FR2498034A1

FR2498034A1 - Satellite de telecommunications

Info

Publication number: FR2498034A1
Application number: FR8200131A
Authority: FR
Inventors: Anthony Acampora; Douglas Otto Reudink; Yu Shuan Yeh
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1982-01-07
Publication date: 1982-07-16
Also published as: FR2498034B1; JPS57136830A; US4425639A; IT8219048A0; DE3200249A1; IT1149429B

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TELECOMMUNICATIONS SPATIALES. UN SATELLITE DE TELECOMMUNICATIONS NUMERIQUES 12 RECOIT DES SIGNAUX DE LIAISON MONTANTE PAR PLUSIEURS FAISCEAUX PONCTUELS D'ENTREE 14. IL REGENERE, MULTIPLEXE ET ACHEMINE LES SIGNAUX POUR LES EMETTRE DANS PLUSIEURS FAISCEAUX PONCTUELS DE SORTIE 42 D'UNE LIAISON DESCENDANTE. CHAQUE FAISCEAU DE LIAISON MONTANTE 14 COMPREND PLUSIEURS CANAUX A REUTILISATION DE FREQUENCE 18, TANDIS QUE CHAQUE FAISCEAU DE LIAISON DESCENDANTE 42 COMPORTE UN SEUL CANAL A LARGE BANDE. APPLICATION A LA TELEPHONIE.

Description

1 2498034

La présente invention concerne les systèmes de télécommunications numériques par satellite qui utilisent l'accès multiple avec répartition dans le temps pour plusieurs liaisons montantes à réutilisation de fréquence et à faisceaux ponctuels, un autocommutateur d'acheminement à bord du satel-

lite, et plusieurs liaisons descendantes à faisceaux ponctuels.

Parmi les systèmes de télécommunications par satel-

lite les plus prometteurs pour le futur figurent ceux qui des-

serviront un grand nombre de stations terriennes au moyen d'un type de transmission à accès multiple avec répartition dans le

temps, dans lequel la liaison montante et la liaison descen-

dante comprennent un certain nombre de faisceaux ponctuels étroits qui peuvent être séparés en canaux correspondant à diverses fréquences. De tels faisceaux ponctuels permettent

la réutilisation de la bande de fréquence allouée, par une ré-

partition angulaire des faisceaux individuels pour assurer l'isolation spatiale mutuelle de leurs signaux. Les signaux se présentent sous forme de paquets codés de manière numérique, et l'acheminement des signaux de liaison montante vers leur emplacement prévu dans une liaison descendante est effectué

à bord du satellite au moyen d'un autocommutateur d'achemine-

ment, de type électronique et numérique, qui traite les signaux

avant qu'ils soient dirigés vers l'émetteur destiné à l'émis-

sion pour la liaison descendante. Le satellite peut également Otre capable d'effectuer une régénération des signaux, et les transpondeurs individuels peuvent comporter une caractéristique de pointage d'antenne variable ou de balayage d'un faisceau ponctuel.

Bien que les satellites d'un tel système soient eux-

mêmes des éléments coûteux, du fait que la capacité d'achemi-

nement de trafic des satellites est fortement accrue, le nom-

bre de stations terriennes desservies par un tel satellite

devient si grand que les stations terriennes deviennent éga-

lement un facteur très important dans le coût du système com-

plet. Les stations terriennes doivent comporter un récepteur

très sensible pour recevoir de façon sCre les signaux de liai-

son descendante qui sont souvent très faibles, et elles doivent

également comporter des émetteurs puissants, ayant la possibi-

2 2498034

lité d'émettre sur plusieurs canaux de fréquence avec un niveau de puissance suffisant pour émettre les signaux de

façon sure vers le satellite.

On admet généralement que, du point de vue de la réduction du coût du satellite, il est souhaitable de réduire le nombre d'émetteurs de liaison descendante, du fait que chacun d'eux nécessite un accès d'antenne et un tube à ondes progressives. le tube à ondes progressives est relativement volumineux et lourd. On peut naturellement réduire le nombre d'émetteurs en minimisant le nombre de canaux obtenus par

division de fréquence.

Dans une configuration, on parvient à ceci en em-

ployant un seul émetteur à large bande pour chacun des fais-

ceaux ponctuels, sans canaux à division de fréquence dans les faisceaux des liaisons montantes ou descendantes. Cependant,

une telle configuration impose des exigences sévères aux sta-

tions terriennes. Deux facteurs participent à ceci. Premiè-

rement, le rythme de transmission pour une telle configura-

tion est très élevé, soit de 600 à 800 Sbit /s (millions de

bits par seconde), si on emploie une modulation quadriphase.

Ta seconde considération, plus importante, consiste en ce que pour maintenir les mêmes performances d'énergie par bit et de taux d'erreur de bit, chaque station terrienne doit être équipée d'un émetteur capable de fournir une puissance supplémentaire, peut être de 10 dB (décibels), en travaillant

cependant au 1/10 du rapport cyclique seulement, par compa-

raison avec un système qui emploie une division en canaux

dans un rapport 10/1.

Dans le système original de télécommunications par satellite conforme à l'invention, les faisceaux ponctuels de liaison montante sont divisés en canaux de fréquence pour donner un certain nombre de canaux de capacité égale, et les canaux de chaque faisceau ponctuel de liaison descendante

sont concentrés en un plus petit nombre de canaux de trans-

mission à plus grande largeur de bande et à débit binaire plus élevé. Chaque faisceau de liaison descendante consiste de préférence en un seul canal à large bande. Ceci nécessite un grand nombre de récepteurs de liaison montante dans le satellite, mais maintient une configuration très souhaitable à un seul émetteur par faisceau de liaison descendante. la configuration d'un autocommutateur d'acheminement comportant un ensemble de bornes d'entrée et de sortie peut Otre modifiée d'une manière dynamique pour affecter le trafic auxcanaux et aux intervalles de temps appropriés, conformément à la demande de trafic instantang pour le satellite, sans enregistrementet d'une manière telle qu'aucune des stations terriennes ne doive émettre simultanément sur deux canaux, ou plus. En outre, dans certains cas, le saut d'une fréquence à une autre n'est pas nécessaire, et l'efficacité globale d'utilisation d'un émetteur est aussi élevée qu'il est possible pour un seul émetteur à

large bande.

