FR2640446A1 - Systeme de diversite spatiale en combinaison - Google Patents
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Abstract
Un système de diversité spatiale pour réseau téléphonique mobile numérique comprend au moins deux antennes 16, 18, une antenne faisant partie d'un ensemble principal (ou maître) 10 et l'autre d'un ensemble à diversité (ou asservi) 14, chaque ensemble comportant un moyen de traitement pour détecter la " qualité " des signaux audionumériques reçus par leurs antennes respectives, la " qualité " comprenant la qualité de la liaison, le niveau CAG et les erreurs de parité, l'ensemble principal pouvant comparer la " qualité " des signaux audio reçus par chaque antenne, sélectionner le signal ayant la meilleure qualité et transmettre ce signal au réseau téléphonique.
Description
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La présente invention concerne un système téléphonique à diversité spatiale. Les systèmes téléphoniques cellulaires (ou mobiles) prennent de plus en plus d'importance en matière de téléphonie et il se peut qu'ils finissent par prendre une partie importante des services fixes à fil en devenant techniquement plus efficaces. La téléphonie cellulaire est basée sur les hautes fréquences plutôt que sur la technologie avec fil et par conséquent, est sujette aux nombreux problèmes que ne
soulèvent pas les services avec fil.
Bien que les systèmes cellulaires mobiles aient été jusqu'ici basés avant tout sur une technologie analogique, celle-ci souffre de sérieuses limitations impliquant, entre autres choses, la complexité, l'efficacité du spectre, le chiffrage et le coût. Cela a conduit à des développements dans lesquels la technologie numérique, qui est déjà en place pour les services téléphoniques fixes, commence maintenant à remplacer la
technologie analogique.
Il semble que les systèmes mobiles finiront par incorporer tant le type de téléphone portable que le type de téléphone monté sur véhicule. La présente invention, bien que son adaptation au type portable puisse être envisagé, concerne avant tout le type de système monté sur véhicule. L'un des problèmes des systèmes de communication basés sur les hautes fréquences, en particulier lorsqu'ils sont utilisés dans un environnement mobile, est leur susceptibilité à l'affaiblissement et aux zones mortes. Il s'agit là d'un phénomène courant qu'on rencontre souvent dans une radio montée sur véhicule, o la réception s'affaiblit brutalement à un endroit mais est
rétablie lors d'un petit déplacement du véhicule.
Une technique bien connue pour combattre un tel affaiblissement et de telles zones mortes est l'utilisation de la diversité. Deux types de diversité utilisés jusqu'ici sont la diversité dans le temps qui comprend l'émission et
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la réception du même message plusieurs fois, et la diversité de fréquence qui comporte l'émission et la réception d'un message sur plusieurs fréquences de porteuse. Cependant, ces deux techniques souffrent de l'inconvénient de nécessiter une largeur de bande supplémentaire. Un troisième type de diversité, qui ne nécessite pas une largeur de bande supplémentaire, est'la diversité spatiale. Celle-ci comprend l'emploi de deux ou plusieurs antennes qui sont séparées les unes des autres d'une distance appropriée sur le véhicule. Comme les caractéristiques d'affaiblissement de ces antennes sont statistiquement indépendantes les unes des autres, lorsque l'une est soumise à l'affaiblissement, l'autre peut généralement porter le plein signal et par conséquent éviter les effets de l'affaiblissement. Cependant, ces antennes séparées fournissent des signaux séparés, ce qui pourrait se traduire par une duplication et une interférence les uns avec les autres lorsqu'ils ne sont pas
correctement contrôlés.
La présente invention a pour objet un système de diversité spatiale dans lequel les signaux individuels des antennes séparées sont effectivement combinés pour former un seul signal de haute qualité, sans affaiblissement, sans zones mortes, évitant la duplication et l'interférence des signaux individuels tout en maintenant l'avantage de la diversité spatiale qui n'impose pas l'utilisation d'une largeur de bande supplémentaire, laquelle est nécessaire dans les autres systèmes de diversité telles que la diversité dans le temps ou la
diversité de fréquence.
