Brevet FR2708401A1 — publié le 19950203

DETECTION DE COLLISION DANS UN CANAL D'ACCES ALEATOIRE D'UNE TRAME AMRT La présente invention concerne un procédé de détection de collision entre des messages de requête d'accès aléatoire adressés par des stations mobiles d'un système de communication radiotéléphonique à destination d'un relais du système, lesdits messages comportant au moins une séquence de synchronisation mémorisée et une séquence d'information ayant un nombre déterminé de bits, et étant émis sur au moins un canal d'accès aléatoire inclus dans une trame AMRT. Dans un système radiotéléphonique à accès multiple par répartition dans le temps (AMRT), on utilise habituellement un ou plusieurs canaux d'accès aléatoire pour initialiser les appels émanant des stations mobiles. Après réception d'une requête d'accès aléatoire, le relais attribue à la communication des tranches temporelles incluses dans les trames AMRT montante et descendante, afin que la communication s'effectue sans risque d'interférence avec d'autres communications. A cet effet, le relais diffuse un message approprié sur un canal d'attribution de ressources associé au canal d'accès aléatoire. Une fois que la station mobile concernée a reçu ce message, la communication peut s'effectuer sur les tranches temporelles réservées. La réception de la requête d'accès aléatoire implique une détection de synchronisation au niveau du relais. En général, l'horloge d'une station mobile, servant au cadencement des bits à transmettre, est calée grâce à la réception d'un signal de synchronisation émis par le relais sur un canal de service. Le retard de synchronisation à déterminer par le relais est alors principalement constitué par le temps mis par les ondes pour se propager du relais à la station puis de la station au relais, augmenté des décalages introduits par les opérations de traitement et de filtrage. Ce retard est typiquement compris entre 0 et 8 fois la durée d'un bit d'information. La détection de synchronisation sur le canal d'accès aléatoire consiste, pour le relais, à sélectionner un retard de synchronisation maximisant l'intercorrélation entre la séquence de synchronisation mémorisée et une fraction du signal reçu correspondant, dans le canal d'accès aléatoire, à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation émises par les stations mobiles. La démodulation des séquences d'information du canal d'accès aléatoire s'opère alors en utilisant le retard sélectionné. Parfois, cette démodulation donne lieu à des résultats dépourvus de signification, montrant par exemple des taux d'erreurs excessivement élevés, révélés par les codes de détection d'erreurs utilisés pour mettre en forme les séquences d'information. Un tel échec de la démodulation peut être dû soit au fait que le relais ne reçoit sur le canal d'accès aléatoire aucune requête d'accès mais seulement du bruit, soit au fait que plusieurs stations mobiles émettent simultanément avec des niveaux énergétiques comparables sur le canal d'accès aléatoire (collision). I1 importe de faire la distinction entre ces deux situations afin d'informer le cas échéant les stations mobiles de la présence d'une collision, par un message approprié envoyé sur une tranche temporelle de la trame descendante, afin que la requête soit renouvelée ultérieurement, sans toutefois retarder inutilement l'accès lorsque le relais ne capte que du bruit. Habituellement, la démodulation des séquences d'information n'est effectuée que si le maximum de llintercorrélation déterminé à l'étape de détection de synchronisation est supérieur à un seuil prédéfini, cette condition étant assimilée au fait que le relais reçoit autre chose que du bruit sur le canal d'accès aléatoire Et, si la démodulation échoue, une collision est supposée, et le message correspondant est diffusé par le relais. Cette façon classique de détecter les collisions n'est pas pleinement satisfaisante, car elle ne permet pas une discrimination fine entre les collisions et le bruit. I1 en résulte d'une part que les utilisateurs peuvent voir leurs requêtes d'accès mises en attente en raison de collisions détectées par erreur, et d'autre part que des requêtes d'accès aléatoire peuvent être perdues si elles parviennent simultanément au relais sans que la collision soit correctement détectée. Un but de l'invention est de rendre plus fine la discrimination entre les collisions et l'absence de requête sur un canal d'accès aléatoire, pour atténuer les inconvénients ci-dessus. L'invention propose ainsi un procédé du type indiqué au début, caractérisé en ce que, lorsque l'étape de démodulation fournit des mots de données ininterprétables, on calcule d'une part une quantité G égale au carré du module de l'intercorrélation maximisée, normalisé relativement à l'énergie de la fraction du signal reçu correspondant à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation et à l'énergie