FR2885750A1 - Methode de positionnement des antennes d'un systeme de transmission de donnees - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à une méthode de positionnement d'antennes à sectorisation dans un système de transmission de données. La méthode permet de rechercher, par approches successives, le secteur de chaque antenne permettant une réception optimale des informations. L'étape de recherche est répétitive.

Description

L'invention se rapporte à la transmission de données dans un système de

radio communication sans fils comportant une pluralité d'antennes. Elle concerne une méthode de positionnement des antennes du système.

Parmi les systèmes de communication sans fil, il est connu des systèmes de transmission de données à pluralité d'antennes fonctionnant à l'intérieur de bâtiments, milieux indoor, ou fonctionnant dans des milieux semi ouverts. Ces systèmes de communication se composent généralement d'une station de base et de plusieurs terminaux mobiles. Des standards tels que Hiperlan2 et IEEE802.11 a définissent de tels systèmes de communication fonctionnant dans des bandes de fréquences situées aux alentours de 5 GHz.

De tels systèmes trouvent également une application dans les caméras sans fils haute définition.

La qualité de la transmission des données entre station de base et terminaux mobiles dépend principalement ou particulièrement du système d'antennes utilisé pour l'émission et la réception des données. L'énergie transmise lors de la réception doit être maximisée pour rendre la liaison efficace et réduire les impératifs d'énergie, point important pour tout utilisateur n'ayant pas de source fixe d'énergie. C'est pourquoi l'optimisation de la réception par antennes est un point important du développement des émetteurs récepteurs.

Pour augmenter la résistance au bruit et aux échos de ces systèmes de transmission, il est connu de diversifier les antennes c'est-à-dire de réaliser un traitement multi antennes MRC (de l'anglais Maximum Ratio Combining). La diversité d'antennes consiste à multiplier le nombre d'antennes et donc les chemins de transmission des ondes de sorte que les antennes ne sont pas soumises aux mêmes contraintes d'écho et à combiner les signaux reçus des différentes antennes. Elle permet donc une meilleure stabilité en gommant les évanouissements intempestifs qui caractérisent souvent les solutions mono antenne.

Parmi les techniques d'antennes également utilisées pour augmenter la portée d'un système radio, la sectorisation est certainement l'une des plus répandues. Elle consiste à disposer de plusieurs faisceaux assurant chacun une couverture angulaire différente. Le système radio ajuste le choix du secteur en fonction de la position de l'équipement d'émission et de réception.

Ces deux techniques c'est-à-dire la diversité d'antennes et la sectorisation ne sont pas antinomiques. En effet, il est connu du document US 2004/0196834 un système pour la transmission sans fils comportant une pluralité d'antennes à sectorisation de façon à ce que la transmission des données soit réalisée par au moins un secteur d'antenne sélectionné. A chaque nouvelle sélection, un nouveau secteur d'antenne est choisi et un basculement instantané s'opère. Cela signifie que la liaison radio passe d'un secteur d'une antenne à un autre secteur d'une autre antenne brutalement. Cette transition brute entraîne un risque majeur d'apparition d'erreur et éventuellement la perte momentanée de la liaison.

Pour remédier à ce problème l'invention propose de combiner les signaux reçus par l'ensemble des antennes, quel que soit le secteur auquel elles appartiennent.

L'invention consiste à faire une sectorisation dite douce (en anglais soft sectorisation) en ne basculant qu'une antenne à la fois d'un secteur à l'autre par étapes successives, permettant ainsi de maximiser en permanence le niveau du signal reçu.

L'invention offre l'avantage d'une grande stabilité. Plus le nombre d'antennes est important plus le risque pris lors du basculement d'une antenne est faible.

L'invention concerne une méthode de positionnement d' antennes d'un système de transmission de données comprenant un système combinant plusieurs d'antennes (N) à sectorisation (M secteurs). Chaque antenne fonctionnant selon un secteur défini, la méthode comprend une étape d'initialisation et une étape répétitive de recherche, par approche successive, du secteur de chaque antenne permettant une réception optimale des informations.

Une étape d'initialisation consiste à identifier les antennes concernées, à déterminer un paramètre de sélection et à choisir arbitrairement un secteur pour chacune des antennes concernées.

Préférentiellement, l'identification des antennes se fait par numérotation de chaque antenne et le paramètre de sélection est la puissance reçue ou le rapport du signal sur bruit et interférents du signal reçu.

