FR2793630A1 - Repeteur de reseau radiotelephonique cellulaire - Google Patents

Abstract

Le répéteur de réseau radiotéléphonique cellulaire comporte une antenne (41) de couplage avec une station de base du réseau et une antenne (43) de couplage avec des combinés mobiles, les deux antennes (41, 43) étant reliées, entre un port (40) de station de base et un port (42) de combiné, par une chaîne montante (1), en aval du port de combiné (42), et par une chaîne descendante (2), en aval du port (40) de station de base, la chaîne montante comporte des moyens atténuateurs (8) et il prévu des moyens (11, 31) de traitement du signal aval de l'une au moins des deux chaînes de retransmission (1, 2) ces moyens atténuateurs (8)

Description

Répéteur de réseau radiotéléphonique cellulaire Dans un réseau radiotéléphonique cellulaire, certaines cellules présentent des zones d'ombre radio qui empêchent d'établir une liaison entre la station de base de la cellule et les combinés mobiles dans la zone d'ombre. En pareil cas, un répéteur radio est installé en bordure de la zone d'ombre, avec une antenne pointée vers la station et une antenne couvrant la zone d'ombre.

L'installation d'un tel répéteur nécessite de prendre un certain nombre de précautions car il est susceptible de perturber la station de base et les stations voisines et donc les communications de tous les combinés des cellules considérées. Ces perturbations sont dues à des émissions de parasites à haut niveau, dans la voie montant vers la station de base, qui saturent le récepteur de celle-ci, dont la sensibilité est élevée pour avoir la portée voulue. Un dispositif de contrôle de gain (CAG) diminue alors la sensibilité de ce récepteur, pour éviter la saturation. Il s'ensuit que la portée, en réception, de la station de base est réduite et que des liaisons avec certains combinés risquent d'être coupées. Bref, le répéteur risque indirectement de perturber des combinés lointains, en réduisant la taille de la cellule.

Deux types de parasites sont susceptibles d'être émis par le répéteur dans la voie montante.

Tout d'abord, la chaîne de retransmission, vers la station de base, des signaux reçus des combinés de la zone d'ombre comporte en tête un circuit récepteur qui engendre du bruit électrique, même en l'absence de signal utile. Ce circuit récepteur est suivi d'un amplificateur commandant l'antenne de liaison avec la station de base, si bien que ce bruit est amplifié et risque donc de saturer le récepteur de la station de base. Le choix de composants à faible bruit représenterait une solution onéreuse et qui a ses limites techniques. Ensuite, comme le répéteur relie deux antennes directives, donc présentant du gain, il y a un risque d'accrochage radio par couplage parasite entre ces deux antennes. La chaîne de la voie montante, en particulier, risque alors de produire un signal d'oscillation à pleine puissance, avec le même effet de saturation que ci-dessus.

L'installation du répéteur par un personnel qualifié permettrait de résoudre ce deuxième problème mais provoquerait un coût supplémentaire.

La présente invention vise à offrir une solution peu coûteuse à au moins l'un des deux problèmes exposés ci-dessus, de perturbation des stations de base par le répéteur.

A cet effet, l'invention concerne un répéteur de réseau radiotéléphonique cellulaire comportant une antenne de couplage avec une station de base du réseau et une antenne de couplage avec des combinés mobiles, les deux antennes étant reliées, entre un port de station de base et un port de combiné, par une chaîne montante, en aval du port de combiné, et par une chaîne descendante, en aval du port de station de base, caractérisé par le fait que la chaîne montante comporte des moyens atténuateurs et il est prévu des moyens de traitement du signal aval de l'une au moins des deux chaînes de retransmission, ces moyens de traitement commandant les moyens atténuateurs.

En cas de traitement du signal de la chaîne descendant de la station de base, il est facile de déterminer si le répéteur est proche ou non de la station. S'il l'est, alors, par l'atténuation, on peut réduire le gain des chaînes de retransmission et notamment celui de la chaîne montante dans laquelle est généré le bruit thermique.

