FR2590751A1

FR2590751A1 - Systeme de telecommunication par satellite a faisceaux etroits

Info

Publication number: FR2590751A1
Application number: FR8616479A
Authority: FR
Inventors: Clay Whitehead
Original assignee: NATIONAL EXCHANGE Inc
Current assignee: NATIONAL EXCHANGE Inc
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1986-11-26
Publication date: 1987-05-29
Also published as: JPS62188526A; GB8628266D0; US4813036A; GB2184921A; DE3640556A1; GB2184921B

Abstract

L'invention concerne le domaine des télécommunications. Un système de télécommunication comprenant notamment un satellite 91, des stations terriennes 92, 95 et un centre de commande de réseau 93, utilise des faisceaux étroits pour établir des liaisons entre les stations terriennes. Un signal émis par une station quelconque peut être dirigé vers n'importe quelle autre station du système en choisissant simplement la fréquence porteuse appropriée pour la liaison montante vers le satellite. On peut ainsi faire communiquer entre elles les différentes stations terriennes sans effectuer une démodulation de signal ou une commutation active de circuits dans le satellite. Application aux réseaux de télécommunication à longue distance. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

Dans un système de télécommunication par satellite à un seul faisceau,

tous les transpondeurs fonctionnent avec

le même faisceau d'antenne, ce qui fait qu'une station ter-

rienne se trouvant en n'importe quel point dans la zone de couverture du faisceau peut communiquer avec une autre sta- tion terrienne en n'importe quel autrepoint dans la zone de couverture. Cette configuration comprend des satellites dans

lesquels on élabore un faisceau unique en combinant plu-

sieurs faisceaux correspondant à des zones de couverture

géographiques séparées, pour donner un faisceau fonction-

nellement unique qui travaille avec la totalité ou un grou-

pe des transpondeurs du satellite. Dans un système de télé-

communication par satellite à faisceaux étroits, un trans-

pondeur ou un groupe de transpondeurs travaillent avec des faisceaux d'antenne d'émission et de réception qui ont une zone de couverture qui est géographiquement distincte des zones de couverture d'autres faisceaux d'antenne d'émission et de réception travaillant avec d'autres transpondeurs ou

groupes de transpondeurs.

L'utilisation de faisceaux étroits multiples pour

assurer des communications sur une zone géographique éten-

due, au lieu d'utiliser un seul faisceau large, présente

certains avantages bien connus. Il est cependant générale-

ment nécessaire de prévoir une possibilité d'interconnexion

complète entre une partie quelconque de la zone de couver-

ture globale et n'importe quelle autre partie, c'est-à-dire

entre une zone de couverture par un faisceau étroit quel-

conque et n'importe quelle autre zone. On peut obtenir cette

possibilité d'interconnexion en incorporant un nombre suffi-

samment élevé de transpondeurs dans le satellite. Dans un système à faisceaux étroits comportant par exemple deux faisceaux étroits, quatre transpondeurs classiques sont nécessaires pour procurer une possibilité d'interconnexion bidirectionnelle totale entre les faisceaux. Chaque chemin d'un faisceau à un autre exige un transpondeur séparé, comme le montrent la figure 3 et le tableau suivant: Du Vers le Transpondeur Faisceau A Faisceau A N 1 Faisceau A Faisceau B NO 2 S Faisceau B Faisceau A N 3 Faisceau B Faisceau B N 4 Pour une zone de couverture ne comportant que

deux faisceaux étroits, la nécessité d'utiliser des trans-

pondeurs séparés pour chaque chemin possible d'un faisceau à un autre n'est pas trop coQteuse à réaliser. Cependant, avec un plus grand nombre de faisceaux étroits, le nombre de transpondeurs nécessaires pour assurer une possibilité d'interconnexion totale augmente très rapidement, comme le

montre le tableau ci-après.

Nombre de faisceaux Nombre de étroits transpondeurs

2 4

4 16

6 36

8 64

16 256

Le nombre de plus en plus grand de transpondeurs

dépasse rapidement les possibilités d'un seul satellite.

Bien qu'il soit possible de placer plusieurs satellites au même emplacement pour accepter un nombre aussi élevé de transpondeurs, il n'y aurait une interconnexion complète de

tous les faisceaux que si tous les satellites fonction-

naient correctement, et une panne d'un satellite entralne-

rait une perte de continuité. L'utilisation de transpondeurs séparés pour chaque chemin entre les faisceaux étroits n'est

donc pas une technique très pratique. Cependant, des systè-

mes de télécommunication par satellite employant un grand nombre de petits faisceaux étroits seraient intéressants d'un point de vue économique et opérationnel, si on pouvait éviter les problèmes créés par l'existence d'un grand nombre de transpondeurs. La conclusion couramment acceptée consiste

en ce qu'on ne peut résoudre ce problème que par démodula-

tion, commutation et remodulation de signaux à bord du satellite. De telles techniques sont cependant lourdes et coûteuses et ellesne sont pas encore sûres au point de vue

technologique pour la plupart des applications commerciales.

Dans le cas de la commutation à bord d'un satelli-

te, les signaux provenant de chaque liaison montante sont reçus, démodulés et ensuite commutés vers le faisceau de liaison descendante approprié, en vue de la modulation et de l'émission vers la zone de couverture par faisceau étroit

appropriée. Ceci réduit le nombre de transpondeurs néces-

saires pour "N" faisceaux étroits de N2, ce qui est le nom-

bre nécessaire en l'absence de commutation, à N. Cependant, du fait du poids, du coût et de la complexité de cette

structure de commutation active, il serait utile de conce-

voir un système pratique dans lequel la commutation s'effec-

tue sans démodulation à bord du satellite, de façon que le satellite soit un dispositif de commutation passif, au lieu

d'un dispositif de commutation actif.

