Brevet FR2802038A1 — publié le 20010608

La présente invention se rapporte à des méthodes et systèmes de communication hybride o on peut adopter une communication par laser et une communication par micro- ondes. En particulier la présente invention se rapporte à la méthode et au système de communication hybride par laser et micro-ondes qui permet d'entreprendre principalement la communication par laser et occasionnellement d'entreprendre la communication par micro-ondes, selon les conditions météorologiques. Comme méthodes de communication sans fil, il y a la communication par micro-ondes et la communication par laser. La méthode de communication par micro-ondes est une méthode de communication sans fil utilisant les micro-ondes, y compris les hautes fréquences (HF). La communication par laser est une autre méthode de communication sans fil qui utilise principalement la lumière d'un laser à semi-conducteurs. Chacune de ces méthodes a sa force et sa faiblesse. La communication par laser n'occasionne pas une radio-interférence parce qu'elle utilise la lumière d'un laser à semi-conducteur à ultra haute fréquence qui est dans la gamme des tera-hertz. Egalement, il n'y a aucune réglementation administrative concernant la bande des fréquences pour la communication par laser et la qualité de la communication est excellente. Cependant, la communication par laser a une faiblesse par le fait qu'elle est sensible aux conditions météorologiques comme les brouillards. Par exemple, quand il y a des brouillards importants, l'atténuation dans la communication par laser peut devenir si importante qu'il peut y avoir arrêt de la communication. Cela pose un problème grave dans la construction d'un milieu pour des réseaux de communication sans fil sur longue distance utilisant la communication par laser. Au contraire, la communication par micro-ondes n'est pas si facilement affectée par les brouillards. Cependant, il y a souvent des interférences de fréquence dans la communication par micro-ondes, abaissant la qualité de la communication. La présente invention a pour objet de procurer des méthodes et systèmes de communication qui complètent la communication par laser qui est sensible aux brouillards. Un autre but de la présente invention est de procurer des méthodes et systèmes de communication hybride par laser et micro-ondes qui, afin de remédier à la faiblesse de la communication par laser, adoptent occasionnellement la communication par micro-ondes quand la qualité de la communication par laser est détériorée du fait des brouillards. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est un diagramme de structure du système de la présente invention; - la figure 2 est un diagramme pour illustrer la caractéristique générale de la méthode de communication par laser; - la figure 3 est un diagramme de structure du moyen de commutation du système de la présente invention; - la figure 4 est un diagramme de structure du photorécepteur du dispositif général de communication par laser; - la figure 5 est un diagramme des temps illustrant les actions de commutation vers le dispositif de communication par micro-ondes dans le système selon la présente invention. Afin d'atteindre les buts ci-dessus mentionnés, une méthode et un système de communication hybride par laser et par micro-ondes selon la présente invention, équipé d'un dispositif de communication par laser et d'un dispositif de communication par micro-ondes, entreprend ordinairement la communication en utilisant la méthode de communication par laser et quand la grandeur du signal reçu du laser est inférieure à une valeur de seuil, entreprend la communication par micro-ondes par l'intermédiaire du moyen de commutation permettant une telle conversion. Des explications détaillées de la méthode et du système de communication hybride par laser et par micro- ondes de la présente invention sont données ci-après en se référant aux dessins. La figure 1 est un diagramme de structure du système de la présente invention. La figure 1 représente la communication entre les côtés "A" et "B", tous deux utilisant le système de communication hybride par laser et par microondes réalisé selon la présente invention. Le système de communication hybride par laser et par micro-ondes de la présente invention, illustré à la figure 1, comprend un dispositif de communication par laser (LA), un dispositif de communication par micro- ondes (MW) et un moyen de commutation (SW) qui est capable de sélectionner l'une de ces deux méthodes de communication. Le dispositif de communication par laser (LA) module des signaux