Brevet FR2753870A1 — publié le 19980327

TITRE Appareil et procédé permettant de fournir des communications sans fil à une zone de couverture sectorisée Domaine de l'invention La présente invention concerne, en général, des systèmes de communication et plus précisément un appareil et un procédé permettant de fournir des communications sans fil à une zone de couverture sectorisée d'un système de communication sans fil. Arrière-lan de l'invention Actuellement, dans les systèmes de communication sans fil, comme un système de communication à accès multiple par répartition en code (AMRC), on utilise une configuration telle que celle représentée sur la figure 1. Sur la figure 1, la partie de transmission 101 de la technique antérieure utilisée pour supporter une configuration à trois secteurs S1-S3 est représentée. La partie de transmission 101 (représentée pour le secteur S1) est composée d'une unité de voie radio 102 couplée à un amplificateur 104 qui est lui-même couplé à une antenne 105. Un signal vocal/de données 100 est transféré à l'unité de voie radio 102 depuis un réseau téléphonique public commuté (RTPC). L'unité de voie radio 102 traite le signal vocal/de données 100 de façon à produire un signal AMRC 103, tel que cela est bien connu dans la technique. Le signal AMRC 103 est entré dans l'amplificateur 104 qui amplifie le signal AMRC 103 et transmet le signal AMRC amplifié à une station mobile (non représentée sur la figure 1). Cette partie de transmission 101 est répétée pour chacun des secteurs S2-S3, tel que représenté sur la figure 1. Une zone de couverture sectorisée de la technique antérieure est représentée sur la figure 2. Comme on peut le voir, une station de base 200 qui incorpore la partie de transmission 101 dans les secteurs S1-S3 est mise en oeuvre pour fournir une couverture par liaison aval (station de base 200 vers stations mobiles) aux secteurs S1-S3. De même, un récepteur (non représenté) est mis en oeuvre dans la station de base 200 pour recevoir des transmissions par liaison inverse (stations mobiles vers station de base 200) dans les secteurs S1-S3. Dans cette configuration, les trois secteurs S1-S3 possèdent leurs propres voies de commande spécialisées CCH1-CCH3. Dans les systèmes de communication AMRC et en particulier ceux qui sont compatible avec TIA/EIA/IS-95A, Mobile Station-Basestation Compatibility Standard for Dual Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System, juillet 1993 (dont une copie est disponible auprès de la Telecommunication Industry Association (TIA), 2001 Pensylvania Ave., Washington, D.C., 20006), les voies de commande prennent la forme d'un signal comportant des informations pilotes/d'appel de personnes/de synchronisation. Comme on peut le voir sur la figure 2, trois stations mobiles 203-205 sont situées dans une moitié du secteur S1 tandis qu'une autre station mobile 208 est située dans l'autre moitié du secteur S1. Puisque les systèmes de communication AMRC sont des systèmes à limitation par les interférences, c'est-à-dire que les possibilités de l'utilisateur dans un secteur sont limitées par toutes les interférences présentes dans ce secteur, toutes les interférences générées par les communications entre la station de base 200 et les stations mobiles 203-205 et 208 affectent les possibilités de l'utilisateur dans le secteur S1, malgré la séparation sensible des stations mobiles. Il est intéressant de noter que la quantité d'interférences générée par les transmissions des stations mobiles 203-205 et 208 est assez différente de la quantité d'interférences générée par les transmissions de la station de base 200. Puisque la quantité d'interférences de la liaison aval diffère de celle de la liaison inverse, les possibilités sur la liaison aval diffèrent en conséquence des possibilités sur la liaison inverse. Ce phénomène est connu sous le nom de déséquilibre de possibilités entre les liaisons aval/inverse. La liaison qui limite le problème du déséquilibre de possibilités entre les liaisons aval/inverse est la liaison aval. En d'autres termes, plus de stations mobiles pourraient être généralement supportées par la liaison inverse (les interférences dans la liaison inverse sont généralement désignées par "montée de bruit") si plus de puissance provenait des amplificateurs de puissance de la station de base 200. Toutefois, une augmentation de la puissance dans les amplificateurs de puissance provoque une augmentation du coût, de la complexité et de l'entretien des amplificateurs de puissance. Ainsi, il y a un besoin pour un appareil et un procédé améliorés permettant de fournir une communication sans fil à une zone de couverture sectorisée afin de minimiser les effets du déséquilibre de possibilités entre les liaisons aval/inverse. Brève description des dessins La figure 1 est un schéma fonctionnel d'une partie de transmission de la technique antérieure utilisée pour une communication sans fil. La figure 2 illustre de façon générale