Brevet FR2135029A1 — publié le 19721215

La présente invention concerne un procédé de télécommunication par satellite ainsi que les systèmes utilisant ce procédé. Une innovation importante a été apportée aux techniques de communication à grande distance par l'utilisation de satellites artificiels de la terre comme relais amplificateurs, ou même 5 simplement comme réflecteurs d'ondes radio-électriques, pour effectuer des liaisons entre stations éloignées au sol. Ainsi, les ondes n'ont plus à contourner la surface sphérique du globe terrestre ce qui entraîne pour elles un affaiblissement considérable, ou, à se réfléchir sur une ionosphère formée de cou.ch.es mouvantes 10 d'électrons dont les modifications produisent de sérieuses fluctuations des signaux reçus et sont une cause fréquente d'interruptions du trafic radiotéléphonique ou radiotélégraphique. les satellites agissant comme relais amplificateurs sont dits "actifs" et, par opposition, sont dénommés "passifs" ceux utilisés 15 comme simple réflecteur d'ondes, lorsque la durée de révolution d'un satellite est égale à celle du globe terrestre, il apparaît comme fixe pour un observateur terrestre et est dit "stationnaire". le positionnement d'un tel satellite est réalisé sur une orbite équatoriale située à 36 000 km d'altitude environ. Une répartition 20 en nombre limité de satellites stationnaires actifs permet de couvrir la totalité du globe sous l'aspect télécommunications à grande distance entre plusieurs stations. On considère que les stations peuvent consister en stations fixes au sol, ou quasi-fixes, telles des stations à bord de bâtiments en mer, ou encore, 25 en stations mobiles à bord d'aéronefs en vol. l'altitude d'évolution de ces derniers est située dans une gamme comprise par exemple, entre 6 000 et 12 000 m, et reste très faible comparée à celle du satellite. l'invention concerne des systèmes de télécommunication par 30 satellite stationnaire entre des stations comportant une ou plusieurs stations fixes (ou quasi—fixes) et une pluralité de stations a bord d'aéronefs en vol. Un inconvénient important survenant dans les liaisons par satellite avec des aéronefs en vol est dû aux atténuations du 35 signal causées par des interférences entre l'onde directe et celle reçue indirectement après réflexion sur le sol ou la mer. Ce phénomène est dénommé "effet multitrajet". 71 12142 - 2 - 2135029 La protection contre l'effet multitrajet peut être obtenue en utilisant à bord des aéronefs des antennes à diagramme de rayonnement suffisamment directif. Se cette manière, les réflexions provenant des sites situés au-dessous de l'aéronef sont fortement 5 atténuées et leur effet néfaste est d'autant réduit. Par contre, le prix de revient de telles antennes est élevé et leurs grandes dimensions rendent leur implantation malaisée sur l'aéronef. Afin de remédier à ces inconvénients, le procédé selon l'invention effectue une discrimination entre les signaux utiles et 10 les signaux indésirables d'une liaison, en utilisant, notamment, un mode de transmission entre le satellite et les aéronefs du type multiplex à partage dans le temps des informations codées sous forme digitale. Les différentes liaisons simultanées devant être produites à un moment considéré sont fractionnées et comprimées temporellement, 15 puis transmises au cours de séquences successives. Cette technique est connue sous l'appelation "HJM" abréviation de "Time Disision Multiplex". Le procédé ÏDM est caractérisé par la transmission en série dans le temps d'un train d'impulsions cyclique , appelé trame de durée périodique T déterminée. Cette durée est divisée en cré-20 neaux affectés successivement aux différentes stations envisagées pour la transmission multiplex en cours. Le nombre de créneaux définit le nombre maximal de liaisons simultanées envisageables. Le traitement du signal pour chaque liaison consiste généralement en un échantillonnage suivi d'une codification digitale et d'une 25 compression temporelle ; le signal résultant est destiné à moduler en phase ou en fréquence une porteuse haute fréquence d'émission» En complément à la sélection temporelle offerte par le mode TDM, les liaisons simultanées sont effectuées, selon l'invention, sur des fréquences distinctes d'émission. Cette transmission est 30 dite IDM hybride c'est-à-dire à partage dans le temps et en fréquence. La réception à bord d'un aéronef peut ainsi être insensibilisée envers les signaux indésirables produit par l'effet multitrajet et dus aux communications pour lesquelles cette station n'est pas concernée. 