Brevet FR3061611A1 — publié le 20180706

RELAIS RADIO IP `MONOBANDE' L'invention concerne un système relais radio IP monobande pour l'utilisation dans un réseau de communication LTE. Elle concerne notamment un dispositif capable de réaliser les fonctions suivantes : Relayage par fonction de relais au niveau IP, permettant d'adresser à la fois le relais et les terminaux dans le même plan d'adressage, Relayage monobande, la fonction de relais utilisant le même spectre que la fonction d'accès. Dans le cas de réseau de communication avec des terminaux mobiles pouvant se déplacer, il est intéressant de disposer de communications avec des élongations (portées radio) plus importantes que celles qui sont offertes par une liaison standard station de base à terminal. Une solution pour augmenter cette élongation est d'implémenter un mode relais. Le véhicule qui assure le rôle de relayage doit également être vu comme un terminal d'accès et la fonction de relayage doit pouvoir utiliser la même ressource spectrale que la fonction d'accès. Il est connu de l'art antérieur de fractionner la ressource spectrale, soit dans le domaine temporel, soit dans le domaine fréquentiel. Dans ces deux cas, la fonction de relayage entraîne une diminution de la capacité de communication, en moyenne d'un facteur deux, puisque toute transmission doit utiliser à la fois une ressource en accès et une ressource de relayage. Dans le domaine temporel, il est nécessaire de mettre en oeuvre 25 un protocole de transmission permettant la réception de données pendant une trame donnée et leur retransmission sur une autre trame. Un protocole non prévu pour le relayage n'est donc pas réalisable. Dans le domaine fréquentiel, il est connu de l'art antérieur d'utiliser des antennes de type bibande. Chaque antenne bibande est une antenne 30 qui peut prendre en charge l'agrégation de porteuses. Le relayage bibande utilise une bande de fréquence d'accès et une bande de fréquence pour le 3061611 2 relayage. L'un des inconvénients d'un tel système vient du fait que le relayage nécessite l'utilisation de deux fréquences suffisamment éloignées fréquentiellement pour éviter deux phénomènes : - Les interférences cosite, 5 - L'intermodulation produite par la colocalisation de deux transmetteurs générant des hamoniques dans les bandes adjacentes. Cette solution demande, non seulement nettement plus de ressource spectrale (de la ressource spectrale pour l'accès et de la ressource spectrale pour le relayage), mais également une séparation 10 fréquentielle suffisante entre les ressources spectrales à l'accès et au relayage. Ceci rend la généralisation de cette solution délicate. Une autre solution consiste à utiliser des techniques de type réutilisation de fréquence fractionnaire connues sous l'expression anglo-saxonne « fractional frequency reuse ». Ces techniques sont mises en 15 oeuvre dans les technologies de type 3G LTE utilisant une seule fréquence (frequency reuse 1). Cette solution consiste à diviser la bande de fréquence en deux sous-bandes, l'une pour l'accès, l'autre pour le relayage. La gestion des interférences se fait au moyen de mécanismes de bandes de gardes dynamiques définis dans la norme LTE. Le partage de la ressource peut être 20 en première approche statique, en second approche semi-dynamique au moyen de l'interface X2 de l'eNodeB et d'un lien de collecte (en anglo-saxon backhaul link). Cette solution présente comme inconvénient de ne pas être efficace en termes d'utilisation spectrale et de diminuer la capacité globale du système (débit crète). L'idée mise en oeuvre dans la présente invention est, d'une part d'isoler spatialement la fonction d'accès de la fonction de relayage, les deux fonctions utilisant la même bande fréquentielle et, d'autre part, d'implémenter la fonction de relayage et la fonction d'accès sur la même base technologique selon le standard 3G LTE (typiquement un lien eNodeB/terminal). 