Brevet FR2846508A1 — publié le 20040430

PROC D D'OPTIMISATION DE LA RECHERCHE DE CELLULES PAR UN TERMINAL MOBILE DANS UN RESEAU CDMA DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine des télécommunications et concerne plus spécifiquement un procédé d'optimisation de la recherche de cellules dans un réseau de télécommunication mobile mettant en oeuvre la technologie d'accès radio CDMA tel que 1'UMTS ou le 10 cdma2000. L'invention concerne également un téléphone mobile bi-mode GSM/UMTS ou mono-mode UMTS comportant des moyens d'optimisation de la recherche de cellules dans un réseau de télécommunication dans lequel chaque 15 cellule est identifiée par un code d'étalement transmis par le réseau audit terminal. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Afin de préparer les éventuels transferts 20 intercellulaires (handovers en anglais), un terminal mobile en cours de communication doit identifier chaque cellule voisine par son code d'embrouillage spécifique. A cet effet, les spécifications techniques du 3GPP (pour Third Generation Partnership Project) définissent 25 une procédure de recherche de cellules " Cell Search en anglais) qui consiste à effectuer des mesures, notamment de puissance de réception, sur les cellules voisines de manière à commuter vers la cellule qui offre une qualité communication optimale. Rappelons que le réseau UMTS transmet à un terminal dans une cellule courante un code primaire et SP 21454 HM un code secondaire de synchronisation respectivement via un canal primaire PSCH (pour Primary Synchronisation Channel) et un canal secondaire SSCH (pour Secondary Synchronisation Channel) pour identifier les cellules UMTS voisines, ainsi qu'un canal balise appelé CPICH (pour Common Pilot Channel) pour estimer la réponse impulsionnelle du canal de propagation. Le code primaire est transmis sur des créneaux temporels (slot en anglais) et le code 10 secondaire est transmis sur des trames temporelles. Le canal CPICH (pour Common Pilot Channel) est composé d'une séquence prédéfinie de bit/symboles dits pilotes qui sont transmis en permanence sur la cellule. Le débit de ces bit/symboles est constant et 15 égal à 30 kbps (kilo bits par seconde), soit 15 ksps (kilo symboles par seconde). Le canal CPICH 'n'est associé à aucun canal de transport. La procédure de recherche de cellules UMTS comporte trois étapes. Le but de la première étape est d'estimer l'instant de début de créneau. Cela est réalisé par corrélation du signal reçu par le terminal mobile avec le code primaire de synchronisation (PSCH). Comme la fréquence des chips émis par la station de base UMTS 25 est 3.84 MHz et que le mobile sur-échantillonne, en général d'un facteur Nec = 4, le mobile doit discriminer 3.84 106 * 4 * 10.10-3 /15 = 10 240 hypothèses temporelles. Les corrélations effectuées avec le code primaire permettent de générer un profil à 10 240 30 valeurs, dont la valeur maximale fournit l'instant de début de créneau cherché. SP 21454 HM La deuxième étape a pour but l'identification du groupe de codes d'embrouillage (64 hypothèses possibles) auquel appartient la station de base et de l'instant de synchronisation trame (15 5 hypothèses possibles). Cela est réalisé au moyen de corrélations avec le code secondaire de synchronisation. La troisième étape a pour but l'identification du code d'embrouillage de la station 10 de base (8 hypothèses possibles), à l'aide de corrélations effectuées sur le canal CPICH. Les étapes précédentes sont mises en oeuvre séquentiellement par le terminal mobile et leur mise en oeuvre suppose que l'instant de synchronisation fourni 15 par une étape donnée ne soit pas entaché d'une erreur due à une imprécision de l'horloge d'échantillonnage du terminal mobile ou à un décalage Doppler entre la station de base avec laquelle le mobile est en communication et celle que le mobile doit identifier. La figure 1 illustre schématiquement la structure des canaux PSCH et SSCH émis par une station de base UMTS. Le canal PSCH est constitué d'un code primaire acp de N chips, (généralement N=256). Un chip 25 étant une unité d'information représentant un symbole après application de la technique d'étalement de spectre. Le code acp se répète créneau par créneau et est identique pour toutes les cellules du réseau. Le canal PSCH est utilisé par le terminal mobile pour 30 détecter le début d'un créneau. SP 21454 HM Le canal SSCH est constitué d'un code secondaire aC i,k contenant 256 chips et o k= 0,1...14 et S iE{1,2,3,...16}. Ce canal permet à un terminal de détecter le début d'une trame