Brevet FR2756997A1 — publié le 19980612

La présente invention concerne de façon générale les systèmes et les procédés de télécommunications et, en particulier, les systèmes et les procédés de transmission de données sous forme de paquets. Les systèmes classiques de télécommunications radio cellulaires numériques qui comportent des centres de commutation qui sont des satellites en orbite autour de la Terre utilisent une transmission de données sous forme de paquets permettant des communications entre des unités d'abonnés et les satellites centres de commutation. La liaison entre les unités d'abonnés et le satellite est une liaison de radiofréquence ("RF") qui est typiquement une ressource bande L du domaine des hyperfréquences. Dans les dispositions classiques, une ressource canal de la liaison de télécommunications est désignée, ou est attribuée à une unité d'abonné pour les télécommunications. La ressource canal est conservée jusqu'à ce que l'unité d'abonné la libère (ou que le satellite centre de commutation perde le contact avec l'unité d'abonné). Ensuite, au moment o un appel est fait, une ressource bande L est demandée, et, lorsque la ressource bande L devient disponible, elle est réservée à l'utilisation de l'unité d'abonné et ne peut pas être employée par une autre unité d'abonné. Bien que le système de satellites permette des transmissions de données sous forme de paquets, le nombre d'utilisateurs qui peut être traité est limité au nombre de canaux disponibles. Par conséquent, le besoin existe d'un système de télécommunications par satellites qui augmente le nombre de communications qui peuvent être réalisées à l'aide d'une quantité limitée disponible de canaux et de largeur de bande. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à apporter une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma fonctionnel simplifié d'un système de télécommunications à l'intérieur duquel l'invention peut être mise en oeuvre; - la figure 2 est un schéma fonctionnel simplifié d'une station de base selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - la figure 3 est un organigramme d'un procédé de transmission de données selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - la figure 4 montre le format d'un message de demande selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 5 montre le format d'un message de demande acceptée selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - la figure 6 montre le format d'un message de demande refusée selon un mode de réalisation préféré de l'invention; et - la figure 7 est un schéma fonctionnel illustrant un système dans lequel de multiples utilisateurs sont en compétition pour faire accès à un satellite. L'invention montre son utilité en ce qu'elle augmente le nombre de communications qui peuvent être assurées par une gestion plus efficace des communications. La figure 1 est un schéma très simplifié d'un système 10 de télé- communications par satellites. Comme on peut le voir sur la figure 1, le système de télécommunications 10 comprend au moins un satellite 20, un nombre quelconque d'unités d'abonnés 30, 32 et au moins une station de base 40. De façon générale, les satellites 20, les unités d'abonnés 30 et la station de base 40 du système de télé- communications 10 peuvent être considérées comme un réseau de noeuds. Tous les noeuds du système de télécommunications 10 sont ou peuvent être en communi- cations 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 communications de données avec d'autres dispositifs téléphoniques dispersés de par le monde par l'intermédiaire de réseaux téléphoniques publics (PSTN) et, ou bien, de dispositifs de télécommunications terrestres classiques couplés à un PSTN par l'intermédiaire de stations de base terrestres classiques. Le mot "satellite" est utilisé dans cette description pour désigner un objet manufacturé ou un véhicule destiné à être en orbite autour la Terre. Par "satellites", on comprend les satellites à orbites géostationnaires, les satellites à orbites terrestres basses et les satellites à orbites terrestres moyennes, et, ou bien, une combinaison quelconque de tels satellites. Le mot "constellation" désigne un certain nombre de satellites disposés en orbites afin d'assurer une couverture spécifiée (par exemple les radiotélécommunications, la télédétection, etc.) d'une partie, de plusieurs parties ou de toutes les parties de la Terre. Une constellation comporte typiquement un grand nombre d'anneaux (ou de plan) de satellites et peuvent avoir un même nombre de satellites dans chaque plan, bien que ceci ne soit pas essentiel. Les expressions "cellule", "faisceau" et "diagramme d'antenne" ne doivent pas être comprises comme étant limitées à un mode particulier quelconque de formation et comprennent ceux qui sont créés par des systèmes de télécommunications basés sur Terre ou basés dans l'espace et, ou bien, toutes leurs combinaisons. 