Brevet FR2693060A1 — publié le 19931231

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de télécommunications et, plus particulièrement, un réseau de télécommunications à mode double. Dans les systèmes de télécommunications cellulaires actuels, les utilisateurs circulant à pied ont accès au réseau cellulaire mobile. Ce réseau cellulaire mobile produit les mesures générales continues utilisées par le système pour maintenir la qualité de la transmission ou effectuer des fonctions de transfert. Puisque ces mesures demandent la même quantité de traitement indépendamment du fait qu'il soit "mobile" ou non, un utilisateur circulant à pied se voit imposer les mêmes charges pour utiliser son téléphone que s'il était "mobile". il existe donc un besoin pour un système de télécommunications personnel (PCS) qui offrirait, à un coût réduit, un système à basse capacité destiné à des utilisateurs circulant à pied. Ce système à basse capacité permettrait, via une liaison de fréquence radio (RF), l'accès à un réseau cellulaire de base qui pourrait ofiiir ou non des possibilités de transfert. Dans le contexte de cette discussion, on dira qu'un utilisateur circulant à pied désigne celui qui se déplacement lentement (10 km/m ou moins) par opposition à un utilisateur "mobile" Jusqu'à 100 km/h ou plus). Selon l'invention, il est proposé un réseau de télécommunications à mode double, comprenant un premier système de télécommunications qui possède une structure de trame et un premier protocole pour les voies de conversation et un deuxième système de télécommunications qui possède la même structure de trame et un deuxième protocole pour les voies de conversation. Dans ce réseau, seul l'un des deux protocoles fournit un codage de correction d'erreurs sans voie de retour. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma simplifié représentant la structure de cellules employée dans un système de télécommunications qui constitue un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente la structure de trame employée pour un système de télécommunications à haute capacité constituant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est un schéma fonctionnel qui illustre le fonctionnement d'un modem à haute capacité constituant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 représente une structure de trame employée dans un système de télécommunications à basse capacité constituant un mode de réalisation de l'invention;; - la figure 5 est un schéma fonctionnel qui illustre le fonctionnement d'un modem à faible capacité constituant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 6 est un schéma fonctionnel du côté émission d'un modem constituant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 7 est un schéma fonctionnel du côté réception d'un modem constituant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 8 est un schéma fonctionnel d'un modem constituant un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 9 représente la structure de trame d'un système de télécommunications combinant la haute capacité et la faible capacité, qui constitue un mode de réalisation de l'invention. On se reporte d'abord à la figure 1, qui représente un schéma simplifié de la structure de cellules, désignée dans son ensemble par le numéro de référence 10, d'un système de télécommunications constituant un mode de réalisation de l'invention. La structure de cellules 10 est constituée de plusieurs cellules 12 à basse capacité qui sont groupées en une certaine forme de voies de conversation avec schéma de réutilisation (21 cellules, 7 cellules, etc.). Dans le cadre de cette description, l'expression "faible capacité" se rapporte à un système de télécommunications qui, en échange d'un coût de fonctionnement réduit, donne des performances avec un retard important, une plus courte portée et un transfert moins rapide, par comparaison aux systèmes cellulaires actuels.En plus d'une partie "piéton" à faible capacité, il faut qu'il existe dans le système une fonction du type système cellulaire mobile, sous la forme d'une partie à haute capacité du PCS. Dans le cadre de cette description, l'expression "haute capacité" se rapporte à un système de télécommunications qui offre au moins un niveau équivalent de performances, de portée et de