En cas de traitement du signal de la chaîne montant du port de combiné, il est facile de discriminer le signal du réseau cellulaire, qui est un signal pulsé, d'un signal oscillatoire provoqué par le couplage des deux antennes et d'agir sur l'atténuateur pour rompre l'accrochage préjudiciable à la bonne transmission dans la cellule de la station de base. Ainsi, les moyens de traitement peuvent comporter des circuits de détection de signaux oscillatoires de la chaîne montante et, dans ce cas, il est préférable qu'ils comportent des moyens mémoires.

Les moyens de traitement peuvent par ailleurs comporter des circuits de mesure du niveau du signal de la chaîne descendante.

De préférence, les moyens de traitement comportent des circuits de détection de signaux oscillatoires de la chaîne montante et des circuits de mesure du niveau du signal de la chaîne descendante, reliés aux moyens atténuateurs par une porte OU.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée du répéteur de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est un schéma électrique par blocs fonctionnels du répéteur, - la figure 2 est un schéma électrique de circuits de détection de signaux oscillatoires, et - les figures 3 et 4 sont des diagrammes temporels de signaux du répéteur. Le répéteur représenté sur la figure 1 appartient à un réseau radiotéléphonique cellulaire, ici le réseau GSM, et comporte un port 40 de station de base du réseau GSM relié, par un câble coaxial, à une antenne 41 de couplage avec la station de base et un port 42 de combinés mobiles GSM relié par un autre câble coaxial à une antenne 43 de couplage avec les combinés. Les deux ports 40 et 42, constitués chacun d'un duplexeur, sont reliés par une chaîne montante 1 de retransmission de signaux GSM, en aval du port de combinés 42, et par une chaîne descendante 2 de retransmission de signaux GSM, en aval du port de station de base 40. Les deux chaînes 1, 2 comportent des circuits de réception, d'amplification et d'émission, pour relier de façon bidirectionnelle une zone d'ombre radio à la station de base.

La chaîne montante 1 comporte, dans l'ordre de propagation des signaux GSM des combinés de la zone d'ombre, un récepteur 3, en aval du port de combinés 42, relié en sortie à un mélangeur 4 abaisseur de fréquence, commandé par un oscillateur local à commande par tension (VCO) 7. Le mélangeur 4 alimente en signal un filtre passe-bande à fréquence intermédiaire relié en sortie à un mélangeur 6 élévateur de fréquence, commandé par le VCO 7. La sortie du mélangeur 6 commande un amplificateur aval 9 à travers un atténuateur réglable 8. L'atténuateur 8 est ici constitué d'un amplificateur opérationnel à gain variable, dont une entrée de commande de gain est commandée en tension par un circuit 12 formant porte OU. Comme expliqué plus loin, l'atténuateur 8 est commandé par des circuits de traitement du signal aval de l'une au moins des deux chaînes 1, 2, circuits de traitement (11, 31) qui, dans cet exemple, traitent les signaux des deux chaînes 1, 2.

La sortie de l'amplificateur 9 est reliée au port de station de base 40 à travers un coupleur-dérivateur 10, qui prélève une faible partie du signal amplifié pour la fournir à des circuits 11 de traitement de signal et précisément de détection de signal oscillatoire, mesurant l'amplitude du signal dans la chaîne 1. Les circuits de détection 11 commandent l'atténuateur 8 à travers une première entrée de la porte OU 12. Des circuits 11A, de détection de niveau crête en sortie de la chaîne montante 1, sont de même alimentés en signal par le coupleur 10 et contrôlent, en le régulant, le niveau de l'émission des signaux GSM provenant des combinés de la zone d'ombre, par commande de l'atténuateur 8 à travers une deuxième entrée de la porte OU 12.