Par essence, dans le système de la présente invention, un circuit d'antenne comprend un ensemble principal (ou maltre) alors que l'autre comprend un ensemble de diversité (ou asservi). Chaque ensemble revoit son signal individuel et le traite de manière à détecter des erreurs de parité, le niveau du contrôle automatique de gain (CAG) et la qualité de la liaison (l'expression
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"erreur de parité" signifie une erreur de bit provoquant une distorsion ou un affaiblissement, un niveau CAG élevé indique la détérioration des signaux due soit à l'affaiblissement, soit aux interférences et la qualité de la liaison est une mesure de l'erreur de phase - plus le chiffre de la qualité est élevé, moins l'erreur de phase
est importante).
Les erreurs de parité, la qualité de la liaison et le niveau CAG traités des deux ensembles d'antenne sont alors comparés, et le signal le meilleur, contenant le moins d'erreurs de parité, le niveau CAG le plus faible et la meilleure qualité de la liaison, est
appliqué au récepteur.
Bien que ce système de diversité spatiale soit décrit ici comme étant appliqué au côté réception d'un poste d'abonné ou station de base, il s'applique également au côté émission soit du poste de l'abonné soit de la
station de base.
La présente invention sera bien comprise lors
de la description suivante faite en liaison avec les
dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un système de diversité spatiale à post-synthèse selon la présente invention dans son utilisation pour la réception
dans un poste d'abonné.
La figure 2 est un schéma sous forme de blocs semblable à celui de la figure 1 mais représentant un
système de diversité spatiale à pré-synthèse.
Les figures 3A et 3B sont un schéma sous forme
de blocs d'un système de diversité spatiale du type post-
synthèse qui est utilisé dans une station le base.
La figure 4 est un schéma sous forme de blocs de l'ensemble à combinaison de diversités dans le système
des figures 3A et 3B.
La figure 5 est un schéma sous forme de blocs d'un système de diversité spatiale à pré-synthèse utilisé
dans une station de base.
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On emploiera dans le mémoire qui suit les acronymes suivants: Acronvme Définition ADM Accès Direct en mémoire CAG Contrôle Automatique de Gain CODEC Combinaison Codeur et Décodeur ECV Ensemble de Commande de Voie EP Erreur de Parité FI Fréquences Intermédiaires HF Haute Fréquence MIC Modulation par Impulsions Codées MODEM Modulateur et Démodulateur Combinés MUX Multiplexeur PCV Processeur Codeur Vocal PEPS Premier Entré- Premier Sorti PLSR Prédiction Linéaire Sortie QL Qualité de la Liaison Rx Réception SEA Synthétiseur-Convertisseur Elevateur/Abaisseur Tx Emission UCV Unité Codec Vocale La figure 1 représente la présente invention dans une application à un poste d'abonné représentée dans ses grandes lignes par la référence 10 et comprend un ensemble principal (ou maitre), indiqué en 12 et un
ensemble à diversité (ou asservi) ayant pour référence 14.
Chaque ensemble comprend une antenne, par exemple en 16 et 18 respectivement, et chaque antenne est connectée à une radio, par exemple en 20 et 22 respectivement. Chaque radio est un poste à communication bidirectionnelle, pour la transmission ainsi que pour la réception avec un processeur de modem, comme représenté en 24 et 26 respectivement, et chaque processeur de modem est un processeur de communications bidirectionnelles, via des interfaces ADM respectives 28 et 30, avec des processeurs de bande de base
respectifs indiqués en 32 et 34.
Chaque processeur de bande de base communique avec une bascule respective, indiquée en 36 et 38. Chaque processeur communique également avec un multiplexeur 40, ayant pour référence 42 et 44 respectivement, d'o il résulte que les signaux de modulation par impulsions codées (MIC) provenant de chaque processeur de bande de base sont appliqués au multiplexeur qui comprend un commutateur, lequel est commandé par l'intermédiaire d'une ligne 46 par le processeur 32. Le multiplexeur applique sa sortie MIC par une ligne 48 à un codec 50 qui communique
bidirectionnellement avec le combiné représenté en 52.
