Brevet FR2739243A1 — publié le 19970328

1i 2739243 Système cellulaire de radiocommunications mobiles, station de base et dispositif de contrôle de stations de base correspondants. La présente invention concerne les systèmes cellulaires de radiocommunications mobiles. La présente invention concerne plus particulièrement les systèmes cellulaires de radiocommunications mobiles dans lesquels l'accès par un mobile à une cellule s'effectue grâce à une fréquence particulière propre à cette cellule,10 dite fréquence balise, sur laquelle sont notamment diffusées des informations de synchronisation permettant au mobile de se synchroniser sur la station émettrice-réceptrice de cette cellule, appelée aussi station de base, et sur laquelle sont également échangées des informations permettant à un mobile d'accéder au système en vue d'établir une communication. Ces fréquences balise sont en général émises en permanence pour permettre aux mobiles qui les écoutent d'effectuer des mesures en vue de sélectionner à chaque instant la meilleure de ces cellules, à laquelle accéder.20 Ainsi, notamment dans les systèmes utilisant la technique dite de saut de fréquence (qui permet notamment d'améliorer la qualité de transmission en présence de fading) est généralement prévue une émission séparée et permanente de la fréquence balise.25 Or ceci est pénalisant en termes d'efficacité spectrale. Il est connu, du document US 4 723 266, ou du document WO 93/12589, un système cellulaire de radiocommunications mobiles composé de deux types de cellules (telles que des30 micro-cellules et des cellules parapluie) dont les unes, placées, du point de vue de leur couverture radioélectrique, dans la dépendance des autres, ne possèdent pas de fréquence balise, et dans lequel l'accès par un mobile à une cellule sans fréquence balise est réalisé via une cellule avec35 fréquence balise, un changement de cellule (ou "handover") 2 2739243 étant ensuite effectué vers cette cellule sans fréquence balise. Dans un tel système se pose le problème de sélectionner, pour une position donnée du mobile, la meilleure cellule & laquelle accéder, puisque l'écoute des fréquences balise ne peut plus être réalisée dans le cas de cellules sans fréquence balise. Dans les documents précités, ce problème est résolu en prévoyant, dans chaque cellule, en relation ou non avec un mobile, des moyens particuliers pour écouter ce mobile, ceci permettant au système de déterminer, par comparaison des différents résultats de mesure ainsi obtenus, cette meilleure cellule. Ceci a notamment pour inconvénient de nécessiter, dans les cellules sans fréquence balise, des15 équipements spécifiques, en plus des équipements nécessaires à l'acheminement des informations utiles. La présente invention a notamment pour but d'éviter cet inconvénient. La présente invention a ainsi pour objet un système cellulaire de radiocommunications mobiles, dans lequel au moins une cellule ne possède pas de fréquence balise, et dans lequel l'accès à une telle cellule est réalisé via une cellule possédant une fréquence balise reçue par le mobile, ce système comportant des moyens pour sélectionner, pour une25 position donnée du mobile, la meilleure cellule à laquelle accéder, et ce système étant essentiellement caractérisé en ce que ces moyens comportent: - des moyens dit premiers moyens pour déterminer la distance du mobile par rapport à la station de base d'une cellule avec laquelle il est en relation, - des moyens, dits deuxièmes moyens, pour lever l'indétermination liée à la direction dans laquelle se situe ce mobile par rapport à cette station de base, - des moyens, dits troisièmes moyens, pour déterminer, à partir des résultats fournis par lesdits premiers et deuxième moyens, sous la couverture de quelle cellule se 3 2739243 trouve le mobile, cette cellule constituant ladite meilleure cellule. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 rappelle l'architecture générale d'un système cellulaire de radiocommunications mobiles tel que le système GSM par exemple,10 - la figure 2 illustre un exemple de réseau cellulaire de radiocommunications mobiles auquel la présente invention est applicable, - la figure 3 illustre un exemple de réalisation de moyens suivant l'invention permettant de lever l'indétermination liée à la direction dans laquelle se situe un mobile, - la figure 4 illustre également un exemple de réalisation de moyens suivant l'invention permettant de lever l'indétermination liée à la direction dans laquelle se20 situe un mobile. La figure 1 rappelle l'architecture générale d'un système cellulaire de radiocommunications