Préférentiellement, l'étape de recherche du secteur de chaque antenne permettant une réception optimale des informations comprend les étapes de mesurer le paramètre de sélection reçu par chacune des N antennes pour un secteur donné, de comparer ces N paramètres et identifier l'antenne dont le paramètre est le plus faible et de changer le secteur de cette antenne jusqu'à l'obtention d'un niveau maximum du paramètre reçu. L'étape de recherche du secteur de chaque antenne a lieu avec l'envoi de chaque nouvelle trame de données.

De préférence, un seuil minimum du paramètre de sélection est fixé de façon à pouvoir désélectionner l'antenne dont le paramètre de sélection ne dépasse pas ce seuil.

Selon un autre aspect de l'invention, pour une situation définie comme stable pour une antenne, lorsque le paramètre reçu pour tous les secteurs de cette antenne est inférieur aux paramètres reçus par les autres antennes, la récurrence de l'étape de recherche du secteur de chaque antenne est réduite.

Cette méthode s'applique également à tout système combinant N antennes à polarisations différentes ( M polarisations).

L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente un exemple d'un émetteur/récepteur comprenant un système à pluralité d'antennes utilisé pour l'invention, la figure 2 représente un exemple de la méthode selon l'invention permettant la sélection des antennes et le choix des secteurs de chaque antenne du système selon la figure 1 et la figure 3 représente un émetteur/récepteur de type MIMO à pluralité d'antennes utilisé pour l'invention.

La figure 1 représente un émetteur/récepteur comprenant un système à pluralité d'antennes utilisé pour l'invention. Il comporte une station de base 1 et, dans cet exemple, un seul terminal mobile 2.

La station cè base 1 comprend une pluralité d'antennes à sectorisations: une première antenne A, une deuxième B et une troisième C. Ces trois antennes comportent dans cet exemple quatre secteurs chacune. Elles peuvent émettre des signaux vers le terminal mobile et recevoir, en combinaison, des signaux du terminal mobile. Ces antennes A, B et C sont reliées par l'intermédiaire d'un circuit RF ( en anglais: Radio Frequency) à un modem de traitement multi-antennes MRC (en anglais: Maximum Radio Combining). La technique MRC consiste à effectuer au niveau du récepteur de la station de base la somme cohérente et pondérée des signaux égalisés reçus par chacune des antennes. Cette technique de combinaison des signaux reçus permet d'obtenir la réception maximale possible.

Le terminal mobile 2 est équipé, dans l'exemple présent, d'une seule antenne pour la transmission des données. Cette antenne est reliée, comme il est connu de l'état de la technique, à un modem par l'intermédiaire de circuits RF.

La méthode permettant le fonctionnement du système d'antennes, c'est-àdire la sélection des antennes et le choix du secteur de chaque antenne permettant ainsi une réception optimale, est explicitée avec l'aide de la figure 2.

Les 3 antennes A, B et C sont symbolisées par l'ensemble des secteurs les composant. . Dans l'exemple de la figure 2, il s'agit d'antennes à 4 secteurs mais la méthode selon l'invention concerne des antennes à m secteurs. Le secteur sélectionné est identifié en gras. Elles font partie d'un système à pluralité d'antennes tel représenté dans la figure précédente.

Associés à chaque antenne se trouve un rectangle représentant le niveau d'un critère de qualité ou paramètre de sélection. Celui-ci peut être, par exemple, le niveau de la puissance P reçue par l'antenne, comme dans l'exemple proposé selon la figure 2. Il peut également correspondre au rapport du signal sur bruit et interférents . Le bruit et les interférents sont des perturbations du signal, c'est pourquoi les perturbations dues aux signaux interférents sont associées aux perturbations dues au bruit dans le rapport déterminant la qualité du signal. Le critère optimal serait un paramètre calculé sur la base de la mesure de la puissance et du rapport du signal sur bruit. La fonction du paramètre est de permettre de mesurer la qualité de réception de l'antenne et doit permettre également de choisir l'antenne dont l'absence aura le moins d'impact sur la qualité de la liaison. Tout autre paramètre répondant à ces fonctions de fiabilité du signal sur la voie de réception ou en rapport avec le signal obtenu à partir de la combinaison des N -1 signaux issus des N -1 autres antennes sera donc accepté pour qualifier l'antenne N. La valeur de ce paramètre est saisie pour chaque antenne positionnée sur un certain secteur. Dans notre exemple il s'agit de la puissance P reçue. Ces paramètres issus de toutes les antennes A, B, et C sont ensuite comparés.

