WO1995020274A1 - One-way mobile telephone network cell expander device, and related network - Google Patents

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WO1995020274A1
WO1995020274A1 PCT/FR1995/000069 FR9500069W WO9520274A1 WO 1995020274 A1 WO1995020274 A1 WO 1995020274A1 FR 9500069 W FR9500069 W FR 9500069W WO 9520274 A1 WO9520274 A1 WO 9520274A1
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mobile
base station
frequency band
channel
antenna
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Luc Provost
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Cofira Etudes Et Gestion
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2603Arrangements for wireless physical layer control
    • H04B7/2609Arrangements for range control, e.g. by using remote antennas

Definitions

  • the invention relates to a unidirectional expander device for a mobile radiotelephony cell, and to the network thus obtained thanks to the use of several of these expander devices.
  • the surface coverage of the zones requires a very high frequency space consumption.
  • a large majority of telecommunications traffic is actually carried out in urban areas and on the highways connecting them.
  • sparsely populated rural areas such surface coverage is no longer essential, and it therefore appears advantageous to ensure, in such areas, no longer surface but substantially linear coverage of the main roads, which are the seat of the majority of traffic.
  • the radio frequency coverage of a mobile radiotelephone cell such as the GSM radiotelephone network, is very limited.
  • the criteria for standardization of the GSM radiotelephony network currently set a limit beyond which the signal transmitted by a mobile is no longer received by its base station at a distance of 35 km.
  • the usual mobiles have a limited transmission power for reasons of energy supply while the relief of the ground, even the vegetation, impose significant propagation attenuations.
  • the radiofrequency coverage distance of an elementary cell can then be reduced to a few kilometers in uneven terrain.
  • the object of the present invention is to extend the radio frequency coverage of a mobile radiotelephony cell, of the GSM type, up to the limit value authorized by the corresponding normative provisions, by the use of a single base station. and one and the same group of frequencies.
  • Another object of the present invention is the implementation of a unidirectional expander device of a mobile radiotelephone allowing a large economy of infrastructures while ensuring a substantially linear radiofrequency coverage along roads, motorways or roads. 'railway axes.
  • Another object of the present invention is also the implementation of a unidirec ⁇ tional expander device of a mobile radiotelephone cell making it possible to ensure radiofrequency coverage along road, motorway or rail axes, over long distances. distances from the latter, without however misuse of the authorized frequency spectrum for mobile radiotelephony.
  • the unidirectional expander device of mobile radiotelephony cell, cell comprising a base station provided with a transceiver in a first and a second band of transmit frequencies of reception respectively, object of the present invention, is remarkable in that it comprises a dual-channel mobile / base station retransmitter circuit in a first frequency band, base / mobile station in the second frequency band.
  • a first directional transmit-receive antenna interconnected by the retransmitter makes it possible to ensure reception in the first frequency band and transmission in the second frequency band, for the base station / mobile respectively mobile / station channel.
  • a second directional transmit-receive antenna interconnected to the re-transmit circuit makes it possible to ensure reception in the second frequency band and transmission in the first frequency band, for the base station / mobile respectively mobile / base station channel.
  • the first and second antenna are electromagnetically decoupled, the axis of the radiation pattern of the first and second antenna being contained in two substantially parallel vertical planes.
  • the unidirectional mobile cell expander device, object of the present invention finds application in the network equipment of mobile radiotelephone of road, motorway or rail axes in particular.
  • FIG. 1 represents a functional diagram of the unidirectional expander device of mobile radiotelephony cell object of the present invention
  • - Figure 2 represents specific radiation patterns of antennas used for implementation an expander device as shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 represents a preferred arrangement of the various constituent elements of the mobile radiotelephone cell expander device which is the subject of the present invention
  • FIG. 4 represents an illustrative diagram of a double-channel re-emitter used for the implementation of a unidirectional expander device of a mobile radiotelephony cell according to FIG. 1
  • FIG. 5a represents a layout diagram, from a base station of a mobile radiotelephony cell, a plurality of similar unidirec ⁇ tional expander devices to constitute a mobile radiotelephony network located along a road, motorway or rail axis,
  • FIG. 5b represents the structure of the signal frames transmitted by a base station and by a mobile provided with mobile radiotelephony equipment
  • FIG. 1 A more detailed description of a unidirectional mobile radiotelephone cell expander device according to the object of the present invention will now be given in connection with FIG. 1 and the following figures.
  • a mobile radiotelephony cell includes a base station, the base station being denoted SB, this base station being provided with a transceiver means in a first and a second band of respectively transmission and reception frequencies.
  • the first and second frequency bands are denoted ⁇ fl respectively ⁇ f2.
  • the transmission channel in the base station SB / mobile direction is designated by downlink and that the 95/00069
  • the mobile transmission channel / base station SB is designated by uplink.
  • the downlink allows the transmission of signals from the base station SB to the mobile in the second frequency band ⁇ f2 while the uplink allows the transmission of signals from the mobile to the base station SB in the first band of frequencies ⁇ fl.
  • the unidirectional expander device of a mobile radiotelephony cell which is the subject of the present invention, it comprises a two-way re-emitting circuit, noted 0 in FIG. 1, this re-emitting circuit 0 allowing mobile communication / base station SB in the first frequency band ⁇ fl respectively the base station / mobile communication in the second frequency band ⁇ f2.
  • a first directional antenna, denoted 1, for transmission-reception is interconnected to the re-emitting circuit 0 to ensure reception in the first frequency band and transmission in the aforementioned second frequency band for the mobile uplink / base station SB respectively the downlink base station / mobile.
  • a second directional transmit-receive antenna, denoted 2 is interconnected to the re-emitter circuit 0 to ensure reception in the second frequency band ⁇ f2 and transmission in the first frequency band ⁇ fl for the downlink base station / mobile respectively mobile uplink / SB base station.
  • the first and the second antenna are electromagnetically decoupled, the electromagnetic decoupling being represented by a dashed line, referenced E, in FIG. 1.
  • the axis of the radiation diagram of the first respectively of the second antenna is contained in two substantially parallel vertical planes, as will be described later in the description.
  • the first and second antenna used are very high gain antennas, as directional as possible and whose radiation pattern has secondary lobes, denoted LS, very weakened so as to limit the risk air coupling between the aforementioned first and second antenna.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c diagrams of typical radiation of the first and / or of the second antenna are shown, the main lobe being noted LP, and the secondary lobes LS.
  • the first 1 and the second antenna 2 have in the vertical plane, a radiation pattern having an opening angle less than or equal to 10 °.
  • the first antenna 1 has in a horizontal plane, orthogonal to the vertical plane and containing the axis of the radiation pattern of this antenna, an opening angle between 45 ° and 70 °, as shown in the above figure.
  • the second antenna 2 presents in a horizontal plane a radiation diagram with an opening angle less than 10 ".
  • each of these antennas has a front-rear decoupling greater than or equal to 30 dB.
  • the first antenna whose function consists in allowing radiation towards or from mobiles can be constituted by a Kathrein type antenna, carrying the reference K 73 226, this antenna having an opening angle of radiation in the horizontal plane of the order of 60 ° and an opening angle of the radiation pattern in the vertical plane of the order of 8 °.
  • the second antenna 2 it is indicated that this can be constituted by a paraboli ⁇ type antenna of the Andrew KP 10 820 A type or of the KP 13 820 B type. It is indicated that with regard to this type of 'antenna, the gain thereof is between 25 and 28 dB.
  • the first and the second antenna 1, 2 can be mounted on a metal support, denoted SM, forming a pylon, each antenna being connected to the dual-channel retransmitter circuit. 0 by coaxial cable connections for example.
  • these are mounted on the pylon or metal support Sm so that the origin of the emission-reception point is distant in a substantially parallel direction in the vertical plane by a distance, denoted dO, greater than or equal to 10. ⁇ , where ⁇ denotes the maximum wavelength of the transmission signal of the first and second frequency bands ⁇ fl, ⁇ f2.
  • the above-mentioned antennas may include a radiating element constituted by a half-wave dipole for example, the parabolic structure of the antenna being however reserved for the second antenna.
  • the re-emitting circuit 0 advantageously comprises a first channel, denoted I, comprising in cascade a bandpass filter 11 allowing the transmission of the first frequency band ⁇ fl and an HF amplifier, denoted 12. It is indicated that the HF amplifier 12 is a gain amplifier adjustable very linear, class A type for example.
  • the double-channel retransmitter circuit 0 also includes a second channel, denoted II, comprising in cascade a bandpass filter 21 allowing the transmission of the second frequency band ⁇ f2 and an HF amplifier, denoted 22, analogous to the HF amplifier 12 .
  • the first and second channels 1, 2 are interconnected in parallel by means of a first and a second duplexer 10, 20.
  • the first duplexer 10 receives and transmits a signal in the first frequency band ⁇ fl for the channel mobile uplink / base station, this signal being successively filtered by the band filter 11 then amplified by the HF amplifier 12 and delivered to the second duplexer 20.
  • the second duplexer 20 receives and transmits a signal in the second frequency band ⁇ f2 for the downlink base station / mobile, this signal being delivered to the band filter 21 then to the HF amplifier 22 and finally to the first duplexer 10.
