Brevet FR3054761A1 — publié le 20180202

Procédé de transmission d'un signal de données binaire via une liaison optique de connexion vers ou à partir d'un satellite L'invention concerne un procédé de transmission d'un signal de données binaire via une liaison optique de connexion vers ou à partir d'un satellite. Dans la liaison aller d'un satellite, une passerelle transmet des signaux de données à l'utilisateur en passant par un satellite. Un tel scénario est représenté sur la figure 1. De tels systèmes ainsi que des procédés de transmission correspondants sont représentés dans les publications suivantes : [1] « ICT-2011.1.1 BATS D4.1 : Satellite Network Mission Requirements », Broadband Access via Integrated Terrestrial and Satellite 15 Systems (BATS) Projet européen, Rapport technique, 2012. [2] « Optimised Smart Gateway Diversity for BATS », Broadband Access via Integrated Terrestrial and Satellite Systems (BATS) Projet européen, BATS Feuille de données 8, Mai 2014. [3] Second Generation Framing Structure, Channel Coding and 20 Modulation Systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and Other Broadband Satellite Applications ; Partie II : S2-Extensions (DVBS2X), Digital Video Broadcasting (DVB) Norme ETSI EN 302 307-2, Octobre 2014. [4] Implementation Guidelines for the Second Generation System for 25 Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and Other Broadband Satellite Applications ; Part II : S2-Extensions (DVBS2X), Digital Video Broadcasting (DVB) Norme ETSI TR 102 376-2, Mars 2015. Un système de satellites connu de l'état de la technique tel que celui décrit par exemple dans la publication [1], comprend un nombre de 30 passerelles Ne, qui alimentent un nombre de faisceaux étroits. Quand il y a un grand nombre de faisceaux étroits, (par exemple jusqu'à 151 faisceaux étroits par satellite selon la publication [2], un grand nombre de passerelles (par exemple jusqu'à 29 passerelles, voir la publication [2]) est nécessaire en raison de la limitation du spectre dans la liaison de 35 connexion, par exemple dans la bande V de fréquence radio (RF). 2 3054761 17 55128 La conception du système de transmission dans la liaison de connexion tel qu'elle est connue de l'état de la technique, est représentée sur la figure 2. Dans la liaison aller standard DVB-S2X selon la publication [3], une ou plusieurs porteuses sont associées à un faisceau utilisateur. 5 Par exemple dans le scénario de référence multi-porteuse à large bande spécifié dans la publication [4], trois porteuses d'environ 500 MHz chacune sont associées à un faisceau utilisateur. Ceci amène à un spectre de 1,5 GHz par faisceau utilisateur, tel que représenté sur la figure 3. Chaque porteuse est modulée par un flux sous la forme d'impulsions de 10 super-trames qui consistent en des trames concentrées de couche physique. En tenant compte de la bande RF V qui est utilisée dans la liaison de connexion, seulement deux faisceaux peuvent être agencés au spectre, ce qui amène à une forte augmentation des passerelles nécessaires. Chaque flux de bits de porteuse est encadré dans des trames de couche physique. Après modulation, en utilisant la modulation par déplacement d'amplitude et de phase (APSK) et mise en forme d'impulsions à l'aide d'un filtre en racine carrée de cosinus surélevé (SRRCF), jusqu'à trois porteuses DVB-S2X par faisceau sont multiplexées. Après une conversion ascendante à la fréquence de porteuse dans la bande RF V, le signal est amplifié par un amplificateur de puissance et est transmis par l'antenne de passerelle. Dans un satellite, le signal est reçu par l'antenne de liaison de connexion. Les flux de bits sont filtrés, amplifiés et convertis en fréquence à la fréquence de porteuse dans la liaison d'utilisateur dans la bande RF Ka en utilisant NT transpondeurs. Le signal est ensuite transmis aux Nu terminaux d'utilisateurs par l'antenne de liaison d'utilisateur. La liaison retour effectue les opérations inverses et la liaison de connexion est associée à la bande RF Q. Le but de l'invention est de mettre à disposition un procédé de transmission d'un signal de données vers ou à partir d'un satellite, pour lequel un nombre réduit de passerelles est nécessaire. En outre, il doit être mis à disposition un procédé pour recevoir et traiter un signal de données binaire pour la communication par satellite. Le but de l'invention est atteint, selon l'invention, par un procédé de 3 3054761 