Brevet FR2806556A1 — publié le 20010921

Procédé de régulation de la puissance effective d'émission (PIRF) d'une station de télécommunication, station de télécommunication terrestre et système de communication correspondants. Le domaine de l'invention est celui des transmissions par voies satellitaires. Plus précisément, l'invention concerne la régulation de PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente) de stations de télécommunication satellite, utilisant les techniques d'accès FDMA/TDNIA synchrone (accès multi porteuses, chacune étant elle-même partagée en accès temporel). Le contrôle de PIRE émission est une technique utilisée en particulier pour compenser l'effet de l'atténuation due à la pluie sur le chemin montant d'une liaison satellite, effet important dans les zones à forte pluie notamment les régions tropicales, lorsque l'on opère dans les bandes Ku et Ka. Le gain obtenu est une réduction significative de la puissance satellite nécessaire, celle-ci n'ayant prendre en compte que la marge nécessaire pour l'effet de la pluie du chemin descendant des liaisons, en fonction de la disponibilité recherchée. Cependant, mise en #uvre de ce principe est souvent difficile notamment si l'on recherche des solutions peu coûteuses. Notamment, on ne dispose pas de solutions adaptées à des stations de moyenne capacité, nécessitant la transmission de plusieurs porteuses simultanément, utilisant l'accès FDMArFDNIA. Ce type d'applications se rencontre dans les réseaux maillés de petite capacité (thin routes) ou les réseaux d'accès (connectant un très grand nombre de petites stations individuelles ou communautaires) utilisant plusieurs stations de connexion (sur lesquelles le procédé de l'invention s'applique) au réseau public pour optimiser le routage (réseau d'accès pour la téléphonie rurale ou l'accès Internet). L'invention a donc pour objectif de pallier ce problème, et de proposer une technique de contrôle de PIRE émission qui soit adaptée aux stations de moyenne capacité, utilisant l'accès FDNIA/TDNIA, c'est-à-dire une technique qui soit fiable, efficace et peu coûteuse à mettre en #uvre, ne nécessitant pas de moyens complexes. On sait que l'effet d'atténuation de l'atmosphère (pluie) sur le chemin montant d'une station ne peut s'observer qu'à travers la réception de l'émission de cette station, ce qui ne peut donc se faire qu'à travers la liaison satellite. Ce faisant, on mesure l'effet cumulé de : 1) La stabilité de la puissance émise 2) L'atténuation du chemin montant, que l'on cherche à déterminer, afin de le compenser par une augmentation de puissance émission 3) La variation de puissance due à la réponse en fréquence des chaînes de transmission, sachant que dans un accès TDMA/FDMA les fréquences émises peuvent sauter de burst à burst dans une large bande. 4) Le dépointage de la station émission 5) La stabilité de gain du satellite (et sa réponse en fréquence) 6) L'affaiblissement dû à la pluie sur le chemin descendant 7) La stabilité de gain et la réponse en fréquence de la chaîne de réception de la station utilisée pour faire la mesure (incluant l'effet de dépointage en réception) Le processus de régulation de puissance émission en vue de compenser les affaiblissements atmosphériques des liaisons montantes repose donc sur la séparation de 2 fonctions : # L'amélioration de la précision des puissances émises utilisant la spécificité de l'émission en FDMA/TDMA synchrone # Mesure en réception de niveaux relatifs pour isoler contribution des affaiblissements montants En effet, on constate que l'isolation de 1;itern 2 de la liste précédente se trouve fortement simplifiée si la précision de la puissance émission des stations est résolue (item 1 & 3). Le procédé de stabilisation des puissances émises a toute fréquence est l'élément principal du processus de régulation puissance. Le principe de l'accès FDMA/TDMA synchrone sur lequel repose une partie des fonctionnalités de l'invention est rappelée sur la figure 1. L'émission vers le satellite utilise des porteuses à faible ou moyen débit, chacune se partageant la bande des répéteurs. Chaque porteuse (ex. Pl-P4) est elle-même partagée dans le temps en granules ou slots , chaque répetition de granule à la périodicité d'une trame définissant l'équivalent d'un circuit. Dans un système avec DAMA (Dynamic Assignment Multiple Access), l'établissement d'un circuit se fait en allouant une fréquence et la position d'un slot dans la trame temporelle. Du fait de la synchronisation des trames de l'ensemble