Brevet FR2725086A1 — publié le 19960329

Domaine d'application La présente invention concerne des systèmes de communications haute fréquence (HF), et plus oarticulièrement, un procédé et un appareil pour augmenter l'efficacité d'utilisation du spectre. Arrière-plan technologique de l'invention Dans les systèmes de communications sans fil, un effort a été fait pour augmenter l'utilisation du spectre afin de tenir compte d'un plus grand nombre d'utilisateurs d'une bande de fréquences donnée. Un exemple de technique pour augmenter l'efficacité du soectre est une technique d'accès multiple par repartition en fréquence (AMRF). Dans un système AMRF classique, une bande de fréquences donnée est divisée en plusieurs canaux, chacun d'eux étant occupé par un utilisateur. Un système AMRF peut être également un système duplex par répartition dans le temps (TDD) dans lequel un canal HF donné'est utilisé pour émettre des trames, à la fois, dans les sens de communication aller et retour qui sont séparés dans le temps. D'autres techniques comprennent des systèmes de communications numériques à accès multiple. Une technaique numérique d'accès multiple classique de ce type destinée à augmenter l'efficacité d'utilisation du spectre est une technique à accès multiple par répartition dans le temps (AMRT). Dans un système AMRT, chaque canal est divisé en une pluralité de tranches pour la transmission de signaux. Chaque tranche de temps peut être affectée à un appel différent. Un système AMRT peut également intégrer des techniques TDD. En conséquence, plusieurs appels peuvent être transmis simultanément sur un seul canal ou une seule fréquence. Enfin, une efficacité accrue du spectre peut être obtenue par des techniques d'étalement de spectre, sous la forme d'un système à saut de fréquence lent ou d'un système AMRC (accès multiple par répartition en code) à séquence directe. Dans un système à saut de fréquence lent, la fréquence de la porteuse du signal est modulée à un taux prédéterminé sur une large gamme de fréquences possibles dans une séquence pseudo-aléatoire connue à l'avance par le récepteur. En général, les techniques d'étalement de spectre réduisent les effets des interférences à la fois intentionnelles et non intentionnelles. Les systèmes AMRC à séquence directe permettent à plusieurs utilisateurs de partager le même spectre dans lequel chaque utilisateur se voit affecter une séquence codée de pseudo-bruit unique. Le signal est étalé par la séquence de pseudo-bruit à large bande passante connue à l'avance par le récepteur. Dans un système de communications à accès multiple classique, une station de base transmet périodiquement un signal de synchronisation ou de position pour maintenir la synchronisation avec un combiné associé. Par exemple, dans un système à accès multiple duplex par répartition dans le temps, une tranche d'une trame de temps doit être occupée même si la station de base ne se trouve pas en procédure d'appel. En fonction du système de communications, les ressources disponibles pour assurer une communication entre des dispositifs sont utilisées pour maintenir la synchronisation entre les dispositifs qui ne sont pas en communication. En conséquence, il existe un besoin pour un procédé et un appareil pour augmenter l'efficacité du spectre afin de permettre à un plus grand nombre d'utilisateurs d'occuper une bande de fréquences donnée. Brève description des dessins La figure 1 est une vue en plan d'un système de communications sans fil ayant des stations de base multiples couplées au réseau téléphonique public. La figure 2 est un schéma fonctionnel de circuits pour une station de base sans fil ou un combiné classique. La figure 3 est un organigramme représentant les étapes préférées pour déterminer un index disponible dans un système à saut de fréquence lent. La figure 4 est un schéma des trames d'un protocole d'interface radio pour synchroniser le combiné à une station de base. La figure 5 est un organigramme illustrant un procédé pour augmenter l'occupation du spectre suivant la présente invention. La figure 6 est un organigramme représentant un procédé pour recevoir un appel généré par une ligne terrestre suivant la présente invention. La figure 7 est un chronogramme illustrant la transmission de signaux entre un maître et un esclave 3() fonctionnant dans un système de communications suivant la présente invention. La figure 8 est un organigramme représentant une autre utilisation de combinés fonctionnant dans un système de communications sans fil suivant la présente invention. La figure 9 est un organigramme illustrant les