Brevet FR2689346A1 — publié le 19931001

PROCEDE DE COMMUNICATION PAR RADIO A MULTIPLEXAGES TEMPORELS L'invention concerne les systèmes de communication numérique par radio, à multiplexage temporel (dits TDMA ou AMRT) du type dans lequel un canal physique de transmission est fractionné temporellement en plusieurs canaux logiques susceptibles d'être affectés à des communications différentes, chaque canal logique étant constitué par des intervalles de temps (ou tranches de temps) de même numéro d'ordre dans des trames successives de longueur constante. Il peut exister des communications, vocales ou de données, qui n'exigent pas le débit maximum ou "plein débit" qu'autorise un canal logique Dans ce cas, on a déjà proposé de fractionner un canal logique en plusieurs sous-canaux, au nombre de deux par exemple. Dans de nombreux cas, la reconstitution d'un tronçon de message à la réception ne peut être effectuée qu'après réception de tous les bits représentatifs du tronçon C'est notamment le cas lorsque les communications sont codées avec un code de détection ou de correction d'erreurs ou sont chiffrées. La transmission à demi-débit s'effectue classique- ment en affectant un intervalle de temps d'ordre déterminé à l'un des sous-canaux dans les trames impaires, le même intervalle de temps à l'autre sous-canal dans les trames paires Le retard de transmission, lié à la durée requise pour recevoir un nombre de bits donné, est alors doublé Il est encore accru lorsqu'un canal logique est fractionné en plus de deux sous-canaux. Dans le cas par exemple d'un multiplex d'ordre p= 4, avec n= 2 souscanaux par canal logique, la succession des affectations est la suivante en notant i/j le j eme sous- canal du ième canal: 0/0 1/0 2/0 3/0 0/1 1/1 2/1 3/1 0/0 1/0 2/0 3/0 0/1 trame On voit que la répartition temporelle des interval- les alloués reste régulière, mais le temps nécessaire à l'émission complète d'un bloc de données qui était dis- ponible juste avant l'apparition d'un intervalle de temps affecté (par exemple 0/0) augmente jusqu'à doubler dans certains cas. De façon plus générale, si on désigne par N le nombre d'intervalles de temps nécessaires pour res- tituer l'ensemble des informations constituant un bloc, TT la durée d'un intervalle de temps, p l'ordre du multiplex, n le nombre de sous-canaux par canal, RT le retard de transmission, on a: RT = l(N-1) n p+ll TT ( 1) Or, souvent le retard acceptable est limité: pour la transmission de la parole, il ne doit pas dépasser 500 ms environ. La formule ( 1) est généralisable au cas de la transmission de données de parole avec entrelacement sur plusieurs blocs dans un but de protection: dans ce cas N représente le nombre d'intervalles de temps requis par l'entrelacement. Il sera surtout question par la suite de la mise en oeuvre de l'invention dans un système de communication du type dit GSM, à multiplexage temporel et saut de fréquence lent, o la transmission s'effectue par trames successives de huit intervalles de temps de 577 ps, chaque intervalle comprenant 156,25 périodes de bits et ayant une longueur utile de 147 bits Mais elle est appliquable à des systèmes à multiplexage temporel d'ordre différent ( 4 par exemple) et, bien que présentant moins d'intérêt dans ce cas, à des systèmes sans saut de fréquence. Dans le cas du système GSM conforme à la recommanda- tion GSM 05-02 de juin 1991, les canaux de parole à codage numérique sont prévus pour autoriser soit un "plein débit", soit un "demi-débit"; on peut également envisager la transmission de données à "plein débit" et à "demi-débit", les canaux à plein et demi-débit correspondant respective- ment à des débits bruts de 22,8 et 11,4 Kbits/s Cette recommandation prévoit la transmission en "demi-débit" suivant le principe exposé plus haut, jugé préférable jusqu'ici du fait qu'il donne aux ressources radio- électriques une répartition temporelle parfaitement régu- lière. L'invention vise notamment à réduire le retard de transmission de communications transmises sur des sous- canaux logiques à débit réduit sans pour autant accroître le retard pour les autres Elle vise de plus, dans le cas de communications risquant de se heurter à des problèmes d'évanouissement, à fournir un compromis proche de l'optimum entre la réduction du retard de transmission et la diminu- tion de l'incidence des perturbations localisées dans le temps ou l'espace. Elle propose dans ce but un procédé de transmission numérique du type cidessus défini dans lequel au moins un des canaux logiques est fractionné en plusieurs sous-canaux affectés à des communications différentes, caractérisé en ce qu'on alloue des groupes de k intervalles de temps succes- sifs (k étant un entier supérieur à 1) à chaque sous-canal logique, les