Brevet FR3076427A1 — publié le 20190705

PROCEDE ET SYSTEME POUR L'ACCROCHAGE D'UN TERMINAL DANS UN RESEAU SATELLITAIRE L'invention concerne un procede et un systeme permettant a un 5 terminal de s'accrocher (entrer) et de se deplacer dans un reseau satellitaire de communication sans connaitre a priori la configuration des spots du satellite, ces derniers pouvant varier au cours d'une mission. Elle s'applique dans des systemes Satcom ou le satellite est configure pour former N spots orthogonaux sur la voie retour (terminal vers 10 hub) et une agregation de ces spots sur la voie aller (hub vers terminaux) et ou les terminaux sont mobiles. L'un des problemes existants dans le domaine des Satcom est de permettre a un terminal de rentrer et de se deplacer dans un reseau Satcom sans connaissance a priori de la configuration des spots du satellite, car ils 15 peuvent etre reconfigures en cours de mission. Differentes solutions sont decrites dans l'art anterieur. Une premiere solution est connue sous ['expression « solution iDirect ». Le terminal qui souhaite entrer et se deplacer va detecter des spots adjacents en mettant en oeuvre deux chaines de reception. Cette premiere solution en 20 mettant en oeuvre deux chaines de reception, augmente les coats par un rapport de deux. Une autre methode est decrite dans la demande de brevet FR3052012. La methode uplink handover necessite de connaTtre les deux spots adjacents, ce qui entraThe une planification initiale tres importante et 25 plus complexe. Les solutions de l'art anterieur ne permettent pas de resoudre de maniere souple et peu couteuse le probleme « d'entree » d'un terminal dans un reseau satellitaire precite. Dans les techniques connues de l'art anterieur, on deplace Ia complexite de Ia mobilite soit dans la planification amont, soit 30 dans la multiplication de Ia chaine de reception. Si les spots deviennent de plus en plus petits, et donc de plus en plus nombreux sur une meme zone, 2 ces solutions ne sont pas souples, facilement modifiables, lorsqu'un operateur change la configuration ou le nombre de SATVLAN dans les differents spots. L'objet de la presente invention est d'offrir un procede et un systerne permettant de resoudre le probleme de la localisation des terminaux dans les differents spots afin de permettre l'accrochage d'un terminal dans un reseau satellitaire, sans transferer la complexite a Ia planification initiale ni a la multiplication des chaines de reception. L'invention concerne un procede pour configurer ('entree d'un 10 terminal mobile dans un reseau satellitaire comportant au moins les etapes suivantes : Le terminal qui souhaite s'attacher au reseau satellitaire, identifie les slots dans lesquels l'ensemble des hubs sera en ecoute sur Ia merne frequence, l'ensemble des spots constituant le canal d'acces et de mesure de la 15 puissance du signal regu, Lors d'un premier acces le terminal utilise un slot determine en fonction de la loi de saut de frequence et un alea pour emettre son identifiant, Le terminal se met ensuife en ecoute sur le canal commun et attend la notification emise par le hub modem selectionne en executant au moins les 20 etapes suivantes : Chaque hub modem mesure le niveau de puissance du signal emis par le terminal souhaitant entrer dans le reseau satellitaire, Chaque hub modem communique aux autres hubs modems la valeur mesuree, 25 Le hub modem qui a regu Ia puissance maximale est elu par les autres hubs modems comme etant le hub sur lequel le terminal va etre attaché, ledit hub elu notifie au terminal la ressource radio et Ia loi de saut de frequence a utiliser. D'autres caracteristiques et avantages de la presente invention 30 apparaitront mieux a Ia lecture de la description d'exemples de realisation annexee des figures qui representent : 3 - Figure 1, un exemple d'architecture du systerne selon l'invention, - Figure 2, un deuxieme exemple d'architecture du systerne selon l'invention, - Figure 3, un exemple de trame. 5 La figure 1 represente un exemple d'architecture du systeme selon l'invention comprenant un satellite 1, plusieurs hubs modems 21, 22, installes dans une station hub 3, lesdits modems etant designes comme hub modems, plusieurs stations terminales 4j. Un hub modem 21 comprend un processeur 21i configure pour 10 executer les etapes du procede selon l'invention, une memoire 22i permettant d'enregistrer les signaux recus au niveau du hub modem les signaux recus pendant une duree d'un creneau temporel ou slot. Le hub modem comprend un module de codage/decodage 23i du contenu des signaux. 