions des signaux HF, l'ensemble est destiné à recevoir des signaux HF provenant d'un ensemble d'abonné La radio 26 convertit chacun de ces signaux HF en signal de fréquence intermédiaire FI et applique ce signal FI au modem 20 via une ligne 32 Le modem 20 démodule le signal FI pour former un signal numérique qui est alors appliqué au processeur de la parole via le commutateur 24 et une ligne 36 Le processeur agit sur le signal pour l'étendre en signal vocal numéralisé et ce signal numéralisé est alors entré dans le codeurdécodeur 16 qui sort un signal vocal analogique vers le téléphone 12 via l'interface téléphonique 14 Le mode d'émission des données est similaire à celui décrit ci- dessus, sauf que le téléphone est remplacé par un terminal de données ou un ordinateur 38, et le téléphone, le codeur- décodeur et le processeur vocal sont contournés au moyen de l'autre position du commutateur 24 qui est alors accouplé au terminal 38 par des lignes 40 et 42. Le modem 20 et la radio 26 sont accouplés à un ensemble de commande 44 L'ensemble de commande 44 est réglé initialement sur un mode de modulation et d'initiation, dans 2658372 un secteur prédéterminé, pour le modem et sur une valeur prédéterminée de la fréquence HF et de la puissance pour la radio Cependant, ces paramètres peuvent être ajustés par l'ensemble de l'abonné dans le cas o ils ne sont pas convenables pour fournir une réception satisfaisante à cette station. Dans un dispositif utilisant une station de base réelle tel que, par exemple, le système décrit dans le brevet N O 4 675 863 mentionné ci-dessus, la forme d'onde émise est divisée en une multitude de trames en ms (c'est-à- dire 45) Chaque trame est à son tour divisée en quatre secteurs de 11,25 ms La station de base émet sur les quatre secteurs pour produire une forme d'onde de modulation à rapport cyclique 100 %, la seule exception étant le canal de commande radio (CCR) Le secteur CCR est légèrement plus court que 11,25 ms et cela provoque un petit intervalle dans la modulation au commencement de chaque trame Cet intervalle est appelé trou MA Un diagramme de la forme d'onde du canal CCR dans le format réel de la station de base est représenté en figure 2 Cependant, dans le dispositif de la présente invention, il n'y a aucune transmission d'une forme d'onde à rapport cyclique 100 % Au contraire, il y a transmission sur seulement un secteur par trame (forme d'onde à rapport cyclique de 25 %), comme représenté en figure 3 Ce format modifié de la trame nécessite des changements dans la synchronisation grossière, la commande de gain automatique (CGA) et l'acquisition de la fréquence Ces changements sont indiqués dans la description suivante: Comme le dispositif de la présente invention utilise seulement une forme d'onde d'un rapport cyclique de %, il surveille l'amplitude du signal reçu et recherche les fronts positifs dans le signal d'amplitude Ces fronts positifs sont représentés en figure 4 L'ensemble de l'abonné ajuste sa synchronisation de trame pour la maintenir en alignement avec l'apparition de ces fronts positifs. Le circuit permettant d'obtenir le type précédent de synchronisation grossière est représenté sous forme de blocs en figure 5 dans laquelle le signal reçu est représenté comme étant introduit dans le dispositif de calcul d'amplitude 50 qui produit un signal de calcul d'amplitude d'ordinateur qui est alors transmis à un comparateur 52 dans lequel il est comparé à un signal de seuil prédéterminé, d'o la formation d'un signal numérique ( 1 = signal présent, O = aucun signal présent) Ce signal numérique est introduit dans un détecteur de front 54 qui sort un signal d'échantillonnage pour indiquer la détection d'un front positif. La modulation à rapport cyclique de 25 % nécessite un type distinct de circuit CGA de réception qui évite la poursuite lorsqu'il n'y a aucun signal présent Une décroissance rapide, montée lente, du CGA est, par conséquent, fournie Ceci est représenté en figure 6 o le signal de réception est appliqué à un dispositif de calcul d'amplitude 56, qui prend la forme d'une mémoire morte pré- programmée, à partir de laquelle le signal d'amplitude résultant est appliqué à un comparateur 58 dans lequel il est soustrait d'une valeur prédéterminée de seuil pour former un signal de différence Ce signal de différence est appliqué par l'intermédiaire de l'un de deux multiplicateurs de mise à l'échelle, représentés en 60 et 62, à un filtre passe-bas comprenant un additionneur 64 et un moyen à retard 66 connecté par l'intermédiaire d'une boucle 68 L'un ou l'autre des deux multiplicateurs est utilisés en conformité avec le signe du signal de différence Si le signal de différence est positif, la décroissance lente du signal de commande CGA est mise en oeuvre Si le signal de différence est négatif, une augmentation rapide du signal de commande CGA est mise en oeuvre La