Brevet FR2795258A1 — publié le 20001222

SYSTEME DE RADIOCOMMUNICATION NUMERIQUE VERS DES TERMINAUX PASSIFS L'invention concerne les systèmes de radiocommunication permettant de fournir, à des usagers munis de terminaux, des commentaires concernant des événements localisés dans le temps et dans l'espace et éventuellement de la musique ; elle concerne également un procédé susceptible d'être mis en oeuvre dans de tels systèmes et des terminaux consommables, à durée de vie limitée, pour de tels systèmes. L'invention est applicable dans des situations très diverses, chaque fois qu'il y a intérêt à fournir, à un détenteur de terminal, des informations sur l'évolution d'un événement tel qu'il le voit ou susceptible de l'intéresser. Une application particulièrement importante est la diffusion, lors d'un événement sportif, culturel ou sportif, d'informations de nature générale aussi bien que de commentaires sur ce qui se passe dans le champ de vision et hors du champ de vision. Les compétitions d'athlétisme, les courses d'automobile, les épreuves cyclistes sont des exemples particulièrement représentatifs. Toutefois, l'invention trouve de nombreuses autres applications, par exemple pour la diffusion de messages radio d'alerte en montagne, des informations sur les activités dans une station de vacances ou un parc de loisirs, d'indication de points d'intérêts dans des foires ou expositions. A l'heure actuelle, la diffusion d'informations s'effectue généralement par l'utilisation d'un système d'annonces par haut-parleur, bruyant, exigeant une installation lourde et ne couvrant pas de façon uniforme l'espace dans lequel se trouvent les utilisateurs potentiels. On a également proposé l'utilisation de radiotéléphones dont l'inconvénient est un prix élevé et une infrastructure importante. La présente invention vise notamment à fournir un système et un procédé de coût faible, d'utilisation aisée et de grande flexibilité d'emploi. L'invention propose notamment dans ce but un système radio de communication numérique vers des terminaux passifs d'usager comprenant - une station de base munie de moyens de diffusion ominidirectionnelle vers les terminaux d'usager, en diversité de fréquence et/ou avec entrelacement temporel, - au moins une station secondaire, comportant des moyens de diffusion vers les terminaux d'usager suivant un mode identique à celui de la station de base, ayant des moyens de liaison avec la station de base permettant à cette dernière d'autoriser la diffusion par la station secondaire en arrêtant sa propre diffusion, et - des terminaux d'usager miniature, à utilisation unique et de durée de vie limitée et prédéterminée, à source incorporée, aptes à recevoir et à utiliser les signaux provenant de la station de base ou des stations secondaires. Le système est essentiellement utilisable à l'heure actuelle pour la transmission de la parole et de la musique, à laquelle peuvent s'ajouter des données destinées à une utilisation complémentaire, car les composants disponibles ne permettent pas de réaliser de façon économique une réception d'image de bonne qualité. Mais le système pourra dans l'avenir être étendu à ce domaine. La diversité de fréquence et l'entrelacement temporel peuvent être réalisés par une technologie maintenant implémentée dans des circuits de coût relativement faible, similaires à ceux destinés au système de diffusion numérique vers les mobiles ou DAB mais simplifiés. Pour la diffusion de la parole ou de la musique, la diversité de fréquence peut être par transmission alternée à des fréquences réparties de façon pseudo-aléatoire suivant un algorithme mémorisé dans les stations et dans les terminaux. L'entrelacement temporel peut s'effectuer au niveau des bits transmis, au sein de trames ayant une durée de 40 millisecondes, ce qui est compatible avec les retards de diffusion tolérables. La sécurité de transmission dans une ambiance bruitée peut être assurée par un codage par bloc ayant un rendement inférieur à 1, donc redondant et autorisant la correction d'erreurs. Pour éviter le piratage et réserver la réception à des usagers autorisés, les messages transmis peuvent être embrouillés ou chiffrés, notamment par combinaison de la séquence binaire à émettre avec une séquence pseudo- aléatoire, suivant une technologie couramment utilisée. Pour permettre un paramétrage facile de l'embrouillage, il est préférable d'utiliser une séquence pseudo-aléatoire d'embrouillage formée par un registre à décalage disposant d'autant de pas que l'ordre du polynome générateur désiré et un nombre de portes "ou exclusif' ou XOR égal au nombre d'additions dans le polynome, moins un. Ainsi, toutes les opérations logiques XOR sont effectuées en une seule passe. Le jeu d'opérations XOR suivant s'est révélé particulièrement intéressant, bo désignant l'entrée du registre à décalage et b32 la sortie b7 = b7 " b32 