En fonctionnement, lorsque des signaux audio proviennent de la station de base, ils sont reçus tant par
l'ensemble principal 12 que par l'ensemble à diversité 14.
Ces signaux qui ont été comprimés et codés, par exemple par analyse PLSR, passent des antennes respectives 16 et 18 aux radio respectives 20 et 22 qui les transmettent, sous forme de signaux HF, aux processeurs respectives 24 et 26 des modem. Les processeurs démodulent les signaux et transmettent les symboles démodulés aux interfaces ADM 28 et 30 respectives, d'o ils sont communiqués aux
processeurs de bande de base 32 et 34 respectifs.
Chaque processeur de bande de base comporte un moyen pour effectuer une synthèse PLSR sur la donnée comprimée entrant, d'o il résulte que la donnée est décomprimée ou étendue. La donnée décomprimée (MIC) est transmise sélectivement, soit via la ligne 42 à partir du processeur principal 32 soit via la ligne 44 à partir du processeur 34, au multiplexeur 40, en fonction de la
position du commutateur du multiplexeur.
La fonction des deux processeurs de bande de base est aussi de détecter les erreurs de parité au moyen d'un codage d'erreur. Il connaît dans la technique diverses formes de codage d'erreur, par exemple le codage "Hamming", le codage "Reed-Solomon", etc. Dans le mode de réalisation
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ayant actuellement la préférence, on utilise le codage "Hamming". La donnée vocale provenant du processeur de modem 24 est transmise, via l'interface ADM 28 au processeur de bande de base 32 dont la fonction est d'exécuter la synthèse PLSR et de détecter la qualité de la liaison, le niveau CAG et les erreurs de parité dans cette donnée. La donnée vocale provenant du processeur de modem 26 est de même transmise, via l'interface ADM 30, au processeur de bande de base 34, dont la fonction est d'exécuter la synthèse PLSR et de détecter la donnée de qualité qui comporte la qualité de la liaison, le niveau CAG et les erreurs de parité dans cette donnée vocale. La donnée de qualité provenant du processeur de bande de base 34 est alors transmise, via les bascules 38 et 36 agissant
en tampon, au processeur de bande de base 32.
Le processeur de bande de base 32 est programmé pour comparer la donnée de qualité contenant les erreurs de parité, la qualité de la liaison et le niveau CAG de son propre circuit à celle provenant du processeur de bande de base 34. Il choisit la donnée vocale ayant la meilleure qualité, ayant la qualité de liaison le plus élevée, le plus petit nombre d'erreur de parité et le niveau CAG le plus faible, dans les deux circuits et, via la ligne 46, utilise la donnée de qualité sélectionnée pour actionner le commutateur dans le multiplexeur afin de connecter ce dernier soit à la ligne 42 provenant de l'ensemble principal, soit à la ligne 44 provenant de l'ensemble à diversité, afin d'utiliser la donnée vocale provenant du circuit sélectionné. Le signal MIC étendu résultant qui provient du multiplexeur passe, via la ligne 48, au codec o il est transformé en signal analogique et au côté
réception du combiné 52.
Le système représenté en figure 2 est semblable à celui de la figure 1, sauf qu'il représente un système à pré-synthèse dans lequel le signal vocal sélectionné est transmis au processeur de bande de base principal avant
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d'être étendu et le processeur de bande de base principal étend alors et transmet au codec le signal vocal sélectionné. Le présent système est désigné ici dans son ensemble par la référence 100 et comporte un ensemble principal d'abonné 102 et un ensemble d'abonné à diversité 104. De façon semblable au système de la figure 1, chaque ensemble comprend une antenne, désignée respectivement par les références 106 et 108, une radio, désignée respectivement par les références 110 et 112, un processeur de modem, désigné respectivement par les références 114 et 116, chacun étant en communication bidirectionnelle avec sa radio correspondante, et une interface ADM, en 118 et 120 connectant le processeur respectif de modem au processeur respectif de bande de base désigné respectivement par les
références 122 et 124.
