Brevet FR2745134A1 — publié le 19970822

PROCèDE D'STABLISSSMENT D'UNE COMMUNICATION ENTRE DIS TERMINAUX MOBILES D'UN RESEAU DE RADIOCOMNUNICATION NUMéRIQUE La présente invention concerne un procédé pour établir une communication entre des terminaux mobiles d'un réseau de radiocommunication numérique. L'invention s'applique notamment à des réseaux de radiocommunication numérique comportant un ou plusieurs relais fixes ou mobiles aptes à communiquer avec les terminaux mobiles, les terminaux mobiles situés sous la couverture d'un relais pouvant ainsi communiquer entre eux, ou encore avec d'autres terminaux mobiles du réseau ou avec des équipements d'autres réseaux selon les interfaces dont sont équipés les relais. Lorsqu'un terminal mobile échappe à la couverture du ou des relais du réseau radio, on peut avoir besoin d'une procédure permettant d'établir une communication directe entre ce terminal mobile et un ou plusieurs autres terminaux mobiles du réseau, afin de permettre au détenteur du terminal situé en dehors de la zone de couverture d'envoyer des messages d'urgence à destination d'un ou plusieurs autres utilisateurs du réseau. Un but de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'établir une telle communication entre deux terminaux mobiles de manière efficace et sans perturber le trafic normal du réseau. Selon l'invention, un premier terminal mobile émet sur un canal d'appel particulier un signal radio d'appel représentant une séquence périodique prédéterminée. Au moins un second terminal mobile surveille régulièrement le canal d'appel pour détecter la présence ou l'absence du signal d'appel. La surveillance du canal d'appel par le second terminal comporte la démodulation du signal radio capté par le second terminal sur le canal d'appel pour fournir un signal numérique utile de m échantillons complexes avec une période d'échantillonnage de Tb, et la détection de la présence ou de l'absence du signal d'appel à partir d'une maximisation du module de corrélations de la forme où q désigne une constante entière postive, p désigne une variable entière comprise entre 0 et q.n-1, n étant un entier tel que la période de ladite séquence prédéterminée soit de n.Tb, (.)* désigne le complexe conjugué, Sd(k)=S(k).S(k)*, S(k) désignant le k-ième échantillon du signal utile, Rd(t)=Ref(t+Tb) .Ref(t)*, Ref(t) désignant la valeur au temps t de ladite séquence périodique prédéterminée. Ce mode de détection d'un signal d'appel entre deux terminaux a l'avantage d'être robuste aux conditions de bruit ambiant sur le canal d'appel, et à un éventuel écart de fréquence entre les oscillateurs de l'émetteur et du récepteur. Dans un réseau radio, les relais ont généralement des oscillateurs très précis (par exemple à 0,5 ppm près), alors que ceux des terminaux mobiles sont souvent moins précis (une tolérance de 5 ppm par exemple). Le terminal mobile ayant échappé à la couverture du ou des relais et émettant le signal d'appel n'est plus calé sur l'oscillateur local d'un relais, de sorte que le décalage en fréquence entre les mobiles émetteur et récepteur peut dépasser les valeurs admises pour les liaisons normales entre un terminal mobile et un relais. En employant les corrélations C(p), le procédé selon l'invention permet de s'affranchir des problèmes posés par un tel décalage en fréquence. L'invention permet même d'estimer la valeur de ce décalage en fréquence. Ainsi, dans une version préférée du procédé, la surveillance du canal d'appel par le second terminal mobile comporte une détermination d'une corrélation ayant un module maximal parmi les corrélations C(p) pour 0spsq.n-1, et une estimation d'un écart de fréquence entre la fréquence selon laquelle le premier terminal mobile émet le signal d'appel et la fréquence selon laquelle le second terminal démodule le signal capté, l'écart de fréquence estimé étant l'argument, compris entre -x et x, de ladite corrélation de module maximal, divisé par 2X.Tb. Le second terminal peut décider que le signal d'appel est absent si l'écart de fréquence ainsi estimé dépasse, en valeur absolue, un seuil prédéterminé. L'estimation de l'écart de fréquence peut en outre servir à définir un critère de décision de présence ou d'absence du signal d'appel, présentant une robustesse maximale au bruit ambiant. La surveillance du canal d'appel par le second terminal mobile peut ainsi comporter l'obtention d'une corrélation corrigée S3 et de deux énergies Es, Et selon où AF désigne l'écart de fréquence estimé et pmax désigne un entier compris entre 0 et q.n-1 pour lequel la corrélation C(p) a un module maximal Lorsque le rapport S3ï2/(Es.Et) est inférieur à un seuil prédéterminé, le second terminal mobile détecte une absence du signal d'appel. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma simplifié d'un réseau de radiocommunication - la figure 2 est un schéma synoptique général d'un procédé d'établissement d'une communication entre terminaux mobiles selon l'invention - les figures 3 et 4 sont des organigrammes illustrant les étapes d'une procédure de détection d'un signal d'appel hors zone ; et - la figure 5 est un organigramme illustrant une variante de la procédure de détection du signal d'appel hors zone. L'invention sera décrite ci-après, sans que cela soit limitatif, à un réseau de radiocommunication numérique à accès multiples par répartition fréquentielle (FDMA). Le réseau comporte un ou plusieurs relais radio fixes ou mobiles. Un seul relais 10 est représenté sur la figure 1 pour simplifier le dessin. Chaque relais 10 est apte à communiquer avec des terminaux mobiles 11, 12, 13. Pour des accès simultanés de plusieurs terminaux mobiles au relais, il est prévu un partage fréquentiel de la bande passante disponible, comme il est usuel dans les techniques FDMA. Comme indiqué précédemment, l'invention vise à fournir une procédure permettant à un terminal mobile 13 ayant échappé à la zone de couverture 15 du ou des relais 10 d'entrer en communication "hors zone" avec un ou plusieurs terminaux mobiles du réseau qui pourraient se trouver à sa portée. Ceci permet au détenteur du terminal mobile 13 de faire connaître des messages urgents à d'autres utilisateurs du réseau, lesquels peuvent, si cela leur paraît nécessaire et s'ils se trouvent eux-mêmes à portée d'un relais du réseau, faire part de ces messages à d'autres utilisateurs du réseau. A cette fin, il est prévu la réservation d'au moins deux canaux fréquentiels pour ce type de communication, à savoir un canal d'appel hors zone pour l'émission d'un signal d'appel hors zone par le mobile 13, et au moins un canal de communication hors zone pour transporter les signaux de phonie correspondants. En général, il suffira que les communications hors zone s'effectuent en mode alternat, de sorte qu'on pourra se contenter d'un seul canal de communication hors zone. Le procédé d'établissement d'une communication hors zone est illustré par la figure 2. La première étape 20 consiste, pour le détenteur du terminal mobile 13 ne parvenant pas à obtenir une communication normale avec un relais 10, à commander un appel hors zone. Cette commande peut résulter de la manipulation d'un bouton prévu à cet effet sur les terminaux mobiles. En réponse à cette commande, le terminal 13 émet à l'étape 21 un signal d'appel hors zone sur le canal d'appel hors zone. Ce signal d'appel représente une séquence périodique de référence de période n.Tb, où n est un entier (par exemple n=16) et Tb désigne la durée d'un bit dans le système de radiocommunication numérique, (par exemple Tb=125 Rs pour une fréquence d'échantillonnage de 8 kHz). Le motif de n temps-bit de la séquence périodique est répété pendant une durée T1 qui est par exemple de l'ordre de 3 à 4 secondes. Ce motif est composé de n échantillons de valeurs prédéfinies Ref(l),...,Ref(n). Ces échantillons peuvent être binaires, réels (représentés par exemple sur 8 bits) ou complexes.Le signal d'appel est modulé, par exemple selon une modulation GMSK, et émis autour de la fréquence centrale du canal d'appel hors zone. Il peut être émis à la puissance maximale permise par le mobile pour maximiser les chances de détection par un autre mobile. Après avoir émis le signal d'appel pendant la durée T1, le terminal mobile 13 se place en situation d'écoute du canal de communication hors zone (étape 22). Les terminaux mobiles actifs du réseau écoutent régulièrement le canal d'appel hors zone. Cette écoute est répétée à intervalles de temps T2 T3=20 ms). Cette durée T3 est divisée en quatre périodes, la première pour réaliser la commutation en fréquence vers la fréquence du canal d'appel hors zone, la seconde pour effectuer un contrôle automatique de gain selon la puissance captée sur le canal d'appel hors zone, la troisième fournissant une fenêtre de signal utile, et la quatrième pour réaliser la commutation de fréquence vers le canal sur lequel le terminal était précédemment positionné.La fenêtre de signal utile représente typiquement une durée de 4 ms, soit m=32 échantillons complexes à la fréquence 1/Tb=8 kHz. L'étape 23 sur la figure 2 représente la démodulation du signal capté par un terminal mobile 12 sur le canal d'appel hors zone, fournissant les m échantillons complexes S(1),...,S(m) du signal utile. Le terminal mobile 12 détecte ensuite, à l'étape 24, la présence ou l'absence du signal d'appel hors zone, sur la base des échantillons S(1),...,S (m) du signal utile et des valeurs Ref(l),...,Ref(n) du motif de la séquence de référence représentée par le signal d'appel hors zone. Si le terminal 12 ne détecte