b5 = b5 ^ b32 b3 = b3 ^ b32 b2=b2"b32 b1 = b1 ^ b32 Cet embrouillage peut mettre en oeuvre des moyens déjà largement utilisés, par exemple pour la mise en oeuvre de la norme D2-MAC qui utilise elle aussi des registres à décalage à 32 étages. L'utilisation de la diversité de fréquence, avec une répartition typique sur 380 porteuses, et/ou d'un entrelacement temporel permet d'effectuer la diffusion dans les bandes de fréquence UHF et SHF, comprise entre 200 MHz et 3 GHz en tolérant des brouilleurs travaillant dans la même bande. Pratiquement, les fréquences de transmission choisies seront typiquement entre 400 MHz et 2,6 GHz, à utilisation libre. L'invention propose également un terminal d'usager consommable pour un réseau de communication numérique, ce terminal démuni de moyens d'émission, comprend un objet portatif (généralement une carte plate) contenant un récepteur en bande UHF et des moyens de désentrelacement, de poursuite en fréquence suivant un algorithme mémorisé et de décodage, ainsi qu'une source d'alimentation intégrée non rechargeable permettant un fonctionnement de durée prédéterminé et des moyens permettant de paramétrer au moins les moyens d'adaptation à la diversité, l'entrelacement et l'embrouillage du signal reçu. II est possible de constituer l'objet portable par une carte de dimension comparable à celle d'une carte de crédit, contenant une antenne et au moins une pile qui est mise hors service à l'issue d'une durée prédéterminée, dont le début peut être marque soit par la mise en service du terminal à l'aide d'un interrupteur, soit par la réception d'un code particulier provenant de la station de base. II est également possible de prévoir deux piles différentes, l'une dont la mise en service est commandée par un interrupteur et qui alimente la partie UHF, l'autre qui est mise en service par un signal provenant de la station de base et qui alimente la partie basse fréquence. La mise hors service peut s'effectuer par destruction d'un fusible sur le retour de masse de la pile basse fréquence ou des piles. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'ensemble du système ; - la figure 2 est un synoptique simplifié d'un terminal récepteur ; - la figure 3 montre une constitution matérielle possible d'un terminal récepteur ; - la figure 4 est un schéma d'antenne de diffusion. Le système montré en figure 1 comporte une station de base 10, une ou plusieurs stations secondaires portables 12 et des terminaux d'usagers 14 ; le système particulier représenté est prévu pour permettre une liaison bidirectionnelle entre stations. La station de base 10 peut être regardée comme comportant un émetteur de diffusion fixe 16 relié à un pupitre de régie 18 permettant le contrôle par un animateur ou "disc jockey" et une antenne déportée 20, reliée à l'émetteur par un câble coaxial 22. A l'émetteur de diffusion est associé un émetteur-récepteur de liaison avec les stations secondaires, à une fréquence différente. Ce dernier peut être omis si les liaisons entre la station de base et les stations secondaires s'effectuent par des moyens distincts. En général, la station de base sera placée à l'intérieur même du site dans lequel doivent être diffusées les informations. Il est en conséquence souhaitable que le lobe d'antenne soit omnidirectionnel en azimuth. En revanche, il est souhaitable de concentrer l'énergie rayonnée dans le sens horizontal. Ce résultat peut être atteint en utilisant une antenne 20 de type en E ayant un lobe de rayonnement sensiblement cardioîde, ayant un fort gain. Une telle antenne fournit une polarisation verticale, qui se prête bien à la réception. La puissance de l'émetteur sera ajustée et l'antenne sera prévue pour ne pas dépasser la puissance rayonnée au-delà de laquelle une autorisation d'émission est nécessaire et pour avoir une zone de couverture adaptée. Chaque station secondaire 12 comporte un émetteur mettant en oeuvre le même mode de modulation, de diversité et d'entrelacement que la station de base, car une seule des stations émettra à un instant donné. Dans le cas illustré, les communications entre chaque station secondaire et la station de base s'effectuent par un émetteur récepteur distinct de l'émetteur qui sert la diffusion. L'émetteur-récepteur distinct utilise une antenne 24, dont le gain n'a pas besoin d'être aussi important que celui de l'antenne 20, car le traitement des signaux reçus peut s'effectuer par des moyens plus complexes et efficaces que par ceux du récepteur contenu dans les terminaux 14. Etant donné que les aspects les plus originaux de l'invention portent sur les terminaux 14, ceux ci seront décrits en premier, l'émetteur 10 effectuant surtout des opérations duales de celles réalisées dans le terminal. Le terminal comporte un objet portable et une oreillette 28 d'écoute, reliés par un fil qui, contrairement à ce qui se passe pour beaucoup