  • the first duplexer 10 thus ensures respectively the reception of a signal transmitted by the mobile to the base station in the first frequency band ⁇ fl and the transmission to this same mobile of a signal from the base station in the second frequency band ⁇ f2.
  • the second duplexer 20 ensures the reception of a signal on the mobile base station downlink in the second frequency band ⁇ f2 and the transmission on the mobile uplink / base station channel in the first frequency band ⁇ fl.
  • the above frequency bands ⁇ fl and ⁇ f2 can have values equal to 25 MHz, the first frequency band ⁇ fl possibly being between 890 and 915 MHz and the second frequency band ⁇ f2 possibly being between 935 and 960 MHz.
  • each mobile radiotelephony cell thanks to the implementation of the aforementioned extender devices, then being configured in a real network as will be described below in the description in conjunction with Figures 5a, 5b, 5cl and 5c2.
  • a base station denoted SB
  • a base station denoted SB
  • a base station is shown in a succession of unidirectional extender devices for mobile radiotelephony cells, denoted El to En, these devices being installed on metal supports as previously described in the description. tion.
  • the first expander device El is distant from the base station SB by a distance dl, the successive expander devices E2 to En-1 being distant from a distance d2 to dn-1 so as to cover a total distance of coverage, denoted Dn, in the direction of a road axis in a determined direction, to another successive base station SB + 1.
  • the mobile radiotelephony telecommunication network thus formed comprises, for a base station SB and between two successive base stations forming a mesh, a plurality of substantially identical adjacent unidirectional extender devices as described above in the description.
  • the configuration and the arrangement of the antennas on the metal supports SM is such that the assumption of propagation in free space between two successive unidirectional extender devices respectively between SB base station and adjacent expander are verified.
  • the equivalent antenna heights satisfy the simplified Fresnel criterion according to the relation: h ⁇ N ⁇ dn 4
  • antennas these can be constituted as previously mentioned in the description, very high gain antennas as directional as possible having very weakened side lobes, so as to limit the risk of coupling by the air route which can, in general, be used. It is also indicated that it is possible to couple two elementary antennas to constitute a single antenna, the first and / or the second antenna, in order improve the gain and directivity of the entire system.
  • the sensitivity of the receivers and the transmitting power of the mobiles limit the coverage of a GSM-type mobile radiotelephony cell at a maximum distance Dm of less than 25, 6 km.
  • the insertion of a first extension device at a distance of about 25.6 km does not pose any particular problem insofar as, by setting the maximum value the gain of the dual-channel retransmitter, higher power is obtained in the direction of the downlink for any distance less than the aforementioned limit value 25.6 km separating this first extender from the base station.
  • the balance of the downlink requires that the distance between the aforementioned expander circuit and any mobile is less than a specific value of 14.2 km.
  • a particularly advantageous measure as mentioned previously in the description consists, in terms of coverage, in imposing that the gains of the uplink and of the downlink are at least equal to the propagation attenuation between two retransmitters.
  • the active and passive gains the antenna gains
  • a chain of a determined number N of expander device between two base stations SB can be used, which makes it possible to increase the coverage initially limited to 25.6 km.
  • the radio frequency coverage distance up to substantially 120 km by allocating for each mobile, as shown in FIG. 5b, two time intervals on them. eight time slots in the TDMA frame instead of one.
  • This distance corresponds to the initial 35 km plus the distance corresponding to a half-time interval of the frame, ie 577 ⁇ s, as shown in the lower part of FIG. 5b.
  • the delay between the base station SB and the mobile MS is limited to a value ⁇ O.
  • the duration of xO being coded on 64 bits and for a bit rate of 271 kb / s, ⁇ O is limited to 118 ⁇ s, which corresponds to approximately 35 km.
  • a base station and a unidirectional expander device adjacent to this base station as well as two adjacent unidirectional expander devices form two successive transmit-receive stations with respect to a mobile MS considered.
  • each unidirectional expander device is distant from a base station respectively from a unidirectional expander device adjacent to a distance, designated by dl respectively dn-1 in FIG. 5a, greater than or equal to a distance critical to suppress one-channel interference from two successive transmit-receive stations vis-à-vis the mobile.
  • FIGS. 5cl and 5c2 there are areas of the road or motorway journey provided with a network in accordance with the object of the present invention, where a mobile moving on this road or motorway axis receives signals at the same frequency from two successive transmit-receive stations base stations respectively expander device as previously mentioned.
  • the standardization provisions of the GSM-system require the receiver to equalize delays up to 16 ⁇ s, all successive signals whose delays do not exceed 16 ⁇ s being therefore considered as one and the same signal.
  • the GSM standard In the context of two cochannel signals, the GSM standard according to the 0505 ETSI recommendation, requires a separation of cochannel signals greater than or equal to 9dB. This value leads to two values d 'and d "of the distance d between which the aforementioned separation ratio imposed by the GSM standard is not respected.
  • the delays are less than 16 ⁇ s.
  • the distance dl 25.6 km previously mentioned is too great and it is advantageous to reduce this distance dl to 10.2 km to avoid problems due to interference, which makes it possible to carry out the implementation of several successive expanders to achieve maximum coverage. It is then indicated that the successive distances d2, dn-1 to dn separating two successive extensor devices can then be chosen equal to 8.9 km as already mentioned in the description.
  • the network as described previously in the description can be supplemented by means of radiating cables for the passage of road, motorway or railway tunnels, for example, and that, under these conditions, the mobile radiotelephony network object of the present invention has a great flexibility of implementation and use.

Abstract

A one-way mobile telephone network cell expander device, and the related network, are disclosed. Each expander device includes a two-channel retransmitter circuit (0) for a mobile station/base station channel in a first frequency band and a base station/mobile station channel in a second frequency band. A first directional transceiver antenna (1) is linked to the retransmitter circuit (0) to provide reception in the first frequency band and transmission in the second frequency band for the mobile station/base station channel, and a second directional transceiver antenna (2) is linked to the retransmitter circuit (0) to provide reception in the second frequency band and transmission in the first frequency band for the base station/mobile station channel. The antennas (1 and 2) are electromagnetically separate, and the axis of the radiation pattern of the first and second antennas lies in two substantially parallel vertical planes. Said device is useful for providing GSM-type mobile telephone networks.

Description

DISPOSITIF EXTENSEUR UNIDIRECTIONNEL DE CELLULE DE RADIOTELEPHONIE MOBILE, ET RESEAU CORRESPONDANT UNIDIRECTIONAL EXTENSION DEVICE OF MOBILE RADIOTELEPHONY CELL, AND CORRESPONDING NETWORK
L'invention concerne un dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile, et le réseau ainsi obtenu grâce à la mise en oeuvre de plusieurs de ces dispositifs extenseurs.The invention relates to a unidirectional expander device for a mobile radiotelephony cell, and to the network thus obtained thanks to the use of several of these expander devices.
Afin de permettre la télécommunication par radioté¬ léphonie mobile, dans une zone de couverture déterminée, les systèmes de radiotéléphonie mobile actuels prévoient l'implantation de stations de base, lesquelles permettent d'assurer la couverture d'une zone par subdivision en cellules élémentaires auxquelles sont alloués un groupe de fréquences dans une bande d'émission et dans une bande de réception. Afin d'éviter les phénomènes d'interférence d'une cellule élémentaire à une cellule adjacente voisine, il est impératif d'organiser des plans de distribution de fréquen¬ ces, afin d'engendrer une distance maximale entre deux cellules pourvues des mêmes bandes de fréquences.In order to allow telecommunication by mobile radiotelephony, in a determined coverage area, current mobile radiotelephony systems provide for the establishment of base stations, which make it possible to provide coverage of an area by subdivision into elementary cells to which a group of frequencies is allocated in a transmission band and in a reception band. In order to avoid interference phenomena from an elementary cell to a neighboring adjacent cell, it is imperative to organize frequency distribution plans, in order to generate a maximum distance between two cells provided with the same bands of frequencies.
