Brevet FR2726425A1 — publié le 19960503

Procédé de transfert de cellule à cellule d'une communication établie avec un mobile, dans un réseau cellulaire de radiocommunications avec des mobiles. La présente invention concerne de manière générale un procédé de transfert de cellule à cellule d'une communication établie avec un mobile dans un réseau cellulaire numérique de radiocommunications avec des mobiles. Un tel transfert est désigné par "handover" en terminologie anglo-saxonne. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de transfert sécurisé, dans un réseau de transport, d'une communication établie avec un mobile à partir d'un canal courant associé à une station de base courante vers un canal suivant associé à une station de base suivante. Ce procédé et mis en oeuvre le long d'un trajet du mobile qui est associé de manière déterministe à des stations de base successives d'un réseau de radiocommunications avec des mobiles.En outre, le réseau est synchronisé, ce qui signifie que les stations de base dans le réseau sont synchronisées entr'elles à une différence de marche temporelle près sensiblement nulle. Les intervalles temporels élémentaires de transport de canal émis et reçus par deux stations de base quelconques du réseau de radiocommunications coïncident entre eux. Dans un réseau numérique cellulaire de type G.S.M (Global System for Mobile Communication), le transfert, à partir d'un canal courant vers un canal suivant, d'une communication apparait comme une phase critique dans la gestion de la communication. Un tel transfert peut induire en effet deux types de rupture momentanée de la communication, dites de synchronisation et de puissance. La rupture momentanée de synchronisation, ayant typiquement une durée sensiblement égale à 20 ms dans le G.S.M, a pour origine la synchronisation du mobile. Ce dernier, synchronisé temporellement et fréquentiellement sur le canal courant avant le transfert, doit se synchroniser de nouveau après le transfert, sur le canal suivant. Pendant un délai de nouvelle synchronisation du mobile, la communication est momentanément interrompue.La rupture de puissance résulte pour sa part du fait que le mobile à l'instant de changement de cellule se trouve à des distances maximales admissibles par rapport aux stations de base courante et suivante. Pour une zone fictive à la frontière de séparation de deux cellules, la puissance des données reçues par le mobile dans cette zone en provenance de chacune des stations de base courante et suivante a donc une puissance minimale. I1 peut donc se produire, en raison de phénomènes de propagation radioélectrique, que le mobile ne reçoive plus momentanément les données de la communication. La technique antérieure prévoit de remédier aux causes de rupture de synchronisation de la communication en fournissant un réseau synchronisé dans lequel les canaux courant et suivant impliqués dans un transfert d'une communication sont identiques. Cette identité des canaux courant et suivant dans le G.S.M se traduit par un même intervalle de temps et une même fréquence. Elle ne prévoit pas par contre de pallier les ruptures, dites de puissance, d'une communication établie. Un objectif principal de l'invention est de fournir un procédé de transfert sécurisé de canal à canal d'une communication établie avec un mobile dans un réseau de radiocommunications avec des mobiles, remédiant efficacement à ces ruptures de puissance d'une communication. A cette fin, un procédé de transfert sécurisé, dans un réseau de transport, d'une communication établie avec un mobile à partir d'un canal courant associé à une station de base courante vers un canal suivant associé à une station de base suivante, le long d'un trajet dudit mobile qui est associé de manière déterministe à des stations de base successives d'un réseau de radiocommunications avec des mobiles, est caractérisé selon l'invention en ce que lesdits canaux courant et suivant sont identiques, et en ce que ledit procédé comprend les étapes cycliques de:: - réception par au moins une station de base suivante, préalablement activée, dans ledit canal suivant de données montantes de ladite communication établie qui sont émises dans ledit canal courant par ledit mobile, - mesure d'une différence de marche temporelle entre des instants respectifs de réception desdites données montantes par la station de base courante dans ledit canal courant d'une part, et par la station de base suivante dans ledit canal suivant d'autre part, - émission simultanée, pendant une durée donnée, de données descendantes de ladite communication dans lesdits canaux courant et suivant respectivement par lesdites stations de base courante et suivante, dès lors que ladite différence de marche temporelle est inférieure à un premier seuil prédéterminé, et - à l'expiration de ladite durée donnée, libération de ladite communication dans ledit canal courant, et validation de ladite communication dans le