Brevet FR2744864A1 — publié le 19970814

Dispositif de synchronisation de bornes radio La présente invention concerne un dispositif de synchronisation de bornes fixes radio dans un système de télécommunications, et plus particulièrement de synchronisation en phase de signaux d'horloge des bornes fixes radio. Dans les systèmes de téléphonie sans fil, les bornes fixes radio, appelées également stations fixes, dont les zones de couverture se recouvrent doivent émettre et recevoir des signaux radioélectriques à des instants d'émission et des instants de réception non seulement synchrones en fréquence, ce qui est généralement le cas, mais également synchrones en phase, particulièrement lorsque la transmission est en mode semi-duplex dit à l'alternat, entre les bornes fixes radio et les terminaux d'abonné. Dans ce dernier cas, des régimes transitoires interviennent à l'établissement et à la coupure de la chaste de synchronisation constituée par les bornes fixes. Or, l'expérience montre que la rupture et surtout le rétablissement de la synchronisation, suite par exemple à une mise hors service d'une borne radio, de même que des perturbations transitoires peuvent provoquer des perturbations des communications en cours pouvant aller jusqu'à la coupure des communications. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités en fournissant un dispositif réparti dans chaque borne radio et mettant en phase les signaux d'horloge des bornes radio afin de maintenir ces signaux en phase même lors d'états transitoires et ainsi conserver une bonne qualité des communications. A cette fin, un dispositif de synchronisation pour synchroniser des bornes radio reliées en série et produisant des signaux d'horloge respectifs synchrones en fréquence est caractérisé en ce qu'il comprend dans une borne radio donnée un moyen pour valider un signal d'entrée transmis par une borne radio précédant la borne d'entrée donnée selon des critères prédéterminés, le signal d'entrée ayant une fréquence très inférieure à celle des signaux d'horloge respectifs, et des moyens pour produire à partir du signal d'horloge respectif un signal de sortie ayant la fréquence du signal d'entrée et transmis en phase avec le signal d'entrée à une borne radio suivant la borne radio donnée lorsque le signal d'entrée satisfait lesdits critères prédéterminés. Typiquement, lesdits moyens pour produire un signal de sortie comprennent une bascule recevant le signal d'entrée respectif cadencée par ledit signal d'horloge respectif, et un compteur comptant des impulsions du signal d'horloge respectif modulo le rapport des fréquences du signal d'horloge respectif et du signal d'entrée. Ledit moyen pour valider active une entrée de remise à zéro de ladite bascule lorsque le signal d'entrée ne satisfait pas les critères prédéterminés. La bascule active une entrée de remise à zéro dudit compteur à chaque impulsion d'un signal sortant de la bascule dépendant du signal d'entrée lorsque le signal d'entrée satisfait les critères prédéterminés. De préférence, le dispositif de synchronisation comprend un diviseur de fréquence par M recevant le signal d'entrée et relié à ladite bascule, M étant un entier supérieur à 1. L'entier M correspond au nombre de périodes du signal d'entrée s'écoulant entre deux remises à zéro dudit compteur lorsque ledit signal d'entrée est valide. Ledit moyen pour valider valide ledit signal d'entrée lorsque la fréquence du signal d'entrée est comprise dans un intervalle prédéterminé. Le moyen pour valider peut en outre déterminer le rapport cyclique dudit signal d'entrée afin de valider ce dernier lorsque le rapport cyclique est compris dans un intervalle prédéterminé. Le signal d'horloge respectif peut être généré par une boucle à verrouillage de phase recevant un signal d'horloge ayant une fréquence inférieure à celle du signal d'horloge respectif et reçu par toutes les bornes radio. Le signal d'horloge reçu peut être transmis à toutes les bornes radio à travers des interfaces numériques par une unité de raccordement de bornes reliée à un réseau téléphonique commuté. Afin de permettre à chaque borne radio d'émettre et de recevoir des signaux radioélectriques, le signal de sortie selon l'invention sert de signal d'horloge à un moyen émetteur-récepteur de la borne radio pour déclencher des émissions et réceptions radioélectriques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels - la figure 1 est un bloc-diagramme d'un système pour radiocommunications comprenant des bornes fixes radio dans chacune desquelles est réparti un dispositif de synchronisation conforme à l'invention et - la figure 2 est un bloc-diagramme détaillé du dispositif de synchronisation conforme à l'invention. La figure 1 montre un système pour radiocommunications reliant des terminaisons radio d'abonné au réseau téléphonique commuté public RTC. Un tel système est décrit dans l'article de V. BRETON, M. LECROQ, J. LODS et M. RENALDO, intitulé "Tangara : un système numérique de communication personnelle sans fil", paru dans la revue "Commutation & Transmission", NO 3, pages 23 à 32, 1991, et l'article de D. COINTOT, intitulé " Tangara / : une solution économique pour réseaux ruraux", paru dans la revue "Commutation & Transmission", NO 4, pages 37 à 42, 1993. Le système pour radiocommunications comprend une unité de raccordement de bornes URB, une pluralité de bornes fixes radio BFR1 à BFRR, reliées à l'unité de raccordement de bornes URB respectivement par l'intermédiaire d'interfaces numériques U/RNIS (Usager/Réseau Numérique à Intégration de Services) U1 à UR, et des terminaisons radio d'abonné TA1 à communiquant avec les bornes fixes radio par voie radioélectrique conformément à la norme CT2-CAI référencée I-ETS 300 131, November 1994, second edition, publiée par 1'ETSI Sophia Antipolis Valbonne, France. R est un nombre entier pouvant atteindre 35 et Q est un nombre entier supérieur à 1000. L'unité de raccordement de bornes URB est un autocommutateur relié au réseau téléphonique commuté RTC, assure les liaisons numériques avec les bornes fixes radio et possède un système de gestion d'abonnés. Les interfaces U/RNIS sont constituées chacune d'au moins deux voies téléphoniques, et transmettent des signaux numériques entre l'unité de raccordement de bornes URB et les bornes fixes radio BFR1 à BFRR dans les deux sens. Les bornes fixes radio BFR1 à BFRR sont des stations de base comportant chacune un circuit d'émission et de réception radio pour échanger des informations par voie radioélectrique en alternat avec les terminaisons radio d'abonné TA1 à Taon. Pendant des premières alternances 1/(2fa) = 1 ms de périodes de transmission en alternat, toutes les bornes fixes fonctionnent en émission, et pendant des secondes alternances 1/(2fa) = 1 ms des périodes de transmission en alternat, toutes les bornes fixes fonctionnent en réception. Les terminaisons radio d'abonné sont des stations téléphoniques qui peuvent être reliées à un poste téléphonique, à un télécopieur, ou par l'intermédiaire d'un modem à un micro-ordinateur. Comme il sera décrit dans la suite de la description, chaque borne BFR1 à BFRR émet et reçoit des signaux radioélectriques sous la commande d'une horloge synchrone en fréquence avec les horloges dans les autres bornes. La synchronisation en fréquence est effectuée dans chaque borne fixe radio à partir d'un signal d'horloge transmis à travers l'interface U/RNIS correspondante par l'unité de raccordement de bornes URB. Comme déjà indiqué dans le préambule de la description, pendant des périodes transitoires, au cours desquelles le système peut être perturbé, les bornes fixes radio BFR1 à BFRR émettent et reçoivent des signaux radioélectriques avec des horloges respectives déphasées, si aucun dispositif de mise en phase n'est prévu. Le déphasage d'horloge entre bornes entraîne des perturbations importantes dans les communications entre les bornes fixes radio et les terminaisons radio d'abonné, pouvant aller jusqu'à des coupures de communication. Le dispositif selon la présente invention met en phase des horloges des bornes fixes radio BFR1 à BFRR afin de remédier à ces problèmes. A cette fin, les bornes radio sont reliées en série entr'elles par des liaisons filaires L1 à Li~1, et réparties en une borne maître, par exemple BFR1, et des bornes esclaves BFR2 à BFRR. A travers la liaison filaire Lrt r r étant un indice variant entre 1 et R-l, la borne BFRr transmet un signal d'horloge SAr à la borne suivante BFRr+l. Lorsque les liaisons entre bornes sont établies, et en l'absence de perturbation, la borne BFRr+l met en phase, au moyen du dispositif de synchronisation décrit plus loin, le signal d'horloge SAr+1 qu'elle produit avec le signal SAr provenant de la borne précédente BFRr et transmis