étapes de synchronisation de combinés suivant la présente invention Description des modes de réalisation préférés Dans un système de communications sans fil, le spectre est rare et doit être utilisé efficacement pour permettre au plus grand nombre d'utilisateurs de communiquer dans une bande de fréquences donnée. Le procéde et l'appareil de la présente invention fournissent une efficacité de spectre accrue en supprimant la nécessité pour les stations de base de maintenir la synchronisation avec les combinés. En particulier, une station de base ne transmettrait pas en continu un signal de synchronisation, mais transmettrait seulement un signal codé de combiné et d'appel lorsqu'un appel est reçu par la station de base. Dans le cas d'un appel généré par un combiné, le combiné fonctionnera effectivement comme une station de base (à savoir, comme un dispositif maître) et avertira par sonnerie sa station de base. Le combiné reviendra ensuite au fonctionnement classique d'un combiné (à savoir, comme un dispositif esclave). Dans un système à saut de fréquence lent classique ayant 83 canaux, par exemple, un maximum de 83 stations de base pourraient fonctionner sur le système à la fois. Cependant, l'appareil de la présente invention pourrait supporter 83 appels en cours en une seule fois. En conséquence, le nombre de stations de base placées à portée l'une de l'autre peut être considérablement augmenté, si l'on suppose, qu'en moyenne, toutes les stations de base ne sont pas utilisées en même temps. Sur la figure 1, tout d'abord, on a représenté un système de communications sans fil 102 classique. Ce système de communications sans fil emporte une pluralité de stations de base 104, chacune assurant la couverture HF d'une zone 108. Chaque station de base peut être couplée à un réseau téléphonique public 106. On comprendra, cependant, que le circuit et le procédé de la présente invention pourraient être mis en oeuvre dans un système de communications sans fil ayant des stations de base qui ne sont pas couplées à un réseau téléphonique public. Les stations de base pourraient être couplées ensemble dans un réseau indépendant, ou pourraient être des unités autonomes venant à fonctionner dans les mêmes bandes de fréquences. Chaque station de base est également adaptée pour communiquer avec un ou plusieurs combinés 110. Enfin, chaque station de base peut communiquer avec une autre station de base se trouvant à portée grâce à des signaux HF. De préférence, des signaux de commande, comprenant des signaux synchronisés, peuvent être transmis par HF entre les stations de base. Sur la figure 2, on a représenté un schéma fonctionnel avec un circuit de combiné ou de base classique. Dans le mode de réalisation préféré, un ASIC (circuit intégré propre à une application) 201, tel qu'un ASIC CMOS en technologie MDA08 ou H4C, également distribué par Motorola, Inc., et un microprocesseur 203, tel qu'un microprocesseur 68HCll, distribué par Motorola, Inc., se combinent pour générer le protocole de communication illustré à la figure 4. L'ASIC 201 comprend, de préférence, un moteur de recherche séparé pour détecter une deuxième source de synchronisation suivant la présente invention. Le deuxième moteur de recherche pourrait être une boucle numérique à verrouillage de phase séparée (DPLL) ou un corrélateur croisé suréchantillonné. Les boucles numériques à verrouillage de phase sont bien connues dans l'art. On trouve un exemple de boucle numérique à verrouillage de phase dans le brevet américain 3,983,498 intitulé "Digital phase lock loop" (Boucle numérique à verrouillage de phase) concédé, le 28 septembre 1976, à Malek. Tout le contenu du brevet américain 3,983,498 est incorporé pour référence. On peut trouver un exemple de corrélateur croisé suréchantillonné dans le brevet américain 5,117,441 intitulé "Method and apparatus for real time demodulation of a GMSK signal by a non-coherent receiver" (Procédé et appareil pour la démodulation en temps réel d'un signal GMSK par un récepteur non cohérent) concédé, le 26 mai 1992, à Weigand. Tout le contenu du brevet américain 5,117,441 est également incorporé pour référence. Le microprocesseur 203 utilise une RAM 205, une EEPROM 207 et une ROM 209, regroupées dans un ensemble 211, dans le mode de réalisation préféré, pour exécuter les étapes nécessaires pour générer le protocole et exécuter d'autres fonctions pour l'unité de communications, telles que l'écriture sur un affichage 213, l'acceptation d'informations en provenance d'un clavier 215, et le contrôle d'un synthétiseur de fréquences 225. L'ASIC 201 traite les données