des porteuses ayant accès au satellite, l'ensemble des slots une trame constitue une matrice temps-fréquence dans laquelle chaque slot représente un circuit élémentaire. Pour fixer quelques ordres de grandeur, pour l'émission d'une station de type station de connexion, le nombre de slots est d'au moins 30 par trame, typiquement 60-120 Les objectifs de l'invention sont atteints à l'aide d'un procédé de régulation de la puissance effective d'émission (PIRE) d'au moins deux stations de télécommunication d'un réseau de télécommunication, comprenant chacune au moins un modulateur et au moins un émetteur, et mettant en #uvre un accès FDMA/TDMA synchrone dans le cadre d'une liaison avec un satellite. Selon l'invention, le procédé de régulation comprend étape d'étalonnage local dans chaque station, comprenant les étapes suivantes émission d'une fréquence d'étalonnage successivement chacun desdits modulateurs, à la périodicité de la trame des porteuses TDMA, dans une fenêtre de temps de ladite trame spécifiée pour chaque station, durant laquelle aucun trafic n'est émis ; mesure en sortie de l'émetteur des puissances émises successivement auxdites fréquences d'étalonnage ; ajustement du niveau de puissance de chacun desdits modulateurs en fonction de ladite mesure. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la mesure met en #uvre une interpolation en fréquence, de manière à déterminer la puissance émise aux fréquences autres que les fréquences d'étalonnage. Selon une première variante avantageuse de l'invention la fréquence d'étalonnage est émise dans un intervalle de garde séparant bandes de fréquence utiles associées à chacun des modulateurs. Selon une deuxième variante avantageuse de l'invention la fréquence d'étalonnage est émise dans la bande des fréquences utiles. Selon une première technique avantageuse de l'invention, la mesure est mise en #uvre dans une station de mesure prédéterminée, dite station meîtresse dudit réseau. Selon une deuxième technique avantageuse de l'invention la mesure est mise en #uvre dans chacune des stations du réseau, cette dernière pouvant recevoir ses propres émissions. Avantageusement, l'étape de mesure est mise en #uvre sur un coupleur, auquel est connecté un détecteur de précision stabilisé en température. L'invention concerne également une station de télécommunication terrestre destinée à communiquer avec au moins un satellite selon une technique d'accès FDMA/TDMA synchrone, la station comprenant au moins un modulateur et au moins un émetteur. Selon l'invention, une telle station de télécommunication comprend des moyens d'étalonnage local comprenant les moyens suivants : des moyens d'émission d'une fréquence d'étalonnage successivement par chacun desdits modulateurs à la périodicité de la trame des porteuses TDMA, dans une fenêtre de temps de ladite trame spécifiée pour ladite station, durant laquelle aucun trafic n'est émis ; des moyens d'ajustement du niveau de puissance de chacun desdits modulateurs, de façon à compenser d'éventuelles perturbations survenues sur un chemin montant de ladite station vers ledit au moins un satellite. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, une telle station de télécommunication terrestre comprend en outre des moyens de mesure, en sortie de l'émetteur, des puissances émises successivement auxdites fréquences étalonnage. L'invention concerne encore un système de communication mettant en #uvre au moins un satellite et une pluralité de stations de 1écommunication terrestres communiquant selon une technique d'accès FDNIA/TDMA synchrone, chacune desdites stations comprenant au moins un modulateur et au moins un emetteur. Selon l'invention, un tel système comprend des moyens d'étalonnage local dans chacune desdites stations comprenant: des moyens d'émission d'une fréquence d'étalonnage successivement par chacun desdits modulateurs, à la périodicité de la trame des porteuses TDNIA, dans une fenêtre de temps de ladite trame specifiée pour chaque station, durant laquelle aucun trafic n'est émis des moyens de mesure, en sortie de l'émetteur, des puissances émises successivement auxdites fréquences d'étalonnage ; des moyens d'ajustement du niveau de puissance chacun desdits modulateurs, en fonction de ladite mesure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation 'férentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 illustre le principe de l'accès FDNM/TDMA synchrone sur lequel repose une partie des fonctionnalités de l'invention ; la figure 2 présente