par la liaison Lr Toutes les bornes esclaves BFR2 à BFRR ont ainsi une horloge en phase avec l'horloge de la borne maître BFR1. En référence maintenant à la figure 2, le dispositif de synchronisation selon la présente invention comprend dans chaque borne fixe radio BFRr de la figure 1, un circuit de réception 1, un circuit de synchronisation en fréquence 2, un circuit de mise en phase 3, une porte logique OU à deux entrées 4, une porte logique ET à deux entrées 5 et un inverseur 6. Le circuit de réception 1 réalise des opérations de filtrage, de récupération d'horloge, de régénération du signal reçu, de transcodage et de corrections d'erreurs. En particulier, le circuit 1 récupère et régénère un signal d'horloge à 512 kHz provenant de l'unité de raccordement de bornes URB à travers l'interface U/RNIS Ur correspondant à la borne BFRr lorsque la borne BFRr est en communication avec l'unité URB. Un signal d'horloge régénéré SU ayant typiquement une fréquence fO = 512 kHz, est appliqué par le circuit de réception 1 à une entrée E du circuit de synchronisation en fréquence 2, qui se présente sous la forme d'une boucle à verrouillage de phase. Le circuit 2 comprend un comparateur de phase 21, un oscillateur à quartz commandé en tension VCXO 22, et un diviseur de fréquence par K = 32, 23. L'entrée E du circuit 2 est directement connectée à l'une de deux entrées du comparateur de phase 21. L'oscillateur à quartz commandé en tension 22 est commandé par une tension d'erreur e sortant du comparateur de phase 21 et dépendant de la différence de phase entre les signaux appliqués aux entrées du comparateur de phase, et délivre un signal d'horloge de sortie SH ayant typiquement une fréquence f1 = K.fg = 16,384 MHz. La sortie de l'oscillateur 22 est reliée à la seconde entrée du comparateur de phase 21 à travers le diviseur de fréquence 23 qui divise la fréquence du signal SH par K = 32. La boucle de verrouillage de phase peut comprendre également un filtre passe-bas (non représenté) pour réduire le bruit dans la boucle. Le signal d'horloge SH fourni en sortie du circuit de synchronisation en fréquence 2 est donc asservi en fréquence sur le signal d'horloge SU issu de l'unité de raccordement de bornes URB à travers le circuit 1. Toutes les bornes radio BFR1 à BFRR de la figure 1 génèrent ainsi des signaux d'horloge SH synchrones en fréquence. Le circuit de mise en phase 3 comprend un processeur numérique de validation 31 de type DSP, un diviseur de fréquence 32, une bascule D 33, et un compteur 34. Le rôle du circuit 3 est de mettre en phase le signal de sortie SAr, à la fréquence d'alternat a = 500 Hz sortant de la borne BFRr avec le signal d'entrée SAr-1, également de fréquence a = 500 Hz transmis par la borne précédente BFRr-1 h travers la liaison filaire Lr-l Le signal d'horloge SH, synchrone en fréquence avec les signaux d'horloge correspondants des autres bornes fixes radio, est appliqué à des entrées d'horloge H1 et H2 de la bascule 33 et du compteur 34 respectivement. Le signal SArî est appliqué au processeur de validation 31 et au diviseur de fréquence 32. Le processeur 31 vérifie la validité du signal reçu SAr-1 selon deux critères dépendant d'une mesure de fréquence et d'une mesure de rapport cyclique. Le processeur 31 possède sa propre horloge et échantillonne le signal SAr1 à une fréquence très supérieure à la fréquence d'alternat a Des nln et "0" logiques sont attribués respectivement aux niveaux hauts et bas du signal SAr-1 au-dessus d'un premier seuil de tension prédéterminé et en-dessous d'un second seuil prédéterminé inférieur au premier seuil, dans le processeur 31. Les nombres d'échantillons dans chaque demi-période du signal SAr-1 entre deux transitions consécutives montante et descendante sont comptés, c'est-à-dire les nombres de "1" et "0", pour en déduire la fréquence du signal SAr-1. Le premier critère de validité fixe une tolérance maximale en fréquence de T = 1 à 2 % par rapport à la fréquence nominale du signal SAr1. En outre, pour chaque période du signal SAr-1, la valeur absolue ONbO - Nbl de la différence entre le nombre de "O" et le nombre de "1" ne doit pas excéder un nombre entier faible P = 2 pour satisfaire le second critère de rapport cyclique. Le processeur de validation 31 produit un signal de validation de synchronisation VS qui est à l'état "O" lorsque le signal SA,,1 satisfait les deux