FR2773932A1

FR2773932A1 - Time channel locating system for mobile radio stations within local area network

Info

Publication number: FR2773932A1
Application number: FR9800446A
Authority: FR
Inventors: Antoine Nguyen
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-23
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: FR2773932B1

Abstract

The system uses a reference table indicating channel status, avoiding need for polling to determine free channels. The procedure for searching for free time-channels concerns a local cellular radio transmission system in which mobile terminals (TB, TD) move across cells (1,2). Each terminal within a cell communicates with an access point (PA., PC) within the relevant cell by use of a time channel. When there are collisions between the time channels of neighbouring cells (1,2) reference is made to a table showing the occupation state of the channels, and a free channel is chosen from this table. The updating of this table is carried out regularly by the access points (PA, PC) during monitoring phases, and by the channel status information transmitted by the terminals in communication with the access points (PA, PC).

Description

La présente invention concerne un procédé de recherche de canal temporel libre dans un réseau local de transmission d'informations par voie radio. The present invention relates to a free time channel search method in a local network for transmitting information by radio.

Elle s'applique notamment à la mise en oeuvre de réseaux de transmission de données, de la voix etlou d'images sans fil à hauts débits du type connu sous l'abréviation HIPERLAN du vocable anglo-saxon High
Performance Local Area Network . Ces réseaux sont principalement utilisés pour les transmissions d'informations à courtes distances entre terminaux mobiles (tels que robots) divers ou station de travail informatique évoluant en local, à l'intérieur d'usines, de bâtiments administratifs ou d'hôpitaux par exemple.It applies in particular to the implementation of data transmission networks, voice and / or high-speed wireless images of the type known by the abbreviation HIPERLAN of the term Anglo-Saxon High
Performance Local Area Network. These networks are mainly used for short-distance information transmissions between mobile terminals (such as robots) or computer workstations working locally, inside factories, administrative buildings or hospitals, for example.

L'architecture de ces réseaux est composée d'une ou plusieurs cellules radio recouvrant une zone déterminée du local. Chaque cellule comporte un point d'accès fixe sous la forme d'un concentrateur de trafic disposé au centre de la cellule. La bande passante du réseau est partagée par un multiplexage temporel, sa capacité étant de l'ordre de par exemple de 10 Mbps par canal temporel, Les informations sont transmises par multiplexage temporel type TDMA-TDD par trames successives de durée fixe se composant, de la manière décrite par exemple dans les demandes de brevet FR 2 713 418 et Fur2721784, d'un en-tête, d'une rampe de fréquence et d'un acquittement. La transmission d'une trame a lieu en deux temps se caractérisant par un en-tête de courte durée suivie d'une rampe de fréquence. Pendant la transmission de la rampe, un autre émetteur peut émettre également un en-tête suivi d'une rampe de fréquence et ainsi de suite. L'en-tête qui est émis sur une fréquence fixe dans une tranche de temps de quelques microsecondes définit un canal temporel. Typiquement, une trame a une durée de 480 cils, et est partagée en huit intervalles de 60 lis, le premier intervalle étant réservé à l'en-tête. L'accès d'un terminal à son point d'accès a lieu par polling avec jeton ou par réservation. The architecture of these networks is composed of one or more radio cells covering a certain area of the local. Each cell has a fixed access point in the form of a traffic concentrator disposed in the center of the cell. The bandwidth of the network is shared by a time multiplexing, its capacity being of the order of, for example, 10 Mbps per time channel. The information is transmitted by TDMA-TDD time-division multiplexing by successive frames of fixed duration consisting of: the manner described for example in the patent applications FR 2,713,418 and Fur2721784, a header, a frequency ramp and an acknowledgment. The transmission of a frame takes place in two stages characterized by a short-term header followed by a frequency ramp. During the transmission of the ramp, another transmitter can also emit a header followed by a frequency ramp and so on. The header that is transmitted on a fixed frequency in a time slot of a few microseconds defines a time channel. Typically, a frame has a duration of 480 eyelashes, and is divided into eight intervals of 60 ls, the first interval being reserved for the header. The access of a terminal to its access point takes place by polling with token or by reservation.