audio transformées par les circuits audio 219 entre un microphone 217 et un haut-parleur 221. Certains champs de messages sont configurés par l'ASIC 201 et garnis 3( par les circuits audio 219, le microprocesseur 203, et d'autres sont configurés par l'ASIC 201, qui génère la trame des messages et la transfère à un émetteur 223. L'émetteur 223 transmet par une antenne 229 en utilisant des fréquences porteuses produites par le synthétiseur de fréquences 225 par la technique de saut choisie pour le système et pilotée par le microprocesseur 203. Les informations reçues par l'antenne 229 de l'unité de communications entrent dans le récepteur 227 qui démodule les symboles comprenant la trame des messages utilisant les fréquences porteuses du synthétiseur de fréquences 225, en accord avec la technique de saut choisie pour le système. L'ASIC 203 analyse ensuite la trame des messages reçue dans ses parties constituantes. Si les circuits de la figure 2 sont incorporés dans une station de base privée, le circuit audio de la station de base peut être couplé à un réseau téléphonique public 233. Sur la figure 3, on a représenté les étapes préférées pour suivre la séquence de saut dans un système à saut de fréquence classique. A une étape 302, l'index (à savoir, un décalage dans une séquence prédéterminée de canaux commençant par un premier canal) est mis à zéro. A une étape 304, la station de base analyse l'index suivant (même séquence de canaux commençant par le deuxième canal dans la séquence) et détermine si l'indicateur d'intensité du signal de réception (RSSI) de tous les canaux est inférieur au seuil prédéterminé à une étape 306. Si le RSSI de tous "5 les canaux est inférieur à un seuil prédéterminé, la station de base mémorise une indication que l'index N n'a aucun canal occupé à une étape 308. Si le RSSI de tous les canaux n'est pas inférieur à un seuil à l'étape 306, la station de base indique le nombre de canaux occupés à une étape 310. A une étape 312, la station de base détermine si trois index sont disponibles sans canal occupé. Si trois index sont disponibles, la station de base sélectionne le premier index à une étape 314 et assure un fonctionnement normal à une étape 316. Cependant, si trois index ne sont pas disponibles, la station de base détermine si tous les index ont été analysés à une étape 318. Si tous les index n'ont pas été analysés, la station de base analyse l'index suivant à l'étape 304. Si tous les index ont été analysés, la station de base utilise le meilleur index disponible en fonction du plus petit nombre de canaux occupés ayant une valeur RSSI supérieure à un seuil prédéterminé. Les trois index sont utilisés pour former une meilleure liste suivante. Si l'index est altéré pendant un appel, une demande pourrait être envoyée pour changer l'index. La meilleure liste suivante peut être périodiquement mise à jour en fonction des ressources radio et d'autres limitations. Bien que la détermination RSSI soit décrite ci-dessus, l'évaluation de la qualité des canaux par le RSSI est simplement donnée par un exemple. Tout autre procédé de détermination de la qualité des signaux pourrait être utilisé dans le cadre de la présente invention. Sur la figure 4, on a représenté un protocole d'interface radio pour synchroniser des stations de base. De préférence, les trames primaires et redondantes 402 et 404 sont transmises entre les stations de base, comme illustré à la figure 7. Un procédé et un appareil pour maintenir la synchronisation des bits et de la fréquence ayant des trames primaires et redondantes sont décrits dans le brevet américain 5,212,715 de Pickert et coll., intitulé "Digital Communication Signaling System" (Système de signalisation de communications numériques), concédé le 18 mai 1993. En se référant aux tranches spécifiques, la trame 402 comprend une tranche 406 pour le temps de verrouillage du synthétiseur. Les quatre tranches suivantes concernent des champs de données primaires aller et redondantes aller et des champs de données primaires retour et redondantes retour. En particulier, la tranche 408 concerne une tranche de données primaires aller (base-combiné). La tranche 410 est un champ de données redondantes aller. La tranche 412 est un champ de données primaires retour (combiné-base), alors que la tranche 414 est un champ de données redondantes retour. La tranche 416 est une tranche de temps de synthétiseur. Les deux tranches suivantes sont la tranche de position 418 et une tranche vierge 420. La tranche de position est utilisée pour transmettre un champ de synchronisation de base qui est utilisé pour