L'invention est également applicable à des systèmes

à faisceaux multiples à balayage. Bien qu'une affectation ef-

ficace du trafic soit possible pour un tel système, le saut d'une fréquence à une autre peut être nécessaire pour les

stations terriennes dans le but d'éviter une dégradation exces-

sive de la probabilité de blocage.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels:

la figure 1 est un schéma montrant sous forme synop-

tique les principaux éléments de traitement de signal d'un système de télécommunications par satellite conforme au mode de réalisation préféré de l'invention qui est destiné au

fonctionnement avec des faisceaux ponctuels fixes et dans le-

quel le signal est multiplexé entre la réception et l'achemi-

nement. La figure 2 est un schéma qui représente sous forme synoptique les principaux éléments de traitement de signal d'un système de télécommunications par satellite conforme à un autre mode de réalisation préféré de l'invention, dans

lequel le signal est multiplexé après avoir été acheminé.

Dans le système de satellite 10 de la figure 1, un satellite à faisceaux fixes, 12, est adressé par un nombre N de faisceaux ponctuels de liaison montante, 14, et un nombre

maximal de K stations terriennes 16 peuwtaccéder à tout ins-

4 2498034

tant donné à l'un des faisceaux 14. On choisit ci-après K = 8, à titre d'exemple. Chacun des faisceaux ponctuels de liaison montante 14 consiste en huit canaux de fréquence de liaison

montante, 18, obtenus par division de fréquence, oui sont re-

çus dans le satellite 12 par N antennes de liaison montante, par la technique d'accès multiple par répartition dans le

temps, et qui sont transmis par un réseau de couplage d'anten-

nes 22 vers un démodulateur et régénérateur de signal, 24.

Les signaux régénérés, qui sont maintenant à la fréquence de

bande de base, sont transmis à un multiplexeur 26 qui conver-

tit les signaux de chaque faisceau ponctuel en un seul canal série de liaison montante, à grande vitesse, qui est appliqué aux N bornes d'entrée 28 d'un autocommutateur d'acheminement

électronique 30 qui est commandé par un dispositif de comman-

de d'autocommutateur 32. Les signaux acheminés provenant des N bornes de sortie 34 de l'autocommutateur d'acheminement 30 sont appliqués à un modulateur 36 et à un émetteur 38 et ils sont ensuite dirigés vers le réseau de couplage d'antennes 22 pour l'émission correspondant à la liaison descendante, vers les stations terriennes réceptrices 16, au moyen de N antennes de liaison descendante 40, sous la forme d'un seul canal de fréquence de liaison descendante, de type série, à large bande et à grande vitesse, pour chaque faisceau ponctuel

de liaison descendante 42.

La figure 2 représente un autre satellite possible,

44, pour le système de satellite 10. Les éléments du satel-

lite 44 qui correspondent aux éléments similaires du satel-

lite 12 sont désignés par les mêmesnuméros de référence. Le satellite 44 diffère du satellite 12 de la figure 1 en ce que les signaux de liaison montante démodulés et régénérés, de l'ensemble des huit groupes de N canaux de liaison montante, 18, passent directement vers les huit groupes de N bornes

d'entrée 28 de l'autocommutateur d'acheminement 46, qui com-

porte également huit groupes de N bornes de sortie 34. Les signaux provenant des bornes de sortie 34 de l'autocommutateur 46 sont ensuite convertis en N signaux série à grande vitesse par des multiplexeurs 48, en vue de la modulation et de l'émission dans les faisceaux ponctuels de liaison descendante 42. Bien que l'autocommutateur d'acheminement 46 du satellite 44 nécessite huit fois plus d'accès d'entrée 28 et d'accès de sortie 34, par rapport à l'autocommutateur d'acheminement 30 du satellite 12, cette configuration conduit à une meilleure utilisation de la largeur de bande de transmission disponible,

en permettant d'utiliser des faisceaux ponctuels à balayage.

Considérations générales La division en canaux pour les liaisons montantes

conduit à des économies de puissance importantes dans les sta-

tions terriennes 16, du fait que la puissance est réduite par un facteur égal au nombre de canaux. Cependant, les stations terriennes 16 qui émettent vers les satellites 12, 44 décrits ci-dessus sont soumises à une restriction dans la mesure o

à n'importe quel instant, les communications de liaison mon-

tante à partir d'une station terrienne donnée quelconque, 16, ne peuvent avoir lieu que sur un seul canal; c'est-à-dire qu'aucune station terrienne 16 ne peut émettre simultanément sur deux canaux ou plus. Cette restriction fait dispara tre la

nécessité d'employer plus d'un émetteur ou la nécessite de fai-

re sortir de l'état de saturation un seul émetteur de station terrienne 16, pour accepter l'enveloppe d'amplitude variable d'un signal comprenant deux canaux ou plus. De telles mesures tendraient à faire dispara tre les avantages de la division en canaux, en ce qui concerne les liaisons montantes. De plus,

cette restriction limite à la fois l' cacité du gropementen fais-

ceaux de circuits et la souplesse de l'affectation dynami-

que de ressources, par comparaison avec le fonctionnement sur

un seul canal rapide à large bande. Cependant, comme on l'en-

visagera, on peut souvent réduire cet effet défavorable à un

niveau négligeable.

Bien que les satellites 12, 44 du système de télé-

communications par satellite 10 décrit ci-dessus n'aient qu' un seul canal à large bande dans la liaison descendante, il entre dans le cadre de l'invention d'employer plus d'un canal dans le faisceau de liaison descendante, à condition qu'il y

ait un plus petit nombre de canaux dans les faisceaux de liai-

son descendante que dans les faisceaux de liaison montante.

Le plus petit nombre de canaux de liaison descendante permet

d'employer un nombre réduit d'émetteurs à bord du satellite.

Cependant, la configuration la plus avantageuse semble 4tré celle dans laquelle il y a un seul canal dans chaque faisceau

ponctuel de liaison descendante.