Dans ce type de réseau, chaque cellule doit choisir elle-même un canal temporel libre afin d'éviter une collision avec une cellule émettrice voisine. In this type of network, each cell must itself choose a free time channel in order to avoid a collision with a neighboring transmitting cell.

Pour résoudre ce problème, il est connu une méthode d'accès centralisée consistant à attribuer un canal temporel à chaque point d'accès par une station maître reliée par un réseau filaire à tous les points d'accès. Mais cette méthode présente des difficultés de réalisation dues aux contraintes sévères imposées par la synchronisation des tranches de temps élémentaires qui rendent difficile la mise en succession des tranches sans qu'il y ait de recouvrement. To solve this problem, it is known a centralized access method of assigning a time channel to each access point by a master station connected by a wired network to all access points. However, this method presents difficulties of implementation due to the severe constraints imposed by the synchronization of the elementary time slots which make it difficult to put the slices in succession without any overlap.

La méthode d'accès centralisée a l'avantage qu'elle supprime les conflits à l'intérieur d'une cellule radio. Cependant, il existe toujours une possibilité de conflits ou de collisions entre cellules lorsque deux cellules voisines utilisent le même canal temporel ou bien qu'il y a un recouvrement partiel de leurs canaux temporels. The centralized access method has the advantage that it suppresses conflicts within a radio cell. However, there is still a possibility of cell conflicts or collisions when two neighboring cells use the same time channel or there is a partial overlap of their time channels.

Dans les réseaux locaux, le risque de collision entre deux cellules voisines est réel car les cellules ont un diamètre réduit à quelques dizaines de mètres. Aussi pour éviter qu'un terminal se trouve brouillé à cause d'émissions de points d'accès non synchronisés, ces derniers doivent émettre chacun dans des intervalles de temps bien distincts les uns des autres, mais la précision requise pour effectuer la synchronisation des intervalles de temps entre eux dont la durée n'excède pas 60 ps, apparaît incompatible avec la dérive naturelle des horloges des points d'accès à chaque cellule. In local networks, the risk of collision between two neighboring cells is real because the cells have a reduced diameter to a few tens of meters. Also, to prevent a terminal from being scrambled because of non-synchronized access point transmissions, the latter must transmit each in distinct time intervals from each other, but the precision required to perform the synchronization of the intervals. of time between them whose duration does not exceed 60 ps, appears incompatible with the natural drift of the clocks of access points to each cell.

Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.

A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de recherche de canal temporel libre dans un réseau cellulaire de transmission par voie radio composé de terminaux mobiles se déplaçant au travers de cellules et dans lequel chaque terminal à l'intérieur d'une cellule communique avec un point d'accès de la cellule à l'intérieur de laquelle il se trouve sur un canal temporel qui lui est affecté caractérisé en ce qu'il consiste, lorsqu'il y a des collisions entre canaux temporels de cellules voisines, à tenir à jour dans chaque point d'accès une table d'état d'occupation des canaux et à choisir dans cette table un canal libre, la mise à jour de la table étant effectuée régulièrement par le point d'accès lors de phases de veille et par des informations d'état de canal transmises par les terminaux en relation avec le point d'accès. To this end, the subject of the invention is a method for searching a free time channel in a radio transmission cellular network composed of mobile terminals moving through cells and in which each terminal inside a cell communicates with an access point of the cell inside which it is located on a time channel assigned to it, characterized in that it consists, when there are collisions between time channels of neighboring cells, in maintain in each access point a channel occupancy status table and choose from this table a free channel, the update of the table being carried out regularly by the access point during phases of standby and by channel status information transmitted by the terminals in relation to the access point.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent:
- les figures 1 a et I b des configurations de transmission entre plusieurs usagers d'un réseau multicellulaire,
- la figure 2, un graphe pour illustrer le processus de signalisation des collisions et changement de canal temporel mise en oeuvre par l'invention,
- les figures 3a et 3b, un diagramme illustrant un mécanisme de choix dichotomique et aléatoire mis en oeuvre dans l'invention pour la recherche d'un canal temporel libre,
-la figure 4, une organisation de table pour consigner dans chaque point d'accès l'état d'occupation des canaux immédiatement voisins,
- la figure 5, un diagramme illustrant le processus de mesure mis en oeuvre dans l'invention pour mesurer le déphasage entre l'horloge locale d'un point d'accès et le canal temporel d'un voisin,
- les figures 6a et 6b, deux diagrammes illustrant le mécanisme mis en oeuvre dans l'invention pour effectuer une correction progressive des déphasages.Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, given with reference to the appended drawings which represent:
FIGS. 1a and 1b of the transmission configurations between several users of a multicellular network,
FIG. 2, a graph for illustrating the process of signaling collisions and time-channel change implemented by the invention,
FIGS. 3a and 3b, a diagram illustrating a dichotomous and random choice mechanism implemented in the invention for searching for a free time channel,
FIG. 4, a table organization for recording in each access point the occupancy status of the immediately adjacent channels,
FIG. 5, a diagram illustrating the measurement process implemented in the invention for measuring the phase difference between the local clock of an access point and the time channel of a neighbor,
FIGS. 6a and 6b, two diagrams illustrating the mechanism implemented in the invention for effecting progressive correction of the phase shifts.