Pour de tels systèmes cellulaires de radiotéléphonie mobile, la couverture surfacique des zones impose une consommation d'espaces de fréquences très importante. Pour ces systèmes, une grande majorité du trafic de télécommuni¬ cations s'effectue en fait dans les zones urbaines et sur les axes routiers reliant celles-ci. Dans les zones rurales à faible densité de population, une telle couverture surfacique n'est plus indispensable, et il apparaît donc avantageux d'assurer, dans de telles zones, une couverture non plus surfacique mais sensiblement linéaire des axes routiers, qui sont le siège de la majorité du trafic. Toutefois, la couverture radiofréquence d'une cellule de radiotéléphonie mobile, telle que le réseau de radiotéléphonie GSM, est très limitée. D'une part, les critères de normalisation du réseau de radiotéléphonie GSM fixent actuellement une limite au-delà de laquelle le signal émis par un mobile n'est plus reçu par sa station de base à une distance de 35 km. D'autre part, les mobiles usuels ont une puissance d'émission limitée pour raisons d'alimentation en énergie alors que le relief du terrain, voire la végéta¬ tion, imposent des atténuations de propagation importantes. Ainsi, dans le meilleur cas, on ne peut pas espérer couvrir une distance supérieure à 25 km à partir d'une seule station de base, en présence d'un environnement favorable exempt de tout masquage et de toute dénivellation. Dans les cas les plus défavorables, la distance de couverture radiofréquence d'une cellule élémentaire peut alors être réduite à quelques kilomètres en terrain accidenté.For such cellular systems of mobile radiotelephony, the surface coverage of the zones requires a very high frequency space consumption. For these systems, a large majority of telecommunications traffic is actually carried out in urban areas and on the highways connecting them. In sparsely populated rural areas, such surface coverage is no longer essential, and it therefore appears advantageous to ensure, in such areas, no longer surface but substantially linear coverage of the main roads, which are the seat of the majority of traffic. However, the radio frequency coverage of a mobile radiotelephone cell, such as the GSM radiotelephone network, is very limited. On the one hand, the criteria for standardization of the GSM radiotelephony network currently set a limit beyond which the signal transmitted by a mobile is no longer received by its base station at a distance of 35 km. On the other hand, the usual mobiles have a limited transmission power for reasons of energy supply while the relief of the ground, even the vegetation, impose significant propagation attenuations. Thus, in the best case, one cannot hope to cover a distance greater than 25 km from a single base station, in the presence of a favorable environment free from any masking and any unevenness. In the most unfavorable cases, the radiofrequency coverage distance of an elementary cell can then be reduced to a few kilometers in uneven terrain.
Afin d'assurer la couverture radiofréquence d'un axe routier, il est donc nécessaire d'implanter un très grand nombre de stations de base successives, ce qui, outre le coût très important de mise en oeuvre pour l'opérateur du réseau, pose un problème très délicat de planification de l'attribution des fréquences ainsi que mentionné précédem¬ ment, dans le but de réduire ou supprimer les phénomènes d' interférence.In order to ensure radio frequency coverage of a road axis, it is therefore necessary to set up a very large number of successive base stations, which, in addition to the very significant cost of implementation for the network operator, poses a very delicate problem of planning the allocation of frequencies as mentioned previously, with the aim of reducing or eliminating interference phenomena.
La présente invention a pour objet d'étendre la couverture radiofréquence d'une cellule de radiotéléphonie mobile, de type GSM, jusqu'à la valeur limite autorisée par les dispositions normatives correspondantes, par l'utilisa¬ tion d'une seule station de base et d'un seul et même groupe de fréquences. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile permettant une large économie d'infrastructures tout en assurant une couverture radiofréquence sensiblement linéaire le long d'axes rou- tiers, autoroutiers ou d'axes ferroviaires.The object of the present invention is to extend the radio frequency coverage of a mobile radiotelephony cell, of the GSM type, up to the limit value authorized by the corresponding normative provisions, by the use of a single base station. and one and the same group of frequencies. Another object of the present invention is the implementation of a unidirectional expander device of a mobile radiotelephone allowing a large economy of infrastructures while ensuring a substantially linear radiofrequency coverage along roads, motorways or roads. 'railway axes.
Un autre objet de la présente invention est égale¬ ment la mise en oeuvre d'un dispositif extenseur unidirec¬ tionnel de cellule de radiotéléphonie mobile permettant d'assurer une couverture radiofréquence le long d'axes routiers, autoroutiers ou axes ferroviaires, sur de longues distances de ces derniers, sans toutefois entraîner une utilisation abusive du spectre de fréquences autorisé pour la radiotéléphonie mobile.Another object of the present invention is also the implementation of a unidirec¬ tional expander device of a mobile radiotelephone cell making it possible to ensure radiofrequency coverage along road, motorway or rail axes, over long distances. distances from the latter, without however misuse of the authorized frequency spectrum for mobile radiotelephony.
Le dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile, cellule comportant une station de base munie d'un émetteur-récepteur dans une première et une deuxième bande de fréquences d'émission respectivement de réception, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'il comprend un circuit réémetteur double-voie mobile/station de base dans une première bande de fréquen- ces, station de base/mobile dans la deuxième bande de fréquences. Une première antenne directionnelle d'émission- réception interconnectée au moyen réémetteur permet d'assu¬ rer la réception dans la première bande de fréquences et l'émission dans la deuxième bande de fréquences, pour la voie station de base/mobile respectivement mobile/station de base. Une deuxième antenne directionnelle d'émission- réception interconnectée au circuit réemetteur permet d'assurer la réception dans la deuxième bande de fréquences et l'émission dans la première bande de fréquences, pour la voie station de base/mobile respectivement mobile/station de base. La première et la deuxième antenne sont électromagné- tiquement découplées, l'axe du diagramme de rayonnement de la première et de la deuxième antenne étant contenu dans deux plans verticaux sensiblement parallèles. Le dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile, objet de la présente invention, trouve application à l'équipement en réseau de radiotélépho¬ nie mobile d'axes routiers, autoroutiers ou ferroviaires notamment. II sera mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma fonctionnel du dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile objet de la présente invention, - la figure 2 représente des diagrammes de rayonnement spécifiques d'antennes utilisées pour la mise en oeuvre d'un dispositif extenseur tel que représenté en figure 1,The unidirectional expander device of mobile radiotelephony cell, cell comprising a base station provided with a transceiver in a first and a second band of transmit frequencies of reception respectively, object of the present invention, is remarkable in that it comprises a dual-channel mobile / base station retransmitter circuit in a first frequency band, base / mobile station in the second frequency band. A first directional transmit-receive antenna interconnected by the retransmitter makes it possible to ensure reception in the first frequency band and transmission in the second frequency band, for the base station / mobile respectively mobile / station channel. basic. A second directional transmit-receive antenna interconnected to the re-transmit circuit makes it possible to ensure reception in the second frequency band and transmission in the first frequency band, for the base station / mobile respectively mobile / base station channel. . The first and second antenna are electromagnetically decoupled, the axis of the radiation pattern of the first and second antenna being contained in two substantially parallel vertical planes. The unidirectional mobile cell expander device, object of the present invention, finds application in the network equipment of mobile radiotelephone of road, motorway or rail axes in particular. It will be better understood on reading the description and on observing the drawings below in which: - Figure 1 represents a functional diagram of the unidirectional expander device of mobile radiotelephony cell object of the present invention, - Figure 2 represents specific radiation patterns of antennas used for implementation an expander device as shown in FIG. 1,
- la figure 3 représente un agencement préférentiel des différents éléments constitutifs du dispositif extenseur de cellule de radiotéléphonie mobile objet de la présente invention,FIG. 3 represents a preferred arrangement of the various constituent elements of the mobile radiotelephone cell expander device which is the subject of the present invention,
- la figure 4 représente un schéma illustratif d'un réémet¬ teur double-voie utilisé pour la mise en oeuvre d'un dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile selon la figure 1, - la figure 5a représente un schéma d'implantation, à partir d'une station de base d'une cellule de radiotéléphonie mobile, d'une pluralité de dispositifs extenseur unidirec¬ tionnels semblables pour constituer un réseau de radioté¬ léphonie mobile implanté le long d'un axe routier, autoroutier ou ferroviaire,FIG. 4 represents an illustrative diagram of a double-channel re-emitter used for the implementation of a unidirectional expander device of a mobile radiotelephony cell according to FIG. 1, FIG. 5a represents a layout diagram, from a base station of a mobile radiotelephony cell, a plurality of similar unidirec¬ tional expander devices to constitute a mobile radiotelephony network located along a road, motorway or rail axis,
- la figure 5b représente la structure des trames de signaux émis par une station de base et par un mobile muni d'un équipement de radiotéléphonie mobile,FIG. 5b represents the structure of the signal frames transmitted by a base station and by a mobile provided with mobile radiotelephony equipment,
- les figures 5cl et 5c2 représentent un schéma théorique explicatif du phénomène d'interférence entre deux disposi¬ tifs extenseurs successifs ou entre une station de base et un dispositif extenseur objet de la présente invention.- Figures 5cl and 5c2 represent a theoretical explanatory diagram of the interference phenomenon between two successive extensor devices or between a base station and an expander device of the present invention.
Une description plus détaillée d'un dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure 1 et les figures suivantes.A more detailed description of a unidirectional mobile radiotelephone cell expander device according to the object of the present invention will now be given in connection with FIG. 1 and the following figures.
D'une manière générale, on rappelle qu'une cellule de radiotéléphonie mobile comporte une station de base, la station de base étant notée SB, cette station de base étant munie d'un moyen émetteur-récepteur dans une première et une deuxième bande de fréquences d'émission respectivement de réception. La première et la deuxième bande de fréquences sont notées Δfl respectivement Δf2. De manière classique, on rappelle que la voie de transmission dans le sens station de base SB/mobile est désignée par voie descendante et que la 95/00069In general, it is recalled that a mobile radiotelephony cell includes a base station, the base station being denoted SB, this base station being provided with a transceiver means in a first and a second band of respectively transmission and reception frequencies. The first and second frequency bands are denoted Δfl respectively Δf2. In a conventional manner, it is recalled that the transmission channel in the base station SB / mobile direction is designated by downlink and that the 95/00069
voie de transmission mobile/station de base SB est désignée par voie montante. De manière classique, la voie descendante permet la transmission des signaux de la station de base SB vers le mobile dans la deuxième bande de fréquences Δf2 alors que la voie montante permet la transmission des signaux du mobile vers la station de base SB dans la première bande de fréquences Δfl.mobile transmission channel / base station SB is designated by uplink. Conventionally, the downlink allows the transmission of signals from the base station SB to the mobile in the second frequency band Δf2 while the uplink allows the transmission of signals from the mobile to the base station SB in the first band of frequencies Δfl.