associée à la séquence de synchronisation mémorisée, et d'autre part une quantité H égale au rapport entre l'énergie présente sur au moins une séquence d'information et l'énergie de la fraction du signal reçu correspondant à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation, et on détecte une collision lorsque le point représentatif des deux quantités calculées dans un diagramme G-H se trouve dans un domaine déterminé. On peut alors diminuer sensiblement le taux de nondétection des collisions. Considérons par exemple le cas où deux requêtes d'accès aléatoire parviennent au relais avec des vecteurs d'onde approximativement en opposition de phase. Une telle situation donne lieu à une faible intercorrélation des séquences de synchronisation, de sorte qu'avec les méthodes classiques, on estimerait que le relais ne capte que du bruit sur le canal d'accès aléatoire (à moins que le seuil de l'intercorrélation soit anormalement bas, ce qui conduirait à détecter un grand nombre de fausses collisions). Le procédé selon l'invention tire parti du fait que cette situation d'opposition de phase ne diminue généralement pas dans la même proportion l'énergie présente sur les séquences d'information. Le point représentatif dans le diagramme G-H sera alors situé dans le domaine associé aux collisions, et la collision sera correctement détectée. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation préféré mais non limitatif. Dans le dessin annexé, la figure unique est un schéma illustrant de façon synoptique les opérations de traitement d'un canal d'accès aléatoire par un relais d'un système de communication radiotéléphonique. L'accès multiple au système de communication, c'est-àdire les opérations permettant à plusieurs stations mobiles de communiquer simultanément avec un relais fixe ou non, peut s ' effectuer entièrement en mode AMRT, auquel cas chaque canal montant ou descendant entre le relais et une station mobile est défini comme correspondant à une tranche temporelle d'une trame AMRT transmise. Mais l'invention peut également s'appliquer lorsque seuls les signaux de service sont échangés en mode AMRT, les signaux vocaux étant échangés en mode AMRF (accès multiple par répartition en fréquence). Dans ce dernier cas, les canaux de service (dont le canal d'accès aléatoire CAA) sont définis comme correspondant à une tranche temporelle d'une trame AMRT émise sur une fréquence porteuse particulière, tandis que les canaux de communication vocale sont définis comme correspondant chacun à une bande de fréquence particulière du signal radio. La structure du canal d'accès aléatoire CAA correspondant à une tranche temporelle d'une trame AMRT montante est indiquée symboliquement sur la figure. Ce canal véhicule des messages de requête d'accès aléatoire que les stations mobiles adressent au relais pour initialiser des appels. Chacun de ces messages se compose d'une alternance, selon un format prédéterminé, de séquences de synchronisation mémori sées S et de séquences d'information I ayant un nombre déterminé de bits. Après avoir été traités par un étage radio classique nonreprésenté (la modulation radio est par exemple de type GMSK - modulation à décalage minimal et filtrage gaussien amont sur une fréquence porteuse de 450 MHz), les signaux reçus en bande de base sur le canal d'accès aléatoire sont stockés sous forme numérique dans un registre tampon 2. Les échantillons du signal reçu sur le canal CAA sont d'abord soumis à une détection de synchronisation, représentée symboliquement par le bloc 4 sur la figure. Cette détection consiste à déterminer le retard de synchronisation K x Tb (Tb désignant la durée d'un bit d'information) qui maximise l'intercorrélation entre la séquence de synchronisation mémorisée R et la fraction du signal correspondant à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation S émises par les stations mobiles. Dans 1 'exemple représenté, la séquence de synchronisation S se compose de N bits et est émise trois fois par la station mobile sur chaque tranche temporelle du canal CAA, chaque répétition de la séquence S étant repérée par un indice j compris entre 0 et 2. La longueur de chaque séquence S est par exemple N=15. L'intercorrélation à maximiser s'exprime, pour un retard k x Tb typiquement compris entre 0 et 8xTb avec des valeurs k entières ou demientières, par où S*jj(k) désigne le complexe conjugué du i-ième échantillon de la séquence d'indice j dans le signal reçu pour un retard de kXTb, et Ri désigne le i-ième échantillon de la séquence de synchronisation mémorisée. Cette quantité est fournie séquentiellement par un corrélateur 6 associé à une mémoire 8 contenant les échantillons de la séquence de synchronisation R. On détermine alors (bloc 10) l'indice K qui maximise l'intercorrélation. Cette valeur K est considérée comme représentant le retard de synchronisation à appliquer pour démoduler les bits des