Les exemples donnés aux figures 1 a, 1 b correspondent à des situations où des communications ont lieu entre des points d'accès PA, PC de cellules 1 et 2 différentes et des terminaux TB, TD situés à l'intérieur de ces cellules, les territoires des cellules 1 et 2 se recouvrant partiellement. The examples given in FIGS. 1 a, 1 b correspond to situations where communications take place between access points PA, PC of cells 1 and 2 different and TB, TD terminals located inside these cells, the territories of cells 1 and 2 partially overlapping.

Dans l'exemple de la figure la, les points d'accès PA et PC se trouvent dans une zone de territoire 3 commune aux cellules 1 et 2 et les terminaux TB et TD se trouvent respectivement dans la cellule I et dans la cellule 2 en dehors de la zone commune 3. Cet exemple montre que si les points d'accès A et C utilisent le même canal temporel pour correspondre respectivement avec les terminaux TD et TB, ceux-ci vont se brouiller mutuellement. In the example of FIG. 1a, the access points PA and PC are in a territory area 3 common to the cells 1 and 2 and the terminals TB and TD are respectively in the cell I and in the cell 2 in Outside the common area 3. This example shows that if the access points A and C use the same time channel to respectively correspond with the terminals TD and TB, these will become mutually interfering.

Dans l'exemple de la figure lb où seul le terminal TD est dans la zone commune 3, les points d'accès PA et PC qui sont en communication respectivement avec les terminaux TD et TB ne se voient pas. Dans ce cas, s'ils utilisent le même canal, ils ne peuvent pas se rendre compte que le canal est déjà occupé. Seuls les terminaux cachés TB et TD peuvent détecter les collisions et les signaler aux points d'entrée PA et PC. Cette signalisation peut être effectuée par les terminaux TB et TD par inondation de leur canal temporel. In the example of FIG. 1b where only the terminal TD is in the common area 3, the access points PA and PC which are in communication respectively with the terminals TD and TB are not visible. In this case, if they use the same channel, they can not realize that the channel is already busy. Only TB and TD hidden terminals can detect collisions and report them to PA and PC entry points. This signaling can be performed by terminals TB and TD by flooding their time channel.