aucun signal d'appel hors zone sur le canal, il se repositionne sur son canal précédent.Si la présence d'un signal d'appel hors zone est détectée, le terminal 12 se place en condition d'émission sur le canal de communication hors zone (étape 25), et produit un signal d'alerte (sonnerie et/ou signal lumineux) pour prévenir son détenteur de l'appel hors zone. S'il constate ce signal d'alerte, le détenteur du terminal 12 peut alors entrer en communication sur le canal de communication hors zone avec l'utilisateur ayant requis l'appel hors zone. La commutation vers le canal de communication hors zone du terminal 12 ayant détecté le signal d'appel est de préférence automatique comme exposé ci-dessus, mais elle pourrait également être commandée par son détenteur prévenu par le signal d'alerte. Le processus de détection du signal d'appel hors zone est détaillé sur les organigrammes des figures 3 et 4. La figure 3 montre des traitements préliminaires nécessitant une petite quantité de calculs et permettant dans la plupart des cas de décider que le signal d'appel est absent. Ces traitements préliminaires permettent de minimiser la charge de calcul moyenne et donc la puissance électrique consommée par les terminaux mobiles pour les traitements en réception sur le canal d'appel hors zone. Le premier test 31 porte sur l'énergie Es du signal utile qui est comparée à un seuil X0. L'énergie du signal utile est calculée à l'étape 30 selon Si le test 31 montre que ES Si le test 31 montre une énergie suffisante du signal utile, on teste ensuite la périodicité de ce signal. La séquence de référence ayant une périodicité n.Tb, cette périodicité doit se retrouver dans le signal utile reçu si le signal d'appel est présent. A l'étape 32, le terminal mobile calcule une autocorrélation S1 et deux énergies E1, E2 selon Le rapport S1t2/(El.E2) est compris entre 0 et 1. Un seuil de décision X1 compris entre 0 et 1 est fixé pour décider si le signal utile présente la périodicité de la séquence de référence. Le test 33 compare le rapport ls,12/ (E1.E2) au seuil X1. Si /S112/(E1.E2) Les traitements représentés sur la figure 4 commencent par l'obtention 34 de signaux différentiels Sd(k) et Rd(t), selon Sd(k) = S(k+l).S(k)* Rd(t) = Ref(t+Tb).Ref(t)* pour k=0,1,...,m-l et t=(i+p/q)Tb avec i=0,1,...,m-1 et p=0,1,...,qn-1, q désignant un entier positif, avec la propriété de périodicité Ref(t+n.Tb)=Ref(t). L'entier q est de préférence égal à 2. Le signal différentiel Sd(k) est calculé par le terminal mobile en fonction du signal utile, tandis que le signal différentiel Rd(t) peut être mémorisé une fois pour toutes puisque la séquence de référence est fixe. A l'étape 35, le terminal calcule ensuite, pour p=0,1,...,qn-1, les corrélations C(p) données par Une maximisation 36 est exécutée pour déterminer l'entier pmax compris entre 0 et qn-l pour lequel le module de la corrélation C(p) est maximal. On note Cmax=C(pmax) la valeur de la corrélation de module maximal. La quantité 2x.pmax/(n.q) représente le déphasage entre le signal utile et le motif périodique de la séquence de référence. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 4, l'étape de maximisation 36 est suivie par le calcul 37 de deux énergies Ed et Er des signaux différentiels, données par: Le rapport Cmaxï2/(Ed.Er) est compris entre 0 et 1. Un seuil de décision X2 compris entre 0 et 1 est fixé pour décider si le signal utile présente une qualité suffisante par rapport à la séquence de référence. Le rapport Cmaxi2/(Ed.Er) est comparé à ce seuil X2 lors du test 38. Si Cmaxi2/(Ed.Er) Si l'écart de fréquence estimé AF dépasse, en valeur absolue, un seuil de fréquence AFmaX (test 40), le terminal mobile décide une absence du signal d'appel hors zone. Dans le cas contraire, il décide que le signal d'appel hors zone est présent. Pour des commodités de calcul, le test 40, exprimé par [|AF| > AFmaX?] sur la figure 4, peut être effectué sous la forme : [ïRe(Cmax) Le seuil de fréquence AFmaX est choisi en fonction de la fréquence nominale du canal d'appel hors zone et des tolérances sur la précision des terminaux mobiles et des relais. Si, par exemple, la fréquence du canal d'appel hors zone est de l'ordre de 450 MHz avec des tolérances de 5 ppm pour la mobiles et de 0,5 ppm pour les relais, on peut prendre AFmaX~450.106.