possibilités de transfert à celui des systèmes cellulaires actuels. Ce système à haute capacité est représenté par des cellules 11 qui, dans le mode de réalisation préféré, se trouvent dans un schéma de réutilisation à une seule cellule. Les systèmes à haute capacité et à basse capacité fonctionnent ensemble d'une manière qui est invisible pour l'utilisateur. A titre d'exemple, un utilisateur qui marche à pied dans une rue tout en utilisant son radiotéléphone dans le système à basse capacité rentre, au cours d'une communication, dans son véhicule et démarre. Le système doit être en mesure de déterminer qu'un changement s'est produit et de faire passer l'appel du système à basse capacité au système à haute capacité sans que l'utilisateur s'en aperçoive. Selon une autre possibilité, I'utilisateur peut souhaiter commander le mode de fonctionnement de l'unité d'abonné. A cet effet, il est prévu sur l'unité d'abonné un commutateur manuel, ou une touche de fonction programmable, permettant à l'utilisateur de passer de la haute capacité à la basse capacité et inversement. Dans le cas ci-dessus indiqué, lorsque le piéton rentre dans sa voiture et démarre, la communication est interrompue par le système à basse capacité dès que l'utilisateur a atteint une vitesse dépassant celle autorisée par le système à basse capacité. Selon une autre possibilité, on pourrait produire une unité d'abonné d'un prix réduit, qui ntoffrirait que la basse capacité. On pourrait utiliser ce type d'unité lorsqu'on marche (par exemple dans son domicile, au travail, en faisant les courses, etc.), mais il ne fonctionnerait pas en relation avec le système à haute capacité. Une économie de coût résulterait de la possibilité ainsi offerte d'éliminer divers composants de L'unité d'abonné (comme les dispositifs de correction d'erreurs sans voie de retour et d'imbrication). Toutefois, pour éliminer la nécessité d'avoir à transporter plusieurs téléphones, ou bien des téléphones à double mode, il est souhaitable de produire un système à mode double dans lequel les systèmes à haute capacité et à basse capacité sont compatibles entre eux et permettent l'utilisation d'un unique émetteur-récepteur (unité d'abonné). Par conséquent, l'invention propose un système à mode double dans lequel les protocoles relatifs aux voies de conversation de chaque système fonctionnent sur une même structure de trame, de sorte qu'une seule unité d'abonné peut être prévue pour fonctionner dans l'un ou l'autre mode. Dans le tableau ci-après, les spécifications des voies de conversation associées au système à basse capacité (pour piétons) et à haute capacité (système mobile) sont présentées. SPECIFICATIONS BASSE CAPACITE HAUTE CAPACITé Codeur vocal 32 kb/s ADPCM 16 kb/s LD-CELP Correction d'erreurs sans voie de retour non taux 1/2 Débit binaire 500 kb/s 500 kb/s Espacement des voies 400 kI 400 Procédé d'accès 10 tranches CDMMTDMA 10 tranches SFH-CDMA Durée de la trame 2ms 2ms Voies de conversation 750 750 Modulation QPSK QPSK Canal de commande oui, tranche spéciale oui, tranche spéciale Procédé de duplexage division de fréquence division de fréquence Possibilités de transfert oui oui Diversité antenne commutée combinaison au rapport maximal Sauts de fréquence non oui Puissance d'émission moyenne 10 mW 100 mW TABLEAU 1 PROTOCOLES RELATIFS AUX VOIES DE CONVERSATION EN MODE DOUBLE Dans le système de télécommunications à basse capacité (pour piétons), un protocole de voies de conversation utilisant un codeur vocal ADPCM (à modulation par impulsions codées delta adaptative) de 32kb/s (kilobits par seconde) est utilisé pour fournir des communications de qualité interurbaine. Aucune correction d'erreurs ou égalisation n'est nécessaire dans le système à basse capacité. Dans le système à haute capacité, un codeur vocal LD-CELP (linéaire prédictif excité, à faible retard) de 16 bits est utilisé avec un codage de correction d'erreurs sans voie de retour (FEC) de taux 1/2. Toutefois, un codeur ADPCM de 32kb/s utilisant deux tranches par trame ou un codeur de 8 kb/s utilisant une tranche toutes les deux trames offriraient également des possibilités acceptables de codage en haute capacité Sur le tableau, le sigle QPSK désigne la modulation de phase à quatre états. Comme on peut le voir sur le tableau 