Ainsi, pour obtenir une possibilité d'intercon-

nexion complète de faisceaux étroits séparés, le nombre de

transpondeurs est très élevé lorsqu'il y a un nombre impor-

tant de faisceaux étroits, ou bien on doit utiliser des opérations complexes de démodulation et de commutation à

bord du satellite.

Dans le cadre de cette demande, on utilise les

termes suivants dans les sens indiqués ci-après.

On utilise le terme "faisceau" pour désigner un

faisceau étroit couvrant une partie de la zone de couvertu-

re totale du satellite, ou un faisceau plus large couvrant la même zone que plusieurs faisceaux étroits, cette zone pouvant aller jusqu'à la zone de couverture totale du

satellite. S'il est important pour l'explication de distin-

guer entre un faisceau étroit et un faisceau plus large, le contexte indiquera clairement le type de faisceau qui est

envisagé. Lorsque des faisceaux doivent être fonctionnelle-

ment indépendants, de façon qu'il n'y ait pas de brouillage entre des signaux de faisceaux, on peut utiliser plusieurs moyens de séparation, comprenant une séparation géographique

de zones de couverture, l'utilisation de fréquences distinc-

tes, et une polarisation orthogonale des ondes. Dans la des-

cription et les figures de- la présente demande, on considère que des faisceaux étroits sont maintenus séparés par une ou

plusieurs de ces techniques, sauf mention contraire.

On utilise "chemin" pour désigner un chemin élec-

tronique établi dans un satellite ou un chemin électronique

allant d'une station terrienne vers une autre.

On appelle "acheminement" la sélection de paramè-

tres de signaux tels que la fréquence, la polarisation et les caractéristiques temporelles, d'une manière telle qu'un signal suive un chemin approprié dans un satellite ou d'une

station terrienne vers une autre.

On appelle "commutation" la sélection de paramè-

tres de signaux pour l'acheminement, ainsi que des ordres nécessaires dirigés vers des stations terriennes, de façon

à établir un chemin de télécommunication pendant une cer-

taine durée entre des stations terriennes désirées. -

On appelle "transpondeur" l'équipement qui éta-

blit de façon caractéristique une seule voie, fonctionnel-

lement séparée de toutes les autres voies, pour des signaux

électroniques passant par un satellite.

L'invention porte sur un système de télécommuni-

cation par satellite dans lequel une station terrienne se trouvant dans une zone de couverture par faisceau étroit peut communiquer avec une station terrienne dans la même zone de couverture par faisceau étroit ou dans une autre

zone de ce type, sans utiliser un grand nombre de transpon-

deurs ou une commutation active dans le satellite. Chaque signal de liaison montante reçu par un satellite à partir d'une zone de couverture par faisceau étroit est acheminé

vers un seul faisceau étroit de liaison descendante spéci-

fique, selon la fréquence porteuse qui intervient. On peut caractériser la technique d'acheminement par 1'enpl d'unr6seau

d'acheminement à sélectivité de fréquence dans le satelli-

te. On achemine le signal en affectant aux stations terrien-

nes se trouvant à chaque extrémité d'une liaison de télécom-

municationsune fréquence de liaison montante appropriée (FN) qui conduit à l'acheminement correct. Un centre de commande de réseau situé au sol dans l'une des zones de couverture par faisceau étroit reçoit des demandes de transmission de signaux et il affecte des fréquences de façon à établir le chemin désiré. Cette utilisation d'un centre de commande de réseau au sol et d'un réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence dans le satellite constitue ce qu'on appelle

la commutation par affectation de fréquence.

L'utilisation de faisceaux étroits permet égale-

ment la réutilisation de fréquences, ce qui augmente la capacité potentielle totale d'une seule position d'orbite pour un satellite. Si on utilise un spectre de fréquence

dans la zone A, et si la zone A est géographiquement éloi-

gnée de la zone B, on peut également utiliser ce même

spectre de fréquence dans la zone B. Ceci augmente évidem-

ment la largeur de bande totale disponible pour la trans-

mission de signaux, au-delà de ce qui est possible dans un

système à un seul faisceau.

L'invention a donc pour but de procurer un systè-

me de télécommunication perfectionné.

Un autre but de l'invention est de procurer un système de télécommunication par satellite à faisceaux étroits qui soit entièrement interconnecté, sans utiliser

une commutation active dans le satellite, et sans la néces-

sité d'employer N2 transpondeurs, en désignant par N le

nombre de zones de couverture par faisceaux étroits.

Un autre but de l'invention est de procurer un système de télécommunication par satellite dans lequel on obtienne une puissance isotrope rayonnée effective plus élevée sur une zone de couverture géographique étendue, par l'utilisation de faisceaux étroits multiples et d'amplifica- teurs de faible puissance, de façon que la puissance totale du satellite ne soit pas augmentée et que la possibilité

d'interconnexion entre tous les points de la zone de cou-

verture soit maintenue.

Un but supplémentaire de l'invention est de procu-

rer un système de télécommunication par satellite dans lequel de petites stations terriennes soient capables d'émettre des signaux vers et de recevoir des signaux provenant d'un satellite, avec des niveaux de puissance plus faibles

et/ou des débits d'information plus élevés.

