Brevet FR2844940A1 — publié le 20040326

PROCEDE D'OPTIMISATION DE LA SYNCHRONISATION DE L'HORLOGE INTERNE D'UN TERMINAL MOBILE DANS UN RESEAU CELLULAIRE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine des télécommunications et concerne un procédé d'optimisation de la synchronisation de l'horloge 10 interne d'un terminal mobile en liaison radio avec un réseau cellulaire simultanément via une pluralité de stations de base. Plus spécifiquement, l'invention s'applique dans un réseau cellulaire dans lequel est mise en oeuvre 15 la technologie accès multiple à répartition de code (AMRC) (CDMA pour Code Division Multiple Access en anglais) tel que par exemple le réseau UMTS ou le réseau cdma2000. L'invention s'applique lorsqu'un terminal 20 mobile se déplace et lorsque différentes stations de base prennent en main la communication du terminal suivant le principe du soft-handover. L'invention concerne également un dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé selon 25 l'invention. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Lorsqu'un mobile en communication avec une station de base dans un réseau cellulaire est en mouvement, la couverture radio évolue en raison de 30 l'évolution des puissances des stations de base qui B 21451/HM desservent le terminal mobile. En effet, les puissances de certaines stations de base peuvent devenir trop faibles pour continuer de maintenir un lien radio alors que celles d'autres stations de base deviennent 5 suffisantes pour établir un nouveau lien radio. La procédure de transfert inter-cellulaire appelé également " handover " en langue anglaise permet d'assurer une continuité du service courant du terminal mobile. En général, dans les systèmes fondés sur le FDMA et le TDMA, pendant la procédure de handover, le terminal mobile doit interrompre la communication avec la station de base courante pour en établir une autre avec une station de base voisine. Dans les systèmes 15 fondés sur le CDMA, du fait que les cellules utilisent la même fréquence porteuse pour communiquer avec le terminal mobile, ce dernier peut conserver une liaison radio avec plusieurs stations de base simultanément. Ce type de handover est appelé soft-handover, et l'état o 20 le terminal est en liaison avec deux stations de, bases ou plus est appelé macrodiversité. Les figures la et lb illustrent schématiquement cette situation dans le cas o un terminal mobile 1 communique avec le réseau 25 simultanément via une première station de base 2 située dans une cellule 4 et une deuxième station de base 6 située dans une cellule 8. Dans la voie descendante (figure la), lorsqu'une procédure de softhandover a lieu et que le 30 terminal mobile rentre en état de macrodiversité cette dernière peut être considérée comme une diversité B 21451/EM spatiale dans laquelle chaque station de base transmet le même signal en utilisant un code de canalisation et d'embrouillage différent. Le récepteur du terminal mobile reçoit le signal transmis par chaque station de 5 base et les trajets multiples qui l'accompagnent et les combine suivant le principe du récepteur en râteau (Rake en langue anglaise). Cette technique consiste à séparer suffisamment les trajets multiples dans le temps pour pouvoir les combiner ensuite afin d'obtenir 10 un signal unique dont la puissance serait renforcée. A cet effet, un générateur de codes dans le récepteur RAKE génère des codes de canalisation et d'embrouillage correspondant à chaque station de base. Le mécanisme de soft-handover dans la voie 15 montante est illustré par la figure lb. Le terminal mobile est simultanément en communication avec la station de base 2 et la station de base 8. Chaque station de base traite indépendamment le signal reçu et récupère l'information binaire, qui est ensuite envoyée 20 au contrôleur des stations de base 10 (RNC, pour Radio Network Controller) qui sélectionne l'information avec la meilleure qualité. Dans le cas o la qualité de la communication entre le terminal mobile 1 et la première station de base 2 ne serait plus acceptable, le RNC 10 25 peut supprimer ce lien et ne garder que celui entre le terminal mobile 1 et la deuxième station de base 8. L'évolution du groupe de cellules actives qui desservent le terminal mobile et qui participent à la procédure de " soft-handover " provoque une 30 discontinuité de la fréquence de l'horloge de référence du terminal mobile qui constitue une référence de temps B 21451/HM pour cadencer les tâches à effectuer et une référence de fréquence lors de l'émission d'information vers le réseau. Cette discontinuité affecte aussi la fréquence du signal transmis au réseau lors de l'envoi d'informations. Rappelons que dans un réseau de radiocommunication cellulaire le terminal mobile utilise la fréquence des signaux reçus des stations de base pour garder son horloge de référence synchronisée 10 avec celle du réseau. Il est alors souhaitable que le réajustement de la fréquence de l'horloge interne par rapport aux fréquences reçues des stations de base tienne compte des nouveaux liens existants ou des liens 15 interrompus de sorte que l'ajout ou le retrait de liens radio engendre la plus faible