groupes étant répartis temporellement de manière régulière et k étant choisi tel que N soit différent de (m k+l), o m est un entier et N est le nombre d'inter- valles nécessaires pour reconstituer un bloc d'information. Le retard de transmission pour un sous-canal devient alors: 3 R 1 = lE ((N-l)/k) k n p + MOD(N-1,k)+ 1 lTT ( 2) o E(X) désigne la partie entière de X, MOD(N-1,k) désigne le résidu de N-1 modulo k. La formule ( 2) montre que le gain G sur le retard RT est maximum lorsque MOD (N-1,k) est maximum, c'est-à-dire lorsque: N = l k o 1 est un nombre entier. Dans ce cas le gain GM par rapport au cas illustré par la formule ( 1) est: GM = (k-1) (n p-1) TT ( 3) Plus généralement, un gain G non nul est obtenu chaque fois que k est supérieur à 1; pour N=kl-i (o 1 est un entier et i est un nombre entier tel que k-l>i>O): G = (k-i-1) (np-1) TT ( 4) La condition d'obtention d'un gain non nul peut encore s'écrire itk-1, ou Nlmk 1 (m étant un entier positif). Le choix de k résultera en général d'un compromis, qui sera lui-même fonction des caractéristiques du mode physique de transmission. Tout d'abord k doit être suffisamment faible pour que les sous-canaux autres que celui que l'on favorise ne soient pas retardés. Dans le cas de transmission sur des canaux très perturbés (vers des mobiles ou à partir de mobiles par exemple), il est préférable de ne pas trop regrouper les informations entrelacées appartenant à un même bloc; cette contrainte disparait lorsque la transmission s'effectue avec saut de fréquence, ce qui est le cas du GSM, car les conditions de propagation entre deux intervalles de temps successifs sont décorrélées. Des contraintes supplémentaires peuvent exister, liées au système de transmission. Dans le cas du GSM par exemple, on ne peut pas modifier la répartition des intervalles de temps alloués à chaque canal physique, pour des raisons de temps de commuta- tion émission-réception au poste mobile liés aux changements de fréquence qu'implique la transmission avec saut de fréquence lent (slow frequency hopping). Mais il reste possible, sans modifier l'allocation des intervalles de temps aux canaux logiques, de modifier l'allocation des intervalles de temps pour chacun des sous- canaux logiques et de réduire le temps de transmission. Si on considère, pour simplifier, le cas d'un multiplex d'ordre 4 avec deux sous-canaux logiques par canal, déjà mentionné, une telle contrainte autorise cependant le groupement suivant avec k= 2, et la notation i/j pour le j sous-canal du canal i: I o,/o I j o/1 I " I 1 1 0/l 10/j 1 1 ' Io/o I En l'absence de la contrainte ci-dessus, la réparti- tion aurait pu être: I /oj/o 1 l I 1 0/1 o-1 / o Dans le cas de procédé de communication numérique du type ci-dessus défini, mais n'ayant pas toutes les contrain- tes du système GSM, l'invention propose également un procédé suivant lequel, l'ensemble des informations des différents sous-canaux émanant d'une même source, l'ensemble des sous- canaux d'un même canal est traité comme un seul et même flot d'information, correspondant à un canal logique unique, la transmission sur le canal radio étant effectuée sans affectation des intervalles de temps à un sous-canal particulier Un intervalle de temps porte alors des informa- tions relatives à plusieurs sous-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 La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma représentatif d'une mise en oeuvre possible de l'invention dans le cas d'un multiplex d'ordre 4 avec k= 2; la figure 2 est un schéma condensé montrant une structure classique de trame de système GSM à sous-canaux, incorporant un canal logique de commande; les figures 3 et 4 sont des schémas montrant des structures utilisables en GSM avec des multitrames de vingt six trames (respectivement pour des trames de parole de 20 ms et 30 ms); la figure 5 est un schéma montrant une structure possible en omettant une contrainte du GSM, mais avec des canaux de commande. La figure 1 montre un mode de mise en oeuvre possible de l'invention dans le cas d'un multiplex temporel d'ordre 4, à quatre canaux, avec k= 2 et un sous-canal par canal logique Les blocs d'ordre Q, Q+ 1, Q+ 2 sont décalés d'un quart d'intervalle dans les différents canaux. La dernière ligne montre la répartition des sous-canaux On voit que dans ce cas k égal deux intervalles de temps successifs directement adjacents sont affectés au même sous- canal, réduisant ainsi le retard nécessaire pour la recons- titution d'un bloc. Le retard de transmission est alors celui donné par la formule ( 2) cidessus et le gain temporel est celui donné par la formule ( 4): il est supérieur à zéro aussi longtemps que i est différent de k-l, donc que N est différent de mk+l, m étant un entier. Comme