35 La protection à, 1'encontre des signaux parasites dus à l'effet multibajet: est obtenue en tenant compte du laps de temps au cours duquel ces signaux sont reçus par l'aéronef au cours de chaque trame, et de la fréquence de transmission. COPY 71 12142 2135029 - D — Les caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit donnée -à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent : - la figure 1 : un schéma synoptique d'un système de télé-5 communication conforme à l'invention ; - la figure 2 : un schéma illustrant la production d'un phénomène d'interférences par effet multitrajet ; - les figures 3-A à 3-D : des courbes relatives au mode de transmission TDM et au principe de fonctionnement utilisé selon 10 l'invention î - la figure 4 : un schéma simplifié d'un récepteur de bord conforme à l'invention.; - la figure 5 : un schéma simplifié d'un émetteur au sol conforme à l'invention. 15 la présente invention concerne des systèmes de télécommunica tion du type représenté sur le schéma simplifié de la figure 1, dans lequel un satellite stationnaire est utilisé comme relais amplificateur entre une pluralité de stations comportant au moins une station au sol telle et plusieurs stations ,... A..,... A^, à 20 bord d'aéronefs en vol. Il est entendu que le positionnement des stations reste situé dans le cône de champ couvert depuis le satellite. Ce dernier est positionné à une altitude d'environ six fois le rayon terrestre et peut couvrir optiquement une aire importante du globe terrestre G- délimitant l'aire maximale d'exploitation. 25 L'éclairement de l'aire d'exploitation peut s'effectuer,depuis le satellite, de différentes manières selon les techniques d'émission utilisées. Ces techniques sont considérées en dehors du cadre de la présente invention et non décrites. La figure 2 illustre le phénomène d'interférences produit à la 30 réception à bord de l'aéronef par l'effet multitrajet. Les directions de propagation , R2 suivies par les ondes qui parviennent à un aéronef A^ d'une part, directement et d'autre part, après réflexion sur le plan d'horizon H, peuvent être considérées sensiblement parallèles compte tenu de l'éloignement du satellite et 35 de son altitude très importante comparée à celle Z de l'aéronef. L'onde de direction R2 es^ réfléchie sur le sol en et interfere en A. avec l'onde directe R^. Le laps de temps qui sépare un signal du signal écho est lié à la différence de trajet qui dépend de l'altitude Z de l'aéronef et de l'angle d'élévation E du satellite. BAD ORIGINAL^ C0I*Y . 71 12142 _4_ 2135029 Si Tp désigne ce laps de temps, L Z et E sont reliés par la formule 2Z gin E approchée —g , c étant la vitesse de la lumière, et 2Z sin E la différence de trajet égale à - A.O dans ce cas de figure ou, DgA.. + » dans le second cas de figure représenté 5 où le satellite est considéré à site "beaucoup plus élevé, l'approximation faite résulte de ce que les directions R,j, Rg ^es ondes sont considérées parallèles et que la portion de surface terrestre H est assimilée à un plan de réflexion spéculaire ou quasi-spéculaire. l'expérience prouve néanmoins que la valeur de est fournie avec 10 une grande précision dans ces conditions d'approximation. l'altitude Z des aéronefs varie dans une gamme limitée comprise par exemple entre une valeur minimale Z = 6 000 m et une valeur maximale = 12 000 m. D'autre part, l'angle d'élévation E du satellite varie, selon le positionnement de la station à. relier dans 15 le champ d'exploitation envisagé, entre une valeur minimale Eq par exemple 10° et une valeur maximale qui peut atteindre 90°. la durée est ainsi comprise entre deux valeurs Tq et égales, dans l'exemple numérique considéré, respectivement à 10>Us environ et 80JM-s environ. Il y a lieu de remarquer que les valeurs 20 de