Brevet FR2735306A1 — publié le 19961213

Svstème de télécommunications sous-orbital à haute altitude et à haute efficacité L'invention concerne un système de télécommunications, et plus particulièrement un système de télécommunications qui fonctionne au plan sous-orbital et procure une efficacité accrue et une utilisation accrue des canaux de télécommunications disponibles. La croissance des télécommunications cellulaires a placé d'énormes efforts sur la capacité de l'industrie à gérer de façon satisfaisante le trafic des télécommunications qui a été généré. En conséquence, les utilisateurs des systèmes actuels de télécommunications cellulaires analogiques constatent qu'ils peuvent avoir à attendre qu'un canal de télécommunications devienne disponible avant qu'il puisse placer ou recevoir un appel. En outre, un appel en cours peut rencontrer des interférences sous la forme de bruit ou d'une autre conversation se superposant à l'écoute. Parfois, un appel peut être interrompu alors qu'il est en cours, si l'une des parties se déplace vers une cellule qui ne possède pas un canal de télécommunications disponible. Le problème est en outre aggravé par le fait qu'il y a seulement un nombre limité de fréquences allouées aux télécommunications cellulaires. Ainsi, on s'attend à ce que ce problème s'accroisse avec l'expansion de la demande en télécommunications cellulaires. L'industrie a développé plusieurs technologies analogiques et numériques améliorées qui ont été utilisées avec succès pour augmenter le nombre des canaux de communications dans le nombre limité des fréquences disponibles. Les plus importantes de ces technologies sont l'accès multiple à division de temps (AMDT) et l'accès multiple à division de codes (AMDC). L'AMDT est la technologie la plus répandue. Elle permet à un seul canal de télécommunications d'être utilisé pour plusieurs appels. A chaque appel est alloué un intervalle de temps discret particulier dans le cycle des signaux de télécommunications, améliorant ainsi l'efficacité. L'AMDC utilise une large bande de spectre de signaux de télécommunications pour obtenir une efficacité. Elle différencie les appels en superposant un signal distinctif d'étalement de "bruit" sur chaque signal de télécommunication pour le différencier des autres signaux de télécommunications de la cellule. Le récepteur assisté par ordinateur décode le signal de "bruit" assigné pour identifier l'appel et ensuite supprime l'étalement du signal de télécommunication. Le "saut de fréquence" est une forme dAMDC qui étale un appel sur une série de fréquences. Elle utilise un code pour identifier la séquence des fréquences qui sont utilisées. En outre, des travaux ont été effectués en ce qui concerne le développement de système s qui peuvent identifier des signaux faibles émanant d'un appel et effectuer une ségrégation de ces signaux à partir d'autres signaux émanant de la même cellule de telle sorte que, lorsqu'on les combine avec une technique numérique d'accès multiple comme 1'AMDC, le nombre des canaux de télécommunications disponibles est considérablement augmenté. Des tentatives pour augmenter la disponibilité des canaux de télécommunications ont également inclus des tentatives pour rendre les cellules plus petites et réduire les besoins en puissance nécessaires pour la communication avec une station de base. Ceci résulte du fait qu'un signal faible a une capacité réduite à se propager. Ainsi, du fait que sa force se dissipe rapidement, la même fréquence peut être utilisée dans une cellule voisine non contiguë. Cependant, pour procurer le nombre requis de cellules qui serait nécessaire à supporter un volume élevé de télécommuni cations, il faudrait qu'il y ait un nombre énorme de stations de base. Certains experts estiment qu'au moins 100 000 cellules seraient nécessaires simplement pour couvrir la plupart des zones métropolitaines des Etats-Unis. Chaque cellule nécessiterait sa propre tour d'antenne stationnaire. En outre, un système d'ordinateur énormément complexe serait nécessaire pour traiter les transferts qui seraient nécessaires du fait que les téléphones cellulaires se déplacent de cellule à cellule et pour gérer la réutilisation des fréquences assignées à des appels particuliers. I1 n'est pas certain que le problème peut être résolu avec un système basé au sol à un coût raisonnable et dans une période raisonnable. Ainsi, alors que les limitations typiques associées à de tels systèmes, comme la ligne de visibilité, l'occultation due