canal suivant, en un nouveau canal courant. Selon une première variante, la durée donnée est une durée fixe prédéterminée. Selon une seconde variante, la durée donnée expire dès lors que la différence de marche temporelle est supérieure à un second seuil prédéterminé. Avantageusement, il est prévu la détermination de ladite station de base suivante en fonction de ladite station de base courante, de stations de base source et cible entre lesquelles est opéré un transfert de cellule à cellule non sécurisé à partir de ladite station de base source à travers laquelle est établie la communication, et d'un chainage de stations de base mémorisé dans l'infrastructure du réseau de radiocommunications. En pratique, deux trajets de sens opposés sont définis pour un tronçon du réseau de transport dans lequel est destiné à être mis en oeuvre l'invention. I1 est alors prévue la sélection d'un canal vers lequel est opéré le transfert non sécurisé de la communication vers la station de base cible, dans l'un respectif de deux ensembles de canaux en fonction dudit trajet. Les stations de base successives du réseau de radiocommunications qui sont associées de manière déterministe au trajet du mobile comprennent toutes les stations de base comprises entre la station de base cible vers laquelle est opéré le transfert de canal à canal non sécurisé et une dernière station de base associée à un noeud ou à une extrémité du réseau de transport. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaltront plus clairement à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels - la figure 1 représente des cellules de station de base successives couvrant une portion d'un réseau de transport sur lequel se déplacent des mobiles; - la figure 2 représente les étapes du procédé selon l'invention; et - la figure 3 est un diagramme cartésien d'une différence de marche temporelle entre des données reçues par deux stations de base voisines en provenance d'un mobile, en fonction de la position du mobile. I1 est important de noter que l'application du procédé selon l'invention de transfert sécurisé de canal à canal d'une communication établie avec un mobile est limitée à des trajets qui sont suivis par le mobile dans un réseau de transport de type "linéaire", typiquement ferroviaire ou autoroutier. La définition qui doit être donnée au terme "trajet" dans le cadre de l'invention est définie par l'interprétation résultant de ce qui suit. Chaque trajet dans un réseau de transport de type linéaire est associé de manière déterministe à des stations de base successives d'un réseau de radiocommunications avec des mobiles. Cette notion est explicitée en référence à la figure 1 qui représente une portion d'un réseau de transport ferroviaire, typiquement T.G.V. (Train à Grande Vitesse).La portion de réseau montrée comprend un noeud C et trois extrémités A, B et D, qui sont en pratique associés à des gares ferroviaires. Deux voies de sens opposés CD et DC relient entr'elles les gares C et D, deux voies de sens opposés CB et BC relient entr'elles les gares C et B et deux voies de sens opposés CA et AC relient entr'elles les gares C et A. La liaison entre les gares C et D est couverte par M=6 couvertures de station de base C100, C30, C31, C32, C33 et C34, la liaison entre les gares C et B est couverte par M=5 couvertures de station de base C100, C10, C11, C12 et C13, et la liaison entre les gares C et A est couverte par M=5 couvertures de station de base C100, C20, C21, C22 et C23. Toutes ces cellules ont des dimensions respectives sensiblement identiques.En pratique, l'écart entre les dimensions respectives de deux cellules est limité par une tolérance fixée par la technique de filtrage d'égalisation dans le terminal mobile. La tolérance d'égalisation est définie par une différence de marche temporelle maximale admissible entre deux signaux identiques reçus par le terminal. Pour une différence de marche inférieure à la différence de marche temporelle maximale admissible, l'égalisation a pour but d'absorber ladite différence de marche temporelle et ainsi, selon la technique antérieure, remédier au problème résultant de la propagation par multi-trajets. Elle est typiquement de 20 microsecondes pour les terminaux G.S.M. La définition d'un trajet sur lequel le procédé selon l'invention peut être appliqué est maintenant précisée.Soit un train donné, muni d'un mobile, en partance de la gare de noeud C à destination de la gare d'extrémité D. I1 est établi, au départ du train, une communication avec le mobile dans un canal véhiculé par une station de base source associée à la couverture source C100. La destination du train n'est pas connue a priori du réseau mobile et, en résultat du déplacement du train, le premier transfert de la communication à partir de la cellule C100 vers la cellule cible C30 est opéré de manière conventionnelle, c'est à dire non sécurisée. Typiquement, dans le cadre du G.S.M, un tel transfert non sécurisé