Un autre but de l'invention est de procurer un système de télécommunication par satellite permettant la réutilisation de fréquences et permettant ainsi d'augmenter

le rendement global d'une ressource publique de valeur.

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 montre un système de télécommunica-

tion par satellite dans lequel un satellite émet un faisceau qui couvre la totalité de la zone correspondant aux 48 états contigus des E.U.A.;

la figure 2 montre un schéma synoptique fonc-

tionnel relatif au satellite à un seul faisceau qui est représenté sur la figure 1; la figure 3 montre un schéma synoptique simplifié

d'un système de télécommunication par satellite caractéris-

tique, comportant deux faisceaux étroits fonctionnellement séparés; la figure 4A est un schéma synoptique simplifié

d'un satellite utilisant le système de l'invention, la figu-

re 4B montre un système destiné à réduire le bruit d'une

antenne de réception et la figure 4C est un schéma synopti-

que simplifié qui combine les avantages représentés sur les figures 4A et 4B; la figure 5 montre un diagramme de transposition de fréquence associé à la figure 4A;

la figure 6 montre un système de télécommunica-

tion par satellite comportant un centre de commande de réseau basé au sol; la figure 7A montre la couverture d'une zone par un seul faisceau et la figure 7B montre la couverture de la même zone par des faisceaux étroits, avec réutilisation de fréquence;

la figure 8 montre un schéma synoptique d'un sys-

tème à un seul satellite sans réutilisation de fréquence;

la figure 9 montre un schéma synoptique d'un sys-

tème à deux satellites avec réutilisation de fréquence; la figure 10A montre un schéma synoptique d'un système de télécommunication par satellite comportant huit faisceaux étroits et dans lequel le spectre de fréquence disponible est utilisé quatre fois et les figures lOB et C montrent comment le spectre de fréquence pourrait être divisé dans chaque région; la figure 11 montre un système dans lequel il y

a plusieurs stations terriennes dans chaque zone de cou-

verture par faisceau étroit; et la figure 12 est un diagramme montrant une augmentation de la réutilisation de fréquence, obtenue par l'utilisation d'une isolation par la polarisation des ondes

pour des régions adjacentes.

On voit sur la figure 1 un satellite à un seul faisceau de type caractéristique qui couvre la totalité d'une zone, telle que les E.U.A. Un satellite à un seul faisceau, 20, reçoit un signal provenant d'une station terrienne 24 et il émet ce signal vers d'autres stations

terriennes telles que les stations terriennes 26, 27 et 28.

La couverture de la zone étendue 22 par le satellite à un seul faisceau 20 exige pour les émissions à partir du satellite 20 une puissance supérieure à celle qui serait exigée dans un système à faisceaux étroits conforme à l'in- vention couvrant la même zone. La figure 2 montre un schéma synoptique simplifié du satellite à un seul faisceau 20. Un réseau d'antenne d'entrée 30 collecte un signal de liaison montante qui est reçu et transposé en fréquence par le

récepteur/dispositif de transposition de fréquence 32, trai-

té dans des amplificateurs de sortie/filtres de canal, 34, et dirigé vers le réseau d'antenne de sortie 36, pour

l'émission vers d'autres stations terriennes.

La figure 3 montre un système de télécommunica-

tion par satellite classique comportant deux faisceaux étroits fonctionnellement séparés. Un signal de liaison montante émis à partir d'une zone de faisceau étroit A vers l'antenne de liaison montante 40, peut être réémis

vers la zone de faisceau étroit A par le récepteur/disposi-

tif de transposition de fréquence 41, l'amplificateur de puissance/filtre 42 et l'antenne de liaison descendante 43, ou bien il peut être émis d'une manière similaire vers la zone de faisceau étroit B par le récepteur/dispositif de

transposition de fréquence 44, l'amplificateur de puissan-

ce/filtre 48 et l'antenne de liaison descendante 49. Pour offrir une possibilité d'interconnexion totale, quatre transpondeurs sont nécessaires pour un système à deux faisceaux étroits. Pour un plus grand système utilisant le même principe de conception, comme un -système à huit faisceaux étroits, 64 transpondeurs seraient nécessaires

pour offrir une possibilité d'interconnexion totale.

Le cas le plus simple de commutation par affecta-

tion de fréquence conforme à l'invention utilise un seul satellite sans réutilisation de fréquence, et avec N

faisceaux étroits et N transpondeurs. La figure 4A repré-

sente un réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence dans lequel, à titre d'exemple, N est égal à 4. Il s'agit d'un système à un seul satellite comportant un réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence, 53, qui comporte S deux fois plus de faisceaux étroits que le système de satellite classique représenté sur la figure 3, pour le même nombre de transpondeurs. Dans un but d'explication, les fréquences de liaison montante sont divisées en quatre plages, F1 à F4, et les fréquences de liaison descendante transposées correspondantes sont divisées en quatre plages