mobiles tel que le système GSM par exemple. Chaque cellule est équipée d'une station émettrice- réceptrice dite station de base, telle que BTS1 à BTSn. Chaque station de base est susceptible d'être reliée par une liaison radio à une station mobile, telle que MS1 à MSm, pour permettre une communication intéressant cette station mobile.30 Un ensemble de stations de base telles que BTS1 à BTSn est par ailleurs relié, par des liaisons filaires, à un contrôleur de stations de base, tel que BSC, et de même un ensemble de contrôleurs de stations de base tels que BSC est relié à un centre de commutation MSC, l'ensemble formé par35 les MSC et BSC assurant la gestion des communications, notamment la gestion de la signalisation s'y rapportant. 4 2739243 La figure 2 illustre le schéma général d'un exemple de réseau cellulaire de radiocommunications mobiles auquel la présente invention est applicable. Le réseau cellulaire illustré sur la figure 2 est un réseau microcellulaire dit linéaire, formé de micro- cellules de forme allongée mises bout à bout. Un tel réseau est typiquement utilisé dans une zone urbaine, pour assurer la couverture d'une rue, et l'on peut imaginer, bien que que non illustré, que se superposent à ce réseau d'autres réseaux du même type, destinés par exemple à assurer la couverture de rues parallèles ou perpendiculaires. Dans l'exemple illustré, seules les cellules extrêmes notées B1 et B2 possèdent une fréquence balise, et l'accès par un mobile tel que M à une cellule telle que B ne15 possédant pas de fréquence balise est réalisé via une cellule possédant une fréquence balise reçue par le mobile M. Sur la figure 2 on a illustré, par des hachures dans un premier sens, la zone de couverture de la fréquence balise de la cellule extrême de gauche B1, et par des hachures dans un deuxième sens, la zone de couverture de la fréquence balise de la cellule extrême de droite B2, ces zones de couverture étant en fait superposées suivant un même axe horizontal. On remarque ainsi que quelle que soit25 la position du mobile entre les cellules extrêmes B1 et B2, celui-ci est capable de recevoir la fréquence balise de ces cellules, ceci étant dû au faible amortissement lié à la transmission en ligne directe, c'est- à-dire à la forme allongée de ces cellules.30 Suivant l'invention, pour sélectionner, pour une position donnée du mobile, la meilleure cellule à laquelle accéder, on détermine la distance du mobile par rapport à la station de base d'une cellule avec laquelle ce mobile est en relation, puis on lève l'indétermination liée à la direction35 dans laquelle se situe ce mobile par rapport à cette station de base, et on en déduit la position du mobile et donc la 2739243 cellule sous la couverture de laquelle se trouve ce mobile, dite meilleure cellule. On décrit maintenant un premier exemple de réalisation, correspondant au cas o le mobile est en relation avec une cellule à l'occasion d'une demande d'accès au réseau par ce mobile, cette cellule étant donc une cellule avec fréquence balise. Lorsqu'un mobile M est en fonctionnement sans être en communication, il effectue en permanence des mesures de puissance pour déterminer la cellule dont il reçoit le mieux la fréquence balise, par exemple la cellule B2 sur la figure 2, et il se pré-synchronise sur cette cellule au moyen des informations de synchronisation diffusées sur cette fréquence.15 Lorsque ce mobile désire accéder au réseau pour une communication, il transmet sur cette fréquence balise, dans un canal déterminé (canal dit RACH: "Random Access Channelu dans le système GSM par exemple) des informations de demande d'accès au réseau. 20 La station de base qui reçoit ces informations de demande d'accès au réseau, d'une part se met en relation avec les organes BSC, MSC du système pour déterminer la réponse à apporter au mobile, et d'autre part détermine sa distance par rapport au mobile, en vue de déterminer sous la25 couverture de quelle cellule se trouve le mobile. Cette détermination de distance est par exemple basée sur une mesure de temps de propagation telle que celle mise en oeuvre, dans un système du type à accès multiple par répartition temporelle (tel que le système GSM par exemple),30 pour déterminer l'information dite d'avance temporelle ("timing advance") intéressant le mobile. Une fois déterminée la distance "x" du mobile M par rapport à la station de base BTS2 de la cellule B2, et lorsque cette distance "x" montre que le mobile n'est pas35 sous la couverture de la cellule B2, ce qui correspond au cas illustré sur la figure 2, on effectue un changement de 6 2739243 cellule (ou "handover") vers la cellule B1 possédant également une fréquence balise reçue par le mobile. On notera que si le mobile M ne se trouvait pas, contrairement au cas illustré sur la figure 2, entre les cellules B1 et B2, et dans le cas évoqué plus haut de superposition de plusieurs réseaux linéaires destinés par exemple & assurer la couverture de rues parallèles ou perpendiculaires, on effectuerait un changement de cellule, non pas vers la cellule B1, mais vers une autre cellule10 possédant également une fréquence balise reçue par le mobile (éventuellement, dans le cas de plusieurs fréquences balise reçues par le mobile, on pourrait choisir celle reçue avec la plus forte puissance). Dans l'exemple considéré ici o on effectue un changement de cellule vers la cellule B1, les échanges d'information relatifs à la procédure d'accès au réseau par le mobile M se poursuivent alors entre le mobile M et la station de base BTS1 de la cellule B1. La station de base BTS1 effectue alors, à partir des informations transmises par le mobile M (informations transmises en l'occurrence sur un canal dit SACCH: "Slow Associated Control Channel"), une mesure de sa distance "y" par rapport au mobile M, en vue de déterminer, par combinaison avec la distance "x" déterminée précédemment,25 sous la couverture de quelle cellule sans fréquence balise se trouve le mobile. Cette détermination de la distance "y" permet donc, dans cet exemple, de lever l'indétermination liée à la direction dans laquelle se situe le mobile par rapport à la station de base de la cellule B2. Cette30 détermination de la distance "y" est également, par exemple, basée sur une mesure de temps de propagation. Les distances "x" et "y" ainsi obtenues sont transmises à l'un ou l'autre des organes BSC, MSC, par exemple au contrôleur de station de base BSC dont dépendent35 les cellules B1 et B2, et y sont combinées pour en déduire la position du mobile M entre les cellules B1 et B2, et donc 7 2739243 pour en déduire sous la couverture de quelle cellule B sans fréquence balise se trouve le mobile M. On notera que dans un système tel que le système GSM par exemple, o les mesures de distance sont déjà transmises au contrôleur de stations de base BSC dont dépendent les cellules B1 et B2 (en l'occurrence pour permettre, avec d'autres paramètres, de décider d'un changement de cellule (ou handover) futur, il ne reste plus alors à prévoir dans ce contrôleur de stations de base que des moyens permettant de déduire la cellule B en fonction des distances "x" et "y", ces moyens pouvant être très simples et se limiter par exemple à une table de correspondance. On a ainsi illustré sur la figure 3 un dispositif de contrôle de stations de base, constitué par exemple par un contrôleur de station de base BSC, mais pouvant aussi être constitué par un centre de commutation MSC, et comportant, en aval de moyens R de réception d'informations issues des stations de base qui lui sont rattachées, des moyens, C, pour combiner une information notée Il, représentative de la20 distance "x", et une information notée I2, représentative de la distance "y", et pour en déduire la meilleure cellule, notée MC. Une fois déterminée la cellule B. on effectue alors un nouveau changement de cellule ("handover") en l'occurrence de la cellule B1 vers la cellule B2, mais avec une fréquence, (ou un jeu de fréquences dans le cas d'un système à saut de fréquence), correspond à la cellule B, cette fréquence ou ce jeu de fréquences étant déterminé, tout comme s'il s'agissait d'une fréquence (ou d'un jeu de30 fréquences) propre à la cellule B2, par les organes BSC, MSC. On notera que dans un système tel que le système GSM par exemple, on effectue ainsi un nouveau changement de cellule, en l'occurrence de B1 vers B2, plutôt qu'une35 nouvelle attribution de canal ("subsequent assignement") dans la cellule B1, pour rompre avec la valeur d'avance 8 2739243 temporelle ("timing advance") utilisée dans la cellule B1, et qui ne correspond pas à l'avance temporelle qui devra être utilisée dans la cellule B, cette dernière avance temporelle pouvant alors être déterminée de façon connue, notamment en ayant recours à un handover présynchronisé. On décrit maintenant un deuxième exemple de réalisation, correspondant au cas o le mobile est en relation avec une cellule à l'occasion d'une communication déjà établie intéressant ce mobile, cette cellule étant dite10 ici cellule précédente, par opposition à la future meilleure cellule détectée, dite nouvelle cellule. Dans un système tel que le système GSM par exemple, o la détermination de la distance entre le