sortie du filtre est le signal de gain qui est alors appliqué à l'ensemble 44 de commande de gain représenté en figure 1. Comme dans le format de trame à rapport cyclique de 25 %, il n'est pas nécessaire d'exécuter une acquisition de la fréquence pendant la période hors-marche ( 75 % du temps nul) et comme la synchronisation de trame n'est pas connue au moment o l'acquisition de la fréquence est effectuée, une forme modifiée du circuit d'acquisition de la fréquence est fournie comme représenté en figure 7. Dans ce circuit, le signal de réception est introduit dans un dispositif 70 de calcul de transformée de Fourier discrète (DFT) qui sort l'énergie à bande élevée (énergie dans la bande de fréquence au-dessus de la fréquence centrale) et l'énergie à faible bande (énergie dans la bande de fréquence au-dessous de la fréquence centrale) La sortie en énergie à bande élevée est soustraite de la sortie en énergie à faible bande dans l'additionneur 72 et sa sortie est appliquée à un mélangeur ou multiplicateur 74 Le signal HF de réception est alors transmis à un moyen de séparation 76 qui détache le signe du signal (négatif ou positif), d'o la seule détermination de l'am Dlitude du signal Le signal séparé est alors appliqué à un filtre 78 qui l'écrête en en faisant la moyenne La sortie du filtre 78 est appliquée, via un amplificateur 80, au multiplicateur 74. L'objet principal du circuit passant par 76, 78 et 80 est d'éviter l'action du bruit sur le signal de sortie tout en accentuant le signal lui-même A cet égard, comme le bruit a généralement une faible amplitude, il est effectivement filtré pendant le processus d'écrêtage. D'autre part, étant donné que le signal réel a généralement une amplitude relativement élevée, il est, de fait, accentué par l'addition du signal écrêté ou filtré dans le mélangeur 74. Le signal mis à l'échelle qui quitte le mélangeur 74 est équilibré entre les fréquences à haute et basse énergie et ce signal équilibré, qui est proportionnel à l'amplitude moyenne à court terme du signal reçu, est appliqué à un filtre passe-bas comprenant un additionneur 82, et un moyen à retard 84 qui sont bouclés en 86 Le moyen à retard 84 a pour effet que le signal de sortie 88 appliqué à la commande de l'oscillateur piloté par tension représente la sortie immédiatement avant la sortie appliquée réellement au filtre passe- bas La commande de l'oscillateur est utilisée pour ajuster la fréquence de l'oscillateur-maltre dans le système. Après que la synchronisation initiale ou en cours ait été effectuée, le dispositif se trouve dans un mode vocal inoccupé mais est entièrement réglé pour un fonctionnement vocal Si le téléphone à l'une ou l'autre extrémité est décroché, celui se trouvant à l'autre extrémité sonnera jusqu'à ce que le téléphone appelé réponde ou que le téléphone d'appel raccroche. Les appels sont établis par un mot de code vocal au commencement de chaque secteur vocal, ce mode de code indiquant l'état décroché à la station d'appel Lorsque cela se produit, la station agissant en station de base émulée semble alors passer d'elle-même à l'état décroché pour le bureau central, réalisant ainsi une connexion avec ce bureau La station de l'abonné appelant procède alors à l'achèvement de l'appel en composant le numéro désiré. Lorsque l'ensemble de l'abonné appelant décroche, la station de base émulée en est informée par le mot de code vocal et présente un aspect raccroché pour le bureau central Lorsque la station de base émulée détecte un signal d'appel en provenance du bureau central, l'ensemble de l'abonné est amené à sonner au moyen du mot de code vocal correspondant provenant de la station de base émulée Lorsque l'ensemble de l'abonné passe ensuite à l'état décroché, la station de 9 2658372 base émulée en est informée via le mot de code vocal correspondant et il présente alors un aspect raccroché pour le bureau central. Le type précédent de configuration de système téléphonique sans fil est donné à titre d'exemple en figure 8, dans laquelle l'ensemble 90 de l'abonné est représenté en communication sans fil via des antennes 92 et 94 avec la station de base émulée 96 La station 96 est en communication sans fil via une ligne 98 et une interface 100 avec le bureau central (BC). On peut employer le dispositif décrit ci-dessus avec un agencement à abonné double comme cela est représenté en figure 9 Dans ce dispositif, chaque canal est capable de supporter deux conversations complètes sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un duplexeur A cet égard, un ensemble d'abonné double 102 est connecté par des fils 104 et 106 à une paire d'appareils téléphoniques d'abonné 108 et 110. L'ensemble d'abonné 102 est en communication sans fil via des antennes 112 et 114 avec une station de base double émulée 116 L'ensemble 116 est connecté au bureau central (BC) par des lignes 118 et 120. Les deux