WO2001054313A1 - Procede de telecommunications par satellite fonctionnant sur deux bandes de frequence, et satellite correspondant - Google Patents

Procede de telecommunications par satellite fonctionnant sur deux bandes de frequence, et satellite correspondant Download PDF

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WO2001054313A1
WO2001054313A1 PCT/FR2001/000216 FR0100216W WO0154313A1 WO 2001054313 A1 WO2001054313 A1 WO 2001054313A1 FR 0100216 W FR0100216 W FR 0100216W WO 0154313 A1 WO0154313 A1 WO 0154313A1
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WO
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satellite
band
reception
transmission
terminals
Prior art date
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PCT/FR2001/000216
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English (en)
Inventor
Jean Bleret
Original Assignee
Sysat Communication
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18517—Transmission equipment in earth stations

Definitions

  • Satellite telecommunications method operating on two frequency bands, and corresponding satellite.
  • the field of the invention is that of satellite telecommunications. More specifically, the invention is based on a certain number of new system-level ideas, in particular allowing the design of satellite access terminals, well suited to operation in tropical zones.
  • submarine cable maps clearly show the development of an East-West axis located in the northern hemisphere, forming a belt between North America, Europe, the Middle East and Asia, and some transverse axes, north-south, with South America and Africa (planned).
  • the inventors have observed that the satellite can keep a privileged position:
  • the satellite is not the dominant investment, it is an initial investment that can represent a significant risk factor for financiers. When possible, it is therefore preferable to start on existing satellites or to design the satellite for mixed use in order to avoid its under-use during the first years
  • the terminal is the component on which the greatest industrial effort must be made.
  • satellite access is a competitive solution in dispersed or sparsely populated areas, given that satellite access being independent of the connection distance, includes the functionality of national long-distance beams and international systems required for terrestrial cable or wireless systems.
  • the terminals are differentiated by the frequency bands in which they operate, “C” and “Ku” which have an impact on the size of the antennas and therefore on the equipment and installation prices. It is this point which is the basis of the present invention. access
  • Satellite access terminals fall into very different network architectures depending on the applications, telephony, Internet access, corporate networks, etc. which are not part of this analysis.
  • the aspects developed are linked to the transmission aspects of such networks, which depend on the characteristics of the satellite (PIRE, bands, G / T, etc.) and those of the stations (antenna, power, transmissible bit rate, quality and availability of links), as well as '' to the connectivity between stations dependent on the band and frequency connections of the satellite.
  • the satellite bands defined by 1TUT are recalled in Figure 1, limited to the two main bands “C” and “Ku” only taken into account in what follows.
  • Bands 11 are the bands planned by 1TUT. They are allocated to each country, associated with coverage limited to the country concerned, and on a predefined orbital position. These limitations mean that their use is limited today to "paper” projects, satellite operators having more international ambitions for life.
  • Band C has remained attached since its origin to the image of medium or large stations intended for long distance, international, regional or national links.
  • Figure 2 shows the typical off-axis gain of a 1.8m antenna in C band (6.15 & 3.95 GHz respectively for transmission and reception).
  • the Ku band is most used in all national or regional systems, both for developed countries such as Europe and North America and for developing regions such as Asia and South America.
  • the main application is TV broadcasting and, more marginally, VSAT networks.
  • the Ku band appeared as a flexible solution to use the geostationary orbit for regional or national purposes, by allowing the creation of narrow spots without requiring large antennas at satellite level.
  • the Ku band is partly dedicated to satellites, as opposed to the C band which is shared with the radio-relay systems, requiring coordination to avoid the risks of interference.
  • Ku-band stations can therefore be installed anywhere, without special coordination precautions. This is what has enabled the development of VSATs and TVRO.
  • the Ku band is much less sensitive in reception to the radio electric environment (beyond 10 GHz).
  • band C a station can be strongly disturbed or even cut off by a moped or a lawn mower nearby, in particular for the reception of narrow-band carriers (of low power). This is particularly important in developing countries where engine protection standards are far from being met.
  • the problem of the Ku band is the atmospheric weakening due to rain, which requires transmission margins dependent on climatic zones and the availability of service sought. This constraint is balanced by the fact that, in access systems directly connecting users, the availability sought is generally less than that which a long distance beam carrying a large number of circuits must offer.
  • speed regulation techniques make it possible to exchange transmission speed for margin.
  • an objective of the invention is to provide a method of telecommunications by satellites, allowing a simple, efficient and inexpensive implementation of small stations (equipped with small antennas), in particular in geographic areas with strong rain (tropical areas).
  • a satellite telecommunications method characterized in that it implements first stations, or terminals, (ST , Small Terminal) operating on two frequency bands, the C band (3-7 GHz) at transmission and the Ku band (10-15 GHz) at reception, equipped with small antennas (typically 1.2 m), allowing interconnection to second stations (GW, GateWays) operating either in C-band (transmission and reception) or in said two bands, C (transmission) and Ku (reception), like said terminals, and / or interconnection to others terminals (STs).
  • ST Small Terminal
  • the invention allows the realization of low cost, and does not require significant modification in satellites.
  • the telecommunications method uses satellite antennas with global coverage in C band, in transmission and reception of the satellite in the service area of the satellite, and in "spots" (narrow beams) Ku for the 'emission, allowing the operation of said first and second stations. This provides full connectivity between all types of stations in the satellite service area
  • the invention also relates to the satellites used for the implementation of the telecommunications method described above, and allowing the ST and GW stations to operate as described above.
