Brevet FR2757339A1 — publié le 19980619

PROCEDE DE CORRECTION DE L'EFFET DOPPLER DANS UN RESEAU DE RADIOCOMMUNICATIONS AVEC LES MOBILES La présente invention concerne de manière générale un procédé de correction de l'effet Doppler dans un réseau de radiocommunications avec les mobiles, ainsi qu'une station de base et un terminal pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention peut être mise en oeuvre dans tout type de réseau de radiocommunications avec les mobiles, qu'il soit10 terrestre ou par satellite. L'effet Doppler s'applique à toute forme d'onde qui est émise à destination ou reçue en provenance d'un terminal mobile, ou mobile, en déplacement. En référence à la figure 1, si F est la fréquence d'une onde émise, l'effet Doppler décale à la réception, la fréquence de cette onde émise d'une quantité: AF =F.(V/c).cos(c), V étant la vitesse du mobile, c la vitesse de propagation de l'onde, et x l'angle entre le vecteur vitesse V du mobile et le vecteur de propagation E de l'onde émise. Ce décalage de fréquence qui est induit par l'effet Doppler croît en fonction de la vitesse du mobile et doit avantageusement être compensé pour garantir une bonne25 réception des données par le mobile. Pour expliquer le problème de décalage fréquentiel induit par l'effet Doppler, il est maintenant fait référence à la figure 2. En pratique, certains réseaux de radiocommunications avec les mobiles, tels que GSM (Global System for Mobile communications), recourent à deux fréquences par communication, une première fréquence étant allouée à la modulation des données émises du mobile M vers la station de base, B1 ou B2, et une seconde fréquence étant allouée à la modulation des données émises de la station de35 base, B1 ou B2, vers le mobile M. Néanmoins, dans la représentation de la figure 2, seule une fréquence, notée F, est supposée être utilisée à la fois pour les liaisons montante et descendante entre station de base B1 et mobile M et pour les liaisons montante et descendante entre station de base B2 et mobile M. Il est ainsi fait abstraction (a) - 5 de la différence normative (qui est multiple de 200 kHz dans le cadre du GSM) entre les deux fréquences de réception, ainsi que les deux fréquences d'émission, respectivement produites par deux stations de base voisines ainsi que (b) - de la différence normative (qui est égale à 45 MHz dans le10 cadre du GSM) entre les fréquences de réception et d'émission pour une même station de base. Cela a pour objectif de simplifier la représentation en ne prenant en compte les dérives de fréquence dans les échanges de données entre mobile M et station de base B1 et B2 que par rapport à15 une seule référence qui est la fréquence F. Il faut bien noter que pour ce qui concerne le seul problème des dérives de fréquence, la figure 2 est parfaitement représentative, même pour les réseaux de type GSM, sachant que le mobile génère une fréquence locale en20 fonction d'une référence de fréquence qui correspond à une fréquence imposée par la station de base avec laquelle est établie la liaison radioélectrique. Ainsi, les dérives fréquentielles s'ajoutent, indépendamment du fait que deux fréquences distinctes sont utilisées respectivement comme25 fréquence d'émission et fréquence de réception. Par rapport à la fréquence théorique, ou normative, F, la station de base courante B1 émet à destination du mobile avec une fréquence (F AFB1), AFB1 correspondant à une erreur fréquentielle interne à la station de base B1. Cette30 erreur fréquentielle est typiquement due aux caractéristiques imparfaites de l'oscillateur dans la station de base. L'effet Doppler, résultant du déplacement du mobile M par rapport à la station de base B1, induit une translation fréquentielle, en réception par le mobile M, de35 la fréquence (F AFB1) d'émission de la station de base B1. Ainsi, le mobile M reçoit une fréquence (F AFB1 + AFD1), AFD1 correspondant à la dérive fréquentielle induite par effet Doppler. En émission, le mobile M ayant asservi sa fréquence d'émission par rapport à la fréquence de réception (F AFB1 + AFD1), va émettre à la fréquence défini par (F AFB1 + AFD1 AFM), AFM définissant une dérive fréquentielle d'un oscillateur dans le mobile M. En résultat de l'effet Doppler, la station de base reçoit le signal émis par le mobile à la fréquence (F AFB1 + AFD1 AFM) avec une fréquence (F AFB1 + 2.AFD1 AFM), l'effet Doppler AFD110 s'appliquant au signal émis du terminal M vers la station de base B1 étant égal à l'effet Doppler AFD1 s'appliquant au signal émis de la station de base B1 vers le terminal M. Ainsi, en résultat, la dérive fréquentielle totale aller-retour vue de la station de base est égale à (2.AFD1 AFM). Dans le cadre du GSM, la procédure de changement de cellule est la suivante. Le mobile M reçoit une information de commande de changement de cellule dans un canal de signalisation associé au canal de communication établi avec20 B1. Cette information de commande de changement de cellule