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 apparaissant sur la Terre, et, de préférence, à des systèmes 10 qui déplacent des cellules sur la surface de la Terre. L'invention peut être appliquée à des systèmes de télécommunications 10 basés dans l'espace qui possèdent au moins un satellite 20 sur une orbite terrestre basse, une orbite terrestre moyenne ou une orbite géosynchrone. Le satellite 20 peut être un satellite isolé ou l'un quelconque des nombreux satellites 20 d'une constellation de satellites en orbites autour de la Terre. L'invention peut également être appliquée à des systèmes de télécommunications 10 basés dans l'espace qui possèdent des satellites 20 parcourant des orbites autour de la Terre sous des angles quelconques d'inclinaison, ce qui inclut des modèles orbitaux polaires, équatoriaux, inclinés ou autres. L'invention peut être appliquée à des systèmes 10 dans lesquels 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 10 dans lesquels il existe une couverture multiple de parties de la Terre (c'est-à-dire que plus d'un satellites se trouve en vue d'un point particulier de la surface de la Terre). Chaque satellite 20 communique avec d'autres satellites proches par l'intermédiaire de liaisons croisées 24 qui forment l'ossature du système de télé- communications mobiles 10 basé dans l'espace. Ainsi, un appel ou une communi- cation émanant d'une unité d'abonné 10 située en un point quelconque de la surface de la Terre ou en son voisinage peut être acheminé par l'intermédiaire du satellite 20 ou d'une constellation de satellites jusqu'à la limite de distance de sensiblement tout autre point de la surface de la Terre. Une communication peut être acheminée à une unité d'abonnés 30 (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 la 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. Des unités d'abonnés 30 peuvent être disposées n'importe o à la surface de la Terre ou dans l'atmosphère au-dessus de la Terre, par exemple dans un aéronef 32. 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, ou bien, des données de la part de satellites 20 et, ou bien, de la part de stations de base 40. A titre d'exemple, les unités d'abonnés 30 peuvent être des téléphones cellulaires mobiles de type manuel qui sont conçus pour émettre et recevoir 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 du type 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 et en recevoir sont bien connus de l'homme de l'art. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'unité d'abonné 30 communique avec le satellite 20 en utilisant une partie limitée du spectre électromagnétique, lequel est divisé en de nombreux canaux. Les canaux sont de préférence des canaux de fréquence de la bande L, de la bande K et de la bande S, ou bien des combinaison de ces canaux, mais ils peuvent comprendre des communications en accès multiples par répartition de fréquence (FDMA), en accès multiples par division temporelle (TDMA) et, ou bien, en accès multiples par différence de code (CDMA), ou une combinaison quelconque de ceux-ci. D'autres procédés peuvent être utilisés, comme cela est bien connu de l'homme de l'art. La station de base 40 communique avec des satellites 20 et les commande. Il peut y avoir de multiples stations de base 40 placées en différentes régions de la Terre. Par exemple, il peut y avoir une station de base placée à Honolulu, une autre station de base placée à Los Angeles, et une autre station de base placée à Washington, D.C. Un autre exemple consisterait en des stations de base séparées placées dans chaque pays de la Terre. Les stations de base 40 peuvent fournir des instructions de signalisation de satellite au satellite 20 de façon que le satellite 20 maintienne sa position correcte sur son orbite, et effectuent d'autres tâches essentielles de maintenance. Les stations de base 40 peuvent en outre être chargées de recevoir de la part du satellite 20 et, ou bien, d'émettre à destination du satellite 20, des signaux vocaux et, ou bien, des données. Les moyens matériels utilisés par la station de base 40 (par exemple étalement de spectre) pour communiquer avec le satellite 20 et, ou bien, des unités d'abonnés 30 sont bien connus de l'homme de l'art. Des satellites 20 et une station de base 40 peuvent être considérés comme des centres de commutation pour le système 10. Chaque centre de commutation reçoit des signaux entrants de la part des l'une quelconque de plusieurs origines et fait commuter les signaux entrants vers une pluralité de destinations. Dans les modes de réalisation préférés, ces signaux peuvent être des paquets numériques qui transportent des données de signalisation et, ou bien, de télécommunications. Les données de signalisation commandent le fonctionnement de services assurés par le système 10. Les données de télécommunications représentent