15 La station hub 3 comporte une chaine de transmission radiofrequence RF comprenant un ensemble 31 constitue d'antennes, d'amplificateurs, de modules de transposition, connu de l'homme du métier. Elle comprend aussi un routeur 32 et une horloge 33 commune a ['ensemble des modems. L'horloge a notamment pour fonction de synchroniser les 20 modems sur les frontieres de trames et de slots tels que representes par exemple a la figure 3. Dans le cas oia ('ensemble des spots n'est pas Ore par le merne hub, les hubs sont synchronises par un moyen externe 33 (e.g. GPS) de telle sorte que les differents spots - dont les receptions sont gerees par des modems de differents hubs - ecoutent selon les deux lois de saut de 25 frequence aux paliers indiques. Le procede se decline au niveau du terminal et au niveau du hub. Sur ('exemple donne a la figure 1, le message ernis par le terminal A "I am Node A" est entendu, par les deux spots SP1, SP2, du satellite. L'amplitude du signal atteignant les deux spots est identique, mais du fait des 30 differences d'orientation des deux spots, le gain antennaire au niveau du satellite est different. De ce fait le merne signal source, se transforme par 4 passage par les spots SP1 et SP2, en deux signaux SA1 et SA2 d'amplitudes differentes en entrée des etages de transposition 10, d'amplification 11 et de retransmission 12 du satellite 1 vers le hub. On suppose que ces etages realisent un traitement identique pour tous les spots. Cette difference 5 d'amplitude se retrouve dans les signaux modules et transposes a destination des hubs modems traitants 21, 22. Tant les modems du hub que les terminaux partagent des donnees communes necessaires a Ia mise en oeuvre de ('invention et sont preconfigures de maniere coherente: - La duree d'une trame, - Le nombre de trames dans un cycle, au bout duquel le numero de trame est reinitialise, - Le nombre de slot/ trames, et de paliers par slot, - Une premiere loi de saut de frequence utilisee en emission et reception et propre a chaque modem du hub, F1, - Une deuxierne loi de saut de frequence utilisee en reception seule et commune a ('ensemble des hubs modems, F2, - Une identification d'un ou plusieurs slots par trame pour laquelle Ia seconde loi de saut de frequence s'applique, la premiere loi de saut de frequence s'appliquant a ('ensemble des autres slots ayant un identifiant. Les slots pour laquelle la seconde loi de saut de frequence s'applique ne sont pas necessairement de la meme duree que les autres slots. Un identifiant de terminal est unique dans le reseau. L'identifiant de terminal sera utilise pour associer a un signal recu son terminal emetteur. Lorsqu'un terminal A souhaite s'attacher au reseau, it doit au prealable etre en mesure d'identifier les slots dans lesquels ('ensemble des hubs sera en ecoute sur la merne frequence. L'ensemble de ces slots en 30 acces forme le canal d'acces et de mesure commun a tous les spots. 5 Selon un mode de realisation, le terminal ne depend pas d'une synchronisation externe (type GPS) et utilise le canal commun a tous les spots pour se synchroniser sur Ia loi de saut de frequence utilisee pour vehiculer le trafic emis par ('ensemble des modems hub. Connaissant la loi 5 de saut de frequence utilisee, le terminal attend l'avenement d'une des frequences connues et emet une hypothese sur les frequences suivantes qui seront utilisees par les hubs modems. Si cette hypothese est fausse, le terminal attend une autre occurrence de cette frequence ou d'une autre frequence predefinie et emet une nouvelle hypothese. II renouvelle cette 10 procedure interne jusqu'a ce que ('hypothese soit verifiee. Une fois cette synchronisation acquise, le terminal est en mesure de detecter les slots utilisant la deuxierne loi de saut de frequence. Ces slots sont positionnes de maniere predefinie par les hubs modems et leur position est egalement connue par configuration du terminal. Ces slots et cette loi de 15 saut de frequence forment le canal d'acces et de mesure en voie montante (terminal == > hub) et un canal de diffusion en voie descendante. Selon la !name procedure que pour la synchronisation sur la premiere Ioi de saut de frequence le terminal se synchronise sur Ia deuxierne loi de saut de frequence. A la loi de saut de frequence et aux slots du canal 20 de diffusion sur laquelle le terminal se synchronise en reception, correspond