Brevet FR2700649A1 — publié le 19940722

Procédé et dispositifs de transmission d'informations, notamment par satellite L'invention concerne les techniques de transmission, dans un but de communication, éventuellement de localisation. On sait relayer par satellite une liaison bidirectionnelle (figure 1) entre différentes stations (A, Bi, B 2) de la surface terrestre ou sol La liaison de la station principale A vers les stations secondaires Bi peut être une liaison à bande étroite, et de forte puissance En sens inverse, des stations secondaires Bi vers la station maîtresse A, il est préférable d'utiliser une liaison à large bande: sous réserve d'un codage approprié, une liaison à large bande permet une communication simultanée des stations secondaires Bi vers la station principale A. A bord du satellite est installé un répéteur qui doit assurer la transmission convenable des signaux dans les deux bandes. Classiquement, ce répéteur assure l'amplification séparément pour chacune des bandes c Qncernées. Quoique susceptible de fonctionner, cette solution n'est pas entièrement satisfaisante, pour différentes raisons L'une de ces raisons réside en ce que la puissance d'alimentation électrique disponible à bord d'un satellite est nécessaire- ment limitée Or, si la liaison à bande étroite peut faire l'objet d'une amplification à haut rendement (donc non linéaire), en revanche il ne peut manifestement pas en être de même pour la liaison à large bande Un compromis est donc à trouver entre le gain d'amplification et la puissance électrique disponible. En second lieu, le fait d'amplifier séparément à bord du satellite les signaux des deux liaisons respectivement à bande étroite et à large bande entraîne un doublement de certaines fonctions; ceci n'est pas souhaitable, car, plus la structure du satellite est complexe, plus délicates sont sa mise au point et sa maintenance. La présente invention vient résoudre ces problèmes. L'invention, qui peut être définie sous forme de procédé ainsi que de dispositifs, part de l'observation qu'il est possible de réaliser un multiplexage qui conserve l'essentiel des informations à transmettre, tout en permettant une simplification de la structure du répéteur. Le procédé proposé est du type dans lequel un organe relais ou répéteur reçoit des signaux de haute fréquence modulés situés dans deux bandes de fréquences différentes, pour les retransmettre à la station principale et au moins une station secondaire. Selon l'invention, le répéteur retransmet un signal multi- plexé résultant d'une modulation en phase Les signaux "modulants" sont tirés de ceux qui portent la modulation à large bande Ce qui est modulé est le signal à bande étroite reçu (pseudo-porteuse) Les stations utilisatrices reçoivent ce signal multiplexé Elles en extraient par filtrage la pseudo-porteuse modulée en bande étroite Enfin, notamment dans le cas de la station principale A, celle-ci est utilisée pour démoduler en phase le signal multiplexé afin de recou- vrer les signaux qui portent la modulation en large bande. Ceci convient bien (mais non exclusivement) au cas o l'organe relais est un satellite terrestre, les liaisons s'effectuant par voie hertzienne Comme déjà indiqué, la bande étroite véhicule des signaux de forte puissance entre une station principale au sol et au moins une station secondaire au sol, tandis que la bande large véhicule des signaux de puissance plus faible entre la ou les stations secondaires et ladite station principale. Un répéteur classique de satellite comprend: des moyens amplificateurs de réception haute fréquence, associés à une première antenne, pour recevoir des signaux de haute fréquence modulés, situés d'une part dans une bande étroite de fréquence, d'autre part dans une bande large de fréquence, des moyens de traitement des signaux reçus, et des moyens amplificateurs d'émission associés à une seconde antenne pour réémettre des signaux traités conservant les informations desdites modulations. Selon l'invention, les moyens de traitement de ce répéteur comprennent des moyens de filtrage pour séparer les signaux de bande étroite et des signaux de large bande, des moyens pour effectuer un changement de fréquence choisi sur les signaux de large bande, et un modulateur en phase des signaux de bande étroite par les signaux de large bande après leur changement de fréquence; les moyens amplificateurs d'émission se voient alors appliquer les signaux multiplexés issus de la modulation de phase. Selon un aspect intéressant de l'invention, les moyens amplificateurs d'émission peuvent alors comprendre un amplificateur haute fréquence de puissance non linéaire et à haut rendement, qui traite globalement le signal multiplexé, sans altérer sensiblement les caractéristiques de la trans- mission. De préférence, le changement de fréquence choisi, évoqué plus haut, est ajusté pour préserver un intervalle