une zone de couverture sectorisée de la technique antérieure. La figure 3 représente, de façon générale et sous forme de schéma fonctionnel, un émetteur d'une station de base conçu pour mettre en oeuvre la présente invention. La figure 4 représente de façon générale une communication sans fil fournie à une zone de couverture sectorisée par l'émetteur de la figure 3. Description détaillée du mode de réalisation préféré En général, un émetteur est utilisé pour fournir une communication sans fil dans une zone de couverture sectorisée. L'émetteur incorpore une matrice hybride et une matrice hybride inverse afin de combiner des signaux de trafic et des signaux de commande d'entrée. La matrice hybride transforme les signaux de commande et les signaux de trafic en signaux de sortie qui contiennent chacun une partie des signaux de commande et des signaux de trafic. Les sorties de la matrice hybride sont amplifiées par des amplificateurs et les sorties des amplificateurs sont ensuite transformées de façon inverse par la matrice hybride inverse. La matrice de transformation inverse recombine les parties des signaux de commande et des signaux de trafic entrés à l'origine dans la matrice hybride et les signaux obtenus sont transmis aux stations mobiles dans des zones de couverture sectorisées utilisant des antennes de secteur. Spécifiquement, un appareil permettant de fournir une communication sans fil à une zone de couverture sectorisée d'un système de communication sans fil comprend un moyen permettant de générer des signaux de commande spécifiques à chaque secteur de la zone de couverture sectorisée et un moyen de transformation, ayant en entrée les signaux de commande et au moins un signal de trafic, permettant de transformer les signaux de commande et le au moins un signal de trafic en au moins un premier et un deuxième signaux transformés. L'appareil comprend en outre une pluralité de moyens d'amplification permettant d'amplifier les premier et deuxième signaux transformés et un moyen de transformation inverse permettant de transformer les premier et deuxième signaux transformés reçus de la pluralité de moyens d'amplification en signaux de commande et le au moins un signal de transmission en vue de sa transmission aux stations de réception à l'intérieur de la zone de couverture sectorisée. Dans le mode de réalisation préféré, le système de communication sans fil comprend un système de communication cellulaire à accès multiple à répartition en code (AMRC). Les stations de réception peuvent être soit une station mobile soit une station fixe, tandis que le moyen de transformation peut être soit une matrice de transformation de Fourier soit une matrice de transformation de Butler. Le signal de trafic comprend un signal vocal/de données traité de façon à être compatible avec le système de communication cellulaire AMRC. Dans le mode de réalisation préféré, chaque moyen d'amplification de la pluralité de moyens d'amplification comprend un amplificateur de puissance linéaire à large bande et à une seule fréquence. De plus, dans le mode de réalisation préféré, au moins un signal de commande assure la commande d'au moins deux secteurs de la zone de couverture sectorisée. L'appareil selon l'invention peut également comprendre un moyen permettant de générer des signaux de commande pour chaque secteur de la zone de couverture sectorisée et un moyen d'acheminement de signaux, ayant en entrée une pluralité de signaux de trafic et un signal d'acheminement, permettant d'acheminer les signaux de trafic vers des unités de voies radio appropriées fondées sur le signal d'acheminement. Un moyen de transformation, ayant en entrée les signaux de commande et un deuxième signal de trafic émis par les unités de voies radio, transforme les signaux de commande et les signaux de trafic en au moins un premier et un deuxième signaux transformés, tandis qu'une pluralité de moyens d'amplification amplifie les premier et deuxième signaux transformés. Un moyen de transformation inverse transforme les premier et deuxième signaux transformés reçus de la pluralité de moyens d'amplification en signaux de commande et signaux de trafic en vue de leur transmission aux stations de réception dans la zone de couverture sectorisée. Dans ce mode de réalisation, les stations de réception peuvent également être une station mobile ou une station fixe et le signal d'acheminement comporte des informations concernant le secteur auquel un signal de trafic destiné à une station mobile ou une station fixe doit être acheminé. Dans le cas où la station de réception est une station mobile, les informations concernant le secteur auquel un signal de trafic destiné à la station mobile doit être acheminé proviennent d'une estimation de position de la station mobile. Dans le cas où la station de réception est une station fixe, les informations concernant le secteur auquel un signal de trafic destiné à la station mobile doit être acheminé proviennent d'une connaissance