Brevet FR2697700A1 — publié le 19940506

Dispositif de correction d'un décalaae de fréquence dû à l'effet Doppler dans un système de transmission La présente invention concerne un dispositif de correction d'un décalage de fréquence dû à l'effet Doppler dans un système de transmission. Dans les systèmes de transmission considérés, un émetteur transmet un signal à destination d'un récepteur, ces deux éléments étant en mouvement relatif Il en est ainsi, par exemple, dans un système de transmission par10 satellite lorsque l'émetteur ou le récepteur placé dans un satellite est en communication avec un équipement terrestre, pour autant que ce satellite soit mobile par rapport à la terre, c'est-à-dire qu'il ne soit pas en orbite géostationnaire Le signal transmis qui se présente sous la15 forme d'une onde porteuse modulée est soumis à l'effet Doppler, phénomène connu de l'homme du métier qui ne nécessite donc pas de développement supplémentaire Il en résulte un décalage de fréquence sur l'onde porteuse selon qu'elle est mesurée à l'émetteur ou au récepteur Ce20 décalage, vu du récepteur qui en ignore l'existence, se traduit par un déplacement apparent de la fréquence de l'onde porteuse sur laquelle ce récepteur doit s'accorder, ce qui a pour effet de dégrader la qualité du signal transmis Il est donc nécessaire de corriger ce décalage de25 fréquence Tant que celui-ci reste limité, un dispositif classique d'asservissement de fréquence présent dans le récepteur tel qu'une boucle à verrouillage de phase permet une correction efficace Par contre, lorsque le décalage de fréquence est important, ce qui est le cas notamment dans30 les systèmes de radiocommunications par satellite, le dispositif connu nécessaire à la correction est nettement plus complexe et, partant, plus coûteux; on citera à titre d'exemple la double boucle à verrouillage de phase dont l'homme du métier connaît la difficulté de mise au point.35 La présente invention à ainsi pour but un dispositif de correction d'un décalage de fréquence dû à l'effet Doppler qui s'adapte dans un système de transmission o le récepteur est prévu pour compenser des variations limitées de la fréquence de l'onde porteuse Pour la clarté de l'exposé, on assimilera maintenant l'onde porteuse et le 5 signal transmis. Le dispositif de correction d'un décalage de fréquence dû à l'effet Doppler s'applique dans un système de transmission o un signal est transmis dans un lobe d'émission entre un émetteur et un récepteur en mouvement10 relatif Le décalage de fréquence qui est la différence entre les fréquences du signal transmis mesurées au récepteur et à l'émetteur se présente comme la somme d'une fréquence centrale caractéristique du lobe d'émission et d'une fréquence de position fonction de la position du15 récepteur dans le lobe d'émission selon l'invention, le dispositif comprend des moyens pour accorder le récepteur qui présente une fréquence d'accord de sorte que cette fréquence d'accord soit égale à la somme de la fréquence émise et de la fréquence centrale. Ainsi,-,le dispositif d'asservissement de fréquence du récepteur est considérablement simplifié. De plus, de manière avantageuse, la fréquence centrale vaut sensiblement la demi-somme des valeurs extrêmes que peut prendre le décalage de fréquence dans le lobe25 d'émission. Selon un premier mode de réalisation, les moyens pour accorder le récepteur imposent à l'émetteur une fréquence d'émission égale à la fréquence d'accord du récepteur diminuée de la fréquence centrale.30 Le dispositif de correction étant donc disposé dans l'émetteur, le récepteur ne nécessite pas de moyens spécifiques. Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens pour accorder le récepteur lui imposent comme fréquence d'accord la fréquence d'émission de l'émetteur augmentée de la fréquence centrale. Dans ce cas, les moyens de l'invention sont disposés non plus dans l'émetteur mais dans le récepteur. Selon un troisième mode de réalisation, les moyens pour accorder le récepteur se composent d'un premier module disposé dans l'émetteur et d'un deuxième module disposé dans le récepteur, l'un de ces modules au moins présentant une capacité de correction inférieure à la fréquence centrale, le système de transmission étant prévu pour répartir la correction du décalage de fréquence entre ces deux modules.10 Dans ce cas, les moyens de l'invention sont partagés entre l'émetteur et le récepteur