fréquentiel de garde entre la pseudo-porteuse et sa modulation de phase. L'invention propose aussi un récepteur susceptible de coopérer avec un tel répéteur, et du type comprenant des moyens de réception haute fréquence associés à une antenne pour recevoir les signaux traités, conservant les informa- tions des modulations initiales, des moyens de traitement pour recouvrer les informations relatives à la modulation dans l'une au moins des deux bandes (selon que le récepteur est installé sur la station principale ou sur les stations secondaires). Selon l'invention, les moyens de traitement d'un tel récep- teur comprennent un filtre pour extraire la pseudo-porteuse du signal multiplexé reçu, et un démodulateur, par cette pseudo-porteuse, du signal multiplexé reçu, ce qui fournit des signaux portant les informations contenues dans la modulation des signaux à large bande Pour sa part, la modulation des signaux à bande étroite peut être recouvrée sur la pseudo-porteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma montrant la communication entre différentes stations au sol et un répéteur sur satellite; les figures l A et 1 B montrent la séparation connue entre les fonctions d'émission et de réception des stations au sol; la figure 2 est un schéma de principe (les fréquences étant indicatives) du traitement selon l'invention au niveau du répéteur, tandis que la figure 2 A est un schéma détaillé d'un exemple de structure de répéteur; la figure 3 est un schéma de principe du traitement effectué à bord d'un récepteur au sol, tandis que la figure 3 A est un schéma détaillé d'un tel récepteur; et les figures 4 A à 4 C sont des diagrammes fréquentiels utiles à la compréhension de l'invention. Certaines caractéristiques de l'invention ne peuvent être représentées que par les dessins En conséquence, les dessins annexés, qui sont pour l'essentiel de caractère certain, sont à considérer comme incorporés à la présente description Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre celle-ci, mais aussi contribuer à la définition de l'inven- tion, le cas échéant. Sur la figure 1, un répéteur R est installé à bord d'un satellite Il possède une antenne de réception RRA, et une antenne d'émission RTA, toutes deux convenablement orientées pour éclairer une zone déterminée de la surface terrestre (ou sol). Au sol, une station maîtresse A possède une antenne AA De façon connue, l'antenne AA est partagée, à l'aide d'un duplexeur ou circulateur AD, entre des fonctions d'émission AE et des fonctions de réception AR. Des stations secondaires Bl et B 2 (génériquement Bi) possè- dent aussi une antenne, avec la même structure générale que pour la station maîtresse, comme illustré sur la figure 1 B. La station A émet un signal de forte puissance et à bande étroite en direction de l'antenne RRA Ce signal est transmis à travers le répéteur R jusqu'à l'antenne RTA, qui restitue le signal en question éventuellement avec décalage de fréquence) aux stations secondaires Bi En sens inverse, les stations Bi, qui peuvent émettre simultanément, adressent des signaux à large bande à l'antenne RRA; le répéteur retransmet ces signaux à l'antenne RTA, qui les adresse à l'antenne AA de la station principale A. Jusqu'à présent, les solutions considérées pour la réalisa- tion du répéteur R consistent simplement en une amplification sur deux voies parallèles, respectivement pour la bande étroite et la bande large. Il en résulte les problèmes déjà indiqués. En particulier, la liaison à bande étroite peut faire l'objet d'une amplification non linéaire, donc à haut rendement Par contre, à cause de la présence de plusieurs signaux simulta- nés, l'autre liaison doit nécessairement faire l'objet d'une amplification linéaire, dont le rendement est bien moindre; l'amplification de la voie à large bande exerce donc une ponction substantielle sur l'alimentation électrique disponi- ble à bord du satellite, ce qui crée un problème sur lequel il est inutile de s'étendre. Enfin, à cause de la place limitée disponible à bord des satellites, il est délicat d'éviter une intermodulation des deux émissions du répéteur, d'autant plus qu'une seule antenne réémet pour les bandes de fréquences étroites et larges concernées, qui sont souvent relativement proches l'une de l'autre. Dans une application particulière (figure 4 A), la bande large BL s'étend entre environ 148 et 148,35 M Hz, tandis que la bande étroite BE s'étend entre 149,96 et 150,04 M Hz On note Fe la fréquence centrale de la bande étroite, dont on rappelle qu'elle est modulée par les informations provenant de la station A Cette modulation à bande étroite peut être du type dit "BFSK" (Binary Frequency Shift Keying), pour "codage par décalage de fréquence". Les informations allant des stations Bi vers la station A sont transmises avec étalement de spectre, ce qui peut s'obtenir de différentes manières