déjà indiqué, on s'attachera essentiellement aux procédés de transmission comportant les contraintes du GSM et, pour des raisons de simplicité, on utilisera une notation condensée omettant les intervalles de temps affectés aux canaux logiques autres que celui qui est considéré Si par exemple il s'agit du canal 0, on écrira les intervalles de temps successifs: 0/0 0/0 0/1 0/1 0/0 0/0 0/1 0/1 0/0 au lieu de: I o/o 1 ( 1)1 ( 2)1 ( 3) Io/o 1 ( 1)1 ( 2)1 ( 3) 1 o 0/11 ( 1)1 ( 2)1 ( 3) 1 o/ Le retard de transmission RT est donné, dans ce cas, par la formule ( 2 bis) ci-dessous, o N représente le nombre d'intervalles de temps pour l'entrelacement. RT= lE((N-1)/k) k n p + MOD(N-i,k) p+ilTT ( 2 bis) G = (k-i-1) (n-1) p TT ( 4 bis) Le gain temporel G, donné par la formule ( 4 bis) est: maximum et égal & GM=(k- 1)(n-l)p TT pour i= 0, nul pour i=k-1 qui doit donc être évité. Dans le cas du GSM tel qu'il est défini par la recommandation GSM 05 02 déjà mentionnée, un canal logique supplémentaire, dit SACCH (slow associated control channel) est inséré dans la succession des intervalles. La structure de la trame est alors celle donnée en figure 2 o les intervalles de temps alloués à d'autres canaux de trafic sont omis; sur cette figure, SO et Sl désignent respectivement les canaux logiques SACCH des canaux physiques O et 1. Le retard RT est alors: RT = (N n p+l)TT (ibis) le terme N n p+l étant dû à la présence du canal logique supplémentaire. La présence du canal SACCH n'interdit en rien de grouper, par groupes de k, les intervalles de temps alloués à un sous-canal. Mais le critère permettant de rechercher une valeur optimale de k est légèrement modifié. Si on désigne par L le nombre d'informations à transmettre et M le nombre d'informations transportées pour une salve émise durant l'intervalle de temps, il est avantageux d'adopter k = L/M Cette valeur de k doit être entière Si les informations à transmettre arrivent régulièrement, ce choix de k assure la transmission dans des conditions optimales et équitables pour l'ensemble des communications, c'est-à-dire sans défavoriser certaines d'entre elles du point de vue du retard. Cela conduit aux structures montrées en figures 3 et 4 pour des trames de phonie, respectivement pour k= 2 et une durée de trame de 20 ms et k= 3 pour une durée de 30 ms. Avec ce type de structure, le retard RT devient: RT = lE(N-1)/k) k n p + p + MOD(N-1,k) p+ 1 lTT ( 2 ter) Le gain par rapport à la structure normalement utilisée, illustrée en figure 2 est alors: G = l(k-i-l) (n-l) p + plTT ( 4 ter) Dans ce cas k est choisi de façon que, pour N=lk-i, on ait: k 1 > i > O Le gain est: maximum et égal à l(k-1)(n-l) p+pl TT pour i= O; minimum et égal à p TT pour i=k-1. A titre d'exemple pour le GSM demi-débit (c'est-à- dire k= 2), des trames de 20 ms et un entrelacement de profondeur 4 ou 6, avec TT=O,577 ms et p= 8, le gain est G= 9,2 ms. Pour le GSM demi-débit, et des trames de phonie de 30 ms, pour k= 3 et pour un entrelacement de profondeur 3, le gain est G= 13,8 ms. Toujours pour le GSM demi-débit et des trames de ms, mais pour un entrelacement de profondeur 5, le gain est G= 9,2 ms. Le procédé qui vient d'être décrit s'applique aussi bien à la voie radio montante (mobile vers station de base) qu'à la voie descendante d'un système utilisant des trames AMRT Mais, si on fait abstraction d'une contrainte du système GSM, la voie descendante offre une possibilité supplémentaire qui n'existe pas dans la voie montante, du fait que toutes les informations de la voie descendante proviennent de la station fixe, donc d'une source unique qui peut aligner toutes les trames de tous les canaux radiofré- quence. Dans ce cas, on peut assimiler les sous-canaux d'un même canal à un ensemble indifférencié de données qui peuvent être entrelacées sur l'ensemble des intervalles de temps disponibles pour le canal considéré. En d'autres termes, on peut traiter l'ensemble des sous-canaux comme un seul et même canal et entrelacer l'ensemble des informations provenant de différents sous- canaux: toutes ces informations sont alors transmises dans le même flot Les intervalles de temps n'étant pas réservés à un sous-canal particulier. La structure de la figure 4 devient alors celle de la figure 5 et correspond au plein débit (aux canaux SQ et Si près). Le retard devient alors: RT = (N p+ 1)TT ( 2 quater) Cela représente, par rapport à la structure de la figure 2 un gain: G 1 = N(n-1)p TT Dans le cas du GSM, avec n= 2 et p= 8, ce gain est: G 1 = N x 4,6 ms. Cela représente également un gain G 2 par rapport aux structures des figures 3 et 4 Ce gain est donné par G 2 = l(N-k+i+ 1)(n-1)p-plTT o: N = lk-i et k-1 > i > 0, ce qui correspond, pour un entrelacement de profondeur 4 et des trames