dans les canaux physiques 5 dédiés à un terminal mobile spécifique et dans les canaux physiques communs non dédiés à un terminal mobile spécifique, ainsi que le groupe auquel appartient le code d'embrouillage de la cellule. A la différence du canal primaire PSCH, les 10 codes utilisés dans le canal secondaire peuvent changer d'un créneau à l'autre suivant un motif préétabli choisi parmi 64 possibles. Le tableau de la figure 2 illustre la relation entre les groupes de codes d'embrouillage et 15 les motifs associés utilisés pour construire les codes qui composent le canal secondaire SSCH. La figure 3 illustre schématiquement le cas o le terminal mobile applique la procédure de recherche de cellules de façon continue, en mode veille 20 ou lors de l'allumage initial. Dans ce cas, la procédure est initialisée à un instant Ti et le traitement est effectué pendant une courte durée Dl correspondant à un nombre Nl entier de créneaux temporels (Slots en anglais). A l'instant T2 25 correspondant à la fin de la durée Dl, le terminal mobile dispose des informations nécessaires à évaluer la qualité de la liaison radio. Du fait que tous les traitements sont réalisés au cours d'une même fenêtre temporelle 2, une éventuelle dérive de l'horloge 30 d'échantillonnage n'a aucun effet sur les performance de la procédure de synchronisation. Ces traitements SP 21454 HM sont répétés de façon identique au cours d'une fenêtre temporelle suivante de durée D2. Lorsque l'on applique la procédure de recherche de cellules de façon continue, les informations recueillies au cours d'une 5 fenêtre temporelle ne sont pas réutilisées au cours de la fenêtre temporelle suivante. La figure 4 illustre schématiquement le cas o le mobile applique la procédure de recherche de cellules en mode connecté de façon discontinue en 10 rafale ( burst en terminologie anglaise). Contrairement au cas précédent, le terminal mobile exploite plusieurs fenêtres temporelles disjointes 4, et combine les mesures collectées dans chacune des fenêtres 4, de façon à satisfaire un critère de performances donné 15 dépendant notamment de l'étape de la procédure de recherche de cellules considérée. Chaque fenêtre 4 permet le calculet le stockage en mémoire d'un profil. Les informations et résultats des traitements d'une fenêtre temporelle donnée sont ré-utilisées dans les 20 traitements effectués dans la fenêtre temporelle suivante. Dans ces conditions, en présence d'un décalage Doppler et d'une imprécision de l'horloge d'échantillonnage du mobile par rapport à la station de 25 base que le mobile doit identifier, la combinaison par simple addition des profils de corrélation relatifs aux différentes fenêtres peut mener à un échec global de la procédure car les instants de synchronisation relatifs aux différentes fenêtres sont susceptibles d'être 30 différents. SP 21454 HM La figure 5 représente un exemple de profil de corrélation obtenu pour une recherche classique de cellule dans un réseau UMTS. Sur l'axe horizontal du profil de la figure 5 5, les instants de début d'un créneau correspondent au maximum de corrélation entre le signal reçu par le terminal mobile et le code primaire de synchronisation (PSCH). Les instants des maxima de corrélation des profils élémentaires obtenus dans des fenêtres 10 temporelles différentes peuvent être différents en présence de dérive d'horloge. Le problème se pose donc lorsque le mobile est en mode GSM connecté ou en mode UMTS connecté. Dans ce cas, la procédure de recherche de cellule ne peut 15 être appliquée que de façon discontinue, contrairement aux cas o le mobile est en mode veille ou lors de l'allumage initial. Dans cette situation, le réseau ne peut fournir au mobile que des intervalles de temps assez courts, dont la durée est inférieure à la durée 20 requise pour effectuer les corrélations de manière continue. Une solution décrite dans la demande de brevet français NO 02 07617 déposée par la demanderesse le 20 juin 2002, préconise l'application d'un filtrage 25 linéaire du premier ordre à la collection de points de corrélation relative aux différentes fenêtres de mesures pour optimiser la procédure de recherche de cellules. Bien que cette solution améliore notablement la procédure de recherche de cellule, elle reste cependant limitée par le fait que le filtrage est SP 21454 HM basé sur des facteurs de pondération fixe dont la valeur est estimée et figée une fois pour toutes. Le but de l'invention est d'améliorer la technique décrite dans la demande citée ci-dessus afin 5 de compenser le glissement temporel des