L'une de celles-ci consiste à accroître le débit d'information à l'aide d'un code pseudo-aléatoire particulier, et à réaliser une modula- tion de phase sur une fréquence porteuse appropriée Ceci est habituellement nommé "CDMA" (Code Division Multiple Access), pour "accès multiple à répartition par codage" Est également envisageable la technique dite "FDMA" (Frequency Division Multiple Access), pour "accès multiple à répartition fréquen- tielle". En tout cas, selon les réalisations connues, le répéteur de la figure 1 comporte deux voies séparées pour amplifier et renvoyer d'une part le signal appartenant à la bande de fréquence étroite, d'autre part les signaux appartenant à la bande large. Il sera maintenant procédé à la description du répéteur selon l'invention, en référence à la figure 2 pour les principes de l'invention, et à la figure 2 A pour un exemple de réalisation détaillé. L'antenne RRA est reliée à un amplificateur de réception haute fréquence RR, qui peut être de type connu Après un filtre d'antenne RRAF, et un amplificateur RRHA dans la bande de réception, il est prévu un mélangeur RRM avec un signal local de fréquence Fe-FO Un filtre RRMF sélectionne le battement inférieur, et l'applique à un amplificateur moyenne fréquence RRMA. La bande étroite et la bande large sont respectivement séparées ensuite par les filtres 22 et 32, qui marquent le début des circuits de traitement RP du répéteur selon l'invention Ils peuvent être précédés d'amplificateurs respectifs 20 et 30 (figure 2). La sortie du filtre 22 est par exemple égale à la fréquence F O +/ 40 k Hz (la fréquence centrale Fe de la bande étroite BE de la figure 4 A devient F O après le changement de fré- quence effectué en RRM) Après ce filtre 22 est prévu un dispositif d'ajustement de niveau 24 qui peut être un étage à commande automatique de gain, ou plus simplement un limiteur. En partie basse, la sortie du filtre 32 est appliquée à un mélangeur 34 qui reçoit une fréquence FO-Fl, et est suivie d'un filtre du battement inférieur 36. La sortie du limiteur 24 constitue la première entrée (signal à moduler) d'un modulateur de phase 26 La sortie du filtre 36 est appliquée comme signal modulant au modulateur de phase 26 Celui-ci est suivi d'un filtre 27. En pratique, c'est au niveau de l'un et/ou l'autre des filtres 32 et 36 que vont s'exercer les fonctions de filtrage des signaux indésirables et de commande automatique de gain qu'il est parfois nécessaire d'incorporer dans un tel répéteur En outre, les signaux de télémesure TM peuvent être ajoutés au niveau d'un additionneur 38 placé après le filtre 36 (figure 2). La fréquence Fl utilisée pour le mélangeur 34 est déterminée de sorte que la bande de fréquence en sortie du filtre 36 (éventuellement de l'additionneur 38) s'étende par exemple de à 450 k Hz, pour exciter convenablement le modulateur de phase 26. Comme l'illustre la figure 4 B, les changements de fréquence RRM et 34 ont pour effet de ramener la bande large MBL assez près de la fréquence zéro Dans le seul but explicatif, on a également fait figurer sur la figure 4 B la largeur de bande de la modulation MBE (rapportée à la fréquence Fe au niveau des ondes électromagnétiques, et à F O à l'entrée du modula- teur de phase 26). L'allure spectrale de la sortie du modulateur de phase 26 est illustrée sur la figure 4 C Autour de la fréquence F 0, la modulation MBE de la figure 4 B crée une pseudo-porteuse PP, dont le régime de modulation est celui qui a été choisi pour l'émission de la station A, en bande étroite. Il est important de noter que ce n'est pas la fréquence F O mais l'ensemble de la pseudo-porteuse, c'est-à-dire cette fréquence F O et sa modulation de type MBE qui est à son tour modulée en phase par la modulation MBL de la figure 4 B. Il en résulte deux bandes latérales MBL 1 et MBL 2, dont l'allure générale est donnée sur la figure 4 C. Globalement, la partie principale du spectre d'émission peut être confinée sur une bande globale BGL d'environ 1 M Hz. Il existe de part et d'autre des résidus de modulation, à un niveau beaucoup moins élevé. A titre d'exemple, on prend le cas o les bandes de fréquence sont celles indiquées plus haut. Il s'est avéré possible de conserver un rapport de puissance satisfaisant entre les signaux de la bande étroite et ceux de la bande large, en choisissant un indice de modulation pour la modulation de phase 26 d'environ 0,4 radian efficace (RMS). A partir de là, et malgré l'existence d'une large bande à transmettre, il devient possible d'utiliser la sortie du modulateur de phase 26 pour alimenter (figure 2) un amplifi- cateur 28 de type non linéaire à rendement très élevé, par exemple un amplificateur opérant en classe E, qui délivre une puissance de l'ordre de 40 watts. Dans un mode de réalisation détaillé (figure 2 A), l'amplifi- cateur 28 fait partie de moyens amplificateurs d'émission RT du