et, d'ailleurs, l'invention vise séparément chacun de ces modules. En outre, l'invention s'applique également dans un équipement prévu pour une communication bidirectionnelle au moyen d'un signal pour chaque sens de communication Un tel équipement comprend un dispositif comme précisé ci-dessus pour chacun de ces signaux. L'invention apparaîtra de manière plus précise dans le cadre de la description de modes de réalisation donnés à titre d'exemple en référence aux figures annexées qui représentent: la figure 1, un repère lié à un satellite dans lequel figure un équipement terrestre, la figure 2, la projection de plusieurs lobes d'émission correspondant à divers émetteurs situés dans le satellite. On considère dans un premier temps qu'un satellite S est pourvu d'un émetteur qui émet un signal radio à destination d'un récepteur R intégré dans un équipement30 terrestre On peut alors définir, comme représenté dans la figure 1, un repère orthogonal lié au satellite Sxyz o l'axe Sx donne le sens de déplacement du satellite, l'axe Sy représente la verticale dirigée vers le centre de la terre et, par conséquent, l'axe Sz est la normale au plan Sxy de35 sorte que le repère ainsi formé soit un trièdre direct La droite SR reliant le satellite au récepteur est alors complètement définie au moyen de deux angles, le premier angle e entre Sz et la projection de SR sur le plan Szx et le deuxième angle D entre Sy et SR. Un signal transmis par le satellite S, est soumis au niveau du récepteur à un décalage en fréquence Af qui est déterminé par la fréquence du signal émis fe, la vitesse du satellite et les deux angles e, c" identifiant la droite SR. Ainsi la fréquence du signal reçu fr est la somme de la fréquence du signal émis fe et du décalage de fréquence Af10 fr = fe + Af. Par ailleurs, on convient couramment de nommer lobe d'émission la zone de couverture d'un émetteur, c'est-à-dire l'ensemble des points de l'espace o un récepteur peut recevoir le signal transmis par cet émetteur Il apparaît15 ainsi que pour un lobe d'émission donné le décalage de fréquence Af varie dans un intervalle borné par une valeur minimale Afmin et une valeur maximale Afmax. Ces deux valeurs extrêmes dépendent uniquement du système de transmission, à savoir la fréquence du signal transmis, la vitesse du satellite et le lobe d'émission défini comme une fonction des angles e et c D précédemment identifiés; elles ne dépendent pas de la position du récepteur dans le lobe d'émission. On peut définir une grandeur caractéristique du lobe d'émission, grandeur égale à la demi-somme des valeurs extrêmes Afmin et, Afmax du décalage de fréquence Cette grandeur elle aussi dépend uniquement du système de transmission et l'invention consiste précisément à supprimer son effet en décalant l'émetteur ou le récepteur d'une30 fréquence équivalente à cette grandeur Dans la pratique, on choisira une fréquence centrale fc qui, pour diverses raisons, ne sera peut-être pas exactement égale à la demi- somme des valeurs extrêmes Afmin, Afmax, mais qui en sera proche En effet, il faut souvent satisfaire à certaines35 contraintes techniques, ne serait- ce qu'au pas de quantification d'un synthétiseur de fréquence, par exemple. Le point important est que cette fréquence centrale fc caractéristique du lobe d'émission permette de réduire au minimum la correction de fréquence nécessaire pour toutes les positions du récepteur dans ce lobe Autrement dit, le 5 décalage de fréquence Af peut s'analyser comme la somme d'une fréquence centrale fc indépendante du récepteur et d'une fréquence de position fp fonction de la position du récepteur dans le lobe d'émission, la fréquence centrale étant choisie de sorte que la correction qui porte sur la seule fréquence de position fp soit la plus réduite possible: Af = fc + fp Selon un premier mode de réalisation, le décalage de fréquence est corrigé dans l'émetteur Le récepteur étant prévu pour recevoir un signal à une fréquence d'accord fa, le signal transmis est émis à une fréquence d'émission fe égale à la fréquence d'accord fa diminuée de la fréquence centrale fc: fe = fa fc Il s'ensuit que la fréquence de réception fr vaut: fr = fa + fp L'erreur à corriger sur la fréquence est bien limitée à la fréquence de position fp qui elle aussi évolue entre deux bornes fpmint fpmax* L'invention s'applique naturellement dans le cas général o le satellite comporte plusieurs émetteurs associés chacun à un lobe