Brevet FR2821516A1 — publié le 20020830

PROCEDE ET SYSTEME DE TELECOMMUNICATION PAR SATELLITES ET STATION DE BASE POUR UN TEL SYSTEME L'invention est relative à un procédé et un système de télécommunication par satellites défilants ou satellites géostationnaires ainsi qu'à une station de base pour un tel système. Elle concerne plus particulièrement un tel système de télécommunication dans lequel un territoire est divisé en zones ou cellules, ayant, par exemple, chacune un diamètre de plusieurs centaines de kilomètres et chaque zone comporte un motif de ressources tel que deux zones adjacentes n'utilisent pas les mêmes ressources en communication. On a ainsi représenté sur la figure 1 des zones d'un système de télécommunication de ce type avec, à l'intérieur de chaque zone, le motif des ressources en communication qui sont affectées à cette zone. Dans ce système, les zones forment des groupes de trois zones 10, 12,14 qui comportent des motifs différents. De façon plus précise, des ressources différentes en fréquences et polarisation sont affectées aux zones 10, 12 et 14 et les motifs de ressources sont répartis de façon telle que deux zones adjacentes ne comportent jamais les mêmes ressources. Les ressources indiquées à l'intérieur de chaque zone comprennent trois sous-bandes de fréquence et deux polarisations. Ces ressources sont représentées par deux groupes de trois chiffres binaires, le groupe de gauche représentant la polarisation gauche et le groupe de droite, la polarisation droite. Dans chaque groupe, un"0"indique une absence de sous-bande et un"1", sa présence ; ainsi, le premier chiffre sur la gauche correspond à une première sous-bande de fréquences, le chiffre du milieu correspond à la seconde sous-bande et le chiffre de droite, à la troisième sous-bande. Par exemple, les ressources 110 000 indiquées pour la zone 12 signifient qu'on lui affecte les sous-bandes nl et n 2 de polarisation gauche. À la zone 10, est affectée la sous-bande n 3 de polarisation gauche (001 000) tandis qu'à la zone 14, sont affectées les trois sous-bandes de polarisation droite (000 111). La figure 1 montre que deux zones auxquelles sont affectées les mêmes ressources en fréquences et en polarisation sont toujours séparées par une zone intermédiaire à laquelle sont affectées des ressources différentes. Les ressources affectées à chaque zone sont cependant utilisées plusieurs fois car la zone est couverte par plusieurs satellites. Dans l'exemple, on prévoit trois satellites S1, S2 et S3. Autrement dit, la zone 10 fait appel trois fois à la sous-bande n 3 de polarisation gauche, une fois par satellite. La capacité de communication est donc multipliée par le nombre de satellites couvrant les zones. Il ne peut y avoir d'interférence entre communications provenant de deux satellites différents utilisant les mêmes ressources en fréquences et polarisation car les satellites ont, vus de la zone, des directions bien distinctes. Autrement dit, on fait appel à la"diversité spatiale"des satellites pour augmenter la capacité en communications. Les satellites sont soit du type géostationnaire, soit du type défilant. Dans ce dernier cas, les directions des satellites Sl, S2 et 53 changent constamment et, en outre, quand un satellite n'est plus visible de la zone, il doit être au préalable remplacé par un satellite visible, les communications relayées par le satellite qui disparaît de l'horizon étant alors transférées par le satellite de remplacement. Un tel système assure une grande capacité en communications. Il est cependant d'un prix élevé, notamment en raison du coût des équipements à bord de chaque satellite. Il faut ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 1, neuf antennes ou liens pour couvrir les cellules 10, 12 et 14 de la façon montrée sur la figure 1, chaque satellite comportant une antenne par zone à couvrir. L'invention permet, pour une même capacité en communications, d'améliorer l'utilisation des équipements à bord des satellites. Elle est caractérisée en ce qu'à chaque zone ne sont plus affectées des ressources en fréquence distinctes mais sont affectées des satellites de directions différentes. Ainsi, chaque zone (ou cellule) dispose de la totalité des ressources en fréquence, mais sur un seul satellite. Autrement dit, les communications de deux zones adjacentes sont isolées l'une de l'autre seulement grâce aux directions différentes des satellites. Dans ces conditions, le nombre d'antennes total nécessaire est réduit. Chaque satellite doit comporter deux antennes pour la zone qu'il doit couvrir. Ainsi, au total, pour trois