Brevet FR2756439A1 — publié le 19980529

La présente invention concerne de façon générale les systèmes de télécommunications basés dans l'espace et, en particulier, des satellites situés sur des orbites différentes se communiquant entre eux des informations de commande des satellites. Certains satellites de systèmes classiques de télécommunications par satellites ont la capacité de communiquer avec des satellites adjacents partageant la même altitude d'orbite. Ces connexions entre satellites sont appelées "liaisons croisées", et c'est par leur intermédiaire que des signaux vocaux et, ou bien, des données sont transportées d'un satellite à un autre. Si une station de base placée sur la Terre émet des informations de commande destinées à un satellite autre que le premier satellite qui reçoit les informations, ces informations de commande peuvent transiter via de nombreuses liaisons croisées avant que le satellite sélectionné pour recevoir les informations de commande ne les reçoive réellement. La retransmission de données ou d'informations d'un satellite à un autre est ce que l'on appelle couramment la transmission par bonds (le "bond" étant pris ici dans le sens de connexion directe entre deux noeuds, c'est-à-dire deux satellites). La transmission par bonds consomme de l'énergie et de la largeur de bande précieuses, en particulier lorsque des informations de commande sont transmises via de nombreux satellites différents. Par conséquent, le besoin existe d'un système de télécommunications par satellites qui réduit le nombre de bonds devant être effectués avant la réception, par le satellite destinataire, des informations de commande ou des instructions du satellite. De plus, l'utilisation de liaisons croisées pour des informations de commande des satellites peut consommer une largeur de bande de liaisons croisées qui pourrait être utilisée pour transporter le trafic générateur de revenu. Par trafic, on entend, sans limitation, des informations vocales, des données ou des télécopies. Par conséquent, le besoin existe d'un système de télécommunications par satellites qui minimise les informations de commande des satellites transportées sur les liaisons croisées, ce qui rend maximale la largeur de bande disponible pour le trafic générateur de revenu. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à permettre une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés: la figure 1 est un diagramme de niveau élevé d'un système de télécommunications par satellites selon un mode de réalisation préféré de l'invention; et la figure 2 est un exemple d'un schéma très simplifié d'un satellite. La présente invention se révèle utile en ce qu'un réseau de satellites en orbite géosynchrone peut communiquer avec un réseau de satellites en orbite terrestre basse. Du fait que les informations de commande et les instructions des satellites sont transférés par l'intermédiaire des satellites géosynchrones, il n'est pas besoin de liaisons croisées en orbite terrestre basse pour transférer ces informations. Une station de base (c'est-à-dire une installation de commande de satellites) communique directement avec un satellite géosynchrone qui passe à son tour la communication directement aux satellites respectifs en orbite terrestre basse et en orbite terrestre moyenne. Un satellite géosynchrone aura en visibilité plusieurs satellites en orbite terrestre basse à la fois et, par conséquent, communiquera directement avec eux. En se liant avec trois ou quatre satellites géosynchrones, chaque satellite de la constatation en orbite terrestre basse devient visible. La figure 1 montre un diagramme très simplifié d'un système 10 de télécommunications par satellites. Comme représenté sur la figure 1, le système de télécommunications comprend au moins deux satellites 20 et 22, un nombre quelconque d'unités d'abonnés 30 et au moins une station de base 40. De façon générale, les satellites 20 et 22, les unités d'abonnés 30 et la station de base 40 du système de télécommunications 10 peuvent être considérés comme un réseau de noeuds. Tous les noeuds du système de télécommunications 10 sont ou peuvent être en communication de données avec d'autres noeuds du système de télécommunications 10 par l'intermédiaire de liaisons de télécommunications. De plus, tous les noeuds du système de télécommunications 10 sont ou peuvent être en communication de données avec d'autres dispositifs téléphoniques dispersés de par le monde via des réseaux téléphoniques publics (PSTN) et, ou bien, des dispositifs de télécommunications terrestres classiques couplés à un PSTN via des stations de base terrestres classiques. Le mot "satellite" est utilisé dans cette description pour désigner un objet manufacturé ou un véhicule destiné à parcourir une orbite autour de la Terre. Le mot "constellation" désigne un certain nombre de satellites placés en certaines orbites et destinés à assurer une couverture spécifiée (par exemple radiocommunication, télédétection, etc.) d'une partie, de plusieurs parties, ou de l'ensemble de la Terre. Une constellation