1, et comme illustré sur la figure 2, la trame, désignée dans son ensemble par le numéro de référence 15, du système à haute capacité est une trame à imbrication à 20 sauts, désignée par la référence 16. Chaque saut comprend une trame 17 TDMA (accès multiple par division temporelle) à 10 tranches. Chaque trame TDMA est constituée de 100bits, comprenant 6 bits de montée de rampe (RD), 20 bits pilotes, 68 bits de données codées (bits de parole), et de 6 bits de descente de rampe (RD). Les 68 bits de parole comprennent des bits de parole imbriquées, des bits FED, et des bits de signalisation. Chaque tranche a une longueur de 200 ms. Ceci donne une trame TDMA de 2 ms et une trame d'imbrication de 40 ms.Puisque ce protocole utilise à la fois l'accès multiple par différence de code (CDMA) avec sauts de fréquence lents (c'est-à-dire la séquence de sauts) et un accès multiple par division temporel (TDMA) (c'est-à-dire une configuration à tranches multiples), ce protocole pourrait être mieux caractérisé comme constituant un procédé CDMIVDMA en combinaison. Un schéma fonctionnel d'un modem à haute capacité, désigné dans son ensemble par le numéro de référence 30, est représenté sur la figure 3. Un signal de parole/information est reçu sur une entrée d'un dispositif 31 de formation de trames, tandis qu'un signal de signalisation est reçu sur la deuxième entrée. Dans le mode de réalisation préféré, le signal de parole est reçu à 16 kb/s, et le signal de signalisation à 0,5 kb/s. Le signal de sortie du dispositif 31 de formation de trames est un signal de 16,5 kb/s. Cette trame est appliquée à l'entrée d'un dispositif 32 de détection d'erreurs sans voie de retour (FED), qui ajoute un signal supplémentaire de 0,5 kb/s au signal de 16,5 kb/s venant du dispositif 31 de formation de trames. Le signal de sortie du dispositif FED 32 est appliqué à l'entrée d'un dispositif 33 de correction d'erreurs sans voie de retour (FEC). Ce dernier reçoit le signal d'entrée de 17 kb/s et le code de manière à produire un signal de sortie de 34 kb/s. Le signal de 34 kb/s est ensuite imbriqué dans un dispositif d'imbrication 34. Les bits de montée de rampe, les bits pilote et les bits de descente de rampe (16 kb/s), venant du bloc 36, sont ensuite ajoutés, dans un bloc 35 de formation de trames, à la trame de signal, ce qui donne un signal de sortie de voie de conversation de 50 kb/s. On comparera cette valeur aux tranches de 100 bits produites en relation avec la figure 2, puisque les trames de la figure 2 sont chacune de 2 ms, soit 500 trames par seconde. Chaque trame étant de 100 bits, le débit conduit à ce même chiffre de 50 kb/s.De la même façon, les 32 bits par trame foumis pour les bits de rampe et les bits pilote seraient de 16 kb/s pour 500 trames par seconde. On se reporte maintenant à la figure 4, qui représente une trame à basse capacité, désignée dans son ensemble par le numéro de référence 25. Puisque le système à basse capacité n'a pas de sauts de fréquence, il n'y a pas de groupe de trames d'imbrication. Par conséquent, la trame de l'ordre le plus élevé dans le système à basse capacité est une trame TDMA, 17, possédant 10 tranches. Comme dans le système à haute capacité, chaque tranche contient 100 bits, qui sont constitués de 6 bits de montée de rampe, 2 bits différentiels, 9 bits de signalisation, 64 bits de parole, 13 bits FED et 6 bits de descente de rampe (RD). De plus, comme pour le système à haute capacité, chaque tranche a une durée de 200 ms, ce qui donne 2 ms pour chaque trame TDMA.Alors que les émissions en provenance de l'abonné sont régies par un protocole TDMA, les émission venant du site de base peuvent être soit TDMA, auquel cas on n'utilise que les tranches nécessaires, soit multiplexées par division temporelle (TDM), auquel cas toutes les tranches sont remplies, qu'elles soient effectivement utilisées ou non. Par conséquent, le système à basse capacité pourrait être caractérisé comme possédant un protocole TDMA ou bien un protocole TDM5DMA. La figure 5 représente le schéma de fonctionnement d'un modem à faible capacité, désigné dans son ensemble par le numéro de référence 50. Le modem à faible capacité utilise la plupart des fonctions du modem à haute capacité, qui peut, ou non, fonctionner de la même manière. Sur la