abonnés séparés 108 et 110 utilisent un agencement à secteur, tel que celui décrit dans le brevet n O 4 675 863 mentionné ci-dessus, dans lequel chaque abonné se voit affecter un secteur séparé Le format des trames pour cet agencement est représenté en figure 10 dans laquelle on montre quatre trames numérotées 1, 2, 3 et 4. Les deux premières trames sont utilisées pour la station de base émulée et les deux dernières pour les deux abonnés. Une multitude de dispositifs d'abonné double peut fonctionner sur des canaux différents en l'absence de duplexeurs par synchronisation de toutes les émissions de la station de base émulée Cela est représenté par le format de trame indiqué en figure 11, dans laquelle le canal 1 est représenté au-dessus et le canal N (indiquant tout nombre 2658372 désiré de canaux entre eux) est représenté au-dessous Sur chaque canal, les deux premiers secteurs sont destinés à l'émission et les deux derniers à la réception. On peut utiliser une station de base émulée avec une multitude d'abonnés différents, un à la fois Dans un tel agencement, pour la réception, les abonnés surveillent continuellement les transmissions des canaux de commande radio (CCR) qu'on décrit plus pleinement dans le brevet N O 4 675 863 mentionné ci-dessus, jusqu'à ce qu'un abonné particulier soit appelé par la station de base émulée au moyen du numéro d'Identification d'Abonné Après réception d'un appel, l'abonné amorce une transmission vers la station de base émulée en utilisant le processus de synchronisation décrit ci-dessus Pour amorcer un appel, l'abonné transmet sur le canal CCR en utilisant le processus de synchronisation décrit précédemment. Le présent dispositif peut être utilisé pour surveiller une ou plusieurs fonctions A cet égard, en utilisant un ordinateur tel qu'un dispositif d'enregistrement de données/commande, on peut appeler périodiquement une multitude d'abonnés pour avoir un rapport sur certaines fonctions telles que la température, les conditions atmosphériques, la sécurité, les inondations, l'absence de carburant, l'échappement, les lectures d'appareils de mesure électriques ou d'eau, etc Cela est représenté en figure 12, dans laquelle une station de base émulée 122 communique sans fil avec une multitude d'ensembles d'abonnés désignés respectivement par les références 124, 126 et 128 L'ensemble 122 est en liaison par fil avec un téléphone 130 pour des communications vocales et avec un ordinateur ou un terminal 132 pour l'entrée des données D'une façon similaire, chaque ensemble d'abonné est connecté à un téléphone respectif 134, 136 ou 138 pour des communications vocales et à un dispositif de données, par exemple 140, 142 ou 144, respectivement. Une utilisation importante du dispositif précédent concerne un répéteur pour étendre la gamme du système Dans cet agencement, la station de base émulée peut être utilisée pour surmonter les obstacles gênants tels que les montagnes, etc La figure 13 représente cette fonction, indiquant un ensemble d'abonné 146 en communication sans fil avec une station de base émulée 148 au sommet d'une montagne L'ensemble 148 est également en communication sans fil avec une station de base standard 150 connectée à un bureau central. La simplicité relative et le coût peu élevé de la station de base émulée la rendent très économique comme ensemble répéteur Elle peut être également utilisée comme répéteur pour étendre la grande autonomie du dispositif quelles que soient la présence ou l'absence d'obstacles En utilisant l'agencement à secteur temporel, l'ensemble répéteur, sans utilisation d'un duplexeur quelconque, se monte dans le dispositif complet tout en restant transparent tant pour la station de base standard que pour l'abonné. Elle peut être, naturellement, interposée entre l'abonné et une autre station de base émulée à la place d'une station de base standard Cela peut être fourni par stades multiples entre une station de base émulée et une autre de manière à grandement augmenter l'autonomie du système selon une manière relativement peu coûteuse Cela est représenté en figure 14, dans laquelle une série d'ensembles répéteurs 152 sont interposés entre l'abonné 154 et la station de base 156. En plus de l'extension de l'autonomie du système, l'ensemble répéteur sert à éliminer le signal réel de la station de base via une égalisation avant retransmission à l'abonné. Un répéteur peut aussi être utilisé dans ce qu'on appelle un système de répéteurs en étoile pour commander des répéteurs multiples et/ou des abonnés Cela il 12 2658372 est représenté en figure 15 dans laquelle l'ensemble à répéteur 158 communique sans fil avec des répéteurs auxiliaires 160 et 162 ainsi qu'avec un ou plusieurs abonnés tels qu'en 164 Les répéteurs auxiliaires sont eux-mêmes en communication sans fil avec des abonnés tels que représentés en 166, 168, 170, 172 et 174 ainsi qu'avec d'autres