le schéma général d'une station d'émission. La méthode de l'invention consiste donc à faire émettre périodiquement chaque station, une porteuse unique, successivement à plusieurs fréquences, de mesurer la puissance émise à l'aide d'un détecteur de haute qualité (stabilisé notamment en température). Ce faisant, on répond points relatifs à la stabilité et à la variation de la réponse en fréquence des stations en émission. Il est important de noter que cette opération est locale a chaque station concernée. L'accès FDMA/TDMA permet d'appliquer cette méthode sans couper le trafic. La méthode consiste à réserver l'un des slots dans les trames émission à cette mesure. Durant ce slot, périodiquement a chaque trame, on émet une porteuse sur laquelle on mesure la puissance, émise localement en sortie de l'émetteur sur un coupleur auquel est connecté un détecteur de précision. Les informations résultant de cette mesure sont enregistrées dans le processeur de la station contrôlant l'assignation en fréquence des modulateurs et leurs niveaux d'émission. Lors de l'émission d'un slot par un modulateur, sur fréquence, le processeur assigne un ajustement de niveau au modulateur concerné, déterminé par une interpolation en fréquence sur les écarts lus lors de la phase mesure. La figure 2 rappelle le schéma général d'une station émission Sachant que l'imprécision émission provient non seulement des parties communes (transposition, HPA) mais aussi des modulateurs, chacun des modulateurs est utilisé cycliquement pour cet étalonnage. Un cycle complet d'étalonnage (modulateurs + fréquences) prend donc un temps : n x F x T n nombre de modulateurs F nombre de fréquences sur lesquelles est fait l'étalonnage T durée de la trame TDNIA A titre d'exemple, une station équipée de 20 modulateurs, chacun émettant 60 slots sur une trame de 40 ms (capacité émission de 20 x 60 = 1200 circuits !), effectuant une mesure sur 5 fréquences aurait un cycle d'étalonnage de 20 x 5 x 0.04 4 sec, ce qui est très largement suffisant pour compenser des instabilités dues en grande partie aux variations lentes en température. La perte de capacité d'émission des stations est de IIN, où N représente le nombre de slots par trame. Cette valeur est donc très faible pourrait être compensée, si nécessaire, par l'adjonction d'un modulateur supplémentaire. Le second point important concerne le choix de la fréquence émission pour l'étalonnage. Lorsque la résolution en fréquence nécessaire pour mesurer la réponse en fréquence est de l'ordre de la bande passante des répéteurs satellite, une solution économique en termes de capacité est d'émettre la porteuse d'étalonnage dans l'intervalle de garde séparant les répéteurs général de plusieurs MHz). On ne modifie pas de cette façon les porteuses trafic sur les autres stations. Pour ne pas perdre de capacité satellite, on répartit attribution des positions des slots de mesure de chaque station, de façon à ce qu'un slot non utilisé en émission par une station puisse être utilisé par une autre station. Si les porteuses FDMA/TDMA ont un débit faible conduisant à une bande occupée de l'ordre du MHz, l'émission entre 2 répéteurs peut se faire dans des conditions normales de modulation, ce qui permet de ne pas augmenter les densités de PIRE émises et de mesurer les puissances émission dans les conditions normales de modulation. Si la résolution nécessaire en fréquence est inférieure à la largeur de bande d'un répéteur, il devient nécessaire d'utiliser un ou plusieurs slots dans la bande des répéteurs donc situés sur des porteuses de trafic. La perte de capacité satellite qui en résulte reste faible. A âtre d'exemple, dans un répéteur de 36 MHz, on peut offrir un capacité de 800-900 slots (demi-circuits codés à 16 kbps), ce qui conduit a une perte de l'ordre du % si l'on utilise 8-9 slots pour assurer un étalonnage à un pas de 4 MHz (ce n'est en général pas nécessaire). La formule précédente exprimant le temps de cycle de mesure s'applique lorsque le nombre de slots utilisés sur des porteuses de trafic est supérieur au nombre de stations. Dans le cas contraire, il en résulte une augmentation prenant en compte le fait que le nombre de stations qui peuvent émettre simultanément ces slots ne peut dépasser le nombre de ces slots. La précision escomptée est en grande partie due à la precision du détecteur, ± 0.5 dB. Cette précision est facile à obtenir car elle s'effectue à un niveau fixe, correspondant à la puissance nominale d'une porteuse de trafic par temps clair. En cas