figure 5, le dispositif 31 de formation de trames reçoit le signal de parole à 32kb/s et l'information de signalisation à 4,5 kb/s. Ceux-ci sont combinés dans le dispositif de formation de trames 31 de manière à former un signal à 36,5 kb/s. Le signal à 36,5 kb/s est fourni à un dispositif FED 32 qui ajoute 6,5 kb/s pour la détection des erreurs.Le signal résultant à 43 kb/s est ajouté, dans un bloc 35 de formation de trames, à un signal à 7 kb/s qui est constitué des bits de montée de rampe, des bits différentiels et des bits de descente de rampe, venant du bloc 51. Ceci donne un signal de conversation de 50 kb/s. Comme on peut le voir en comparant les figures 2 et 4, le groupe de trames TDMA à faible capacité est apparié à la partie TDMA du groupe de trames CDMASDMA utilisé par le model à haute capacité. Du fait qu'il utilise les mêmes groupes de trames dans le système à haute capacité et dans le système à basse capacité, un unique émetteur-récepteur peut être amené à fonctionner dans les deux systèmes utilisant un grand nombre des mêmes composants, ce qui donne l'unité de télécommunications la plus petite et la moins coûteuse possible. Un schéma fonctionnel de la partie émission, désignée dans son ensemble par le numéro de référence 60, d'un modem destiné à être employé dans un système à mode double, est illustré sur la figure 6. Un signal de parole/ information reçu est appliqué à l'entrée du modem et est présenté à un codeur vocal à haute capacité 61 et à un codeur vocal à basse capacité 62. Dans un mode de réalisation préféré, le codeur vocal à haute capacité 61 est un codeur vocal LD-CELP à 16 kb/s et le codeur vocal à basse capacité 62 est un codeur vocal ADPCM à 32 kb/s. Le signal de parole sera traité par le codeur vocal qui était sélectionné par le signal d'entrée et de commande, quel que soit ce codeur vocal. Les signaux codés sont ensuite mis en trames dans le dispositif de formation de trames 63 et se voient ajouter des bits de détection d'erreurs sans voie de retour dans le dispositif FED 64. Si le modem fonctionne dans le système à haute capacité (comme indiqué par le signal de commande), le signal mis en trames se voit ajouter des bits de correction d'erreurs sans voie de retour dans le dispositif FEC 65 et est imbriqué dans le dispositif d'imbrication 66. A la suite du dispositif d'imbrication 66 pour le modem à haute capacité ou du dispositif FED 64 pour le dispositif à basse capacité, les bits de montée de rampe, les bits de descente de rampe, et les bits différentiels ou pilote sont ajoutés au signal dans le dispositif de formation de trames 67. Le signal est ensuite modulé dans un modulateur 69.Le schéma de modulation employé prendra la forme d'une modulation QPSK (modulation de phase à quatre états) (par exemple modulation QPSK z/4, modulation QPSK avec décalage, modulation QPSK différentielle, etc) et, dans ce mode de réalisation préféré, il s'agira d'une modulation QPSK filtrée, ou QAM (modulation d'amplitude en quadrature). Si le modem fonctionne dans le mode à haute capacité, le signal est ensuite mélangé, dans un mélangeur 71, avec la fréquence de saut venant du bloc 70. Les signaux sont ensuite délivrés par l'intermédiaire d'une antenne 72. Sur la figure 7, est représenté le schéma fonctionnel du côté réception, désigné dans son ensemble par le numéro de référence 75, du modem. En fonctionnement, un signal de conversation est reçu sur l'antenne 76. S'il fonctionne dans le mode à haute capacité (comme indiqué par le signal d'entrée de commande), le signal est alors mélangé, dans un mélangeur 78, avec une fréquence de décodage de saut, venant d'un bloc 77. Le signal est ensuité démodulé dans le bloc 79. Dans un environnement du type étalement de spectre avec retard, les multiples composantes d'un signal donné seront reçues à des moments différents et avec des phases différentes en fonction des réflexions du signal par divers obstacles (par exemple bâtiments, montagnes). Ainsi, pour un modem fonctionnant dans le mode à haute capacité, le signal est fourni à un égaliseur 81 du type MLSE (estimateur de séquence de probabilité maximale), qui est constitué d'un égaliseur 81 et d'un annulateur d'interférences intersymbole (ISI) 82. L'égaliseur 81 considère la somme de tout le signal reçu et