Selon une première caractéristique avantageuse du dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radioté- léphonie mobile objet de la présente invention, celui-ci comprend un circuit réémetteur double-voie, noté 0 sur la figure 1, ce circuit réémetteur 0 permettant la communica¬ tion mobile/station de base SB dans la première bande de fréquences Δfl respectivement la communication station de base/mobile dans la deuxième bande de fréquences Δf2.According to a first advantageous characteristic of the unidirectional expander device of a mobile radiotelephony cell which is the subject of the present invention, it comprises a two-way re-emitting circuit, noted 0 in FIG. 1, this re-emitting circuit 0 allowing mobile communication / base station SB in the first frequency band Δfl respectively the base station / mobile communication in the second frequency band Δf2.
Une première antenne directionnelle, notée 1, d'émission-réception est interconnectée au circuit réémet¬ teur 0 pour assurer la réception dans la première bande de fréquences et l'émission dans la deuxième bande de fréquen- ces précitée pour la voie montante mobile/station de base SB respectivement la voie descendante station de base/mobile. Une deuxième antenne directionnelle d'émission- réception, notée 2, est interconnectée au circuit réémet¬ teur 0 pour assurer la réception dans la deuxième bande de fréquences Δf2 et l'émission dans la première bande de fréquence Δfl pour la voie descendante station de base/ mobile respectivement voie montante mobile/station de base SB.A first directional antenna, denoted 1, for transmission-reception is interconnected to the re-emitting circuit 0 to ensure reception in the first frequency band and transmission in the aforementioned second frequency band for the mobile uplink / base station SB respectively the downlink base station / mobile. A second directional transmit-receive antenna, denoted 2, is interconnected to the re-emitter circuit 0 to ensure reception in the second frequency band Δf2 and transmission in the first frequency band Δfl for the downlink base station / mobile respectively mobile uplink / SB base station.
Selon une caractéristique particulière du dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile objet de la présente invention, la première et la deuxième antenne sont électromagnétiquement découplées, le découplage électromagnétique étant représenté par une ligne en trait mixte, référencée E, sur la figure 1. En outre, on indique que l'axe du diagramme de rayonnement de la première respectivement de la deuxième antenne est contenu dans deux plans verticaux sensiblement parallèles, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.According to a particular characteristic of the unidirectional mobile cell expander device of the present invention, the first and the second antenna are electromagnetically decoupled, the electromagnetic decoupling being represented by a dashed line, referenced E, in FIG. 1. In in addition, it is indicated that the axis of the radiation diagram of the first respectively of the second antenna is contained in two substantially parallel vertical planes, as will be described later in the description.
D'une manière générale, on indique que la première et la deuxième antenne utilisées sont des antennes de gain très élevé, les plus directionnelles possible et dont le diagramme de rayonnement présente des lobes secondaires, notés LS, très affaiblis de façon à limiter le risque de couplage par la voie aérienne entre la première et la deuxième antenne précitées.In general, it is indicated that the first and second antenna used are very high gain antennas, as directional as possible and whose radiation pattern has secondary lobes, denoted LS, very weakened so as to limit the risk air coupling between the aforementioned first and second antenna.
Sur les figures 2a, 2b et 2c, on a représenté des diagrammes de rayonnement type de la première et/ou de la deuxième antenne, le lobe principal étant noté LP, et les lobes secondaires LS. Ainsi qu'on la représenté en figure 2a notamment, la première 1 et la deuxième antenne 2 présentent dans le plan vertical, un diagramme de rayonnement comportant un angle d'ouverture inférieur ou égal à 10°.In FIGS. 2a, 2b and 2c, diagrams of typical radiation of the first and / or of the second antenna are shown, the main lobe being noted LP, and the secondary lobes LS. As shown in Figure 2a in particular, the first 1 and the second antenna 2 have in the vertical plane, a radiation pattern having an opening angle less than or equal to 10 °.
En outre, ainsi qu'on l'a représenté en figure 2b, la première antenne 1 présente dans un plan horizontal, orthogonal au plan vertical et contenant l'axe du diagramme de rayonnement de cette antenne, un angle d'ouverture compris entre 45° et 70°, ainsi que représenté sur la figure précitée. En ce qui concerne la deuxième antenne 2, ainsi que représenté en figure 2c, celle-ci présente dans un plan horizontal un diagramme de rayonnement d'angle d'ouverture inférieur à 10".In addition, as shown in Figure 2b, the first antenna 1 has in a horizontal plane, orthogonal to the vertical plane and containing the axis of the radiation pattern of this antenna, an opening angle between 45 ° and 70 °, as shown in the above figure. As regards the second antenna 2, as shown in FIG. 2c, this presents in a horizontal plane a radiation diagram with an opening angle less than 10 ".
D'une manière générale, on indique que relativement à la première et à la deuxième antenne, chacune de ces antennes présente un découplage avant-arrière supérieur ou égal à 30 dB.In general, it is indicated that relative to the first and the second antenna, each of these antennas has a front-rear decoupling greater than or equal to 30 dB.
A titre d'exemple non limitatif, on indique que la première antenne dont la fonction consiste à permettre le rayonnement en direction ou en provenance des mobiles peut être constituée par une antenne de type Kathrein, portant la référence K 73 226, cette antenne présentant un angle d'ouverture de rayonnement dans le plan horizontal de l'ordre de 60° et un angle d'ouverture du diagramme de rayonnement dans le plan vertical de l'ordre de 8°. En ce qui concerne la deuxième antenne 2, on indique que celle-ci peut être constituée par une antenne paraboli¬ que de type Andrew KP 10 820 A ou de type KP 13 820 B. On indique qu'en ce qui concerne ce type d'antenne, le gain de celle-ci est compris entre 25 et 28 dB. Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 3, on indique que la première et la deuxième antenne 1, 2 peuvent être montées sur un support métallique, noté SM, formant pylône, chaque antenne étant reliée au circuit réémetteur double-voie 0 par des liaisons par câbles coaxiaux par exemple.By way of nonlimiting example, it is indicated that the first antenna whose function consists in allowing radiation towards or from mobiles can be constituted by a Kathrein type antenna, carrying the reference K 73 226, this antenna having an opening angle of radiation in the horizontal plane of the order of 60 ° and an opening angle of the radiation pattern in the vertical plane of the order of 8 °. With regard to the second antenna 2, it is indicated that this can be constituted by a paraboli¬ type antenna of the Andrew KP 10 820 A type or of the KP 13 820 B type. It is indicated that with regard to this type of 'antenna, the gain thereof is between 25 and 28 dB. As shown in addition in FIG. 3, it is indicated that the first and the second antenna 1, 2 can be mounted on a metal support, denoted SM, forming a pylon, each antenna being connected to the dual-channel retransmitter circuit. 0 by coaxial cable connections for example.
Afin d'assurer le découplage électromagnétique entre la première et la deuxième antenne 1, 2, celles-ci sont montées sur le pylône ou support métallique Sm de façon que l'origine du point d'émission-réception soit distante dans une direction sensiblement parallèle au plan vertical d'une distance, notée dO, supérieure ou égale à 10.λ, où λ désigne la longueur d'onde maximale du signal d'émission de la première et de la deuxième bande de fréquences Δfl, Δf2.In order to ensure the electromagnetic decoupling between the first and the second antenna 1, 2, these are mounted on the pylon or metal support Sm so that the origin of the emission-reception point is distant in a substantially parallel direction in the vertical plane by a distance, denoted dO, greater than or equal to 10.λ, where λ denotes the maximum wavelength of the transmission signal of the first and second frequency bands Δfl, Δf2.
On indique enfin que les antennes précitées peuvent comporter un élément rayonnant constitué par un dipôle demi- onde par exemple, la structure parabolique de l'antenne étant cependant réservée à la deuxième antenne.Finally, it is indicated that the above-mentioned antennas may include a radiating element constituted by a half-wave dipole for example, the parabolic structure of the antenna being however reserved for the second antenna.
Une description plus détaillée du circuit réémetteur double-voie 0 sera maintenant donnée en liaison avec la figure 4.A more detailed description of the double-channel re-emitting circuit 0 will now be given in conjunction with FIG. 4.
Ainsi qu'on l'observera sur la figure précitée, le circuit réémetteur 0 comprend avantageusement une première voie, notée I, comprenant en cascade un filtre passe-bande 11 permettant la transmission de la première bande de fréquences Δfl et un amplificateur HF, noté 12. On indique que l'amplificateur HF 12 est un amplificateur à gain réglable très linéaire, de type classe A par exemple.As will be observed in the above-mentioned figure, the re-emitting circuit 0 advantageously comprises a first channel, denoted I, comprising in cascade a bandpass filter 11 allowing the transmission of the first frequency band Δfl and an HF amplifier, denoted 12. It is indicated that the HF amplifier 12 is a gain amplifier adjustable very linear, class A type for example.
