Brevet FR2793631A1 — publié le 20001117

La présente invention est relative à un terminal de communications bidirectionnel multimédia. La transmission d'informations multimédia, incluant à la fois des informations sonores ou vocales, des données numériques et des images, implique l'utilisation d'une bande de fréquences de grande largeur et donc de supports capables de transmettre de telles largeurs de bande. Parmi ces supports, on utilise aujourd'hui essentiellement les fibres optiques, les faisceaux hertziens et les satellites. L'utilisation de fibres optiques est grevée de l'inconvénient que constitue la nécessité d'installer une infrastructure au sol dense. L'utilisation de faisceaux hertziens est grevée du même inconvénient, auquel s'ajoute celui relatif à la sensibilité de ce mode de transmission aux perturbations dues aux environnements radioélectrique et atmosphérique, qui peuvent dégrader la qualité des liaisons, voire provoquer des coupures de celles-ci. On utilise aujourd'hui couramment des satellites géostationnaires pour la transmission, en bande C ou Ku, d'informations multimédia, en combinaison avec des terminaux du type VSAT, équipés d'antennes à forte ouverture radioélectrique et donc à faible diamètre géométrique. Il n'est bien sûr pas nécessaire d'équiper l'antenne d'un système de poursuite du satellite, géostationnaire, mais cet avantage est fortement atténué par les inconvénients que constituent 1) la nécessité d'équiper le satellite d'émetteurs de puissance très élevée pour compenser l'atténuation des signaux dans l'espace (le satellite est écarté du sol de 36 000 Km environ) et 2) un temps de réponse de plus de 2 secondes pour une information faisant un aller-retour entre la Terre et le satellite. L'utilisation de satellites défilant en orbite basse (de 350 à 20 000 Km par exemple) permet de supprimer ou d'atténuer ce dernier inconvénient par la réduction, jusqu'à 100 ms par exemple, de ce temps de réponse. Cependant, dans une application multimédia, il faut prévoir alors au sol des équipements de poursuite du satellite défilant pour maintenir une communication, celle-ci s'interrompant quand le satellite pointé quitte l'espace o il est "ivisible" du sol. Une solution à ce problème consiste à utiliser non pas un satellite isolé, mais une constellation de satellites défilant en orbite basse. Avec une constellation comptant plusieurs centaines de satellites (comme dans le projet TELEDESIC), il est alors possible d'assurer continûment la couverture d'un site donné par les couvertures élémentaires des satellites de la constellation, ce qui évite tout recours à des moyens de suivi des satellites défilants. Une telle solution ne semble cependant pas viable d'un point de vue économique, compte tenu du coût de la fabrication, du lancement et de la maintenance d'une constellation comptant plusieurs centaines de satellites. La présente invention a précisément pour but de fournir un terminal de communication multimédia propre à constituer une interface de communication entre un système de communication multimédia par satellite et des appareils de réception et/ou d'émission d'informations multimédia qui ne présente pas les inconvénients des moyens connus à cet effet et qui, en particulier, permette d'assurer une telle communication à débit élevé, permanente et bidirectionnelle, avec un temps de réponse imperceptible par les utilisateurs, dans le cadre d'un système de communication économiquement viable. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel terminal conçu pour être autonome, mobile et d'encombrement réduit, de manière à pouvoir être transporté et installé facilement sur tout site d'utilisation. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un terminal de communication bidirectionnel multimédia, remarquable en ce qu'il comprend a) au moins deux antennes orientables d'émission/réception de signaux radioélectriques porteurs d'informations multimédia, b) des moyens électroniques de traitement des signaux reçus ou à émettre par ces antennes, c) des moyens associés à chaque antenne pour pointer celle- ci sur un satellite prédéterminé d'une constellation de tels satellites défilants formant partie d'un système de télécommunication multimédia et d) des moyens de communication sélective de la transmission d'informations multimédia entre le terminal et les satellites de ladite constellation, du satellite sur lequel est pointée l'une des antennes vers le satellite sur lequel est pointée l'autre antenne, de manière à garantir la continuité du flux d'informations transmis entre le terminal et la constellation. Comme on le verra plus loin en détail, le terminal ainsi constitué permet d'établir un système de communication d'informations multimédia par satellite présentant les caractéristiques avantageuses énoncées ci- dessus. Suivant d'autres caractéristiques du terminal selon l'invention, les moyens de pointage comprennent a) une unité d'orientation d'une antenne, associée à chacune de celles-ci, b) des moyens de commande de ces unités à partir d'informations fournies par b1) un système de positionnement du terminal dans un référentiel lié à la Terre et b2) des éphémérides des satellites en visibilité de ladite constellation, délivrées par un centre de mission de cette constellation. Avantageusement, ce système de positionnement est la constellation GPS délivrant des données de positionnement du terminal et de temps auxdits moyens de commande. De même, le référentiel lié à la Terre est avantageusement défini par un satellite géostationnaire. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématique du terminal suivant l'invention et de ses liaisons avec des appareils périphériques, et - la figure 2 est un diagramme fonctionnel de moyens électroniques de traitement de signaux incorporés au terminal de la figure 1. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé o il apparaît que le terminal suivant l'invention comprend deux antennes 1,2 orientables conçues pour recevoir ou émettre sélectivement des signaux échangés avec des satellites défilants (non représentés) d'une constellation de tels satellites formant partie d'un système de télécommunication d'informations multimédia. Chaque antenne 1,2 est montée sur une unité d'orientation 31,32 respectivement, formant partie de moyens de pointage sur un satellite préselectionné de la constellation de satellites, ceux-ci défilant préférablement en orbite basse pour les raisons explicitées ci-dessus et tenant à rendre imperceptibles le temps de réponse qui affecte les communications entre le terminal et le satellite. Chaque antenne 1,2 est aussi connectée à des moyens électroniques (41,51, 61) et (42,52,62) respectivement, de traitement des signaux reçus ou à émettre. Ces moyens seront décrits en plus de détail dans la suite, en liaison avec la figure 2. Le terminal comprend encore des moyens 7 de commutation sélective de la transmission d'informations multimédia reçues ou émises, soit par l'antenne 1, soit par l'antenne 2, à travers un bus de communication sur lequel sont connectés des appareils périphériques d'exploitation ou de génération de ces informations. A titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, ces appareils peuvent comprendre un ordinateur personnel ou d'entreprise 9, une caméra 10 pour vidéoconférence, un modem 11 relié, par exemple, au réseau téléphonique commuté, au centre de mission 14 de la constellation, etc... . Les unités d'orientation 31,32 des antennes sont commandées par des moyens 12 alimentés par des informations venues d'un système (131,132,133) de positionnement du terminal dans un référentiel lié à la Terre, et par des informations venues, à travers le modem 11, du centre de mission 14 de la constellation de satellites, à savoir notamment les éphémérides permettant de connaître à chaque instant les paramètres orbitaux de chacun des satellites de la constellation. Le système de positionnement peut être celui bien connu sous le sigle "GPS". Le terminal comprend alors une antenne 131 pour recevoir les signaux émis par les satellites de la constellation GPS, à savoir des signaux permettant de localiser le terminal et des signaux temporels, la localisation du terminal étant, par exemple, réalisée dans un référentiel défini par des signaux émis par un satellite géostationnaire, et donc ainsi lié à la Terre. Les signaux sont traités sur une carte électronique 132 et transmis à une interface de communications 133 avec les moyens de commande 12. Suivant une caractéristique de la présente invention, ces moyens 12 connaissant à la fois la position du terminal et les positions des satellites de la constellation GPS, peuvent calculer et commander l'orientation des antennes 1 et 2 de manière que celles- ci suivent chacune un des satellites de la constellation présents dans l'espace couvert par ces antennes, ces satellites étant choisis pour qu'au moins l'un d'entre eux soit "visible" à tout moment par l'une des antennes 1 et 2. Ainsi, quand les moyens de commande 12 détectent que l'un des satellites suivis quitte l'espace "visible" alors que la transmission bidirectionnelle d'informations entre le bus 8 et la constellation se faisait par ce satellite, les moyens de commutation 7 reçoivent des moyens 12 un ordre de basculement de la transmission d'informations à travers l'autre antenne, et donc l'autre satellite qui, lui, reste alors visible par cette antenne du terminal. On assure ainsi la continuité de la transmission de flux d'informations entre le terminal et la constellation, suivant une caractéristique importante de la présente invention. Pratiquement, le terminal suivant l'invention peut prendre la forme d'un ensemble modulaire, autonome et mobile comportant, sous un radôme 15 de protection des antennes 1 et 2, les unités d'orientation 31 et 32 respectivement de ces antennes et une partie 41,42 des moyens électroniques associés à ces antennes, que l'on décrira en plus de détails dans la suite. Une carte électronique 91, montée dans le microordinateur 9, comporte l'essentiel (51,61;52,62) de ces moyens électroniques, ainsi que les moyens de commutation 7, les moyens de commande 12 et l'interface 133 avec la carte GPS 132. Les