critères précités et qui est à l'état "1" dans le cas contraire. Le signal VS est appliqué directement à une borne de remise à zéro R1 de la bascule 33 et à travers l'inverseur 6 à une première entrée de la porte OU 4. L'entrée D de la bascule 33 reçoit un signal SNa résultant de la division en fréquence par M du signal SA,,1 effectuée par le diviseur de fréquence 32. M est un entier dont le rôle et la valeur seront précisés plus loin. La sortie Q de la bascule D est directement reliée à une borne de remise à zéro R2 du compteur 34. Ainsi, lorsque le signal SArî est invalidé par le processeur 31, le signal VS est à l'état "1" et remet à zéro la sortie Q de la bascule 33, et la borne de remise à zéro R2 du compteur 34 n'est pas activée. Le compteur 34 est un compteur comptant des impulsions du signal d'horloge SH modulo N = fl/fa = 32768 pour diviser par N la fréquence fl = 16,384 MHz du signal d'horloge SH appliqué à l'entrée d'horloge H2. Le compteur 34 est par exemple constitué de 15 bascules en série, une sortie Q15 (non représentée) de la dernière bascule délivrant un signal d'horloge SNc de fréquence a = fl/N = 16,384 MHz / 32768 = 500 Hz, établi directement avec le signal SH. Lorsque le signal SArî est valide, le signal de validation de synchronisation VS est à "o" et la borne de remise à zéro R1 de la bascule 33 n'est pas activée. La sortie Q de la bascule recopie alors le signal SNa pour produire un signal logique SNb ayant un sensible déphasage n'excédant pas une période du signal d'horloge SH par rapport au signal SNa. La borne de remise à zéro R2 du compteur 34 est alors activée à chaque front montant du signal SNb produit par la sortie Q de la bascule 33. La remise à zéro du compteur 34 met en phase le signal de sortie SNc du compteur avec le signal SNb, à une période du signal d'horloge SH près. Le signal SNc est ainsi remis en phase avec le signal SA,,1 sensiblement toutes les M périodes de ce dernier. La valeur de M est déterminée par un saut de phase maximum acceptable à chaque remise en phase. Le saut de phase maximum acceptable est par exemple de 6,9 ps pour une fréquence d'alternat a = 500 Hz et une tolérance en fréquence de 50.10-6, ce qui donne une valeur maximale de M de (500/(50.10-6))x6,9.10-6 = 69. Si M est pris égal à 1, le diviseur de fréquence 32 peut être supprimé. Dans la réalisation préférée de l'invention, M est égal à 64. Le signal de sortie SNc du compteur 34 est appliqué à une première entrée de la porte ET 5. Le signal de sortie SAr est produit par la sortie de la porte ET 5, et est égal au signal de sortie SNc du compteur 34 seulement si un signal d'autorisation de synchronisation AS appliqué à une seconde entrée de la porte 5 est à nul", Le signal AS est produit par la porte OU 4, dont la seconde entrée reçoit un signal d'activation AC délivré par le circuit de réception 1. Le signal AC vaut "1" lorsque l'interface Ur reliant l'unité de raccordement de bornes URB à la borne fixe radio BFRr est active et "O" dans le cas contraire. Ainsi, la transmission d'un signal d'horloge de sortie SAr en phase avec le signal d'entrée SA,,1 de la borne BFRr à la borne BFRr+l n'est autorisée que si l'interface Ur de la borne BFRr est active ou le signal SArî est valide. Le signal de sortie SAr à la fréquence d'alternat a = 500 Hz est en outre appliqué à un émetteur-récepteur 7 de la borne BFRr et sert de signal d'horloge à ce dernier. Sur une période de 2 ms, la fréquence du signal SAr étant de 500 Hz, 1 ms est consacrée à l'émission radioélectrique d'informations vers des terminaisons radio d'abonné et 1 ms à la réception radioélectrique d'informations depuis les terminaisons radio d'abonné, conformément au fonctionnement en alternat défini dans la norme CT2-CAI. En se reportant à la figure 1, lorsqu'une perturbation apparaît, telle que la mise hors service d'une borne radio ou d'une interface U/RNIS, le lien de synchronisation formé par la transmission des signaux d'horloge à travers les liaisons filaires L1 à LR,, peut être rompu. Ainsi, si par exemple la liaison à travers l'interface Ur est coupée, le lien de synchronisation est rompu entre les bornes radio BFRr et BFRr+l, et la borne BFRr+l ne recevant plus de signal d'horloge SAr valide devient une borne maître pour les bornes radio suivantes BFRr+2 à BFRR, tandis que les bornes BFR2 à BFRr restent des bornes esclaves de la première