approximative de la position de la station fixe. La figure 3 est un schéma fonctionnel d'un appareil amélioré permettant de fournir une communication sans fil à une zone de couverture sectorisée selon l'invention. Tel que représenté sur la figure 3, une matrice hybride 303 et une matrice hybride inverse 306 sont mises en oeuvre dans ce mode de réalisation préféré. Pour en savoir plus sur les matrices hybrides, on peut se référer au brevet américain 4 213 132 de Davidson, cédé au cessionnaire de la présente invention et incorporé dans le présent document en tant que référence. En référence à la figure 3, les sorties des unités de voies radio 102 de la figure 1 entrent dans une matrice hybride 8 x 8 303. Dans le mode de réalisation préféré, la matrice hybride 303 et la matrice hybride inverse 306 sont du type de transformation de Fourier. Comme en conviendront les spécialistes de la technique, d'autres types de matrices hybrides, telles qu'une matrice de Butler, peuvent être utilisés de façon avantageuse. Dans la configuration représentée sur la figure 3, la matrice de transformation de Fourier 8 x 8 est utilisée pour fournir une communication sans fil à trois secteurs Plus3, qui sont chacun en outre soussectorisés en deux sous-secteurs A/B. Les secteurs obtenus sont S1A, Slgr S2A, S2B, S3A et S3B et sont illustrés sur la figure 4. Puisque seuls six ports de la matrice 303 et de la matrice inverse 306 sont utilisés, les ports non utilisés de la matrice 303 et de la matrice inverse 306 se terminent par des charges 309. Sur la figure 3 sont également représentés les générateurs de voies de commande (CCH) 312-314 qui fournissent un moyen permettant de générer des voies de commande CCH1-CCH3 (315) respectivement. Bien qu'ils soient représentés séparés de leurs RCU 102 correspondants à des fins d'illustration, chacun des générateurs CCH 312-314 se trouve dans son RCU 102 correspondant. Les générateurs CCH 312-314 génèrent les informations de voies de commande requises sous la forme d'un signal comportant des informations pilotes/d'appel de personnes/de synchronisation pour leur secteur correspondant (par exemple CCH1 pour le secteur S1, etc.). Ces informations pilotes/d'appel de personnes/de synchronisation sont utilisées par les stations mobiles dans le secteur afin d'établir/maintenir des communications sans fil dans le secteur, commuter vers d'autres secteurs/cellules etc. Tel que représenté sur la figure 3, la matrice hybride 303 présente en entrée des signaux de commande 315 et des signaux de trafic 316 destinés aux stations mobiles des trois secteurs S1-S3. Dans le mode de réalisation préféré, les signaux de trafic 316 sont des signaux AMRC compatibles avec l'interface radio définie dans TIA/EIA/IS-95A mentionné ci-dessus. La matrice hybride 303 transforme les signaux de commande 315 et les signaux de trafic 316 en signaux de sortie qui contiennent chacun une partie des signaux de commande 315 et des signaux de trafic 316. Les sorties de la matrice hybride 303 sont amplifiées par les amplificateurs 319. Dans le mode de réalisation préféré, les amplificateurs 319 sont des amplificateurs de puissance linéaires à large bande et à une seule fréquence, mais un spécialiste de la technique comprendra que des amplificateurs de puissance linéaires à large bande et à fréquences multiples peuvent être utilisés sans s'éloigner de la portée et de l'esprit de l'invention. Les sorties des amplificateurs sont ensuite transformées de façon inverse par une matrice hybride inverse 306. La matrice de transformation inverse recombine les parties des signaux de commande 315 et des signaux de trafic 316 entrés à l'origine dans la matrice hybride 303. Les signaux obtenus sont transmis aux secteurs qui leur correspondent S1A, S1B, S2A, S2B, S3A et S3B en utilisant les antennes de secteur 320. Comme on peut le voir sur la figure 4, et en référence au mode de réalisation particulier décrit sur la figure 3, deux secteurs de transmission S1A et S1B couvrent sensiblement la même étendue de surface que le secteur de liaison inverse S1. En d'autres termes, dans ce mode de réalisation, la liaison aval est une configuration à six secteurs tandis que la liaison inverse est une configuration à trois secteurs. Dans ce mode de réalisation, tel que représenté sur la figure 4, la quantité d'interférences présentées au secteur de transmission S1B par les stations mobiles 203-205 est négligeable puisque les communications par la liaison aval destinées aux stations mobiles 203-205 ne sont pas transmises dans le secteur S1B. Afin d'accomplir cela, une estimation de la position des stations mobiles 203205 et 208 doit d'abord être effectuée. Il est nécessaire d'effectuer une estimation de la position des stations mobiles 203-205 et 208 car la liaison inverse reste dans une configuration à trois secteurs tandis que la liaison aval est une configuration à six (ou N) secteurs. Si une station mobile 203-205 et 208 établit une communication