zones et trois satellites, le nombre d'antennes ou de liens est de six au lieu de neuf comme décrit ci-dessus, pour une quantité de sous-bandes de fréquences équivalente attribuée aux trois zones. Dans le système de télécommunication conforme à l'invention, les ressources peuvent être uniformément réparties sur les diverses zones. La gestion du système est donc simplifiée. En outre, un satellite n'étant affecté qu'à une seule zone parmi plusieurs zones adjacentes, les sous-bandes de fréquence ou autres ressources utilisées peuvent être traitées indépendamment l'une de l'autre entre deux zones. Par exemple, d'une zone à une autre, la répartition de chaque sous-bande entre la voie aller et la voie retour peut être différente. On rappelle ici que la voie aller est celle de la station de base vers les terminaux et que la voie retour est de chaque terminal vers la station de base. Pour une constellation donnée de satellites, le système de télécommunication conforme à l'invention peut être utilisé pour la totalité des zones ou seulement pour une partie d'entre elles, la répartition des ressources étant effectuée d'une manière conventionnelle, comme décrit, par exemple, en relation avec la figure 1 pour ces autres ressources. L'invention concerne non seulement un procédé d'attribution des ressources aux diverses zones, cette attribution étant en général effectuée à partir d'un centre de gestion du système de télécommunication, mais aussi les équipements des stations de base qui sont adaptés à recevoir l'ensemble des ressources attribuées au système, ou une grande partie de ces ressources, et dont les antennes sont pointées vers un seul satellite ou des satellites utilisés seulement pour cette zone et non les autres zones du même système. En bref, l'invention concerne un procédé pour affecter les ressources en communications dans un système de télécommunication dans lequel les communications sont relayées par des satellites couvrant un territoire divisé en zones, chaque zone comportant un motif de ressources en communications constituées, d'une part, des directions des satellites vus des zones et, d'autre part, des sousbandes de fréquences et/ou de polarisation, ces ressources étant réparties pour que deux zones adjacentes comportent des ressources différentes. Ce procédé est tel que la distinction entre les motifs de deux zones est effectuée seulement par la direction du (ou des) satellite (s) affecté (s) aux zones de ce motif. Dans une réalisation, on affecte un seul satellite à chaque zone. En variante, plusieurs satellites sont affectés à une zone, ces satellites n'étant pas utilisés pour les zones voisines. De préférence, on affecte à toutes les zones l'ensemble des ressources fréquencielles, les motifs ne se distinguant que par les directions des satellites fournissant ces ressources. Selon un mode de réalisation, pour une partie du territoire couvert par le système de télécommunication, les motifs de deux zones se distinguent seulement par les directions des satellites avec lesquels elles communiquent alors que pour d'autres parties du territoire, les motifs de deux zones se distinguent par les autres ressources telles que la fréquence et/ou la polarisation. Dans deux zones voisines, on peut affecter la même sous-bande de fréquences, cette sous-bande étant divisée en deux parties, l'une pour la voie aller et l'autre pour la voie retour, la division étant différente entre la première et la seconde zones. L'invention concerne aussi une station de base pour système de télécommunication dans lequel les communications sont relayées par des satellites couvrant un territoire divisé en zones, les ressources en communication comprenant, d'une part, les directions des satellites vus des zones et, d'autre part, les sous-bandes de fréquences et/ou de polarisation, ces ressources étant réparties pour que deux zones adjacentes se distinguent par au moins une des ressources. Cette station est telle qu'elle comporte des moyens de pointage vers au moins un satellite, la direction de pointage étant différente de la direction de pointage pour une station de base d'une zone adjacente. De préférence, la station de base comporte des moyens pour recevoir l'ensemble des ressources en communications, autres que les directions des satellites, qui sont affectées au système. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels : la figure 1, déjà décrite, représente un système de télécommunication de type classique, la figure 2 est un schéma analogue à celui de la figure 1 montrant un système de télécommunication conforme à l'invention, la figure 3 est un schéma montrant une zone ou cellule avec une station de base, des terminaux et un satellite, et la figure 4 est un schéma montrant la répartition des ressources dans une sous-bande de fréquences. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, qui est analogue à celui représenté sur la figure 1 en ce qui concerne le nombre de ressources disponibles et les zones 10,12, 14, à chaque zone sont affectées toutes les ressources disponibles, à savoir les trois sous-bandes avec la polarisation droite et la polarisation gauche. Ainsi, dans chaque zone 10,12, 14, on a indiqué les ressources 111 111. Mais pour éviter les interférences entre zones d'un même motif, dans l'exemple, un seul satellite est affecté à chaque zone. C'est la raison pour laquelle, à l'intérieur de chaque zone dans le schéma de la figure 2, on a montré trois lignes, la première ligne correspondant au satellite 51, la seconde ligne au satellite S2 et la troisième ligne au satellite S3. Ainsi, pour la zone 10, à laquelle est affecté le satellite S2, seule la seconde ligne est remplie. Pour les équipements à prévoir dans chaque zone, notamment dans la station de base, il suffit de prévoir une antenne pour la polarisation gauche (L) et une antenne pour la polarisation droite (R), soit six antennes en tout pour l'ensemble des trois zones alors que dans le système de télécommunication classique décrit en relation avec la figure 1, il fallait prévoir, pour le même nombre de satellites et le même motif neuf antennes en tout. L'invention n'est, bien entendu, pas limitée à l'exemple décrit dans lequel les zones ou cellules forment des groupes de trois éléments. Le nombre d'éléments de chaque groupe peut être quelconque. En ce qui concerne le nombre de satellites, il doit être en permanence au moins égal au nombre de ressources géométriques prévues dans les motifs, une ressource géométrique étant une direction de satellite. Il peut cependant être supérieur. Par exemple, on peut prévoir d'affecter un couple de satellites à une zone, à condition que la direction angulaire de ce couple de satellites soit bien distincte des directions angulaires des satellites affectés aux zones adjacentes. Bien qu'il soit préférable d'affecter toutes les ressources à chaque zone et cela afin de maximiser la capacité en communication, on peut cependant, dans certains cas, en affecter seulement une partie. Par ailleurs, dans un système de télécommunication couvrant un territoire, on peut utiliser le système de répartition des ressources conforme à l'invention tel que représenté sur la figure 2 pour une partie du territoire et, pour une ou plusieurs autres parties du territoire, on peut utiliser le procédé de répartition du type classique représenté sur la figure 1. Outre une meilleure utilisation des équipements à bord des satellites, l'invention permet une homogénéisation de l'attribution des ressources dans les diverses cellules. En effet, si l'on compare l'exemple de la figure 2 avec celui représenté sur la figure 1, on voit que dans l'exemple de la figure 1 correspondant à un système classique, trois ressources (1 sous-bande sur 3 satellites) sont attribuées à la zone 10, six ressources (2 sous-bandes sur 3 satellites) sont attribuées à la zone 12 et neuf ressources (3 sous-bandes sur 3 satellites) sont attribuées à la zone 14 alors que dans le système selon l'invention, six ressources (6 sous-bandes sur 1 satellite) sont attribuées à chacune des zones. L'invention est ainsi bien adaptée à des zones à trafic homogène. L'invention permet également une plus grande flexibilité dans chaque sousbande. On peut, en effet, répartir les fréquences de chaque sous-bande entre la voie aller et la voie retour et cela de façon indépendante d'une cellule à une autre car la totalité des ressources est disponible sur la zone, contrairement à un système classique. Bien que les notions de voie aller et de voie retour soient classiques dans un système de télécommunication, on rappelle ici la signification de ces termes. Comme représenté sur la figure 3, dans chaque zone 20, on prévoit une station de base 22 qui communique, par l'intermédiaire d'un satellite S, avec l'ensemble des terminaux 241, 242, etc. se trouvant dans cette même zone 20. La voie aller (flèche f) est la voie qui part de la station de base 22 pour aboutir aux terminaux 24i en passant par l'intermédiaire du satellite S. La voie de retour (flèche R) est celle qui part d'un terminal pour aboutir à la station de base 22. Comme représenté sur la figure 4, chaque sous-bande de fréquences est divisée en deux parties 32 et 34, la première