Dans ce mode de réalisation, le processeur de bande de base 124 communique avec le processeur de bande de base 122 par l'intermédiaire d'un dispositif PEPS 126, mais seul le processeur de bande de base 122 exécute la synthèse PLSR pour étendre les signaux comprimés. A cet égard, la donnée vocale est transmise du processeur de bande de base 124 par l'intermédiaire de PEPS 126 au processeur de bande de base 122. Ce dernier compare la donnée de qualité comprenant la qualité de la liaison, l'erreur de parité et le niveau CAG de la donnée vocale provenant du processeur de bande de base 124 avec sa propre donnée similaire et prend alors la meilleure donnée vocale comprimée et exécute sur celle-ci une synthèse PLSR afin d'étendre la donnée vocale comprimée pour obtenir un signal MIC. Il transmet alors le signal MIC résultat au codec 128 dans lequel il est converti en signal analogique qui est alors transmis à
la partie de réception du combiné 130.
-- On a décrit ci-dessus le système combinateur à diversité en liaison avec le poste d'abonné, mais celui-ci
est également destiné à être utilisé dans le poste de base.
Un tel système de poste de base (sous forme d'un système à post-synthèse) est représenté en figures 3A et 3B, o il
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est indiqué dans son ensemble par la référence 200. Ce système 200 comprend un module de voie principale, désigné dans son ensemble par la référence 202 et un module de voie de diversité représenté dans son ensemble par la référence
204.
Le module 202 comporte une antenne 206 accouplée à un synthétiseurconvertisseur élévateur/abaisseur (SEA) 208 qui communique avec un modem 210 via une ligne de réception 212. Le modem communique également avec le SEA 208 via une ligne 214 à des fins de transmission. Le modem est accouplé à un ensemble de commande de voie (ECV) 216 qui procède & la transmission de la donnée provenant du modem dans les secteurs temporels appropriés. Le synthétiseur du SEA fournit des fréquences d'oscillation qui sont combinées aux fréquences provenant de l'antenne et converties dans le sens de l'abaissement; après quoi, elles sont transmises au modem via une ligne 212. Lors de la transmission, les fréquences FI provenant du modem sont transmises via une ligne 214 au SEA o elles sont combinées aux fréquences oscillantes du synthétiseur et converties dans un sens d'élévation pour passage à l'antenne. Dans chaque cas, étant donné que les fréquences d'oscillation sont relativement exemptes d'erreurs, les erreurs pouvant apparaître sont supposées être celles rencontrées dans les fréquences de la sortie de l'antenne
ou du modem.
La structure et le fonctionnement du modem, de i'ECV et de leurs éléments associés sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 4 644 561 et n 4 675 863, dont on incorpore ici les divulgations à
titre de référence.
Le modem 210 communique avec une unité codec vocale (UCV), représentée dans son ensemble par la référence 218, comprenant une multitude de processeurs de codeur vocal (PCV), ici au nombre de quatre et désignés PCV
principaux #1, #2, #3 et #4.
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Le modem 210 communique avec chaque PCV de l'unité Codec vocale UCV via des interfaces ADM désignées respectivement 220, 222, 224 et 226, dont la fonction est de transmettre la donnée vocale par l'intermédiaire des secteurs respectifs du modem 210 aux PCV individuels de 1'UCV 218. Cette donnée vocale est analysée par les PCV principaux respectifs qui sont programmés pour déterminer la donnée de qualité comprenant les erreurs de parité, les niveaux CAG et la qualité de la liaison, et pour transmettre cette donnée de qualité, en même temps que le
MIC, à l'ensemble 228 de combinaison à diversité.
Le même type de donnée est transmis à l'ensemble 228 à partir d'une UCV, désignée dans son ensemble par la référence 230. L'UCV 230, qui est identique à 1'UCV 218 et comprend des PCV 1#l, #2, #3 et X4, fait partie du module de voie à diversité 204. Un modem 232, semblable au modem 210 et comportant un ensemble de commande de voie 234, communique avec un SEA 236, qui est semblable au SEA 208, via la ligne de réception 238 et la
ligne de transmission 240.
