FR2976144A1 - Procede de communications entre appareils radio de technologies identiques ou differentes - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de communications entre un émetteur radio et un récepteur radio. Ce procédé comprend une étape au cours de laquelle ledit émetteur radio, dit premier émetteur (A ), envoie au moins une information audit récepteur (B ) au moyen de variations prédéterminées d'au moins un paramètre de bande de base du signal radio émis par ledit premier émetteur (A ) et reçu par ledit récepteur (B ). Application à la gestion mutuelle de l'exploitation de ressources radio entre appareils auto-configurables.

Description

PROCÉDÉ DE COMMUNICATIONS ENTRE APPAREILS RADIO DE TECHNOLOGIES IDENTIQUES OU DIFFERENTES L'invention se rapporte au domaine des communications radio, notamment (mais pas exclusivement) celles qui utilisent les bandes de fréquences ISM (Industrielles, Scientifiques et Médicales). Plus précisément, l'invention concerne la gestion mutuelle des ressources entre appareils émetteurs ou récepteurs fonctionnant dans des bandes de fréquences accessibles à une pluralité de technologies radio.

On rappelle que les bandes de fréquences ISM ont été, à l'origine, réservées internationalement à l'utilisation de fréquences radio (en anglais, « radiofrequencies » ou RF) à des fins industrielles, scientifiques et médicales, telles que les fours à micro-ondes domestiques (qui opèrent à 2,45 GHz) et les machines de diathermie médicales -- et non à des fins de communications. Les fréquences radio dans les bandes ISM ont été subséquemment utilisées à des fins de communications, en dépit du fait que de tels dispositifs puissent subir des interférences de la part de sources non-communicantes d'énergie électromagnétique. Comme les émissions de ces dispositifs peuvent créer des interférences électromagnétiques et perturber les communications radio utilisant les mêmes fréquences, l'usage de ces dispositifs a été limité à certaines bandes de fréquences. Ainsi, une bande de fréquences, connue sous le nom de « Citizen's Band », adjacente à une bande ISM, a été allouée aux États-Unis depuis 1958. Beaucoup d'autres pays ont adopté plus tard les règlements de la FCC (« Federal Communications Commission ») des États-Unis, ce qui a permis l'utilisation de cette technologie dans tous les pays industrialisés. Ces règlements autorisent donc les exploitations civiles de spectres radio d'accès libre. 2 Les bandes ISM ont été définies par l'ITU-R (l'ITU-R est le secteur de l'ITU (International Telecommunication Union) chargé des communications radio) dans les sections 5.138, 5.150 et 5.280 des Règlements de Radio. L'utilisation dans tel ou tel pays des bandes désignées dans ces sections peut différer en raison de variations dans les règlements de radio nationaux. Du fait que les dispositifs de communications utilisant les bandes ISM doivent tolérer les interférences causées par d'autre équipements ISM, ces bandes radio sont normalement réservées aux utilisations destinées aux opérations sans licence, telles que les Réseaux de Capteurs Sans-fil dans les bandes 868 MHz, 915 MHz et 2,450 GHz, les réseaux LAN (initiales des mots anglais « Local Area Network » signifiant « Réseau Local ») sans-fil, et les téléphones à piles dans les bandes 915 MHz, 2,450 GHz et 5,800 GHz ; parmi les dispositifs de LAN sans-fil, on trouve notamment les technologies suivantes : Bluetooth (2,450 GHz), HIPERLAN (5,800 GHz), Wi-Fi (2,450 GHz et 5,800 GHz), et ZigBee (915 MHz et 2,450 GHz). Les bandes ISM sont aussi largement utilisées pour les applications RFID (« RadioFrequency Identification »), telles que les passeports biométriques et les puces sans contact, la bande de fréquences la plus utilisée pour ce faire étant la bande de 13,56 MHz conformément à la norme ISO/IEC 14443. Les réseaux LAN sans-fil et les téléphones à piles peuvent aussi utiliser des bandes de fréquences autres que les bandes ISM, mais de telles utilisations exigent une approbation pays par pays. Les téléphones DECT utilisent un spectre alloué (d'ailleurs différent en Europe et en Amérique du Nord), qui se situe à l'extérieur des bandes ISM. Malgré le fait que ces bandes supplémentaires soient à l'extérieur des bandes ISM officielles de l'ITU-R, on dit parfois, de manière incorrecte, que ces bandes de fréquences supplémentaires sont elles aussi des bandes ISM, car elles sont utilisées pour les mêmes types de communications personnelles de faible puissance. On notera également que plusieurs marques d'équipements de radiocommande utilisent la bande de 2,4 GHz pour la télécommande de faible puissance de jouets, tels que les voitures et les avions miniatures.

