Brevet FR2672753A1 — publié le 19920814

Dispositif de retransmission pour un réseau de radio- communications mobile. L'invention concerne un dispositif de retransmission pour un réseau de radiocommunications comportant plu- sieurs émetteurs et récepteurs associés respectivement par couples (ensembles émetteurs-récepteurs), dans lequel les ensembles émetteurs-récepteurs sont reliés d'une part par l'intermédiaire d'une interface avec un dispositif de commutation et d'autre partpar l'intermédiaire d'un10 réseau de couplage à un dispositif d'antenne. Pour la mise en oeuvre d'un trafic hertzien entre des postes émetteursrécepteurs mobiles, il est nécessaire d'utiliser des concentrateurs hertziens qui représentent pour ainsi dire une interface entre le réseau de radio-15 communications mobile et un réseau fixe de retransmission. De tels concentrateurs hertziens désignés sous le terme de postes de retransmission peuvent être eux-mêmes des postes fixes ou bien des postes également semi-mobiles. On décrit par exemple, dans l'article de littérature IEEE Transations on Vehicular Technologie vol VT-27, N O 4, Nov 1978, pages 205-211, un réseau de radiocommu- nications mobile comportant un dispositif de retrans- mission pour les postes émetteurs-récepteurs mobiles. Il s'avère que, dans la réalisation pratique du côté à haute fréquence d'un tel dispositif de retrans- mission, il se pose une série de problèmes Si l'on as- socie par exemple une antenne unique à tous les ensem- bles émetteurs-récepteurs, il faut tabler sur des per- tes élevées dans le réseau de couplage reliant cette antenne aux ensembles émetteurs-récepteurs, ce qui a 5 un effet négatif notamment en ce qui concerne la puis- sance d'émission disponible. De même l'utilisation d'une antenne pour chaque en- semble émetteurrécepteur présente des inconvénients importants lorsque les fréquences radioélectriques uti-10 lisées sont relativement basses, en étant situées par exemple dans la plage des ondes courtes, de sorte que les antennes possèdent des dimensions importantes et qu'il apparaît des déformations du diagramme de rayonne- ment des antennes individuelles, en raison des inévita-15 bles couplages d'antenne Mais les antennes individuel- les requièrent également,dans le cas d'un dispositif de retransmission semi-mobile, une dépense extraordi- nairement élevée du point de vue construction pour le mât d'antenne déployable, étant donné qu'ici un câble20 d'antenne enroulable doit être associé à chaque antenne individuelle. D'une façon conditionnée par la propagation des si- gnaux radioélectriques suivant des trajets multiples, qui est inévitable dans le cas de liaisons hertziennes,25 il faut en général prendre pour les récepteurs des en- sembles émetteurs- récepteurs, des dispositions supplé- mentaires visant à améliorer le fonctionnement à la ré- ception, sous la forme de dispositifs en diversité. L'utilisation d'une diversité de fréquences ou de30 rayonnements conduit ici à une dépense supplémentaire pour le dispositif d'antenne. L'invention a pour but d'indiquer,pour un disposi- tif de retransmission du type mentionné plus haut,une solution qui ne nécessite qu'une dépense technique re-35 lativement faible et crée, pour un nombre assez impor- tant d'ensembles émetteurs-récepteurs, un dispositif d'ensemble qui garantit les caractéristiques optimales d'émission et de réception pour tous les ensembles émetteurs-récepteurs. Ce problème est résolu conformément à l'invention, dans un dispositif de retransmission conforme à l'in- vention, grâce au fait que le dispositif d'antenne est constitué par un nombre pair d'antennes omnidirectionnelles qui sont réparties uniformément sur le pourtour d'un cercle, qu'en outre les récepteurs des ensembles émetteurs-récepteurs sont des récepteurs en diversité, auxquels sont associées respectivement deux antennes ominidirectionnelles du dispositif d'antenne, en tant qu'antennes de réception pour la réception d'un15 signal arrivant suivant deux trajets, et qu'une antenne omnidirectionnelle respective du dispositif