La recherche d'un canal temporel libre a lieu suivant l'invention par un choix dichotomique ou aléatoire. Dans le choix dichotomique, le point d'accès qui doit changer de canal temporel en choisit un autre de manière à être éloigné au maximum des autres canaux occupés suivant le processus représenté aux figures 3a et 3b qui correspondent à des exemples de répartitions dans une configuration à huit canaux temporels dont les en-têtes de canal occupent successivement les positions référencées C, à C8. La figure 3a correspond à une situation suivant laquelle une collision apparaît entre deux points d'accès A et B sur le canal temporel C1 et où aucun autre des sept canaux restants n'est occupé. Dans ce cas, le mécanisme dichotomique va affecter au point d'accès A le canal C5 qui est le canal le plus éloigné du canal B qui reste sur le canal C1. Sur la figure 3b, la situation est différente et correspond à une collision entre les points d'accès A et C sur le canal C1 lorsque le point d'accès B occupe le canal Cs. Dans cette configuration, le point d'accès A a le choix entre le canal C3 OU le canal C7 qui sont les positions les plus éloignées des canaux A et B. Dans le choix aléatoire, le canal est choisi aléatoirement. Dans l'exemple de la figure 3a, le point d'accès choisit un canal entre les canaux C3, C4, C5, C6 et C7. Dans l'exemple de la figure 3b, le point d'accès A a le choix entre les canaux C3,
C4, C6 et C7 puisque le canal C5 est déjà occupé par le point d'accès voisin B. Quelle que soit la méthode de choix, les canaux C2 et C8 sont exclus car un des deux est toujours impliqué dans la collision.The search for a free time channel takes place according to the invention by a dichotomous or random choice. In the dichotomic choice, the access point that has to change the time channel chooses another one so as to be at most away from the other busy channels according to the process represented in FIGS. 3a and 3b which correspond to examples of distributions in a configuration eight time channels whose channel headers successively occupy the positions referenced C, C8. Figure 3a corresponds to a situation where a collision occurs between two access points A and B on the time channel C1 and where none of the remaining seven channels are occupied. In this case, the dichotomous mechanism will assign to access point A channel C5 which is the channel farthest from channel B which remains on channel C1. In FIG. 3b, the situation is different and corresponds to a collision between the access points A and C on the channel C1 when the access point B occupies the channel Cs. In this configuration, the access point A has the choice between the channel C3 OR the channel C7 which are the positions furthest away from the channels A and B. In the random choice, the channel is chosen randomly. In the example of Figure 3a, the access point chooses a channel between the channels C3, C4, C5, C6 and C7. In the example of FIG. 3b, the access point A has the choice between the channels C3,
C4, C6 and C7 since the channel C5 is already occupied by the access point neighbor B. Whatever the method of choice, the channels C2 and C8 are excluded because one of the two is still involved in the collision.

Pour réaliser ces choix, chaque point d'accès dispose d'une table d'état de canal 4 structurée de la façon représentée à la figure 4 qui le renseigne sur l'état d'occupation des autres canaux immédiatement voisins, que ceux-ci soient libres ou occupés. Cette table comporte un numéro d'en-tête d'index clé qui spécifie l'identité du point d'accès dans le canal, la position C(i) des canaux occupés par rapport au point d'accès B, le déphasage w(i) en ns entre l'horloge locale et le canal temporel d'un voisin ainsi que le temps écoulé âge depuis la dernière mesure. Cette table est remplie et mise à jour par le point d'accès grâce à une observation directe du canal qu'il effectue lors de phases de veille et également grâce à des informations d'état de canal qui lui sont transmises par les terminaux. To make these choices, each access point has a channel 4 status table structured as shown in FIG. 4 which provides information on the state of occupancy of the other immediately adjacent channels, that these be free or busy. This table has a key index header number which specifies the identity of the access point in the channel, the C (i) position of the busy channels relative to the access point B, the phase shift w ( i) in ns between the local clock and the time channel of a neighbor as well as the time elapsed age since last measurement. This table is filled and updated by the access point through direct observation of the channel it performs during standby phases and also through channel status information transmitted to it by the terminals.

La mise à jour n'a lieu que lorsque le point d'accès est en réception et que son terminal lui transmet des informations sur l'état du canal, ou en veille. The update takes place only when the access point is receiving and its terminal transmits information on the status of the channel, or standby.

Pour optimiser la stabilité du réseau, celui-ci est synchronisé pour que chaque canal occupé par un point d'accès ne soit vu par un voisin comme étant un seul canal et non deux. La synchronisation s'acquiert par une mesure du déphasage existant entre la position des canaux temporels cadencée par l'horloge et celle du canal temporel d'un voisin. To optimize the stability of the network, it is synchronized so that each channel occupied by an access point is seen by a neighbor as being a single channel and not two. The synchronization is acquired by measuring the phase difference between the position of the time channels clocked by the clock and that of the time channel of a neighbor.