17 55128 transmission d'un signal de données binaire via une liaison optique de connexion vers ou à partir d'un satellite, une interface optique d'émission mettant en oeuvre les étapes suivantes : multiplexage de trames de couche physique binaires qui sont associés à plusieurs porteuses et/ou à 5 plusieurs faisceaux dans le système de communication par satellite, pour en obtenir un flux de bits unique, insérer une séquence binaire d'identification de trame de couche physique devant chaque trame de couche physique, la séquence binaire d'identification de trame de couche physique comprenant : une séquence binaire de synchronisation claire, 10 une séquence binaire d'indice de faisceau, une séquence binaire d'indice de fréquence de porteuse, une séquence binaire d'indice de débit en bauds, une séquence binaire d'indice de facteur de décroissance, une séquence binaire d'indice de modulation. Le but de l'invention est également atteint, selon l'invention, par un 15 procédé pour recevoir et traiter un signal de données binaire qui a été transmis via une liaison optique de connexion vers ou à partir d'un satellite, notamment selon le procédé ci-avant, dans lequel une interface optique de réception met en oeuvre les étapes suivantes : synchronisation du flux de données binaire en utilisant la séquence binaire de 20 synchronisation claire, extraction des trames de couche physique correspondantes. Dans le procédé selon l'invention, un signal de données binaire est transmis vers ou à partir d'un satellite via une liaison optique de connexion. Pour cela, les étapes suivantes sont effectuées dans une 25 interface d'émission optique : multiplexage de trames de couche physique binaires qui sont associés à plusieurs porteuses et/ou à plusieurs faisceaux dans le système de communication par satellite, résultant en un flux de bits unique, insertion d'une séquence binaire d'identification de trame de couche 30 physique devant chaque trame de couche physique, la séquence binaire d'identification de trame de couche physique comprenant : une séquence binaire de synchronisation claire, une séquence binaire d'indice de faisceau, une séquence binaire d'indice de fréquence de porteuse, 35 une séquence binaire d'indice de débit en bauds, 4 3054761 17 55128 une séquence binaire d'indice de facteur de décroissance, une séquence binaire d'indice de modulation. Le procédé selon l'invention est utilisé dans la liaison de connexion d'un satellite, la communication de données pouvant être effectuée vers le 5 satellite ou dans le sens inverse. Cela signifie que le satellite puisse être l'émetteur et la passerelle le récepteur, ou inversement. Sur les deux côtés de la voie de transmission, il y a une interface optique, à savoir une interface optique d'émission qui a déjà été décrite et une interface optique de réception qui sera décrite plus loin en davantage de détails. Il est 10 préférable que cette interface soit disposée après le bloc de tramage où la représentation par bits des trames de couche physique est engendrée dans chaque porteuse par faisceau. Afin d'obtenir l'information concernant la structure du flux de bits de porteuse située là-dessous et afin de maintenir une association correcte des trames de couche physique aux 15 porteuses et faisceaux, la séquence d'identification de trame de couche physique descriptive est utilisée. La longueur des séquences de bits énoncées peut être choisie de façon que suffisamment de bits soient disponibles afin de transmettre l'information dont on a besoin. 20 Selon une forme préférée de mise en oeuvre, au moins quelques- unes des séquences de la séquence d'identification de trame de couche physique comportent des bits de redondance, afin d'être moins sensibles aux dérangements sporadiques sur le canal de transmission. Selon une autre forme préférée de mise en oeuvre, l'interface optique 25 d'émission comprend une mémoire tampon de données pour stocker le flux de données binaire de la trame de couche physique afin d'égaliser les différences de débit. Il est préféré que les trames de couche physique restent inchangées, si bien que le procédé reste transparent par rapport à des modifications 30 futures de la norme de transmission DVB-S2X. Il est également préféré que le flux de données binaire soit utilisé à la sortie de l'interface optique d'émission afin de moduler une porteuse optique, par exemple un laser. Les porteuses optiques sont alors associées