d'antenne est disponible en tant qu'antenne d'émission, pour les émetteurs des ensembles émetteurs-récepteurs. L'invention part du fait connu selon lequel on ob- tient une optimisation des caractéristiques de fonc- tionnement d'un dispositif de retransmission, moyen- nant une dépense technique de fabrication aussi faible que possible, lorsque 1 On utilise comme dispositif d'antenne un nombre pair d'antennes omnidirectionnelles qui sont réparties uni- formément sur le pourtour d'un cercle, 2 on associe respectivement deux des antennes omnidi- rectionnelles pour une réception de signaux suivant deux trajets à chacun des récepteurs, réalisés à la ma- nière d'un récepteur en diversité, des ensembles émet- teurs-récepteurs, et 3 on associe toutes les antennes omnidirectionnelles présentes individuellement aux émetteurs des ensembles émetteurs-récepteurs de telle sorte qu'une antenne omni- directionnelle est disponible en commun autant que pos- sible pour deux émetteurs. Le dispositif d'antenne ainsi agencé présente un degré extraordinairement faible de couplage mutuel au niveau des émetteurs omnidirectionnels et permet par 5 conséquent une bonne réception de signaux suivant deux directions, également pour une faible dépense, et main- tient dans des limites aussi faibles que possible les pertes de couplage inévitables lors du couplage de deux et d'un plus grand nombre d'émetteurs à une an-10 tenne omnidirectionnelle. Selon une caractéristique de l'invention, les an- tennes omnidirectionnelles,qui sont associées à un ré- cepteur en diversité, sont à une distance mutuelle déterminée par le diamètre du cercle.15 Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un dispositif isolateur sur la voie de liaison entre la sortie d'un émetteur d'un ensemble émetteur- récepteur et l'antenne omnidirectionnelle qui lui est associe.20 Selon une autre caractéristique de l'invention, les émetteurs de deux et d'un plus grand nombre d'ensembles émetteurs-récepteurs sont reliés par l'intermédiaire d'un dispositif formant coupleur à 3 d B à une antenne omni- directionnelle du dispositif d'antenne et chaque émet-25 teur est relié par l'intermédiaire d'un dispositif iso- lateur au dispositif formant coupleur à 3 d B. Selon une autre caractéristique de l'invention, les antennes omnidirectionnelles du dispositif d'antenne sont au choix actives en soi, par l'intermédiaire de com-30 mutateurs d'antenne en tant qu'antennes d'émission ou en tant qu'antennes de réception pour les ensembles émetteurs-récepteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas de l'utilisation d'un dispositif d'antenne com- portant quatre antennes omnidirectionnelles pour huit ensembles émetteurs-récepteurs rspectivement deux émetteurs peuvent être raccordés au choix par l'in- termédiaire d'un dispositif formant coupleur à 3 d B, constitué par un coupleur à 3 d B,et respectivement 5 quatre récepteursen diversité pour une voie respec- tive de transmission de signaux peuvent être raccordés au choix par l'intermédiaire d'un pré 6 amipificateur d'antenne, à une antenne omnidirectionnelle au moyen du commutateur d'antenne associé.10 Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas de l'association d'au moins deux émetteurs d'un ensemble émetteur-récepteur, à une antenne omnidirec- tionnelle du type d'antenne, au moins l'un des émetteurs relié à un commutateur inverseur peut être relié au choix directement par l'intermédiaire du commu- tateur d'antenne à l'antenne omnidirectionnelle. Selon une autre caractéristique de l'invention, les ensembles émetteurs-récepteurs sont équipés, respec- tivement d'un réseau de commande pour l'exécution, au20 choix, d'un fonctionnement avec des fréquences radio fixes, ou d'un fonctionnement à saut de fréquence, et que les réseaux de commande des ensembles émetteurs- récepteurs sont reliés en commun à un bus de transmis- sion de données.25 D'autres caractéristiques et avantages ressorti- ront de la description donnée ci-après prises en réfé- rence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente sous la forme d'un schéma- bloc un exemple de réalisation préféré d'un dispositif de retransmission; la figure 2 représente schématiquement un dispositif d'antenne comportant huit antennes omnidirectionnelles, la figure 3 représenteun autre dispositif d'antenne comportant huit antennes omnidirectionnelles, la figure 4 représente le schéma-bloc d'un premier exemple de réalisation d'un récepteur de diversité d'un ensemble émetteur-récepteur; la figure 5 représente le schéma-bloc d'un second exemple de réalisation d'un récepteur en diversité d'un ensemble émetteur-récepteur; la figure 6 représente une variante du réseau de réglage du schéma-bloc de la figure 5; et la figure 7 représente une variante du réseau for- mant partie de couplage, côté émission, dans le dis- positif de retransmission de la figure 1. Ci-après on va indiquer le meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention. Le schéma-bloc du dispositif de retransmission de la figure I comporte huit ensembles émetteurs-récepteurs G comportant chacun un émetteur S, un récepteur en di- versité E et un réseau de commande ST Les réseaux de commande ST traitent les données du réseau et règlent les données de fonctionnement des ensembles émetteurs- récepteurs Ces réseaux sont commandés en commun par20 l'intermédiaire d'un bus de transmission de données. Les ensembles émetteurs-récepteurs G sont raccordés, en ce qui concerne les sorties de leurs émetteurs et les entrées de leurs récepteurs en diversité, par l'in- termédiaire du réseau de couplage KN, au dispositif25 d'antenne A qui est constitué par quatre antennes omnidirectionnelles Ai, A 2, A 4 Les antennes omnidirection- nelles Ai, A 2,A 4 sont disposées ici en étant réparties uniformément sur le pourtour d'un cercle Le réseau de couplage KN comporte, du côté des antennes omnidirection-30 nelles A 1,A 2, A 4 respectivement un commutateur d'an- tenne AS comportant des contacts de commutation TR, comme cela est usuel pour le fonctionnement en duplex. Le commutateur d'antenne AS raccorde, par l'intermé- diaire du contact de commutation T, les antennes omni- directionnelles respectivement à la sortie d'un coupleur à 3 d B KS situé du côté émission et dont les deux en- trées sont reliées respectivement par l'intermédiaire d'un dispositif isolateur I à la sortie d'un émetteur S d'un ensemble émetteur-récepteur G En outre chacune 5 des antennes omnidirectionnelles A 1,A 2, A 4 peut être reliée,par l'intermédiaire du contact de commutation R du commutateur d'antenne associé AS, à l'entrée d'un préamplificateur d'antenne AV, qui comporte quatre sor- ties Ces quatre sorties du préamplificateur d'antenne10 AV sont reliées respectivement à une entrée de quatre récepteurs en diversité E de quatre ensembles émetteurs- récepteurs G Comme le montre la figure 1, les secon- des entrées des récepteurs de diversité E de ces quatre ensembles émetteurs-récepteurs G sont reliées de la mê-15 me façon au préam Dlificateur d'antenne AV pour l'anten- ne omnidirectionnelle A 3, par l'intermédiaire du commu- tateur d'antenne AS associé Les antennes omnidirection- nelles Ai et A 3, dont la distance réciproque est déter- minée par le diamètre du cercle sur le pourtour duquel20 les quatre antennes omnidirectionnelles A 1,A 2 A 4 sont disposées en étant réparties uniformément, forment par conséquent les deux entrées à haute fréquence du récep- teur en diversité E desdits quatre ensembles émetteurs récepteurs G De la même manière, les récepteurs de di-25 versité E des quatre autres ensembles émetteurs-récepteurs G peuvent être reliés par l'intermédiaire du pré- amplificateur d'antenne AV aux antennes omnidirection- nelles A 2 et A 4, par l'intermédiaire des commutateurs d'antenne AS, qui leur sont associés.30 A ce sujet, les conditions sont particulièrement favorables lorsque la plage des fréquences, dans la- quelle le dispositif de retransmission de la figure 1 opère se situe dans la gamme de 150 M Hs et plus, étant donné que l'on dispose à cet effet de dispositifs isolateurs bon marché possédant