à la réflexion du signal, les limitations d'atténuation et d'horizon, sont éliminées en diminuant la taille et en augmentant le nombre des cellules, des facteurs géographiques, politiques, environnementaux et sociaux peuvent interdire le placement de tours d'antennes en certains lieux, rendant ainsi impossible à des cellules de taille appropriée d'être obtenues dans ces lieux. Un système de satellite dans lequel chacun des satellites fonctionne comme le noeud d'une station de base et contribue à la création d'un réseau cellulaire évite ces problèmes. Cependant, dans un tel système, des émetteurs relativement puissants sont nécessaires étant donné que les satellites se trouvent typiquement sur une orbite à environ 36 000 kilomètres au-dessus de la terre. En outre, à moins qu'ils ne soient géostationnaires, des moyens doivent être prévus pour transférer des signaux d'un satellite à un autre lorsqu'ils passent en un point donné au-dessus de la terre. En outre, comme avec les noeuds terrestres, des moyens de transfert sont nécessaires lorsqu'un demandeur se déplace entre des cellules. De plus, les systèmes de satellites souffrent de l'énorme coût en liaison avec leur lancement, et leur impossibilité virtuelle de réparation. En conséquence, en gardant à l'esprit ce qui précède, la présente invention concerne un système de réseau de télécommunications sans fil comprenant une pluralité de noeuds de télécommunications qui sont situés dans un plan sous-orbital. Chacun des noeuds comprend des moyens pour émettre et recevoir des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil. Les signaux de télécommunications sont modulés par une technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes. Les moyens pour émettre et recevoir les signaux numériques de télécommunications sans fil comprennent une pluralité d'antennes qui sont actives pour recevoir des signaux de télécommunications relativement faibles à partir d'une source. Des moyens sont prévus pour décoder les signaux de télécommunications reçus par chacune desdites antennes de sorte que le noeud peut identifier la source, et les antennes et les moyens de décodage sont actifs pour augmenter la sensibilité du noeud, de telle sorte qu'il peut détecter et recevoir des signaux de télécommunications relativement faibles, si bien qu'une utilisation maximale du spectre est rendue disponible pour l'utilisation par les signaux de télécommunications sans interférence. L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins annexés illustrant une forme de réalisation préférée de l'invention, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique montrant un système de télécommunications construit conformément à une forme présentement préférée de l'invention; - la figure 2 est une vue schématique montrant un aspect des moyens de détection et de décodage. On se réfère maintenant à la figure 1, dans laquelle un système 10, tel que celui décrit dans la Demande de Brevet français No 94 09468, comprend une partie 12 basée au sol et une partie 14 basée dans l'air. La partie 14 basée dans l'air peut être située à une altitude comprise entre 19,2 et 56 kilomètres environ, au-dessus de la terre. La partie 12 basée au sol peut comprendre un réseau téléphonique classique 16 comportant des branches qui sont reliées à des stations au sol 18, 120 et 140 équipées de moyens appropriés de transmission et de réception à longue distance, tels que des antennes 20, 118 et 138. La partie 12 basée au sol peut aussi comprendre des téléphones mobiles de types bien connus tels que des téléphones cellulaires qui peuvent être portés par des individus 22 ou dans des véhicules 24. Les antennes 20, 118 et 138 sont actives pour transmettre et recevoir des signaux de télécommunications vers et depuis une station-relais sous-orbitale à haute altitude 28 qui est située à une altitude comprise entre 19,2 et 56 kilomètres environ au-dessus de la terre. Cette altitude est choisie du fait qu'elle se situe bien au-dessus de l'activité météorologique, si bien que la station-relais ne sera pas soumise aux contraintes qui peuvent être occasionnées par la météorologie. I1 y a de préférence une pluralité de stations-relais 28, chacune comprenant un ballon 32 qui est retenu en l'air et en station dans un emplacement particulier au-dessus de la terre en utilisant un module de guidage 56 qui est relié, par une antenne de guidage 58, à des antennes 36 liées au sol, comme décrit dans la Demande de Brevet français No 94 09468. Comme cela