de communication en signaux laser et transmet de tels signaux à l'autre côté par le photo- émetteur (Tx). Un tel dispositif de communication par laser (LA) reçoit des signaux de laser transmis par l'autre côté au photorécepteur (Rx) et démodule de tels signaux. Le dispositif de communication par micro-ondes (MW) module les signaux de communication en micro-ondes pour les transmettre à l'autre côté et démodule les micro-ondes reçues pour régénérer les signaux de communication. Le moyen de commutation (SW) sélectionne soit le dispositif de communication par laser (LA) ou le dispositif de communication par micro-ondes (MW) selon les conditions de brouillard. Ordinairement, le dispositif de communication par laser (LA) est utilisé pour une communication dans ce système mais quand la grandeur des signaux reçus par le dispositif de communication par laser est en dessous d'une valeur de seuil, le dispositif de communication par microondes (MW) est sélectionné pour une communication en utilisant les microondes. La sélection de l'un des dispositifs de communication par le moyen de commutation (SW) est réalisée à la manière suivante. Si le dispositif de communication par laser (LA) est sélectionné par le moyen de commutation (SW), le port d'entrée et de sortie du dispositif de communication par laser est connecté au port d'entrée et de sortie du système général. De la même manière, si le dispositif de communication par micro- ondes (MW) est sélectionné par le moyen de commutation (SW), le port d'entrée et de sortie du dispositif de communication par micro-ondes est connecté au port d'entrée et de sortie du système général. D'autre part, même quand le dispositif de communication par laser (LA) n'est pas sélectionné pour une communication par le moyen de commutation (SW), les signaux reçus au dispositif de communication par laser (LA) sont introduits au moyen de communication (SW) pour une mesure de la grandeur de tels signaux par l'indicateur de la force du signal reçu (qui sera décrit dans ce qui suit) dans le moyen de commutation (SW). En d'autres termes, le moyen de commutation (SW) du système de la présente invention surveille la grandeur des signaux reçus par la méthode de communication par laser. Si des brouillards provoquent une diminution de la grandeur des signaux laser reçus introduits au moyen de commutation (SW) en dessous d'une valeur de seuil prédéterminé, le moyen de commutation (SW) connecte le port d'entrée et de sortie du système au port d'entrée et de sortie du dispositif de communication par micro-ondes (MW) afin d'entreprendre une communication par les micro- ondes. Si les brouillards disparaissent avec pour résultat que la grandeur des signaux laser reçus augmentent au-dessus de la valeur de seuil, le moyen de commutation (SW) connecte le port d'entrée et de sortie du système au port d'entrée et de sortie du dispositif de communication par laser (LA) pour une communication par laser. Comme la qualité de la communication par laser est généralement supérieure, il est souhaitable d'utiliser la communication par laser dans les temps ordinaires et d'utiliser la communication par les micro-ondes uniquement quand la réception des signaux laser est détériorée à cause des brouillards. Si les brouillards disparaissent et que la qualité de la communication par laser est récupérée, il est ainsi souhaitable de se reconvertir à la communication par laser. La figure 2 est un diagramme pour illustrer la caractéristique générale de la méthode de communication par laser. Les signaux laser sont gravement atténués quand ils passent à travers une atmosphère contenant des brouillards. Du fait de cette atténuation, une couverture efficace des dispositifs de communication par laser est limitée et dans des cas graves, il peut y avoir arrêt de la communication. Comme cela est illustré à la figure 2, si la méthode de communication par laser est utilisée pour la communication entre des points a et b, le laser transmis du photo-émetteur (Tx) dans l'air perd de son énergie pendant la propagation, du fait des particules dans l'air comme la poussière et les brouillards. De même, l'atténuation de l'énergie du laser transmis dans l'air dépend de l'angle divergent (a) et de la dimension de la lentille à l'extrémité de réception. L'atténuation par des particules comme la poussière et les brouillards est appelée "l'atténuation par conditions météorologiques" et l'atténuation par les autres éléments est appelée "atténuation de l'aire de réception". Afin que la communication par laser soit faisable, la somme de l'atténuation par les conditions