borne BFR1. La phase du signal SAr+1 établi avec l'horloge SH dans la borne BFRr+l devient la référence de phase pour les bornes suivantes. Les communications avec les terminaisons radio d'abonné sont poursuivies sans perturbation et a fortiori sans coupure, puisque toutes les bornes émettent et reçoivent encore leurs signaux radioélectriques en phase : le signal SAr+1 de la borne BFRr+l conserve la phase du signal SA1 de la borne BFR1, les dérives de phase étant très faibles. Lorsqu'après intervention sur la liaison hors service, le lien de synchronisation est rétabli entre les bornes BFRr et BFRr+î, le signal SAr redevenant valide, la borne BFR1 est de nouveau la borne maître pour toutes les autres bornes et la synchronisation initiale en phase est maintenue puisque toutes les bornes fixes BFR1 à BFRR ont continué d'établir sans quasiment de modification le signal de mise en phase correspondant SA1 à SAR. Plus l'entier M est grand, plus la probabilité qu'une perturbation de période 1/a = 2 ms affecte le fonctionnement des bornes est faible. Le rétablissement de la chaîne de synchronisation en phase n'affecte pas les communications avec les terminaisons radio d'abonné. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de synchronisation pour synchroniser des bornes radio (BFR1 à BFRR) reliées en série (L1 à LR-1) et produisant des signaux d'horloge respectifs (SH) synchrones en fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend dans une borne radio donnée (BFRr) un moyen (31) pour valider un signal d'entrée (SAr,l) transmis par une borne radio (BFRr-l) précédant la borne radio donnée selon des critères prédéterminés, le signal d'entrée ayant une fréquence (fa) très inférieure à celle (fl) des signaux d'horloge respectifs (SH), et des moyens (33, 34) pour produire à partir du signal d'horloge respectif (SH) un signal de sortie (SAr) ayant la fréquence (fa) du signal d'entrée et transmis en phase avec le signal d'entrée (SA,,1) à une borne radio (BFRr+l) suivant la borne radio donnée lorsque le signal d'entrée satisfait lesdits critères prédéterminés. 2 - Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel lesdits moyens pour produire un signal de sortie comprennent une bascule (33) recevant le signal d'entrée respectif (SA,,1) cadencée par ledit signal d'horloge respectif (SH), et un compteur (34) comptant des impulsions du signal d'horloge respectif (SH) modulo le rapport (N) des fréquences (fl, fa) du signal d'horloge respectif (SH) et du signal d'entrée (SArî), ledit moyen pour valider (31) active une entrée de remise à zéro (R1) de ladite bascule (33) lorsque le signal d'entrée (SAr-1) ne satisfait pas les critères prédéterminés et la bascule (33) active une entrée de remise à zéro (R2) dudit compteur (34) à chaque impulsion d'un signal (SNb) sortant de la bascule (33) dépendant du signal d'entrée (SAr-1) lorsque le signal d'entrée (SA,,1) satisfait les critères prédéterminés. 3 - Dispositif conforme à la revendication 2, comprenant un diviseur de fréquence par M (32) recevant le signal d'entrée (SArî) et relié à ladite bascule (33), M étant un entier supérieur à 1. 4 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit moyen pour valider (31) valide ledit signal d'entrée (SAr-1) lorsque la fréquence (fa) du signal d'entrée est comprise dans un intervalle prédéterminé (a + T). 5 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit moyen pour valider (31) valide ledit signal d'entrée (SAr-1) lorsque le rapport cyclique du signal d'entrée est compris dans un intervalle prédéterminé (ONbO - Nblo tL2). 6 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le signal d'horloge respectif (SH) est généré par une boucle à verrouillage de phase (2) recevant un signal d'horloge (SU) ayant une fréquence (fO) inférieure à celle (fl) du signal d'horloge respectif (SH) et reçu par toutes les bornes radio (BFR1 à BFRR). 7 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le signal d'horloge reçu (SU) est transmis à toutes les bornes radio (BFR1 à BFRR) à travers des interfaces numériques (Ur) par une unité de raccordement de bornes (URB) reliée à un réseau téléphonique commuté (RTC). 8 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit signal de sortie (SAr) sert de signal d'horloge à un moyen émetteur-récepteur (7) de la borne radio (BFRr) pour déclencher des émissions et réceptions radioélectriques.