Tg supérieures à 45>*s correspondent à des sites supérieurs à environ 35° et, en conséquence, à des échos reçus après réflexion selon des sites inférieurs à 35° par le récepteur de l'aéronef. Or une antenne même de gain modeste peut déjà apporter une protection importante contre les rayonnements parasites reçus suivant ces 25 directions. la transmission s'effectue selon le mode multiplex à partage dans le temps ou "TDM", rappelé brièvement ci-après à l'aide de la figure 3-A. le signal pour chacune des liaisons est transmis au cours de trames successives de durée ï et est attribué à un créneau 30 de rang donné de la trame, cette dernière étant divisée en n créneaux autorisant n liaisons simultanées. Pour ce faire, le signal est préalablement traité selon des techniques connues utilisant l'échantillonnage sous forme d'impulsions, la codification digitale des impulsions et la compression temporelle. Ainsi, l'information 35 sous forme digitale transmise à chaque créneau correspond à un échantillon de durée T du signal original correspondant, la durée de la transmission T-g est généralement inférieure à celle du créneau qui est donnée par T pour une découpe régulière de la trame» n 71 12142 _5_ 2135029 Une particularité du procédé utilisé suivant l'invention, consiste à déterminer la durée de transmission et sa périodicité T de manière à s'affranchir des phénomènes d'interférences par effet multitrajet entre des signaux relatifs à la transmission 5 considérée. De manière plus précise, comme représenté sur la courbe 3-B, on considère une voie de transmission quelconque telle celle associée au créneau 1 de la trame j les émissions successives s'effectuent pour cette voie, depuis le satellite, par échantillon de durée Tj, à la cadence de trame I et sont reçues, à un décalage 10 temporel près, dans les mômes conditions à bord de l'aéronef auquel la liaison est attribuée. A l'instant tQ de début de réception d'un échantillon correspond la réception d'échos parasites entre l'instant t0 = t + Tn et un instant t + . A l'instant t* de c. o U 0 1 1 fin de réception de l'échantillon correspondent des échos parasites 15 localisés dans le temps entre t^ + et t^ = t^ + . En respectant la double condition que la durée ï-g de l'échantillon est inférieure à Iq et que, la durée de trame T est supérieure à , les échos de la transmission de voie considérée situés entre t_ et t,, 2 3 ne peuvent interférer avec les signaux utiles reçus directement. 20 A l'instant t2, la durée utile de réception Tj, du créneau est terminée et, la durée utile T-g du créneau suivant est postérieure à l'instant t^,et ainsi de suite. Une autre particularité du procédé utilisé consiste à utiliser des fréquences de transmission distinctes pour les différentes 25 voies phonies transmises respectivement au cours de créneaux successifs, de manière a pouvoir s'affranchir des phénomènes d'interférences éventuels par effet multitrajet entre les signaux utiles de la voie de transmission considérée reçus directement et des signaux parasites relatifs aux autres voies et reçus par réflexion. Les 30 signaux parasites dus aux autres liaisons sont situés dans des intervalles t^-t2 décalés respectivement d'un créneau au suivant, de T dans l'hypothèse d'une répartition temporelle régulière. A titre d'exemple, la courbe 3-D représente les signaux utiles et parasites de la voie 2 correspondant au deuxième créneau de la 35 trame et montre que durant l'intervalle utile de réception de la voie 1, des phénomènes d'interférences sont possibles entre des signaux parasites de la voie 2 résultant de la transmission de trame précédente et les signaux utiles de la voie 1 considérée. 