d'appareils portables actuels, ne constitue pas l'antenne. L'antenne 30 est incorporée dans la carte, comme on le verra plus loin. Le signal UHF collecté par l'antenne 30 est appliqué à un filtre de bande 32 (filtre à ondes de surface en général) qui sélectionne la bande de fréquence dans laquelle s'effectue la répartition en diversité. Le signal UHF est amplifié par un amplificateur à faible bruit 34 et appliqué à un mélangeur de transposition 36 qui reçoit également un signal provenant d'un oscillateur local 38, généralement commandé par une boucle à verrouillage de phase. Pour réduire la consommation, la poursuite de phase est avantageusement réalisée à partir d'un critère en logique douce (à maximum de vraisemblance). Le signal transposé est sélectionné par un second filtre de bande 40, amplifié par un amplificateur à contrôle de gain par tension 42 et appliqué à un échantillonneur 44. Une horloge 46, munie d'une entrée de calage non représentée, fournit un signal de cadencement à l'échantillonneur 44 et à l'ensemble de la partie numérique du circuit. Cette partie numérique comprend un convertisseur analogique-numérique 48 suivi de deux voies lorsque le signal présente une modulation d'amplitude en quadrature, dite QAM. Chaque voie comprend un élément de démodulation 50. Les deux démodulateurs 50 reçoivent le signal d'horloge en quadrature de phase. Ils peuvent également effectuer un désembrouillage en utilisant la séquence pseudo-aléatoire fournie par un générateur ou PRBS 51. Le signal modulant récupéré est appliqué à un processeur 54 et le signal de parole récupéré est appliqué à un convertisseur numérique-analogique 56 qui fournit le signal à fréquence vocale à un amplificateur de sortie 58. L'élément d'entrée 60 du processeur 54 assure le désentrelacement et fournit les symboles dans leur ordre normal à l'élément de sortie 62. Le processeur peut être prévu pour effectuer une commande de gain en modifiant la tension de réglage appliquée à l'amplificateur 42, afin d'obtenir un niveau de sortie sensiblement constant. Le niveau sonore est avantageusement réglable à l'aide d'un circuit 64 associé à des poussoirs 66 fournissant l'un des impulsions de montée, l'autre des impulsions de descente. Un interrupteur 68 permet de mettre en route le terminal en envoyant une impulsion à un circuit 70 qui remplit deux fonctions. D'une part il applique aux différents composants la tension fournie par une pile 72. D'autre part, il rend définitivement le terminal inopérant au bout d'une durée déterminée qui peut être comptée à partir - de l'appui sur l'interrupteur 68 et/ou - de l'instant où l'élément de sortie 62 fournit un niveau supérieur à un seuil déterminé, indiquant que l'événement auquel est affecté le terminal a commencé. L'objet portatif du terminal peut avoir la constitution générale montrée en figure 3. Il peut être constitué par une carte ayant un fond 74 et un couvercle 76, dont les faces externes peuvent porter une publicité, une illustration de l'événement etc... collées sur un cadre 78 contenant les composants actifs et dont la tranche porte les boutons poussoirs d'interrupteur 66 et 68. L'antenne 80 peut être sérigraphiée sur le cadre et présente avantageusement la forme en épingle à cheveux repliée qui est représentée et ne présente pas les orientations muettes d'une boucle fermée. Les composants sont avantageusement montés sur un support par une technologie à pattes évitant un substrat multicouches coûteux. Dans le cas où le terminal est prévu pour fournir un message court enregistré après la fin de l'événement, une seconde pile 82, mise en route par un interrupteur supplémentaire ou par un nouvel appui sur l'interrupteur 68, peut être prévue. Lors de la fabrication, les composants sont paramétrés de façon définitive, à l'aide d'entrées non représentées, avant encartage par mise en place du fond et du couvercle. L'antenne 80 peut être accordée en même temps à la fréquence centrale prévue, par mise en place d'une barrette 8 sur l'épingle à cheveux. La séquence d'utilisation du système qui vient d'être décrit peut être la suivante, après distribution des terminaux appropriés. L'utilisateur arrivant sur le site met en service la pile en appuyant sur l'interrupteur 68. Les interrupteurs peuvent être protégés, lorsqu'ils sont distribués ou vendus, en plaçant la carte et l'oreillette dans une pochette plastique ou en bloquant les interrupteurs par une languette qui doit être enlevée. L'animateur placé à la station maître met en service son émetteur, ce qui lui permet de diffuser des messages à l'aide d'un micro, des publicités éventuellement enregistrées, de la musique enregistrée, etc. Dès que le terminal d'usager détecte la présence d'un signal basse fréquence provenant de la démodulation du signal diffusé, il fait débuter le comptage du temps alloué. Le pupitre 18 constitue une régie