synchroniser les stations de base. Un message de position comprendrait une pluralité de signaux de position transmis sur la tranche de position. La tranche vierge peut être utilisée pour détecter le trafic des combinés d'une autre station de base à synchroniser à cette station de base. D'une autre manière, la tranche de position pourrait être utilisée pour détecter un signal de position à synchroniser à une autre station de base. Comme indiqué à la figure 4, la tranche de temps primaire aller 408 de la trame primaire 402 est également transmise dans la tranche redondante aller 426 de la trame redondante 404. A savoir que la tranche redondante contient des informations correspondant à la tranche primaire des trames précédentes. De la même manière, la tranche primaire retour 412 de la trame primaire 402 est transmise dans la tranche redondante retour 430 de la trame de temps redondante 404. Le fonctionnement de la transmission des champs de données primaires et redondantes est bien connu dans l'art et ne sera donc pas décrit plus en détail. Cependant, on comprendra qu'un système transmettant une tranche redondante n'aura pas besoin d'être employé suivant la présente invention, et une trame unique pourrait être transmise. La figure 4 représente également la structure en tranches préférée d'une tranche de données que ce soit dans le sens aller ou le sens retour, ou une tranche primaire ou une tranche redondante dans les deux sens. Les champs préférés pour un champ de canaux à commande numérique (DCCH) 450 sont illustrés. Chaque tranche de données DCCH comprend un champ rampe/garde (R/G) 454, un champ de préambule 456, un champ de synchronisation 458, un champ de données 460, un champ de contrôle de redondance cyclique (CRC) 462 et un champ R/G 464. Un champ de trafic numérique 452 est également illustré. Le champ de préambule représente un signal de repère pour identifier la station de base. Le combiné pourrait être synchronisé à la station de base en fonction du préambule transmis sur le canal à commande numérique. Dans le canal retour, le signal de repère identifierait le combiné. La tranche de données de canaux à trafic numérique comprend un champ R/G 466, un champ de synchronisation 468, un canal à commande associée lent (SACCH) 470, un champ CRC 472, un champ de charge de vocodeur 474, et un champ R/G 476. Bien que le protocole de champs de données préféré soit décrit à la figure 4, un nombre de champs moins important ou supplémentaire peut être transmis dans le cadre de la présente invention. sans bruit dans un système à saut de fréquence lent. Ainsi qu'il sera décrit de manière plus détaillée en référence à la figure 8, l'inversion des rôles permettra également l'intercommunication combiné- combiné dans un environnement de communications mobiles ayant une station de base personnelle (à savoir, station de base privée ou de bureau) conçue pour communiquer avec plusieurs combinés. Sur la figure 5, la base et le combiné d'une paire base/combiné ne se trouvent pas en procédure d'appel et ne transmettent donc pas de signaux à une étape 504. Lorsque le combiné lance un appel, le combiné se synchronise sur une autre station de base quelconque en détectant un signal de position sur une tranche de position ou en détectant un trafic de combiné sur une tranche vierge à une étape 506. Le combiné assume ensuite un rôle maître à une étape 508. En tant que maître, le combiné appelle la station de base à une étape 510. La sonnerie peut être transmise dans un bloc de données 460 dans un bloc de canaux à commande numérique (DCCH) (combiné- base) inverse 450. A une étape 512, le combiné revient au fonctionnement normal du combiné en tant qu'esclave. De la même manière, la base revient au fonctionnement normal de la base en tant que maître, à une étape 514. Si une réponse d'activation de la base est reçue à l'étape 516, le fonctionnement normal de la paire base/combiné est assuré à l'étape 518. Si aucune réponse n'est reçue, le combiné tente de se synchroniser sur un autre trafic de combiné à l'étape 506. Sur la figure 6, on a représenté le procédé de réception d'un appel suivant la présente invention. La station de base et le combiné restent silencieux à une étape 604. Pour recevoir un appel, le combiné doit détecter un appel de la station de base. Si le combiné est en mode économie de batterie, le combiné est en veille périodique et écoute la station de base à une étape 606. Lors de la détection de la sonnerie, par exemple, un appel en provenance d'un réseau à ligne terrestre, la base transmet un code combiné et appel en répétition à une étape 