Le système de télécommunications par satellite 10 décrit ci-dessus emploie la détection et la régénération de

bit et le multiplexage à bord des satellites 12, 44. La régé-

nération à bord améliore les performances de la liaison des-

cendante en éliminant le bruit de la liaison montante. Un point plus important consiste en ce qu'elle élimine également la distorsion du signal qui est produite par les filtres du récepteur et par les défauts de linéarité dans les émetteurs 38 du satellite. Il faut également noter que la régénération à bord procure une réduction importante de la puissance de

l'émetteur de la liaison montante. Dans les systèmes de sa-

tellite sans régénération, la puissance émise par la station terrienne est de façon caractéristique à un niveau tel que le rapport S/B (rapport signal à bruit) de la liaison montante

soit supérieur de 10 dB (décibels) au rapport S/B de la liai-

son descendante. La raison principale est de faire en sorte que la contribution de bruit de la liaison montante dans la liaison descendante soit négligeable. Pour un répéteur avec régénération, une condition dans laquelle le rapport S/B de la liaison montante est supérieur de quelques décibels au rapport S/B de la liaison descendante assure une contribution négligeable au taux d'erreur de bit. Du fait que le facteur de bruit du satellite est de façon caractéristique supérieur de

quelques décibels à celui des stations terriennes 16, celles-

ci doivent fournir une puissance supplémentaire pour compen-

ser cette différence. On peut prévoir une diminution de 5 à dB des puissances des émetteurs des stations terriennes

16, par rapport à un satellite sans régénération. Ces éco-

nomies de puissance sont indépendantes de la division en ca-

nauxo Le système de satellite 10 peut avoir des faisceaux

ponctuels fixes ou des faisceaux ponctuels multiples à balaya-

ge. Un système à faisceaux à balayage multiples procure de la souplesse dans l'adaptation des ressources du satellite à des configurations de trafic terrestre non uniformes, par

l'affectation des intervalles de temps en fonction des be-

soins. Cependant, pour l'opération de division en canaux, la possibilité de saut d'une fréquence à une autre au niveau des stations terriennes 16 est nécessaire. Ainsi, sur diffé-

rentes parties de la trame AMRT (accès multiple à réparti-

tion dans le temps), une station terrienne donnée peut de-

voir émettre sur différentes fréquences porteuses. Ici en-

core, l'émission simultanée sur deux canaux ou plus est in-

terdite.

Les divers circuits constitutifs des satellites

12, 14, comme le réseau de couplage d'antennes 22, le démo-

dulateur et régénérateur 24, les multiplexeurs 26, 48, les autocommutateurs d'acheminement 30, 46, le dispositif de

commande d'autocommutateur 32, le modulateur 36 et l'émet-

teur 38, sont bien connus des spécialistes des télécommuni-

cations par satellite, et on ne les décrira donc pas en dé-

tail ici.

Mode de fonctionnement

Le système de satellite 10 ci-dessus peut desser-

vir une zone terrestre étendue avec ses faisceaux ponctuels simultanés multiples qui réutilisent totalement la bande de fréquence. On suppose qu'il y a M sous-régions de faisceau ponctuel qui couvrent les stations terriennes 16 qui doivent être interconnectées. Pour un satellite à faisceaux fixes, M est de l'ordre de 10 à 15, et M faisceaux simultanés sont

alors formés. Selon une variante, pour un satellite à fais-

ceaux ponctuels multiples à balayage, tel que le satellite 44 de la figure 2, M peut être de lordre de 100, mais le

nombre de faisceaux formés simultanément n'est qu'une fai-

ble fraction de ce nombre, par exemple 1/10. Dans un cas

comme dansel'autre, le trafic du système, de faisceau ponc-

tuel à faisceau ponctuel, peut etre représenté par la matri-

ce de trafic T, de dimensions M x M: t1,1 *.**O M *. c tM, 1 * t**

dans laquelle l'élément T. représente le trafic total pro-

venant du faisceau ponctuel i et destiné au faisceau ponc-

tuel j. On notera que le trafic qui correspond à chaque élé-

ment de T peut faire intervenir un grand nombre de stations

terriennes 16 par faisceau.

Dans le cas o chaque émetteur de satellite 38 oc-

cupe la totalité de la largeur de bande, on peut montrer

qu'un blocage des communications se produit lorsque le tra-

fic qui provient d'une région de faisceau ponctuel donnée ou qui est destiné à une telle région dépasse la capacité

d'un seul émetteur 38, ou lorsque le trafic offert total dé-

passe la capacité totale du satellite 12, 44. De plus, lors-

que le trafic total est égal à la capacité totale du satel-

lite 12, 44, chaque émetteur 38 est utilisé avec un rende-

ment de 100 %. Ainsi, il existe une affectation d'intervalles de temps en A1RT (accès multiple àârépartition dans le temps) telle que tous les intervalles de temps soient utilisés pour chaque émetteur 38. Pour le fonctionnement avec division en canaux, il est souhaitable que l'efficacité de groupement en

faisceaux de circuits et l'efficacité de l'utilisation glo-

bale des émetteurs 38 soient toutes deux comparables au fonc-

tionnement avec un seul émetteur 38 à large bande.

Il peut y avoir à la fois dans chaque faisceau

ponctuel des utilisateurs correspondant à des stations ter-

riennes à fort trafic et à faible trafic. Un procédé commode pour accepter simultanément les deux types d'utilisateurs, sans que les utilisateurs à gros volume soient contraints de

mémoriser de grands nombres de bits avant l'émission, consis-

te à définir une trame de base ayant une période longue qui se répète en un temps qui est court par rapport au retard du chemin du satellite, mais qui est néanmoins suffisamment long pour permettre la formation d'un grand paquet de bits pour un seul circuit vocal. Dans cette trame de base, les utilisateurs à gros volume peuvent répéter plusieurs fois leurs émissions. Ceci augmente la cadence de transmission

pour ces utilisateurs, sans nécessiter cependant une capa-

cité de mémoire supplémentaire. On trouvera ci-dessous des

paramètres de fonctionnement caractéristiques pour le sys-

tème 10: Période de trame: 25 ms (millisecondes) Au moins une fois toutes les 25 ms, une station terrienne 16 émet 800 bits d'information (800 bits/25 ms =

32 kbit/s), plus 134 bits de servitude, si elle est en com-

munication active avec une autre station terrienne 16.