Le circuit réémetteur double-voie 0 comprend également une deuxième voie, notée II, comprenant en cascade un filtre passe-bande 21 permettant la transmission de la deuxième bande de fréquences Δf2 et un amplificateur HF, noté 22, analogue à l'amplificateur HF 12.The double-channel retransmitter circuit 0 also includes a second channel, denoted II, comprising in cascade a bandpass filter 21 allowing the transmission of the second frequency band Δf2 and an HF amplifier, denoted 22, analogous to the HF amplifier 12 .
La première et la deuxième voie 1, 2 sont intercon¬ nectées en parallèle au moyen d'un premier et d'un deuxième duplexeur 10, 20. Le premier duplexeur 10 reçoit et transmet un signal dans la première bande de fréquences Δfl pour la voie montante mobile/station de base, ce signal étant successivement filtré par le filtre de bande 11 puis amplifié par l'amplificateur HF 12 et délivré au deuxième duplexeur 20. Le deuxième duplexeur 20 reçoit et transmet un signal dans la deuxième bande de fréquences Δf2 pour la voie descendante station de base/mobile, ce signal étant délivré vers le filtre de bande 21 puis à l'amplificateur HF 22 et finalement au premier duplexeur 10. Le premier duplexeur 10 assure ainsi respectivement la réception d'un signal émis par le mobile vers la station de base dans la première bande de fréquences Δfl et la transmission vers ce même mobile d'un signal provenant de la station de base dans la deuxième bande de fréquences Δf2. Le deuxième duplexeur 20 assure la réception d'un signal sur la voie descendante station de base mobile dans la deuxième bande de fréquences Δf2 et la transmission sur la voie montante mobile/station de base dans la première bande de fréquence Δfl.The first and second channels 1, 2 are interconnected in parallel by means of a first and a second duplexer 10, 20. The first duplexer 10 receives and transmits a signal in the first frequency band Δfl for the channel mobile uplink / base station, this signal being successively filtered by the band filter 11 then amplified by the HF amplifier 12 and delivered to the second duplexer 20. The second duplexer 20 receives and transmits a signal in the second frequency band Δf2 for the downlink base station / mobile, this signal being delivered to the band filter 21 then to the HF amplifier 22 and finally to the first duplexer 10. The first duplexer 10 thus ensures respectively the reception of a signal transmitted by the mobile to the base station in the first frequency band Δfl and the transmission to this same mobile of a signal from the base station in the second frequency band Δf2. The second duplexer 20 ensures the reception of a signal on the mobile base station downlink in the second frequency band Δf2 and the transmission on the mobile uplink / base station channel in the first frequency band Δfl.
De préférence, on indique que les bandes de fréquen¬ ces précitées Δfl et Δf2 peuvent avoir des valeurs égales à 25 MHz, la première bande de fréquences Δfl pouvant être comprise entre 890 et 915 MHz et la deuxième bande de fréquences Δf2 pouvant être comprise entre 935 et 960 MHz.Preferably, it is indicated that the above frequency bands Δfl and Δf2 can have values equal to 25 MHz, the first frequency band Δfl possibly being between 890 and 915 MHz and the second frequency band Δf2 possibly being between 935 and 960 MHz.
Bien entendu, on comprendra que la transmission des signaux par la voie descendante entre station de base SB et mobile respectivement sur la voie montante entre mobile et station de base peut être réalisée par l'intermédiaire d'un ou plusieurs dispositifs extenseurs unidirectionnels de cellule de radiotéléphonie mobile objet de la présente invention, chaque cellule de radiotéléphonie mobile, grâce à la mise en oeuvre des dispositifs extenseurs précités, étant alors configurée en un véritable réseau ainsi qu'il sera décrit ci-après dans la description en liaison avec les figures 5a, 5b, 5cl et 5c2.Of course, it will be understood that the transmission of the signals by the downlink between base station SB and mobile respectively on the uplink between mobile and base station can be carried out by means of a or more unidirectional extender devices of mobile radiotelephony cell object of the present invention, each mobile radiotelephony cell, thanks to the implementation of the aforementioned extender devices, then being configured in a real network as will be described below in the description in conjunction with Figures 5a, 5b, 5cl and 5c2.
Sur la figure 5a, on a représenté une station de base, notée SB, en une succession de dispositifs extenseurs unidirectionnels de cellule de radiotéléphonie mobile, notés El à En, ces dispositifs étant installés sur des supports métalliques ainsi que précédemment décrit dans la descrip¬ tion.In FIG. 5a, a base station, denoted SB, is shown in a succession of unidirectional extender devices for mobile radiotelephony cells, denoted El to En, these devices being installed on metal supports as previously described in the description. tion.
De manière générale, on indique que le premier dispositif extenseur El est distant de la station de base SB d'une distance dl, les dispositifs extenseurs successifs E2 à En-1 étant distants d'une distance d2 à dn-1 de façon à couvrir une distance totale de couverture, notée Dn, selon la direction d'un axe routier dans un sens déterminé, vers une autre station de base successive SB+1.In general, it is indicated that the first expander device El is distant from the base station SB by a distance dl, the successive expander devices E2 to En-1 being distant from a distance d2 to dn-1 so as to cover a total distance of coverage, denoted Dn, in the direction of a road axis in a determined direction, to another successive base station SB + 1.
Le réseau de télécommunication par radiotéléphonie mobile ainsi constitué comprend, pour une station de base SB et entre deux stations de base successives formant une maille, une pluralité de dispositifs extenseurs unidirec- tionnels adjacents sensiblement identiques ainsi que décrit précédemment dans la description.The mobile radiotelephony telecommunication network thus formed comprises, for a base station SB and between two successive base stations forming a mesh, a plurality of substantially identical adjacent unidirectional extender devices as described above in the description.
De manière générale., on indique qu'une station de base SB et un dispositif extenseur unidirectionnel adjacent à cette station de base SB ainsi que deux dispositifs extenseurs unidirectionnels adjacents, tels que les disposi¬ tifs extenseurs El, E2 à En-2, En-1, forment deux stations d'émission-réception successives vis-à-vis d'un mobile muni d'un dispositif de radiotéléphonie mobile.In general, it is indicated that a base station SB and a unidirectional expander device adjacent to this base station SB as well as two adjacent unidirectional expander devices, such as the expander devices El, E2 to En-2, En -1, form two successive transmit-receive stations with respect to a mobile provided with a mobile radiotelephony device.
Selon un premier aspect particulièrement avantageux du réseau de télécommunication par radiotéléphonie mobile objet de la présente invention, on indique que pour deuxAccording to a first particularly advantageous aspect of the telecommunications network by mobile radio object of the present invention, it is indicated that for two
PEϋîLLEDEREMPLACEMENT(REGLE2$ dispositifs extenseurs unidirectionnels successifs, les gains de liaison voie montante/voie descendante, ces gains étant réglables notamment au niveau du circuit réémetteur double voie 0 précédemment décrit, sont pris le plus proche possible de l'atténuation de propagation entre deux disposi¬ tifs extenseurs unidirectionnels successifs précités.SITEPLACE (RULE $ 2 successive unidirectional extender devices, the uplink / downlink link gains, these gains being adjustable in particular at the level of the dual-channel retransmitter circuit 0 previously described, are taken as close as possible to the propagation attenuation between two unidirectional expander devices successive aforementioned.
En outre, selon une caractéristique particulièrement avantageuse du réseau ainsi constitué, on indique que la configuration et la disposition des antennes sur les supports métalliques SM est telle que l'hypothèse de la propagation en espace libre entre deux dispositifs exten¬ seurs unidirectionnels successifs respectivement entre station de base SB et dispositif extenseur adjacent est vérifiée. Dans ce but, on indique que les hauteurs équiva- lentes d'antenne vérifient le critère simplifié de Fresnel selon la relation : h ≥ N λ dn 4In addition, according to a particularly advantageous characteristic of the network thus constituted, it is indicated that the configuration and the arrangement of the antennas on the metal supports SM is such that the assumption of propagation in free space between two successive unidirectional extender devices respectively between SB base station and adjacent expander are verified. For this purpose, we indicate that the equivalent antenna heights satisfy the simplified Fresnel criterion according to the relation: h ≥ N λ dn 4
Une configuration particulière d'un réseau obtenu dans le cadre de la mise en oeuvre du dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile de type GSM le long d'un axe autoroutier sera maintenant donnée dans la description avec l'hypothèse habituelle selon laquelle la puissance d'émission de la station de base SB est de 20 watts et celle des mobiles est de 8 watts, une telle hypothèse correspondant au cas le plus probable en rase campagne.A particular configuration of a network obtained within the framework of the implementation of the unidirectional extender device of mobile radiotelephony cell of GSM type along a motorway axis will now be given in the description with the usual assumption according to which the power The base station SB's emission is 20 watts and that of mobiles is 8 watts, such an assumption corresponding to the most probable case in open country.