G1 à G4. Cette corrélation est courante pour les affecta-

tions de fréquence de transpondeurs dans des satellites. On suppose que les faisceaux de liaison montante A à D et les

faisceaux de liaison descendante A à D couvrent fondamenta-

lement la même zone géographique, bien que cette configura-

tion de couverture puisse être modifiée pour satisfaire les besoins d'un système particulier quelconque. Si un signal

est émis par une zone de faisceau étroit B sur une fréquen-

ce porteuse dans la plage F1, le signal est reçu par l'antenne de liaison montante 50 et le récepteur/dispositif

de transposition de fréquence 52 dans le réseau d'achemine-

ment à sélectivité de fréquence 53. Le signal est transposé vers une fréquence dans la plage G1 et il est ensuite émis vers les filtres G1 à G4. Les filtres G2 à G4 bloquent le signal et ce dernier est transmis par le filtre G1. Il est ensuite amplifié par l'amplificateur 56 et est émis par

l'antenne de liaison descendante 59 vers la zone de cou-

verture à faisceau étroit A. D'une manière similaire, si le signal émis par la zone de faisceau étroit C vers l'antenne

de liaison montante 51 et le récepteur/dispositif de trans-

position de fréquence 52, se trouve dans la plage de fré-

quence F4, il est transposé vers la plage de fréquence G4 et il est acheminé vers les filtres G1 à G4. Dans ce cas, les filtres G1 à G3 bloquent le signal et le filtre G4 transmet le signal vers l'amplificateur 57 et l'antenne de liaison descendante 58. Le signal est ensuite émis par l'antenne de liaison descendante 58 vers la zone de faisceau étroit D. La figure 5 montre un diagramme de transposition de fréquence associé à la figure 4A. Tout signal provenant d'une zone de couverture de faisceau étroit quelconque qui est émis sur une fréquence porteuse dans la plage F1 sera appliqué à tous les filtres G1 à GN; cependant, comme le montre la figure 5, seul le filtre G transmettra un signal dans la plage de fréquence F1, et par conséquent seule la zone de couverture de faisceau étroit correspondant à la

plage de fréquence G recevra ce signal. Une description

i similaire s'applique aux signaux contenus dans les autres plages F2 à FN. Par conséquent, le chemin du signal dans le satellite, et donc le chemin du circuit allant d'un

faisceau étroit à un autre, sont déterminés par l'affecta-

tion de la fréquence porteuse de liaison montante.

Du fait que la zone géographique couverte par

chaque faisceau étroit est plus petite que la zone de cou-

verture totale de tous les faisceaux étroits, la puissance de l'amplificateur est concentrée, ce qui procure une puissance isotrope rayonnée effective (P.I.R.E.) supérieure

à celle d'un satellite classique à un seul faisceau utili-

sant le même amplificateur de puissance. Un tel satellite représente une puissance de liaison descendante effective élevée dans chaque zone de couverture de faisceau étroit,

pour contribuer à atteindre l'objectif d'une station ter-

rienne petite et économique.

Le réseau d'acheminement à sélectivité de fré-

quence qui est représenté sur la figure 4A procure l'avan-

tage de bonnes performances pour les faisceaux étroits sur

la liaison descendante, mais le gain de l'antenne de récep-

tion et le facteur de bruit pour la liaison montante sont

très voisins de ceux du système à un seul faisceau, repré-

senté sur la figure 2, du fait que toutes les antennes de

liaison montante sont connectées en parallèle. On peut amé-

liorer ce facteur de bruit par une structure de réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence telle que celle représentée sur la figure 4B. En ajoutant des filtres passe-bande fractionnaires 61 dans le réseau d'acheminement

à sélectivité de fréquence 60, chaque amplificateur de sor-

tie reçoit un niveau de bruit par hertz qui n'est pas supé-

rieur à celui qu'il recevrait dans la structure de faisceaux étroits interconnectés de façon classique qui est

représentée sur la figure 3. Il existe une gamme de confi-

gurations de satellite entre celles de la figure 4A et de la figure 4B utilisant le même principe de commutation par affectation de fréquence, comme le montre l'exemple de la

figure 4C.

La figure 4C montre des antennes de liaison mon-

tante 70 et 71 connectées en parallèle à un récepteur/dis-

positif de transposition de fréquence 72. Les signaux reçus à partir des zones de faisceaux étroits A et B, sur les antennes de liaison montante 70 et 71, sont traités par le récepteur/dispositif de transposition de fréquence 72, dont

la sortie est connectée en parallèle à des filtres frac-

tionnaires G la à G4a. Les signaux reçus à partir des zones de faisceaux étroits C et D sont reçus sur les antennes de liaison montante 73 et 74, qui sont connectées en parallèle

au récepteur/dispositif de transposition de fréquence 75.

Le récepteur/dispositif de transposition de fréquence 75 est lui-même connecté en parallèle à un ensemble de filtres fractionnaires Glb à G4b. Cette structure réduit le facteur de bruit qui se manifeste dans le système représenté sur la figure 4A, en diminuant le nombre d'antennes de liaison montante qui sont connectées en parallèle. Cependant, cette structure augmente le nombre de dispositifs de transposition

de fréquence et de filtres fractionnaires qui sont utili-

sés.

Dans la description qui précède, on n'a pas envi-

sagé la manière selon laquelle des signaux multiples sont

transmis dans chaque transpondeur. On peut utiliser séparé-

ment ou en combinaison les différents procédés de multiple-

xage dans le temps et en fréquence. On montre ici comment on peut utiliser deux techniques spécifiques, à savoir l'Accès Multiple avec Affectation à la Demande/Un Seul Canal par Porteuse (AMAD/USCP) et l'Accès Multiple par

Répartition dans le Temps (AMRT). La procédure de commuta-

tion est fondamentalement la même dans les deux cas. On décrira en premier la procédure de commutation AMAD/USCP,

et la description portera sur un satellite du type repré-

senté sur la figure 4A, bien que la même configuration s'applique aux satellites multiples représentés sur la

figure 9.

