Brevet FR2694147A1 — publié le 19940128

PROCEDE D'EVALUATION DE CANAUX RADIOELECTRIQUES DE TRANSMISSION L'invention a pour objet un procédé d'évaluation des canaux radioélectriques de transmission entre une station de base et des stations mobiles d'une installation de communication, notamment vocale, à accès multiple à répartition temporelle, dite AMRT ou TDMA, en vue de répondre, à une demande d'allocation de canal pour l'établissement d'une communication, par l'affectation du canal libre qui donnera les meilleures conditions de liaison. Elle trouve une application particulièrement importante dans les installations constituées de radiotéléphonie numérique cellulaire telles que décrites dans la norme GSM auxquelles il sera fait surtout référence ; mais elle est également utilisable dans d'autres installations AMRT à condition qu'elles utilisent une émission discontinue. Ce dernier terme signifie que la station émettrice cesse d'appliquer la porteuse sur l'antenne lorsqu'il n'y a pas de données utiles à transmettre- par exemple pas d'activité vocale-, c'est-à-dire pendant les intervalles de silence. On a déjà proposé des procédés pour classer les différents canaux disponibles suivant leur aptitude à supporter une communication vocale. En particulier il a déjà été proposé d'effectuer - à la station de base, des mesures de niveau d'interférence sur les canaux inactifs, dans le but d'allouer de préférence, en réponse à une demande, un canal à niveau d' interférence faible, - des mesures de niveau de champ à la réception et de qualité sur les canaux actifs. Mais les solutions existantes ont des limitations et des défauts, que l'on peut faire apparaître par exemple en considérant le cas particulier du GSM. 1") Suivant la norme GSM, chaque station de base mesure, sur les canaux inactifs, le niveau de champ radiofréquence, et considère qu'il est représentatif du niveau d'interférence sur ce canal. Aucune mesure d'interférence n'est en revanche effectuée sur les canaux actifs. L'allocation s'effectue donc sur la base de mesures qui peuvent être anciennes (par exemple lorsqu'on alloue un canal qui vient tout juste d'être libéré). De ce fait, les mesures effectuées ne sont pas vraiment significatives en régime de forte charge, car on ne dispose alors que de peu d'informations. Pour qu'elles soient exploitables, il faudrait laisser chaque canal, lorsqu'il se libère, inactif pendant le temps nécessaire à l'obtention d'informations sur le niveau actuel d'interférence. Cela est contradictoire avec une utilisation efficace des ressources, puisque cela augmente encore le taux de blocage des canaux. Ce critère de classification des canaux peut même avoir un effet pervers. Certains canaux inactifs peuvent présenter un niveau d'interférence faible non pas du fait qu'il y ait peu d'interférences, mais du fait d'un disfonctionnement des étages de réception (par exemple récepteur non connecté ou mal connecté à l'antenne). 2") Toujours suivant la norme GSM, chaque station réceptrice (station de base ou station mobile) mesure, lors d'une communication sur un canal avec une station émettrice : - le niveau de champ reçu RXLEV, avec une précision d'environ + 2 dB, - la qualité RXQUAL, constitué par le taux d'erreurs constaté. Ces mesures ont notamment pour but de fournir les données permettant d'implémenter (a) les algorithmes de contrôle de puissance, en utilisant les mesures effectuées par le récepteur pour contrôler la puissance de la station émettrice et (b) les algorithmes de transfert ou "hand over" d'une station de base à une autre. Mais la première mesure ne donne pas une indication directement utilisable sur le niveau de signal utile S, car elle est représentative de la somme du signal et du bruit S+B. Une augmentation de niveau du signal mesuré peut être dû à une augmentation de bruit, et non du signal utile. Une commande de diminution de puissance de l'émetteur provoquera alors l'effet inverse de celui désiré, puisque l'on diminuera le signal utilise, donc le rapport signal à bruit. De même une diminution du signal mesuré peut être dû à une diminution du bruit, et une commande d'augmentation de puissance n'est alors pas justifiée. La prise en compte simultanée du niveau de champ reçu RXLEV et du taux d'erreur RXQUAL permet en principe d'évaluer le rapport S+B/B, donc de décider de façon fiable de l'opportunité de commander une modification de puissance, ou de décider un "hand over", vers un autre canal, généralement dans une cellule différente. Mais les informations sur cet autre canal