de compensation de l'affaiblissement montant, l'ajustement au niveau des modulateurs sur quelques dB permet de conserver une bonne précision relative. La compensation des affaiblissements de la pluie des chemins montants est basée sur l'observation, dans l'une des stations, des variations de niveaux en réception, de slots de trafic provenant de l'émission des autres stations. Cette station de mesure doit être la station maîtresse du réseau qui dispose dans un système DAMA de liaisons de signalisation avec les autres stations, permettant d'acheminer des consignes d'ajustement de niveau, et ayant la connaissance des slots émis par l'ensemble des stations. La discrimination de la part variation d'affaiblissement montant résulte de ce que les autres causes de variation sont des phénomènes à variation lente ayant une périodicité journalière (dépointage du au mouvement du satellite, stabilité de gain 'du satellite, de la chaîne de réception ... ) qui, hormis le dépointage émission, affectent le chemin descendant, donc l'ensemble des niveaux en provenance des émissions des différentes stations. L'observation des fluctuations rapides de niveau (constante de temps de la seconde à la minute) sur une émission de station, sécurisée si l'on n'observe aucune variation sur les émissions des autres stations, permet d'extraire l'affaiblissement du chemin montant. Si la même fluctuation est observée sur l'ensemble des stations, la source est très probablement un affaiblissement sur le chemin de réception que l'on ne cherche pas a compenser. D'autres traitements sur le long terme (plusieurs jours) permettrait d'isoler les fluctuations périodiques (et de les compenser si nécessaire). Il faut noter que les mesures faites sur des slots à différentes fréquences permettent sur le long terme de déterminer l'effet sélectif de l'affaiblissement atmosphérique et de le prendre en compte dans les compensations (ce est significatif que pour des réseaux utilisant un plan de fréquence s'étendant plusieurs répéteurs, en bande Ku, dans des zones à forte pluie). Les avantages de cette méthode reposent en grande partie sur le principe de précision des puissances émises résultant de la solution d'étalonnage proposée, dans le cadre d'un accès FDNIA/TDNIA # Compensation des dérives de gain des cheines émission, incluant la réponse en fréquence # Prise en compte de l'ensemble des modulateurs (y compris ceux pouvant servir à la redondance) # Etalonnage dans les conditions nominales d'émission supprimant l'imprécision du détecteur amenée par une dynamique de mesure. La question de précision des émissions résolue permet de ramener la compensation des affaiblissements montant à une mesure relative de variation de niveaux en réception. Dans la présentation qui précède, nous avons supposé que la mesure des affaiblissements montants était faite dans une station particulière, la station meîtresse du réseau. En fait, cette opération peut être effectuée dans chacune stations qui peuvent recevoir leurs propres émissions. Pour que cela soit possible, il faut que chaque station reçoive l'émission en provenance d'une autre station, pour 'liminer les effets d'atténuation dus au chemin descendant canal de signalisation par exemple). Il est donc possible sous cette forme d'assurer une compensation d'affaiblissement montant, localement dans chaque station, ce qui peut présenter un certain intérêt dans les réseaux où le temps de réaction est critère important (le temps de réponse n'étant limité que par le retard satellite, 0.3 sec.). En résumé, l'invention repose sur la mise en #uvre d'une régulation de PIRE émission de station utilisant la technique d'accès FDMA/TDMA en vue de compenser les affaiblissements dus à la pluie sur le chemin montant des liaisons satellite, et de ce fait, de réduire la puissance utilisée dans les répéteurs. L'élément novateur dans la mise en #uvre de cette technique, connue par ailleurs, concerne l'amélioration de la précision de la puissance émission des stations, qui permet de simplifier l'interprétation vue de la réception des différentes causes de variation des niveaux de porteuses reçues, en vue d'isoler la contribution de l'effet de la pluie sur le chemin montant. L'amélioration de la précision des, puissances émission en acces FDMA/TDMA par une méthode d'étalonnage locale à chaque station, repose la mesure d'une porteuse pendant la durée d'un slot attribuée à cette station pour effectuer la mesure, l'opération se faisant dans les conditions normales d'émission vers le