dans la station de base 400 sans qu'une estimation de position soit effectuée au niveau de la station de base 400, la meilleure estimation de position pouvant être déterminée par la station de base 400 serait que les stations mobiles 203-205 et 208 se trouvent dans le secteur défini par S1 (qui comporte les deux secteurs de liaison aval S1A et S1B). Par conséquent, pour établir une communication avec les stations mobiles 203-205 et 208, la station de base exige que les communications par liaison aval pour chacune des stations mobiles 203-205 et 208 soient transmises sur chacune des antennes du secteur 320 correspondant aux secteurs de liaison aval S1A et S1B. En conséquence, la communication par liaison aval pour le secteur S1A comporte inutilement la communication par liaison aval pour la station mobile 208 et la communication par liaison aval pour le secteur S1B comporte inutilement les communications par liaison aval pour les stations mobiles 203-205. Pour obtenir une estimation de la position des stations mobiles 203-205 et 208, un récepteur de système de positionnement mondial (GPS) situé dans les stations mobiles 203-205 et 208 est mis en oeuvre. Le récepteur GPS des stations mobiles 203-205 et 208 contrôle les informations de position transmises par les satellites GPS et rapporte sa position à la station de base 400. Toutefois, le GPS présente une efficacité limitée dans les immeubles, les parkings souterrains etc. Afin de surmonter les limites du GPS, un procédé de localisation tel que décrit dans le brevet américain 5 508 709 de Ghosh et al. cédé au cessionnaire de la présente demande et incorporé dans le présent document en tant que référence, peut, selon une autre solution, être employé. Comme en conviendra un spécialiste de la technique, une combinaison de deux techniques bien connues peut être employée dans un autre mode de réalisation. D'autres procédés d'estimation de position peuvent être mis en oeuvre de façon avantageuse sans s'éloigner de l'esprit et de la portée de l'invention. L'estimation de la position des stations mobiles 203-205 et 208 ayant été effectuée, le récepteur de la station de base (non représenté) émet un signal d'acheminement 307 au dispositif d'acheminement de signaux 308. Le signal d'acheminement 307 comporte des informations qui informent le dispositif d'acheminement de signaux 308 de la démarche à suivre pour acheminer les signaux entrants destinés soit aux stations mobiles 203-205 soit à la station mobile 208 à l'unité de voie radio appropriée 102 desservant respectivement les secteurs de liaison aval S1A et S1B. De cette façon, les signaux vocaux/de données 100 destinés aux stations mobiles 203-205 du secteur S1A et à la station mobile 208 du secteur Slg sont correctement acheminés à l'unité de voie radio 102 appropriée. En conséquence, la communication par liaison aval avec les stations mobiles 203-205 ne sont transmises que par l'intermédiaire de l'antenne de secteur 320 qui dessert le secteur de liaison aval S1B tandis que la communication par liaison aval pour la station mobile 208 n'est transmise que par l'intermédiaire de l'antenne de secteur 320 qui dessert le secteur de liaison aval S1B. De cette façon, aucune interférence inutile n'est présentée à l'un des secteurs de liaison aval S1A et S1B. Puisque la quantité d'interférences est réduite par secteur, les possibilités de la liaison aval augmentent jusqu'à correspondre aux possibilités de la liaison inverse. De cette façon, les possibilités de la liaison aval/inverse et le problème du déséquilibre sont réduits selon l'invention. La mise en oeuvre représentée sur la figure 3 offre d'autres avantages. D'abord, en mettant en oeuvre la matrice hybride 303 et la matrice hybride inverse 306, une défaillance catastrophique d'un composant d'une chaîne quelconque de l'un des secteurs S1A, S1B, S2A, S2B, S3A et S3B est évitée puisque la matrice hybride 303 et la matrice hybride inverse 306 distribuent la puissance de façon égale aux antennes de secteur 320. De plus, en référence à la figure 2 et à la figure 4, les effets des interférences décrits cides sus sont éliminés puisque les stations mobiles 203205 et la station mobile 208 communiquent avec la station de base 300 dans des sous-secteurs séparés ; c'est-à-dire que les stations mobiles 203-205 communiquent à l'intérieur du sous-secteur S1A w/CCH1 tandis que la station mobile 208 communique sur le sous-secteur S1B w/CCH1. En outre, la configuration de la figure 3 nécessite la moitié des générateurs CCH 312-314 par rapport à une mise en oeuvre de transmission à six secteurs. Il est important de noter que la configuration de la figure 3 et de la figure 4 peut être utilisée pour des applications de ligne d'abonné sans fil. Dans des applications de ligne d'abonné sans fil, les stations mobiles 203-205 et 208 ne sont pas mobiles mais sont en fait des stations fixes reliées à des immeubles fixes (comme des complexes de maisons et d'appartements, etc.). La