En ce qui concerne le choix des antennes, celles-ci peuvent être constituées ainsi que précédemment mentionné dans la description, des antennes de gain très élevé les plus directionnelles possibles ayant des lobes secondaires très affaiblis, de façon à limiter le risque de couplage par la voie aérienne pouvant, de manière générale, être utili¬ sées. On indique également qu'il est possible de coupler deux antennes élémentaires pour constituer une seule antenne, la première et/ou la deuxième antenne, afin d'améliorer le gain et la directivité de l'ensemble du système.As regards the choice of antennas, these can be constituted as previously mentioned in the description, very high gain antennas as directional as possible having very weakened side lobes, so as to limit the risk of coupling by the air route which can, in general, be used. It is also indicated that it is possible to couple two elementary antennas to constitute a single antenna, the first and / or the second antenna, in order improve the gain and directivity of the entire system.
D'une manière générale, et compte tenu des hypothè¬ ses formulées précédemment, la sensibilité des récepteurs et la puissance d'émission des mobiles limitent la couverture d'une cellule de radiotéléphonie mobile de type GSM à une distance maximale Dm inférieure à 25,6 km.In general, and taking into account the hypotheses formulated above, the sensitivity of the receivers and the transmitting power of the mobiles limit the coverage of a GSM-type mobile radiotelephony cell at a maximum distance Dm of less than 25, 6 km.
Pour un émetteur de puissance 8 watts, la couverture est ainsi limitée à 25,6 km et il est donc pratiquement nécessaire d'implanter une station de base tous les 51 kilo¬ mètres le long d'un axe routier pour obtenir une couverture totale.For an 8 watt power transmitter, coverage is thus limited to 25.6 km and it is therefore practically necessary to set up a base station every 51 km along a road axis to obtain total coverage.
Compte tenu des hypothèses précédentes, l'insertion d'un premier dispositif d'extension à une distance de l'ordre de 25,6 km environ ne pose pas de problème particu¬ lier dans la mesure où, en réglant à sa valeur maximum le gain du réémetteur double-voie, on obtient une puissance supérieure dans le sens de la voie descendante pour toute distance inférieure à la valeur limite précitée 25,6 km séparant ce premier dispositif extenseur de la station de base.Taking into account the preceding hypotheses, the insertion of a first extension device at a distance of about 25.6 km does not pose any particular problem insofar as, by setting the maximum value the gain of the dual-channel retransmitter, higher power is obtained in the direction of the downlink for any distance less than the aforementioned limit value 25.6 km separating this first extender from the base station.
Toutefois, le bilan de la liaison descendante impose que la distance entre le circuit extenseur précité et tout mobile soit inférieure à une valeur spécifique de 14,2 km. Dans le cas où l'on introduit maintenant un second dispositif extenseur en cascade avec le premier, une mesure particulièrement avantageuse ainsi que mentionné précédem¬ ment dans la description, consiste, en terme de couverture, à imposer que les gains de la liaison montante et de la liaison descendante soient au moins égaux à l'atténuation de propagation entre deux réémetteurs.However, the balance of the downlink requires that the distance between the aforementioned expander circuit and any mobile is less than a specific value of 14.2 km. In the case where we now introduce a second expander device in cascade with the first, a particularly advantageous measure as mentioned previously in the description, consists, in terms of coverage, in imposing that the gains of the uplink and of the downlink are at least equal to the propagation attenuation between two retransmitters.
Afin que la distance séparant deux dispositifs extenseurs successifs soit la plus grande possible, il faut que les gains actif et passif, gains des antennes, soient le plus élevés possible. Compte tenu des antennes utilisées, la distance maximale d2 à dn-1 séparant deux dispositifs extenseurs précités ne peut être supérieure à dn-1 = 8,9 km. Dans ces conditions, conformément à un aspect particulièrement avantageux du réseau de dispositifs exten¬ seurs, objet de la présente invention, une chaîne d'un nombre déterminé N de dispositif extenseur entre deux stations de base SB peut être utilisée, ce qui permet d'accroître la couverture initialement limitée à 25,6 km.In order for the distance separating two successive extensor devices to be the greatest possible, the active and passive gains, the antenna gains, must be as high as possible. Taking into account the antennas used, the maximum distance d2 to dn-1 separating two devices aforementioned extensors cannot be greater than dn-1 = 8.9 km. Under these conditions, in accordance with a particularly advantageous aspect of the network of extender devices, object of the present invention, a chain of a determined number N of expander device between two base stations SB can be used, which makes it possible to increase the coverage initially limited to 25.6 km.
Compte tenu des éléments précédents, on indique que la séparation de deux dispositifs extenseurs successifs d'environ dn-1 = 9 km n'augmente aucunement les pertes de propagation.Taking into account the preceding elements, it is indicated that the separation of two successive extensor devices of approximately dn-1 = 9 km does not in any way increase the propagation losses.
Compte tenu de 1'hypothèse de la propagation en espace libre entre deux dispositifs extenseurs, les hauteurs équivalentes d'antenne vérifient le critère précédemment mentionné, lequel implique :Given the hypothesis of propagation in free space between two extensor devices, the equivalent antenna heights satisfy the aforementioned criterion, which implies:
- pour dn-1 = 8,9 km la hauteur équivalente d'antenne est h = 30 m,- for dn-1 = 8.9 km the equivalent height of the antenna is h = 30 m,
- pour dn-1 ≈ 25,6 km, la hauteur équivalente d'antenne est h = 50 m. Compte tenu des spécifications du protocole de radiotéléphonie mobile GSM limitant la couverture radiofré- quence à 35 km environ, en raison notamment du temps de synchronisation des mobiles sur la station de base et du temps de garde de chaque salve permettant la transmission des communications radiotéléphoniques, ces paramètres limitant le temps d'accès entre un mobile donné et la station de base en début de communication, l'intérêt des circuits extenseurs se limite alors à la couverture maximale en implantant un seul circuit extenseur conforme à l'objet de la présente invention.- for dn-1 ≈ 25.6 km, the equivalent antenna height is h = 50 m. Taking into account the specifications of the GSM mobile radio protocol limiting radio frequency coverage to approximately 35 km, in particular due to the time of synchronization of the mobiles on the base station and the guard time of each burst allowing the transmission of radiotelephone communications, these parameters limiting the access time between a given mobile and the base station at the start of communication, the advantage of the expander circuits is then limited to maximum coverage by installing a single expander circuit in accordance with the object of the present invention .
En fait, si l'on prend en considération le retard dû au délai de propagation dans le circuit extenseur de l'ensemble des signaux transmis sur la voie montante et la voie descendante, ce délai valant au maximum 3 μs, celui-ci correspondant à une distance de 900 mètres pour une onde se propageant à la vitesse de la lumière. La couverture maximale est alors réduite à 34,1 km.In fact, if we take into account the delay due to the delay in propagation in the expander circuit of all the signals transmitted on the uplink and the downlink, this delay being worth at most 3 μs, this corresponding to a distance of 900 meters for a wave propagating at the speed of light. The cover maximum is then reduced to 34.1 km.
Toutefois, selon un aspect particulièrement avanta¬ geux du réseau de radiotéléphonie mobile objet de la présente invention, il est possible d'augmenter la distance de couverture radiofréquence jusqu'à sensiblement 120 km en allouant pour chaque mobile, ainsi que réprésenté en figure 5b, deux intervalles de temps sur les. huit intervalles de temps de la trame TDMA au lieu d'un seul. Cette distance correspond aux 35 km initiaux plus la distance correspondant à un demi-intervalle de temps de la trame, soit 577 μs, ainsi que représenté en partie inférieure de la figure 5b. Dans la partie supérieure de la figure 5b, on retrouve le cas classique dans lequel le retard entre la station de base SB et le mobile MS est limité à une valeur τO. La durée de xO étant codée sur 64 bits et pour un débit binaire de 271 kb/s, τO est limité à 118 μs, ce qui corres¬ pond à 35 km environ.However, according to a particularly advantageous aspect of the mobile radiotelephone network object of the present invention, it is possible to increase the radio frequency coverage distance up to substantially 120 km by allocating for each mobile, as shown in FIG. 5b, two time intervals on them. eight time slots in the TDMA frame instead of one. This distance corresponds to the initial 35 km plus the distance corresponding to a half-time interval of the frame, ie 577 μs, as shown in the lower part of FIG. 5b. In the upper part of FIG. 5b, we find the classic case in which the delay between the base station SB and the mobile MS is limited to a value τO. The duration of xO being coded on 64 bits and for a bit rate of 271 kb / s, τO is limited to 118 μs, which corresponds to approximately 35 km.
Dans le cas contraire, conformément à la représenta¬ tion dans la partie inférieure de la figure 5b, l'associa- tion de deux intervalles de temps à un même mobile MS permet d'obtenir un retard maximum de T/2 + xO ce qui correspond à une distance de 121,9 km.Otherwise, in accordance with the representation in the lower part of FIG. 5b, the association of two time intervals with the same mobile MS makes it possible to obtain a maximum delay of T / 2 + xO which corresponds to a distance of 121.9 km.