satellite et permettant de prendre en compte l'étalonnage sur plusieurs fréquences de l'ensemble des modulateurs de la station. Suivant la résolution en fréquence recherchée, cet étalonnage peut se faire sans perte trafic (émission dans les intervalles de garde des répéteurs) ou en utilisant faible nombre de slots de trafic (résolution plus fine que la largeur de bande répéteur). Le fait disposer d'une bonne précision sur la connaissance.des puissances émises permet de ramener la mesure des affaiblissements montants à une simple mesure relative des variations de niveau 'de porteuses reçues dans l'une stations localement dans la station concernée). REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de la puissance effective d'émission (PIRE) d'au moins deux stations de télécommunication d'un réseau de télécommunication, comprenant chacune au moins un modulateur et au moins émetteur, et mettant en #uvre un accès FDNM/TDMA synchrone dans le cadre d'une liaison avec un satellite, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'étalonnage local dans chaque station comprenant les étapes suivantes émission d'une fréquence d'étalonnage successivement par chacun desdits modulateurs, à la périodicité de la trame des porteuses TDNM, dans une fenêtre de temps de ladite trame spécifiée pour chaque station, durant laquelle aucun trafic n'est émis ; mesure en sortie de l'émetteur des puissances émises successivement auxdites fréquences d'étalonnage ; ajustement du niveau de puissance de chacun desdits modulateurs en fonction de ladite mesure. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite mesure met #uvre une interpolation en fréquence, de manière à déterminer la puissance émise aux fréquences autres que lesdites fréquences d'étalonnage. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et caractérisé en que ladite fréquence d'étalonnage est émise dans un intervalle de garde séparant les bandes de fréquence utiles associées à chacun des modulateurs. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en que ladite fréquence d'étalonnage est émise dans la bande des fréquences utiles. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en que ladite mesure est mise en #uvre dans une station de mesure prédéterminée, dite station maîtresse dudit réseau. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en que ladite mesure est mise en #uvre dans chacune desdites stations du réseau, cette dernière pouvant recevoir ses propres émissions. 7. Procédé selon l'un quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite étape de mesure est mise en #uvre sur un coupleur, auquel est connecté un détecteur de précision stabilisé en température. Station de télécommunication terrestre destinée à communiquer avec au moins un satellite selon une technique d'accès FDMA/TDMA synchrone, ladite station comprenant au moins un modulateur et au moins un émetteur, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'étalonnage local comprenant moyens suivants : des moyens d'émission d'une fréquence d'étalonnage successivement par chacun desdits modulateurs à la périodicité de la trame porteuses TDMA, dans une fenêtre de temps de ladite trame spécifiée pour ladite station, durant laquelle aucun trafic n'est émis ; des moyens d'ajustement du niveau de puissance de chacun desdits modulateurs, de façon à compenser d'éventuelles perturbations survenues sur un chemin montant de ladite station vers ledit au moins satellite. 9. Station de télécommunication terrestre selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de mesure sortie de l'émetteur, des puissances émises successivement auxdites fréquences d'étalonnage. Système de communication mettant en #uvre au moins un satellite et une pluralité de stations de télécommunication terrestres communiquant selon une technique d'accès FDMA/TDMA synchrone, chacune desdites stations comprenant au moins un modulateur et au moins un émetteur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'étalonnage local chacune desdites stations comprenant : des moyens d'émission d'une fréquence d'étalonnage successivement par chacun desdits modulateurs, à la périodicité de la trame porteuses TDMA, dans une fenêtre de temps de ladite trame spécifiée pour chaque station, durant laquelle aucun trafic n'est émis ; des moyens de mesure, en sortie de l'émetteur, des puissances émises successivement auxdites fréquences d'étalonnage ; des moyens d'ajustement du niveau de puissance de chacun desdits modulateurs, en fonction de ladite mesure.