se limitent à une mesure de champ, qui dans le cas du GSM, est effectuée par le mobile sur une fréquence particulière émise en permanence par chaque cellule et qui lui est propre. Les mesures qu'effectue le mobile sur ces voies "balises" représente S+B pour les cellules adjacentes. Ce mode de sélection se révèle difficile à implémenter. Il impose des contraintes difficiles à respecter sur les algorithmes de "hand over" qui doivent être rapides du fait que les propriétés d'un canal varient rapidement, mais pas trop pour ne pas prendre en compte des variations erratiques. Enfin, il est effectué sans avoir connaissance du taux d'erreurs que permettra d'obtenir le nouveau canal. L'invention vise notamment à fournir un procédé d'évaluation de la qualité des canaux actifs aussi bien qu'inactifs, permettant en particulier - de disposer de l'information de niveau d'interférence aussi bien dans le sens station de base vers mobile, pour les canaux actifs, que dans le sens station mobile vers station de base - de classer les canaux actifs et inactifs afin de pouvoir les allouer sur la base du critère de meilleur rapport signal à bruit pour la communication. Dans ce but l'invention propose notamment un procédé d'évaluation de canaux radioélectriques de transmission entre une station de base et des stations mobiles d'une installation de communication, notamment vocale, AMRT, suivant lequel - à la station de base, on mesure le bruit B sur les canaux inactifs de réception par cette station, - à la station de base et aux stations mobiles, on mesure le niveau de champ (et éventuellement le taux d'erreur) sur les canaux actifs, les mesures effectuées aux stations mobiles étant transmises à la station de base, caractérisé en ce qu'on mesure également, à la station de base et aux stations mobiles, le bruit pendant les tranches temporelles des canaux actifs de réception qui sont sans activité vocale et sans porteuse de signal. En particulier on peut alors utiliser les mesures pour déterminer le niveau de signal réel et le niveau de bruit et d'interférence réel, donc le rapport signal à bruit réel. Et on peut allouer les canaux, au fur et à mesure de leur disponibilité, commander la puissance d'émission à la station de base et aux stations mobiles, et effectuer les transferts ou "hand over" en fonction des résultats d'utilisation desdites mesures. Il faut noter au passage que la norme GSM prévoit systèmatiquement deux types de mesure - des mesures FULL effectuées sur tous les créneaux temporels du canal sans exception - des mesures SUB effectuées seulement sur certains créneaux temporels pour lesquels le signal ne peut être supprimé de sorte que, s'il y a eu une phase d'émission discontinue dans la période de mesure, seules ces mesures SUB doivent être utilisées puisqu'elles sont représentatives du S+B sur les instants actifs, les mesures FULL n'étant pas représentatives puisqu'elles mélangent des périodes d'émission et des périodes de silence. Du fait que ce procédé fournit des informations de rapport signal à bruit, il n'est plus nécessaire d'utiliser les mesures de qualité et de mettre en oeuvre des algorithmes complexes pour commander la puissance. Les algorithmes de "hand over", destinés à décider de l'opportunité du "hand over" et à choisir le nouveau canal, peuvent être simplifiés et plus précis et il devient pratiquement possible de réaliser un "hand over" intra-cellulaire puisque l'on peut comparer les niveaux d'interférence d'un canal actif à ceux des canaux inactifs. Suivant que l'on privilégie la recherche de modifications aussi réduites que possible des procédures actuelles ou une efficacité maximale de mise en oeuvre de l'invention, le mode de remontée des mesures effectuées dans les stations mobiles sera différent, ainsi que le choix des critères d'allocation de canaux. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemple non limitatifs. Ces modes de réalisation correspondent à la mise en oeuvre dans une installation de radiotéléphonie numérique cellulaire du type GSM, mettant en oeuvre les recommandations de la série 6 du GSM, auxquelles on pourra se reporter. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe montrant une répartition possible des créneaux d'émission provenant de trois équipements gestionnaires de trames, chaque trame comportant P=8 créneaux ; - la figure 2 montre l'architecture de principe de la partie d'une station de base correspondant à un seul équipement gestionnaire de trames. Avant de décrire des modes de réalisation de l'invention, on rappelera des caractères prévus par la norme GSM et qui influent sur la mise en oeuvre. A chaque communication à effectuer est alloué, dans le sens station de base vers mobile (comme d'ailleurs dans le sens mobile vers station de base) un canal constitué de créneaux successifs de même numéro d'ordre (de 1 à 8) dans les trames successives, toutes de même durée, d'une séquence à laquelle sont affectés n=4 fréquences. Pour équilibrer, dans la mesure du possible, la qualité de réception, les salves d'information sont transmises dans des créneaux successifs à des fréquences radioélectriques différentes, ctest-à-dire en mettant en oeuvre une technique de saut de fréquences.Sur la figure 1, qui correspond à une station de base émettant trois séquences sous le contrôle de trois équipements gestionnaires de trames différents 101, 102, 103, la répartition des fréquences est indiquée par des rectangles ayant des remplissages différents. Si par exemple les créneaux blancs sont ceux où il n'y a pas d'émission, les mesures qui y seront effectuées représenteront les niveaux d'interférence. Sur la figure 1, les séquences de trames provenant d'un même équipement 10 sont toujours appliquées au même émetteur TX. Mais il est également possible d'utiliser des architectures permettant de distribuer les séquences de trames à l'un quelconque des émetteurs, par exemple celles décrites dans les demandes de brevet français n" 91 11434 et 92 04569 de la demanderesse. La constitution de principe des composants de la station de base peut être celle donnée en figure 2. La voie d'émission peut alors être regardée comme comportant, pour chaque canal physique, un ensemble 12 de codage par bloc ou convolutionnel, d'entrelacement et éventuellement de chiffrage. Ces ensembles, au nombre de huit par exemple, attaquent un multiplexeur temporel 14 destiné à constituer les séquences de trames du genre montré en figure 1. Le multiplex obtenu est appliqué à un modulateur 16. Le signal de sortie du modulateur est appliqué à un circuit à agilité de fréquence 18, destiné à réaliser l'émission avec diversité de fréquences telle que celle montrée en figure 1. Enfin, un émetteur de puissance 20 attaque l'antenne 22 d'émission. La voie de réception a une constitution symétrique de la précédente. Le récepteur 24 attaque un sélecteur 26 qui retient les fréquences affectées aux créneaux successifs et alimente un démodulateur 28. La mise en oeuvre de l'invention exige que le récepteur 24 soit muni d'un circuit 30 de mesure de champ permettant, suivant que le créneau sur lequel s'effectue la mesure est actif ou non, de fournir une indication représentative soit de la somme du signal ou du bruit, soit du bruit, c'est-à-dire du niveau d'interférence. Le signal ainsi obtenu est transmis par une ligne 32 à l'équipement d'allocation de canaux 10. Grâce à la mise en oeuvre de l'invention, telle qu'elle a été définie plus haut, l'équipement allocateur de canaux ne disposera pas que des informations prévues par la norme GSM, c'est-à-dire - le bruit (ou niveau d'interférence) B sur les canaux inactifs, dans le sens mobile vers station de base, - le niveau de champ S+B (donné par RXLEV) dans les deux sens, pour les seuls canaux qui sont alloués et actifs, l'un directement fourni par le circuit 30, l'autre inclu dans les messages de remontée vers la station de base. Il dispose également, de par l'invention, d'une information sur le bruit B, dans les deux sens, pour les canaux actifs. La station de base dispose ainsi des données lui permettant d'effectuer de façon fiable diverses opérations. 1") L'équipement allocateur de canaux 10 peut classer en permanence les canaux, actifs ou non, par niveau d'interférence. Dès qu'un canal actif est libéré, il peut être alloué s'il présente un meilleur rapport signal à bruit, puisque l'équipement 10 connaît le niveau de bruit actuel de chacun des canaux et les capacités (en terme de puissance d'émission) des mobiles. L'allocateur de canaux pourra en conséquence allouer un canal dont le niveau d'interférence est élevé (ou respectivement faible) lorsque la capacité d'émission du mobile est forte (ou respectivement faible), de façon à effectuer une allocation de canaux présentant un rapport S+B/B sensiblement constant ou optimum. 2") La station de base est à même de commander la puissance de chaque mobile en prenant en compte le rapport S+B/B (et non pas uniquement S+B), ce qui élimine les problèmes dus au manque de connaissance des niveaux d' interférence. 