répéteur, qui comprennent un mélangeur de transposition inverse RTM à partir du signal local FS-FO, puis un filtre 27 de mélange, qui alimente l'amplificateur 28, et enfin le filtre RTAF qui alimente l'antenne RTA. Très avantageusement, la limite inférieure de la bande MBL sur la figure 4 B est placée pour qu'il subsiste un intervalle de fréquence de taille adéquate entre celle-ci et ce qui relève de la pseudo-porteuse PP. Bien que cet intervalle de garde soit à définir selon les applications, la Demanderesse estime actuellement que, dans les conditions de détail ici prévues, l'intervalle de fréquence doit être de 60 k Hz. Il est maintenant fait référence à la figure 3 pour le schéma de principe d'une station au sol, et à la figure 3 A pour son schéma détaillé. On considère tout d'abord qu'il s'agit de la station princi- pale A. L'antenne AA est reliée à un récepteur haute fréquence AR, qui comporte un filtre d'antenne AAF, un amplificateur haute fréquence AAHA, un mélangeur AAM par un signal local FS-F 2, un filtre du battement inférieur AAMF (F 2 +/ 500 k Hz), et un amplificateur moyenne fréquence AAMA. La sortie de l'amplificateur AAMA est reliée à des moyens de traitement AP, o une première voie est définie par un filtre qui isole la pseudo-porteuse PP, tandis qu'une deuxième voie commence par un circuit de retard 60, capable d'appli- quer aux signaux un retard pur sensiblement égal au temps de transit des signaux dans le filtre 50. La sortie du filtre 50 fournit la pseudo-porteuse qui peut être appliquée à des circuits de démodulation DEMA utilisés classiquement pour démoduler le signal dont il s'agit, compte tenu de sa porteuse. La sortie du filtre 50 est appliquée également à un circuit d'ajustement de niveaux 52, constitué de préférence d'un étage limiteur. Un comparateur de phase 62 reçoit d'une part la sortie du circuit de retard 60, de l'autre celle du limiteur 52 Après traversée du filtre 64, on obtient la bande large, dont l'occupation spectrale est représentée à la figure 4 B Cette bande large est elle aussi applicable à des circuits de démodulation DEM Bi, chargés d'y recouvrer les retours provenant des stations telles que Bl et B 2 (figure 1). On reviendra maintenant sur le principe des liaisons bidirec- tionnelles auxquelles la présente invention peut s'appliquer. Etant la station principale ou maîtresse, la station A a vocation d'une part à émettre ses propres signaux (ainsi que des télécommandes pour le répéteur du satellite), d'autre part non seulement à recevoir les réponses des stations Bi, ce qui se fera jusqu'au stade de l'étage DEM Bi, mais aussi il à écouter ses propres signaux, tels qu'ils sont retransmis par le répéteur, ce qui se fera au niveau de l'étage DEMA. Pour les stations Bi, il n'est pas nécessaire qu'elles écoutent leurs propres signaux, ou ceux des stations soeurs. En conséquence, il est possible, pour certaines applications du moins, de réaliser les étages de réception des stations Bi en omettant les organes 52, 60, 62, 64 et DEM Bi de la figure 3 A. Par ailleurs, l'homme du métier comprendra que cette figure 3 A ne décrit que la partie réception AR ou Bi R des figures l A et 1 B Les parties émission AE et Bil E restent de type classique. La présente invention permet donc la réalisation d'une liaison de communication bidirectionnelle totalement contrô- lée par la station A, et avec l'aide du répéteur sur satel- lite R Cette liaison de communication peut fonctionner à la manière d'un réseau. En permettant notamment l'utilisation d'un amplificateur non linéaire à très haut rendement, l'invention permet une amélioration considérable au niveau de la construction du satellite, et de la conception de son alimentation, par exemple par panneaux solaires. En outre, il a été observé que la modulation de phase telle que décrite conserve de façon tout à fait satisfaisante la linéarité requise dans la large bande. Et, comme déjà indiqué, le répéteur satellite est simple, ce qui est avantageux au niveau de sa conception et de sa maintenance Sont également pratiquement écartés les problè- mes qui se posaient à cause de l'intermodulation des deux émetteurs sur les deux voies à répéter, avec les moyens de la technique antérieure. La présente invention peut s'appliquer de façon plus générale que pour les messageries bidirectionnelles qui viennent d'être définies. En particulier, comme le sait l'homme du métier, elle peut également servir à une localisation, par usage de l'effet Doppler lié au mouvement du satellite, dès lors que celui-ci est plus rapide que le mouvement des stations au sol. Pour la mise en oeuvre de l'invention, il peut être avanta- geux que les antennes RRA et RTA du satellite possèdent des diagrammes de rayonnement assez ouverts Il est également important que ces antennes soient optimisées par ce que l'on appelle l'usage de lobes "formés" sur les côtés Cela