de faibles dimensions. De même, dans la plage supérieure à 100 M Hz, on obtient déjà des dimensions plus faibles avantageuses pour les antennes omnidirectionnelles, par exemple sous la forme dipôles pleine onde, de sorte que notamment dans le cas 5 de dispositifs de retransmission semimobiles de ce type, on obtient des dimensions suffisamment faibles pour le dispositif d'antenne. Les ensembles émetteurs-récepteurs G sont reliés par l'intermédiaire de leur réseau de commande ST à une interface IF pour un dispositif de commutation DM, par l'intermédiaire duquel, les canaux de transmission de signaux d'arrivée et les canaux de transmission de signaux de départ sont commutés entre le réseaufixe et les postes émetteurs-récepteurs mobiles.15 Le dispositif de retransmission représenté sur le schéma-bloc de la figure 1 constitue assurément un exemple de réalisation particulièrement préféré, mais l'invention n'est en aucune manière limitée à un tel dispositif En particulier on peut modifier le nombre20 des ensembles émetteurs- récepteurs G ainsi que le nom- bre des antennes omnidirectionnelles, y compris la forme du réseau de couplage KN. La figure 2 représente à titre d'exemple un dis- positif d'antenne A comportant huit antennes omnidi- rectionnelles Ai, A 2 A 8, qui sont également disposées en étant réparties uniformément sur un cercle de dia- mètre d Aux deux entrées de signaux d'un récepteur de diversité E d'un ensemble émetteur-récepteur G se trouvent associés des couples d'antennes omnidirec-30 tionnelles A 1/A 2, A 3/A 4, A 5/A 6 et A 7/A 8, dont la distance réciproque est égale au diamètre d du cercle. De même cette disposition fournit un couplage récipro- que relativement faible des antennes omnidirectionnelles de sorte que le diagramme de rayonnement d'une antenne35 omnidirectionnelle est relativement peu influencé par les autres antennes omnidirectionnelles. La figure 3 représente une variante du dispositif d'antenne A de la figure 2 Ici, pour réaliser l'op- timisation du découplage mutuel des antennes onmi- 5 directionnelles A 3, A 4 A 8 sont inclinées de 45 de- grés par rapport au plan du cercle, dans lequel les antennes omnidirectionnelles sont disposées. Le schéma-bloc d'un premier exemple de réalisation pour un récepteur en diversité E d'un ensemble émetteur- récepteur G de la figure 1 comporte, sur le côté des hautes fréquences RF, deux convertisseurs à fréquence intermédiaire Ul et U 2, qui amènent par conversion le signal arrivant dans les deux voies de transmission de signaux, dans un plan de fréquence intermédiaire L'os-15 cillateur de conversion, qui est commun aux deux con- vertisseurs à fréquence intermédiaire Ul et U 2, est un synthétiseur, qui, lors de l'exécution d'un fonction- nement à saut de fréquence reçoit en permannce de nouvelles adresses de fréquences sur son entrée fa des20 adresses de fréquences, de la part du réseau de commande ST Les convertisseurs à fréquence intermédiaire Ul et U 2 incluent en outre les filtres passe-bande B Pl St BP 2 qui sont branchés sur le côté aval de ces convertisseurs et dont les sorties sont reliées par l'intermédiaire d'un25 coupleur 3 d B KE côté réception, à des démodulateurs DM respectifs Les signaux à fréquence intermédiaire démo- dulés sont ensuite régénérés dans les régénérateurs RG et sont envoyés à un processeur de communication COM qui envoie le meilleur signal respectif au reste du cir-30 cuit de réception. Le schéma-bloc du second exemple de réalisation pour un récepteur en diversité E comporte le même dispositif de conversion Mais ici les sorties des filtres passe- bande B Pl et BP 2 sont reliées aux deux entrées de signaux el et e 2 d'un réseau de réglage RN, qui délivre, sur le côté sortie, au moyen des sorties S et T, les signaux apparaissant sur ces dernières, à des récepteurs respectifs RE 1 et RE 2 Le réseau de réglage RN com- porte, dans l'une des deux branches de transmission 5 de signaux, et ce du côté de l'entrée el des signaux, un circuit déphaseur PH qui est réglé par l'intermé- diaire d'un comparateur