La chaîne descendante 2 a une structure globalement semblable à celle de la chaîne montante 1, mais ne comporte pas d'atténuateur. Les circuits référencés 23 à 27 et 29, 30 sont les homologues respectifs des circuits 3 à 7 et 9, 10, les fréquences des signaux des deux chaînes 1, 2 étant cependant différentes. Le coupleur 30 alimente en signal, provenant de l'amplificateur aval 29, des circuits 31 de traitement de signal et précisément de mesure de niveau, qui commandent un atténuateur de la chaîne montante 1 qui, dans cet exemple, est l'atténuateur 8, commandé à travers une troisième entrée de la porte OU 12. Les circuits de détection 11, représentés en détails sur la figure 2, comportent, dans l'ordre, un condensateur série 13 d'entrée, de découplage en continu, suivi d'une résistance 14 de rappel à la masse. Ces deux éléments sont suivis d'un ensemble intégrateur 15, 16, 17 commandant un amplificateur à seuil 18 dont la sortie est reliée à la première entrée de la porte OU 12, ici à travers un point mémoire 19. Le circuit intégrateur 15, 16, 17 a pour fonction de fournir la valeur moyenne, après redressement, du signal qu'il reçoit. Dans cet exemple, il est constitué d'une diode série 15 de redressement monoalternance, suivie d'une résistance 16 de tirage à la masse, en parallèle sur un condensateur d'intégration 17 commandant une entrée non inverseuse de l'amplificateur 18. Comme évoqué, ce dernier reçoit une tension prédéterminée de seuil bas Vs, sur une entrée inverseuse, et a donc une fonction de comparateur en fournissant en sortie un niveau haut uniquement lorsque le signal intégré d'entrée dépasse le seuil bas Vs. Le coupleur 10, de fourniture du signal aux circuits de détection 11, présente ici une résistance série suffisante pour limiter le courant instantané de charge du condensateur 18, afin qu'il fonctionne effectivement en intégrateur.

Les circuits de mesure de niveau 31 ont, dans cet exemple, sensiblement la même structure que les circuits de détection 11 et la description des éléments de ce dernier s'applique aussi aux circuits de mesure 31.

Le fonctionnement du répéteur va maintenant être expliqué, et tout d'abord celui des circuits de détection 11 et des circuits qu'ils commandent.

En exploitation, la chaîne montante 1 reçoit, des combinés de la zone d'ombre, des trains de signaux binaires représentés par leurs enveloppes formant des impulsions 51 et 52 sur la figure 2, où le temps t est en abscisse et les amplitudes en ordonnée. Lorsqu'un tel combiné est en liaison avec la station de base, il émet chaque impulsion 51, 52 dans une voie d'une trame temporelle GSM comportant huit voies. De ce fait, le facteur de forme (présence signal/période trame) est de 1I8. La référence 53 indique la valeur moyenne du signal 51, 52 au niveau de l'intégrateur 16, 17, qui vaut donc 1I8 de la valeur crête des impulsions 51, 52. Lors de la mise en service du répéteur, et alors que les antennes 41, 43 sont déplacées pour régler leur orientation, la chaîne montante 1 est susceptible d'osciller (accrochage) par exemple par couplage de l'antenne 41 sur l'antenne de zone d'ombre 43. Cette oscillation s' auto-entretient et prend une amplitude croissante jusqu'à arriver à saturation des circuits de la chaîne montante 1, c'est-à-dire avec toute la dynamique déterminée par la tension continue d'alimentation de ces circuits. Les circuits de détection 11 détectent alors la présence permanente d'un signal oscillatoire, dont l'enveloppe présente un facteur de forme égal à 1 et atteint le niveau crête maximal (référence 55).