d'émission. A titre d'exemple, un satellite d'une altitude de l'ordre de 1300 kms émettant à une fréquence voisine de 1,5 G Hz produit au moyen de cinq émetteurs, cinq lobes d'émission Ll, L 2, L 3, L 4, L 5 dont la projection sur la surface terrestre est schématisée dans la figure 2 Les différentes données du système de transmission figurent dans le tableau suivant:35 lobe Afmin Afmax fc fpmin fpmax L 1 -30 k Hz -10 k Hz -20 k Hz -10 k Hz + 10 k Hz L 2 -10 k Hz + 10 k Hz O -10 k Hz + 10 k Hz L 3 + 10 k Hz + 30 k Hz + 20 k Hz -10 k Hz + 10 k Hz L 4 -15 k Hz - 3 k Hz -9 k Hz -6 k Hz + 6 k Hz L 5 O 18 k Hz 9 k Hz -9 k Hz + 9 k Hz Dans ce cas, un récepteur qui doit fonctionner dans l'un quelconque des lobes d'émission doit corriger un décalage s'étendant de fpmin à fpmax c'est-à-dire de -10 k Hz 5 à + 10 k Hz tandis que sans le dispositif de l'invention le décalage à corriger s'étendrait de -30 k Hz à + 30 k Hz. I 1 va sans dire que l'invention présente un intérêt seulement si la fréquence centrale fc est différente de zéro Cependant, si cette fréquence peut être nulle, elle le10 sera seulement dans un lobe et il faut considérer le cas des autres lobes. Jusqu'à présent il a été considéré que l'émetteur était dans le satellite et que le récepteur était dans un équipement terrestre Par équipement terrestre on entend un équipement fixe ou mobile, comme un véhicule par exemple, pourvu que la vitesse de déplacement de cet équipement par rapport à la terre soit faible en comparaison de celle du satellite par rapport à la terre I 1 va sans dire que la solution proposée est parfaitement symétrique et qu'elle20 s'applique si l'émetteur est dans l'équipement terrestre et le récepteur dans le satellite. Selon un second mode de réalisation, le décalage de fréquence est corrigé non pas dans l'émetteur mais dans le récepteur Le système de transmission est ainsi conçu que le25 récepteur connaisse la valeur de la fréquence centrale fc du lobe d'émission dans lequel il se trouve Connaissant naturellement la fréquence d'émission fe du signal transmis, il calculera alors sa fréquence d'accord comme la somme de la fréquence d'émission fe et de la fréquence centrale fc:30 fa = fe + fc Le moyen de communiquer la fréquence centrale au récepteur est à la portée de l'homme du métier et ne sera pas plus développé on précisera simplement que la fréquence centrale d'un lobe particulier aura pu être communiquée lors 5 du séjour dans le lobe d'émission précédent ou bien qu'au début de la réception, le récepteur essaie de s'accorder avec différentes valeurs de la fréquence centrale jusqu'à ce qu'il en obtienne une qui permette l'accord. Dans ce mode de réalisation également la solution est symétrique et s'applique que l'émetteur soit dans le satellite et le récepteur dans l'équipement terrestre ou bien que la disposition soit inversée. De plus, l'invention s'applique également dans le cas général d'une communication bidirectionnelle, c'est-à-dire lorsque un équipement pourvu d'un émetteur et d'un récepteur est en communication respectivement avec un récepteur et un émetteur d'un autre équipement L'effet Doppler affecte dans ce cas les signaux transmis par l'un et l'autre des équipements Il faut donc prévoir un dispositif de correction de décalage de fréquence pour chaque signal transmis. Une solution avantageuse consiste à disposer les deux dispositifs de correction dans le même équipement, ce qui permet de simplifier l'autre équipement en conséquence.25 Il a été admis jusqu'à présent que le dispositif de correction de décalage de fréquence prenait la forme d'un module unique disposé soit dans l'émetteur, soit dans le récepteur Il s'agit là d'une simple forme de présentation et non pas de la consistance de l'invention En effet, pour30 les raisons les plus diverses, on peut tout à fait envisager que le dispositif de l'invention soit décomposé en deux modules complémentaires disposés le premier dans l'émetteur et le second dans le récepteur Dans ce cas, chaque module doit se charger d'une partie de la correction de sorte que35 la correction globale corresponde toujours à la fréquence centrale. on prendra pour exemple la configuration suivante. L'émetteur est disposé dans l'équipement terrestre et peut appliquer comme correction maximale une fréquence de modification f, au moyen du premier module On peut alors 5 décomposer la fréquence centrale fc à corriger comme la somme de cette fréquence