Le système de la figure 6 montre une manière selon laquelle un centre de commande de réseau (CCN) 93 peut commander, par affectation de fréquence,. un réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence, 91, du type représenté sur la figure 4A. Une station terrienne 92 dans la zone de couverture de faisceau étroit 90 déclenche une

demande de circuit pour communiquer avec la station ter-

rienne 95 dans la zone de couverture de faisceau étroit 96.

Cette demande est émise vers un CCN 93 se trouvant par exemple dans la zone de couverture de faisceau étroit 94, sur un canal de signalisation séparé, ou bien dans un code spécial sur un canal normal. Le CCN 93 sélectionne un canal AMAD/USCP inutilisé pour les émissions de la station terrienne 92 vers la station terrienne 95. Le CCN 93 sélectionne par exemple une fréquence dans la plage F2, soit l'intervalle numéro 9, qu'on peut appeler la fréquence F2_9 Le choix doit porter sur la plage F2, de façon que la fréquence soit transposée par le réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence vers la plage G2 qui est émise vers la zone de faisceau étroit 96. Le CCN 93 signale ensuite à la station terrienne 92 qu'elle doit émettre sur la fréquence F2_9, et il signale à la station terrienne 95 qu'elle doit recevoir sur la fréquence G2_9. Ces signaux de demande et d'affectation sont représentés par des lignes de

chemins de transmission en pointillés, 97, sur la figure 6.

La station terrienne 92 peut ensuite commencer à émettre

sur la fréquence F29, et le signal sera reçu par la sta-

tion terrienne 95 sur la fréquence G2_9, comme l'indiquent les lignes de transmission en traits continus 98 et 99 sur la figure 6. Bien entendu, si un circuit bidirectionnel

était nécessaire, le CCN sélectionnerait une fréquence inu-

tilisée, par exemple la fréquence F1_6, dans la plage F1, pour l'utilisation par la station terrienne 95, et cette fréquence serait transposée en une fréquence G1_6 pour la réception par la station terrienne 92. On notera que cette

commutation peut être accomplie en temps réel, ou que cer-

taines fréquences et certains intervalles de temps peuvent

être pré-affectés ou transmis périodiquement vers des sta-

tions terriennes, de façon que la commutation ne fasse pas intervenir le CCN et un processus de commutation à deux

bonds, comme celui représenté par les lignes 97.

Le CCN conserve la trace de toutes les fréquences

qui sont utilisées et il sélectionne les fréquences inuti-

lisées (ou des paires de fréquences pour des circuits bidi-

rectionnels), de façon à établir les liaisons de télécommu-

nication désirées. La commutation centralisée du CCN procu-

re des économies importantes pour un réseau de grande éten-

due, et elle permet d'ajouter aisément et économiquement des fonctions supplémentaires telles que des services de facturation, d'accès à des annuaires, de consultation de bases de données, etc. Ceci est possible du fait que le

"commutateur" (c'est-à-dire le contrôl81eur actif ou intel-

ligent) se trouve au sol o on peut aisément le changer ou

augmenter sa capacité, contrairement à la situation fai-

sant intervenir une commutation à bord d'un satellite.

Cette technique évite également la signalisation par double bond lorsqu'on accède à une base de données située dans le CCN. Si les fréquences individuelles dans chaque plage ne sont pas utilisées pour un canal de télécommunications complet, elles peuvent être subdivisées dans le temps par

AMRT ainsi que par une division en fréquence. On peut appe-

ler Accès Multiple par Répartition dans le Temps/Multi-

Fréquence (AMRTMF) cette combinaison d'affectation de fré-

* quences et d'intervalles de temps. Si par exemple chaque plage de fréquence a une capacité de 1,544 mégabit par seconde (Mbit/s), et si un circuit de communication n'exige que 64 kilobits par seconde (kbit/s), le CCN affecterait

non seulement la fréquence F2_9, mais également un inter-

valle de temps. Si un troisième intervalle de temps était libre et était affecté à ce circuit, l'affectation de

transmission AMRTMF en fréquence et en temps pour la sta-

tion terrienne 92 serait F293, et l'affectation de récep-

tion pour la station terrienne 95 serait G2_9_3. Dans ce cas, le CCN conserverait la trace des fréquences et des intervalles de temps disponibles dans l'affectation des

voies de télécommunication.

L'une des caractéristiques avantageuses des faisceaux étroits consiste en ce qu'on peut réutiliser des

fréquences sur la zone de couverture du satellite, contrai-

rement à la couverture avec un système à un seul faisceau, comme sur la figure 1. Ceci est illustré sur les figures 7A et 7B, qui montrent que chaque plage de fréquence peut être utilisée deux fois, dans deux zones defaisceau étroit, au lieu d'une seule fois comme dans un système à un seul faisceau. La figure 7A montre que les fréquences G1 à G8

peuvent être utilisées une seule fois dans la zone de cou-

verture 100 avec un système de satellite classique à un seul faisceau. La figure 7B montre la même zone de couverture 100 avec des faisceaux étroits, qui permettent d'utiliser deux fois chacune des fréquences G1 à G8. Ceci est possible du

fait que la plage de fréquence G1, par exemple, est présen-

te dans deux zones de couverture de faisceau étroit qui ne se chevauchent pas, ce qui fait qu'une station terrienne dans une telle zone de couverture ne recevra pas un signal brouilleur provenant du signal G1 dans une autre zone de couverture.