est bien connu, chaque station-relais 28 contient des moyens pour recevoir un signal téléphonique de télécommunications téléphoniques à partir de l'une des stations au sol 20, 120 et 140, des individus 22 et 122 ou des véhicules 24 et 124 et pour le transmettre ensuite à une autre station au sol 120 et 140, un autre individu 122 ou un autre véhicule 124, soit directement, soit en passant par une autre station relais. Les canaux de communications ainsi établis pourraient être simplex, duplex, ou semi-duplex. Une fois que le signal retourne à la partie 12 basée au sol du système 10, l'appel de télécommunications est complété de manière classique tel qu'en étant relié au système téléphonique à fil, basé au sol, par l'intermédiaire de commutateurs appropriés 34, 134 et 144.Les commutateurs peuvent être de tout type convenant aux signaux de télécommunications, y compris numériques et analogiques. Comme cela est bien connu, chacune des stations-relais 28 définit un noeud du système de communications, chaque noeud définissant une "cellule". De préférence, chacun des noeuds comprend des moyens pour émettre et recevoir des signaux numériques de télécommunications radio à large bande dans un canal de télécommunications sans fil. De préférence, le canal de télécommunications possède une largeur de fréquence qui est supérieure à environ 8 MHz. Les signaux de télécommunications sont de préférence modulés par une technologie à large bande d'accès multiple à division de codes. Pour maximiser l'utilisation des fréquences disponibles audelà de ce qui est couramment disponible avec l'AMDC, les cellules doivent être relativement petites et la puissance de signal nécessaire pour les signaux de télécommunications très faible. Ceci renforce la possibilité de réutilisation des fréquences et diminue les interférences. Toutefois, une force de signal réduite fait qu'il est plus difficile pour les stations de base de suivre le mouvement des téléphones cellulaires particuliers. On prévoit un système de détection comprenant une série appropriée d'antennes 48 et de décodeurs 44 sur chacune des stations-relais. Le système de détection est d'un type semblable au système de traitement spatial qui est décrit dans FORBES ASAP, 5 juin 1995, aux pages 125-141. Le système traite le signal reçu par chacune des antennes de la série. Les signaux décodés identifient l'émetteur et sa position dans la cellule. Ainsi, même si un très faible signal, qui habituellement pourrait être perdu, est reçu par le système de détection, il peut encore être reconnu et traité pour compléter un canal de télécommunications. Les avantages de la combinaison de 1'AMDC à large spectre et du système de détection comprenant la série d'antennes, comme décrit ci-dessus, sont renforcés lorsqu'ils sont combinés et placés dans le plan sous-orbital, étant donné que tous les inconvénients à la fois des systèmes terrestres et de satellite sont évités, alors que leurs avantages, comme la propagation verticale du signal, sont ainsi maintenus, ce qui augmente le spectre d'utilisation des télécommunications. En outre, les besoins de puissance peuvent être abaissés et le poids des émetteurs aux noeuds peut être réduit de façon correspondante. En outre, du fait de la technique de modulation, le nombre d'émetteurs peut être réduit. On peut ainsi établir un grand nombre de canaux de télécommunications dans une cellule définie par un noeud particulier sans rencontrer les problèmes inhérents d'interférences provenant de la diaphonie, de la réflexion, de la réutilisation de fréquences et analogues. En outre, les besoins de puissance relativement élevés qu'un tel système nécessiteraient, s'il était associé à un système de télécommunications basé sur des satellites, sont éliminés. Il est envisagé que le système qui a été décrit utilisera une telle technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes, englobant des techniques de séquences directes et/ou de saut de fréquences. En outre, bien que les allocations de fréquences du système de télécommunications n'aient pas été identifiées de façon particulière, il doit être compris qu'elles pourraient être les mêmes que celles allouées aux télécommunications terrestres, ou celles allouées aux télécommunications par satellite. De façon similaire, il entre dans le cadre de l'invention que les fréquences soient celles qui sont exclusivement pour l'utilisation dans le système de télécommunications. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec certaines formes et certains modes de réalisation, il doit être entendu que d'autres modes de réalisation apparaîtront à l'homme du métier à la lumière de la description précédente. Ainsi, la portée de l'invention ne doit pas être limitée par la description, mais seulement par la portée des revendications annexées. Revendications 1. Système de réseau de télécommunications sans fil comprenant une pluralité de noeuds de télécommunications, lesdits noeuds étant situés dans un plan sous-orbital à une altitude comprise entre 19,2 et 56 kilomètres environ audessus de la terre, chacun desdits noeuds comprenant des moyens pour émettre et recevoir des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil, lesdits signaux de télécommunications radio étant modulés par une technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes, et lesdits moyens pour émettre et recevoir lesdits signaux de télécommunications radio comprenant en outre une pluralité d'antennes qui sont actives pour recevoir des signaux de télécommunications relativement faibles à partir d'une source, des moyens pour décoder les signaux de télécommunications reçus par chacune desdites antennes de sorte que ledit noeud peut identifier ladite source, et lesdites antennes et lesdits moyens de décodage étant actifs pour augmenter la sensibilité dudit noeud de telle sorte qu'il puisse détecter et recevoir des signaux de télécommunications relativement faibles, si bien qu'une utilisation maximale dudit spectre est rendue disponible pour être utilisée par lesdits signaux de télécommunications sans interférence. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes est une séquence directe. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes est un saut de fréquences. 4. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits canaux de télécommunications sans fil ont une bande de fréquences qui est supérieure à environ 8 MHz. 5. Système selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits noeuds est stationnaire sur son point au-dessus de la terre. 6. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens pour émettre et recevoir des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil comprennent au moins un émetteur et récepteur, et lesdits émetteur et récepteur portant une pluralité de canaux de télécommunications duplex. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel ledit émetteur est de faible puissance et de poids léger. 8. Système selon la revendication 1, comprenant un réseau de télécommunications à base terrestre et des moyens pour connecter ledit système de réseau de télécommunications sans fil audit réseau de télécommunications à base terrestre. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel lesdits moyens pour connecter ledit système de réseau de télécommunications sans fil audit réseau de télécommunications à base terrestre comprennent des commutateurs. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel lesdits commutateurs sont numériques. 11. Système selon la revendication 9, dans lequel lesdits commutateurs sont analogiques. 12. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits noeuds sont supportés par des ballons. 13. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdites fréquences de télécommunications sans fil sont les mêmes que celles allouées aux télécommunications terrestres. 14. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens pour émettre et recevoir des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil comprennent au moins un émetteur et un récepteur, et lesdits émetteur et récepteur portant une pluralité de canaux de télécommunications simplex. 15. Système selon la revendication 14, dans lequel ledit émetteur est de faible puissance et de faible poids. 16. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens pour émettre et recevoir des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil comprennent au moins un émetteur et récepteur, et lesdits émetteur et récepteur portant une pluralité de canaux de télécommunications demi-duplex. 17. Système selon la revendication 16, dans lequel ledit émetteur est de faible puissance et de faible poids. 18. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdites fréquences de télécommunications sans fil sont les mêmes que celles allouées aux télécommunications orbitales. 19. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdites fréquences de communications sans fil sont exclusivement utilisées par ledit système de télécommunications. 