3 ) Puisque l'information du niveau de bruit B est disponible pour tous les canaux de la cellule en communication avec le mobile aussi bien que des cellules adjacentes, et cela pour les canaux actifs et inactifs, la station de base dispose également de la valeur de S+B/B dans les deux sens de communication pour tous les canaux et il est possible d'implémenter un algorithme de "hand over" plus simple que ceux actuellement prévus, visant à obtenir une valeur optimale de S+B/B, au niveau du réseau, pour chaque communication. On ne décrira pas ici les modes de détection d'activité vocale, d'émission discontinue et d'insertion de bruit de confort à la réception, car ils peuvent être ceux décrits dans les recommandations GSM série 7. I1 suffit de rappeler que chaque station émettrice, dès qu'elle cesse d'émettre du fait de l'absence d'activité vocale, émet, avec une récurrence de 480 ms (soit 104 trames) 1 trame d'indication de silence, dite SID. La réception de cette trame permet à la station réceptrice de mettre à jour le bruit de confort généré vers l'utilisateur et lui indique que l'émission est discontinue. Divers modes de mise en oeuvre de l'invention seront maintenant décrits ; ils utilisent des informations déjà prévues par la norme GSM et le fait que, aussi longtemps que des trames SID sont reçues, les mesures effectuées dans les créneaux temporels constituant les blocs de phonie ou de données sont représentatives du bruit ou niveau d'interférence B. Suivant la norme GSM, la station réceptrice fournit à l'équipement 10 allocateur de canaux et à l'équipement ayant en charge les algorithmes de commande de puissance et de "hand over", une information représentative du champ radiofréquence. Cette information est fournie directement pour ce qui est du sens mobile vers station de base, transmise par des messages dans le sens contraire. Ces informations sont répétées toutes les 104 trames et dénomées RXLEV-FULL-SERVING-CELL. L'information est constituée par la moyenne des mesures faite sur tous les crénaux temporels du canal considéré, y compris les créneaux pour lesquels il n'y a pas d'émission. Lorsque la station de base utilise l'émission discontinue, cette mesure n' est pas significative, car on ne connait pas la proportion de créneaux temporels pour lesquels il n'y a pas eu d'émission. La norme GSM prévoit en conséquence d'insérer systématiquement, dans le message de mesure, une mesure de champ supplémentaire appelée RXLEV-SUB SERVING-CELL, constituée par la moyenne des mesures effectuées uniquement sur les créneaux temporels du canal pour lesquels il est interdit à la station émettrice de mettre en oeuvre l'émission discontinue. Cette partition de créneaux temporels est prédéterminée et immuable. Elle est connue par la station de base et par tous les mobiles. En bref, seule la valeur RXLEV-SUB (et éventuellement la valeur correspondante RXQUAL-SUB si on emploi un critère de qualité) est utilisable. Elle est issue d'un nombre d'échantillons réduit. Deux solutions particulières, non limitatives seront maintenant décrites. La solution (1) est particulièrement efficace elle nécessite de modifier la structure des messages de remontée de mesure du mobile vers la station de base. La solution (2) a l'avantage de ne modifier en rien les messages, qui peuvent rester ceux définis par la norme GSM actuelle. 1") Procédé avec modification de messages Lorsque le procédé doit être mis en oeuvre aussi bien lorsque la station réceptrice utilise l'émission discontinue que dans le cas contraire, le procédé implique que la station réceptrice indique, dans le message de mesure utilisé par la station de base - au lieu de RXLEV-FULL, la valeur du champ mesuré sur tous les créneaux temporels où il y a eu émission, représentatif de S+B, - au lieu de RXLEV-SUB, la valeur du champ mesuré sur tous les créneaux temporels où il n'y a pas eu émission, représentatif de B. Cette solution a l'avantage d'être utilisable que l'émission discontinue DTX soit utilisée ou non, avec simplement dans ce dernier cas la contrainte que B (niveau d'interférence) n'est pas connu. I1 est également possible de ne s'écarter de la constitution habituelle que si le DTX est employé. Lorsqu'il ne l'est pas, le message reste inchangé. Lorsque le DTX est employé, on insère, à la place de RXLEV-FULL, la valeur du champ mesuré sur tous les créneaux temporels où il n'y a pas eu émission, représentatif du niveau d'interférence B. RXLEV SUB reste tel que défini par le GSM et représente S+B. 2") Procédé sans modification de messages. avec adjonction d'une information Le procédé implique