de 20 ms à: G 1 = 18,4 ms G 2 = 9,2 ms pour un entrelacement de profondeur 6 et des trames de 20 ms à: G 1 = 27,6 ms G 2 = 18,4 ms pour un entrelacement de profondeur 3 et des trames de 30 ms à: G 1 = 13,8 ms G 2 = O Ms et pour un entrelacement de profondeur 5 et des trames de ms à: G 1 = 23 ms G 2 = 13,8 ms. Dans l'état actuel des recommandations applicables au GSM, cette possibilité est cependant exclue car le procédé de transmission discontinue ne serait actif que lorsqu'aucune information n'est à transmettre sur les deux sous-canaux simultanément, ce qui fait disparaître l'intérêt. D'autres contraintes présentes dans le système GSM, ou plus généralement dans les systèmes à transmission discontinue (notamment de phonie), telles que le fait que le début de chaque trame AMRT montante est retardé dans la station de base de trois intervalles par rapport au début de la trame descendante, tandis que le retard est variable dans les stations mobiles, sont en revanche sans incidence. Il n'est pas nécessaire de donner une description de moyens particuliers permettant de réaliser une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. il En effet, le procédé exige simplement une affectation des blocs de données à transmettre sur des sous-canaux différen- tes de celles classiquement utilisées et pouvant s'effectuer par voie logicielle, l'installation pouvant être l'une de celles déjà connues. REVENDICATIONS 1 Procédé de communication numérique par radio à multiplexage temporel, suivant lequel on fractionne tem- porellement un canal physique de transmission en plusieurs canaux logiques susceptibles d'être affectés à des com- munications différentes, chaque canal logique étant constitué par des intervalles de temps de même durée, de même numéro d'ordre dans des trames successives de longueur constante, au moins un des canaux logiques étant fractionné en N sous-canaux affectés à des communications différentes, caractérisé en ce qu'on alloue des groupes de k intervalles de temps successifs (k étant un entier supérieur à 1) à chaque sous- canal logique, les groupes étant répartis temporellement de manière régulière et k étant choisi tel que N soit différent de (m k+l), o m est un entier et N est le nombre d'intervalles nécessaires pour reconstituer un bloc d'information. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on donne à k la valeur N/i o 1 est un nombre entier. 3 Procédé selon la revendication 1, de communica- tion à débit partiel dans lequel l'affectation des sous- canaux est effectuée sans modification des intervalles de temps alloués aux canaux logiques par rapport à la com- munication à plein débit, caractérisé en ce que les k intervalles de temps d'un même groupe sont séparés de la durée d'une trame TDMA. 4 Procédé selon la revendication 1 ou 3 de com- munication à débit partiel, caractérisé en ce qu'on donne à k la valeur L/M, o L est le nombre d'informations à trans- mettre et M est le nombre d'informations transmises au cours d'un intervalle. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un canal logique supplémentaire de commande est inséré dans la succession des intervalles de chaque canal physique. 6 Procédé selon la revendication 1 ou 3 de com- munication à débit partiel dans lequel un canal logique supplémentaire de commande est inséré dans la succession des intervalles de chaque canal physique, caractérisé en ce qu'on donne à k une valeur telle que N puisse s'écrire sous la forme l k-i o 1 est un entier et k-1 >, i > 0. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on donne à k la valeur N/l. 8 Procédé de communication numérique par radio à multiplexage temporel, suivant lequel on fractionne tem- porellement un canal physique de transmission en plusieurs canaux logiques susceptibles d'être affectés à des com- munications différentes, chaque canal logique étant constitué par des intervalles de temps de même durée, de même numéro d'ordre dans des trames successives de longueur constante, au moins un des canaux logiques étant fractionné en N sous-canaux affectés à des communications différentes, dans lequel l'ensemble des informations des différents sous- canaux émane d'une même source, caractérisé en ce que l'ensemble des sous-canaux d'un même canal logique est traité comme un seul et même flot d'information correspon- dant à un canal logique unique, la transmission sur le canal radio étant effectuée sans affectation des intervalles de temps à un sous-canal particulier et en ce qu'un intervalle de temps porte des informations relatives à plusieurs sous- canaux du même canal logique. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un canal logique supplémentaire de commande est inséré dans la succession des intervalles de chaque canal physique.