résulte de l'émission par le mobile de niveaux de puissance respectifs de signaux de fréquence balise émis par les stations de base avoisinantes. L'infrastructure du réseau de radiocommunications, ou réseau mobile, typiquement contrôleur de station de base ou commutateur du service mobile, recevant de tels niveaux de puissance mesurés prend une décision de transfert de la communication vers la station de base cible C30 dont le signal de fréquence balise est reçu avec une puissance maximale par le mobile.Selon l'invention, l'infrastructure du réseau mobile mémorise le chaînage, ou succession, des stations de base pour chacune des liaisons A de/vers C, B de/vers C et D de/vers C. Suite à ce transfert non sécurisé de la communication à partir de la cellule C100 vers la cellule C30, peuvent être déduites dans l'infrastructure du réseau mobile, les cellules successives C31 à C34 traversées par le mobile puisqu'est connu, d'une part, en fonction du transfert non sécurisé le sens du mobile, et, d'autre part, à partir du chaînage mémorisé, les stations de base successives dans ce sens. Ainsi, pour un train en partance de C et allant vers D, le trajet du mobile pouvant être associé de manière déterministe à des stations de base successives du réseau de radiocommunications débute à compter d'une localisation du mobile dans la cellule C30, et cela après le transfert non sécurisé et se termine à la gare d'extrémité C34. Selon un autre exemple, pour un train en partance de D et allant vers A, le trajet du mobile pouvant être associé de manière déterministe à des stations de base successives du réseau de radiocommunications débute à compter d'une localisation du mobile dans la cellule C33, et cela après le transfert non sécurisé à partir de la cellule C34 vers ladite cellule C33, et se termine pour une localisation du mobile dans la cellule associée à la gare A .En pratique, les stations de base successives du réseau de radiocommunications qui sont associées de manière déterministe audit trajet du mobile comprennent toutes les stations de base comprises entre la station de base cible vers laquelle est opéré un premier transfert de canal à canal non sécurisé, ou conventionnel, à partir d'une station de base source à travers laquelle est établie la communication, et une dernière station de base associée à un noeud ou à une extrémité du réseau de transport. Mis à part le cas de la station de base suivante cible vers laquelle est opéré un transfert de cellule à cellule non sécurisé à partir d'une première station de base source à travers laquelle est établie la communication, une station de base suivante, ou plusieurs stations de base suivantes dans le cas d'une gare de noeud, peuvent être déterminées dans l'infrastructure en fonction de la station de base courante, du sens du mobile défini par les stations de base source et cible entre lesquelles est opéré ledit transfert de cellule à cellule non sécurisé, et du chaînage de stations de base mémorisé dans l'infrastructure du réseau de radiocommunications. Cette possibilité de déterminer la ou les stations de base suivantes en fonction de la station de base courante permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, maintenant décrit en référence à la figure 2. Initialement, selon la première étape ET1, des données montantes, émises du mobile M vers l'infrastructure 1, et descendantes, émises de l'infrastructure 1 vers le mobile M, de la communication COM véhiculée dans un canal courant CH1, transitent à travers une station de base courante B(n-1), de rang (n-1). Selon l'étape ET2, dès lors que cette communication COM est véhiculée à travers la station de base B(n-l), l'infrastructure 1 active ACT en réception sur un canal suivant CH2, identique audit canal courant CH1, la station de base suivante B(n) de rang n. L'identité des canaux CH1 et CH2 se traduit dans un réseau numérique par des fréquences, ou séquences de fréquences en technique de saut de fréquence, et des intervalles de temps identiques. La station de base suivante B(n) est déterminée par l'infrastructure, tel que cela a été décrit précédemment. En réponse, selon l'étape ET3, la communication est toujours véhiculée dans le canal CH1 à travers la station de base B(n-1), et, en outre, les données montantes DM de la communication qui sont émises par le mobile M sont reçues par la station de base suivante B(n) activée en réception. En raison de la différence entre les deux distances séparant le mobile M respectivement des stations de base courante B(n-1) et suivante B(n), les données montantes de la communication COM reçues par l'infrastructure 1 à travers la station de base courante B(n-1) et ces mêmes données montantes DM de la communication COM reçues par l'infrastructure 1 à travers la station de base suivante B(n) présentent entr'elles une différence de marche temporelle TA. Cette différence de marche temporelle TA est égale à la différence des temps de propagation