indique au mobile M la/les nouvelle(s) fréquence(s) d'échange de données avec la station de base suivante B2. En résultat de cela, le mobile M modifie sa/ses fréquence(s) d'émission/réception relativement à sa référence de25 fréquence locale courante, c'est à dire, dans la représentation de la figure 2, la fréquence (F + AFB1 + AFD1). Le mobile M recevant le signal émis par la station de base suivante B2 avec la fréquence (F AFB2 - AFD2), il doit modifier, par asservissement, la fréquence de son30 oscillateur de la valeur (AFD1 AFB1 AFB2 + AFD2) sachant que sa fréquence de référence locale possède déjà préalablement une dérive de (AFD1 AFB1 AFM). En négligeant les termes AFB1, AFM et AFB2, la dérive fréquentielle à compenser par le terminal M sera donc égale35 (AFD1 + AFD2). Ces deux termes AFD1 et AFD2 s'ajoutent sans se compenser sachant que, vu du terminal, l'effet Doppler tend à augmenter, respectivement diminuer, une fréquence émise par une station de base correspondante selon qu'il se rapproche, respectivement qu'il s'éloigne, de cette station de base. Selon la technique antérieure, cette correction de l'effet Doppler, pouvant apparaître critique lors d'un changement de cellule pour un mobile à vitesse élevée, est10 compensée par le terminal M. Il est à noter que dans le cas d'un transfert de communication, le terminal doit prendre en compte la dérive fréquentielle (AFD1 AFB1 AFB2 + AFD2). Le terminal est pour cela muni de moyens de calcul d'autant plus performants et complexes que la vitesse possible de15 déplacement du terminal est élevée, ce qui augmente la difficulté de réalisation technique du terminal. Un premier objectif de l'invention est de remédier à l'inconvénient précité en fournissant un procédé particulièrement avantageux de correction de l'effet Doppler20 dans un réseau de radiocommunications avec les mobiles, notamment en vue de réduire la complexité du terminal. Selon l'invention, ou bien il est prévu de corriger en continu ce décalage de fréquence de sorte que la station de base impose au mobile sa référence fréquentielle, ou bien cet effet25 Doppler, qui peut apparaître critique lors d'un changement de cellule, ou handover, et provoquer une perte de la communication en cours, est corrigé seulement avant le transfert d'une communication d'une station de base courante vers une station de base suivante.30 Un second objectif de l'invention est de fournir une mise en oeuvre particulière de ce procédé dans le cadre d'un transfert de communication. Un troisième objectif de l'invention est de fournir une station de base pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un autre objectif de l'invention est de fournir un terminal de radiocommunications apte à être utilisé dans un réseau de radiocommunications mettant en oeuvre le procédé de l'invention. A cette fin, un procédé de correction de l'effet Doppler dans un réseau de radiocommunications avec les mobiles, est caractérisé selon l'invention en ce qu'il comprend les étapes de: - mesure par une station de base courante d'une dérive fréquentielle aller-retour entre elle-même et un mobile,10 émission par station de base courante à destination du mobile d'une valeur de correction fréquentielle qui est fonction de ladite dérive fréquentielle, et - correction par le mobile d'une référence de fréquence locale en fonction de ladite valeur de correction fréquentielle. Typiquement, la mesure est réalisée en fonction, d'une part, d'une fréquence de réception qui a priori doit être générée en fonction d'une référence de fréquence locale et,20 d'autre part, de ladite fréquence de réception qui est réellement reçue en provenance du mobile. Selon une variante, l'étape de correction par le mobile de la référence de fréquence locale en fonction de la valeur de correction fréquentielle est mise en oeuvre avant25 un échange de données avec une station de base suivante, qui suit un transfert de communication à partir de la station de base courante vers cette station de base suivante, et l'étape de correction par le mobile de sa référence de fréquence locale comprend l'étape de soustraction de30 sensiblement la moitié de la dérive fréquentielle mesurée à la référence de fréquence locale. Par exemple, la valeur de correction fréquentielle est émise dans un canal de signalisation par ladite station de base courante à destination du mobile. Une station de base pour la mise en oeuvre d'un procédé, comprenant un moyen d'asservissement de fréquence d'un oscillateur à la fréquence de modulation de données reçues, est caractérisée en ce qu'elle comprend: des moyens coopérant avec ce moyen d'asservissement de fréquence pour capturer une information relative à ladite dérive fréquentielle aller-retour, et - des moyens pour émettre à destination du mobile ladite valeur de correction fréquentielle qui est fonction de la dérive fréquentielle aller-retour. Un terminal pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour corriger une référence de fréquence locale en fonction de la valeur de correction fréquentielle reçue. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexés correspondants, dans lesquels: - la figure 1, déjà commentée, est un diagramme vectoriel explicitant le calcul de la dérive fréquentielle induite par effet Doppler; - la figure 2, également déjà commentée, est un diagramme fréquentiel montrant les différentes dérives fréquentielles s'appliquant dans les échanges de données entre un terminal et des stations de base courante et25 suivante; - la figure 3 montre un bloc-diagramme d'un circuit d'asservissement en fréquence dans une station de base pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et - la figure 4 est un bloc-diagramme d'un circuit d'oscillation dans un terminal selon l'invention. Le procédé de correction de l'effet Doppler selon l'invention prévoit que la station de base courante B1 mesure une dérive fréquentielle allerretour entre elle-même35 et le mobile M en fonction, d'une part, d'une référence de fréquence locale et, d'autre part, de la fréquence (F AFB1 + 2.AFD1 AFM) de réception en provenance du mobile M. Comme montré dans la figure 2, la référence de fréquence locale à la station de base B1 correspond à une fréquence qui présente une dérive de AFB1 par rapport à une 5 fréquence théorique, ou normative, F. Comme montré dans la figure 3, et selon une réalisation donnée à titre d'exemple, la station de base B1 mesure cette dérive fréquentielle aller-retour en utilisant son dispositif d'asservissement de fréquence d'un10 oscillateur à la fréquence de modulation de données reçues. Le dispositif d'asservissement de fréquence comprend un comparateur de phase 30, un filtre de boucle 31 et un oscillateur commandable en tension 32. Le comparateur de phase 30 reçoit le signal de données d(t) modulé à la15 fréquence de réception (F AFB1 + 2.AFD1 AFM). L'oscillateur 32 est commandé initialement par un signal COM pour produire un signal c(t) à une fréquence de réception devant être générée a priori en fonction d'une référence de fréquence propre à la station de base B1. Ainsi,20 initialement, la fréquence du signal c(t) possède donc une dérive fréquentielle de ( AFB1) par rapport à la fréquence normative à générer. De manière connu dans ce type de dispositif d'asservissement de fréquence, le signal s(t) généré en sortie du filtre de boucle 31 est proportionnel à25 la différence de fréquence entre la fréquence du signal reçu d(t), ici égale à (F AFB1 + 2.AFD1 AFM), et la fréquence du signal généré par l'oscillateur 32. Ainsi, en intégrant 34 ce signal s(t) à compter de l'instant d'initialisation de la boucle, est obtenu un signal s' (t) qui est proportionnel à (2.AFD1 AFM). La valeur du signal s' (t) est capturée et constitue une information de dérive fréquentielle aller-retour entre la station de base B1 et le mobile M. La station de base B1 émet, à travers un dispositif d'émission 33, à destination du mobile M une valeur de correction fréquentielle S qui est fonction de cette information de dérive fréquentielle. Selon une réalisation, cette valeur de correction fréquentielle S est émise dans un canal de signalisation associé au canal de communications établi entre la station de base courante B1 et le mobile M. 5 Selon une première variante, la correction par le mobile M de la dérive fréquentielle due à l'effet Doppler peut être réalisée indépendamment de tout transfert de communication de la station de base courante vers une station de base suivante. Dans ce cas, périodiquement, la10 station de base courante B1 émet à destination du mobile M la valeur de correction fréquentielle S qui prend une valeur égale à (2.AFD1 AFM) de sorte que le mobile M aligne en continu sa référence de fréquence locale sur celle de la station de base courante B1. Typiquement, le mobile modifie15 sa référence de fréquence locale d'une valeur sensiblement égale à la moitié de (2. AFD1 AFM), de sorte que sa référence de fréquence locale coïncide avec celle de la station de base courante EB1. Selon une autre variante, il peut être prévu que le mobile ne corrige sa référence de fréquence locale que précédemment à un échange de données avec la station de base suivante B2, qui suit un transfert de communication à partir de la station de base courante B1 vers cette station de base suivante B2. Dans ce cas, le mobile M corrige sa référence25 de fréquence locale en fonction de la valeur de correction fréquentielle S reçue en provenance de la station de base courante Bi précédemment à ce transfert de communication. Comme montré dans la figure 4, le mobile M comprend un oscillateur 40 dont une sortie est appliquée à une entrée d'un modulateur/démodulateur, et une unité de commande d'oscillateur 41. Dans le terminal M, la référence de fréquence locale est définie par la/les fréquence(s) d'émission et réception courante(s) utilisée(s) pour la communication en cours avec la station de base courante B1.35 Lorsque le mobile M modifie ses fréquences d'émission