mobile et la station de base de la cellule précédente est faite en15 permanence en cours de communication (en vue de déterminer en permanence l'avance temporelle ("timing advance") appliquée au mobile) et o la distance ainsi déterminée en permanence est transmise au contrôleur de station de base dont dépend cette cellule, celui-ci est capable de détecter20 un accroissement de cette distance, correspondant à une sortie du mobile de la cellule précédente. Dans ce cas, et dans cet exemple, ce contrôleur de stations de base combine cette mesure de distance avec le résultat de mesures de puissance reçue par le mobile sur une25 ou plusieurs fréquences balise, ces mesures de puissance étant également transmises à ce contrôleur de stations de base, et cette combinaison étant effectuée en vue de déterminer la position du mobile, et donc d'en déduire sous la couverture de quelle cellule, ou nouvelle cellule, se30 trouve maintenant le mobile. Ainsi, si on détecte par exemple que le mobile sort de de la cellule précédente, par exemple la cellule B, et que la puissance reçue par le mobile sur la fréquence balise fBl de la cellule B1 est supérieure à celle reçue par le mobile35 sur la fréquence balise fB2 de la cellule B2, on en déduit 9 2739243 que le mobile se trouve maintenant sous la couverture de la cellule référencée B' sur la figure 2. Suivant une variante, si on détecte par exemple que le mobile sort de la couverture de la cellule précédente, par exemple la cellule B, et que la puissance reçue par le mobile sur la fréquence balise fBl croit (ou que la puissance reçue par le mobile sur la fréquence balise fB2 décroît) on en déduit que le mobile se trouve maintenant sous la couverture de la cellule référencée B' sur la figure10 2. Les mesures de puissance reçues par le mobile sur l'une ou l'autre des fréquences balise fB1 et fB2 servent ainsi & lever l'indétermination liée à la direction dans laquelle se situe le mobile par rapport à la station de base15 de la cellule B. On notera que dans un système tel que le système GSM par exemple, o ces mesures de puissance sont transmises par le mobile à la station de base de la cellule avec laquelle il est en relation, sur un canal dit SACCH (Slow Associated20 Control Channel), cette station de base les retransmettant au contrôleur de stations de base, il ne reste plus alors à prévoir, dans ce contrôleur de stations de base, que des moyens permettant de déterminer la cellule B' en fonction d'une part de mesures de distance, d'autre part des mesures25 de puissance reçue, ces moyens pouvant être très simples et se limiter également, par exemple, à une table de correspondance, déterminée par exemple expérimentalement, ou par le calcul. Le schéma de la figure 3 peut également être utilisé pour illustrer cet exemple, avec l'information Il représentative de mesures de distance et l'information 12 représentative de mesures de puissance reçue par le mobile sur une ou plusieurs fréquencs balises. Une fois déterminée la nouvelle cellule B', le dispositif de contrôle de stations de base commande alors un changement de cellule, de celle des cellules B1 et B2 via 2739243 laquelle le mobile accédait à la cellule précédente, vers l'autre de ces cellules B1 et B2, et avec une fréquence (ou un jeu de fréquences dans le cas o est mis en oeuvre un saut de fréquence) correspondant à la nouvelle cellule. Comme indiqué plus haut, l'information d'avance temporelle à utiliser dans la nouvelle cellule peut alors être déterminée de façon connue. Suivant un autre exemple, le contrôleur de stations de base combine, pour déterminer la nouvelle cellule B', une détection d'accroissement de distance correspondant à une sortie du mobile de la cellule précédente, avec le résultat de mesures de puissance reçue du mobile par la station de base de la cellule précédente sur deux antennes de réception ayant des couvertures opposées, telles que les antennes15 notées A1 et A2 sur la figure 3, ces mesures de puissance étant transmises au contrôleur de stations de base. Ainsi, si on détecte par exemple que le mobile sort de de la cellule précédente, par exemple de la cellule B sur la figure 2, et que la puissance reçue par l'antenne de gauche,20 A1, de la station de base de la cellule B est supérieure à la puissance reçue par l'antenne de droite, A2, alors on en déduit que le mobile se trouve maintenant sous la couverture de la cellule référencée B' sur la figure 2. Dans cet exemple la station de base d'une cellule sans fréquence balise comporte, comme illustré sur la figure 4, outre deux antennes A1 et A2, deux moyens de détection de niveau