séquences d'information I du signal reçu sur le canal CAA. La valeur de K est ainsi fournie au démodulateur 12, qui tente de restituer les bits des séquences d'information I dont les emplacements dans le canal CAA sont prédéfinis et repérables par la connaissance de K. La démodulation s'opère de façon classique. Elle peut par exemple comprendre une estimation fine de la phase d'échantillonnage, un filtrage adapté, une estimation de la trajectoire du vecteur d'onde, un décodage convolutionnel de Viterbi et un décodage par blocs de type BCH (Bose-Chaudhuri-Hosquenghem). Lorsque la démodulation fournit des mots de données interprétables, ayant subi les décodages de façon satisfaisante, il est considéré que le relais a reçu un message de requête d'accès aléatoire sur le canal CAA. Dans la pratique, cette situation pourra également correspondre à la réception de deux requêtes avec un décalage temporel important, mais ceci n'est pas assimilé à une collision car un décodage temporel important traduit une grande différence de distance entre les stations émettrices, et donc une différence d'énergie telle que seule la requête émanant de la station la plus proche est décodée, l'autre étant considérée comme du brouillage. Les bits d'information démodulés comprennent des données ID d'identification de la station mobile dont la requête a été reçue. La bonne réception de la requête d'accès aléatoire provoque (bloc 14) l'attribution par le relais de canaux disponibles (montant et descendant) sur lesquels pourront s'effectuer les échanges de signaux vocaux entre le relais et la station mobile. Les paramètres d'attribution des canaux et les données ID d'identification de la station appelante sont transmis à l'unité 16, qui met en forme la réponse RAA du relais au signal reçu sur le canal CAA. Cette réponse RAA, qui constitue un acquittement de la requête d'accès aléatoire, est alors émise sur un canal d'attribution de ressources associé au canal d'accès aléatoire et correspondant à une tranche temporelle de la trame AMRT descendante. Comme la réponse RAA contient les données d'identification ID de la station appelante dont la requête a été correctement reçue par le relais, cette station, qui surveille le canal d'attribution de ressources après avoir émis la requête, interprétera la réponse comme lui étant destinée, et se calera alors sur les canaux de communication alloués sur le relais : la communication sera normalement initialisée. Lorsqu'aucune requête d'accès aléatoire n'est présente sur le canal CAA, ou lorsque deux requêtes ou plus parviennent au relais avec un faible décalage temporel (collision), le démodulateur 12 n'est pas en mesure de fournir des mots de données interprétables. Un bloc 18 est représenté symboliquement sur la figure pour illustrer la décision quant au caractère interprétable des données. Dans la pratique, la décision est prise selon le résultat du décodage convolutionnel et du décodage par blocs. Si la décision est "non" (données ininterprétables) la procédure de détection de collision (bloc 20) est déclenchée. Cette procédure a pour but de distinguer entre les cas de collision et les cas où le canal d'accès aléatoire ne véhicule que du bruit. Elle implique le calcul de deux quantités G et H (bloc 22) selon les formules où les différents symboles ont été définis plus haut, sauf Ii(K) qui représente la valeur du i-ième échantillon des séquences d'information du signal reçu dans le canal d'accès aléatoire en appliquant le retard de synchronisation détecté K x Tb. En d'autres termes, G représente le carré A du module de l'intercorrélation maximisée à l'étape de détection de synchronisation, normalisé relativement à l'énergie C de la fraction du signal reçu correspondant à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation (avec le retard K x Tb) et à l'énergie B associée à la séquence de synchronisation mémorisée R. Et H représente le rapport entre l'énergie D présente sur les séquences d'information du canal CAA et l'énergie C de la fraction du signal reçu correspondant à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation (avec le retard K x Tb). La quantité A a déjà été évaluée lors de l'étape de détection de synchronisation. Elle correspond à la valeur du maximum qui a été recherché, et peut donc être mémorisée par le bloc 10 puis récupérée pour le calcul de G. La quantité B est une constante indépendante du signal reçu. Elle est stockée une fois pour toutes dans un registre de mémoire. Les quantités énergétiques C et D ont normalement été évaluées lors de la démodulation. Elles peuvent donc être mémorisées par le démodulateur 12, puis récupérées pour le calcul de G et H. La détection de collision proprement dite consiste (bloc 24) à examiner la position dans un diagramme G-H du point représentatif des deux quantités G et H calculées en 22. Si ce point se trouve dans un domaine déterminé, on estime qu'une