Brevet FR3056867A1 — publié le 20180330

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention appartient au domaine des systèmes de communication sans fil, et concerne plus particulièrement un protocole d'accès, par un terminal, à un canal partagé avec d'autres terminaux pour communiquer avec une station de réception. ÉTAT DE LA TECHNIQUE La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans le cas d'un système de communication par satellite en orbite terrestre. Dans les systèmes de communication par satellite, on connaît de nombreux protocoles d'accès à un canal partagé. Notamment, dans le protocole ALOHA, l'accès est aléatoire, et chaque terminal sélectionne de manière aléatoire l'instant d'émission d'un message. Avec une telle approche, des collisions entre messages émis par des 15 terminaux différents peuvent se produire, et le protocole ALOHA vise également à introduire des mécanismes permettant de résoudre les collisions. Le protocole ALOHA a donné lieu à de nombreuses évolutions, et notamment l'évolution connue sous le nom de « Slotted ALOHA », dans laquelle l'instant d'émission, toujours sélectionné de manière aléatoire par 20 chaque terminal, ne peut cependant prendre qu'un certain nombre de valeurs discrètes, qui correspondent aux instants de début d'intervalles de temps prédéterminés, dits « slots ». Le protocole Slotted ALOHA permet, par rapport au protocole ALOHA, d'améliorer la capacité d'utilisation du canal partagé. Une évolution du protocole Slotted ALOHA, connue sous le nom de 25 CRDSA (« Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA »), est par exemple mise en oeuvre dans le standard DVB-RCS2. Dans le protocole CRDSA, un même message est répliqué plusieurs fois, et chaque réplique de ce même message est émise au début d'un slot sélectionné de manière aléatoire, toutes les répliques étant émises à l'intérieur d'une fenêtre comportant un nombre Ns 30 prédéterminé de slots (Ns étant supérieur au nombre de répliques). De nos jours, il est envisagé de collecter depuis des satellites en orbite terrestre des messages émis par des objets connectés terrestres ou aériens. Etant donné que de nombreux objets de la vie de tous les jours ont vocation à 3056867 2 devenir des objets connectés, de nombreux objets connectés seront susceptibles d'essayer d'accéder au canal partagé sensiblement en même temps. On comprend donc que, même en sélectionnant de manière aléatoire l'instant d'émission d'un message, de nombreuses collisions seront 5 susceptibles de se produire. Pour résoudre ces collisions, il est par exemple possible de mettre en oeuvre, au niveau de la station de réception, des techniques bien connues de suppression d'interférences. Notamment, la technique de suppression successive d'interférences (« Successive Interference Cancellation » ou SIC 10 dans la littérature anglo-saxonne) permet de résoudre certaines collisions, c'est-à-dire permet de décoder des messages même en présence de collisions. Toutefois, dans le cas d'une collecte de messages émis par des objets connectés, le nombre de collisions, dans le cas des protocoles d'accès existants, est potentiellement tellement important que de nombreux messages sont susceptibles d'être perdus, même en appliquant des techniques de suppression d'interférences. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des limitations des solutions de l'art antérieur, notamment celles exposées ci-avant, en proposant un protocole d'accès à un canal partagé qui permette de réduire la durée de collision entre deux messages donnés. A cet effet, et selon un premier aspect, la présente invention concerne un procédé d'émission, par un terminal, d'un message à destination d'une station de réception d'un système de communication sans fil, ledit message devant être émis sur un canal partagé avec d'autres terminaux sur lequel l'émission de messages à destination de ladite station de réception est effectuée au début d'intervalles de temps prédéterminés, dits « slots ». Ledit procédé d'émission comporte : - un encodage de données à inclure dans le message à émettre au moyen d'un codeur de canal, - une répartition des données encodées entre Nb sous-messages du message à émettre, Nb étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, 3056867 3 - une sélection d'un slot pour l'émission dudit message, - une sélection de Nb fréquences d'émission, associées respectivement aux Nb sous-messages du message, - une émission du message au début du slot sélectionné, en 5 émettant successivement les sous-messages sur leurs fréquences d'émission associées respectives. Ainsi, les données à émettre dans un message sont encodées au moyen d'un codeur de canal, et les données encodées sont réparties dans Nb sous-messages différents constituant le message à émettre. Les sous- 10 messages formant ledit message sont ensuite émis successivement sur des fréquences d'émission respectives différentes. En d'autres termes, dans le protocole d'accès ainsi défini, l'émission d'un message peut se faire uniquement à des instants prédéterminés, correspondant au début de slots, et ladite émission comporte en outre des 15 sauts de fréquence d'émission intra-message. D'une part, du fait que la fréquence d'émission varie d'un sous-message à un autre d'un même message, la probabilité d'avoir, entre deux messages émis par deux terminaux différents, des collisions sur plusieurs sous-messages est fortement réduite. 20 D'autre part, le fait que les données encodées soient réparties dans des sous-messages différents permet d'exploiter la diversité fréquentielle introduite par les sauts de fréquence d'émission intra-message, ce qui permet d'améliorer le décodage du message en présence de collisions partielles ne concernant que certains sous-messages. 