Période de sous-trame: 500 lis (microsecondes)

Toutes les 500 lis, l'autocommutateur d'achemine-

ment 30, 46 du satellite établit toutes les connexions pos-

sibles parmi l'ensemble des faisceaux ponctuels de liaison

montante 14 et des faisceaux ponctuels de liaison descendan-

te 42 (on utilise de façon caractéristique 12 faisceaux ponc-

tuels dans chaque sens).

Temps de connexion minimal: 10,42 p.s

C'est le temps minimal pendant lequel l'autocommu-

tateur d'acheminement 30, 46 du satellite connecte des paires de stations terriennes 16. Ceci permet de répartir 48 unités de temps entre les 12 faisceaux ponctuels de liaison montante 14 et les faisceaux ponctuels de liaison descendante 42, et

le temps de connexion moyen est de 500/12 = 41,67 pus.

Débits binaires Huit intervalles de temps sont définis pendant la durée du temps de connexion minimal, et chacun d'eux contient un paquet de circuits vocaux de 934 bits. Le débit binaire total pour un seul canal rapide est donc défini par:

8bit = 717,3 Mbit/s (mégabits par seconde).

Avec une largeur de bande de transmission de 500 MHz (méga-

hertz), ceci nécessite une valeur de 1,39 pour le produit de la largeur de bande du canal par l'inverse de la cadence de transmission, ce qui est raisonnable. Pour la transmission en parallèle, c'est-à-dire pour les canaux de fréquence 18 de liaison montante, on peut avoir les débits binaires et les gains de puissance pour la liaison montante suivants: Nombre de canaux débit binaire gain de puissance par faisceau (Mbit/s) (dB)

1 717,3 0

2 358,6 3

4 179,3 6

8 89,6 9

Cadences de répétition de trame Du fait que le satellite 12,44 répète ses séquences de commutation toutes les 500 ps, l'équivalent de 400 circuits

peut être traité en temps partagé pendant le temps de conne-

xion minimal de 10,4 ls, entre les stations terriennes dans

le faisceau ponctuel considéré. Les intervalles de temps doi-

vent être répétés toutes les 25 ms pour un circuit vocal, mais ils peuvent être répétés à des sous-multiples, jusqu'à une cadence atteignant une répétition toutes les 500 ls; ceci équivaut à augmenter la capacité. Le tableau ci-dessous montre les paquets dont on peut commodément disposer: Nombre de canaux vocaux (32 kbit/s) / canal Période de répétition 8 canaux 4 canaux 2 canaux 1 canal ms 1 2 4 8

5 5 10 20 40

2,5 10 20 40 80

1 25 50 100 200

0,5 50 100 200 400

longueur de sous-trame: 10,4 ps Le format de trame ci-dessus permet d'avoir 2, 4 et 8 canaux obtenus par division de fréquence. L'utilisation de 2 ou 4 canaux seulement semble difficilement justifier la

complication supplémentaire nécessaire pour économiser seu-

lement respectivement 3 ou 6 dB sur la puissance de la liai-

son montante. D'autre part, le format de trame ne se prate pas à une division aisée pour créer 16 canaux. Bien que la puissance de la liaison montante pourrait être réduite en principe de 12 dB, le satellite devient très complexe et

nécessite 192 récepteurs avec des détecteurs, pour un sys-

tème à 12 faisceaux. Bien que la division en canaux à 8

voies, avec 96 canaux de liaison montanteconduiseà un sa-

tellite relativement complexe, un tel système de satellite est néanmoins utilisable. Un facteur d'économie de puissance égal à 8 réduit à 25 W la puissance caractéristique de 200 W que doit fournir un émetteur d'une station terrienne, ce qui

autorise potentiellement le passage de tubes à ondes proges-

sives de forte puissance à des dispositifs à semiconducteurs plus économiques et plus fiables,pour l'émetteur de liaison

montante des stations terriennes 16.

Considérations relatives aux faisceaux ponctuels fixes La détection et la régénération de bit est exigée,

en pratique, pour les configurations de satellite qui em-

ploient un traitement du signal à bord. Bien qu'on puisse

imaginer un satellite sans régénération qui traite des liai-

sons montantes divisées en fréquence et qui comporte un seul émetteur de liaison descendante pour chaque faisceau, une telle configuration présente plusieurs inconvénients, dont le principal est la nécessité d'employer un amplificateur de puissance linéaire. Ce problème est important au point de

faire probablement disparaître les avantages de l'amplifica-

teur à large bande unique.

Dans la forme la plus simple, les canaux de fré-

quence de liaison montante 18 sont multiplexés dans le sa-

tellite avant l'autocommutateur 30 du satellite, comme le

montre la figure 1. Sur ce dessin, l'autocommutateur 30 fonc-

tionne en bande de base; on pourrait cependant réaliser ai-

sément une version dans laquelle on emploie la commutation à fréquence intermédiaire, en placant les modulateurs 36 du

c8té gauche de l'autocommutateur d'acheminement 30. Cepen-

dant, une transposition de fréquence en RF (radiofréquence) serait probablement nécessaire du côté de l'autocommutateur

d'acheminement 30 qui correspond à la liaison descendante.

La configuration du satellite 12 copie simplement une con-

figuration dans laquelle on utilise un seul canal de liaison montante par faisceau ponctuel de liaison montante 14 et, dans certaines conditions, on peut lui donner une capacité

d'accès équivalente à celle d'un seul canal à large bande.

Si un seul des canaux de fréquence de liaison montante 18 est affecté à une station terrienne 16, ou si cette station

ne peut générer que l'un des canaux 18, l'accès est considé-

rablement réduit paWY l'équivalent d'un seul canal de liai-

son montante à grande vitesse, comme avec le satellite 12.