La figure 8 montre un système plus complexe con-

forme à l'invention, comportant douze zones de faisceau étroit séparées. Les zones de couverture des antennes de liaison montante 110A à 110OL représentent douze zones de

faisceau étroit A à L (non représentées) qui sont géogra-

phiquement distinctes. Des signaux reçus par les antennes de liaison montante 11OA à 11OL sont transférés vers douze préamplificateurs à large bande identiques. Les signaux

provenant de ces préamplificateurs sont sommés par le cir-

cuit de sommation 112 et ils sont transférés vers le dis-

positif de transposition de fréquence 113, les filtres 114, les amplificateurs 115 et ensuite vers les antennes de liaison descendante 116A à 116L. Si un utilisateur du système se trouvant dans la zone de couverture A désire communiquer avec un utilisateur se trouvant dans la zone de couverture H, la station terrienne dans la zone A émet sur une fréquence porteuse dans la plage F8, qui est transposée dans la plage de fréquence G8 et est transmise seulement par le filtre G8. Le signal de sortie du filtre

G8 est acheminé vers la zone de couverture H, par l'inter-

médiaire de son amplificateur 115 associé et de l'antenne de liaison descendante 116H. Le système permet ainsi à

l'une quelconque des zones de couverture A à L de communi-

quer avec n'importe quelle autre zone de couverture A à L,

d'une manière indépendante.

Un second satellite semblable à celui représenté sur la figure 8 pourrait être placé au même endroit que le premier, mais ceci constituerait un ajout moins efficace, du fait que les deux satellites recevraient et répéteraient

tous les signaux. On peut éviter ceci au moyen de la confi-

guration de réseaux d'acheminement à sélectivité de fré-

quence qui est représentée pour deux satellites sur la figure 9. En utilisant deux circuits de sommation 124 et 131 dans chacun des deux satellites 120 et 121, on double l'utilisation des fréquences. Dans le satellite 120, les zones de couverture A à F utilisent les fréquences F1 à F6 et leurs préamplificateurs à large bande 123 associés. Les signaux provenant de ces préamplificateurs à large bande sont sommés par le circuit de sommation 131 et filtrés par le filtre 132 pour être séparés des canaux restants, et

ils sont ensuite transposés individuellement et respective-

ment vers les canaux de liaison descendante G1 à G6, par le dispositif de transposition 133. Chaque canal de liaison descendante G1 à G6 est ensuite filtré individuellement par

les filtres 127, de façon à être extrait d'un signal compo-

site, à la sortie du dispositif de transposition 133, et il

est amplifié par les amplificateurs 128 associés et appli-

qué aux antennes de liaison descendante appropriées 129A à

129F. Les canaux restants sont traités d'une manière iden-

tique, la seule différence résidant dans les zones de cou-

verture et les canaux associés qui sont utilisés, comme l'indique la figure 9. Le satellite 121 a une configuration similaire, à l'exception du fait que les dispositifs de

transposition 135 et 136 utilisent les fréquences de liai-

son descendante G7 à G12, au lieu des fréquences G1 à G6, et du fait que les fréquences de liaison montante F1 à F6 desservent les zones de faisceau étroit de liaison montante G à L, par l'intermédiaire du filtre 125, au lieu des zones

de faisceau étroit A à F, comme dans le satellite 120.

On peut maintenant décrire les chemins entre des stations terriennes. On suppose qu'une station terrienne

dans la zone de couverture de faisceau étroit A désire com-

muniquer avec une station terrienne dans la zone de couver-

ture de faisceau étroit B. L'examen de la figure 9 montre

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que la zone B est desservie par le canal de liaison descen-

dante G2 dans le satellite 120 et par le canal de liaison descendante G8 dans le satellite 121. Ainsi, lorsqu'une station terrienne dans la zone de couverture A effectue une demande, le CCN pourrait affecter une fréquence porteuse dans la plage de fréquence de liaison montante F2, qui serait transposée par le satellite 120 vers la plage de fréquence de liaison descendante G2. De façon similaire, une fréquence dans la plage F8 pourrait être affectée et serait transposée par le satellite 121 vers la plage de fréquence G8, et le CCN donnerait alors à la station terrienne dans la zone de couverture B l'ordre de recevoir sur la fréquence appropriée dans la plage G8. Si la zone A émet vers la zone B sur des fréquences dans la plage F2, la zone H peut alors émettre également vers la zone B sur une fréquence dans la

plage F8, du fait que la plage de fréquence F2 est transpo-

sée dans le satellite 120 vers la plage de fréquence de liaison descendante G2, et que la plage de fréquence F8 est transposée dans le satellite 121 vers la plage de fréquence de liaison descendante G8. Chaque fréquence peut ainsi être utilisée deux fois et n'importe quelle station terrienne peut entrer en communication avec n'importe quelle autre

station terrienne.

Une reconfiguration simple du premier satellite, effectuée une seule fois et qui est tout à fait dans les possibilités actuelles de la technique, doit avoir lieu lorsque le second satellite est ajouté, pour faire passer le premier satellite de la configuration de la figure 8 à

celle de la figure 9. Une telle reconfiguration doit égale-

ment être effectuée pour ramener un satellite à sa configu-

ration d'origine au cas o l'un des satellites ne fonction-

ne pas correctement.