des informations d'utilisateurs, comportant, sans limitation, des signaux vocaux, des télécopies et des données. Les unités d'abonnés 30 et les stations de base 40 peuvent comporter des synthétiseurs vocaux (non représentés) servant à transformer des signaux audio analogiques en paquets numériques, et inversement. D'autres unités d'abonnés peuvent être configurées pour transmettre des signaux vidéo. Alors que des paquets de télécommunications servent occasionnellement pour les besoins de la signalisation dans le système 10, un train sensiblement continue de paquets de données est nécessaire pour entretenir un trajet de télécommunications entre unités d'abonnés. Lorsque l'unité d'abonné 32 est un aéronef ou se trouve à bord d'un aéronef, deux types de communications sont principalement assurés par l'intermé- diaire de la liaison satellites. Ces types de communications peuvent être classés en communications de sécurité et en communications commerciales. Les communi- cations de sécurité sont celles qui mettent en jeu des communications des pilotes ou des communications de données télémétriques d'instrumentation et elles sont renvoyées à un centre opérationnel d'aviation qui est connecté à la station de base 40. Les communications commerciales sont principalement celles mettant en jeu des communications téléphoniques cellulaires de passagers. Pour les communica- tions de sécurité, des services dits "signaux vocaux de circuit" et "données de circuit" doivent être prévus, comme doivent l'être des données mises sous forme de paquets. La figure 2 est un schéma fonctionnel de la station de base 40 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Chaque station de base 40 possède au moins une antenne 19 qui fournit une liaison de télécommunications au satellite 20. Dans le mode de réalisation préféré, la liaison de télécommunications est une liaison RF et, plus particulièrement, une liaison RF du domaine des hyperfréquences basée sur la bande L. Un dispositif de commande de terminal terrestre ("ETC") 142 comporte un système de transmission terrestre ("ETS") 146 (qui est couplé à l'antenne 19) et un système de télécommunications terrestre ("ECS") 147 (qui est connecté entre l'ETS 146 et le centre de commutation 143). La station de base 40 comporte en outre un centre de mise en paquets pour passerelle ("GPC") 144 et une fonction d'interfonctionnement ("IWF") qui assure la commande du GPC 144. Un dispositif de gestion de passerelle 148 comporte une unité de traitement qui centralise la commande de la station de base 40. Le dispositif de commande de mise en paquets de passerelle est un commutateur de paquets de données qui peut présenter une structure classique. Une disposition permettant d'établir des communications entre la station de base 40 et les satellites 20 et entre un satellite 20 et un autre satellite 20 est appelée une disposition "de commutation de circuit". Dans la commutation de circuit classique, lorsqu'une demande est faite d'une ressource ou d'un canal, dès que la ressource est attribuée à un utilisateur, cette ressource ne peut pas être utilisée par d'autres avant que son utilisation n'ait été abandonnée par l'utilisateur. Même lorsqu'il n'y a pas de donnée à envoyer et que la communication est libre, aucun autre ne peut utiliser les ressources attribuées auxquelles a été appliquée la commutation de circuit. Selon le principe de l'invention, une disposition permettant un accès multiple est produite. Lorsqu'une unité d'abonné envoie des paquets de données par l'intermédiaire du système 10, l'unité d'abonné fait une demande d'utilisation de la ressource (c'est-à-dire du canal), qui indique le nombre de paquets de données à envoyer. Le dispositif de commande du système programme alors comment et quand les paquets de données seront envoyés et renvoie un message à l'unité d'abonné demandeuse qui indique comment et quand les paquets de données seront envoyés (par exemple quelles tranches de temps devront être utilisées). La figure 3 est un organigramme d'un procédé 300 de transmission de données selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le procédé 300 commence à l'étape 301, lorsqu'une unité d'abonné (par exemple l'unité d'abonné 32 de la figure 1) forme des paquets de données. A l'étape 302, l'unité d'abonné assemble les paquets de données et détermine le nombre de paquets de données qu'elle veut envoyer à une unité d'abonné destinataire. L'unité d'abonné transmet alors un message de demande 400 à un satellite, à l'étape 303. Le message de demande 400 demande la permission d'émettre un certain nombre de paquets de données à destination du satellite. Cette demande présente la forme du message de demande 400 de la figure 4. La figure 4 représente le format du message de demande 400 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le message de demande 400 comprend au moins trois