3061611 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description annexée de la figure unique qui représente un exemple d'architecture du relais radio selon l'invention. La figure unique schématise un exemple d'architecture du relais 5 selon l'invention comprenant une station de base eNodeB relais 10, un réseau de communication mobile 20, une station de base eNodeB accès 30 et plusieurs utilisateurs 40k. La liaison entre l'eNodeB accès et un équipement utilisateur UE relais 11 permet à l'eNodeB relais, 10, de se connecter au coeur de réseau 10 20. Pour cela, l'eNodeB relais est équipée d'une première antenne Al disposée en haut 12h d'un mât 12 jouant un rôle de relais et d'une deuxième antenne A2 située en bas 12b du mât jouant un rôle d'accès. L'antenne équipement utilisateur UE, A2 située en bas du mât est une antenne directive dont les caractéristiques sont choisies afin de 15 permettre l'isolation spatiale avec l'antenne relais disposée dans la partie supérieure du mât. Cette isolation est nécessaire afin d'éviter que les deux antennes ne se perturbent l'une et l'autre dans leur fonctionnement. L'antenne UE relais, Al, possède un diagramme de rayonnement disposé essentiellement dans le plan horizontal. Le diagramme de 20 rayonnement dans le plan vertical doit être le plus faible possible (gain et ouverture). L'antenne UE, A2, présente des caractéristiques de type omnidirectionnelle afin d'assurer une fonction d'accès. Elle présente, comme la première antenne A1, un diagramme de rayonnement dans le plan vertical 25 le plus faible possible (gain et ouverture). Dans le plan vertical, l'antenne d'accès A2 est située à la verticale sous l'antenne relais Al ; l'antenne d'accès et l'antenne relais sont, dans ce plan vertical, équivalentes à des antennes directives avec un faisceau ou pinceau de quelques degrés d'ouverture, par exemple. Dans le plan horizontal, l'antenne d'accès est 30 également directive, alors que l'antenne relais offre une couverture sectorisée, typiquement 60°, 120° ou 180°. 3061611 4 Le relais selon l'invention comporte aussi une fonction d'activation et une fonction de coordination des transmissions permettant la mise en oeuvre de la fonction de relayage. La fonction de coordination est implémentée au sein du réseau de communication. 5 La fonction d'accès de relayage s'appuie sur une eNodeB qui doit être en relation directe avec la fonction ePC (coeur du réseau mobile) pour être opérationnelle. Cela suppose une séquence de mise en oeuvre particulière de la fonction d'accès d'abord, puis de la fonction relais eNodeB. La fonction d'accès supporte la connectivité vers l'ePC situé dans les centres 10 de données de l'opérateur. La figure unique illustre en traits pointillés un premier chemin Ci pour les données entre le coeur réseau et un équipement utilisateur 40k. Les données émises depuis l'opérateur transitent par l'eNodeB accès, sont reçues au niveau de l'antenne UE de l'eNode B qui relaie les données vers 15 l'antenne relais de l'eNodeB avant leur transmission vers un équipement utilisateur 40k. La figure unique illustre aussi en traits pleins C2 la connexion des éléments entre eux. Au niveau de l'eNodeB relais, l'antenne UE est connectée via une liaison physique C2 à l'antenne relais. 20 Au niveau de l'eNodeB relais, les interférences entre l'antenne relais et l'antenne UE sont minimisées par l'agencement spécifique vertical dans le plan vertical, qui vient d'être décrit. Pour traiter des interférences résiduelles, le relais peut comporter une isolation complémentaire obtenue par l'ajout d'un élément séparateur 25 isolant de type 'casquette', 50, évitant toute propagation directe entre les lobes secondaires de chacune des deux antennes. Une casquette spécifique pour chaque antenne doit être installée. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne au niveau de l'UE relais peut être une antenne active capable de réaliser une fonction de 30 réjection de signal dans une direction donnée. Cette direction, dans la 3061611 5 présente invention, sera définie en fonction de la position et de la direction d'émission de l'antenne de l'eNodeB relais. Le système ainsi réalisé met donc en oeuvre deux eNodeB (eNodeB accès et eNodeB relais). L'eNodeB accès reçoit les mesures 5 d'interférences résiduelles de l'UE d'accès dont certaines peuvent correspondre à l'eNodeB relais. Ces ultimes interférences résiduelles, qui peuvent être causées par des réflexions liées à l'environnement de propagation, sont traitées par le