Bien qu'on ne l'ait pas.envisagé ci-dessus, le système de satellite de la figure 8 pourrait comporter à bord du satellite un sous-système à douze transpondeurs,

identique et supplémentaire, assurant la couverture exacte-

ment des mêmes zones, mais avec une polarisation orthogona-

le des ondes. Un tel système à un seul satellite peut pro-

curer une réutilisation de fréquence complète en utilisant à la fois des polarisations horizontale et verticale des ondes, et le système à deux satellites de la figure 9 peut doubler cette capacité en procurant une réutilisation de fréquence de type géographique dans des faisceaux étroits

séparés, sur les deux polarisations des ondes.

On notera qu'il existe de nombreuses autres con-

figurations de combinaisons de faisceaux de liaison montan-

te et de liaison descendante susceptibles de permettre une réutilisation de fréquence plus étendue. Dans certaines configurations, la disposition des faisceaux de liaison montante et de leurs zones de couverture pourrait être le facteur limitatif, tandis que dans d'autres configurations, la disposition des faisceaux de liaison descendante serait le facteur limitatif. On notera également qu'au fur et à mesure qu'on augmente la réutilisation de fréquence dans une position d'orbite, on augmente le nombre de chemins

auxquels une seule station terrienne peut accéder.

Bien qu'on ait envisagé l'application de la tech-

nique d'acheminement et de commutation de ce système en considérant des télécommunications par satellite, cette technique est également applicable à d'autres systèmes de

télécommunication. De tels systèmes comprennent par exem-

ple des réseaux de télévision par câble et certains réseaux locaux dans lesquels une station centrale (analogue à des transpondeurs de satellite) transposerait des canaux "amont" (analogues à des canaux de liaison montante de satellite) dans des canaux "aval" (analogues à des canaux

de liaison descendante de satellite).

En développant la subdivision des bandes de fré-

quence: et leurs combinaisons avec diverses configurations de faisceaux étroits, on peut placer à chaque position

d'orbite jusqu'à N satellites équipés de N transpondeurs.

Ceci offre la possibilité d'une réutilisation de fréquence

et d'une économie de fréquence importantes, et permet éga-

lement à chaque station terrienne d'accéder à un plus grand nombre de stations terriennes.

La figure lOAmontre un système de télécommunica-

tion par satellite qui est décomposé en quatre régions,

avec deux faisceaux étroits dans chaque région. La configu-

ration permet d'utiliser quatre fois un spectre de fréquen-

ce. Si le spectre de fréquence utilisé, par le satellite s'étend de 11,7 GHz à 12,2 GHz, on dispose d'une largeur de bande de 500 MHz. Chacune des plages de fréquence F1 à F8

représentées sur la figure lOB pourrait avoir la même lar-

geur de bande de 62,5 MHz, comme représenté sur la figure 10C, ou bien des plages différentes pourraient avoir des largeurs de bande différentes. Les plages de fréquence F1 à F8 correspondent à une largeur de bande totale de 500 MHz. Si une station terrienne dans le faisceau étroit A, dans la région 140, désire communiquer avec le faisceau étroit B, dans la région 142, elle émet son signal sur une fréquence porteuse dans la plage de fréquence F6, ce qui a pour effet d'acheminer automatiquement ce signal vers le faisceau B dans la région 142 parmi les régions de liaison

descendante. Dans cet exemple, la région de liaison montan-

te 140 est identique à la région de liaison descendante

, et ainsi de suite. Si le faisceau étroit A dans la -

région de liaison montante 140 doit communiquer avec le faisceau étroit B dans la région de liaison descendante , il émet-son signal sur une fréquence porteuse dans la plage de fréquence F2. La figure lOB montre les plages de fréquence F1 à F8. Ces fréquences sont utilisées quatre fois dans le système représenté sur la figure lOA. Les régions 140, 141, 142 et 143 sur la figure 10A et les faisceaux étroits dans chaque région peuvent être séparés mutuellement par une ou plusieurs des techniques décrites précédemment. A titre d'exemple, les régions 140 et 142 pourraient utiliser une polarisation verticale et les régions 141 et 143 pourraient utiliser une polarisation horizontale, avec les faisceaux A et B dans chaque région utilisant des fréquences différentes dans les liaisons descendantes, tandis qu'ils utilisent les mêmes fréquences

dans les liaisons montantes.

La figure 12 montre un système qui permet de réa-

liser pleinement une utilisation de fréquence quadruple. La couverture globale est divisée en quatre régions, 170, 171, 172 et 173, avec deux faisceaux par région. On utilise des

polarisation orthogonales des ondes dans des régions adja-

centes, de façon à permettre une utilisation complète du spectre de fréquence pour les liaisons montantes comme pour les liaisons descendantes, sans brouillage. Des régions qui utilisent les mêmes polarisations sont mutuellement isolées par des faisceaux d'antennes à diminution rapide du gain, et par des formes appropriées des zones de couverture. Les fréquences de liaison montante dans les plages F1 à F8 sont utilisées en commun par le faisceau 1 et le faisceau 2 dans

la région 170. Les faisceaux dans la région 170 sont pola-

risés verticalement, tandis que les faisceaux adjacents qui utilisent les mêmes fréquences dans la région 171 sont

polarisés horizontalement. Les plages de fréquence de liai-

son descendante G1 à G8 dans la région 170 sont de façon similaire divisées entre le faisceau 1 et le faisceau 2,

comme le montre la figure 12.

La figure 11 est un schéma représentatif d'un réseau utilisant un satellite tel que celui représenté sur la figure 10A. La configuration de commutation consiste fonctionnellement en un système en étoile avec un satellite au centre. Bien que le CCN soit au sol et non dans le satellite, le réseau fonctionne à tous égards comme un

réseau en étoile, à l'exception du fait que la signalisa-

tion correspondant à des demandes et à des affectations de

fréquence peut faire intervenir une liaison de télécommuni-

cation à deux bonds.