comporte typiquement de multiples anneaux (ou plan) de satellites et peut avoir un nombre égal de satellites dans chaque plan, bien que ceci ne soit pas essentiel. L'invention peut être appliquée à des systèmes de télécommunications basés dans l'espace, qui affectent des régions particulières de la Terre à des cellules spécifiques définies sur la Terre, et, de préférence, des systèmes 10 qui font se déplacer des cellules sur la surface de la Terre. Le satellite 20 peut être un satellite isolé ou l'un des nombreux satellites 20 d'une constellation de satellites en orbite autour de la terre. L'invention peut également être appliquée à des systèmes de télécommunications 10 basés dans l'espace qui possèdent des satellites en orbite autour de la Terre suivant un angle d'inclinaison quelconque, ce qui comprend les modèles d'orbites polaires, d'orbites équatoriales, d'orbites inclinées ou autres. L'invention peut être appliquée à des systèmes 10 dans lesquelles une couverture totale de la Terre n'est pas réalisée (c'est-à-dire o il existe des "trous" dans la couverture de télécommunications fournie par la constellation) et à des systèmes dans lesquels existe une couverture multiple de certaines parties de la Terre (c'est-à-dire que plus d'un satellite est en vue d'un point particulier de la surface de la Terre). Dans le mode de réalisation préféré, les satellites 20 ont une orbite terrestre basse, tandis que le satellite 22 est un satellite géosynchrone. Dans un autre mode de réalisation possible, les satellites 20 peuvent être en orbite terrestre moyenne, tandis que le satellite 22 est un satellite géosynchrone. Selon un autre mode de réalisation, les satellites 20 peuvent être sur une orbite terrestre basse, tandis que le satellite 22 peut être sur une orbite terrestre moyenne. Il peut y avoir plus d'un satellite 22 desservant les satellites 20, et ces satellites 22 peuvent être en mesure de communiquer entre eux. Un satellite en orbite terrestre basse se trouvera typiquement dans une plage d'altitude de 700 km à 1 400 km (400 à 800 miles), tandis qu'un satellite en orbite terrestre moyenne se trouvera à une altitude d'environ 2000 km (6 200 miles), et que des satellites géosynchrones sont à une altitude d'environ 36 000 kilomètres (23 000 miles). Chaque satellite 20 communique avec d'autres satellites 20 proches via des liaisons croisées. Ces liaisons croisées forment l'ossature du système de télécommunications mobiles 6 basé dans l'espace. Ainsi, un appel ou une communication d'un utilisateur, comportant, sans limitation, des données, des signaux vocaux et des télécopies, qui provient d'une unité d'abonné 30 placée en un point quelconque de la surface de la Terre ou en son voisinage peut être acheminé via le satellite 20 ou une constellation de satellites jusqu'à sensiblement tout autre point de la surface de la Terre. Une communication peut être acheminée à une unité d'abonné 31(qui reçoit l'appel) se trouvant à la surface de la Terre ou en son voisinage, en provenance d'un autre satellite. Les moyens matériels que le satellite 20 utilise (par exemple une technologie d'étalement de spectre) pour communiquer avec des unités d'abonnés 30 et une station de base 40 sont bien connus de l'homme de l'art. Le satellite 20 communique avec le satellite 22 via une liaison croisée lorsque le satellite 20 est en vue du satellite 22. Le satellite 20 n'est pas toujours en vue du satellite 22, mais il est en vue du satellites 22 pendant une certaine durée de son orbite autour de la Terre. Dans d'autres modes de réalisation, il y a de nombreux satellite 22, chaque satellite 20 étant en mesure de communiquer avec l'un des satellites 22 quel que soit l'endroit o ils sont sur leur orbite autour de la Terre. De plus, chaque satellite 22 peut être en mesure de communiquer avec des satellites 22 adjacents. Les liaisons croisées entre satellites 20 et 22 transportent des informations de commande des satellites, comportant, sans limitation, des instructions pour les satellites, des données de télémétrie, des vecteurs d'acheminement du trafic, des données d'établissement de connexion du trafic, des messages de libération de lignes, une fréquence de canal d'une cellule, des instructions de manoeuvre d'un satellite, des programmes d'arrêt de cellules. Les informations de commande des satellites peuvent comporter en outre des données de gestion de liaisons de radiotéléphonie, comme des tables d'activation/désactivation de faisceaux à étiquette temps, des données de canaux radio associées à des faisceaux à étiquette temps tel que l'affectation et la désaffectation de ressources radio, et des données de canaux de diffusion associées à des faisceaux à étiquette temps. Le satellite 29 reçoit des informations de commande de satellite destinées à un ou plusieurs satellites de la part de la station de base 40 et les communique aux satellites 20 appropriés. Puisque le satellite 22 communique des informations de commande de satellites à des satellites 20, les liaisons croisées entre satellites 20 ne transportent