alors simplement que la station de base ajoute des informations sur les messages de remontées de mesure de façon que l'allocateur de canaux dispose, pour les deux sens de la communication - de RXLEV-FULL (moyenne des mesures sur tous les créneaux temporels du canal, y compris ceux pour lequel il n'y a pas d'émission), - de RXLEV-SUB, qui représente S+B. On dispose alors de S+B et B pour chaque sens. Station de base vers mobile. La station de base indique, à chaque période de remontée de message de mesure, le nombre de créneaux temporels R pour lesquels elle n'a pas émis. Le nombre de créneaux temporels à chaque période étant égal à 104 (ou à 52 pour les canaux demi-débit), RXLEV FULL, mesuré par le mobile représente RXLEV-FULL = (104-R)* (S+B) + R * B (1) 104 RXLEV-SUB est mesuré sur un nombre prédéterminé de créneaux temporels Q où il y a nécessairement émission par la station de base ; on a donc RXLEV-SUB = 9* (S+B) (2) Q A partir des valeurs 1) et 2) on détermine le niveau de bruit B ; puisque S+B est disponible on sait déterminer le rapport S+B/B dans le sens base vers mobile. Mobile vers station de base La station de base compte le nombre de créneaux temporels R' pour lesquels le mobile n'émet pas, en utilisant les information SID. On peut alors procéder comme dans le sens mobile vers station de base et écrire RXLEV-FULL = (104-R') * (S+B) + R'* B (lbis) 104 Puisqu'on connaît RXLEV-SUB, mesuré sur un nombre prédéterminé Q' (Q' étant égal à Q dans le cas du GSM) de créneaux temporels où il y a nécessairement émission par la station mobile, on a RXLEV-SUB = Q'* (S+B) (2bis) Q' A partir de (Ibis) et (2bis) on sait déterminer le niveau de bruit B ; puisque l'on a S+B, on sait déterminer le rapport S+B/B dans le sens mobile vers base. A partir de ces informations, le classement des canaux peut s'effectuer de façon fiable, l'affectation étant ensuite réalisée de manière connue. REVENDICATIONS 1. Procédé d'évaluation des canaux radioélectriques de transmission entre une station de base et des stations mobiles d'une installation de communication à accès multiple à répartition temporelle, suivant lequel - à la station de base, on mesure le bruit et les interférences B sur les canaux inactifs de réception par cette station, - à la station de base et aux stations mobiles, on mesure le niveau de champ (et éventuellement le taux d'erreur) sur les canaux actifs, les mesures effectuées aux stations mobiles étant transmises à la station de base, caractérisé en ce qu'on mesure également, à la station de base et aux stations mobiles, le bruit et les interférences pendant les tranches temporelles des- canaux actifs de réception qui sont sans activité et sans porteuse de signal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise les mesures pour déterminer le niveau de signal réel, le niveau de bruit et d'interférence réel, donc le rapport signal à bruit réel et en ce que : on alloue les canaux, au fur et à mesure de leur disponibilité i on commande la puissance d'émission à la station de base et aux stations mobiles , et on effectue les transferts en fonction des résultats d'utilisation desdites mesures. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, l'installation étant conforme à la norme GSM, et à cessation d'émission en l'absence d'activité, le niveau de champ représentatif sur les canaux actifs est défini par la moyenne de mesures effectuées uniquement sur des créneaux temporels, prédéterminés et immuables du canal pour lesquels il est interdit à la station émettrice de mettre en oeuvre l'émission discontinue. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, la station réceptrice (station de base ou mobile) utilisant l'émission discontinue, ladite station réceptrice communique, dans des messages de mesure utilisés par la station de base - la valeur du champ mesuré sur tous les créneaux temporels où il y a eu émission, - la valeur du champ mesuré sur tous les créneaux temporels où il n'y a pas eu émission. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la station de base est prévue pour fournir cycliquement sur une période connue - la moyenne des mesures de champ sur tous les créneaux temporels du canal, y compris ceux pour lequel il n'y a pas d'émission pendant une période déterminée ; - la moyenne des mesures de champ sur les seuls créneaux temporels où il y a émission ; - le nombre de créneaux temporels R pour lesquels il n'y a pas eu émission, pour chaque sens et pour déterminer le niveau de bruit B et le rapport signal à bruit à partir de ces informations.