reçu, l'un D1, détectant le niveau reçu sur l'antenne A1, l'autre, D2, détectant le niveau reçu sur l'antenne A2, et un moyen de traitement, T, permettant de combiner les30 signaux reçus sur chacune des antennes A1 et A2 (par exemple en retenant le plus fort des deux ou encore en prenant par exemple la somme des deux), pour extraction des informations utiles reçues du mobile par cette station de base. Dans cet exemple de réalisation, les résultats de mesure de puissance reçue du mobile par les antennes A1 et A2 de la station de base précédente permettent donc de lever l 2739243 l'indétermination liée à la direction dans laquelle se situe le mobile par rapport à la station de base de la cellule précédente. Dans un système tel que le système GSM par exemple, o les résultats de mesure de puissance reçue du mobile par une station de base sont classiquement transmis au contrôleur de stations de base, il ne reste donc plus & prévoir que des moyens pour transmettre à ce contrôleur de stations de base deux résultats de mesure (correspondant aux deux antennes A110 et A2) au lieu d'un, et des moyens permettant de déterminer la meilleure cellule en fonction d'une part de mesures de distance, d'autre part de mesures de puissance reçue, ces moyens pouvant être très simples et se limiter également, par exemple, à une table de correspondance déterminée par15 exemple expérimentalement, ou par le calcul. Le schéma de la figure 3 peut également être utilisé pour illustrer de tels moyens pour déterminer la meilleure cellule, avec l'information Il représentative de mesures de distance et l'information I2 représentative de puissance20 reçue sur les antennes A1 et A2. On notera que, plus généralement, dans un réseau autre que le réseau linéaire illustré sur la figure 2, on prévoirait un nombre d'antennes ayant des couvertures disjointes, supérieur à deux. 12 2739243 REVENDICATIONS 1) Système cellulaire de radiocommunications mobiles, dans lequel au moins une cellule (B) ne possède pas de fréquence balise, et dans lequel l'accès à une telle cellule 5 est réalisé via une cellule (B1, B2) possédant une fréquence balise reçue par le mobile (M), système comportant des moyens pour sélectionner, pour une position donnée du mobile, la meilleure cellule à laquelle accéder, caractérisé en ce que ces moyens comportent:10 - des moyens, dits premiers moyens, pour déterminer la distance du mobile (M) par rapport à la station de base (BTS) d'une cellule avec laquelle il est en relation, - des moyens, dits deuxièmes moyens, pour lever l'indétermination liée à la direction dans laquelle se situe ce mobile (M) par rapport à cette station de base (BTS), - des moyens, dits troisièmes moyens, pour déterminer, à partir des résultats fournis par lesdits premiers et deuxièmes moyens, sous la couverture de quelle cellule se trouve le mobile, cette cellule constituant ladite meilleure20 cellule. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comportent des moyens de mesure de temps de propagation entre mobile (M) et station de base (BTS). 3) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens comportent, dans le cas d'un mobile (M) en relation avec une cellule (B2) à l'occasion d'une demande d'accès à ce système, cette cellule étant une cellule avec fréquence balise:30 - des moyens pour commander un changement de cellule vers une autre cellule (B1) avec fréquence balise reçue par ce mobile, - des moyens pour déterminer la distance du mobile par rapport à la station de base (BTS) de cette autre cellule. 4) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens comportent, dans le cas d'un 13 2739243 mobile en relation avec ce système à l'occasion d'une communication déjà établie, des moyens de mesure de puissance reçue par ce mobile (M) sur une ou plusieurs fréquences balise. 5 5) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens comportent, dans le cas d'un mobile (M) en relation avec une cellule à l'occasion d'une communication déjà établie, des moyens pour effectuer des mesures de puissance reçue du mobile par la station de base10 (BTS) de cette cellule sur des antennes (A1, A2) ayant des couvertures radioélectriques disjointes. 6) Station de base pour système cellulaire de radiocommunications mobiles suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des antennes (A1, A2)15 ayant des couvertures radioélectriques disjointes. 7) Dispositif (BSC, MSC) de contrôle de stations de base pour système cellulaire de radiocommunications mobiles suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens sont situés dans ce dispositif20 de contrôle de stations de base.