de modification f, et d'une fréquence de compensation f 2 si toutefois la fréquence centrale est supérieure à la fréquence de modification. Le système de transmission est ainsi prévu que si la fréquence centrale est inférieure à la fréquence de modification, il commande le premier module afin qu'il applique une correction égale à la fréquence centrale et, dans ce cas, le second module est inopérant Par contre, si la fréquence centrale est supérieure à la fréquence de15 modification, le système de transmission commande le premier module de sorte qu'il applique un correction valant la fréquence de modification et le second module afin qu'il applique une correction valant la fréquence de compensation. Pratiquement, on peut agencer le système de transmission pour qu'il requière dans tous les cas une correction égale à la fréquence centrale du premier module. Celui-ci présentant une plage de correction limitée, ne pourra, en tout état de cause appliquer une correction supérieure à la fréquence de modification Ce point peut,25 par exemple, faire l'objet d'une spécification ou d'une noramlisation Ainsi, le système de transmission connaissant la fréquence centrale et la fréquence de modification commandera le second module si celle-là est supérieure à celle-ci pour qu'il applique une correction valant la30 fréquence de compensation, alors que dans le cas contraire il ne requièrera aucune correction de la part du second module. Cet agencement donné à simple titre d'exemple établit bien qu'il est possible de répartir le dispositif de correction pour partie dans l'émetteur et pour partie dans le récepteur Cette solution peut présenter un intérêt notamment si l'émetteur présente une capacité de correction limitée, ceci pour satisfaire à des contraintes d'encombrement, de coût, ou de toute autre nature. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de correction d'un décalage de fréquence dû à l'effet Doppler dans un système de transmission o un signal est transmis dans un lobe d'émission entre un émetteur (S)5 et un récepteur (R) en mouvement relatif, ledit décalage de fréquence (Af) qui est la différence entre les fréquences dudit signal transmis mesurées audit récepteur (fr) et audit émetteur (fe) se présentant comme la somme d'une fréquence centrale (fc) caractéristique dudit lobe d'émission et d'une fréquence de position (fp) fonction de la position dudit récepteur (R) dans ledit lobe d'émission, comprenant des moyens pour accorder ledit récepteur (R) qui présente une fréquence d'accord (fa) de sorte que cette fréquence d'accord (fa) soit égale à la somme de ladite fréquence15 émise (fe) et de ladite fréquence centrale (fc) 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fréquence centrale (fc) vaut sensiblement la demi-somme des valeurs extrêmes que peut prendre ledit décalage de fréquence (Af) dans ledit lobe d'émission.20 3/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour accorder ledit récepteur (R) imposent audit émetteur (S) une fréquence d'émission (fe) égale à la fréquence d'accord (fa) dudit récepteur (R) diminuée de ladite fréquence centrale (fc)25 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour accorder ledit récepteur (R) lui imposent comme fréquence d'accord (fa) la fréquence d'émission (fe) dudit émetteur (S), augmentée de ladite fréquence centrale (fc).30 5/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour accorder ledit récepteur (R) se composent d'un premier module disposé dans ledit émetteur (S) et d'un deuxième module disposé dans ledit récepteur (R), l'un desdits modules au moins35 présentant une capacité de correction inférieure à ladite fréquence centrale (fc), ledit système de transmission étant il prévu pour répartir ladite correction du décalage de fréquence entre ces deux modules. 6/ Premier module tel que défini dans la revendication 5. 7/ Deuxième module tel que défini dans la revendication 5. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'il est placé dans un équipement de radiocommunication mobile par satellite. 9/ Module selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est placé dans un équipement de radiocommunication mobile par satellite. / Equipement pour une communication bidirectionnelle au moyen d'un signal pour chaque sens de communication comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 pour chacun de ces signaux. 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