échantillons radio lorsque la procédure de recherche de cellule est effectuée de manière discontinue. Ce glissement pouvant être causé par l'erreur de fréquence de l'horloge interne du mobile ou par l'effet Doppler. EXPOS DE L'INVENTION L'invention préconise un procédé d'optimisation de la recherche de cellules dans un réseau de télécommunication cellulaire dans lequel 15 chaque cellule est identifiée par un code d'étalement transmis par le réseau au terminal. A cet effet, des corrélations partielles sont calculées par les étapes suivantes: a) calculer, pendant une pluralité de 20 fenêtres temporelles prédéfinies, le profil de corrélation entre un code généré par le terminal mobile et ledit code d'étalement, b) combiner les profils des différentes fenêtres, c) détecter les pics de corrélations dans les profils combinés, d) filtrer les pics de corrélations détectés. Selon l'invention, le procédé amélioré 30 comporte en outre une étape consistant à pondérer les SP 21454 HM mesures effectuées dans deux fenêtres temporelles successives par un coefficient variable. Dans une première variante de mise en oeuvre du procédé selon de l'invention, le coefficient de 5 pondération est défini en fonction de l'écart temporel qui sépare deux fenêtres consécutives o chaque profil est calculé. Dans une deuxième variante de mise en òuvre du. procédé selon l'invention, le coefficient de 10 pondération est défini en fonction de la vites-se de déplacement du terminal mobile dans la cellule courante. Selon un mode préféré de réalisation, le procédé comporte les étapes suivantes: - définir un nombre entier Nf de fenêtres de mesure, et, pour k = 1 à Nf, et i = 1 à 2560*Nec, Nec représentant le nombre d'échantillons par chip: - calculer le vecteur moyen Ck(i) représentant le profil de corrélation associé à la 20 fenêtre de rang k, - estimer la valeur du coefficient de pondération A (k) en fonction du temps écoulé depuis le calcul du profil associé à la fenêtre de rang k-l, - calculer le profil moyenné Pk(i) résultant 25 des profils Ck obtenus dans les différentes fenêtres selon l'expression: Pk(i) = (1- A(k)) Pki(i) + i(k) Ck(i), détecter le pic maximum du profil Pk(i), - identifier l'instant associé au pic 30 maximal du profil Pk(i). SP 21454 HM Préférentiellement, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre par un terminal mobile dans un réseau de télécommunication mobile basé sur la technologie CDMA comportant une pluralité de cellules, 5 chaque cellule hébergeant une station de base échangeant avec le terminal mobile des données de synchronisation dans des créneaux et des trames temporels, le début d'un créneau étant détecté au moyen d'un code primaire Cp transmis via un canal primaire de 10 synchronisation PSCH, et le début d'une trame étant détecté au moyen d'un code secondaire Cilk contenant Ns chips transmis au terminal via un canal secondaire SSCH. Le terminal selon l'invention comporte a) des moyens pour calculer, pendant une pluralité de fenêtres temporelles prédéfinies, le profil de corrélation entre un code généré par le terminal mobile et un code d'étalement spécifique à une cellule donnée, b) des moyens pour combiner les profils des différentes fenêtres, c) des moyens pour détecter les pics de corrélations dans les profils combinés, d) des moyens pour filtrer les pics de 25 corrélations détectés. Préférentiellement, ce terminal comporte en outre - des moyens pour pondérer les mesures effectuées dans deux fenêtres temporelles successives 30 par un coefficient variable. SP 21454 HM Pour mettre en òuvre le procédé, le terminal comporte: - des moyens pour définir un nombre entier Nf de fenêtres de mesure, et, pour k = 1 à Nf, et i = 1 5 à 2560*Nec, Nec représentant le nombre d'échantillons par chip des moyens pour calculer le vecteur moyen Ck(i) représentant le profil de corrélation associé à la fenêtre de rang k, - des moyens pour estimer la valeur du coefficient de pondération A,(k) en fonction du temps écoulé depuis le calcul du profil associé à la fenêtre de rang k-l, - des moyens pour calculer le profil 15 moyenné Pk(i) résultant des profils Ck obtenus dans les différentes fenêtres Pk(i) = (1- A (k)) Pkl(i) + A(k) Ck(i), des moyens pour détecter le pic maximum du profil Pk(i), - des moyens pour identifier l'instant associé au pic maximal du profil Pk(i). BR VE DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 illustre schématiquement la 25 structure des canaux de synchronisation primaire PSCH et secondaire SSCH émis par une station de base UMTS, - la figure 2 représente un tableau