Pour le fonctionnement avec un seul canal par faisceau, le temps d'interconnexion entre le faisceau de liaison montante de rang i et le faisceau de liaison descendante de rang j,

représenté dans la matrice de trafic précédente, est propor-

tionnel à l'élément t ije En principe, pour une division en canaux dans le rapport 8 à 1, le temps d'interconnexion est

à nouveau ti jq du fait que les 8 canaux en parallèle, fonc-

tionnant chacun au huitième de la cadence de données, néces-

sitent le m4me temps d'interconnexion qu'un seul canal fonc-

tionnant à la cadence de données correspondant à la totalité de la largeur de bande. Cependant, du fait que chaque station terrienne 16 ne peut accepter qu'un seul canal, on peut se trouver en présence de la situation dans laquelle, pendant

un intervalle d'interconnexion particulier, une fraction su-

périeure au huitième de l'élément ti, peut provenir de sta-

tions terriennes 16 toutes affectées au m9me canal. Si ceci se produit, le temps d'interconnexion demeure à la valeur exigée pour le fonctionnement à un seul canal, et certaines

communications doivent alors nécessairement être bloquées.

Selon une variante, si on augmente le temps d'interconnexion

pour accepter tout le trafic provenant des stations terrien-

nes 16 affectées à un canal commun, les 7 canaux restants sont inutilisés pendant une partie du temps d'interconnexion, ce qui implique une mauvaise utilisation de la capacité du

* satellite 12. Les performances sont ainsi dégradées par rap-

port au fonctionnement à un seul canal.

A titre d'exemple, dans une sous-trame pour un seul canal de fréquence de liaison montante 18, les stations terriennes 16 peuvent partager l'équivalent de 400 circuits vocaux, et n'importe quelle station 16 peut accéder à l'un quelconque de ces circuits, du fait qu'elles utilisent toutes un même canal en temps partagé. Lorsqu'on emploie 8

canaux, il n'y a que 50 circuits disponibles, vraisemblable-

ment pour 1/8 du nombre des stations terriennes 16. Une con-

séquence de ceci consiste en ce que l'efficacité de groupe-

ment en faisceaux de circuits est réduite, à cause du nombre réduit de canaux. Un autre problème gênant se présente pour l'acceptation de canaux à cadence de données élevée, comme on en utiliserait pour un service de transmission de signaux vidéo. Si le temps de sous-trame minimal est tout ce qui est disponible entre une paire particulière de faisceaux, la

pleine utilisation de l'un des 8 canaux à division de fré-

quence équivaut seulement à 1,6 Mbit/s, ce qui est à peine

suffisant pour un circuit vidéo. Ainsi, si une station néces-

site un circuit vidéo, elle prive absolument toutes les au-

tres stations de tout service assuré par ce faisceau parti-

culier, si ces stations 16 ne peuvent pas accéder à un autre canal. Si les stations terriennes ont la possiblité de générer des canaux supplémentaires, le système 10 s'approche de la capacité d'accès qui correspond à un seul canal. Pour que le faisceau de liaison montante de rang i communique par l'intermédiaire du faisceau de liaison descendante de rang J, les stations terriennes sont affectées à des canaux de tellefaçon que chaque canal transmette 1/8 du trafic de

fi:- Par ce moyen, on fait en sorte que le temps d'intercon-

nexion i-j soit le plus court possible et soit cohérent vis-

à-vis du temps d'interconnexion nécessaire pour le fonction-

nement à un seul canal. Pour communiquer avec le faisceau de liaison descendante de rang k, les stations terriennes 16 sont réaffectées aux canaux de façon que, à nouveau, chaque

canal transmette 1/8 du trafic tik. Par l'affectation dyna-

mique des stations terriennes 16 aux canaux, il est possible d'équilibrer la charge de chaque canal de façon à minimiser

le temps d'interconnexion et de façon que l'efficacité d'uti-

lisation de la capacité du satellite s'approche de celle

qu'on peut obtenir pour le fonctionnement à un seul canal.

14 2498034

L'émission simultanée sur deux canaux, ou plus, par une sta-

tion terrienne donnée 16 est évitée. Bien que cette technique soit supérieure à l'affectation fixe de canaux, il apparaft nécessairement une dégradation de l'efficacité, du fait que le nombre de stations terriennes 16 par faisceau est fini, et il peut ne pas 4tre toujours possible de répartir avec précision les stations terriennes 16 en groupes de canaux d'une manière telle que la charge des canaux soit toujours exactement uniforme pour chaque destination. En outre, si

une station terrienne quelconque 16 dans le faisceau i néces-

site une fraction supérieure à 1/8 d'une entité de trafic tie; le temps d'interconnexion minimal doit 9tre prolongé, ce qui implique une dégradation de l'efficacité, ou bien un

blocage se produira.

Le satellite 44 de la figure 2 permet de mettre en oeuvre un autre procédé pour accepter plus efficacement le

fonctionnement avec une division en canaux de la liaison mon-

tante. Ici, l'autocommutateur d'acheminement 46 du satellite fonctionne sur des faisceaux ponctuels de liaison montante 14 divisés en canaux de fréquence, et le multiplexage pour former des faisceaux ponctuels série de liaison descendante à grande vitesse, 42, est effectué après l'acheminement. A première vue, ceci pourrait sembler peu pratique, du fait du nombre considérable de points de commutation nécessaires

pour l'autocommutateur d'acheminement (ce nombre est propor-

tionnel au carré du nombre de bornes d'entrée 28). Cependant,

le débit binaire qui doit passer par les points de commuta-

tion est réduit par un facteur de 8 et il devient 45 Mbit/s

(mégabits par seconde). Ceci suppose une modulation à 4 pha-

ses. Ainsi, le train à 90 Mbit/s peut Ctre décomposé en deux voies à 45 JYbit/s et commuté indépendamment de la manière

nécessaire. A ce débit binaire relativement bas, la techno-

logie de fabrication de l'autocommutateur 44 du satellite

passe de la logique rapide connue, de type spécial, aux fa-

milles logiques actuellement disponibles dans le commerce,

qui sont dans de nombreux cas qualifiées pour les applica-

tions spatiales.

Pour le multiplexeur 48 de la figure 2, placé

après l'autocommutateur, n'importe quel canal de liaison mon-

tante 18 peut accéder à n'importe quel multiplexeur 48, et

peut donc accéder à n'importe quel faisceau ponctuel de liai-

son descendante 42. Si un changement est nécessaire, il né-

cessite simplement de modifier la configuration de l'auto- commutateur d'acheminement 46 du satellite. Les huit bornes de sortie 34 de l'autocommutateur d'acheminement qui sont

connectées à un multiplexeur 48 vont toutes à la m4me desti-

nation, et n'importe quel canal de liaison montante 18 peut accéder à une borne de sortie 34 menant à n'importe quel multiplexeur 48, si l'autocommutateur d'acheminement 46 du satellite présente une configuration sans blocage. L'utilité

de cette configuration est examinée ci-dessous.