à une grille dite « Dense Wavelength Division Multplexing 35 (DWDM) Grid » (grille de multiplexage dense en longueur d'onde) en 5 3054761 17 55128 fonction de la taille de la grille DWDM Grid choisie, un nombre de faisceaux (N faisceaux) peut être associé au canal « DWDM Channel ». Le signal optique multiplexé en DWDM est par exemple amplifié par un amplificateur à fibres dotées d'erbium (Erbium Doped Fiber Amplifier ; 5 EDFA) et est transmis via la liaison de connexion en utilisant l'émetteur du télescope optique. Il est préféré qu'il soit utilisé, pour la modulation du signal optique de porteuse, une modulation cohérente, notamment une modulation d'amplitude ou de phase. 10 En alternative, pour la modulation du signal optique de porteuse, une modulation d'intensité incohérente, notamment une modulation d'amplitude d'impulsion ou une modulation de position d'impulsion, peut être utilisée. L'invention concerne également un procédé pour recevoir et traiter 15 un signal de données binaire qui a été transmis via une liaison optique de connexion vers ou à partir d'un satellite. La transmission peut être mise en oeuvre selon le procédé décrit jusqu'ici. Une interface optique de réception met en oeuvre les étapes suivantes : synchronisation du flux de données binaire en utilisant la séquence binaire 20 de synchronisation claire, extraction des trames de couche physique correspondantes. Du côté du satellite, le signal optique est ainsi reçu par un télescope de réception. Le signal peut être amplifié de nouveau par un EDFA. Après un démultiplexeur DWDM, chaque porteuse optique peut être démodulée 25 dans le canal DWDM par une photodiode ou un démodulateur afin de rétablir le flux de bits numérique. En outre, des bits de redondance éventuellement présents dans la séquence d'identification de trame de couche physique peuvent être enlevés. 30 Puisque le flux de données de couche physique présente une structure dans laquelle chaque identificateur de trame de couche physique est suivi d'une trame de couche physique, les trames qui sont associées à une porteuse DVB-S2X, peuvent être rétablies à partir de ce flux de données. La séquence binaire de synchronisation claire permet dans ce 35 cas l'extraction des trames de couche physique. Celles-ci seront ensuite 6 3054761 17 55128 modulés selon le format de modulation indiqué dans l'identificateur de trame de couche physique sans que l'en-tête de couche physique ne doive elle-même être décodée. Il est préférable que les trames de couche physique soient modulées 5 et soient traitées par mise en forme d'impulsions, afin de former un signal de porteuse selon l'indice de modulation, l'indice de décroissance et l'indice de débit en bauds dans la séquence d'identification de trame de couche physique. Les porteuses DVB-S2X peuvent ensuite être multiplexées et traitées 10 par conversion ascendante selon l'indice de fréquence de porteuse et l'indice de faisceau dans la séquence d'identification de trame de couche physique. La conversion ascendante peut être effectuée par exemple vers une fréquence qui est utilisée dans la liaison d'utilisateur, par exemple la bande Ka. 15 Les signaux de faisceau peuvent ensuite être filtrés et amplifiés afin d'être émis à l'utilisateur via la liaison d'utilisateur. Sur les deux côtés de la voie de transmission, les interfaces optiques peuvent être mises en oeuvre par des modules FPGA. Ci-après, des exemples de réalisation préférés de l'invention seront 20 expliqués à l'aide de dessins. Dans ces dessins : Figure 1 est une représentation schématique d'une liaison aller dans la communication par satellite, Figure 2 est la chaîne de transmission d'une liaison aller de satellite selon l'état de la technique, 25 Figure 3 est l'association dans le spectre de porteuse dans la bande RF V selon l'état de la technique, Figure 4 est un exemple de réalisation de la chaîne de transmission de l'invention, Figure 5 est l'association des faisceaux dans un canal DWDM dans un 30 procédé selon l'invention. Les figures 1 à 3 ont déjà été expliquées dans le contexte de l'état de la technique. Sur la figure 4, un exemple de réalisation de la chaîne de transmission optique du procédé selon l'invention est représenté. Les 35 données venant d'un réseau sont acheminées à un bloc de tramage via 7 3054761 17 55128 une interface de réseau. Le flux de données binaire présent à la sortie de l'interface de passerelle optique est utilisé