illustrant la relation entre les groupes de codes d'embrouillage et les motifs associés utilisés pour 30 construire les codes qui composent le canal secondaire SSCH. SP 21454 HM - La figure 3 illustre schématiquement la procédure de recherche de cellules en mode veille ou lors de la mise en service du terminal mobile, - la figure 4 illustre schématiquement la procédure de recherche de cellules en mode connecté, - la figure 5 illustre schématiquement un profil de corrélation obtenu par une procédure de recherche de cellules UMTS de l'art antérieur, - la figure 6 est un organigramme 10 illustrant un mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. EXPOS D TAILL DE MODES DE R ALISATION PARTICULIERS L'invention repose sur l'idée d'effectuer 15 des corrélations partielles, et de les additionner suivant un facteur de pondération. La figure 6 est un organigramme illustrant un mode préféré d'application du procédé selon l'invention à l'étape 1 de la recherche de cellules 20 UMTS définie par les spécifications 3GPP. Le procédé s'applique de façon analogue aux étapes 2 et 3 de ces spécifications. On utilisera les définitions suivantes dans la suite de cette description: Nf: nombre de fenêtres sur lesquelles l'étape 1 est effectuée, Nec: nombre d'échantillons par chip, A(k): Coefficient de pondération compris entre 0 et 1 associé à la fenêtre k, permettant de 30 donner plus ou moins de poids au présent par rapport au passé, SP 21454 HM Pk: Vecteur contenant le profil de corrélation moyenné de la fenêtre k, prenant en compte les profils obtenus dans les différentes fenêtres de mesure. C'est un vecteur de réels positifs, comprenant 2560*Nec valeurs. En référence à la figure 6, l'étape 10 consiste à initialiser le profil de corrélation de la synchronisation créneau: Pk.1(i)=0 pour i= 1 à 2560*Nec L'étape 12 consiste à calculer pour k = 1 à Nf, le profil de corrélation associé à chaque fenêtre k. Cette étape fournit un vecteur Ck constitué de réels positifs de dimension 2560*Nec. L'étape 14 consiste à estimer la valeur du coefficient de pondération A (k) associé à la fenêtre k en fonction du temps écoulé depuis le calcul du profil associé à la fenêtre de rang k-1. L'étape 16 consiste à mettre à jour le 20 profil moyenné Pk(i) par application du filtrage numérique pour i=1 à 2560*Nec: Pk(i)= (1- X(k)) Pk-l(i) + X (k)Ck(i). Notons que le coefficient de pondération X(k) est choisi en fonction de l'écart temporel T entre 25 les deux fenêtres successives dans lesquels chaque profil est calculé. Dans une première mise en oeuvre du procédé, un écart temporel ts représentant une valeur de seuil est spécifié expérimentalement. Lorsque l'écart 30 temporel T entre deux fenêtres de mesures successives SP 21454 HM est inférieur à ts, le coefficient de pondération est défini par une valeur fixe par exemple, A(k) = 0,5. Si au contraire, la valeur de l'écart temporel T de la fenêtre k est supérieure à t5, A,(k) 5 peut être calculé suivant une fonction qui s'accroît en fonction de la distance entre les fenêtres. Par exemple A(k) = 1- 0, 5*( A l'étape 18, on vérifie si le nombre Nf de fenêtres est atteint. Si c'est le cas, l'étape 20 consiste à effectuer la détection du pic maximum de corrélation qui indiquera le début d'un créneau. Si le nombre Nf de fenêtres n'est pas atteint, la procédure reprend à partir de l'étape 12. Le procédé selon l'invention s'applique à chacune des 3 premières étapes de la procédure de recherche de cellules UMTS FDD Etape 1: Synchronisation temporelle au niveau slot Etape 2: Synchronisation temporelle au niveau trame et identification du groupe de code d'embrouillage Etape 3 Identification du code d'embrouillage Ce procédé peut être mis en òuvre par - Un terminal mobile en mode GSM (GSM 900, DCS 1800 ou PCS 1900) connecté, et faisant des mesures 30 sur les cellules UMTS FDD voisines (utilisation des SP 21454 HM trames idle de la multi-trame 26 et de la multi-trame 51); - Un terminal mobile en mode UMTS FDD connecté et faisant des mesures sur les cellules UMTS 5 FDD voisines ayant une fréquence porteuse différente de celle de la cellule communiquant vers le terminal mobile; - Un terminal mobile en mode GPRS ou EDGE ou HSCSD connecté, et faisant des mesures sur les 10 cellules UMTS FDD voisines; - Un terminal mobile en mode cdma2000 connecté, et faisant des mesures sur les cellules UMTS FDD voisines; - Dans tout système à la technologie CDMA 15 o des profils de corrélation doivent être calculés et additionnés de manière discontinue. SP 21454 HM REVENDICATIONS 1. Procédé d'optimisation