partie 32 étant affectée à la voie aller et la seconde partie 34 étant affectée à la voie retour. Ces deux parties ne sont en général pas égales car les trafics ne sont pas les mêmes. Par exemple, il est connu que pour le trafic Internet, la voie aller correspond à un trafic nettement supérieur à la voie retour. En effet, dans la voie retour, circulent surtout des interrogations ou des requêtes vers des sites alors que dans la voie aller, on transmet un trafic plus important tel que des téléchargements de programmes ou autres informations. Par contre, pour d'autres applications, les trafics des voies aller et retour peuvent être pratiquement les mêmes. Il s'agit, par exemple, de conversations téléphoniques ou de vidéoconférences. Ainsi, les trafics sur les voies aller et retour peuvent être différents d'une zone à une autre et l'invention permet de séparer la sous-bande en deux parties qui peuvent être différentes d'une zone à une autre. Les divers paramètres du système de télécommunication sont commandés à partir d'un centre de gestion centralisé (non montré) dans lequel est installé un dispositif de commande pour l'attribution des ressources. Ainsi, le procédé selon l'invention est principalement mis en oeuvre dans ce centre de gestion. Le procédé selon l'invention est également mis en oeuvre dans les stations de bases et dans les terminaux. En particulier, chaque station de base 22 devra comporter une antenne pointée vers un satellite et disposer de moyens de réception de l'ensemble des ressources en communication ou d'une grande partie des ressources en communication. REVENDICATIONS 1. Procédé pour affecter les ressources en communications dans un système de télécommunication dans lequel les communications sont relayées par des satellites (S1, S2, S3) couvrant un territoire divisé en zones (10, 12,14), chaque zone comportant un motif de ressources en communications constituées, d'une part, des directions des satellites vus des zones et, d'autre part, des sous-bandes de fréquences et/ou de polarisation, ces ressources étant réparties pour que deux zones adjacentes comportent des ressources différentes, caractérisé en ce que la distinction entre les motifs de deux zones est effectuée seulement par la direction du (ou des) satellite (s) affecté (s) aux zones de ce motif. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on affecte un seul satellite à chaque zone. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs satellites sont affectés à une zone, ces satellites n'étant pas utilisés pour les zones voisines. 4. Procédé selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce qu'on affecte à toutes les zones l'ensemble (111 111) des ressources fréquencielles, les motifs ne se distinguant que par les directions des satellites fournissant ces ressources. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour une partie du territoire couvert par le système de télécommunication, les motifs de deux zones se distinguent seulement par les directions des satellites avec lesquels elles communiquent alors que pour d'autres parties du territoire, les motifs de deux zones se distinguent par les autres ressources telles que la fréquence et/ou la polarisation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans deux zones voisines, on affecte la même sous-bande de fréquences, cette sous-bande étant divisée en deux parties, l'une pour la voie aller et l'autre pour la voie retour, et en ce que la division est différente entre la première et la seconde zones. 7. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes à un système de télécommunication à satellites géostationnaires. 8. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à un système de télécommunication à satellites défilants. 9. Station de base (22) pour système de télécommunication dans lequel les communications sont relayées par des satellites couvrant un territoire divisé en zones, les ressources en communication comprenant, d'une part, les directions des satellites vus des zones et, d'autre part, les sous-bandes de fréquences et/ou de polarisation, ces ressources étant réparties pour que deux zones adjacentes se distinguent par au moins une des ressources, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de pointage vers au moins un satellite, la direction de pointage étant différente de la direction de pointage pour une station de base d'une zone adjacente. 10. Station de base selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour recevoir l'ensemble des ressources en communications, autres que les directions des satellites, qui sont affectées au système.