20. Procédé pour produire des télécommunications sans fil comprenant les étapes suivantes on prévoit une pluralité de noeuds de télécommunications, lesdits noeuds définissant un réseau, on place lesdits noeuds dans un plan sous-orbital à une altitude comprise entre 19,2 et 56 kilomètres environ audessus de la terre, on munit chacun desdits noeuds de moyens pour émettre et recevoir des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil, on munit chacun desdits noeuds d'une pluralité d'antennes qui sont actives pour recevoir des signaux numériques de télécommunications radio relativement faibles à partir d'une source, on module lesdits signaux de télécommunications par une technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes, on décode lesdits signaux de télécommunications reçus par chacune desdites antennes de sorte que lesdits noeuds peuvent identifier ladite source, et lesdites antennes et lesdits moyens de décodage étant actifs pour augmenter la sensibilité desdits noeuds de sorte qu'ils peuvent détecter et recevoir lesdits signaux de télécommunications relativement faibles, en sorte qu'une utilisation maximale dudit spectre est rendue disponible pour l'utilisation par lesdits signaux de télécommunications sans interférence. 21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel ladite technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes est modifiée par une séquence directe. 22. Procédé selon la revendication 20, dans lequel ladite technologie à large spectre d'accès multiple à division de codes est modifiée par saut de fréquences. 23. Procédé selon la revendication 20, dans lequel ledit canal de télécommunications sans fil a une largeur de bande de fréquence qui est supérieure à environ 8 MHz. 24. Procédé selon la revendication 20, dans lequel chacun desdits noeuds est stationnaire au-dessus de son point sur la terre. 25. Procédé selon la revendication 20, dans lequel ladite étape d'émission est de réception des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil comprend l'étape consistant à prévoir une pluralité d'émetteurs et de récepteurs, et chacun desdits émetteurs portant une pluralité de canaux de télécommunications duplex. 26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel lesdits émetteurs sont de faible puissance et de faible poids. 27. Procédé selon la revendication 20 comprenant les étapes suivantes prévoir un réseau de télécommunications à base terrestre, et reconnecter ledit système de réseau de télécommunications sans fil audit réseau de télécommunications à base terrestre. 28. Procédé selon la revendication 27 comprenant l'étape suivante prévoir des commutateurs pour connecter ledit système de réseau de télécommunications sans fil audit réseau de télécommunications à base terrestre. 29. Procédé selon la revendication 28, dans lequel lesdits commutateurs sont numériques. 30. Procédé selon la revendication 28, dans lequel lesdits commutateurs sont analogiques. 31. Procédé selon la revendication 20 comprenant l'étape consistant à supporter lesdits noeuds par des ballons. 32. Procédé selon la revendication 20, dans lequel lesdites fréquences de télécommunications sans fil sont les mêmes que celles allouées aux télécommunications terrestres. 33. Procédé selon la revendication 20, dans lequel ladite étape d'émission et de réception des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil comprennent l'étape consistant à prévoir au moins un émetteur et au moins un récepteur, et lesdits émetteur et récepteur portant une pluralité de canaux de télécommunications simplex. 34. Procédé selon la revendication 33, dans lequel lesdits émetteurs sont de faible puissance et de faible poids. 35. Procédé selon la revendication 20, dans lequel ladite étape d'émission et de réception des signaux numériques de télécommunications radio à large bande sur un canal de télécommunications sans fil comprennent l'étape consistant à prévoir au moins un émetteur et un récepteur, et lesdits émetteur et récepteur portant une pluralité de canaux de télécommunications demi-duplex. 36. Procédé selon la revendication 35, dans lequel lesdits émetteurs sont de faible puissance et de faible poids. 37. Procédé selon la revendication 20, dans lequel lesdites fréquences de télécommunications sans fil sont les mêmes que celles allouées aux télécommunications orbitales. 38. Procédé selon la revendication 20, dans lequel lesdites fréquences de télécommunications sans fil sont exclusivement utilisées par ledit système de télécommunications.