On notera que, si la présente invention est applicable aux bandes ISM décrites ci-dessus, elle peut également avantageusement s'appliquer à certains dispositifs radio (par exemple les « femtocells », qui servent d'éléments de base pour des usages résidentiels ou d'entreprise) opérant dans des bandes de fréquences licenciées.

Dans le cadre de la présente invention, on dira que les systèmes contenant des appareils de communications de technologies différentes sont des « systèmes (de communications) hétérogènes ». Dans un tel système, un dispositif de communications doit, en théorie, être tolérant vis-à-vis des interférences causées par d'éventuels utilisateurs licenciés pour la même bande de fréquences, et, de plus, fonctionner lui-même avec une puissance suffisamment faible pour ne pas risquer de causer des interférences pour les utilisateurs licenciés ; par exemple, la bande radio de 915 MHz ne devrait pas être utilisée dans les pays qui utilisent la bande GSM-900 pour les téléphones portables.

Toutefois, on constate en pratique que, dans les systèmes hétérogènes, les interférences entre appareils communicants de technologies différentes sont souvent gênantes et altèrent sensiblement le SINR (initiales des mots anglais « Signal to Interference-plus-Noise Ratio » signifiant « Rapport Signal sur Interférence plus Bruit »). Dans le cas de certains appareils auto-configurables, c'est-à-dire capables de changer de fréquence d'émission ou de réception en fonction de critères prédéterminés, on pourrait envisager, en cas d'interférences gênantes, de résoudre ce problème en leur envoyant un signal approprié. Mais compte tenu que, justement, on considère des interférences entre appareils de technologies différentes, ces appareils ne sont pas conçus pour communiquer entre eux. On peut envisager deux solutions à ce problème. Une première solution consisterait à permettre à tous les appareils radio concernés d'être compatibles avec les diverses technologies radio mises en oeuvre. Il va de soi qu'une telle solution implique une complexité et un coût considérables pour ces appareils. Une deuxième solution consisterait à mettre en place, dans chaque système hétérogène, un dispositif de contrôle central. Un tel dispositif central devrait idéalement comprendre des moyens pour : 1) décoder les messages de signalisation provenant de tous les émetteurs appartenant au système hétérogène ; 2) calculer, en fonction de critères prédéterminés (par exemple, priorité à telle ou telle technologie en termes de SINR), la configuration de réseau optimale sur la base des informations reçues de tous les appareils appartenant au système hétérogène ; et 3) encoder et envoyer à chaque émetteur respectif, dans sa technologie respective, un message respectif pour lui permettre de se configurer.