71 12142 _6_ 2135029 L'attribution de bandes de fréquences distinctes aux différentes voies permet d'éliminer ces signaux parasites par filtrage à la réception. Les différentes conditions requises peuvent être obtenues par 5 transmission d'un signal TDM de durée de trame T supérieure ou au moins égale à Tj, + et comportant n échantillons ou "paquets" d'impulsions sur n fréquences différentes destinés à autant de stations. L'espacement des fréquence doit être déterminé en tenant compte d'une discrimination aisée à la réception par filtrage compte 10 tenu des altérations produites par les dérives et l'effet Doppler. La durée d'émission doit être inférieure à Ïq et également inférieure ou au plus égale à celle T d'un créneau. En considérant que 1'antenne1 de bord apporte une protection efficace pour les sites inférieurs à - 35° par exemple il est possi— 15 ble de choisir la durée T de trame inférieure à la valeur dans laquelle correspond notamment à la valeur maximale de l'angle E d'élévation, soit 90°. D'une autre façon, si le nombre de créneaux est important et que, la durée T de la trame est grande par rapport à la durée 20 T-g + T,j et est multiple de cette valeur, il est possible d'utiliser un nombre total de fréquences distinctes inférieur à celui n des créneaux. Si, par exemple, T = 2 ) et n pair,le nombre de fréquences peut être divisé par deux, la même fréquence pouvant être utilisé par des créneaux décalés de T-g + dans le temps. 25 Suivant -un autre aspect de l'invention, il est procédé à une élimination des signaux parasites reçus en dehors des durées utiles T-g soit, par blocage de l'entrée du récepteur en dehors des instants utiles, soit par traitement temporel des signaux reçus et rejet des informations situées en dehors des intervalles utiles. 30 La figure 4 représente un schéma simplifié d'un récepteur conforme à l'invention, installé à bord d'un aéronef. Les signaux reçus par un aérien 1 sont transposés en fréquence intermédiaire par un circuit mélangeur 2 recevant une fréquence locale d'un oscillateur 3. Celui-ci est, de préférence, constitué par un synthétiseur 35 de fréquences produisant les différentes fréquences locales de battement correspondant aux différentes fréquences de transmission de la trame. L'opérateur peut ainsi caler le récepteur du type hétérodyne à fréquences préréglées sur la fréquence de trafic qui 71 12142 J135029 - 7 - lui est attribuée par le programme de transmission en cours, cette fréquence pouvant être modifiée selon les besoins de l'exploitation. Le signal en fréquence intermédiaire est appliqué à un circuit filtre sélectif 4 éliminant les signaux parasites dus aux autres liaisons 5 puis,amplifié dans un circuit 5 avant détection en 6. Le circuit 6 restitue par démodulation le signal digital de l'échantillon. Ce signal est appliqué à un circuit de traitement et d'exploitation 7« La protection envers les signaux échos de la liaison attribuée s'effectue par sélection temporelle des signaux reçus, pendant les 10 durées utiles cycliques de réception tQ à t^ (figure 3-B). Un circuit 8, tel un circuit synchroniseur de bits élabore à partir du signal démodulé et, par discrimination d'amplitude des signaux utiles et des signaux échos, un signal de sélection temporelle. Ce signal peut avoir la forme indiquée sur la figure 3-C et est consti-15 tué de fenêtres cycliques centrées sur les durées utiles cycliques de réception. La largeur de la fenêtre est déterminée sensiblement égale à T-g ou légèrement supérieure à cette valeur selon la valeur adaptée pour la durée de trame I; Le signal de sélection peut être utilisé comme représenté pour commander un circuit de commutation 9 20 qui bloque le récepteur en dehors des intervalles de temps des fenêtres. Le circuit de commutation peut selon une autre version être placé en un autre endroit de la chaîne réception, par exemple entre l'amplificateur 5 et le circuit détecteur 6» Une autre solution consiste à appliquer le signal de sélection au circuit de traitement 25 7 pour effectuer le rejet dos signaux indésirables» La figure 5 représente un schéma simplifié de la partie émission pouvant équiper, selon l'invention, une station fixe au sol qui rayonne en direction du satellite relais. Un synthétiseur de fréquence 10 produit pour chaque fréquence de transmission un sous-harmoni-30 que de cette fréquence soit, f1, f2, f^, en considérant à titre de simplification un nombre de liaisons et de créneaux égal à 4. Ces signaux sont appliqués respectivement à un modulateur de phase 11, 12, 13 et 14. Les signaux de voies phonies à traiter sont traduit sous forme digitale en un train d'impulsions délivré en 35 sortie d'un ensemble de traitement 