consiste à ajuster les parties latérales des lobes d'antennes pour compenser le fait qu'un rayonnement reçu latéralement sur l'antenne vient en principe d'une station un peu plus distante que ce que l'on reçoit dans l'axe de l'antenne. Dans ce qui précède, on a défini la modulation selon l'inven- tion comme une modulation de phase Bien entendu, elle peut également être considérée-comme une modulation de fréquence ou plus généralement comme une modulation angulaire, comme le sait l'homme du métier. De leur côté, les bandes étroites et larges peuvent être deux parties voisines ou non du spectre VHF, UHF ou autre. REVENDICATIONS 1 Procédé de transmission d'informations, dans lequel un organe-relais (R) reçoit des signaux de haute fréquence modulés, situés dans deux bandes de fréquences différentes, pour les retransmettre aux stations utilisatrices (A, Bi, B 2) caractérisé en ce que, l'une des modulations étant à, bande étroite et l'autre en large bande, l'organe- relais (R) retransmet un signal multiplexé (MX) résultant de la modulation en phase, par des signaux (MP) tirés de ceux qui portent la modulation en large bande, d'une pseudo- porteuse (PP), constituée du signal modulé par ladite modulation en bande étroite, et en ce que les stations utilisatrices reçoivent ce signal multiplexé, et en extraient par filtrage ( 50) la pseudo- porteuse modulée en bande étroite. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'une au moins des stations, la pseudo- porteuse est exploitée pour démoduler en phase ( 62) le signal multiplexé afin de recouvrer des signaux qui portent la modulation en large bande. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que l'organe-relais (R) est un satellite terres- tre. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que la bande étroite véhicule des signaux de forte puissance entre une station principale au sol (A) et au moins une station secondaire au sol (Bl, B 2), tandis que la bande large véhicule des signaux de puissance plus faible entre la ou les stations secondaires (Bl, B 2) et ladite station principale (A). Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pseudo-porteuse (PP) est tirée des signaux modulés en bande étroite, le cas échéant avec changement de fréquence. 6 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande étroite et la large bande sont deux parties voisines du spectre VHF ou UHF. 7 Répéteur électromagnétique, comprenant des moyens amplificateurs de réception haute fréquence (RR), associés à une première antenne (RRA), pour recevoir des signaux de haute fréquence modulés, situés d'une part dans une bande étroite de fréquence, d'autre part dans une bande large de fréquences, des moyens de traitement des signaux reçus (RP), et des moyens amplificateurs d'émission (RT) associés à une seconde antenne (RTA), pour réémettre des signaux traités, conservant les informations desdites modulations, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens de filtrage ( 32, 22) pour séparer les signaux de bande étroite et les signaux de large bande, des moyens ( 34) pour effectuer un changement de fréquence choisi sur les signaux de large bande, et un modulateur en phase ( 26) des signaux de bande étroite par les signaux de large bande après leur changement de fréquence, tandis que les moyens amplifi- cateurs d'émission (RT) se voient appliquer les signaux multiplexés issu de la modulation de phase. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens amplificateurs d'émission (RT) comprennent un amplificateur haute fréquence de puissance non linéaire et à haut rendement ( 28). 9 Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le modulateur comprend un étage ( 24) d'ajustement du niveau des signaux de bande étroite. 10 Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit changement de fréquence choisi, effectué sur les signaux de large bande, est ajusté pour préserver un intervalle fréquentiel de garde entre la pseudo- porteuse et sa modulation de phase. 11 Récepteur susceptible de coopérer avec le répéteur de l'une des revendications 7 à 10, comprenant des moyens de réception haute fréquence (AR) associés à une antenne (AA), pour recevoir lesdits signaux traités, conservant les informations des modulations initiales, et des moyens de traitement (AP) pour recouvrer les informations relatives à la modulation dans l'une au moins des deux bandes, caractérisé en ce que les moyens de traitement (AP) compren- nent un filtre ( 50) pour extraire la pseudo-porteuse du signal multiplexé reçu, et un démodulateur ( 62), par cette pseudo-porteuse, du signal multiplexé reçu, ce qui fournit des signaux portant les informations contenues dans la modulation des signaux à large bande. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le démodulateur comprend un étage ( 52) d'ajustement de niveau des signaux à bande étroite, et un comparateur de phase ( 62).