de phase PD de telle sorte que les signaux, qui arrivent aux deux entrées des signaux du dispositif de couplage COP,possèdent la même phase.10 A partir de ces deux signaux présents du côté entrée, le dispositif de couplage COP forme respectivement sur la sortie S et sur la sortie D un signal somme et un signal différence, qui sont envoyés Lu:x récepteurs asso- ciés RE 1 et RE 2 Ce type de régulation de phase réalisé15 à l'aide du comparateur de phase PD permet une régulation extraordinairement rapide dans le sens d'une optimisation du signal somme et du signal différence au niveau des deux sorties S et D du réseau de réglage RN, de sorte que cette régulation peut être également utilisée dans le20 cas de la mise en oeuvre d'un procédé rapide à saut de fréquence. Si les deux antennes omnidirectionnelles, qui déli- vrent les signaux d'entrée à haute fréquence pour un ré- cepteur en diversité E, sont à une distance mutuelle25 d supérieure à une longueur d'onde de la fréquence por- teuse radioélectrique reçue, il faut alors tabler sur le fait que les intensités de champ, avec lesquelles le si- gnal arrivant est reçu au niveau des deux émetteurs omnidirectionnels, sont très différentes Afin d'optimi-30 ser ici le signal somme et le signal différence présents sur les sorties S et D du réseau de réglage RN, il est judicieux de régler les signaux arrivant au niveau des deux entrées de signaux du dispositif de couplage COP de manière qu'ils possèdent des valeurs identiques non35 seulement du point de vue de leur phase, mais également 1 1 du point de vue de leur amplitude. La figure 6 représente une variante correspondante du réseau de réglage RN Du côté des entrées el et e 2 des signaux, ce réseau de réglage RN modifié comporte 5 un dispositif automatique AGC de réglage du gain qui compare entre eux deux signaux arrivant au niveau des entrées du dispositif de couplage COP et établit la compensation nécessaire Le circuit dé- phaseur réglable PH est disposé icidans la direction10 de circulation des signaux,en aval du dispositf AGC de réglage du gain dans une voie de transmis- sion de signaux, étant donné qu'en général une varia- tion d'amplitude entra 5 ne également un déphasage Les dispositions prises ici garantissent qu'une variation,15 provoquée par l'intermédiaire du dispositif AGC de réglage du gain, de l'amplification des signaux dans l'une des deux branches de transmission de signaux et le déphasage, entraîné de ce fait, sont en permanen- -ce immédiatement éliminés par réglage à l'aide du cir- cuit déphaseur PH. La figure 7 représente également une variante de l'un des quatre réseaux partiels de couplage SKT, situés du côté émission, du réseau de couplage KN de la fi- gure 1 Dans le cas de ce réseau partiel de couplage25 SKT situé du côté émission, on part du fait que tous les émetteurs S des ensembles émetteurs-récepteurs G ne sont pas toujours en fonctionnement Lorsque par con- séquent seul un émetteur S parmi les deux émetteurs opère par l'intermédiaire du coupleur à 3 d B KS,30 situé du côté émission avec les antennes omnidirec- tionnelles associées du dispositif d'antenne A, il est judicieux de contourner le coupleur à 3 d B KS, situé du côté émission, afin d'éviter l'affaiblissement de couplage A cet effet sur le côté sortie du dispositif35 isolateur se trouvent installés respectivement des com- mutateurs inverseurs Si et 52, qui relient au choix l'émetteur associé, à l'entrée associée du coupleur à 3 d B KS situé du côté émission ou bien, par l'in- termédiaire d'un contact de commutation supplémentai- re du commutateur d'antenne KS, directement à l'an- tenne omnidirectionnelle associée. Le dispositif de retransmission décrit convient notamment pour une utilisation semi-mobile dans un réseau de radiocommunications mobile tactique, mais peut être également utilisé de la même manière en tant que dispositif fixe de retransmission pour des réseaux de radiocommunications mobiles civils, par exemple dans le domaine de la radiotéléphonie. REVENDICATIONS 1 Dispositif de retransmission pour un