Dans l'exemple de la figure 5, la mesure a lieu à la fin de l'en-tête reçue. Sur la figure 5, le point d'accès A reçoit un en-tête émis dans le canai utilisé par le point d'accès B. Le point d'accès A marque la fin de l'en-tête reçu (dernier bit + temps restant par rapport à la durée du canal) et en déduit le déphasage w(B) par rapport à son horloge locale. In the example of FIG. 5, the measurement takes place at the end of the received header. In FIG. 5, the access point A receives a header sent in the channel used by the access point B. The access point A marks the end of the received header (last bit + time remaining with respect to the duration of the channel) and deduces therefrom the phase shift w (B) with respect to its local clock.

La mesure du déphasage v(i) de chaque point d'accès AP par rapport à un ou plusieurs points d'accès voisins est obtenue grâce à une veille forcée lors du polling neutre ou de la veille naturelle lorsqu'il n'y a pas de trafic sur le canal et grâce aux terminaux qui se trouvent à portée radio de deux points d'accès. Dans ce dernier cas, les déphasages w(i) sont mesurés par les terminaux puis envoyés au point d'accès avec lequel ils s'associent dans un champ particulier dans le trafic montant c'est-à-dire allant du terminal vers son point d'accès. The measurement of the phase shift v (i) of each access point AP with respect to one or more neighboring access points is obtained thanks to a forced watch during the neutral polling or the natural watch when there is no traffic on the channel and through the terminals that are within radio range of two access points. In the latter case, the phase shifts w (i) are measured by the terminals and then sent to the access point with which they associate in a particular field in the upstream traffic that is to say from the terminal to its point access.

Au cours de ce mécanisme, il peut se produire que plusieurs terminaux voient un même point d'accès voisin et donc transfèrent la même information vers leurs points d'accès respectifs. Dans ce cas, le point d'accès de rattachement fait un tri, pour ne pas stocker plusieurs fois la même information cwest-à-dire le même déphasage du même point d'accès. During this mechanism, it can happen that several terminals see the same access point neighbor and therefore transfer the same information to their respective access points. In this case, the home access point sorts, so as not to store the same information several times, ie the same phase shift of the same access point.

Pour faire ce tri, les terminaux transmettent également en plus de l'information de déphasage w(i), la position du canal occupé défini par son numéro de canal et un identifiant de canal définissant l'adresse MAC du point d'accès qui l'occupe.To do this sorting, the terminals also transmit in addition to the phase shift information w (i), the occupied channel position defined by its channel number and a channel identifier defining the MAC address of the access point which 'occupied.

Pour éviter un chevauchement des espaces temporels réservés aux canaux, une correction de phase doit être appliquée sur chacun des canaux des points d'accès. To avoid overlapping channel time slots, phase correction must be applied to each channel of the access points.

Le calcul de la correction de phase à appliquer consiste à classer les déphasages v(i) en deux groupes G1 et G2 comprenant respectivement ceux qui sont inférieurs au seuil S et ceux qui lui sont supérieurs. Le seuil S est fixé à quelques microsecondes, et correspond à une marge de recouvrement de deux tranches de temps successives pour laquelle les entêtes ne se chevauchent pas. Une correction de phase inférieure à ce seuil
S ne provoque pas de nouvelles collisions avec deux tranches de temps immédiatement voisines. La sélection entre les groupes s'effectue en considérant que le groupe G2 a une priorité supérieure à celle du groupe G1.The calculation of the phase correction to be applied consists of classifying the phase-shifts v (i) into two groups G1 and G2 respectively comprising those which are lower than the threshold S and those which are superior to it. The threshold S is set at a few microseconds, and corresponds to a recovery margin of two successive time slots for which the headers do not overlap. A phase correction below this threshold
S does not cause new collisions with two immediate time slices. The selection between the groups is carried out considering that the group G2 has a higher priority than that of the group G1.