une unique loi de saut de frequence et un ensemble de slots, identiques ou non aux slots et a la loi de saut de frequence utilisee par les hubs modem en reception. C'est cette Ioi unique que le terminal peut utiliser en emission. Lors d'un premier acces au reseau satellitaire, le terminal utilise 25 un slot determine en fonction de la loi de saut de frequence et d'un alea pour emettre un signal contenant son identifiant. Ce signal est en fonction du mode de realisation, par exemple, soit un signal de type CDMA avec un code unique par terminal utilise pour realiser la fonction d'etalement de spectre, soit un signal court module en fonction du message contenant I'identifiant. Le terminal se met alors en ecoute sur le canal commun descendant pour se voir notifier par le hub modem qui aura ete determine, 6 pour traiter le terminal (procedure cote hub modem decrite ci-apres qui va permettre de determiner le hub modem auquel le terminal va s'accrocher) de ('allocation initiale sous la forme d'une ressource radio et d'une loi de saut de frequence. 5 Si l'on se refere a Ia figure 1, le terminal A emet un message « am terminal A » vers le satellite qui amplifie, transpose et route le message. Le signal est transmis via la chaine de transmission RF vers le premier hub modem 21 et vers le deuxieme hub modem 22. Le premier hub modem transmet le message qu'il a regu vers le deuxieme hub modem 22 avec un 10 RSSI de -30dB par exemple, le deuxieme hub modem 22 transmet le message qu'il a regu avec un RSSI de -50 dB vers le premier hub modem. La transmission est effectuee via le routeur. Les hubs modems realisent chacun de leur cote une mesure de puissance de reception et communiquent mutuellement les resultats. Chaque hub modem est configure pour decider 15 sur quel hub modem le terminal va se connecter et rentrer dans le reseau satellitaire. Les mesures de puissance de signal se font par cycle afin de permettre au terminal de changer de hub modem une fois qu'il est entre dans le reseau. Apres attachement au reseau et en cours de trafic, le terminal 20 regoit via une signalisation dediee la frequence a laquelle it doit se signaler sur le canal d'acces et de mesure afin que le reseau de hubs modems procede a une mesure de reception (niveau de puissance du signal regu) utilisee pour decider d'une procedure de changement de hub. Sur Ia base de cette loi de saut de frequence et d'un alea qui peut 25 dependre de l'identite du terminal, ce dernier determine un slot utilise pour envoyer son signal selon Ia procedure de premier acces decrite ci-dessus. Une fois le terminal synchronise, le procede va rechercher le hub modem auquel le terminal va s'accrocher pour en entrée dans le reseau satellitaire. La procedure au niveau de chacun des hubs modem suit, par 30 exemple, les etapes suivantes: 7 - Determination du numero de trame N(T) contenu dans le message rect., a partir de l'horloge interne du hub, - Determination du numero slot/palier N(P) a partir de l'horloge interne du hub, 5 - Si le slot P est un slot en reception pour laquelle Ia seconde loi de saut de frequence s'applique, le hub modem enregistre ('ensemble des signaux emis par les differents terminaux et qu'il recoit pendant Ia duree de ce slot. Ces signaux sont stockes dans la memoire du hub modem. 10 Quelque soit la configuration du reseau satellitaire, les hubs modems vont s'echanger les mesures de puissance qu'ils realisent sur les signaux regus, ce qui leur permettra d'identifier le signal de puissance la plus elevee, le terminal associe et s'ils doivent se considerer comme hub modem de connexion pour le terminal. 15 Selon un premier mode de realisation, le hub modem va selectionner le signal de plus forte puissance qui a ete memorise. La selection s'effectue en comparant les puissances des differents signaux et en conservant le signal de plus forte puissance. Puis le hub modem decode le message contenu dans le signal Sp 20 de plus forte puissance et contenant l'identifiant. Si le hub modem arrive a decoder ce message M correctement, le hub modem reconstruit le signal tel qu'il arriverait s'iI n'y avait pas d'interferences venant d'autres messages. Le hub modem estime le niveau de puissance P(Sp) revue de ce signal (RSSI received signal strength 25 indicator) a partir de l'amplitude du signal initial. Le hub modem soustrait le signal theorique Spthe du signal recu Sp et procede a ('identification des messages de moindre puissance. Sur la base du signal soustrait Spthe, le hub modem procede a une estimation de l'amplitude des signaux secondaires, i.e., les signaux dont le niveau de 30 puissance est inferieur a Ia valeur de Ia puissance maximum. 