Mais, là aussi, il va de soi qu'une telle solution est à la fois complexe et coûteuse. La présente invention concerne donc un procédé de communications entre un émetteur radio et un récepteur radio. Ledit procédé est remarquable en ce qu'il comprend une étape au cours de laquelle ledit émetteur radio, dit premier émetteur, envoie au moins une information audit récepteur au moyen de variations prédéterminées d'au moins un paramètre de bande de base du signal radio émis par ledit premier émetteur et reçu par ledit récepteur. En effet, les auteurs de la présente invention ont réalisé qu'un récepteur radio est généralement capable d'identifier certains paramètres de bande de base des équipements radio situés dans son environnement. Par exemple, la puissance de transmission (moyenne ou instantanée), le schéma de modulation (d'amplitude, de fréquence, de phase, et ainsi de suite), la taille (nombre d'états) de la constellation de modulation, et le timing de transmission sont des paramètres de la bande de base (que, par commodité de langage, on appellera ci-dessous « paramètres physiques ») pouvant être facilement identifiables. Ainsi, même lorsqu'un récepteur reçoit un message utilisant une technologie différente et que le récepteur ne peut donc comprendre en décodant le flux numérique, il est néanmoins possible, suite à une convention préalable, d'utiliser des variations prédéterminées dans les paramètres de bande de base pour transmettre des informations. Ce type de communications sera appelé ci-dessous « communications stratégiques », car il présuppose un certain degré de compétition, et de négociation, entre divers dispositifs radio opérant dans la même bande de fréquence. Contrairement aux normes classiques, qui spécifient certaines ressources (comme des intervalles de temps ou des bandes de fréquences) dédiées à certains signaux, il n'existe pas dans le cas des communications stratégiques de ressource radio dédiée à la signalisation.

Le message selon l'invention est codé via les « paramètres physiques » de transmission, c'est-à-dire, par exemple, au moyen de la modulation, la puissance, le choix des canaux, ou le timing de transmission. De ce fait, l'utilisation de communications stratégiques dans un réseau radio autoconfigurable n'entraîne qu'un faible surcoût pour l'opérateur du réseau.

On notera que les communications stratégiques dans les réseaux radio auto-configurables n'ont pas pour but de remplacer les systèmes de communications existants, mais plutôt de fournir de nouveaux moyens de communications ; ces moyens sont particulièrement avantageux dans le cas de dispositifs radio utilisant des technologies différentes (mais pouvant opérer dans la même bande de fréquences), qui, dans l'art antérieur, ne pouvaient communiquer entre eux directement ; mais on notera que ces moyens de communications permettent également, de manière simple et peu coûteuse, d'enrichir la gamme des informations transmises entre dispositifs radio de même technologie.

On comprendra qu'il s'agit là d'un choix de gestion d'un réseau de communications, dans la mesure où l'échange d'information selon l'invention pourra, éventuellement, entraîner une diminution temporaire du débit de certains éléments du réseau, à laquelle on pourra toutefois, dans de nombreuses situations, consentir dans le but de bénéficier d'une amélioration des performances globales sur le long terme. Selon des caractéristiques particulières, ledit procédé comprend ensuite une étape au cours de laquelle ledit récepteur transmet ladite information à un émetteur radio, dit deuxième émetteur, autoconfigurable.

Grâce à ces dispositions, on peut amener ledit deuxième émetteur à modifier au moins un paramètre de son émission radio, de façon à satisfaire « l'intérêt général » du système de communications, notamment au niveau de récepteurs radio dont la qualité du signal reçu souffrait (par exemple en raison d'interférences gênantes) de l'émission du deuxième émetteur avant ladite modification de paramètre radio. Corrélativement, l'invention concerne un système de communications. Ledit système de communications est remarquable en ce qu'il comprend au moins un émetteur radio, dit premier émetteur, apte à envoyer, et un récepteur radio apte à recevoir, au moins une information associée à des variations prédéterminées d'au moins un paramètre de bande de base d'un signal radio pouvant être émis par ledit premier émetteur et reçu par ledit récepteur. Selon des caractéristiques particulières, ledit système de communications comprend en outre un émetteur radio, dit deuxième émetteur radio, auto-configurable, ledit récepteur étant apte à transmettre audit deuxième émetteur radio, et le deuxième émetteur radio étant apte à recevoir, ladite au moins une information. L'invention vise également un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur. Ce programme d'ordinateur est remarquable en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes de l'un quelconque des procédés de communications succinctement exposés ci-dessus, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.