Dans un tel cas, en allouant à chaque mobile MS deux intervalles de temps, il est donc possible d'associer jusqu'à neuf dispositifs extenseurs conformes à l'objet de la présente invention, séparés chacun d'une distance de 8,9 km. L'ensemble d'une station de base et des dispositifs précités est donc susceptible de constituer la maille d'un réseau général pour, assurer la couverture d'un axé routier, autoroutier ou ferroviaire.In such a case, by allocating to each mobile MS two time intervals, it is therefore possible to associate up to nine expander devices in accordance with the object of the present invention, each separated by a distance of 8.9 km . The assembly of a base station and the aforementioned devices is therefore capable of constituting the mesh of a general network in order to ensure coverage of a road, motorway or rail-focused.
D'une manière générale, on indique qu'une station de base et un dispositif extenseur unidirectionnel adjacent à cette station de base ainsi que deux dispositifs extenseurs unidirectionnels adjacents forment deux stations d'émission- réception successives vis-à-vis d'un mobile MS considéré.In general, it is indicated that a base station and a unidirectional expander device adjacent to this base station as well as two adjacent unidirectional expander devices form two successive transmit-receive stations with respect to a mobile MS considered.
Selon un aspect particulièrement avantageux du réseau objet de la présente invention, chaque dipositif extenseur unidirectionnel est distant d'une station de base respectivement d'un dispositif extenseur unidirectionnel adjacent d'une distance, désignée par dl respectivement dn-1 sur la figure 5a, supérieure ou égale à une distance critique permettant de supprimer 1 ' interférence cocanal de deux stations d'émission-réception successives vis-à-vis du mobile.According to a particularly advantageous aspect of the network object of the present invention, each unidirectional expander device is distant from a base station respectively from a unidirectional expander device adjacent to a distance, designated by dl respectively dn-1 in FIG. 5a, greater than or equal to a distance critical to suppress one-channel interference from two successive transmit-receive stations vis-à-vis the mobile.
En effet, ainsi que représenté sur les figures 5cl et 5c2, il existe des zones du trajet routier ou autoroutier munies d'un réseau conforme à l'objet de la présente invention, où un mobile se déplaçant sur cet axe routier ou autoroutier reçoit des signaux à la même fréquence de la part de deux stations d'émission-réception successives stations de base respectivement dispositif extenseur ainsi que précédemment cité.Indeed, as shown in FIGS. 5cl and 5c2, there are areas of the road or motorway journey provided with a network in accordance with the object of the present invention, where a mobile moving on this road or motorway axis receives signals at the same frequency from two successive transmit-receive stations base stations respectively expander device as previously mentioned.
Dans le cas de la figure 5cl dans lequel le mobile vi-à-vis de la voie descendante se trouve en aval de deux circuits extenseurs successifs, En_k_1 et En.k ou SB+1, ce mobile reçoit des signaux à la même fréquence de la part des deux dispositifs extenseurs ou de la part de la station de base et du premier dispositif extenseur.In the case of Figure 5cl in which the mobile vis-à-vis the downward path is located downstream of two successive expander circuits, E n _ k _ 1 and E n . k or SB + 1, this mobile receives signals at the same frequency from the two expander devices or from the base station and the first expander device.
Les temps de cheminement respectifs s'écrivent, pour les signaux reçus par le mobile : Relation (1) c Relation (2) t2 = dn-k + τ + V + h2 - dn-k + d + x c c e d'où :The respective journey times are written, for the signals received by the mobile: Relation (1) c Relation (2) t2 = dn-k + τ + V + h 2 - dn-k + d + xcce where:
Relation (3 ) t2 - tl = x avec x < 3 μs, délai de transmission de chaque réémetteur double voie.Relation (3) t2 - tl = x with x <3 μs, transmission delay of each dual channel re-emitter.
Dans le cas de la figure 5c2, au contraire, le mobile se trouve selon la voie descendante en amont d'un dispositif d'extension, le mobile MS se trouvant intercalé entre les deux dispositifs extenseurs En.k.1, Jn-k par exemple, les relations précédentes s'écrivent : Relation (4) tl = dIn the case of Figure 5c2, on the contrary, the mobile is found along the downstream path upstream of an extension device, the mobile MS being interposed between the two extender devices E n . k . 1 , J nk for example, the preceding relations are written: Relation (4) tl = d
Relation (5) t2 = dn-k x + V ( (ddnn--k-dr + tr dn-k + X + dn-k-dRelation (5) t2 = dn-k x + V ((ddnn - k-dr + tr dn-k + X + dn-k-d
d'où :from where :
Relation (6) t2 - tl = 2 ( O-à ) + x.Relation (6) t2 - tl = 2 (O-to) + x.
La condition t2-tl < 16 μs implique : Relation (7) d > dn.k - 1,95 km.The condition t2-tl <16 μs implies: Relation (7) d> d n . k - 1.95 km.
Cependant, les dispositions de normalisation du dystème GSM- imposent au récepteur d'égaliser des retards jusqu'à 16 μs, tous signaux successifs dont les retards n'excèdent pas 16 μs étant de ce fait considérés comme un seul et même signal.However, the standardization provisions of the GSM-system require the receiver to equalize delays up to 16 μs, all successive signals whose delays do not exceed 16 μs being therefore considered as one and the same signal.
Compte tenu de cette condition, les risques d'inter¬ férence apparaissent pour une distance d de part et d'autre du dispositif extenseur aval selon la voie descendante d > dn.k - 1,95 km.Given this condition, the risks of interference appear for a distance d on either side of the downstream expander device along the downward path d> d n . k - 1.95 km.
Dans le cadre de deux signaux cocanaux, la norme GSM selon la recommandation 0505 ETSI, impose une séparation des signaux cocanaux supérieure ou égale à 9dB. Cette valeur conduit à deux valeurs d' et d" de la distance d entre lesquels le rapport de séparation précité imposé par la norme GSM n'est pas respecté.In the context of two cochannel signals, the GSM standard according to the 0505 ETSI recommendation, requires a separation of cochannel signals greater than or equal to 9dB. This value leads to two values d 'and d "of the distance d between which the aforementioned separation ratio imposed by the GSM standard is not respected.
Toutefois, on peut assurer que le système fonctionne si, dans l'intervalle défini par les valeur d' et d", les retards sont inférieurs à 16 μs.However, it can be ensured that the system works if, in the interval defined by the values d 'and d ", the delays are less than 16 μs.
Des études théoriques ont montré que, pour une valeur minimale h d'après le critère de Fresnel précédemment mentionné correspondant à la distance dn.k, on constate que pour dn.k < 10,2 km, la condition est réalisée.Theoretical studies have shown that for a minimum value h according to the Fresnel criterion previously mentioned corresponding to the distance d n . k , we see that for d n . k <10.2 km, the condition is fulfilled.
Toutefois, entre la station de base et le premier dispositif extenseur, il existe une zone d'interférence pour laquelle les retards sont supérieurs à 16 μs.However, between the base station and the first expander, there is an interference zone for which the delays are greater than 16 μs.
Des calculs théoriques montrent que, dans les conditions précédemment indiquées, la longueur de cette zone est donnée par Δ ≈ 1 km environ.Theoretical calculations show that, under the conditions indicated above, the length of this zone is given by Δ ≈ 1 km approximately.
Pour une distance dl = 25,6 km précédemment indi- quée, il existe donc une zone d'interférence de 1 km de long entre 22,6 km et 23,6 km environ de la station de base et dans laquelle le rapport du signal à l'interférence cocanal peut descendre jusqu'à des valeurs de 2dB.For a distance dl = 25.6 km previously indicated, there is therefore an interference zone of 1 km long between 22.6 km and 23.6 km approximately from the base station and in which the signal ratio at the cocanal interference can go down to values of 2dB.
En conséquence, la distance dl = 25,6 km précédem- ment mentionnée est trop importante et il est avantageux de ramener cette distance dl à 10,2 km pour s'affranchir des problèmes dûs aux interférences, ce qui permet d'effectuer l'implantation de plusieurs extenseurs successifs pour arriver à la couverture maximale. On indique alors que les distances successives d2, dn-1 à dn séparant deux dispositifs extenseurs successifs peuvent alors être choisies égales à 8,9 km ainsi que déjà mentionné dans la description.Consequently, the distance dl = 25.6 km previously mentioned is too great and it is advantageous to reduce this distance dl to 10.2 km to avoid problems due to interference, which makes it possible to carry out the implementation of several successive expanders to achieve maximum coverage. It is then indicated that the successive distances d2, dn-1 to dn separating two successive extensor devices can then be chosen equal to 8.9 km as already mentioned in the description.