(5.10-6+5.10 7)=2475 Hz. max L'intercorrélation maximisée et normalisée, comparée au seuil X2 à l'étape 38, est indépendante de l'écart de fréquence, de sorte que la procédure de détection décrite cidessus est peu sensible à l'écart de fréquence pouvant exister entre les oscillateurs des mobiles émetteur et récepteur, le test 40 permettant de s'assurer que cet écart de fréquence n'est pas excessif. La variante de réalisation représentée sur la figure 5 présente l'avantage d'être moins sensible encore au bruit de fond présent sur le canal d'appel hors zone. Dans cette variante, l'étape de maximisation 36 est directement suivie par le calcul 39 de l'écart de fréquence AF et le test correspondant 40. Si le test 40 montre que l'écart de fréquence AF AF| reste inférieur au seuil AF max' le terminal mobile calcule à l'étape 41 une intercorrélation corrigée S3, selon A l'étape 41, le terminal mobile obtient également l'énergie Et donnée par soit en recalculant cette énergie Et, soit en la lisant dans une mémoire puisque sa valeur est une constante. Le test de qualité 38 de la figure 4 est remplacé par un autre test de qualité 42, où le rapport 53 2/(Es.Et) est comparé à un seuil X3 compris entre 0 et 1. Dans ce rapport, l'énergie Es est celle du signal utile qui a été calculée à l'étape 30. Si le rapport IS312/(ES.Et) est inférieur au seuil X3, le terminal mobile détecte une absence du signal d'appel hors zone. Dans le cas contraire, il détecte la présence du signal d'appel hors zone. Des ordres de grandeur typiques pour les seuils employés dans le test de périodicité 33 et le test de qualité 38 ou 42 sont 0,2sols0,4 et 0,3sX2, X3s0,5. Les valeurs précises de ces seuils sont ajustables en fonction des caractéristiques particulières du réseau et des probabilités de non-détection et de fausse alarme qu'on peut tolérer. REVENDICATIONS 1. Procédé d'établissement d'une communication entre des terminaux mobiles d'un réseau de radiocommunication numérique, caractérisé en ce qu'un premier terminal mobile émet sur un canal d'appel particulier un signal radio d'appel représentant une séquence périodique prédéterminée, en ce qu'au moins un second terminal mobile surveille régulièrement le canal d'appel pour détecter la présence ou l'absence du signal d'appel, et en ce que la surveillance du canal d'appel par le second terminal comporte la démodulation du signal radio capté par le second terminal sur le canal d'appel pour fournir un signal numérique utile de m échantillons complexes avec une période d'échantillonnage de Tb, et la détection de la présence ou de l'absence du signal d'appel à partir d'une maximisation du module de corrélations de la forme où q désigne une constante entière positive, p désigne une variable entière comprise entre 0 et q.n-l, n étant un entier tel que la période de ladite séquence prédéterminée soit de n.Tb, (.)* désigne le complexe conjugué, Sd(k)=S(k+l).S(k)*, S(k) désignant le k-ième échantillon du signal utile, Rd(t)=Ref(t+Tb).Ref(t)*, Ref(t) désignant la valeur au temps t de ladite séquence périodique prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surveillance du canal d'appel par le second terminal mobile comporte une détermination d'une corrélation (Cmax) ayant un module maximal parmi les corrélations C(p) pour Ospsq.n-l, et une estimation d'un écart de fréquence (AF) entre la fréquence selon laquelle le premier terminal mobile émet le signal d'appel et la fréquence selon laquelle le second terminal démodule le signal capté, l'écart de fréquence estimé étant l'argument, compris entre -s et x, de ladite corrélation de module maximal (Cmax), divisé par 27t.Tb. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lorsque l'écart de fréquence estimé (AF) est supérieur en valeur absolue à un seuil prédéterminé (AFmax), le second terminal mobile détecte une absence du signal d'appel. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surveillance du canal d'appel par le second terminal mobile comporte l'obtention d'une corrélation corrigée S3 et de deux énergies Es, Et selon où AF désigne l'écart de fréquence estimé et pmax désigne un entier compris entre 0 et q.n-l pour lequel la corrélation C(p) a un module maximal et en ce que lorsque le rapport S3!2/(Es.Et) est inférieur à un seuil prédéterminé, le second terminal mobile détecte une absence du signal d'appel. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surveillance du canal d'appel par le second terminal comporte le calcul de deux énergies Ed, Er selon et en ce que lorsque le rapport ïCmaxi/(Ed.Er) est inférieur à un seuil prédéterminé, le second terminal mobile détecte une absence du signal d'appel, Cmax désignant une corrélation de module maximal parmi les corrélations C(p) pour Ospsq.n-l. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nombre m d'échantillons du signal utile est plus grand que n, et en ce que la surveillance du canal d'appel par le second terminal comporte, avant le calcul des corrélations C(p), le calcul d'une autocorrélation S1 et de deux énergies E1, E2 selon et en ce que lorsque le rapport 1s112/(E1.E2) est inférieur à un seuil prédéterminé, le second terminal mobile détecte une absence du signal d'appel et ne procède pas au calcul des corrélations C(p).