Les avantages offerts par ce programme d'ordinateur sont essentiellement les mêmes que ceux offerts par lesdits procédés. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous de modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemples non limitatifs.

Comme mentionné ci-dessus, la présente invention introduit la notion de « communications stratégiques » : ces communications sont capables d'échanger un certain nombre de messages puisant dans un « alphabet », chaque élément de l'alphabet correspondant à une séquence de changement(s) des paramètres de transmission. La taille de l'alphabet est une fonction du nombre de configurations de transmission disponibles qui satisfont la Qualité de Service (« Quality of Service », ou QoS en anglais) requise pour toutes les communications. Par exemple, supposons qu'un émetteur puisse être décodé de façon fiable par un ensemble de récepteurs lorsqu'il transmet au moyen de n configurations de transmission différentes. Supposons en outre que tous les récepteurs puissent identifier la configuration de bande de base de cet émetteur pendant M intervalles de temps, et que la transmission d'un message soit répartie sur ces M intervalles de temps. L'émetteur peut, dans ces conditions, envoyer aux récepteurs nM messages différents.

Voici deux exemples de transmission d'informations selon l'invention (qui peuvent, dans le cas particulier où les dispositifs émetteur et récepteur opèrent selon la même technologie, s'ajouter aux informations transmises de manière classique) : 1) une transmission radio ininterrompue pendant N > 0 périodes de symboles est associée à une information constituée par le bit 1, et l'absence ininterrompue de transmission pendant N périodes de symbole est associée à une information constituée par le bit 0 ; ou 2) une transmission radio en BPSK (initiales des mots anglais « Binary Phase-Shift Keying » signifiant « Modulation de Phase Binaire ») pendant N > 0 périodes de symboles est associée à une information constituée par le bit 1, et une transmission radio en QAM (initiales des mots anglais « Quadrature Amplitude Modulation » signifiant « Modulation d'Amplitude en Quadrature ») à 4 états pendant N périodes de symbole est associée à une information constituée par le bit 0. Dans ces deux exemples, une transmission radio pendant M - N périodes de symbole, où M >1, permet la transmission selon l'invention de M bits d'information. On va donner à présent un exemple de procédé mettant en oeuvre le système de communications selon l'invention. A l'étape S1, une communication en Wi-Fi est en cours entre un émetteur AT (par exemple, une « box ») et un récepteur AR (par exemple, un ordinateur portable). A l'étape S2, une cause quelconque (par exemple, une intrusion dans une propriété privée comprenant ledit système de communications) déclenche une alarme au sein d'un système d'alarme associé, ledit système d'alarme comprenant un émetteur BT et un récepteur BR opérant en ZigBee, ledit récepteur BR étant apte à relayer l'alarme ou à appliquer des remèdes prédéterminés en réponse à cette cause d'alarme.

A l'étape S3, le récepteur AR constate une réduction du SINR, causée par des interférences avec le signal radio émis par l'émetteur BT, et en informe l'émetteur AT en utilisant des moyens classiques. A l'étape S4, l'émetteur AT fait varier, de manière prédéterminée et pendant une durée de transmission prédéterminée, au moins un paramètre de bande de base dans le signal Wi-Fi émis. A l'étape S5, le récepteur BR (bien qu'incapable de décoder le signal Wi-Fi) observe ces variations dudit paramètre, et en informe l'émetteur BT en utilisant des moyens classiques.

A l'étape S6, l'émetteur BT change sa fréquence d'émission du signal d'alarme ZigBee, après, de préférence, en avoir prévenu le récepteur BR et, le cas échéant, d'autres récepteurs ZigBee : ainsi, le SINR du signal Wi-Fi reçu par le récepteur AR est avantageusement restauré.