collision s'est produite, et le bloc 24 adresse à l'unité 16 un signal SC indiquant la collision. Dans ce cas la réponse RAA mise en forme par l'unité 16 ne comporte ni données ID d'identification d'une station, ni paramètres d'attribution de canaux, mais seulement un message indiquant qu'une collision s'est produite sur le canal CAA. Ce message est diffusé sur le canal d'attribution de ressources. Les stations mobiles ayant émis les requêtes entrées en collisions surveillent le canal d'attribution de ressources, et reçoivent ainsi le message diffusé par le relais. Ayant connaissance de la collision, elles renouvelleront leurs requêtes quelques instants après, selon un protocole préétabli. La demanderesse a effectué des simulations sur un grand nombre de situations bruitées ou présentant des collisions. Dans leur très grande majorité, les points dans le diagramme G-H représentatifs des cas où le canal CAA ne comporte aucune requête mais que du bruit se trouvaient dans le domaine désigné par X dans le diagramme dessiné dans le bloc 24 sur la figure, tandis que ceux représentatifs des cas de collision se trouvaient dans le domaine désigné par Y. Les domaines X et Y sont séparés dans le diagramme G-H. On pourra donc estimer avec un bon degré de certitude que les couples G,H calculés en fonctionnement et tombant dans le domaine Y sont la marque d'une collision. Cette détermination peut s'effectuer en comparant les valeurs calculées de G et H à des valeurs-type mémorisées dans une table. Une autre méthode consiste à définir une frontière F entre les domaines X et Y, et à déterminer analytiquement de quel côté de la frontière se trouve le point représentatif des quantités G et H calculées. On observe que, si on projette les domaines X et Y obtenus par simulation sur l'axe des abscisses G, ces domaines présentent un chevauchement notable qu'ils ne présentent pas dans le diagramme G-H bidimensionnel. Ceci signifie que si la détection de collision s'opère sur la seule base du critère G (comme c'est le cas dans les procédés antérieurement connus), il faut choisir un seuil de décision a typiquement compris entre G=0,4 et G=0,7, qui ne permet pas une discrimination aussi fine que le procédé selon l'invention : si le seuil X est relativement haut, beaucoup de collisions effectives ne sont pas détectées ; et diminuer le seuil conduit à augmenter la probabilité de fausse alarme. On comprendra que, dans le cadre de l'invention, les expressions des intercorrélations A et des énergies B, C et D peuvent différer quelque peu de celles données plus haut à titre d'exemple. Ces expressions peuvent notamment être adaptées en fonction du format du canal d'accès aléatoire. En outre, les sommations intervenant dans le calcul des quantités A, B et C peuvent ne porter que sur une partie des bits des séquences de synchronisation, et la sommation intervenant dans le calcul de l'énergie D peut ne porter que sur une partie des bits des séquences d'information. REVENDICATIONS l.Procédé de détection de collision entre des messages de requête d'accès aléatoire adressés par des stations mobiles d'un système de communication radiotéléphonique à destination d'un relais du système, lesdits messages comportant au moins une séquence de synchronisation mémorisée et une séquence d'information ayant un nombre déterminé de bits, et étant émis sur au moins un canal d'accès aléatoire (CAA) inclus dans une trame AMRT, dans lequel on effectue, au niveau du relais, une détection de synchronisation consistant à sélectionner un retard de synchronisation (K) maximisant l'intercorrélation entre la séquence de synchronisation mémorisée (R) et une fraction du signal reçu correspondant, dans le canal d'accès aléatoire, à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation (S) émises par les stations mobiles, et on démodule les séquences d'information (I) en appliquant le retard de synchronisation sélectionné, caractérisé en ce que, lorsque l'étape de démodulation fournit des mots de données ininterprétables, on calcule d'une part une quantité G égale au carré (A) du module de l'intercorréîation maximisée, normalisé relativement à l'énergie (C) de la fraction du signal reçu correspondant à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation et à l'énergie (B) associée à la séquence de synchronisation mémorisée, et d'autre part une quantité H égale au rapport entre l'énergie (D) présente sur au moins une séquence d'information et l'énergie (C) de la fraction du signal reçu correspondant à l'intervalle de réception des séquences de synchronisation, et on détecte une collision lorsque le point représentatif des deux quantités calculées dans un diagramme G-H se trouve dans un domaine déterminé (Y). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsqu'une collision est détectée, le relais diffuse vers les stations mobiles un message indiquant qu'une collision s'est produite.