antennes sont avantageusement du type VSAT, à grande ouverture radioélectrique et donc faible ouverture géométrique. Dans le domaine des bandes d'hyperfréquences V, Ka et Ku, le diamètre géométrique de ces antennes peut alors être suffisamment faible pour que l'ensemble modulaire qui les contient présente un encombrement faible, de l'ordre de 1,50 m dans sa plus grande dimension, et un poids réduit, d'une dizaine de kilos. Cet ensemble peut alors être installé aisément sur une construction fixe (immeuble) ou mobile (véhicule). On se réfère maintenant à la figure 2 du dessin annexé pour décrire en plus de détails les moyens électroniques incorporés au terminal suivant la présente invention, pour conformer convenablement les signaux qui assurent une transmission bidirectionnelle d'informations multimédia entre la constellation de satellites et les appareils périphériques connectables à ce terminal. A la figure 2, on a représenté seulement les chaînes de moyens électroniques associés à l'antenne 1, les chaînes associées à l'antenne 2 étant identiques. Comme représenté, ces moyens comprennent deux chaînes, l'une assurant la transmission d'informations multimédia de la constellation vers le terminal et l'autre assurant une transmission en sens inverse de telles informations. Un duplexeur D isole la chaîne d'émission de la chaîne de réception, ou inversement. Pour une transmission d'informations venues de la constellation sous la forme d'une modulation d'une fréquence RF choisie dans la bande Ka (20-30 GHz) ou V (35-40 GHz) compatible avec le débit élevé qu'exige l'information multimédia, le signal reçu par l'antenne passe d'abord dans un amplificateur hyperfréquence 16 dont la sortie est appliquée à un abaisseur de fréquence constitué par un oscillateur local 17 et un mélangeur 18 afin de translater l'information à recevoir dans une fréquence intermédiaire FI plus basse, en bande Ku (12-14 GHz) par exemple. Cet oscillateur local 17 peut lui- même être associé à des moyens 19 de compensation de l'effet Doppler dû au défilement des satellites pointés, si nécessaire. Pour réception d'informations de la constellation directement en bande Ku, le premier étage d'amplification et de changement de fréquence doit évidemment être supprimé. La sortie du mélangeur 18 alimente un amplificateur en bande Ku dont la sortie est translatée en fréquence en bande L par l'intermédiaire d'un autre mélangeur 21 associé à un deuxième oscillateur local 22. La sortie du mélangeur 21 est propre à alimenter une interface 23 associée à un décodeur d'émissions de télévision diffusées par satellite, suivant l'une des applications possibles du terminal selon l'invention. Pour recevoir des informations multimédia exploitables par l'ordinateur 9, il convient de réduire encore la fréquence porteuse. Pour ce faire, le signal en bande L, amplifié en 24 est encore translaté en fréquence par l'intermédiaire d'un mélangeur 26 et d'un oscillateur local 25, le signal résultant passant dans un récepteur/démodulateur 27 pour être délivré, à une fréquence "vidéo" à une interface (28) de communication avec l'ordinateur 9 par exemple, à travers le bus 8, pour établir avec ce dernier une communication selon un protocole prédéterminé, tel que le protocole TCP/IP ou le protocole FTP par exemple. Il apparaît ainsi que les moyens électroniques de traitement de signaux du terminal selon l'invention comprennent une cascade de générateurs de fréquence (les oscillateurs locaux) et des moyens de mélange des fréquences émises par ces générateurs en fonction des signaux reçus, ces générateurs et ces moyens permettant de ramener la fréquence du signal, de la bande Ku, Ka ou V à la bande L (pour un décodeur TV), ou à une bande "vidéo" pour la communication avec l'ordinateur 9 par exemple. En sens inverse, pour transmettre des signaux porteurs d'informations multimédia à un satellite de la constellation, par l'intermédiaire des antennes 1 et 2, le terminal suivant l'invention comprend une chaîne électronique 16' à 28' composée d'éléments correspondant aux éléments 16 à 28 respectivement, de la chaîne décrite ci-dessus, mais travaillant en sens inverse pour présenter les signaux appliqués à l'antenne sur une porteuse en bande Ku, Ka ou V, par exemple, convenant à leur propagation dans la constellation de satellites. C'est ainsi que la chaîne 16' à 28' comprend une interface vidéo 28', un modulateur 27' modulant une porteuse dont la fréquence est élevée jusqu'à la fréquence à émettre en bande Ku, Ka ou V par l'intermédiaire d'élévateurs de fréquence (constitués chacun par un mélangeur associé à un oscillateur local) tels que (25',26'), (22',21') et (17',18'), et d'amplificateurs 24',20' et 16'. La sortie de l'amplificateur 16' alimente l'antenne 1 via le duplexeur D. Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre les buts annoncés, à savoir fournir un terminal de communications bidirectionnel multimédia, donc à débit élevé d'informations, suivant des communications bidirectionnelles à faible temps de réponse (inférieur à ms par exemple) grâce à l'utilisation de satellites défilant en orbite basse (de 300 à 20 000 km par exemple) et permettant, de manière économique, l'utilisation d'une constellation à faible nombre de satellites grâce aux moyens de pointage de ceux-ci prévus dans le terminal, qui permettent de suivre chaque satellite dans tout l'espace visible depuis le terminal. De tels terminaux, associés directement à une telle constellation de satellites, permettent d'assurer des transmissions d'informations à haut débit qui ne souffrent pas des engorgements que l'on remarque actuellement quand ces informations sont transmises, au moins en partie, par des réseaux de transmission terrestres. L'ensemble modulaire protégé par le radôme 15 est susceptible d'être réalisé sous des formes et des prix adaptés au grand public ou aux utilisateurs professionnels. Pour ces derniers, l'ensemble peut comporter un nombre d'antennes supérieur à deux, pour fiabiliser les transmissions de signaux porteurs d'informations multimédia. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que les moyens électroniques du terminal suivant l'invention pourraient être dotés de moyens de réglage permettant d'adapter un même terminal de base à des fonctionnements dans des bandes de fréquence spécifiques différentes. C'est ainsi encore que le terminal suivant l'invention n'est pas limité à une utilisation en combinaison avec une constellation de satellites défilants. Ce même terminal pourrait aussi, bien sûr, échanger des informations avec un satellite géostationnaire, l'antenne utilisée pouvant alors rester fixe. REVEND I CATIONS 1. Terminal de communication bidirectionnel multimédia, caractérisé en ce qu'il comprend a) au moins deux antennes (1,2) orientables d'émission/réception de signaux radioélectriques porteurs d'informations multimédia, b) des moyens électroniques (41,51,61; 42, 52,62) de traitement des signaux reçus ou à émettre par ces antennes (1,2), c) des moyens (12;31,32) associés à chaque antenne (1,2) pour pointer celle-ci sur un satellite prédéterminé d'une constellation de tels satellites défilants formant partie d'un système de télécommunication multimédia et d) des moyens (7) de commutation sélective de la transmission d'informations multimédia entre le terminal et les satellites de ladite constellation, du satellite sur lequel est pointé l'une des antennes (1,2) vers le satellite sur lequel est pointé l'autre antenne, de manière à garantir la continuité du flux d'informations transmis entre le terminal et la constellation. 2. Terminal conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de pointage comprennent a) une unité (31,32) d'orientation d'une antenne, associée à chacune de celles-ci, b) des moyens (12) de commande de ces unités à partir d'informations fournies par b1) un système de positionnement du terminal dans un référentiel lié à la Terre et b2) des éphémérides des satellites en visibilité de ladite constellation, délivrés par un centre de mission (14) de cette constellation. 3. Terminal conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit système de positionnement est la constellation GPS délivrant des données de positionnement du terminal et de temps auxdits moyens de commande. 4. Terminal conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le référentiel lié à la Terre est défini par un satellite géostationnaire. 5. Terminal conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de liaison et d'interface avec un ordinateur (9) personnel ou d'entreprise et avec au moins une unité du groupe formé par: une caméra vidéo (10), un modem 11. 6. Terminal conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques de traitement de signaux comprennent, pour la réception des signaux émis par un satellite de la constellation, une cascade d'abaisseurs de fréquence (17,18; 21,22; 25,26) et une pluralité d'amplificateurs de fréquence (16,20,24) associés chacun à un desdits abaisseurs de fréquence, et des moyens de démodulation (27) et de communication (28) des signaux ainsi transmis. 7. Terminal conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques de traitement de signaux comprennent, pour l'émission de signaux vers un satellite de la constellation, une cascade d'élévateurs de fréquence (17',18'; 21',22'; 25',26!), et une pluralité d'amplificateurs de fréquence (16',20',24') associés chacun à un desdits élévateurs de fréquence, et des moyens de modulation (27') et de communication (28') des signaux à émettre. 8. Terminal conforme à l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (19,19') de compensation de l'effet Doppler sur les signaux émis ou reçus. 9. Terminal conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les antennes (1,2) sont protégées par un radôme (15) commun, l'ensemble constitué par ledit radôme (15), lesdites antennes (1,2), leurs unités d'orientation (31,32) et une partie (41,42) des moyens électroniques de traitement de signaux constituant un ensemble autonome et mobile. 10. Terminal conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques de traitement de signaux comprennent des moyens d'adaptation à des bandes de fréquence spécifiques.