que des informations d'utilisateurs (par exemple des signaux vocaux, des télécopies et des données) afin d'assurer la transmission de la communication d'une unité d'abonné 30 avec une autre unité d'abonné 30. Les unités d'abonnés 30 peuvent être placées n'importe o à la surface de la Terre ou dans l'atmosphère au-dessus de la Terre. Le système de télécommunications mobiles 10 peut traiter un nombre quelconque d'unités d'abonnés 30. Les unités d'abonnés 30 sont de préférence des dispositifs de télécommunications pouvant recevoir des signaux vocaux et, bien, des données de la part de satellites 20 et, ou bien, de stations de base 40. A titre d'exemple, les unités d'abonnés 30 peuvent être des téléphones cellulaires mobiles du type manuel conçues pour émettre et recevoir des communications en liaison avec des satellites 20 et, ou bien, des stations de base 40. De plus, les unités d'abonnés 30 peuvent être des ordinateurs pouvant envoyer des messages E-mail, des signaux vidéo, ou des signaux de télécopie, pour n'en citer que quelques-uns. Les moyens matériels utilisés par les unités d'abonnés 30 pour émettre des signaux vocaux et, ou bien, des données à destination de satellites 20 ou en recevoir sont bien connus dans la technique. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'unité d'abonné 30 communique avec un satellite 20 en utilisant une partie limitée du spectre électromagnétique, lequel est divisé en de nombreux canaux. Les canaux seront de préférence des canaux de fréquences appartenant à la bande L, à la bande K, à la bande S ou à une combinaison de celles-ci, mais peuvent comprendre des communications du type accès multiple fréquentiel (FDMA), du type accès multiple temporel (TDMA) et, ou bien, du type accès multiple par différence de code (CDMA), ou utilisant une combinaison de ces types. D'autres procédés peuvent être utilisés, comme cela est bien connu de l'homme de l'art. La station de base 40 communique avec les satellites 20 par l'intermédiaire du satellite 22 et les commande. Par exemple, il peut y avoir une station de base située à Honolulu, une autre station de base située à Los Angeles et une autre station de base à Washington, D.C. Les stations de base 40 peuvent produire des instructions de signalisation de satellites destinées au satellite 22 de façon que les satellites 22 et 20 maintiennent leurs positions correctes en orbite et effectuent d'autres taches d'entretien essentielles. Les stations de base 40 peuvent en outre être responsables de la réception de signaux vocaux et, ou bien, de données de la part de satellites 20. Les moyens matériels utilisés par la station de base 40 (par exemple étalement de spectre) pour communiquer avec les satellites 22 et 20 et, ou bien, les unités d'abonnés 30 sont bien connues de l'homme de l'art. La figure 2 représente un exemple d'un diagramme très simplifié du satellite 20 ou 22. Le satellite 20 comprend au moins deux émetteursrécepteurs ', un processeur 34 et une mémoire 36. Certains émetteursrécepteurs 30' du satellite 20 sont en mesure d'envoyer des informations de commande de satellite 20 et d'en recevoir, tandis que d'autres émetteurs-récepteurs 30' peuvent envoyer des informations d'utilisateurs (par exemple signaux vocaux, télécopies et données) à d'autres satellites 20 adjacents, à des unités de base 30 et à des stations de base 40 en en recevoir. Certains émetteurs-récepteurs 30' du satellite 22 sont en mesure d'envoyer des informations de commande de satellite au satellite 22 et à la station de base 40 et d'en recevoir. Le processeur 34 commande l'ensemble du fonctionnement du satellite 20 ou 22 et peut être responsable de l'exécution de programmes d'application logiciels. La mémoire 36 stocke les programmes exécutés par le processeur 34. Alors qu'un seul processeur 34 et une seule unité de mémoire 36 sont représentés sur la figure 2, l'homme de l'art comprendra que plus d'un processeur et plus d'une mémoire peuvent être utilisés dans le satellite 20, 22. Le nombre de processeurs et la taille de la mémoire sont sans rapport avec l'invention. Les avantages de l'invention sont qu'il est ainsi possible d'éliminer la nécessité de faire appel à des liaisons croisées entre satellites sur orbite terrestre basse pour fournir des informations de commande à d'autres satellites sur orbite terrestre basse. Un autre avantage est qu'un seul bond est nécessaire pour communiquer des informations de commande de satellite du satellite 22 au satellite 20. Ainsi, les instructions de commande de satellite peuvent atteindre beaucoup plus vite le satellite en orbite terrestre basse désigné. Un autre avantage est que la largeur de bande précédemment utilisée pour les informations de commande peut être portée par le satellite 22, ce qui laisse une plus grande largeur de bande pour le trafic générateur de revenu. Des variantes sont possibles dans le cadre de l'invention. Par exemple, les combinaisons suivantes sont possibles: un satellite géosynchrone 22 communiquant avec des satellites 20 en orbite terrestre moyenne ou en orbite terrestre basse, ou bien un satellite 22 en orbite terrestre moyenne communiquant avec des satellites 20 en orbite terrestre basse. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du système dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système (10) de télécommunications basé dans l'espace, caractérisé par: un premier satellite (22) placé en orbite autour de la Terre à une première altitude; et un deuxième satellite (20) couplé au premier satellite (22) via une liaison de télécommunications et placé en orbite autour de la Terre à une deuxième altitude, différente de la première altitude, et en ce que le premier satellite (22) et le deuxième satellite (20) se communiquent des informations de commande de satellite l'un à l'autre. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier satellite (22) est en orbite géosynchrone autour de la Terre. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième satellite (20) est en orbite terrestre moyenne autour de la Terre. 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième satellite (20) est en orbite terrestre basse autour de la Terre. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison de télécommunications est une liaison de radiofréquence. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison de télécommunications est une liaison optique. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en outre par: une station de base (40) pouvant émettre et recevoir des premiers signaux de radiofréquence; et au moins une unité d'abonné (30) pouvant émettre et recevoir des deuxièmes signaux de radiofréquence; caractérisé en outre en ce que le premier satellite (22) comporte un premier émetteur-récepteur pouvant recevoir et émettre les premiers signaux de radiofréquence en liaison avec la station de base (40); et un deuxième émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre des troisièmes signaux de radiofréquence en liaison avec le deuxième satellite (20); et en ce que le deuxième satellite (20) comporte un premier émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre les troisièmes signaux de radiofréquence en liaison avec le premier satellite (22); et un deuxième émetteur-récepteur pouvant recevoir et émettre les deuxièmes signaux de radiofréquence en liaison avec l'unité d'abonné (30). 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en outre par: une station de base (40) pouvant émettre et recevoir des premiers signaux de radiofréquence; et au moins une unité d'abonné (30) pouvant émettre et recevoir des deuxièmes signaux de radiofréquence; caractérisé en outre en ce que le premier satellite (22) comporte un premier émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre les premiers signaux de radiofréquence en liaison avec la station de base (40); et un deuxième émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre des signaux optiques en liaison avec le deuxième satellite (20); et en ce que le deuxième satellite (20) comporte un premier émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre les signaux optiques en liaison avec le premier satellite (22); et un deuxième émetteur-récepteur pouvant recevoir et émettre les deuxièmes signaux de radiofréquence en liaison avec l'unité d'abonné (30). 9. Système selon la revendication 1, caractérisé en outre par: une station de base (40) pouvant émettre et recevoir des signaux optiques; et au moins une unité d'abonné (30) pouvant émettre et recevoir des premiers signaux de radiofréquence; caractérisé en outre en ce que le premier satellite (22) comporte un premier émetteur-récepteur pouvant recevoir et émettre les signaux optiques en liaison avec la station de base (40); et un deuxième émetteur-récepteur pouvant recevoir et émettre des deuxièmes signaux de radiofréquence en liaison avec le deuxième satellite (20); et en ce que le deuxième satellite (20) comporte un premier émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre les deuxièmes signaux de radiofréquence en liaison avec le premier satellite (22); et un deuxième émetteur-récepteur pouvant recevoir et émettre les premiers signaux de radiofréquence en liaison avec l'unité d'abonné (30). 10. Système selon la revendication 1, caractérisé en outre par: une station de base (40) pouvant émettre et recevoir des premiers signaux optiques; et au moins une unité d'abonné (30) pouvant émettre et recevoir des signaux de radiofréquence; caractérisé en outre en ce que le premier satellite (22) comporte un premier émetteur-récepteur pouvant recevoir et émettre les premiers signaux optiques en liaison avec la station de base (40); et un deuxième émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre des deuxièmes signaux optiques en liaison avec le deuxième satellite (20); et en ce que le deuxième satellite (20) comporte un premier émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre les troisièmes signaux optiques en liaison avec le premier satellite (22); et un deuxième émetteur- récepteur pouvant recevoir et émettre les signaux de radiofréquence en liaison avec l'unité d'abonné (30).