25 Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé d'émission peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, chaque fréquence d'émission de sous-message est sélectionnée aléatoirement par ledit terminal 30 à l'intérieur d'une bande fréquentielle prédéterminée. Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé d'émission comporte une insertion, uniquement dans le sous-message à émettre en premier sur le canal, d'un motif de détection prédéterminé. 3056867 4 Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé d'émission comporte une fragmentation d'un motif de détection prédéterminé en Nb fragments du motif de détection, chaque fragment du motif de détection étant inclus dans l'un des sous-messages du message à émettre. 5 Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le motif de détection est une séquence de Gold. Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le message est entièrement émis à l'intérieur du slot sélectionné. Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, chaque sous- 10 message est un signal à bande ultra-étroite. Selon un second aspect, la présente invention concerne un terminal pour l'émission d'un message à destination d'une station de réception d'un système de communication sans fil, ledit message devant être émis sur un canal partagé avec d'autres terminaux sur lequel l'émission de messages à 15 destination de ladite station de réception est effectuée au début d'intervalles de temps prédéterminés, dits « slots ». Ledit terminal comporte : - des moyens configurés pour encoder des données à inclure dans le message à émettre, - des moyens configurés pour répartir les données encodées entre 20 Nb sous-messages du message à émettre, Nb étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, - des moyens configurés pour sélectionner un slot pour l'émission dudit message, - des moyens configurés pour sélectionner Nb fréquences 25 d'émission, associées respectivement aux Nb sous-messages du message, - des moyens configurés pour émettre le message au début du slot sélectionné, en émettant successivement les sous-messages sur leurs fréquences d'émission associées respectives. 30 Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un système de communication sans fil comportant au moins une station de réception et une pluralité de terminaux selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention. 3056867 5 Dans des modes préférés de réalisation, la station de réception est embarquée dans un satellite en orbite terrestre. PRÉSENTATION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, 5 donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent : - Figure 1 : une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un système de communication sans fil, - Figure 2 : un diagramme représentant les principales étapes d'un 10 procédé d'émission d'un message sur un canal partagé, - Figure 3 : une illustration du déroulement des différentes étapes d'un exemple particulier de mise en oeuvre du procédé d'émission de la figure 2. Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre 15 désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraire. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION La figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un système de communication sans fil comportant une pluralité de terminaux 20 10 et une station de réception 20. Dans la suite de la description, et tel qu'illustré par la figure 1, on se place de manière non limitative dans le cas où la station de réception 20 est embarquée dans un satellite 30 en orbite terrestre, et où les terminaux 10 se trouvent sensiblement à la surface de la Terre. Par « sensiblement à la surface 25 de la Terre », on entend que chaque terminal 10 est au sol (terrestre ou maritime), ou bien en altitude dans l'atmosphère terrestre (embarqué dans un avion, un drone, un ballon, etc.). Rien n'exclut cependant, suivant d'autres exemples, d'avoir par exemple une station de réception embarquée dans un engin spatial ou aérien (avion, drone, ballon, etc.). La station de réception peut 30 également, suivant d'autres exemples, être au sol (terrestre ou maritime). Le satellite 30 est de préférence en orbite basse altitude LEO (« Low Earth Orbit »). Rien n'exclut cependant de considérer d'autres types d'orbites, par exemple une orbite moyenne altitude MEO (« Medium Earth Orbit »), une 3056867 6 orbite géostationnaire GEO (« Geostationary Orbit »), etc. Chaque terminal 10 est susceptible d'émettre des messages sur un canal à destination de la station de réception 20. Le canal entre les terminaux 10 et la station de réception 20 correspond à une bande fréquentielle 5 prédéterminée, partagée par l'ensemble des terminaux 10. Il est à noter que cette bande fréquentielle, formant le canal partagé, peut être constituée d'une seule plage continue de fréquences ou, alternativement, de plusieurs plages continues de fréquences disjointes entre elles. L'émission de messages sur le canal partagé, à destination de la 10 station de réception 20, est effectuée uniquement au début d'intervalles de temps prédéterminés, dits « slots ». Une telle approche nécessite, de manière connue, d'assurer une synchronisation temporelle entre les terminaux 10 et la station de réception 20. Les moyens susceptibles d'être mis en oeuvre pour assurer cette synchronisation temporelle sont considérés comme connus de 15 l'homme du métier et sortent du cadre de la présente invention. Par « émettre au début d'un slot », on entend que le terminal 10 cherche à démarrer son émission à un instant prédéterminé, un slot étant défini comme l'intervalle de temps délimité par deux instants possibles d'émission consécutifs. Par contre, il n'est pas nécessaire que l'émission d'un message 20 démarre exactement au début d'un slot. Cela dépend notamment de la précision de la synchronisation temporelle entre les terminaux 10 et la station de réception 20, de la prise en compte ou non du temps de propagation entre un terminal 10 et la station de réception 20 embarquée dans le satellite 30 (pour assurer que le message émis est reçu à un instant prédéterminé), etc. 25 Mise à part la contrainte à l'émission de messages uniquement au début de slots prédéterminés, les terminaux 10 déterminent de préférence de manière unilatérale quand émettre des messages. En d'autres termes, la station de réception 20 ne sait pas a priori si elle est susceptible de recevoir un message d'un terminal 10 donné, ladite station de réception sait uniquement 30 que, si elle doit recevoir un message de ce terminal 10 ou d'un autre, cela ne peut se produire qu'à des instant prédéterminés. La figure 2 représente les principales étapes d'un procédé 50 d'émission, par un terminal 10, d'un message sur le canal partagé à destination 3056867 7 de la station de réception 20. Tel qu'illustré par la figure 2, le procédé 50 d'émission comporte principalement des étapes de : - 51 encodage de données à inclure dans le message à émettre au moyen d'un codeur de canal, 5 - 52 répartition des données encodées entre Nb sous-messages du message à émettre, Nb étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, - 53 sélection d'un slot pour l'émission dudit message, - 54 sélection de Nb fréquences d'émission, associées 10 respectivement aux Nb sous-messages du message, - 55 émission du message au début du slot sélectionné, en émettant successivement les sous-messages sur leurs fréquences d'émission associées respectives. Ainsi, les données à émettre dans un message sont encodées au 15 moyen d'un codeur de canal, présentant un taux de codage R (R REVENDICATIONS1 - Procédé (50) d'émission, par un terminal (10), d'un message à destination d'une station de réception (20) d'un système de communication sans fil, ledit message devant être émis sur un canal partagé avec d'autres terminaux sur lequel l'émission de messages à destination de ladite station de réception est effectuée au début d'intervalles de temps prédéterminés, dits « slots », caractérisé en ce que ledit procédé (50) d'émission comporte : - un encodage (51) de données à inclure dans le message à émettre au moyen d'un codeur de canal, - une répartition (52) des données encodées entre Nb sous-messages du message à émettre, Nb étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, - une sélection (53) d'un slot pour l'émission dudit message, - une sélection (54) de Nb fréquences d'émission, associées respectivement aux Nb sous-messages du message, - une émission (55) du message au début du slot sélectionné, en émettant successivement les sous-messages sur leurs fréquences d'émission associées respectives. Procédé (50) selon la revendication 1, dans lequel chaque fréquence d'émission de sous-message est sélectionnée aléatoirement par ledit terminal (10) à l'intérieur d'une bande fréquentielle prédéterminée. Procédé (50) selon l'une des revendications précédentes, comportant une insertion, uniquement dans le sous-message à émettre en premier sur le canal, d'un motif de détection prédéterminé. Procédé (50) selon l'une des revendications 1 à 2, comportant une fragmentation d'un motif de détection prédéterminé en Nb fragments du motif de détection, chaque fragment du motif de détection étant inclus dans l'un des sous-messages du message à émettre. Procédé (50) selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel le motif de détection est une séquence de Gold. Procédé (50) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le message est entièrement émis à l'intérieur du slot sélectionné. 10 15 2 - 20 3 - 254 - 5 - 30 6 - 3056867 17 7 - Procédé (50) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque sous-message est un signal à bande ultra-étroite. 8 - Terminal (10) pour l'émission d'un message à destination d'une station de réception (20) d'un système de communication sans fil, ledit message 5 devant être émis sur un canal partagé avec d'autres terminaux sur lequel l'émission de messages à destination de ladite station de réception est effectuée au début d'intervalles de temps prédéterminés, dits « slots », caractérisé en ce que ledit terminal (10) comporte : - des moyens configurés pour encoder des données à inclure dans le message à émettre, - des moyens configurés pour répartir les données encodées entre Nb sous-messages du message à émettre, Nb étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, - des moyens configurés pour sélectionner un slot pour l'émission dudit message, - des moyens configurés pour sélectionner Nb fréquences d'émission, associées respectivement aux Nb sous-messages du message, - des moyens configurés pour émettre le message au début du slot sélectionné, en émettant successivement les sous-messages sur leurs fréquences d'émission associées respectives. 9 - Système de communication sans fil comportant au moins une station de réception (20), caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de terminaux (10) selon la revendication 8. 10 - Système selon la revendication 9, dans lequel la station de réception (20) est embarquée dans un satellite (30) en orbite terrestre.