8 Le hub modem qui a detecte le signal de puissance maximale notifie au terminal correspondant Ia ressource radio et Ia loi de saut de frequence que ce dernier doit utiliser. La figure 2 represente une variante d'architecture avec deux hubs 5 modems traitant deux spots du satellite SP1, SP2. Dans ce cas, par rapport a ('architecture de Ia figure 1, chaque hub modem 21, 22 comprend sa propre chaine RF, 311, 312, et un routeur 321, 322, et le systerne comprend un reseau R permettant I'echange des messages d'un hub modem a un autre. La mise en oeuvre du procede est identique a celle decrite precedemment 10 pour le cas de ('architecture decrite a la figure 1. Dans le cas d'un systeme utilisant le codage CDMA, le hub modem decode l'ensemble des messages par une demodulation CDMA. A chaque code CDMA utilise pour la demodulation correspond un unique identifiant « Ident ». Le hub modem tente donc de decoder un message 15 « ident » en utilisant l'ensemble des codes CDMA attribues dans le reseau. Pour chaque modem correctement decode le hub modem estime Ia puissance du signal sur la base du taux de correlation entre le signal recu et le code CDMA. Pour l'ensemble des terminaux dont le message « !dent » ne 20 correspond pas a un terminal pris en charge par le hub modem, ce dernier construit un message M{(Ident,RSSI)} constitue d'une liste de paires contenant l'identifiant « !dent » de terminal et le RSSI sous lequel le hub modem recoit ce signal Ident. Ce message est diffuse periodiquement a l'ensemble des autres hubs modems du reseau, c'est-à-dire tant vers les 25 hubs modems appartenant a la meme station que les hubs modems d'autres hubs satcom. Lorsqu'un hub modem recoit ce message, il identifie dans Ia liste l'ensemble des terminaux pour lesquels il assure le traitement des communications. Pour chacun des terminaux de la liste, le hub modem trie cette liste en fonction du niveau de RSSI tel que percu par lui et par les hubs 30 modems traitant les spots voisins. Si le terminal n'est pas vu par un hub voisin, il est indique avec un RSSI = 0. Le hub modem maintient un 9 histogramme de Ia difference entre le RSSI qu'il mesure et le RSSI estime par les hubs modems voisins. Cet histogramme de difference sert a determiner la frequence moyenne d'emission du signal identite du terminal. La figure 3 illustre un exemple de configuration d'une trame 5 comprenant 14 slots de 10ms. Le hub Modem 21 ecoute sur trois frequences Fl, F2, F3, Le hub Modem 22 &cute sur les memes frequences mais pour des slots differents, les deux hubs modems emettent sur les trois frequences. Sc represente les slots de chaque trame pour laquelle la frequence utilisee en reception est commune. Cette frequence change a chaque trame en 10 fonction d'une loi de saut de frequence connue de l'ensemble des modems et de ('ensemble des terminaux. L'invention offre une solution simple, les terminaux n'ayant pas a connaltre la configuration des SATVLAN dans les differents spots. Elle offre Ia securite et Ia disponibilite, la configuration des SATVLAN utilisable sur Ia 15 voie de retour n'est pas diffusee, ce qui elimine le risque d'interception REVENDICATIONS1 - Procede pour configurer ('entree d'un terminal mobile dans un reseau satellitaire comportant au moins les etapes suivantes : Le terminal qui souhaite s'attacher au reseau satellitaire, identifie les slots dans lesquels l'ensemble des hubs sera en ecoute sur la meme frequence, l'ensemble des spots constituant le canal d'acces et de mesure de Ia puissance du signal regu, Lors d'un premier acces le terminal utilise un slot determine en fonction de la loi de saut de frequence et un alea pour emettre son identifiant, Le terminal se met ensuife en ecoute sur le canal commun et attend la notification emise par le hub modem selectionne en executant au moins les etapes suivantes : Chaque hub modem mesure le niveau de puissance du signal ernis par le terminal souhaitant entrer dans le reseau satellitaire, Chaque hub modem communique aux autres hubs modems la valeur mesuree, Le hub modem qui a regu Ia puissance maximale est elu par les autres hubs modems comme etant le hub sur lequel le terminal va etre attaché, ledit hub elu notifie au terminal la ressource radio et la loi de saut de frequence a utiliser.