zones: la zone en-tête 410, la zone identificateur 420 et la zone nombre de paquets 430. La partie en-tête 410 indique si le message est une demande d'accès en vue d'émission de données. La zone identification 420 contient des informations qui identifient de façon unique l'unité d'abonné ayant fait la demande d'émission et elle comporte deux zones 422 et 424. La zone 422 identifie l'unité d'abonné demandeuse, à l'aide de l'un quelconque de plusieurs identifi- cateurs possibles, comportant sans limitation, le numéro de téléphone de l'unité d'abonné demandeuse, une identité secrète de l'unité d'abonné demandeuse, ou bien une version chiffrée de l'un ou l'autre des identificateurs précédents. La zone 424 est un nombre entier choisi au hasard, qui identifie de façon unique cette demande particulière. Ce numéro unique de demande distingue une demande d'une autre demande pour une unité d'abonné particulière. La zone nombre de paquets 430 indique le nombre de paquets à envoyer. On revient à la figure 3. Après que le message de demande 400 a été produit à l'étape 302 et envoyé à l'étape 303, le satellite répond, à l'étape 304, en envoyant un message de réponse. Le satellite répond par l'un ou l'autre des deux messages qui sont respectivement représentés sur les figures 5 et 6. Si le satellite accepte la demande d'accès, il émet un message de demande acceptée 500, représenté sur la figure 5, à destination de l'unité d'abonné. Si le satellite n'autorise pas l'accès, il émet un message de demande refusée 600, représenté sur la figure 6, à destination de l'unité d'abonné. La figure 5 montre le format du message de demande acceptée 500 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le message de demande acceptée 500 comprend au moins une zone identificateur 510, une zone type de message 520 et une ou plusieurs zones tranche de temps 530. La zone identifi- cateur 510 identifie l'unité d'abonné et le numéro unique de demande, à qui le message est envoyé. La zone type de message 520 indique si la demande est ou non acceptée. La zone tranche de temps 530 indique la ou les tranches de temps pendant lesquelles les paquets de données peuvent être envoyés. Il faut noter que le nombre de tranches de temps peut être inférieur au nombre de paquets que l'unité d'abonné a indiqué vouloir envoyer. Dans ce cas, l'unité d'abonné fera des demandes supplémentaires de tranches de temps supplémentaires jusqu'à ce qu'elle ait terminé le transfert de ces données. La figure 6 montre le message demande refusée 600 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Dans certains cas, le message de demande refusée 600 renvoyé à l'unité d'abonné peut ne pas accepter la demande de transfert de données. Comme représenté sur la figure 6, le format de message est analogue à celui de la figure 5, en ce qu'il comprend une zone identificateur 610, une zone type de message 620 et une zone cause 630. La zone identificateur 610 identifie l'unité d'abonné à qui le message est envoyé. La zone type de message 620 indique que la demande d'accès est refusée. La zone cause 630 donne une raison au refus de la demande. Cette cause peut typiquement être indiquée sous la forme d'un nombre entier, ce nombre correspondant à une raison particulière. Par exemple, le nombre "1"' peut fournir l'indication selon laquelle le système est encombré, tandis que le nombre "2" peut indiquer que le système est fermé. On revient à la figure 3. Si la demande a été refusée à l'étape 305, le système revient alors à l'étape 303. Dans le cas o le message de demande acceptée a été envoyé, ceci signifie que la demande a été acceptée par la tâche 304, et que la tâche 305 indique des tranches de temps disponibles, et l'unité d'abonné émet (tâche 306) le nombre (M) de paquets de données correspondant au nombre (N) de tranches de temps indiquées (voir la zone nombre de paquets 530 de la figure 5). Après l'envoi de chaque paquet de données par l'unité d'abonné à l'étape 306, un signal d'accusé de réception est envoyé par le satellite, à l'étape 307. Après que l'unité d'abonné a reçu le signal d'accusé de réception, l'unité d'abonné détermine, à l'étape 308, si toutes les tranches de temps attribuées ont ou non été utilisées. Si ce n'est pas le cas, l'unité d'abonné revient à l'étape 306 et émet un nouveau paquet de données. Toutefois, si, à l'étape 308, l'unité d'abonné détermine que toutes les tranches de temps attribuées ont été utilisées, alors, à l'étape 307, l'unité d'abonné détermine s'il y a encore des paquets de données à envoyer. S'il y a encore des paquets de données à envoyer, le procédé 300 revient alors à l'étape 302, et tous les paquets de données restants seront assemblés en de nouveaux paquets de données, et une nouvelle demande sera émise selon la tâche 303. S'il n'y a plus de paquet de données à envoyer, le procédé 300 arrive à son terme à l'étape 310, jusqu'à ce