répéteurs auxiliaires, par exemple en 176 L'un quelconque des répéteurs auxiliaires, tels que le répéteur 162, peut être employé comme répéteur final dans une communication directe avec la station de base indiquée en 178. Des répéteurs multiples peuvent être placés en un endroit, sur des canaux différents et synchronisés de façon que leurs émissions et réceptions se produisent simultanément, ce qui permet d'éviter l'emploi de duplexeurs Dans une telle configuration, un répéteur principal est utilisé pour surveiller le canal CCR de la station de base et retransmet l'information surveillée aux divers abonnés via le canal CCR de la station de base émulée Dans une telle configuration, lors de l'établissement d'un appel, les abonnés sont chacun affectés à un canal de répéteur. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 13 2658372 REVENDICATIONS 1 Dispositif téléphonique numérique sans fil ( 10), caractérisé en ce qu'il comprend une station de base émulée ( 96) et au moins une station d'abonné ( 90) en communication l'une avec l'autre par des signaux de haute fréquence, chacune des stations étant capable à la fois d'émettre et de recevoir sur la même fréquence, la station de base émulée ainsi que la station d'abonné étant en synchronisation de trame temporelle l'une avec l'autre, et les stations étant semblables sauf que la station de base émulée fournit des signaux de synchronisation alors que la station d'abonné comporte un moyen d'acquisition pour ajuster ses trames en conformité avec les signaux de synchronisation. 2 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la station de base émulée communique avec un poste central (BC). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il y a au moins deux stations d'abonné, la trame ayant un secteur séparé pour chaque station d' abonné. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la station de base émulée communique sans fil avec une série de stations de base émulées similaires, la dernière station de base émulée de la série communiquant sans fil avec une station d'abonné. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de synchronisation à la station d'abonné comporte un circuit d'acquisition de fréquence en cours (figure 7), le circuit étant caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de calcul ( 70) qui sépare le signal provenant de la station de base émulée en fréquences à énergie à bande élevée et à faible bande; un moyen ( 72) pour soustraire la sortie à énergie à bande élevée de la sortie à énergie à faible bande pour obtenir un signal résultant; un moyen ( 76) pour détacher le signe du signal résultant afin de déterminer seulement son amplitude; un moyen ( 80) pour accentuer le signal détaché tout en filtrant sensiblement le bruit; et un moyen ( 84) pour appliquer le signal détaché à un oscillateur à cristal piloté par tension qui fournit la synchronisation à l'autre station. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de haute fréquence comprennent des formes d'onde divisées en une multitude de trames, chaque trame comprenant un seul secteur; un moyen de commande ( 44) à chaque station; un moyen ( 50) de contrôle de l'amplitude à chaque station qui est commandé par le moyen de commande pour surveiller l'amplitude des signaux provenant d'une autre station et pour déterminer l'emplacement des fronts positifs dans les formes d'onde de tels signaux en comparant l'amplitude de chaque signal provenant d'une autre station à un signal de seuil prédéterminé; un moyen de réglage de trame à chaque station qui est commandé par le moyen de commande pour ajuster la synchronisation des trames afin d'aligner les trames avec les occurrences des fronts positifs; la station de base émulée ayant un moyen d'initialisation de synchronisation de trame et une station d'abonné ayant un moyen d'acquisition de fréquence afin de synchroniser les signaux provenant de la station de base émulée avec la synchronisation ainsi amorcée; 2658372 la station de base émulée différant essentiellement de la station d'abonné seulement par l'incorporation dans la station de base émulée du moyen d'initialisation de synchronisation; le dispositif comportant en outre un circuit à commande de gain automatique à augmentation lente, décroissance rapide (CGA), qui évite la poursuite en l'absence d'un signal, le circuit CGA comportant: un moyen ( 56) de calcul d'amplitude dans lequel un signal de réception est introduit et qui sort un signal d'amplitude; un comparateur ( 58) pour recevoir le signal d'amplitude et le soustraire d'une valeur de seuil prédéterminée pour former un signal de différence; et un moyen pour déterminer le signe positif ou négatif du signal de différence afin de mettre sélectivement en oeuvre une décroissance lente ou une augmentation rapide dans le signal CGA; et un moyen pour appliquer le signal mis en oeuvre au moyen de commande.