Optionnellement, on pourra prévoir en outre que l'émetteur BT envoie, au moyen d'une variation prédéterminée d'un paramètre de bande de base du signal ZigBee, un accusé de réception à l'intention du récepteur AR, aux fins de retransmission vers l'émetteur AT (en effet, il pourrait être prévu qu'en l'absence d'accusé de réception pendant une durée d'attente prédéterminée, l'émetteur AT réitère l'étape S4). Il a été fourni ci-dessus, à titre d'exemple, une application de l'invention à la gestion des interférences, c'est-à-dire, plus généralement, à la coordination de l'accès à une ressource commune (sélection de canal, ajustement de la puissance de transmission, et ainsi de suite). Il importe de noter, toutefois, que bien d'autres applications de l'invention sont possibles, telles que : - l'échange d'informations pour l'amélioration d'un service, par exemple l'affinement coopératif de la mesure d'une variable dans un réseau de capteurs ; ou - le partage d'expérience, par exemple le procédé d'apprentissage d'un dispositif radio auto-configurable, nouvellement installé dans un réseau, sur la base de l'observation des signaux transmis par les autres dispositifs du réseau.

Comme indiqué ci-dessus, la présente invention concerne également un système informatique mettant en oeuvre le procédé de communications décrit ci-dessus. Ce système informatique comporte de manière classique une unité centrale de traitement commandant par des signaux une mémoire, ainsi qu'une unité d'entrée et une unité de sortie.

De plus, ce système informatique peut être utilisé pour exécuter un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de communications selon l'invention. En effet, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de communications selon l'invention, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. Ce programme d'ordinateur peut être stocké sur un support lisible par ordinateur et peut être exécutable par un microprocesseur. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et se présenter en tant que code source, code objet, ou code intermédiaire entre code source et code objet, sous une forme partiellement compilée ou sous toute autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations, inamovible, ou partiellement ou totalement amovible, lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une clé USB (« USB flash drive » en anglais) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. En variante, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme d'ordinateur est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de communications entre un émetteur radio et un récepteur radio, caractérisé en ce qu'il comprend une étape au cours de laquelle ledit émetteur radio, dit premier émetteur (AT), envoie au moins une information audit récepteur (BR) au moyen de variations prédéterminées d'au moins un paramètre de bande de base du signal radio émis par ledit premier émetteur (AT) et reçu par ledit récepteur (BR).
2. 2. Procédé de communications selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend ensuite une étape au cours de laquelle ledit récepteur (BR) transmet ladite information à un émetteur radio, dit deuxième émetteur (BT), auto-configurable.
3. 3. Procédé de communications selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit paramètre de bande de base est un élément, ou une association d'éléments, de l'ensemble comprenant la puissance instantanée, la puissance moyenne, le schéma de modulation, la taille de la constellation, la durée de transmission, et le timing de transmission.
4. 4. Système de communications, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un émetteur radio, dit premier émetteur (AT), apte à envoyer, et un récepteur radio (BR) apte à recevoir, au moins une information associée à des variations prédéterminées d'au moins un paramètre de bande de base d'un signal radio pouvant être émis par ledit premier émetteur (AT) et reçu par ledit récepteur (BR).
5. 5. Système de communications selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un émetteur radio, dit deuxième émetteur radio (BT), auto-configurable, et en ce que ledit récepteur (BR) est apte à transmettre audit deuxième émetteur radio (BT), et le deuxième émetteur radio (BT) est apte à recevoir, ladite au moins une information.
6. 6. Système de communications selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que ledit paramètre de bande de base est un élément, ou une association d'éléments, de l'ensemble comprenant la puissance instantanée, la puissance moyenne, le schéma de modulation, la taille de la constellation, la durée de transmission, et le timing de transmission.
7. 7. Moyen de stockage de données inamovible, ou partiellement ou totalement amovible, comportant des instructions de code de programme informatique pour l'exécution des étapes d'un procédé de communications selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
8. 8. Programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de communications selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.