détermine où se situe le signal principal. Le signal de sortie de l'égaliseur 81 est formé d'un groupe de "décisions formelles", ou de niveaux logiques 0 et 1, qui sont envoyées à l'entrée de l'annulateur 80.L'annulateur ISI 80 recueille le signal de sortie de "décision formelle" de l'égaliseur 81 et utilise ce signal de sortie pour éliminer les interférences intersymbole dans le signal d'entrée. Le signal échantillon résultant et un groupe de "décisions non formelles" (SD) venant de l'annulateur 80 sont désimbriqués dans le dispositif de désimbrication 82, puis sont fournis à un décodeur de Viterbi 83 pour être décodés. A la suite du décodeur 83, ou du démodulateur 79 s'il s'agit du mode à faible capacité, le signal est décodé dans le décodeur approprié 84 ou 85. Le signal de parole est alors délivré par le modem. La figure 8 représente le schéma fonctionnel général d'un modem, désigné dans son ensemble par le numéro de référence 90, qui peut fonctionner dans le mode à haute capacité ou le mode à basse capacité. Le modem 90 comprend une partie à haute capacité 93, une partie à basse capacité 94, et une partie commune 85 qui contient les composants utilisés à la fois dans le mode à haute capacité et le mode à basse capacité. Le fonctionnement du modem 90 est commandé par un dispositif de commande 91. Le dispositif de commande 91 s'appuie sur un ou plusieurs paramètres pour sélectionner le mode à haute capacité ou le mode à basse capacité du modem 90. Selon un premier exemple, le dispositif de commande 91 peut être un simple commutateur manuel à l'aide duquel l'utilisateur place le modem 80 dans le mode à haute capacité ou dans le mode à basse capacité. Selon une autre possibilité, le dispositif de commande 91 peut fonder son choix sur la disponibilité du mode à basse capacité. Par exemple, si l'utilisateur ne se trouve pas dans une zone possédant une couverture du type basse capacité (par exemple, s'il se trouve dans une zone à population clairsemée), le dispositif de commande 91 devra sélectionner le mode à haute capacité pour obtenir la desserte téléphonique. Un autre paramètre de commande pourrait le taux d'erreur sur les bits (BER). Si le BER est excessif, le dispositif de commande 91 sélectionne le mode à haute capacité. Selon un autre exemple, l'utilisateur peut commencer dans le mode à basse capacité, et être transféré dans le mode à haute capacité lorsque sa vitesse augmente jusqu'à un niveau pour lequel le BER est inacceptable. La mesure du rapport porteuse-parasites pourrait donner le même effet. Ainsi, comme on peut le voir d'après la similitude des structures de trame et la conception du modem permettant de tirer avantage de cette similitude, on a obtenu un système et un modem qui permettent à l'utilisateur de faire fonctionner ce dernier soit dans un système cellulaire mobile à haute capacité, soit dans un système pour piéton à faible capacité. On se reporte maintenant à la figure 9, qui représente une structure de trame, désignée dans son ensemble par la référence 96, qui illustre un système de télécommunications combinant le mode à haute capacité et le mode à basse capacité et constituant un mode de réalisation de l'invention. La trame 96 est constituée de 10 tranches. Les données contenues dans chaque tranche sont organisées à l'aide d'un protocole I (PI) 98, ou bien d'un protocole II (PII) 97. Alors que seulement deux protocoles différents sont représentés ici, on comprendra qu'il est possible d'utiliser autant de protocoles différents qu'il y a de tranches. Dans ce mode de réalisation, le protocole PI est le protocole correspondant au mode à haute capacité de la figure 2, et le protocole PII est le protocole du mode à basse capacité de la figure 4. En fonctionnement, une station de base coderait les signaux à l'aide d'un procole approprié à cet utilisateur et les combinerait suivant un ordre de tranches voulu. Ce type de système utiliserait le procédé d'accès TDM/IDMA. il sera donc évident à l'homme de l'art qu'il a été proposé, selon l'invention, un système de télécommunications à mode double qui satisfait pleinement les buts et avantages ci-dessus énoncés. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du réseau dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Réseau de télécommunications à mode double, caractérisé par: un premier système de télécommunications possédant une structure de trame (15) et un premier protocole pour voies de conversation (98); et un deuxième système de télécommunications possédant ladite structure de trame (25) et un deuxième protocole pour voies de conversation (97); où l'un, seulement, particulier, desdits premier et deuxième protocoles pour voies de conversation permet un codage de correction d'erreurs sans voie de retour. 2. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que ledit protocole particulier qui permet ledit codage de correction d'erreurs sans voie de retour permet également l'imbrication. 3. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit protocole particulier qui permet ledit codage de correction d'erreurs sans voie de retour permet également la combinaison d'un procédé d'accès multiple par différence de code et d'un procédé d'accès multiple par division temporelle et en ce que l'autre protocole, parmi lesdits premier et deuxième protocoles pour voies de conversation, permet un procédé d'accès multiples par division temporelle. 4. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit protocole particulier qui permet ledit codage de correction d'erreur sans voie de retour permet également la diversité par combinaison au taux maximal et en ce que l'autre desdits premier et deuxième protocoles pour voies de conversation permet une diversité par antenne commutée. 5. Réseau de télécommunications à mode double, caractérisé par: un premier système de télécommunications possédant une structure de trame (25) et un premier protocole pour voies de conversation (97), qui est configuré pour permettre un débit de codeur vocal qui est inférieur ou égal à la moitié du débit de voie par ligne de ladite structure de trame (25); et un deuxième système de télécommunications possédant ladite structure de trame (15) et un deuxième protocole pour voies de conversation (98), qui est configuré pour permettre un débit de codeur vocal qui est supérieur à la moitié dudit débit de voie par ligne de ladite structure de trame. 6. Réseau selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un, particulier, desdits premier et deuxième protocoles (97, 98) pour voies de conversation permet un codage de correction d'erreurs sans voie de retour. 7. Réseau selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que ledit protocole particulier qui permet ledit codage de correction d'erreurs sans voie de retour permet également la combinaison d'un procédé d'accès multiple par différence de code et d'un procédé d'accès multiple par division temporelle, et en ce que l'autre desdits premier et deuxième protocoles pour voies de conversation permet un procédé de multiplexage par division temporelle/procédé d'accès multiple par division temporelle. 8. Réseau de télécommunications à mode double, caractérisé par: un premier système de télécommunications possédant une structure de trame (96) et un premier protocole (98) pour voies de conversation, qui est configuré de manière à permettre un débit de codeur vocal qui est inférieur ou égal à 32/100 du taux de voie par ligne de ladite structure de trame; et un deuxième système de télécommunications possédant ladite structure de trames (96) et un deuxième protocole (97) pour voies de conversation, qui est configuré de façon à permettre un débit de codeur vocal qui est supérieur ou égal à 64/100 dudit débit de voie par ligne de ladite structure de trame. 9. Réseau de télécommunications à mode double, caractérisé par: un système à accès multiples par division temporelle (TDMA) qui possède une structure de trame (96); la combinaison d'un système à accès multiple par différence de code (CDMA) et d'un système TDMA, qui possède ladite structure de trame (96); et un moyen permettant de passer entre ledit système TDMA et ledit système CDMASDMA. 10. Réseau de télécommunications à mode double, caractérisé par un système de télécommunications possédant une structure de trame (96), ladite structure de trame ayant un premier protocole pour voies de conversation (98) et un deuxième protocole pour voies de conversation (97), où un seul desdits premier et deuxième protocoles pour voies de conversation permet un code de correction d'erreurs sans voie de retour.