Le seuil Vs de l'amplificateur-comparateur 18 est situé à un niveau intermédiaire 54 entre la valeur intégrée 53, moyenne, du signal utile 51, 52 et la valeur maximale 55 possible de signal redressé, seuil Vs correspondant ici à la moitié de cette valeur maximale 55. On pourrait choisir une valeur de seuil Vs plus élevée, pour tolérer plus de quatre impulsions 51 par trame de huit voies, et donc autant de communications. En variante, il peut être prévu de discriminer les deux types de signaux, utiles 51, 52 et oscillation, par analyse directe de leur facteur de forme, en remplaçant les circuits 15 à 18 par un monostable, ou un compteur de temps, armé par la présence, dans la trame de la chaîne montante 1, de signaux et réinitialisé en cas de retombée du signal enveloppe. Si le monostable est excité par un signal parasite redressé d'oscillation permanente sur toute une trame, il fournit alors un niveau haut par lequel il commande la porte OU 12 pour activer l'atténuateur 8. Cette variante présente l'intérêt de discriminer, sans nécessité de réglage précis de seuil, l'oscillation parasite par rapport au signal utile 51, 52, même si les impulsions de ce dernier sont en grand nombre dans la trame (valeur moyenne assez proche de la valeur maximale 55).

Dans tous les cas, l'atténuateur 8 activé atténue le signal qui le traverse d'une valeur telle que le gain de boucle (chaîne 1 et couplage entre antennes 41, 43 compte tenu de leur gain) devient inférieur à l'unité. L'auto-entretien de l'oscillation disparaît donc et celle-ci s'amortit. La station de base est ainsi protégée contre une saturation due à une erreur de manipulation des antennes 41, 43. L'atténuateur 8 peut en particulier être prévu pour fonctionner en interrupteur en cas d'oscillation. En variante, et dans la mesure où un second atténuateur serait prévu dans la chaîne montante 1 pour être commandé spécifiquement par les circuits de mesure 31 commandés par la chaîne descendante 2, l'atténuateur 8 pourrait même être un simple interrupteur en série dans le trajet du signal de la chaîne montante 1, ou en contrôlant l'alimentation continue, par exemple celle de l'amplificateur 9.

Pour éviter un effet de relaxation ou pompage, dû au fait que la disparition commandée de l'oscillation désactiverait les circuits de détection 11 et donc rétablirait l'atténuateur 8 dans son état de repos, sans atténuation, on mémorise ici la commande (niveau haut) issue de l'amplificateur 18, dans le point mémoire 19, constitué d'une bascule D ou d'une bascule RS. Une coupure d'alimentation et une remise sous tension du répéteur réinitialisent au niveau bas l'état du point mémoire 19 et libèrent l'atténuateur 8, pour qu'il n'apporte pas d'atténuation.

En variante, on peut prévoir de temporiser sur plusieurs minutes la libération de l'atténuateur 8 et, en outre, de n'en diminuer l'atténuation que progressivement. Les circuits de détection 11, ici réglés à un seuil Vs à mi-hauteur du signal maximal 55, peuvent ainsi détecter la réapparition d'une oscillation dès qu'elle a atteint la moitié du niveau maximal 55, ce qui limite l'émission parasite correspondante. Dans le cas de la variante à monostable, le seuil Vs peut en particulier être réglé à un niveau très bas, puisqu'il s'agit d'une détection de signal par tout ou rien.

Le circuit 11 A de contrôle de niveau (CAG) du signal émis vers la station de base effectue une détection crête de ce signal, c'est-à-dire indépendamment du nombre d'impulsions 51, 52 par trame. Ses éléments d'intégration homologues des éléments 16, 17 des circuits 11 présentent une constante de temps élevée devant la durée des impulsions 51, 52, pour conserver sensiblement la valeur crête. Ils commandent un amplificateur, homologue de l'amplificateur 18, qui commande directement, sans mémoire interposée, l'atténuateur 8 lorsque le niveau de signal crête dépasse un seuil. L'atténuation de l'atténuateur 8 varie dans le même sens que le niveau crête mesuré, ce qui a pour effet de réguler ce niveau en sortie de l'amplificateur d'émission 9.