standard via la mise en oeuvre d'une fonction d'annulation interférence nécessitant un dialogue direct entre 10 l'eNodeB relais et l'eNodeB accès (via le protocole X2 définit dans la norme LTE s'exécutant sur le lien eNodeB accès-UE relais). La fonction relais située au niveau de l'eNodeB relais a notamment deux objectifs : 1) Assurer le démarrage de l'eNodeB relais après l'établissement du lien 15 ePC->eNodeB accès>UE relais. Si l'eNodeB relais n'a pas de connectivité avec l'ePC à l'allumage, son comportement n'est pas spécifié par le standard et dépend de l'implémentation constructeur. L'intérêt est de proposer une séquence d'allumage coordonnée indépendante des implémentations des constructeurs et qui garantit le 20 bon fonctionnement du procédé, 2) Assurer la mise en oeuvre d'un tunnel entre l'eNodeB relais et l'ePC au-dessus du lien eNodeB accès et de l'équipement utilisateur UE relais. Ce tunnel est créé par la fonction de coordination relais de l'ePC. Il commence donc au niveau de l'ePC et se termine au niveau 25 de la fonction relais, comme il est décrit ci-après, 3) Assurer la mise en oeuvre d'un tunnel entre la fonction relais et la fonction coordination relais. L'ePC possède une fonction de coordination relais. Lorsqu'un utilisateur souhaite émettre un appel téléphonique, il est nécessaire de 30 mettre en place des mécanismes de qualité de service entre l'ePC et l'équipement utilisateur. L'ePC pilote l'eNodeB relais. Pour assurer cette 3061611 6 qualité de service, la liaison eNodeB accès et l'équipement utilisateur relais sont pilotés afin de : - Reproduire les même critères de QoS entre le lien eNodeB accès et UE relais et eNodeB relais et UE, 5 - Créer une correspondance ou mapper le flux phonie entre eNodeB accès / UE relais et eNodeB relais / UE, - Aggréger les flux phonie vers les UE sur le lien eNodeB accès et UE relais. L'invention peut être utilisée dans le cas d'une application LTE 10 utilisant un protocole de communication OFDMA. REVENDICATIONS1. Relais radio destiné à être utilisé dans un système de communication comprenant au moins un réseau (20), une station de base accès (30), une station de base relais (10) comprenant un équipement utilisateur relais et plusieurs utilisateurs (40k), caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants : - Une première antenne Al disposée en haut (12h) d'un mât (12) jouant un rôle de relais, ladite première antenne possédant un diagramme de rayonnement disposé essentiellement dans le plan horizontal, - Une deuxième antenne A2 située en bas (12b) du mât (12) présentant des caractéristiques omnidirectionnelles afin d'assurer une fonction d'accès et un diagramme de rayonnement dans le plan vertical le plus faible possible (gain et ouverture), - La deuxième antenne A2 étant située à la verticale sous la première antenne Al. 2. Relais radio selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une fonction relais adaptée à : 1) Assurer le démarrage de la station de base relais après l'établissement d'un lien entre le réseau la station de base accès>la station de base relais, 2) Assurer la mise en oeuvre d'un tunnel généré par une fonction de coordination du réseau entre la station de base relais et le réseau au- dessus du lien station de base accès et de l'équipement utilisateur UE relais, 3) Assurer la mise en oeuvre d'un tunnel entre la fonction relais et la fonction coordination relais. 3 - Relais radio selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la première antenne et la deuxième antenne sont dans le plan vertical, 3061611 8 équivalentes à des antennes directives avec un pinceau de quelques degrés d'ouverture et dans le plan horizontal la deuxième antenne A2 est adaptée pour offrir une couverture sectorisée choisie parmi 60°, 120° ou 180°. 5 4 - Relais radio selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'elle comporte un élément adapté à éviter la propagation des lobes secondaires desdites première et deuxième antennes, ledit élément isolant étant disposé sur le mât entre les deux antennes. 10 5 - Relais radio selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la deuxième antenne est une antenne active adaptée à rejeter du signal dans une direction donnée. 15