réseau de radiocommunications mobile comportant plusieurs émetteurs et récepteurs associés respectivement par couples (ensembles 5 émetteursrécepteurs), dans lequel les ensembles émet- teurs-récepteurs sont reliés d'une part par l'intermé- diaire d'une interface avec un dispositif de commuta- tion et d'autre par l'intermédiaire d'un réseau de cou- plage à un dispositif d'antenne, caractérisé par le fait10 que le dispositif d'antenne (A) est constitué par un nombre pair d'antennes omnidirectionnelles (A 1,A 2 A 8) qui sont réparties uniformément sur le pourtour d'un cercle, qu'en outre les récepteurs des ensembles émet- teurs-récepteurs (G) sont des récepteurs en diversité15 (E), auxquels sont associées respectivement deux anten- nes omnidirectionnelles du dispositif d'antenne, en tant qu'antennes de réception pour la réception d'un si- gnal arrivant suivant deux trajets, et qu'une antenne omnidirectionnelle respective du dispositif d'antenne est disponible en tant qu'antenne d'émission, pour les émetteurs (S) des ensembles émetteurs-récepteurs. 2 Dispositif de retransmission suivant la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que les antennes om- nidirectionnelles (A 1,A 2 A 8)qrui sont associées à un récepteur de diversité (E), sont à une distance mu- tuelle déterminée par le diamètre (d) du cercle. 3 Dispositif de retransmission suivant la reven- dication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est pré- vu un dispositif isolateur (I) sur la voie de liaison entre la sortie d'un émetteur (S) d'un ensemble énet- 5 teur-récepteur (G) etl'antenne omnidirectionnel Le(A 1, A 2, A 8) qui lui est associée. 4 Dispositif de retransmission suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les émetteurs (S) de deux et d'un plus grand nombre10 d'ensembles émetteurs-récepteurs (G) sont reliés par l'intermédiaire d'un dispositif formant coupleur à 3 d B à une antenne omnidirectionnelle(A 1, A 2, A 8) du dis- positif d'antenne (A) et que chaque émetteur est relié par l'intermédiaire d'un dispositif isolateur (I) au15 dispositif formant coupleur à 3 d B. Dispositif de retransmission suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les antennes omnidirectionnelles(Ai,A 2, A 8) du dis- positif d'antenne (A) sont au choix actives en soi,20 par l'intermédiaire de commutateurs d'antenne (AS), en tant qu'antennes d'émission ou en tant qu'antennes de réception pour les ensembles émetteurs-récepteurs (G). 6 Dispositif de retransmission suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que dans le cas de l'utilisation d'un dispositif d'antenne (A) comportant quatre antennes omnidirectionnelles (Ai, A 2,A 3,A 4) pour huit ensembles émetteurs-récepteurs (G), respectivement deux émetteurs peuvent être raccordés au choix par l'intermédiaire d'un dispositif formant30 coupleur à 3 d B constitué par un coupleur à 3 d B (KS) et respectivement quatre récepteurs en diversité (E) pour une voie respective de transmission de signaux peuvent être raccordés au choix par l'intermédiaire d'un préamplificateur d'antenne (AV), à une antenne omni- directionnelle au moyen du commutateur d'antenne (AS) associe. 7 Dispositif de retransmission suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, dans le cas de l'association d'au moins deux émet- 5 teurs (S) d'un ensemble émetteur-récepteur (G) à une antenne omnidirectionnelle (A 1, A 2, A 8) du type d'an- tenne (A), au moins l'un des émetteurs relié à un com- mutateur inverseur (Si,52), peut être relié au choix directement par l'intermédiaire du commutateur d'an-10 tenne (AS) à l'antenne omnidirectionnelle. 8 Dispositif de retransmission suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les ensembles émetteurs-récepteurs (G) sont équipés respectivement d'un réseau de commande (St) pour l'exé- cution, au choix, d'un fonctionnement avec des fréquen- ces radio fixes ou d'un fonctionnement à saut de fré- quence, et que les réseaux de commande des ensembles émetteurs- récepteurs sont reliés en commun à un bus de transmission de données (B).