que d'autres paquets de données soient à envoyer, auquel cas le procédé 300 recommence depuis l'étape initiale 301. Pour permettre une illustration plus complète des principes de l'invention, la figure 7 montre, sous forme de schéma de principe, un système dans lequel plusieurs utilisateurs sont en compétition pour faire accès à un satellite 20 sur une liaison de télécommunications 22, ainsi qu'une trame de multiplexage par division temporelle d'un canal de la liaison de télécommunications 22 (qui peut comprendre plusieurs semblables trames et canaux). Chaque unité d'abonné peut demander d'être desservie par le système à tout moment. Une utilisation efficace du canal est obtenue grâce au processus d'arbitrage qui tient compte des ressources disponibles et du nombre de possibilités d'émission de paquets qui sont demandées par chaque abonné. Par exemple, l'unité d'abonné 1 et l'unité d'abonné 3, comportant chacune un émetteur-récepteur 87, peuvent s'emparer toutes deux d'un canal de la liaison de télécommunications. Chaque canal est multiplexé par division temporelle en N tranches de temps. L'unité d'abonné 1 assemble initialement quatre paquets de données et fait sa demande d'accès. L'unité d'abonné 3 assemble initialement deux paquets de données et fait, de même, sa demande d'accès. Alors que ceci n'est pas représenté, d'autres utilisateurs font simultanément accès aux canaux de la liaison de télécommunications. En réponse aux demandes de l'unité d'abonné 1 et de l'unité d'abonné 3, l'unité d'abonné 1 se voit attribuer les tranches de temps 1 et 30, tandis que l'unité d'abonné 3 se voit attribuer les tranches de temps 2 et 45. Lors de la trame de temps suivante, l'unité d'abonné 1 émettra un paquet de données dans la tranche de temps 1 et un deuxième paquet de données dans la tranche de temps 30. L'unité d'abonné 3 émettra ces deux paquets de données dans les tranches de temps respectives de données 45. Puisque l'unité d'abonné 1 n'a pas transmis tous les paquets de données qu'elle a assemblé, elle enverra une deuxième demande et, par exemple, se verra attribuer l'utilisation des tranches de temps 30 et 45 lors de la trame suivante. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et du dispositif 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. Procédé de mise en oeuvre d'un système de transmission de paquets de données, le procédé étant caractérisé par les opérations suivantes: émettre des demandes dans chacune desquelles est indiqué le nombre de paquets de données qui sont à transmettre via le système de transmission de paquets de données; attribuer des tranches de temps d'un canal pour l'émission d'au moins quelques-uns des paquets de données; émettre ces quelques paquets de données via le système de transmission de paquets de données; et répéter chacune des opérations précédentes jusqu'à ce que tous les paquets de données aient été envoyés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à assembler des paquets de données. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à attendre une réponse à la demande. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération d'attribution comporte l'opération qui consiste à déterminer si la réponse indique qu'il existe des tranches de temps des canaux disponibles pour satisfaire les demandes. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à répéter les opérations de demande et de détermination jusqu'à ce que les tranches de temps deviennent disponibles. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'émission comporte en outre l'opération qui consiste à émettre lesdits quelques paquets de données via le système de transmission de paquets de données à l'aide des tranches de temps qui sont disponibles. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations suivantes: déterminer si toutes les tranches de temps ont été utilisées; et réaffecter les tranches de temps afin d'utiliser toutes les tranches de temps qui sont disponibles. 8. Système (10) servant à attribuer des tranches de temps disponibles sur des canaux à des utilisateurs, le système étant caractérisé en ce qu'il comprend un premier émetteur-récepteur (87); un deuxième émetteurrécepteur formant au moins une liaison de télécommunications avec le premier émetteur-récepteur (87); un premier moyen servant à demander l'accès sur la liaison de télé- communications, disposé dans le premier émetteur-récepteur, o le premier moyen émet un paquet constituant une demande sur la liaison de télécommunications et forme un paquet en vue de l'émission d'un paquet de données (303); et un deuxième moyen servant à déterminer la disponibilité en tranches de temps, le deuxième moyen étant disposé dans le deuxième émetteur-récepteur et étant en mesure de répondre à la demande du premier moyen en attribuant au premier moyen (305) des tranches de temps sur la base du paquet constituant la demande.