Le modem 232 communique avec 1'UCV 230 via les interfaces ADM désignées respectivement par les références 242, 244, 246 et 248, qui procèdent à la transmission des données par l'intermédiaire des secteurs respectifs du
modem 232 à 1'UCV 230.
Les deux UCV 218 et 230 reçoivent leur synchronisation MIC à partir d'un multiplexeur 252 via la ligne d'horloge 254 et la ligne de déclenchement 256. Le multiplexeur 252 reçoit, à son tour, les signaux MIC provenant de l'ensemble 228 de combinaison à diversité via
des lignes 258, 260,-2f2 et 264.
L'ensemble 228, qui comporte une multitude de circuits d'interface PCV, est présenté plus en détail en figure 4. La figure 4 représente le circuit d'interface pour le PCV #1 en détail, mais les trois autres circuits d'interface PCV de façon générale seulement. Cependant, les quatre circuits d'interface PCV sont identiques et chacun
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comporte le circuit spécifique représenté pour le circuit
#1 d'interface PCV.
Si l'on examine le circuit #1 d'interface PCV, il y a quatre bascules représentées respectivement par les références 302, 304, 306 et 308. La bascule 302 reçoit la donnée sur la qualité de liaison et l'erreur de parité en provenance du circuit PCV #1 du UCV principal 218 alors que la bascule 304 reçoit la donnée sur la qualité de liaison et l'erreur de parité en provenance du circuit VCP #1 de 1'UCV de diversité 230. La bascule 306 reçoit la donnée CAG provenant du circuit PCV N 1 de 1'UCV principale 218 alors que la bascule 308 reçoit la donnée CAG provenant du circuit du PCV N 1 de l'UCV à diversité 230. Toutes les données des quatre bascules sont transmises par un bus commun 310 à un microprocesseur 312 qui compare la donnée principale sur la qualité et la donnée sur la diversité
et détermine celle qui est préférable. Le microprocesseur.
utilisé dans ce mode de réalisation est un microprocesseur à octet dit "Intel 8031" fabriqué par la société Intel
Corp. de Santa Clara, Californie.
La donnée préférable sur la qualité est utilisée pour fournir un signal de commande qui fait basculer un commutateur dans un moyen de commutateur 314 sur l'une de deux positions, une position recevant le signal MIC provenant du PCV principal N 1 via une ligne 316 et l'autre position recevant le signal MIC provenant du du PCV N 1 à diversité via une ligne 318. Le signal MIC sélectionné est transmis du moyen de commutateur 314, via une voie 258 (représentée également en figures 3A et 3B) au multiplexeur 252. Le multiplexeur 252 fait partie de la station de base. On ne décrit pas ici cette station de base, mais celle-ci est du type représenté dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 777 633 et n 4 779 262, qui sont tous deux incorporés ici à titre de
référence.
Les circuits #2, #3 et #4 d'interface PCV, tous identiques au circuit d'interface #1, sont connectés, en commun, au bus 310 et fournissent des sorties MIC sur l 2640446 leurs voies respectives indiquées par les références 260, 262 et 264 respectivement (également représentées en
figures 3A et 3B).
On a décrit ci-dessus le système en liaison avec la réception des données; cependant, celui-ci peut fonctionner d'une façon similaire mais inverse lors de la transmission. A cet égard, si l'une des antennes fournit une réception meilleure que l'autre, elle assurera aussi une meilleure transmission, car l'autre antenne est soumise aux mêmes zones mortes, etc. tant pour la réception que
pour la transmission.
La figure 5 représente un système de station de base avec pré-synthèse, représenté dans son ensemble par la référence 400, qui comporte un module principal, désigné par la référence 402 et un module à diversité désigné par la référence 404. Chacun comporte une antenne ayant pour référence 406 et 408 respectivement. Chacune des antennes est reliée à une radio, par exemple en 410 et 412 respectivement, et chaque radio communique avec un modem,
représenté respectivement par les références 414 et 416.