M 1Ri5 Rti (2) j =1 M Si = ti (3) i = 1 Ri représente le trafic total provenant du faisceau i. Sj

représente le trafic total aboutissant au réseau j. On suppo-

sera que les stations terriennes sont divisées dans le fais-

ceau de rang i de telle façon que chaque groupe apporte une contribution de Ri/D unités de trafic de liaison montante, en désignant par D le nombre de canaux de liaison montante 18. Pour cette division,on ne considère pas les destinations

du trafic provenant de n'importe quelle station terrienne.

De façon similaire, les stations terriennes dans le faisceau

j sont divisées de façon que chaque groupe reçoive Sj/D uni-

tés de trafic. On note que Ri < DC, Sj É DC, en désignant par 0 la capacité d'un transpondeur divisé en canaux. Une condition nécessaire pour effectuer ces divisions consiste

en ce qu'aucune station terrienne ne transmet plus de C uni-

tés de trafic.

Avec cette division, on peut créer un total de MD canaux de liaison montante et de MD canaux de liaison descendante. Lorsque ces canaux sont numérotés de 1 à MD,

2L98034

on peut écrire pcur eunt J^e mat rice Je 'r'ie e:::on MD x L ouD, c atrie so ". la forme d 'ie matrice L. x dûJ

1, ', * e " *. à,, nP.,2.

=.(4) Yó, 1D......"., bc dans laquelle l'élément i. représente le trafic provtenant du canal i et destiné au canal j. Les canaux i et j peuvrent

être dans le =ème faisceau ou dans des faisceaux différents.

De façon similaire, dans le satellite,4, il existe D borne-

de sortie 34 de l'autocommutateur d'acheminement, avec divi-

sion en canaux et sans perturbations mutuelles,pour chacun des M faisceaux ponctuels sans perturbations mutuelles, ce

qui donne un total de M x D x C unités de capacité disponible.

Par construction, aucune ligne ou colonne de la matrice (4)

ne donne une somme supérieure a C, et le trafic total ne dé-

passe pas M x D x C. L'homme de l'art sait qu'il est toujours possible d'affecter efficacement le trafic de Z aux MD

transpondeurs divisés en canaux du satellite. Ainsi, il exis-

te une séquence de commutation sans conflit pour le satellite MD x MD qui assure une efficacité d'utilisatior de 100 % de la capacité du satellite. L'efficacité et l'aptitude à l'établissement de connexions sont donc les méf.es que pour le fonctionnement à un seul canal. Natuellement, les signaux de sortie divisés en canaux sur les bornes de sortie 34 de l'autocommutateur 46 du satellite sont mlticlexés dans des voies correspondant à u: seul canal série à grande vitesse pour le faisceau ponctuel de liaison descendante, 42c, comme

le montre la figure 2.

La possibilité de sauter d'ume frecuence à une autre n'est pas exigée pour le système 10 avec le satellite 12 de la figure 1. Poui' une matrice de trafic T donnée, chaque station terrienne 1T est affectée à un canal à grande

vitesse particulier d'un faisceau ponctuel de liaison descen-

dante, 42. Cependant, du fait que chaque canal de liaison montante 18 a maintenant 1/8 de la capacité d'un seul canal

de liaison descendante à large bande, la capacité de grou-

pement en faisceaux de circuits est quelque peu réduite par

rapport au fonctionnement à un seul canal, du fait qu'un ap-

pel peut être bloqué si le canal associé à la station terrien-

ne considérée est complètement utilisé. Ceci est cependant

un effet mineur, du fait que pour le fonctionnement à 8 ca-

naux, les circuits sont assemblés en groupes d'environ 1250, au lieu d'environ 10 000 pour le fonctionnement à un seul canal. Du fait que le nombre de circuits dans chaque groupe est élevé dans les deux cas, l'efficacité de groupement en faisceaux de circuits est très élevée. Dans tous les cas, si

la possibilité de saut d'une fréquence à une autre est assu-

rée, lorsque T change, les stations terriennes 16 peuvent

être réaffectées à différents canaux pour s'adapter effica-

cement au changement. Ainsi, on peut obtenir pratiquement la même efficacité de groupement en faisceaux de circuits et la même efficacité d'utilisation des transpondeurs que pour un

fonctionnement à un seul canal.

Considérations relatives aux faisceaux ponctuels à balayage

Les principes de division en canaux de la descrip-

tion qui précède peuvent être appliqués à des systèmes de satellite à faisceaux multiples à balayage. On note sur la

figure 1 que les accès d'antenne de l'un ou l'autre des sa-

tellites 12, 44 peuvent être du type à balayage au lieu d'être des accès à faisceaux ponctuels fixes. Le trafic du système est de même donné par (T), mais le nombre de régions

de faisceaux ponctuels est très supérieur au nombre de fais-

ceaux simultanés. Comme pour le fonctionnement avec des

faisceaux fixes, si dans chaque faisceau ponctuel les sta-

tions terriennes sont divisées en D groupes de canaux fixes,

on obtient une structure ayant une mauvaise efficacité. Se-

lon une variante, on peut connecter les régions correspon-

dant aux faisceaux ponctuels pour avoir le temps d'intercon-

nexion minimal déterminé pour le fonctionnement à un seul

canal, et la possibilité de saut d'une fréquence à une au-

tre peut être établie pour chaque station terrienne de fa-

çon que, pour chaque intervalle d'interconnexion, la charge du trafic offert soit équilibrée entre les D canaux. Si les

-18 2498034

accès d'antenne du satellite 44 peuvent être soumis à un balayage, la capacité de saut d'une fréquence à une autre pour les stations terriennes est généralement exigée. On

a noté ci-dessus que pour N - M, une affectation AMRT effi-

cace était possible, à condition qu'aucune ligne ou colonne de T n'exige plus de DC unités de capacité, et que le trafic offert total ne dépasse pas M x D x C. Pour des faisceaux multiples à balayage, M "N. Chaque canal fournit C unités de capacité, il y a D canaux associés à chaque faisceau, et

le nombre de faisceaux simultanés est de N. Ainsi, la capaci-

té totale du système est N x D X C. Si la matrice de trafic T est conforme à l'expression (1) ci-dessus, aucune des M régions de la terre correspondant à un faisceau ponctuel ne nécessite plus de DO unités de capacité (DC est la capacité disponible pour le fonctionnement à un seul canal), et le trafic total offert ne dépasse pas N x D X C, ce qui fait

qu'une affectation AMRT efficace est possible pour des fais-

ceaux multiples à balayage avec des liaisons montantes divi-

sées en canaux.