pour moduler un signal optique de porteuse d'un laser dans un canal DWDM. Après un multiplexage et une amplification, le signal est acheminé au télescope et est émis via le 5 canal de transmission. Du côté de réception, un traitement du signal est effectué dans l'ordre inverse, comme cela a déjà été représenté dans la présente demande. Ceci est représenté dans la partie supérieure de la figure 2. L'association des faisceaux dans un canal DWDM est représentée 10 sur la figure 5 sous la forme d'un flux de bits de couche physique multiplexé. La représentation comprend la séquence d'identification de trame de couche physique 11 à IN qui est disposée avant chaque trame de couche physique. Cette séquence contient les informations suivantes : une séquence binaire de synchronisation claire (S), 15 une séquence binaire d'indice de faisceau (BI), une séquence binaire d'indice de fréquence de porteuse(CF), une séquence binaire d'indice de débit en bauds (BR), une séquence binaire d'indice de facteur de décroissance (RO), une séquence binaire d'indice de modulation (M). 20 La longueur des champs énoncés est spécifique au système, cette information étant sensée être disponible au récepteur. La séquence de synchronisation (S) peut avoir toute longueur qui est suffisante pour rendre possible une identification fiable du début de la séquence d'identification de trame de couche physique. Ceci peut être effectué par 25 une corrélation avec la séquence connue au récepteur. Un exemple pour une séquence de synchronisation dans laquelle un mot 32 bit de synchronisation est utilisé, est représenté ci-après : 11110011001110110111110010001111. Le champ suivant identifie à quel faisceau la trame de couche 30 physique sera associée. Dans un système avec cent cinquante faisceaux, tel que cela est décrit par exemple dans le cas des figures 1 et 2, huit bits sont suffisants pour représenter cette information. Un exemple pour le champ BI pour le faisceau 67 est le suivant, en utilisant une conversion décimale-binaire : 35 01000011. 8 3054761 17 55128 En fonction du nombre de porteuses qui sont associées à un faisceau, la longueur du champ de fréquence de porteuse est déterminée. Dans un système avec trois porteuses par faisceau, tel que cela est décrit par exemple dans les publications [1] à [4], deux bits sont suffisants. Un 5 exemple pour le champ CF de la deuxième porteuse, en utilisant une conversion décimale-binaire, est le suivant : 10. Puisque le débit en bauds peut être variable, on utilise dans le champ BR un nombre à virgule flottante 64 bits à précision double. 10 Un exemple pour une porteuse 425 Msps est : 0100000110111001010101001111110001000000000000000000000 000000000. En sus du débit en bauds, le facteur de décroissance de la porteuse est indiqué dans le champ RO. Pour un système avec six options 15 différentes pour les facteurs de décroissance (selon les publications [3] et [4] 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 % et 35 %), trois bits sont suffisants pour indiquer l'information énoncée dans le champ RO. Lorsque les facteurs de décroissance sont utilisés dans l'ordre indiqué, un facteur de décroissance de 20 %, à titre d'exemple, serait, en utilisant une conversion décimale- 20 binaire : 100. Enfin, l'indice MODCOD est indiqué dans le champ M. partant des cent douze MODCODs qui sont spécifiés dans DVB-S2X (voir les publications [3] et [4]), sept bits sont suffisants pour contenir cette 25 information. Un exemple pour le MODCOD avec indice 45, en utilisant une conversion décimale-binaire, est : 0101101. Comme résultat, le nombre total de bits dans l'identificateur de trame de couche physique est cent seize bits. Partant d'une longueur d'une 30 trame courte de couche physique de 16.200 symboles, ceci donne une quantité de données générales (dite « Overhead ») de 0,72 % qui est donc négligeable. Après la définition de l'identificateur de trame de couche physique, la composition du flux de bits à transmettre via la liaison optique de 35 connexion est regardée. Un stellite avec un débit fort peut servir jusqu'à 9 3054761 17 55128 cent cinquante faisceaux d'utilisateur (voir publication [2]). Le trafic de données dans chaque faisceau est associé à trois porteuses ayant par exemple un débit de symboles de 425 Msps, ce qui résulte en un débit total de symboles de 1275 Msps par faisceau. En utilisant des MODCODs 5 avec l'ordre le plus élevé de modulation et avec le « Overhead » de codage le plus élevé, par exemple 256 APSK avec un débit de code de 29/45, un débit maximal de bits d'environ 15,8 Gbps par faisceau peut être atteint, en utilisant une grille GWDM de 0,4 nm. Avec des canaux de 50 GHz, le trafic de données peut être multiplexé pour trois faisceaux. Le flux 10 de bits multiplexé est modulé sur la porteuse optique (le laser) en utilisant une modulation QPSK cohérente. Le signal optique en résultant est acheminé à un canal DVDM. La largeur de bande nécessaire pour tous les cent cinquante faisceaux est ainsi (0,4 x 150 / 3) nm = 20 nm. Comme résultat, le trafic de 15 données entier peut très bien être disposé à l'intérieur de la bande optique L entre 1.565 nm à 1.625 nm, si bien qu'une seule passerelle optique ne soit nécessaire. Ceci est une réduction significative comparée aux vingt-neuf passerelles de bande RF QN qui sont nécessaires selon la publication [2]. 20 10 REVENDICATIONS1. Procédé de transmission d'un signal de données binaire via une liaison optique de connexion vers ou à partir d'un satellite, une interface optique d'émission mettant en oeuvre les étapes suivantes : multiplexage de trames de couche physique binaires qui sont associés à plusieurs porteuses et/ou à plusieurs faisceaux dans le système de communication par satellite, pour en obtenir un flux de bits unique, insérer une séquence binaire d'identification de trame de couche physique devant chaque trame de couche physique, la séquence binaire d'identification de trame de couche physique comprenant : une séquence binaire de synchronisation claire, une séquence binaire d'indice de faisceau, une séquence binaire d'indice de fréquence de porteuse, une séquence binaire d'indice de débit en bauds, une séquence binaire d'indice de facteur de décroissance, une séquence binaire d'indice de modulation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins quelques-unes des séquences de la séquence binaire d'identification de trame de couche physique comprennent des bits de redondance. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'interface optique d'émission comprend une mémoire tampon de données pour stocker le flux de données binaire de la trame de couche physique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux de données binaire est utilisé à la sortie de l'interface optique d'émission pour moduler un signal optique de porteuse d'un laser selon une modulation de canal par multiplexage dense en longueur d'onde (Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM). 3054761 11 17 55128 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la modulation du signal optique de porteuse, une modulation cohérente, notamment une modulation d'amplitude ou de phase. 5 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la modulation du signal optique de porteuse, une modulation d'intensité incohérente, notamment une modulation d'amplitude d'impulsion ou une modulation de position d'impulsion. 10 7. Procédé pour recevoir et traiter un signal de données binaire qui a été transmis via une liaison optique de connexion vers ou à partir d'un satellite, notamment selon un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, 15 une interface optique de réception mettant en oeuvre les étapes suivantes : synchronisation du flux de données binaire en utilisant la séquence binaire de synchronisation claire, extraction des trames de couche physique correspondantes. 20 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par l'étape supplémentaire suivante : enlever, dans la séquence d'identification de trame de couche physique, les bits de redondance. 25 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque porteuse optique est démodulée dans le canal DWDM par une photodiode et un démodulateur pour rétablir le flux de bits numérique. 30 10. Procédé selon la revendication 7 à 9, caractérisé en ce que les trames de couche physique sont modulées et sont traitées par mise en forme d'impulsion pour former un signal de porteuse selon l'indice de modulation, l'indice de facteur de décroissance et de 35 l'indice de débit en bauds dans la séquence d'identification de 12 3054761 17 55128 trame de couche physique. 11. Procédé selon la revendication 7 à 10, caractérisé en ce que les porteuses sont multiplexées et traitées par conversion ascendante 5 selon l'indice de fréquence de porteuse et l'indice de faisceau dans la séquence d'identification de trame de couche physique.