La technique qu'on vient de décrire offre la possibilité de mettre en oeuvre une architecture en étoile avec une affectation souple du débit binaire (ou de la lar- geur de bande) pour de grands nombres de petites stations terriennes, sur une zone étendue. Aucun réseau terrestre

ou par satellite n'offre de telles possibilités.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits

et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système de télécommunication destiné à établir des chemins de télécommunication entre un ensemble de points de télécommunication (92, 95), caractérisé en ce qu'il comprend: un réseau d'acheminement à sélectivité de

fréquence (53) comportant un ensemble de voies électroni-

ques, dans lequel chaque voie électronique est distincte de chaque autre voie électronique, et ce réseau d'acheminement

à sélectivité de fréquence (53) est conçu de façon à rece-

voir des signaux électroniques et à émettre des signaux électroniques; et des moyens de commande de réseau (93) physiquement séparés du réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53), et conçus de façon à communiquer avec les points de télécommunication (92, 95) et de façon à

sélectionner des fréquences porteuses pour les communica-

tions entre les points de télécommunication, par l'inter-

médiaire du réseau d'acheminement à sélectivité de fré-

quence (53).

2. Système de télécommunication selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que le réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53) est conçu pour être placé dans un satellite (91) en orbite, et en ce que les moyens

de commande de réseau (93) sont situés au sol.

3. Système de télécommunication selon la revendi-

cation 2, caractérisé en ce que le satellite (91) est conçu de façon à utiliser des faisceaux étroits et le réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53) est conçu de façon à communiquer avec les points de télécommunication (92, 95) en utilisant des faisceaux étroits, et en ce que les moyens de commande de réseau (93) sont conçus de façon à communiquer avec le réseau d'acheminement à sélectivité

de fréquence (53) en utilisant des faisceaux étroits.

4. Système de télécommunication selon la revendi-

cation 3, caractérisé en ce que chaque voie électronique du

réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53) cor-

respond à une fréquence porteuse différente, et en ce que les moyens de commande de réseau (93) sont conçus de façon à sélectionner une fréquence particulière à utiliser par chaque point de télécommunication pour des communications

entre les points de télécommunication (92, 95) par l'inter-

médiaire du réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53).

5. Système de télécommunication par satellite à

faisceaux étroits, destiné à établir des chemins de télé-

communication entre un ensemble de stations terriennes (92, 95), caractérisé en ce qu'il comprend: un réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53) comportant un ensemble de voies électroniques, dans lequel chaque voie

électronique est distincte de chaque autre voie électroni-

que, et ce réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence est conçu de façon à recevoir et à émettre des signaux électroniques, ainsi qu'à être placé dans un satellite en orbite (91) prévu pour l'utilisation de faisceaux étroits; des moyens de commande de réseau (93) physiquement séparés du réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53), et placés au sol, ces moyens de commande de réseau étant conçus de façon à communiquer avec les stations terriennes (92, 95) et à sélectionner des fréquences porteuses pour des communications entre les stations terriennnes, par l'intermédiaire du réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (53); et des antennes à faisceaux étroits (50, 51, 53, 59) placées sur le satellite (91) et conçues de façon à émettre des signaux électroniques sous la forme de faisceaux étroits, et à recevoir des signaux électroniques

provenant des stations terriennes (92, 95).

6. Système de télécommunication par satellite à

faisceaux étroits, destiné à établir des chemins de télé-

communication entre un ensemble de stations terriennes (92, 95) caractérisé en ce qu'il comprend: un satellite

(91) prévu pour être placé en orbite; un réseau d'achemine-

ment à sélectivité de fréquence (60) comportant un ensemble

de voies électroniques, dans lequel chaque voie électroni-

que est distincte de chaque autre voie électronique, ce réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (60) étant

conçu de façon à recevoir et à émettre des signaux électro-

niques, ainsi qu'à être placé dans le satellite (91); des stations terriennes (92, 95) conçues de façon à émettre des signaux vers le satellite (91) et à recevoir des signaux provenant de ce dernier; des moyens de commande de réseau (93) physiquement séparés du réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (60) et placés au sol, ces moyens de commande de réseau étant conçus de façon à communiquer avec les stations terriennes (92, 95) et à sélectionner des fréquences porteuses pour les communications entre les stations terriennes (92, 95), par l'intermédiaire du réseau d'acheminement à sélectivité de fréquence (60); et des antennes à faisceaux étroits (70, 71, 73, 74) placées à bord du satellite (91) et conçues de façon à émettre des signaux électroniques sous la forme de faisceaux étroits,

et à recevoir des signaux électroniques provenant des sta-

tions terriennes (92, 95).

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des filtres fractionnaires (61), avec

un filtre fractionnaire incorporé dans chaque voie électro-

nique.

8. Procédé pour établir des chemins de télécommu-

nication entre un ensemble de points de télécommunication (92, 95), caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on établit un ensemble de voies électroniques,

chaque voie électronique transmettant une plage de fréquen-

ces distincte, différente de celle des autres voies; on

reçoit des signaux électroniques; on sélectionne des fré-

quences porteuses pour les signaux électroniques, en un emplacement distant des voies électroniques, et on corrèle ces fréquences porteuses avec les voies électroniques, pour la communication entre les points de télécommunication (92,

), par l'intermédiaire des voies électroniques.