Chaque modem communique avec une multitude de ADM, ici au nombre de quatre qui ont respectivement pour référence 418, 420, 422 et 424, du module de voie principale, et qui sont désignés respectivement par les références 426, 428, 430 et 432 dans le module de voie à diversité. Chaque ADM communique avec un PCV respectif du type représenté en figures 3A et 3B, ceux-ci étant désignés par les références 434, 436, 438 et 440 dans le module de voie principal et par 442, 444, 446 et 448 dans le module
de voie à diversité.
Les PCV 434-440 du module de voie principale sont en communication avec les dispositifs PEPS respectifs ayant pour référence 450, 452, 454 et 456, alors que les PCV 442-448 du module de voies à diversité communiquent
également avec les dispositifs PEPS.
Les PCV principaux sont programmés pour fournir une fonction supplémentaire de comparaison, d'o il résulte qu'ils prennent leur propre donnée sur la qualité
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comprenant la qualité de la liaison, les erreurs de parité et le niveau CAG plus celle des PCV à diversité, comparent les deux ensembles de données sur la qualité et exécutent la synthèse PLSR (extension) sur la donnée vocale comprimée préférable. La donnée MIC résultante est appliquée via des voies 460, 462, 464 et 466 au multiplexeur (non représenté). En plus des fonctions précédentes, l'avantage qu'offre ce système est que si l'une des antennes devient inopérante, par exemple par suite de la foudre ou d'un autre endommagement, il y a automatiquement passage à
l'autre antenne.
Bien qu'on ait décrit ci-dessus le système en relation avec deux modules d'antenne, il est possible d'en utiliser un nombre supérieur à deux, d'o il résulte que le signal sur la qualité la meilleure de chaque antenne est
choisi par l'ensemble principal pour fournir la donnée MIC.
Cela mettrait en oeuvre un ensemble à antenne principale plus une multitude d'ensembles à antenne à diversité et serait plus particulièrement faisable pour la station de base. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de
variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.
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Claims (7)
1 - Système de diversité spatiale pour téléphonie sans fil, caractérisé en ce qu'il comprend: - une multitude d'ensembles à antenne comportant un ensemble principal (10) et au moins un ensemble à diversité (14), chacun ayant une antenne (16, 18); - chaque ensemble comportant un moyen pour déterminer la donnée sur la qualité comportant la qualité de la liaison, le niveau CAG et les erreurs de parité d'un signal audio initial; - un moyen pour comparer la donnée sur la qualité de l'ensemble à diversité à la donnée sur la qualité de l'ensemble principal; - un moyen pour détecter le signal audio ayant la donnée sur la qualité préférable; et - un moyen pour transmettre le signal audio
sélectionné au système téléphonique.
2 - Système de diversité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux audio initiaux sont transmis aux ensembles à antenne à partir de leurs antennes respectives. 3 - Système de diversité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux audio initiaux sont transmis à partir de leurs ensembles à antenne à leurs
antennes respectives.
4 - Système de diversité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes reçoivent des signaux audio numériques comprimés,. et en ce que chaque ensemble comporte un moyen pour synthétiser et étendre les signaux
provenant de son antenne respective.
- Système de diversité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes reçoivent des signaux audio numériques comprimés, mais seul l'ensemble principal comporte un moyen pour synthétiser et étendre les signaux
comprimés et les transmettre au système téléphonique.
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6 - Système de diversité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un poste d'abonné
au téléphone.
7 - Système de diversité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une station de
base téléphonique.
8 - Système de diversité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble principal communique fonctionnellement avec un moyen de commutateur, l'ensemble principal utilisant la donnée sur la qualité pour faire fonctionner le moyen de commutateur afin de former un trajet pour le signal audio sélectionné entre l'ensemble
principal et le système téléphonique.
9 - Système de diversité selon la revendication 8, caractérisé en ce que le signal audio sélectionné est transmis par le trajet à un multiplexeur, d'o il passe au
système téléphonique.
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