608. La station de base transmet, de préférence, le code combiné et appel pendant une période étendue pour pallier le cycle de désactivation du combiné et la disparité temporelle accumulée pendant cette période. Si le code combiné et appel est reçu, le combiné transmet un accusé de réception à la station de base à une étape 610. Si la station de base reçoit un accusé de réception à une étape 612, la station de base décroche, commence la procédure d'appel et le fonctionnement normal à une étape 614. Si aucun accusé de réception n'est reçu par la base, la base transmet de nouveau un code combiné et appel à l'étape 608. Sur la figure 7, un organigramme d'appel représente le fonctionnement du maître de synchronisation et d'un esclave de synchronisation, et, en particulier, la configuration du combiné en tant que maître de synchronisation et soit un combiné soit une station de base en tant qu'esclave de synchronisation. Le rôle habituel d'une station de base est celui de maître de synchronisation, alors que le rôle habituel 0 d'un combiné est celui d'esclave de synchronisation. Ordinairement, dans un système à saut de fréquence lent, une position en format de tranche DCCH est transmise par le maître de synchronisation au moins une fois par rotation de saut pour fournir la synchronisation du combiné et indiquer également qu'aucune sonnerie ni appel n'est intervenu(e). Comme indiqué à la figure 7, le maître de synchronisation transmet toujours dans une phase fixe ((l). L'esclave ajuste ensuite son indicateur de trame unique sur l'élément (1 + le retard de phase Od transmis du canal. L'esclave de synchronisation transmet ensuite en alignement avec sa phase reçue, plus un retard décalage, dans un système TDD. Le maître de synchronisation ajuste ensuite son deuxième indicateur de trame sur le trafic reçu de l'esclave de synchronisation, en recevant une phase de (1 + 2 esclave de synchronisation. Sur la figure 8, on a représenté une autre utilisation de combinés fondée sur le rôle inverse d'un combiné dans un système de communications. En inversant le rôle d'un combiné pour qu'il fonctionne en tant que base, une paire de combinés pourrait communiquer indépendamment de la base. A une étape 804, un mode d'intercommunication est sélectionné. Le mode d'intercommunication pourrait être sélectionné à la base ou par un combiné. L'un des combinés est ensuite établi comme maître de synchronisation à une étape 808. Le deuxième combiné reste esclave de synchronisation à une étape 810. Les deux combinés communiquent ensuite de manière similaire à une paire normale combiné-base à une étape 812. Si la communication se termine à une étape 814, le premier combiné revient à un rôle d'esclave de synchronisation à une étape 816. Cette autre utilisation de combinés procure une plus grande fonctionnalité à un système de communications sans fil conçu pour fonctionner avec plusieurs combinés. Sur la figure 9, on décrit un procédé préféré pour obtenir ou maintenir une synchronisation entre les unites maître et esclave par l'utilisation de la DPLL 231 (à savoir, synchronisation d'un combiné à une station de base ou d'un combiné à un combiné). En particulier, une tranche est établie comme source de synchronisation à une étape 904. La station de base déterminera ensuite si un signal de repère valide est reçu à une étape 906. Si un signal de repère valide est reçu, la station de base déterminera alors si le repère est reçu initialement à une étape 908. Si la position est reçue initialement, la station de base ajustera le compteur de trames initialement à une étape 910. Cependant, si la position n'est pas reçue initialement, la station de base ajustera le compteur de trames ultérieurement à une étape 912. On comprendra, cependant, que d'autres procédés qui sont connus dans l'art pourraient être employés pour maintenir la synchronisation. En résumé, la présente invention décrit un procédé et un appareil pour augmenter l'efficacité du spectre dans un système de communications sans fil ayant des stations de base qui peuvent être placées pour fonctionner à portée l'une de l'autre. Le procédé et l'appareil supprime la nécessité pour une station de base de transmettre périodiquement des signaux pour maintenir la synchronisation avec un combiné associé. Suivant la présente invention, le combiné assume effectivement le rôle d'une station de base lorsqu'il réalise un appel. La station de base se synchronisera avec un autre trafic de combiné ou une autre station de base qui se trouve à portée. Le combiné appellera alors la station de base. La suppression de la nécessité pour