et réception juste avant un changement de cellule, une nouvelle valeur COM' est appliquée à l'entrée de l'unité de commande d'oscillateur 41, cette valeur COM' étant déterminée en fonction de la référence de fréquence locale, c'est à dire de la valeur COM' courante retenue pour les échanges de 5 données avec la station de base courante ElB1. L'unité de commande d'oscillateur 41 reçoit donc cette nouvelle valeur COM', et, en outre, la valeur de correction fréquentielle S reçue en provenance de la station de base courante B1. L'unité de commande d'oscillateur 40 agit, en conséquence,10 comme un correcteur de la référence de fréquence locale du mobile M en fonction de la valeur de correction fréquentielle S. En revenant à la figure 2, la fréquence de réception par le mobile en provenance de la station de base B1 est donnée par (F AFB1 + AFD1), et cette fréquence définit la référence de fréquence locale du mobile pour la génération de la fréquence (F AFB2 - AFD2) de réception en provenance de la station de base suivante B2. Abstraction faite de la différence normative (qui est multiple de 200 kHz dans le20 cadre du GSM) entre fréquence de réception en provenance de B1 et fréquence de réception en provenance de B2, l'on voit que le mobile doit compenser la dérive en fréquence (AFD1 AFB1 AFB2 + AFD2) pouvant apparaître prohibitive lorsque le mobile possède une vitesse élevée.25 Selon l'invention, la prise en compte par le mobile de la valeur de correction fréquentielle S lui permet en quelque sorte de corriger sa référence de fréquence locale. Avantageusement, dans le cas d'une correction par le mobile de sa référence de fréquence locale précédemment à un30 échange de données avec la station de base suivante B2, cette correction est réalisée par soustraction à la référence de fréquence locale courante, présentant une dérive de ( AFB1 + AFD1), de sensiblement la moitié de la dérive fréquentielle aller-retour mesurée (2.AFD1 AFM).35 Ainsi, en résultat, la référence de fréquence locale du mobile M possède alors une dérive de ( AFB1 AFM/2) par rapport à la fréquence théorique normative. L'effet Doppler existant par rapport à la station de base B1 est alors pris en compte par le mobile et ce dernier ne doit donc plus compenser, si l'on néglige les termes AFB1, AFM et AFB2, que la dérive fréquentielle induite par l'effet Doppler existant avec la station de base suivante B2 qui n'est pas connue a priori. REVENDICATIONS 1 - Procédé de correction de l'effet Doppler dans un réseau de radiocommunications avec les mobiles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - mesure par une station de base courante (B1) d'une dérive fréquentielle aller-retour (2.AFD1 AFM) entre elle-même et un mobile (M), - émission par ladite station de base courante (B1) à destination du mobile (M) d'une valeur de correction fréquentielle (S) qui est fonction de ladite dérive fréquentielle (2.AFD1 AFM), et - correction par le mobile (M) d'une référence de fréquence locale en fonction de ladite valeur de correction fréquentielle. 2 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite mesure est obtenue en fonction, d'une part, d'une fréquence de réception (F AFB1) qui a priori doit être générée et, d'autre part, de ladite fréquence (F AFB1 + 2.AFD1 AFM) de réception qui est réellement reçue en provenance du mobile (M). 3 - Procédé conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite étape de correction par le mobile (M) de la référence de fréquence locale en fonction25 de ladite valeur de correction fréquentielle est mise en oeuvre avant un échange de données avec une station de base suivante (B2), qui suit un transfert de communication à partir de la station de base courante (B1) vers cette station de base suivante (B2), et en ce que l'étape de30 correction par le mobile (M) de sa référence de fréquence locale comprend l'étape de soustraction de sensiblement la moitié de la dérive fréquentielle mesurée (2.AFD1 AFM) à ladite référence de fréquence locale. 4 - Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite valeur de correction fréquentielle (S) est émise dans un canal de signalisation par ladite station de base courante à destination du mobile. 5 - Station de base (B1) pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un moyen (30, 31, 32) d'asservissement de fréquence d'un oscillateur à la fréquence de modulation de données reçues (d(t)), caractérisée en ce qu'elle comprend - des moyens coopérant avec ledit moyen d'asservissement de fréquence pour capturer une information (s' (t)) relative à ladite dérive fréquentielle aller-retour, et - des moyens (33) pour émettre à destination du mobile (M) ladite valeur de correction fréquentielle (S) qui est fonction de la dérive fréquentielle aller-retour. 6 - Terminal mobile de radiocommunications pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (41) pour corriger une référence de fréquence locale en fonction de ladite valeur de correction fréquentielle20 reçue (S)