Huit étapes ( numérotées de 1 à 8) sont représentées pour permettre de comprendre la méthode selon l'invention. Le principe de la méthode est la recherche du niveau maximal de réception du signal sur chaque antenne de façon à maximiser la combinaison des signaux reçus sur toutes les antennes par le système MRC.

Pour la première étape, dite étape d'initialisation, le même secteur est choisi arbitrairement pour toutes les antennes (secteur 1). Le niveau de la puissance reçue Pa, Pb et Pc par chaque antenne A, B et C respectivement est mesuré, puis ces niveaux sont comparés. Dans le cas présent, le niveau de la puissance reçue par l'antenne A est inférieur à ceux reçus par les antennes B et C respectivement: Pa Pb & Pc. L'antenne A étant celle dont le niveau de puissance P est le plus faible, un autre secteur de l'antenne A doit donc être testé. Il y a donc basculement pour l'antenne A du secteur 1 au secteur 2. Il est à constater que c'est l'antenne la moins influente du système de réception qui va donc changer de secteur. Son influence sur le signal reçu est minimum et la perturbation sera minimale.

La deuxième étape montre que, l'antenne A se trouvant basculée sur le deuxième secteur, le niveau de puissance Pa reçue par l'antenne A est toujours plus faible que celui Pb et Pc reçu par les antennes B et C. En conséquence il y a de nouveau basculement pour l'antenne A du secteur 2 sur le secteur 3.

La puissance mesurée de l'antenne A secteur 3 est supérieure à celles des antennes B et C. Au cours de la troisième étape, c'est l'antenne B dont le niveau de puissance est inférieur aux autres qui sera amenée à basculer du premier secteur au deuxième.

Au cours des étapes 4 et 5 les antennes C et B sont amenées à changer de secteur d'une manière identique.

Au cours des étapes 6, 7 et 8, la puissance reçue de l'antenne B reste inférieure à celles des antennes A et C. La situation est alors dite stable.

On remarquera que le passage de l'étape 1 d'initialisation à l'étape 5 de puissance reçue maximale s'effectue par 4 basculements successifs de secteur de l'antenne A puis de B et enfin de C. Le résultat est donc un changement de secteurs d'antennes qui se fait en douceur par basculements successifs. Le changement de secteur se fait sans nuire à la qualité de la liaison radio.

Si la communication est composée de trames de données successives, la mesure de la puissance et le changement de secteur d'une antenne peuvent être déclenchés par le changement de trame ou avoir lieu pendant un intervalle réservé en début de trame. Si, par exemple, une trame est émise tous les 10ms, le passage de l'étape 1 à l'étape 8, correspondant à une situation dite stable, se ferra en 80ms.

La méthode prévoit une solution pour certains cas de figures non représentés au cours des étapes de la figure 2. Au cours de l'étape d'initialisation les antennes sont identifiées et ordonnées. Une priorité d'une antenne sur l'autre est ainsi établie de façon à ce que si deux antennes reçoivent une puissance égale plus faible que la troisième, il soit déterminé celle dont le secteur va changer.

Il est également prévu un seuil minimal de puissance reçue. En effet si la puissance reçue par une antenne ne dépasse pas ce seuil pendant un certain nombre d'étapes, celle-ci est considérée comme non répondante.

Elle est ainsi inhibée pour la communication souhaitée. A condition qu'elle ne soit pas défectueuse, elle est libérée pour être éventuellement réutilisée pour former avec d'autres antennes un autre système à pluralité d'antennes. Une telle sélection d'antennes peut s'opérer en aval de la chaîne de démodulation dans un système de réception de données.

Le système s'auto ajuste en permanence, c'est-à-dire que l'antenne recevant la plus faible puissance est toujours en recherche d'un secteur plus favorable. A partir du moment où une situation stable est atteinte, l'occurrence des mesures est réduite.

D'une autre manière le système peut s'auto ajuster en se limitant à une recherche permanente d'un secteur plus favorable, voisin du secteur sélectionné, pour chaque antenne successivement.

La figure 3 représente un système à pluralité d'antennes de type MIMO (Multiple Input, Multiple Output) qui dispose de plusieurs chaînes de réception, utilisé pour l'invention. Des flux de données spatiaux différents sont transmis aux différentes chaînes de réception. Il est possible que ces flux représentent les composantes d'un même signal.