  • FIG. 1 shows the satellite frequency bands C and Ku (GHz);
  • Figure 2 illustrates the typical off-axis gain of a 1.8 m C-band antenna;
  • FIGS. 3A and 3B illustrate the off-axis gain of mixed C / Ku antennas, of diameter 1.2 m and 1.6 m respectively;
  • - Figure 4 shows the principle of a satellite cross-connection, C-band gateways;
  • FIG. 5 shows the principle of a mixed C / Ku cross-connection for STs and GWs stations;
  • Figure 6 shows the principle of a mixed C / Ku cross-connection for STs and GWs stations, with frequency reuse in spots
  • the invention proposes to make terminals transmitting in C band (the high band of the C band, extended C) and receiving in Ku band (the low band of the Ku).
  • band C being restricted to transmission, the constraint of minimum antenna diameter to ensure the separation of satellites geostationary is no longer determined by the reception but by the emission which is at higher frequency and which therefore offers better angular selectivity, allowing to use reflectors of 1.2m compared to 1.8m band C.
  • the two figures 3A and 3B give the typical characteristics of off-axis gain of 1.2m and 1.6m antennas operating in the bands 6.4-6.7 GHz (extended C) on transmission and 10.95-11.2 GHz on reception.
  • the transmission opening is wider than the reception. We must therefore must make sure that we do not disrupt adjacent satellites, including the main lobe of the antenna.
  • the 1.2m antenna offers a 0.6 ° margin for 20 dB of insulation on a satellite at 3 ° spacing in longitude (3.3 ° angular deviation seen from the station), the equivalent of about 2 dB of offset on Ku reception. This does not allow to separate satellites whose angular spacing would be 2.5 °.
  • 1.6m antenna allows for the same assumptions a margin of 0.7 ° on a satellite at 2.5 °, corresponding to 5 dB of offset on the reception.
  • the solution to improve the insulation on the adjacent satellites consists in making it elliptical, the major axis being oriented in the direction of the tangent to the geostationary orbit, at the satellite position (corresponds to the axis of polarization seen from the station when the axis of polarization of the satellite is located in the equatorial plane)
  • the following table 1 gives some equivalents between a circular and elliptical antenna providing the same gain.
  • the opening column gives the radio electrical dimensions and the offset column the physical dimensions for an offset antenna, taking into account a 20% increase in the axis of the offset.
  • the example of the offset elliptical antenna 1.08x1.6m dimension equivalent to a 1.2m antenna leads to an easily transportable size in a vehicle and movable in a stairwell or lift
  • the antenna feed could be made on the basis of a guide reception feed, surrounded by a crown of "patches" used to constitute the emission source (due to the much lower frequency in reception).
  • the advantage of such a feed emission would be to achieve without difficulty (in terms of cost), a circular polarization. And allow integration with power components in the future.
  • 250 MHz is used in the C band for the transmission of GWs to the STs, through a translation of the satellite into a Ku band of 250 MHz.
  • This transmission path can also be used for direct links between 2 STs in rural telephony applications ( ⁇ 20%).
  • the return path from the STs to the GWs is done through a 250 MHz C to C connection in the satellite, the uplink path being located in the extended C band (5.9-6.4 GHz) to take advantage of a smaller opening on transmission antennas of STs.
  • 1 GHz is available on the uplink and downlink paths, the downlink paths being split half between the C and Ku bands, which represents the equivalent of 24 36 MHz repeaters.
  • the gray C-C connection is the band that could be used by traditional C-band stations.
  • Satellite coverage plays a key role in the possibilities of network connectivity.
  • the main limitation comes from the satellite EIRP per band unit that we are able to create.
  • the PIRES required can vary from 46 to 50 dBW per 36 MHz, depending on the nature and availability of services.
  • TOP usable 120-140W Ku
  • Global C band coverage in transmission and reception is taken in the global sense of the service area to be covered; - Ku coverage in spots whose number is to be determined as a function of the EIRP required per unit of band (47 dBW / 36 MHz in the example of African coverage), and the band of each transponder which determines the average number repeaters per spot, therefore the flexibility to reallocate capacity between spots as needed.
  • Global C-band coverage ensures full connectivity of C / Ku links. Any station transmitting in C band can access any Ku spot by choosing the C emission frequencies corresponding to the frequencies of the Ku repeaters of the concerned spot. A GW or ST transmitting in C band can therefore communicate with any ST receiving in Ku only in a spot. For links from ST to GW receiving in C band, the connection is made by the choice of frequencies corresponding to the CC connections of the satellite. Connectivity is therefore TOTAL for the two cases of satellite cross-connection seen previously.
  • C / Ku terminals allow the creation of networks with full connectivity between all types of stations, STs, GWs in single hop.
  • the following table 2 compares at the satellite level a configuration of networks based on either Ku / Ku or C / Ku terminals offering the same capacity in tropical zones.
  • SRS Selective Rate Switching
  • a simple implementation consists in switching from 4 to 2 phases, keeping the same symbol rate (same occupied band), thus offering an additional margin of 3 dB.
  • the first solution has the advantage of not changing the power densities emitted, and therefore not modifying the disturbances created, in cross polarization for example.
  • the only difficulty lies in the choice of the switching criterion, simple in the case of STs in C / Ku access and GW in C access.
  • the ST ⁇ GW return link in band C has very good availability (little affected by rain). Only the GW ⁇ ST link on its downward path Ku is affected by rain.
  • the ST can therefore by measuring a C / N on any received channel (not necessarily traffic) have an indication of the weakening of its receiving site, which it can retransmit continuously during its periods of activity to the hosting GW the system DAMA.
  • the system DAMA decides whether to switch. depending on availability, on a carrier offering an additional margin. This concept is applicable to any technique for sharing access to the satellite but will be more detailed in the appendix for the technique.
  • the proposed concept can be implemented on the basis of existing technologies, both for the satellite and for the ground stations. At the satellite level, cross-connection could be easily inhibited, thus offering the flexibility to use either the traditional concepts of Ku / Ku or C / C transmitting / receiving stations, or even to mix the two, depending on the climatic zones covered. . These techniques offer the possibility of extending existing networks (type
  • VSAT VSAT