S'il existe au moins un déphasage mesuré dans le groupe G2, celui-ci est choisi pour le calcul de la correction à appliquer. Sinon, le groupe G1 est choisi.If there is at least one phase shift measured in the group G2, it is chosen for the calculation of the correction to be applied. Otherwise, the group G1 is chosen.

Si le groupe G2 est choisi, la correction à appliquer a une durée déterminée d constante de 1 lis par exemple et le groupe G1 n'est pas pris en compte. If the group G2 is chosen, the correction to be applied has a fixed duration constant of 1 ls for example and the group G1 is not taken into account.

Dans ce cas, la correction peut être appliquée sur plusieurs cycles de polling en considérant le milieu Me de l'en-tête de canal. In this case, the correction can be applied to several polling cycles by considering the middle Me of the channel header.

Si w(i) 2 Me, chaque cycle est retardé de d
si #(i) < Me, chaque cycle est avancé de d
Si le groupe G1 est choisi, la correction à appliquer M a lieu en une seule fois et est calculée en considérant le milieu Me de l'en-tête canal par la relation:
At O iMI+a
2
où |M| est la valeur absolue de la valeur moyenne des déphasages (i) et a I'écart type.If w (i) 2 Me, each cycle is delayed by d
if # (i) <Me, each cycle is advanced from d
If the group G1 is chosen, the correction to be applied M takes place at one time and is calculated by considering the middle Me of the channel header by the relation:
At O iMI + a
2
where | M | is the absolute value of the average value of phase shifts (i) and the standard deviation.

Si M #0, le déphasage à corriger est une avance de phase de +M. If M # 0, the phase shift to be corrected is a phase advance of + M.

Dans l'exemple de la figure 5a, Me=30 ps, le déphasage w(B) mesuré par A est de 36 ps et le déphasage w(A) mesuré par B est de 24 ps. In the example of Figure 5a, Me = 30 ps, the phase shift w (B) measured by A is 36 ps and the phase shift w (A) measured by B is 24 ps.

En fixant d=l ps, la remise en phase a lieu après 12 cycles de polling . By setting d = lps, the re-phasing takes place after 12 polling cycles.

Dans l'exemple de la figure 5b, Me=30 lis, le déphasage w(B)=10 ,us et le déphasage w(A)=50 ps. Pour d=1 clos, la remise en phase a lieu après 5 cycles de polling . In the example of Figure 5b, Me = 30 lis, the phase shift w (B) = 10, us and the phase shift w (A) = 50 ps. For d = 1 closed, the re-phasing takes place after 5 polling cycles.

Claims

A free time channel search method in a cellular radio transmission network composed of mobile terminals (TB, TD) moving through cells (1,2) and wherein each terminal within a cell communicates with an access point (PA, PC) of the cell inside which it is located on a time channel (C1 ... C8) assigned to it, characterized in that it consists, when there are time-slot (C1 ... C8) collisions of neighboring cells (1,2) to be maintained in each access point by a channel occupancy status table (4) and to be selected in this table (4) a free channel (C5, C3), the updating of the table (4) being performed regularly by the access point (PA, PC) during standby phases and by state information channel transmitted by the terminals in relation to the access point (PA, PC).

Method according to claim 1, characterized in that the channel occupancy state table (4) specifies the identity, position and phase shift (v (i)) of the occupied channels relative to the channel used by its channel. access point and the time elapsed since the last measurement of a phase shift (w (i)).

3. Method according to any one of claims 1 and 2 characterized in that it consists in choosing a free channel in the table (4) to proceed by dichotomy to select the free channel which is located at a maximum distance from other channels busy.

4. Method according to any one of claims 1 and 2 characterized in that it consists in choosing a free channel in the table (4) to proceed randomly by eliminating the two adjacent channels (C2, C8) to the channel of the access point in collisions (C1).

5. Method according to any one of claims 1 to 4 characterized in that it consists in updating the occupancy status table of the channels (4) when the access point is in reception and the terminal attached to it transmits information about the status of the channel or when the access point is in standby.

6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it consists of signaling the colliding channels of the access points by the terminals that receive them.

7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it consists in calculating in each access point the average value of phase shifts (v (i)) stored in the occupation status table channels (4) for re-phasing all the channels of the network.