discontinuité possible de la fréquence de l'horloge de référence du terminal mobile. En effet, un décalage de l ppm (ppm pour 20 partie par million) de la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la fréquence du réseau induit, d'une part, une erreur de l ppm sur la fréquence émise ( 2000 Hz sur 2 GHz) lors de l'envoi d'informations au réseau, et d'autre part, une erreur 25 de + ppm sur la base de temps du terminal mobile ( lps sur 1 seconde). Une telle erreur n'est pas conforme aux spécifications techniques du groupe 3GPP (pour Third Generation Partner Project en anglais) qui imposent que la fréquence du signal transmis par le mobile présente 30 une précision de O.lppm par rapport à la fréquence du signal reçu de la station de base. B 21451/HM Cette erreur de fréquence peut varier dans le temps en fonction de plusieurs phénomènes parmi lesquels - l'imprécision de la fréquence porteuse du signal émis par la station de base (généralement 0.05ppm), la vitesse de déplacement du terminal qui induit un décalage par effet Doppler de la fréquence porteuse du signal reçu par le terminal mobile par rapport à la fréquence porteuse du signal émis par la station 10 de base. Sur la figure 1 sont illustrés, les décalages dl, d2 et d3 respectivement entre la fréquence exacte F et la fréquence Fl transmise par la station de base courante; entre la fréquence Fl et la 15 fréquence F2 reçue par- le terminal mobile, et entre la fréquence F2 et la fréquence F3 transmise par le terminal mobile et qui est aussi la fréquence de référence de l'horloge interne de ce dernier. Le terminal mobile 1 n'est pas capable 20 d'apprécier le décalage entre la fréquence Fl du signal transmis de la station de base et la fréquence F à cause de l'effet combiné de l'imprécision fréquentielle de la station de base et de l'effet Doppler. Il ne voit que les fréquences des signaux reçus des stations de 25 base et ne peux que constater les décalages de fréquence entre celles-ci et son horloge interne. C'est pour cela que les spécifications techniques de la norme UMTS, n'imposent au mobile que le décalage d3 entre les fréquences F3 et F2 soit inférieur ou égal à 0.1 ppm. Une solution généralement mise en òuvre pour corriger le décalage entre la fréquence F3 de B 21451/HM l'horloge interne du terminal et la fréquence F2 du signal reçu consiste à estimer ce décalage sur le signal reçu de la station de base courante et à ajuster automatiquement l'horloge interne du terminal mobile en 5 utilisant la technique de commande automatique de fréquence (AFC pour Automatic Frequency Control). Cependant, cette technique n'est pas adaptée au cas o le terminal mobile est en liaison radio avec plusieurs stations de base différentes dans une situation de 10 macrodiversité, dans la mesure o les fréquences porteuses des signaux reçus des différentes stations de base possèdent des décalages de fréquence différents dus aux phénomènes cités précédemment (imprécision de l'horloge de la base et effet Doppler) qui ne sont pas 15 de la même ampleur. Par ailleurs, dans cette situation, le terminal ne dispose pas d'une fréquence de référence unique pour mettre en oeuvre de la correction de son horloge interne par la technique AFC. Le but de l'invention est de définir une 20 référence de fréquence pour permettre à un terminal en liaison radio avec plusieurs stations de base d'un réseau cellulaire d'ajuster sa fréquence d'horloge par rapport à une référence unique. Un autre but de l'invention est d'atténuer 25 d'éventuelles discontinuités dans le changement de fréquence de l'horloge interne du provoquées par l'évolution du groupe de station de base en liaison radio avec le terminal lorsque ce dernier est en mouvement. B 21451/HM EXPOS DE L' INVENTION L'invention préconise un procédé d'optimisation de la synchronisation de l'horloge interne d'un terminal mobile en liaison radio avec un 5 réseau cellulaire simultanément via une pluralité de stations de base. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: - estimer le décalage entre l'horloge 10 interne du terminal et l'horloge interne de chaque station de base, - calculer la valeur moyenne de l'ensemble des décalages estimés; - corriger la fréquence de l'horloge 15 interne du terminal par rapport à la valeur moyenne calculée. Préférentiellement, le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne d'une station de base est pondérée par un coefficient 20 représentatif de la qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et ladite station de base. Dans un premier mode de réalisation, la qualité de la liaison radio du terminal avec une station de base i est définie en fonction de la 25 puissance du signal reçu par le terminal à partir de cette station de base i. Dans un deuxième mode de réalisation la qualité de la liaison radio du terminal avec une station de base i est définie en fonction de la 30 puissance relative du signal reçu par le terminal à B 21451/HM partir de la station de base i par rapport à la somme de toutes les puissances reçues. Dans un troisième mode de réalisation la qualité de la liaison radio du terminal avec une 5 station de base i est définie en fonction du taux d'erreur de l'information reçue par le terminal à partir de la station de base i. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le procédé comporte les étapes suivantes: - pour chaque lien radio RL(i) du terminal mobile avec une station de base i, calculer l'erreur moyenne err-freq_RLmoy(i) pendant une fenêtre temporelle prédéterminée, - multiplier chaque erreur moyenne err15 freq_RLmoy(i) par un coefficient de pondération a(i) représentatif de la qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et la station de base i. - corriger la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la valeur moyenne 20 pondérée. Le réseau cellulaire dans lequel est mis en oeuvre le procédé selon l'invention peut être un réseau dont l'accès radio est basé sur la technologie à Accès Multiple à Répartition de Codes tel que par exemple le 25 réseau cdma2000 ou le réseau UMTS. L'invention concerne également un dispositif d'optimisation de la synchronisation de l'horloge interne d'un terminal mobile en liaison radio avec un réseau cellulaire simultanément via une 30 pluralité de stations de base. Le dispositif selon l'invention comporte B 21451/HM - des moyens pour estimer le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne de chaque station de base; - des moyens pour calculer une valeur moyenne de l'ensemble des décalages estimés - des moyens pour corriger la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la moyenne calculée. Le dispositif selon l'invention comporte en 10 outre un moyen pour pondérer le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne d'une station de base par un coefficient représentatif de la qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et ladite station de base. Le moyen de pondération génère un coefficient de pondération représentant la qualité de la liaison radio du terminal avec une station de base i en fonction de la puissance du signal reçu par le terminal à partir de cette station de base i. L'invention concerne aussi un terminal mobile en liaison radio avec un réseau cellulaire simultanément via une pluralité de stations de base comportant: - des moyens pour calculer une valeur 25 moyenne de l'ensemble des décalages estimés; - des moyens pour corriger la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la valeur moyenne calculée. Ce terminal comporte en outre un moyen pour 30 pondérer le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne d'une station de base par B 21451/HM un coefficient représentatif de la qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et ladite station de base. BR VE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - les figures la et lb illustrent 10 schématiquement le principe de soft-handover dans un réseau utilisant la technologie CDMA, - la figure 2 illustre schématiquement les causes du décalage de fréquence entre l'horloge du terminal mobile et celle du réseau. - la figure 3 est un schéma bloc illustrant un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, - la figure 4 est un schéma bloc illustrant un deuxième mode de réalisation du procédé selon 20 l'invention, - la figure 5 est un schéma bloc illustrant un mode préféré de réalisation du procédé selon l'invention, EXPOS D TAILL DE MODES DE R ALISATION PARTICULIERS Les figure la et lb, décrites précédemment représentent un terminal mobile 1 en situation de macrodiversité. La figure 2 décrite précédemment illustre 30 les différentes causes du décalage de fréquence entre B 21451/HM l'horloge du terminal mobile 1 et celle d'une cellule courante 2 du réseau. Le terminal 1 est un téléphone mobile susceptible de fonctionner dans un réseau cdma2000 ou 5 dans un réseau UMTS. Ce terminal comporte de façon connue en soi un module de réception et un module de traitement des données reçues (non représentés). Le module de traitement comporte un logiciel apte estimer les décalages de son horloge interne avec celles des 10 stations de base 2 et 8. Ce logiciel comporte un module pour calculer la valeur moyenne de l'ensemble des décalages estimés et un module pour corriger la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la valeur moyenne calculée. La figure 3 illustre schématiquement les étapes d'un premier mode de correction. A l'étape 12, le terminal mobile 1 estime le décalage de fréquence err_freq_RL(i) de son horloge interne avec chacune des N stations de base avec 20 lesquelles il est en communication. A l'étape 14 le logiciel de calcul détermine la valeur moyenne MP de l'ensemble des N décalages estimés. A l'étape 16 la valeur MP est appliquée à 25 l'horloge du terminal mobile 1 pour servir de référence de correction. La figure 4 illustre schématiquement les étapes d'un deuxième mode de correction dans lequel pour chaque lien radio RL(i), le terminal estime à 30 l'étape 15, un coefficient a(i) représentatif de la B 21451/HM qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et la station de base i. A l'étape 17, le décalage estimé à l'étape 12 pour un lien RL(i) est multiplié par le coefficient 5 de pondération a(i) correspondant. Les décalages ainsi pondérés sont utilisés à l'étape 20 pour calculer une moyenne pondérée selon l'équation i=N