la station de base de transmettre à maintes reprises un signal pour maintenir la synchronisation avec un combiné, augmente de manière significative l'affectation du spectre disponible pour assurer la communication. Inverser le rôle d'un combiné permet également une communication combiné-combiné indépendamment de la station de base. Bien que des modes de réalisation spécifiques soient décrits ci-dessus, des variations et modifications de l'invention du demandeur resteront dans l'esprit et dans le cadre de l'invention. L'invention du demandeur sera limitée uniquement par les revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre dans un système de communications sans fil numérique à accès multiple ayant une station de base et un dispositif portatif conçu pour communiquer avec ladite station de base sans fil, ledit procédé étant caractérisé par les étapes de: maintien (504) du silence haute fréquence (HF) à ladite station de base; établissement (508) dudit dispositif portatif en tant que maître de synchronisation lors du lancement d'un appel par ledit dispositif portatif; et établissement (510) d'une liaison de communication entre ledit dispositif portatif et ladite station de base. 2. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 1, caractérisé de plus par une étape d'établissement (508) de la station de base en tant qu'esclave de synchronisation. 3. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 2, caractérisé de plus par une étape de rétablissement (514) de la station de base en tant que maître de synchronisation après l'établissement de ladite liaison de communication. 4. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 1, caractérisé de plus par une étape de rétablissement (512) du combiné en tant qu'esclave de synchronisation. 5. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 1, caractérisé de plus par une étape de surveillance périodique (516), audit dispositif portatif, d'un signal d'appel transmis par ladite station de base. 6. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 1, dans lequel ladite étape d'établissement d'une liaison de communication entre un dispositif portatif et une station de base est caractérisée par l'établissement d'une liaison de communication entre un dispositif portatif et une station de base autonome personnelle. 7. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 1, dans lequel ladite étape d'établissement d'une liaison de communication est caractérisée par la transmission de signaux sur un système de communications à accès multiple par répartition dans le temps (AMRT). 8. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 7, dans lequel ladite étape de transmission de signaux sur un système de communications à accès multiple par répartition dans le temps (AMRT) est caractérisée de plus par la transmission de signaux sur un système de communications duplex par répartition dans le temps (TDD). 9. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre selon la revendication 1, dans lequel ladite étape d'établissement d'une liaison de communication est caractérisée par la transmission de signaux sur un système de communications à saut de fréquence lent à accès multiple par répartition dans le temps (AMRT). 10. Procédé pour augmenter l'efficacité du spectre dans un système de communications à saut de fréquence ) lent à accès multiple par répartition dans le temps (AMRT) ayant une station de base et un dispositif portatif conçu pour communiquer avec ladite station de base sans fil, ledit procédé étant caractérisé par les étapes de: maintien (502) du silence haute fréquence (HF) à ladite station de base et audit dispositif portatif; surveillance périodique (506), audit dispositif portatif, d'un signal d'appel transmis par ladite station de base; établissement (508) dudit dispositif portatif en tant que maître de synchronisation lors du lancement d'un appel par ledit dispositif portatif; transmission (510) d'un signal par ledit dispositif portatif à ladite station de base pour établir une liaison de communication; établissement de la station de base en tant qu'esclave de synchronisation lors de la réception dudit signal en provenance dudit dispositif portatif; établissement d'une liaison de communication entre ledit dispositif portatif et ladite station de base; transmission (516) d'un signal d'accusé de réception de ladite station de base audit dispositif portatif; rétablissement (514) de la station de base en tant que maître de synchronisation; rétablissement (512) dudit dispositif portatif en tant qu'esclave de synchronisation; et poursuite de la communication.