15. Ce train comporte autant de paquets ou échantillons distincts qu'il y a de oxéneaux et est appliqué simultanément aux circuits portes 16 à 19. Ceux-ci sont déclenchés successivement à l'ouverture au cours des créneaux successifs 71 12142 2135029 - 8 - de manière à transmettre au modulateur associé l'échantillon correspondant à la voie considérée. Cette coordination temporelle est obtenue par un circuit de commande 20,du type registre,piloté par des signaux de synchronisation trame et créneau. Les porteuses 5 intermédiaires f^ à f. sont modulées en phase durant respectivement ? un creneau au cours de chaque trame et appliquées ensuite à des ensembles amplificateurs-multiplicateurs de fréquence 21 à 24. La transposition en fréquence s'effectue à la fréquence d'émission, ï\| à Le rejet du signal de chaque voie en dehors de la durée 10 utile ï-g de modulation s'effectue par des circuits de commutation 25 à 28 commandés en synchronisme et dans le même ordre que les circuits porte 16 à 19» Un circuit de couplage 29 regroupe les différentes sorties en une sortie unique alimentant un amplificateur haute-fréquence 30 tel un tube à ondes progressives connecté à un: 15 aérien 31 délivrant un pinceau fin de forte directivité orienté vers le satellite# La réalisation des différents circuits entrant dans la composition d'un récepteur de bord selon la figure 4 ou d'un émetteur au sol selon la figure 5, fait appel à des techniques connues et, 20 par suite, non décrites dans le détail dans la présente invention» 71 12142 "9" 2135029 REVENDICATIONS l . -frocéde de télécommunication par satellite actif stationnaire avec des stations à bord d'aéronefs en vol, utilisant un modo de transmission multiplex avec partage dans le temps du type "T D M" (Time Division Multiplex), la transmission étant constituée de tra-5 mes successives de même durée divisées chacune régulièrement en n intervalles dits créneaux, chaque créneau de rang donné étant affecté à une liaison déterminée selon le programme de transmission en cours et transportant une fraction comprimée temporellement du message correspondant à la liaison concernée, la transmission 1O permettant au plus n liaisons simultanées vers n stations réceptrices, caractérisé en ce que la durée (T) minimale de la trame et la durée (TE) maximale de transmission d'un créneau sont déterminés en sorte que, pour chaque liaison, la réception indirecte à bord d'un aéronef par effet multitrajet d'un créneau considéré à lieu 15 dans l'intervalle situé entre la fin de réception directe dudit créneau et le début de réception directe du créneau suivant de la liaison concernée, la plage maximale dudit intervalle étant prédéterminée en tenant compte des variations de l'altitude (Z) en vol des aéronefs et de l'angle d'élévation (E) du satellite ; des 20 fréquences porteuses de transmissions distinctes étant attribuées aux différentes liaisons en sorte de distinguer les signaux par filtrage à la réception à bord d'aéronef ; ôhaquo. réception à bord étant annihilée en dehors des intervalles de temps correspondant à la réception directe des échantillons successifs de la liaison con-25 cernée. 2. Procédé de télécommunication par satellite stationnaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de trame est un multiple entier supérieur ou égal à 2 de l'intervalle- de temps (Tg + T 71 12142 » 2135029 -location 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur au sol rayonnant vers le satellite un signal multiplex à partage dans le temps et en fréquence du type "T D M hybride" 5 un récepteur à "bord de chaque aéronef, du type hétérodyne à fréquence préréglées et pour-5 vus de moyens de filtrage spectral et de moyens de sélection temporelle des signaux utiles de réception, lesdits moyens de sélection comportant, un circuit synchroniseur (8) élaborant un signal de commande à partir du signal de sortie des circuits de détection (6),et un circuit de commutation (9) interposé sur la châî-10 ne de réception en amont desdits circuits de détection (6), ledit signal de commande étant appliqué audit circuit de commutation ainsi qu'à des circuits de traitement et d'exploitation (7) du signal détecté.