BF qui comporte un mélangeur à dynamique de fréquence élevée permettant le dosage et le mélange de toutes les sources. II peut être muni du voyant rouge habituel 86 indiquant qu'une émission est en cours (on the air). Les utilisateurs ainsi que les reporters chargés des stations secondaires reçoivent la diffusion. Lorsqu'un reporter souhaite commenter un événement particulier, il demande la prise d'antenne à l'animateur, par exemple en actionnant une commande sur son microphone. L'animateur peut être alerté par allumage d'une lampe orange 90. La station secondaire peut être prévue pour adresser également une identification qui apparait sur un afficheur 92. Pour donner la main au reporter, l'animateur coupe son émission. En même temps, il informe le reporter. Ce dernier peut alors commenter l'événement particulier et diffuser à la place de la station maître. L'animateur peut suivre l'événement, comme les utilisateurs des terminaux et reprendre l'antenne en demandant au reporter d'arrêter sa diffusion. La durée allouée par le composant 70 est choisie de façon à déborder légèrement de la durée maximale prévue pour l'événement. A l'issue de cette période, le terminal est inactivé de façon définitive, quelles que soient les manoeuvres effectuées par l'utilisateur. L'antenne 20 peut avoir la constitution schématisée en figure 4. II s'agit d'une antenne double colinéaire à brins 5a.18, en lignes plates haute impédance. Elle comporte une branche centrale de raccordement à l'émetteur par l'intermédiaire d'un coaxial et d'un transformateur d'impédance et deux branches latérales en dipôle. La longueur 5a18 représente un optimum en matière de résistance de rayonnement. Il sera possible de s'en écarter. Une telle antenne présente un grain isotropique qui permet d'avoir une puissance apparente rayonnée accrue à puissance HF fournie à l'antenne égale. REVENDICATIONS 1. Système de radio communication numérique vers des terminaux passifs d'usagers, comprenant - une station de base (10) munie de moyens de diffusion ominidirectionnelle vers les terminaux d'usager, en.diversité de fréquence et/ou avec entrelacement temporel, - au moins une station secondaire (12), comportant des moyens de diffusion vers les terminaux d'usager suivant un mode identique à celui de la station de base, ayant des moyens de liaison avec la station de base permettant à cette dernière d'autoriser la diffusion par la station secondaire en arrêtant sa propre diffusion, et - des terminaux d'usager miniatures (14) à utilisation unique et de durée de vie limitée et prédéterminée, à source incorporée, aptes à recevoir et à utiliser les signaux provenant de la station de base ou des stations secondaires. 2. Système selon la revendication 1, dont la station de base comporte des moyens de génération de signaux représentatifs de la parole ou de l'image, utilisant en diffusion une diversité de fréquences par transmission à des fréquences réparties de façon pseudo-aléatoire suivant un algorithme mémorisé dans les stations et dans les terminaux. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bits transmis sont regroupés en trames avec un codage par bloc redondant, chaque terminal passif utilisant un décodeur permettant la correction d'erreurs. 4. Terminal d'usager consommable pour réseau de communication numérique, démuni de moyens d'émission, comprenant une carte contenant un récepteur en bande UHF, des moyens de désentrelacement, de poursuite en fréquence suivant un algorithme mémorisé de décodage, ainsi qu'une source d'alimentation intégrée non rechargeable permettant un fonctionnement de durée prédéterminée, des moyens permettant de paramétrer au moins les moyens d'adaptation à la diversité, l'entrelacement et l'embrouillage du signal reçu. 5. Terminal selon la revendication 4, caractérisé en ce que la carte contient une antenne et au moins une pile constituant la dite source et en ce que le terminal comprend de plus une oreillette raccordée à la carte. 6. Terminal selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par desmoyens mettant le terminal hors service au bout d'une durée déterminée après la mise en route manuelle et/ou le début de la réception. 7. Terminal selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de restitution d'un message enregistré après la mise hors service du terminal. 8. Station de base pour système suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un émetteur de diffusion relié à une antenne déportée, et éventuellement un émetteur récepteur de liaison avec les stations secondaires. 9. Station de base selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une antenne déportée (20) en E ayant un lobe de rayonnement sensiblement cardioïde. 10. Station de base suivant la revendication 9, caractérisée en ce que l'antenne en E est une antenne double colinéaire à brins 5a18 en lignes plates haute impédance.