MP = err _ freq RL(i)* a (i) i =1 Le coefficient ac(i) est représentatif de la 10 qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et la station de base i. La figure 5 illustre schématiquement les étapes d'un troisième mode de correction dans lequel, pour chaque lien radio RL(i), le terminal mobile 1 détermine une erreur moyenne err freqRL moy(i) calculée pendant une fenêtre temporelle prédéterminée (étape 22). Chaque erreur moyenne err_freq_RLmoy(i) est ensuite multipliée par le coefficient a(ci) représentatif de la qualité de la liaison radio entre 20 le terminal mobile et la station de base i préalablement déterminé à l'étape 15. A l'étape 24, les différents décalages pondérés sont utilisés pour calculer la valeur moyenne pondérée MPm selon l'équation suivante i=N MPm = err _ freq _ RL _ moy(i) * a (i) i1=1 La valeur MPm est ensuite appliquée à l'horloge du terminal mobile 1 pour servir de référence de correction. B 21451/HM REVENDICATIONS 1. Procédé d'optimisation de la synchronisation de l'horloge interne d'un terminal mobile en liaison radio simultanément avec un réseau 5 cellulaire via une pluralité de stations de base, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - estimer (12) le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne de chaque station de base, - calculer (14) la valeur moyenne de l'ensemble des décalages estimés; - corriger (16) la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la valeur moyenne calculée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne d'une station de base i est pondéré par un coefficient a(xi) 20 représentatif de la qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et ladite station de base i. 3. Procédé d'optimisation de la synchronisation de l'horloge interne d'un terminal 25 mobile en liaison radio simultanément avec un réseau cellulaire via une pluralité de stations de base, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - pour chaque lien radio RL(i) du terminal mobile (1) avec une station de base i, calculer (22) 30 l'erreur moyenne err-freqRLmoy(i) pendant une fenêtre temporelle prédéterminée, B 21451/HM - multiplier (15) chaque erreur moyenne err-freq_RLmoy(i) par un coefficient de pondération a(i) représentatif de la qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et la station de base i. - corriger (16) la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la valeur moyenne pondérée. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la qualité de la liaison radio du 10 terminal avec une station de base i est définie en fonction de la puissance du signal reçu par le terminal à partir de cette station de base i. 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, 15 caractérisé en ce que la qualité de la liaison radio du terminal avec une station de base i est définie en fonction de la puissance relative du signal reçu par le terminal à partir de la station de base i par rapport à la somme de toutes les puissances reçues. 20 6. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la qualité de la liaison radio du terminal avec une station de base i est définie en fonction du taux d'erreur de l'information reçue par le 25 terminal à partir de la station de base i. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réseau cellulaire est un réseau cdma2000 ou UMTS dont l'accès radio est basé sur 30 la technologie à Accès Multiple à Répartition de Codes. B 21451/HM 8. Dispositif d'optimisation de la synchronisation de l'horloge interne d'un terminal mobile en liaison radio un réseau cellulaire simultanément via une pluralité de stations de base, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour estimer le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne de chaque station de base; - des moyens pour calculer une valeur 10 moyenne de l'ensemble des décalages estimés; - des moyens pour corriger la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la moyenne calculée. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour pondérer le décalage entre l'horloge interne du terminal et l'horloge interne d'une station de base par un coefficient représentatif de la qualité de la liaison 20 radio entre le terminal mobile et ladite station de base 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moyen de pondération génère un coefficient de pondération représentant la qualité 25 de la liaison radio du terminal avec une station de base i en fonction de la puissance du signal reçu par le terminal à partir de cette station de base i. 11. Terminal mobile en liaison radio avec 30 un réseau cellulaire simultanément via une pluralité de stations de base, caractérisé en ce qu'il comporte: B 21451/HM - des moyens pour calculer une valeur moyenne de l'ensemble des décalages estimés; - des moyens pour corriger la fréquence de l'horloge interne du terminal par rapport à la valeur moyenne calculée. 12. Terminal selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour pondérer le décalage entre l'horloge interne du terminal et 10 l'horloge interne d'une station de base par un coefficient représentatif de la qualité de la liaison radio entre le terminal mobile et ladite station de base. B 21451/HM