météorologiques et de l'atténuation de l'aire de réception ne doit pas être inférieure à -90dB. L'atténuation de l'aire de réception est déterminée par l'équation suivante, selon la mesure au carré (au diamètre) du faisceau laser à l'extrémité de réception et la mesure au carré (ou diamètre) de la lentille du photo- récepteur si la distance entre l'extrémité de transmission et l'extrémité de réception est de lkm. (Sortie laser de l'extrémité de transmission) x [mesure au carré de la lentille au photo-récepteur (ou diamètre)/mesure au carré du faisceau laser (ou diamètre)]. Par exemple, si l'angle divergent (a) est lmRd quand la distance entre l'extrémité de transmission (a) et l'extrémité de réception (b) est de lkm, le diamètre (S) du faisceau laser transmis de l'extrémité de transmission (a) à l'extrémité de réception (b) qui est séparée de lkm de (a), est de lm. Avec S étant de lm, si la sortie du laser est de 20mW et si le diamètre de la lentille au photo-récepteur est de lOOmm, alors "l'atténuation de l'aire de réception" calculée selon l'équation ci-dessus sera de -27dB. L'atténuation par les conditions météorologiques du fait des brouillards épais sera d'environ -50dB/km si la gamme de visibilité est de 270m et d'environ -70dB/km si la gamme de visibilité est de 200m. Ainsi, dans des brouillards avec une gamme de visibilité de 200m à 270m, la somme de "l'atténuation de l'aire de réception" et de "l'atténuation par les conditions météorologiques" peut être d'environ -77dB à -97dB. Comme la sensibilité minimale courante du détecteur de signaux du faisceau laser est de -90dB, la somme de "l'atténuation par les conditions météorologiques" et de l'atténuation de l'aire de réception ne doit pas être inférieure à -90dB pour une communication par laser. En centre ville, il n'y a que quelques jours par an o les brouillards sont suffisamment épais pour empêcher la communication par laser. Ainsi, la méthode et le système de communication hybride par laser et microondes selon la présente invention adopte la communication par laser en temps ordinaires et utilise la communication par micro-ondes uniquement quand la communication par laser est gênée par les brouillards. Dans ce qui suit sont données, en se référant aux figures 3, 4 et 5, des explications détaillées des actions de commutation de la communication par laser à la communication par micro-ondes et vice-versa pour la méthode et le système de communication hybride par laser et micro-ondes de la présente invention. La figure 3 est un diagramme de structure du moyen de commutation du système de la présente invention. Le moyen de commutation (SW) comprend un indicateur de la force du signal reçu (RSSI) qui reçoit le signal électrique reçu, qui a été reçu et modulé au photorécepteur (Rx) du dispositif de communication par laser (LA) et génère un signal de tension qui est proportionnel à la force de ce signal reçu; un comparateur (Comp.) qui compare la grandeur du signal de tension à la sortie dudit indicateur de la force du signal reçu (RSSI) à la valeur prédéterminée de seuil et émet un signal de tension (LOS = los du signal) d'un niveau logique dépendant du résultat de cette comparaison; une unité de commande (CC) qui génère un signal de commande de commutation (SC) basé sur le niveau logique du signal de tension à la sortie du comparateur (Comp.); et une unité de commutation (SB) qui connecte le port d'entrée/sortie du système de communication soit au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par laser (LA) ou au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par micro-ondes (MW), en se basant sur le signal de commande de commutation (SC) qui est introduit par l'unité de commande (CC). L'indicateur de la force du signal reçu (RSSI) génère un signal de tension proportionnel à la grandeur des signaux reçus au photorécepteur (Rx) du dispositif de communication par laser (LA). Comme montré dans le diagramme de structure du photorécepteur (Rx) du dispositif général de communication par laser de la figure 4, le signal du laser reçu à la lentille au photorécepteur (Rx) est converti en un signal électrique par le module APD et des circuits limiteurs. Ce signal reçu est introduit dans l'indicateur de la force du signal reçu (RSSI) du moyen de commutation (SW). Dans l'indicateur de la force du signal reçu (RSSI), un signal de tension proportionnel à la force du signal reçu est généré et ce signal de tension est introduit au comparateur (Comp.). Le comparateur (Comp.) compare la force des signaux électriques reçus, introduit par le photorécepteur (Rx), à la