En conclusion, on indique que l'association succes- sive de neuf réémetteurs ou dispositifs extenseurs conformes à l'objet de la présente invention montés sur des pylônes de 30 mètres et pour lesquels la distance de séparation entre la station de base et le premier dispositif extenseur est de 10,2 km, chaque dispositif extenseur successif étant séparé de 8,9 km, permet de couvrir environ 100 km, Dn = 91,6 km d'un axe routier avec une seule station de base. En outre, on peut aisément étendre le concept précédent compte tenu du fait qu'une station de base peut émettre et recevoir dans les deux sens d'un axe routier ou ferroviaire avec un système d'aériens approprié, ce qui permet d'obtenir une couverture radiofréquence à partir d'une seule station de base couvrant 200 km environ.In conclusion, it is indicated that the successive association of nine retransmitters or expander devices in accordance with the object of the present invention mounted on pylons of 30 meters and for which the separation distance between the base station and the first device extensor is 10.2 km, each successive extensor device being separated by 8.9 km, makes it possible to cover approximately 100 km, Dn = 91.6 km of a highway with a single base station. In addition, the preceding concept can easily be extended taking into account the fact that a base station can transmit and receive in both directions of a road or rail axis with an appropriate air system, which makes it possible to obtain a radio frequency coverage from a single radio station base covering around 200 km.
Compte tenu d'études menées en ce qui concerne l'étude du cas où un mobile proche d'un dispositif extenseur sature l'amplificateur et de l'intermodulation consécutive à la mise en cascade de réémetteurs, on indique qu'il pourra être approprié de mettre en oeuvre le contrôle de la puissance d'émission des mobiles au niveau de la station de base. Ce contrôle est un paramètre à la disposition de l'opérateur du réseau. Enfin, on indique que l'utilisation de deux inter¬ valles de temps de la trame TDMA par mobile permet d'obtenir une plus grande couverture, ainsi que décrit précédemment, le nombre de communications simultanées possibles étant toutefois divisé par deux corrélativement. On indique enfin que le réseau tel que décrit précédemment dans la description peut être complété au moyen de câbles rayonnants pour le passage de tunnels routiers, autoroutiers ou ferroviaires, par exemple, et que, dans ces conditions, le réseau de radiotéléphonie mobile objet de la présente invention présente une très grande souplesse d'implantation et d'utilisation. Taking into account studies carried out with regard to the study of the case where a mobile close to an expander device saturates the amplifier and the intermodulation following the cascading of repeaters, it is indicated that it may be appropriate to implement the control of the transmission power of the mobiles at the base station level. This control is a parameter available to the network operator. Finally, it is indicated that the use of two time intervals of the TDMA frame by mobile makes it possible to obtain greater coverage, as described above, the number of possible simultaneous communications being however divided by two correlatively. Finally, it is indicated that the network as described previously in the description can be supplemented by means of radiating cables for the passage of road, motorway or railway tunnels, for example, and that, under these conditions, the mobile radiotelephony network object of the present invention has a great flexibility of implementation and use.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif extenseur unidirectionnel de cellule de radiotéléphonie mobile, cellule comportant une station de base munie d'un moyen émetteur-récepteur dans une première et une deuxième bande de fréquences d'émission respective¬ ment de réception, caractérisé en ce que ledit dispositif extenseur comprend :CLAIMS 1. Unidirectional expander device of a mobile radiotelephony cell, cell comprising a base station provided with a transceiver means in a first and a second band of transmit frequencies respectively of reception, characterized in that said device expander includes:
- un moyen réémetteur double voie mobile/station de base dans la première bande de fréquences, station de base/ mobile dans la deuxième bande de fréquence ;a dual channel mobile / base station re-transmitting means in the first frequency band, base / mobile station in the second frequency band;
- une première antenne directionnelle d'émission-réception interconnectée audit moyen réémetteur pour assurer la réception dans la première bande de fréquences et l'émission dans la deuxième bande de fréquences, pour la voie mobile/ station de base respectivement station de base/mobile ;- A first directional transmit-receive antenna interconnected to said re-emitting means to ensure reception in the first frequency band and transmission in the second frequency band, for the mobile channel / base station respectively base station / mobile;
- une deuxième antenne directionnelle d'émission-réception interconnectée audit moyen réémetteur pour assurer la réception dans la deuxième bande de fréquences et l'émission dans la première bande de fréquences, pour la voie mobile/ station de base respectivement station de base/mobile, lesdites première et deuxième antennes étant électro agnéti- quement découplées, l'axe du diagramme de rayonnement de la première et la deuxième antenne étant contenus dans deux plans verticaux sensiblement parallèle. a second directional transmit-receive antenna interconnected to said re-emitting means to ensure reception in the second frequency band and transmission in the first frequency band, for the mobile channel / base station respectively base station / mobile, said first and second antennas being electromagnetically decoupled, the axis of the radiation pattern of the first and second antenna being contained in two substantially parallel vertical planes.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la deuxième antenne présentent dans le plan vertical un diagramme de rayonnement présentant un angle d'ouverture inférieur ou égal à 10°.2. Device according to claim 1, characterized in that the first and the second antenna have in the vertical plane a radiation diagram having an opening angle less than or equal to 10 °.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite première antenne présente dans un plan horizontal orthogonal au plan vertical et contenant l'axe du diagramme de rayonnement de cette antenne un angle d'ouver¬ ture compris entre 45° et 70° et en ce que ladite deuxième antenne présente dans un plan horizontal un diagramme de rayonnement d'angle d'ouverture inférieur à 10°.3. Device according to claim 2, characterized in that said first antenna has in a horizontal plane orthogonal to the vertical plane and containing the axis of the radiation diagram of this antenna an opening angle of between 45 ° and 70 ° and in that said second antenna has in a horizontal plane a radiation diagram with an opening angle of less than 10 °.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour assurer le décou¬ plage électromagnétique entre la première et la deuxième antenne, l'axe du diagramme de rayonnement desdites antennes à l'origine du point d'émission-réception est distant, dans une direction sensiblement parallèle audit plan vertical, d'une distance d > 10.λ où λ désigne la longueur d'onde maximale du signal d'émission de la première et de la deuxième bande de fréquences.4. Device according to one of claims above, characterized in that to ensure the electromagnetic separation between the first and the second antenna, the axis of the radiation pattern of said antennas at the origin of the emission-reception point is distant, in a direction substantially parallel to said vertical plane, with a distance d> 10.λ where λ denotes the maximum wavelength of the emission signal of the first and second frequency bands.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen réémetteur double voie comprend :5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that said double-channel re-emitting means comprises:
- une première voie comprenant en cascade un filtre passe bande permettant la transmission de la première bande de fréquences, un amplificateur HF, - une deuxième voie comprenant en cascade un filtre passe bande permettant la transmission de la deuxième bande de fréquences, un amplificateur HF,- a first channel comprising in cascade a band pass filter allowing the transmission of the first frequency band, an HF amplifier, - a second channel comprising in cascade a band pass filter allowing the transmission of the second frequency band, an HF amplifier,
- un premier et un deuxième duplexeur, la première et la deuxième voie étant interconnectée en parallèle par 1'inter- médiaire du premier et du deuxième duplexeur, lesdits premier et deuxième duplexeur recevant respectivement émettant un signal dans la première bande de fréquences pour la voie mobile/station de base, respectivement émettant et recevant un signal dans la deuxième bande de fréquences pour la voie station de base/mobile sur un port d'entrée-sortie.- a first and a second duplexer, the first and the second channel being interconnected in parallel through the first and the second duplexer, said first and second duplexer respectively receiving a signal in the first frequency band for the channel mobile / base station, respectively transmitting and receiving a signal in the second frequency band for the base station / mobile channel on an input-output port.
6. Réseau de télécommunication par radiotéléphone mobile, comprenant une pluralité de stations de base munies chacune d'un moyen émetteur-récepteur dans une première et une deuxième bande de fréquence d'émission-réception, caractérisé en ce que ledit réseau comporte entre deux stations de base successives, formant une maille, une pluralité de dispositifs extenseurs unidirectionnels adjacents sensiblement identiques, selon l'une des revendi¬ cations 1 à 4, une station de base et un dispositif exten- seur unidirectionnel adjacent à cette station de base respectivement deux dispositifs extenseurs unidirectionnels adjacents formant deux stations d'émission-réception successives vis-à-vis d'un mobile, chaque dispositif extenseur unidirectionnel étant distant d'une station de base respectivement d'un dispositif extenseur unidirection- nel adjacent d'une distance supérieure ou égale à une distance critique permettant de supprimer l'interférence cocanal de deux stations d'émission-réception successives vis-à-vis du mobile.6. Telecommunication network by mobile radiotelephone, comprising a plurality of base stations each provided with a transceiver means in a first and a second transmission-reception frequency band, characterized in that said network comprises between two stations successive base stations, forming a mesh, a plurality of substantially identical adjacent unidirectional expander devices, according to one of the claims 1 to 4, a base station and a unidirectional expander device adjacent to this base station respectively two devices unidirectional expanders adjacent forming two successive transmit-receive stations with respect to a mobile, each unidirectional expander being distant from a base station respectively from an adjacent unidirectional expander by a distance greater than or equal to a critical distance making it possible to suppress the cochannel interference of two successive transmit-receive stations with respect to the mobile.
7. Réseau selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque maille du réseau permet une intercommunication entre mobile et station d'émission sur un couple unique de première respectivement deuxième bande de fréquences.7. Network according to claim 6, characterized in that each mesh of the network allows an intercommunication between mobile and transmitting station on a single pair of first respectively second frequency band.
8. Utilisation d'un réseau selon l'une des revendi¬ cations 6 ou 7 le long d'une voie de circulation. 8. Use of a network according to one of claims 6 or 7 along a traffic lane.
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