Il comporte, comme dans l'exemple précédent, une station de base 3 comprenant un système à pluralité d'antennes Al, A2...An reliées à un modem par l'intermédiaire de circuits radio fréquence RF et un terminal mobile 4 comprenant un autre système à pluralité d'antennes B1, B2...Bm reliées à un autre modem par l'intermédiaire de circuits radio fréquence RF. Le signal émis provient de x antennes choisies parmi les N antennes de la station de base ou les M du terminal mobile. Pour cette raison chacune des chaînes de réception disposera de x égaliseurs utilisés pour extraire chacune des x composantes du signal reçu. La qualité de la réception dépend de la bonne réception de l'ensemble des composantes du signal. Il sera calculé pour chacun des flux un indicateur de qualité traduisant la contribution des antennes de réception pour la transmission du flux. Ce critère est utilisé pour s'assurer que l'absence de l'antenne sélectionnée pour un changement de secteur n'entraînera pas de dégradations importantes pour chacun des flux spatiaux.

Il est de plus envisageable comme décrit précédemment qu'une antenne initialement sélectionnée pour une chaîne soit inhibée pour cette chaîne suite à un critère de sélection non rempli et qu'elle soit réutilisée pour la transmission sur une autre chaîne de réception. Les critères envisagés ont été décrits précédemment.

Les modems comprennent des codeurs - décodeurs spatios - temporels permettant de commander dans l'espace et le temps la pluralité d'antennes.

Les systèmes MIMO comportant des diversités d'antennes à sectorisation sont combinables avec différents types de modulation tels par exemple une modulation OFDM.

L'invention ne se limite pas aux exemples décrits. En effet, le nombre d'antennes d'émission et de réception de la station de base comme du terminal mobile peut être beaucoup plus important que ce qui est décrit dans les exemples précédents. Egalement, l'invention est présentée sur des antennes sectorielles mais suivant le système radio d'autres antennes sont envisageables, notamment celles offrant différentes possibilités de polarisation.

Claims (8)

Revendications

1. Méthode de positionnement d'antennes dans un système de transmission de données comprenant un système combinant N antennes (A, B, C) à sectorisation (M secteurs) caractérisée en ce que, chaque antenne fonctionnant selon un secteur défini, la méthode comprend une étape d'initialisation et une étape répétitive de recherche, par approches successives, du secteur de chaque antenne permettant une réception optimale des informations.

2. Méthode de positionnement d'antennes selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'étape d'initialisation consiste à identifier les N antennes concernées, à déterminer un paramètre de sélection et à choisir arbitrairement un secteur pour chacune des antennes concernées.

3. Méthode de positionnement des antennes selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'identification des N antennes se fait par numérotation de chaque antenne.

4 Méthode de positionnement des antennes selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le paramètre de sélection est la puissance du signal reçu.

Méthode de positionnement des antennes selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le paramètre de sélection est le rapport signal sur bruit et interférents du signal reçu.

6. Méthode de positionnement des antennes selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que l'étape de recherche du secteur de chaque antenne permettant une réception optimale des informations comprend les étapes suivantes: - mesurer le paramètre de sélection reçu par chacune des N antennes fonctionnant selon un secteur donné, - comparer ces N paramètres et identifier l'antenne dont le paramètre est le plus faible et - changer le secteur de cette antenne, jusqu'à l'obtention d'un niveau maximum du paramètre reçu.

7. Méthode de positionnement des antennes selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'étape de recherche du secteur de chaque antenne a lieu avec l'envoi de chaque nouvelle trame de données.

8. Méthode de positionnement des antennes selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un seuil minimum du paramètre de sélection est fixé de façon à pouvoir désélectionner l'antenne dont le paramètre de sélection ne dépasse pas ce seuil.

9. Méthode de positionnement des antennes selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, pour une situation définie comme stable pour une antenne, lorsque le paramètre reçu pour tous les secteurs de cette antenne est inférieur aux paramètres reçus par les autres antennes, la récurrence de l'étape de recherche du secteur de chaque antenne est réduite.

10. Méthode de positionnement des antennes selon la revendication 1 à 9 caractérisée en ce que elle s'applique également à tout système combinant N antennes à polarisations différentes ( M polarisations).