de la recherche de cellules dans un réseau de télécommunication cellulaire dans lequel chaque cellule est identifiée 5 par un code d'étalement transmis par le réseau au terminal, procédé comportant les étapes suivantes. a) calculer, pendant une pluralité de fenêtres temporelles prédéfinies, le profil de corrélation entre un code généré par le terminal mobile 10 et ledit code d'étalement, b) combiner les profils des différentes fenêtres, c) détecter les pics de corrélations dans les profils combinés, d) filtrer les pics de corrélations détectés, procédé caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à pondérer les mesures effectuées dans deux fenêtres temporelles successives 20 par un coefficient variable. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit coefficient de pondération est défini en fonction de l'écart temporel X qui sépare 25 deux fenêtres consécutives o chaque profil est calculé. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit coefficient de pondération 30 est défini par l'expression R,(k)=1-0,5*( tC/T) o Ir, SP 21454 HM représente un seuil d'écart temporel spécifié expérimentalement. 4. Procédé selon la revendication 3, 5 caractérisé en ce que ledit coefficient de pondération est défini en fonction de la vitesse de déplacement du terminal mobile dans la cellule courante. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 10 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - définir un nombre entier Nf de fenêtres de mesure, et pour k = 1 à Nf, et i = 1 à 2560*Nec, Nec représentant le nombre d'échantillons par chip: - calculer le vecteur moyen Ck(i) représentant le profil de corrélation associé à la fenêtre de rang k, - estimer la valeur du coefficient de pondération A (k) en fonction du temps écoulé depuis le 20 calcul du profil associé à la fenêtre de rang k-l, - calculer le profil moyenné Pk(i) résultant des profils Ck obtenus dans les différentes fenêtres selon l'expression: Pk(i) = (1- A(k)) Pkl(i) + A(k) Ck(i), détecter le pic maximum du profil Pk(i), - identifier l'instant associé au pic maximal du profil Pk(i). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 30 à 5, dans lequel le réseau de télécommunication mobile est basé sur la technologie CDMA et comporte une SP 21454 HM pluralité de cellules, chaque cellule hébergeant une station de base échangeant avec le terminal mobile des données de synchronisation dans des créneaux et des trames temporelles, le début d'un créneau étant détecté 5 au moyen d'un code primaire aCp transmis via un canal primaire de synchronisation PSCH, et le début d'une trame étant détecté au moyen d'un code secondaire aC.ik contenant Ns chips transmis au terminal via un canal secondaire SSCH. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réseau de télécommunication est le réseau UMTS. 8. Terminal mobile de télécommunication comportant des moyens d'optimisation de la recherche de cellules dans un réseau de télécommunication dans lequel chaque cellule est identifiée par un code d'étalement transmis par le réseau audit terminal, 20 caractérisé en ce qu'il comporte: a) des moyens pour calculer, pendant une pluralité de fenêtres temporelles prédéfinies, le profil de corrélation entre un code généré par le terminal mobile et un code d'étalement spécifique à une 25 cellule donnée, b) des moyens pour combiner les profils des différentes fenêtres,. c) des moyens pour détecter les pics de corrélations dans des profils combinés, d) des moyens pour filtrer les pics de corrélations détectés, SP 21454 HM 9. Terminal selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - des moyens pour pondérer les mesures 5 effectuées dans deux fenêtres temporelles successives par un coefficient de pondération variable. 10. Terminal selon la revendication 9, caractérisé en ce que qu'il comporte: - des moyens pour définir un nombre entier Nf de fenêtres de mesure, et, pour k=l à Nf, et i = 1 à 2560*Nec, Nec représentant le nombre d'échantillons par chip: - des moyens pour calculer le vecteur moyen 15 Ck(i) représentant le profil de corrélation associé à la fenêtre de rang k, - des moyens pour estimer la valeur du coefficient de pondération (k) en fonction du temps écoulé depuis le calcul du profil associé à la fenêtre 20 de rang k-l, - des moyens pour calculer le profil moyenné Pm(i) résultant des profils Ck obtenus dans les différentes fenêtres: Pk(i) = (1- A(k)) Pk-l(i) + A(k) Ck(i), - des moyens pour détecter le pic maximum du profil Pk(i), - des moyens pour identifier l'instant associé au pic maximal du profil Pk(i). SP 21454 HM