entre le mobile d'une part, et les deux stations de base B(n-l) et B(n) d'autre part. Selon l'étape ET4, il est déterminé dans l'infrastructure 1 si cette différence de marche temporelle TA mesurée est inférieure à un seuil prédéterminé S.Dès lors que ladite différence de marche temporelle TA est inférieure au seuil prédéterminé, il est prévue l'émission simultanée, pendant une durée donnée T, des données descendantes de la communication vers le mobile M dans lesdits canaux courant CH1 et suivant CH2 respectivement par lesdites stations de base courante et suivante (étape ET5), l'émission des données descendantes dans le canal CH1 étant déjà effective. Des mesures de puissance et mesures de qualité des signaux reçus par les stations de base courante B(n-1) et suivante B(n) respectivement dans les canaux courant CH1 et suivant CH2, peuvent en outre être prévues pour valider l'étape d'émission simultanée. Ainsi une technique de diversité en émission est mise en oeuvre par les stations de base B(n-1) et B(n), qui garantit une meilleure qualité de réception de la communication par le mobile M.En outre, cette diversité en émission n'est effective que pendant la durée donnée T afin d'éviter un brouillage entre les données transmises dans les canaux courant et suivant. En pratique, cette durée donnée T est telle que la différence des temps de propagation respectifs entre le mobile M et la station de base B(n-l) d'une part, et le mobile M et la station de base B(n) d'autre part, pendant ladite durée donnée T ne soit pas trop élevée. Deux variantes sont proposées pour le choix de la durée donnée T. Selon une première variante, la durée donnée T est une durée fixe prédéterminée définie dans l'infrastructure 1. Selon une seconde variante, cette durée donnée T expire dès lors que la différence de marche temporelle TA redevient inférieure à un seuil prédéterminé pouvant être identique au seuil prédéterminé S déclenchant l'émission simultanée. La figure 4 illustre cette seconde variante. Elle montre, sous forme de diagramme cartésien, la valeur prise par la différence de marche temporelle TA en fonction de la position x du mobile M relativement aux stations de base courante et suivante B(n-l) et B(n).L'émission simultanée est déclenchée dès que la différence de marche temporelle TA est supérieure au seuil S, pour une position xl du mobile, et est interrompue dès que cette différence de marche temporelle TA redevient supérieure à ce seuil S, pour une position x2 du mobile M. Après expiration de la durée donnée T, l'infrastructure libère LIB le canal courant CH1 associé à la station de base B(n-l), et la communication COM est validée dans le canal suivant CH2 associé à la station de base B(n). La communication COM dans le canal suivant CH2 doit être uniquement validée par l'infrastructure 1, puisque ce canal CH2 véhicule les données montantes DM à partir du mobile vers l'infrastructure 1 (étape ET3) et les données descendantes émises en provenance de l'infrastructure vers le mobile M (étape ET5).Etant entendu que le procédé selon l'invention présente un caractère itératif, comme représenté par l'étape ET7 d'incrémentation d'une unité de l'indice n, la station de base qui suit la station de base B(n), ellemême devenue une nouvelle station de base courante, soit la station de base B(n+l), est activée en réception selon un nouveau cycle de transfert sécurisé débutant à l'étape ET2. I1 est à noter que, dans l'infrastructure 1, suite à l'étape ET2, seules les données montantes de la communication COM reçues par l'infrastructure 1 à travers la station de base courante B(n-l) sont retenues, ou utilisées, pour la communication établie entre le mobile M et un poste distant, les données montantes DM de la communication COM reçues par l'infrastructure 1 à travers la station de base suivante B(n) étant seulement utilisées, en combinaison avec les données montantes de la communication COM reçues par l'infrastructure 1 à travers la station de base courante B(n-1), pour déterminer une différence de marche temporelle TA. Dans la description qui précède, et notamment en référence à l'étape ET2, une seule station de base suivante B(n) est activée. Néanmoins, dans le cas où le mobile traverse une gare de noeud, plusieurs stations de base suivantes sont activées selon l'invention. Ainsi par exemple, en référence à la figure 1, pour un mobile se déplaçant de D vers A, lors de la traversée de la cellule C100, il conviendra d'activer les deux stations de base suivantes respectives associées aux cellules C20 et C10. Une mesure de puissance est alors opérée dans chaque station de base suivante activée afin de libérer à l'expiration d'une durée prédéterminée le canal suivant de l'une respective des stations de base suivantes qui ne reçoit pas la communication établie avec une puissance suffisante, soit la station de base associée à la couverture C10 dans l'exemple précité. Chaque tronçon du réseau de transport