Pour un système 10 à faisceaux multiples à balayage, T est décomposéeen une cascade de matrices ayant au moins un terme non nul dans chacune des N lignes et N colonnes, et des termes nuls dans toutes les autres lignes et colonnes. Ces matrices sont en outre caractérisées par le fait que, pour chaque matrice, les sommes des lignes et des colonnes du trafic sont égales, bien que les sommes communes des lignes et des colonnes pour n'importe quelle matrice ne soient pas nécessairement égales à cette somme commune pour les matrices restantes. Au cas o une telle décomposition de la matrice de trafic est possible, pour la matrice de rang k dans la décomposition, les stations terriennes 16 sont divisées en correspondance avec les N colonnes de liaison montante et les N lignes de liaison descendante ayant des termes non nuls, avec par exemple une somme égale à Gk pour chaque ligne et chaque colonne, de façon à donner D groupes tels que chaque groupe contienne G /D unités de trafic. Pour la matrice de rang k. on a la même condition que pour la configuration à

faisceaux fixes, et il en résulte une affectation AMRT effi-

cace (c'est-à-dire un temps d'interconnexion minimal), pour le trafic représenté par la matrice de rang k. Du fait que la matrice de trafic d'origine T a été décomposée en une cascade de matrices, chacune d'elles pouvant être affectée efficacement, il s'ensuit qu'en mettant en cascade les affec- tations de chaque matrice formant la décomposition, on obtient

une affectation globale efficace. Du fait que pour une em-

preinte au sol donnée pour un faisceau, le trafic peut 9tre

contenu dans plus d'une matrice et que les divisions en ca-

naux peuvent être différentes pour différentes matrices, le

saut d'une fréquence à une autre est généralement exigé.

la matrice de trafic d'origine est caractérisée par les contraintes suivantes: M R t. ô<DC (5) j = J M S; = 2 tij <DO (6) i = 1

M M M M

Ri = E 1 2 - ti j < NDC (7) j = i=1 j=1 Ainsi, on peut toujours trouver une diagonale de termes non nuls couvrant toutes les lignes et les colonnes (s'il

en existe) dont la somme est égale à DC. Pour n'importe quel-

le diagonale de ce type, on peut former une matrice M x M avec des termes non nuls uniquement dans les N lignes et les N colonnes sur lesquelles s'étend la diagonale, en affectant le trafic provenant des éléments correspondants de T de telle

manière que les sommes des lignes et des colonnes de la ma-

trice nouvellement formée soient égales, et que cette valeur commune, Q1, soit aussi grande que possible, compte tenu de la contrainte définie par l'expression:

DO-Q1 - U1 (8)

dans laquelle U1 est la plus grande somme de n'importe quelle

ligne ou colonne qui n'est pas couverte pas la matrice nou-

vellement formée. L'inégalité (8) indique que la capacité inutilisée du satellite 44, après l'affectation de tout le trafic de la matrice nouvellement formée,doit Ctre supérieure au trafic imposé pour n'importe quelle empreinte au sol de faisceau ponctuel n'ayant apporté aucune contribution de

trafic à la matrice nouvellement formée. Cette condition as-

sure qu'après soustraction de T du trafic de la matrice nrou-

vellement formée, il existe une diagonale de la matrice ré-

duite qui permette de poursuivre la décomposition. Cette procédure est itérée jusqu'à ce que la matrice T ait été

complètement décomposée. Pour l'itération de rang k, l'iné-

galité (8) doit être remplacée par: k

DO - Q > X (9)

n=1

Parexemple, en supposant qu'il y ait M = 3 régions de fais-

ceau ponctuel et que N = 2 faisceaux puissent 8tre formés simultanément, la bande est divisée en D = 2 canaux égaux,

ayant chacun une capacité C = 40 intervalles de temps. La ma-

trice de trafic point à point et une décomposition possible en une cascade de six matrices avec des termes non nuls dans seulement deux lignes et colonnes est représentée dans le

tableau 1.

o O O

O 0 OO- -OZ O Z O-. -O O- -O O O- -8 O 8-

Z + 0 + O 0 + 97+ 090 =

O Z 0 O O Z Z O O O Z 9 O 9 8 O 8.

Z - Z 0 0 8 8

O Z Z Z Z Z 9 8 0 8

p 9 Z 9 9

O 0 0 0 0 0 0 0 8 O 8

ZZ 0 0+ 9 O i> Z + 9 0 9 + 0 + 0 = MA 9 Z Z Z 9- o z 9 0 9 0 8 cl' v Zl 8 Zl Zl

8 I0 + 0 + 0:

b O b O 91 8 8 oz r: 8 9I Zl OZ nT 9L 9I Zl9î19E OZ 8 b 8 + O O d = OZ 8 8: VZ 8b Z 9I 8 0 80 b 091 OZ I nvrgVav On note que pour chaque matrice dans la décomposition, les sommes des termes des lignes et des colonnes donnent le

m9me nombre, et la condition (9) est satisfaite.