Le fonctionnement des circuits de mesure 31 va maintenant être expliqué. Les circuits de mesure 31 ont la même fonction que les circuits 11A, de détection de l'amplitude des signaux, mais concernent les signaux reçus de la station de base. Contrairement au cas des circuits de détection 11, le facteur de forme des signaux reçus de la station de base n'a pas ici à être pris en compte. Il suffit donc d'effectuer une détection crête, ou efficace si la station de base émet en permanence, dans le condensateur (17) homologue du condensateur 17. La résistance parallèle (16) homologue de la résistance 16 est alors de valeur relativement élevée, pour permettre la charge à valeur crête du condensateur (17), sans le décharger de façon notable sur une période de trame. La résistance (16), de décharge lente, sert uniquement à suivre les baisses éventuelles de signal reçu de la station de base et la constante de temps correspondante (16), (17) est de plusieurs dizaines de périodes trame.

Lorsque les circuits de mesure 31 mesurent un niveau dépassant un seuil prédéterminé de réception de l'amplificateur (18) homologue de l'amplificateur 18, ils commandent l'activation de l'atténuateur 8 à travers la porte OU 12. La mémorisation de cette commande est inutile puisqu'elle n'a pas d'effet rétroactif sur le signal mesuré qui l'engendre. L'atténuateur 8 présente alors une atténuation prédéterminée, de valeur limitée pour permettre à la chaîne montante 1 d'émettre des signaux utiles de niveau suffisant pour que la station de base les détecte.

La porte OU 12 est ici analogique, pour transmettre une variation relativement importante de tension d'activation par sa première entrée (sortie du point-mémoire 19) et donc permettre d'atténuer fortement, sinon bloquer totalement, le signal d'oscillation de la chaîne montante 1, et pour transmettre, par ses deuxième et troisième entrées, des variations de tension de commande plus faibles que celle de la première entrée, puisque la chaîne montante 1 doit encore fonctionner dans ces deux derniers cas.

Ainsi, le bruit engendré par les circuits de la chaîne montante 1 est atténué d'autant en émission. En particulier, le circuit récepteur 3, dont le bruit thermique est amplifié par toute la chaîne montante 1, peut être réalisé à partir d'un amplificateur à performances de bruit limitées, donc peu coûteux par rapport à un amplificateur à très faible bruit.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1.- Répéteur de réseau radiotéléphonique cellulaire comportant une antenne (41) de couplage avec une station de base du réseau et une antenne (43) de couplage avec des combinés mobiles, les deux antennes (41, 43) étant reliées, entre un port (40) de station de base et un port (42) de combiné, par une chaîne montante (1), en aval du port de combiné (42), et par une chaîne descendante (2), en aval du port (40) de station de base, caractérisé par le fait que la chaîne montante (1) comporte des moyens atténuateurs (8) et il est prévu des moyens (11, 31) de traitement du signal aval de l'une au moins des deux chaînes de retransmission (1, 2), ces moyens de traitement (11, 31) commandant les moyens atténuateurs (8). 2.- Répéteur selon la revendication 1, dans lequel il est prévu des circuits (11) de détection de signaux oscillatoires. 3.- Répéteur selon la revendication 2, dans lequel les circuits (11) de détection de signaux oscillatoires comportent des moyens mémoires (19). 4.- Répéteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel il est prévu des circuits (31) de mesure du niveau du signal de la chaîne descendante (2). 5.- Répéteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de traitement (11, 31) comportent des circuits (11) de détection de signaux oscillatoires de la chaîne montante (1) et des circuits de mesure du niveau du signal de la chaîne descendante (2), reliés aux moyens atténuateurs (8) par une porte OU (12). 6.- Répéteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu des circuits (11A) de contrôle du niveau du signal de la chaîne montante (1), agencés pour commander les moyens atténuateurs (8). 7.- Répéteur selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel les circuits (11) de détection de signaux oscillatoires comportent un circuit intégrateur à seuil (16, 17, 18). 8.- Répéteur selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel les circuits (31) de mesure du niveau du signal de la chaîne descendante (2) comportent un circuit intégrateur à seuil.