valeur de seuil (prédéterminée) et génère un signal de tension (LOS) ayant une valeur de niveau logique basée sur le résultat de cette comparaison. Ce signal de tension est introduit à l'unité de commande (CC). L'unité de commande (CC) génère un signal de commande de commutation (SC) selon le signal de tension (LOS) à la sortie du comparateur (Comp.). Le signal de commande de commutation (SC) permet au port d'entrée/sortie du système général de communication d'être connecté au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par laser (LA) quand la force du signal reçu est plus grande que la valeur de seuil, ou au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par micro- ondes (MW) quand la force du signal reçu est inférieure à la valeur de seuil. L'unité de commutation (SB) connecte le port d'entrée/sortie pour une communication soit au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par laser (LA) ou au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par micro-ondes (MW), en se basant sur le signal de commande de commutation (SC) transmis par ladite unité de commande (CC). Le fonctionnement du système de communication hybride par laser et microondes de la présente invention, ayant la structure ci-dessus décrite, est expliqué dans ce qui suit. A l'état initial, le port d'entrée/sortie pour la communication est connecté au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par laser (LA). Ainsi, une communication en utilisant le dispositif de communication par laser (LA) est entreprise. Si des brouillards se forment et que la force du signal reçu au dispositif de communication par laser (LA) diminue graduellement du fait de ces brouillards jusqu'à ce que la force du signal mesuré à l'indicateur de la force du signal reçu (RSSI) devienne inférieure à la valeur de seuil, le niveau du signal de tension (LOS) à la sortie du comparateur (Comp.) change. Alors, le signal de commande de commutation (SC) à émettre par l'unité de commande (CC) est déterminé en conséquence. Enfin, dans l'unité de commutation (SB), la commutation du port d'entrée/sortie pour la communication par le dispositif de communication par laser (LA) au dispositif de communication par micro- ondes (MW) est entreprise, permettant d'entreprendre la communication par le dispositif de communication par micro-ondes (MW). Même pendant la communication en utilisant le dispositif de communication par micro-ondes (MW), la force des signaux de communication par laser reçus au photorécepteur (Rx) du dispositif de communication par laser (LA) est surveillée à l'indicateur de la force du signal reçu (RSSI) du moyen de commutation (SW). Pendant cette surveillance, si la force des signaux laser reçus devient plus grande que la valeur de seuil, le niveau du signal de tension (LOS) à la sortie du comparateur (Comp.) est généré et ainsi, le signal de commande de commutation (SC) de l'unité de commande (CC) est déterminé en conséquence, forçant l'unité de commutation (SB) à entreprendre la commutation du port d'entrée/sortie pour une communication du dispositif de communication par micro-ondes (MW) au dispositif de communication par laser (LA). Par conséquent, la communication par le dispositif de communication par laser (LA) est validée. La figure 5 est un diagramme des temps illustrant les actions de commutation vers le dispositif de communication par micro-ondes dans le système selon la présente invention. LOS sur la figure 5 est un signal de tension à la sortie du comparateur (Comp.) du moyen de communication (SW) par suite de la comparaison de la valeur de tension indiquant la force du signal à la sortie de l'indicateur de la force du signal reçu (RSSI), avec la valeur de tension standard. La figure 5 illustre un exemple o LOS est converti en "Niveau Haut" si la force du signal reçu du laser est inférieure à la valeur de seuil. A la figure , "tp" est l'intervalle de temps entre la conversion de LOS au "Niveau Haut" et l'accomplissement de la commutation vers le dispositif de communication par micro-ondes (MW). En d'autres termes, ce n'est qu'après que le temps "tp" a passé après conversion de LOS au "Niveau Haut" que la commutation vers le dispositif de communication par micro-ondes (MW) est accomplie. L'action de commutation est entreprise avec un tel intervalle de temps afin d'empêcher le dispositif de communication par micro-ondes (MW) d'être validé dans une occasion o la force du signal laser est momentanément réduite et récupérée immédiatement après. La valeur de "tp" peut être spécifiée par un utilisateur dans la gamme de 0,05 ms à 200 ms. La