On va maintenant considérer l'intervalle de temps pendant lequel la troisième matrice de la décomposition est desservie. Pendant cet intervalle, deux faisceaux de liaison montante (provenant des Points 1 et 2) sont connectés à deux faisceaux de liaison descendante (par coïncidence, il s'agit à nouveau des Points 1 et 2). Si on suppose que le Point 1 contient trois stations terriennes désignées par g1j1, g12, et g1, 3 et que le Point 2 contient deux stations terriennes désignées par g2,1 et g2,2, parmi les six unités de trafic apparaissant au Point 1 pour cet intervalle, trois unités correspondent à la contribution de g11, deux correspondent

à la contribution de g12, et une correspond à la contribu-

tion de g13. Ainsi, pour cet intervalle g11 est affectée au Canal 1 et g1, 2 et g1 3 sont affectées au Canal 2. Parmi

les six unités de trafic qui apparaissent pendant cet inter-

valle au Point 2, trois correspondent à la contribution de g21 et trois correspondent à la contribution de g2,2. Ainsi, pour cet intervalle, on affecte g2,1 au Canal 1 et g2 2 au Canal 2. De façon similaire, pour la liaison descendante du Point 1, trois unités sont destinées à g1j1 et arrivent sur le Canal 1, et les deux unités destinées à g12 ainsi que l'unité destinée à g13 arrivent sur le Canal 2. Pour le Point 2, trois unités arrivent sur le Canal 1 pour g2,1 et trois unités arrivent sur le Canal 2 pour g2,2. Une matrice de trafic divisée en canaux, SD, pour cet intervalle de temps peut alors se présenter de la manière suivante: Point 1 Point 2 Canal 1 Canal 2 Canal 1 Canal 2 Canal 1 1 0 1 1 Point 1 Canal 2 0 1 1 1 3 Canal 1 1 1 1 0 Point 2 Canal 2 1 1

0 1

Pour cette matrice, on note que la somme des termes de lignes et des colonnes s'élève à trois unités et que le trafic total

contenu est de 12 unités. Trois unités de trafic sont dévo-

lues à chaque liaison parmi quatre liaisons montantes divi-

sées en canaux, pour accepter ce trafic. Une affectation est assurée. En suivant les procédures d'affectation de trafic établies pour ce type de problème, on arrive aux séquences

d'interconnexions accomplies par l'autocommutateur du satel-

lite, indiquées dans le tableau 2:

TABLEAU 2

Liaison montante! Point 1, Canal 1 Point 1 Point 2 Point 2 Liaison descendante!Canal 1! Canal 1! Canal 2! !! Liaison montante Point 1, Canal 2 !! , Point 1 Point 2 Point 2 Liaison descendante!Canal 2! Canal 2! Canal 1! !! Liaison montante Point 2, Canal 1 tPoint Point 2 Point i; Point 1 Liaison descendante!Canal 1! Canal 1! Canal 2 Liaison montante Point 2, Canal 2 !! Point 2 Point 1 i Point 1 Liaison descendante!Canal 1! Canal 1! Canal 2! Les mutliplexeurs combinent ensuite les deux canaux pour le Point 1 et les deux canaux pour le Point 2 en deux voies

série à grande vitesse.

Les affectations de répartition dans le temps à

l'autocommutateur du satellite pour chacunedes matrices res-

tantes formées en décomposant T peuvent être effectuées de

façon similaire. Il est donc possible d'utiliser les ressour-

ces en capacité du satellite avec une efficacité qui s'appro-

che de celle du fonctionnement à un seul canal. L'existence

24 2498034

d'une granularité finie dans l'affectation des stations ter-

riennes aux groupes de canaux pour chaque matrice dans la

décomposition peut cependant empêcher d'obtenir une effica-

cité d'utilisation de 100 %.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Satellite de télécommunications destiné à des-

servir un ensemble de stations terriennes (16) assurant l'accès et la réception qui communiquent mutuellement par l'intermédiaire du satellite (12, 44), comprenant: des

moyens (20) destinés à recevoir un ensemble de signaux nu-

mériques de liaison montante à partir des stations terrien-

nes qui accèdent au satellite, les signaux de liaison mon-

tante éant reçus sous la forme d'un ensemble de faisceaux ponctuels (14) de largeur de bande égale, chaque faisceau comprenant un ensemble de canaux de liaison montante (18) obtenus par division de fréquence; des moyens (24) destinés à démoduler et à régénérer les signaux de liaison montante reçus; des moyens (30) destinés à acheminer les signaux démodulés et régénérés, entre un jeu de bornes d'entrée (28) et un jeu de bornes de sortie (34), pour générer des signaux de liaison descendante correspondants; des moyens destinés à démoduler (36) et à amplifier (38) les signaux de liaison

descendante; et des moyens (40) destinés à émettre les si-

gnaux de liaison descendante vers les stations terriennes réceptrices (16) ; caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (36) destinés à multiplexer les signaux après régénération, pour former un signal série à débit binaire élevé; et des moyens destinés à émettre le signal de liaison descendante série à débit binaire élevé sous la forme d'un ensemble de faisceaux ponctuels de liaison descendante (42), de même

largeur de bande, en nombre égal au nombre de faisceaux ponc-

tuels de liaison montante (14), chacun d'eux comprenant au moins un canal de fréquence de liaison descendante, et le

nombre de canaux de liaison montante (18) par faisceau ponc-

tuel de liaison montante (14) étant supérieur au nombre de

canaux de liaison descendante par faisceau ponctuel de liai-

son descendante (42).

2. Satellite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de liaison descendante sont émis sous la forme d'un ensemble de faisceaux ponctuels (42), chacun d'eux comprenant un seul canal de fréquence de liaison descendante, et le canal de fréquence de liaison descendante

26 2498034

a une largeur de bande égale à la largeur de bande combinée des canaux de fréquence de liaison montante (a18) dans un

faisceau ponctuel de liaison montante (14).

3. Satellite selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de multi- plexage (26) sont conçus de façon à multiplexer les signaux de liaison montante après qu'ils ont été régénérés et avant

qu'ils passent vers les moyens d'acheminement (30).

4. Satellite selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de multi-

plexage (26) sont conçus de façon à multiplexer les signaux de liaison montante après qu'ils ont été acheminés vers les bornes de sortie (34) et avant qu'ils passent vers les moyens

de modulation (36).

5. Satellite selon l'une quelconque des revendi-

cations 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'achemine-

ment (30) ont une configuration qui peut être modifiée de

façon dynamique conformément à la demande de trafic de si-

gnal instantanée pour le satellite (12, 44).