position de ces stations fixes est connue a priori en vue de la transmission des signaux de trafic qui leurs sont destinés 316, ainsi, la station de base 400 comporte une liste qui correspond aux positions connues des stations fixes du secteur de liaison aval approprié. Lorsque des stations fixes sont ajoutées dans la zone de couverture correspondant au secteur de liaison aval approprié, la liste est mise à jour en conséquence. Comme le comprendra un spécialiste de la technique, plusieurs variantes de la figure 3 peuvent être mises en oeuvre de façon avantageuse pour fournir des communications sans fil à une zone de couverture sectorisée selon l'invention. Par exemple, au lieu d'utiliser une matrice hybride 8x8 303 et la matrice hybride inverse 306 pour un fonctionnement à six secteurs, une matrice hybride 16x16 peut être mise en oeuvre pour un fonctionnement par liaison aval à 12 ou 16 secteurs. En fait, n'importe quel matrice hybride NxN peut être utilisée de façon avantageuse pour mettre en oeuvre une communication sans fil à N secteurs (ou moins) selon l'invention. Bien que l'invention ait été représentée et décrite en détails en référence à un mode de réalisation particulier, les spécialistes de la technique comprendront que de nombreuses modifications de forme ou de détails pourront être apportées sans toutefois s'éloigner de l'esprit et de la portée de l'invention. Les équivalents, actes, matériaux et structures correspondants de tous les moyens ou étapes et éléments fonctionnels des revendications ci-dessous sont censés comprendre n'importe quels structure, matériaux ou actes permettant de remplir les fonctions en combinaison avec d'autres éléments revendiqués. REVENDICATIONS 1. Appareil permettant de fournir une communication sans fil à une zone de couverture sectorisée d'un système de communication sans fil, l'appareil étant caractérisé par un moyen permettant de générer des signaux de commande pour chaque secteur de la zone de couverture sectorisée un moyen de transformation, ayant en entrée les signaux de commande et au moins un signal de trafic, permettant de transformer les signaux de commande et le au moins un signal de trafic en au moins un premier et un deuxième signaux transformés une pluralité de moyens d'amplification permettant d'amplifier les premier et deuxième signaux transformés ; et un moyen de transformation inverse permettant de transformer lesdits premier et deuxième signaux transformés reçus de la pluralité de moyens d'amplification en signaux de commande et le au moins un signal de trafic en vue de sa transmission aux stations de réception à l'intérieur de la zone de couverture sectorisée. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les stations de réception sont en outre caractérisées par une station mobile ou une station fixe. 3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le moyen de transformation est en outre caractérisé par une matrice de transformation de Fourier ou une matrice de transformation de Butler. 4. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le système de communication sans fil est en outre caractérisé par un système de communication cellulaire à accès multiple par répartition en code (AMRC). 5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel le signal de trafic est en outre caractérisé par un signal vocal/de données traité de façon à être compatible avec le système de communication cellulaire AMRC, 6. Appareil selon la revendication 1, dans lequel chaque moyen d'amplification de la pluralité de moyens d'amplification est en outre caractérisé par un amplificateur de puissance linéaire à large bande et à une seule tonalité. 7. Appareil selon la revendication 1, dans lequel au moins un signal de commande fournit une commande d'au moins deux secteurs de la zone de couverture sectorisée. 8. Procédé de fourniture de communications sans fil à une zone de couverture sectorisée d'un système de communication sans fil, le procédé étant caractérisé par les étapes consistant à générer les signaux de commande spécifiques à chaque secteur de la zone de couverture sectorisée transformer les signaux de commande et le au moins un signal de trafic en au moins un premier et un deuxième signaux transformés amplifier les premier et deuxième signaux transformés ; et transformer lesdits premier et deuxième signaux transformés reçus depuis la pluralité de moyens d'amplification en signaux de commande et le au moins un signal de commande en vue de sa transmission aux stations de réception à l'intérieur de la zone de couverture sectorisée. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le système de communication sans fil est en outre caractérisé par un système de communication cellulaire à accès multiple par répartition en code (AMRC). 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le au moins un signal de trafic est un signal vocal/de données traité de façon à être compatible avec le système de communication cellulaire AMRC.