méthode et le système de communication hybride par laser et par microondes de la présente invention emploient à la fois le dispositif de communication par laser et le dispositif de communication par micro-ondes. Avec un tel système, en conditions normales, on entreprend la communication par le laser. Cependant, quand la grandeur des signaux reçus par la communication par le laser est en dessous de la valeur de seuil du fait de conditions météorologiques comme du brouillard, la présente invention permet une communication par une micro-onde, complétant la faiblesse de la communication par laser. REVENDICATI ONS 1. Système de communication hybride par laser et micro-ondes, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif de communication par laser (LA) qui module des signaux électriques en signaux laser et transmet lesdits signaux et qui reçoit des signaux laser transmis par l'autre côté et démodule de tels signaux en signaux électriques; un dispositif de communication par micro-ondes (MW) qui module les signaux électriques en signaux micro-ondes et transmet de tels signaux et qui reçoit des signaux micro-ondes transmis par l'autre côté et démodule ces signaux en signaux électriques; et un moyen de commutation (SW) qui, équipé d'un indicateur de la force du signal reçu surveillant la grandeur des signaux reçus au dispositif de communication par laser, connecte le port d'entrée/sortie pour la communication au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par micro-ondes pour une communication par le dispositif de communication par micro-ondes si la valeur de sortie mesurée audit indicateur de la force du signal reçu est inférieure à une valeur prédéterminée de seuil. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commutation comprend: un indicateur de la force du signal reçu (RSSI) qui reçoit les signaux électriques reçus, qui ont été reçus et démodulés au photorécepteur du dispositif de communication par laser et génère un signal de tension qui est proportionnel à la force dudit signal reçu; un comparateur (Comp.) qui compare la grandeur du signal de tension à la sortie dudit indicateur de la force du signal reçu à la valeur prédéterminée de seuil et émet un signal de tension à un niveau logique dépendant du résultat de ladite comparaison; une unité de commande (CC) qui génère un signal de commande de commutation basé sur le niveau logique du signal de tension (LOS) à la sortie du comparateur; et une unité de commutation (SB) qui relie le port d'entrée/sortie du système de communication soit au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par laser ou au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par micro-ondes en se basant sur le signal de commande de commutation qui est introduit en provenance de l'unité de commande. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de commutation (SB) à l'état initial connecte le port d'entrée/sortie pour la communication au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par laser. 4. Procédé de communication hybride par laser et micro-ondes, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) une étape de communication par laser dans laquelle des signaux électriques sont modulés en signaux laser et transmis et le signaux laser transmis de l'autre côté sont reçus et démodulés en signaux électriques; (b) une étape de mesure de la grandeur du signal, dans laquelle la grandeur des signaux laser reçus est mesurée pendant la communication par laser; (c) une étape dans laquelle, si la grandeur des signaux laser reçus, mesurée à ladite étape (b) est inférieure à la valeur de seuil, le port d'entrée/sortie pour la communication est connecté au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par micro- ondes afin de permettre la communication par les signaux micro-ondes; (d) une étape de surveillance dans laquelle la grandeur des signaux laser reçus est surveillée, même tandis que l'étape (c) est entreprise; et (e) une étape dans laquelle, si la grandeur des signaux laser reçus, mesurée à ladite étape (d), devient plus grande que la valeur de seuil, le port d'entrée/sortie pour communication est de nouveau connecté au port d'entrée/sortie du dispositif de communication par laser. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'action de commutation connectant le port d'entrée/sortie pour la communication au port d'entrée/sortie du dispositif de communication à micro- ondes à l'étape (c) précitée est entreprise quand un intervalle de temps "tp" s'est écoulé après que la force du signal laser reçu est devenue inférieure à la valeur de seuil.