entre gare(s) de noeud C et/ou gare(s) d'extrémité A, B et D définit deux trajets de sens opposés qui sont portés par deux voies respectives, telles que AC et CA pour le tronçon reliant A à C. Pour un trajet d'un premier mobile porté par une voie dans un sens donné, le procédé de l'invention requiert la disponibilité d'un canal suivant dans la station de base suivante qui est identique au canal courant véhiculant la communication avec le mobile.Ainsi, il est nécessaire que soient définis deux ensembles respectifs de canaux pour les deux sens, à défaut de quoi il peut se produire qu'un mobile dans un train ne puisse bénéficier d'un canal suivant dans une station de base suivante qui est identique au canal courant dans la station de base courante, dans le cas où le canal suivant est déjà utilisé par un mobile dans un train venant en sens opposé. L'invention remédie à cela en proposant que dans toutes les stations de base d'un tronçon du réseau de transport, un ensemble respectif de canaux soit alloué à chacun des deux sens de déplacement des trains. I1 est en outre prévu, dans l'infrastructure 1, que le canal vers lequel est opéré le transfert non sécurisé, ou premier transfert, à partir d'une station de base source d'établissement de communication vers une station de base cible, soit sélectionné dans l'un respectif de deux ensembles de canaux en fonction du sens du mobile. Ce sens est connu de l'infrastructure en fonction, d'une part, de la station de base source à travers laquelle est établie la communication et, d'autre part, de la station de base cible vers laquelle est requis le transfert de canal. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de transfert sécurisé, dans un réseau de transport, d'une communication établie avec un mobile (M) à partir d'un canal courant (CH1) associé à une station de base courante (B(n-l)) vers un canal suivant (CH2) associé à une station de base suivante (B(n)), le long d'un trajet dudit mobile (M) qui est associé de manière déterministe à des stations de base successives d'un réseau de radiocommunications avec des mobiles, caractérisé en ce que lesdits canaux courant et suivant (CH1, CH2) sont identiques, et en ce que ledit procédé comprend les étapes cycliques de:: - réception (ET3) par au moins une station de base suivante (B(n)), préalablement activée, dans ledit canal suivant (CH2) de données montantes (DM) de ladite communication établie qui sont émises dans ledit canal courant (CH1) par ledit mobile (M), - mesure d'une différence de marche temporelle (TA) entre des instants respectifs de réception desdites données montantes par la station de base courante (B(n-l)) dans ledit canal courant (CH1) d'une part, et par la station de base suivante (B(n)) dans ledit canal suivant (CH2) d'autre part, - émission simultanée (ET5), pendant une durée donnée (T), de données descendantes de ladite communication dans lesdits canaux courant et suivant (CH1, CH2) respectivement par lesdites stations de base courante et suivante (B(n-l), B(n)), dès lors (ET4) que ladite différence de marche temporelle (TA) est inférieure à un premier seuil prédéterminé (S), et - à l'expiration de ladite durée donnée (T), libération (ET6, LIB) de ladite communication dans ledit canal courant, et validation de ladite communication dans le canal suivant (CH2), en un nouveau canal courant. 2 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé par la détermination de ladite station de base suivante (B(n)) en fonction de ladite station de base courante (B(n1)), de stations de base source et cible entre lesquelles est opéré un transfert de cellule à cellule non sécurisé à partir de ladite station de base source à travers laquelle est établie la communication, et d'un chaînage de stations de base mémorisé dans l'infrastructure (1) dudit réseau de radiocommunications. 3 - Procédé conforme à la revendication précédente, selon lequel deux trajets de sens opposés sont définis pour un tronçon du réseau de transport, caractérisé par la sélection d'un canal vers lequel est opéré le transfert non sécurisé de la communication vers la station de base cible, dans l'un respectif de deux ensembles de canaux en fonction dudit trajet. 4 - Procédé conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites stations de base successives dudit réseau de radiocommunications qui sont associées de manière déterministe audit trajet du mobile (M) comprennent toutes les stations de base comprises entre ladite station de base cible vers laquelle est opéré un transfert de canal à canal non sécurisé et une dernière station de base associée à un noeud ou à une extrémité dudit réseau de transport. 5 - Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite durée donnée (T) est une durée fixe prédéterminée. 6 - Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite durée donnée (T) expire dès lors que la différence de marche temporelle (TA) est supérieure à un second seuil prédéterminé (S).