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Abstract

L'invention concerne un procédé de télécommunications par satellite mettant en oeuvre des premières stations, ou terminaux, (ST, Small Terminal) fonctionnant sur deux bandes de fréquence, la bande C (3-7 GHz) à l'émission et la bande Ku (10-15 GHz) en réception, équipées de petites antennes (typiquement 1.2 m), permettant l'interconnexion à des secondes stations (GW, GateWays) fonctionnant soit en bande C (émission et réception) soit dans lesdites deux bandes, C (émission) et Ku (réception), comme lesdits terminaux, et/ou l'interconnexion à d'autres terminaux (STs).

Description

Procédé de télécommunications par satellite fonctionnant sur deux bandes de fréquence, et satellite correspondant.
Le domaine de l'invention est celui des télécommunications par satellite. Plus précisément, l'invention repose sur un certain nombre d'idées nouvelles d'ordre système permettant notamment la conception de terminaux d'accès par satellite, bien adaptés au fonctionnement dans les zones tropicales.
Depuis plus d'une décennie, le déploiement intensif du câble optique, sous- marin ou terrestre, a grandement contribué à la décroissance de l'usage du satellite dans son activité première qu'étaient les liaisons internationales ou nationales de télécommunications grande distance. Le câbles sous-marins fournissent aujourd'hui des capacités gigantesques, se mesurant en centaines de Gbit/s, rendant dérisoire le prix du bit transmis et offrant des capacités adaptées aux nouveaux besoins de transmission de données, nécessités par l'accès Internet et les services qui lui sont attachés. L'observation des cartes de câbles sous-marins montrent clairement le développement d'un axe Est-Ouest situe dans l'hémisphère nord, formant une ceinture entre l'Amérique du Nord, l'Europe, le Moyen Orient et l'Asie, et quelques axes transverses, nord-sud, avec l'Amérique du sud et l'Afrique (en projet).
On peut noter un écart grandissant entre les moyens de télécommunications offerts aux pays de l'hémisphère Nord et Sud tant pour les infrastructures de liaisons grande distance que pour le raccordement des utilisateurs.
Dans ce contexte, les inventeurs ont observé que le satellite peut garder une position privilégiée :
- Les faisceaux de petite ou moyenne capacité (« thin routes ») de raccordement longue distance, nationaux ou internationaux, éloignés des grandes artères câblées. Les utilisations sont multiples, comme par exemple le trafic international direct entre pays d'Afrique (souvent routé à travers l'Europe), le raccordement de stations de base GSM isolées, les faisceaux interurbains de petites localités isolées ... La diffusion TV, en pleine expansion dans les pays développés avec l'avènement des bouquets numériques. Ceci a été rendu possible par la mise sur le marché de terminaux de réception satellite à faible prix, résultat d'une production de masse grand public. - Les nouveaux services, comme l'accès Internet rapide, en tant que complément aux offres filaires comme l'ADSL prochainement disponible en France, capable d'offrir un accès réception à 512 kbps pour une voie émission à 128 kbps à des abonnés situés à moins de 2 km de leurs joncteurs. Le satellite est un moyen compétitif de complémenter cette offre pour tous ceux qui ne bénéficieront pas de cet avantage de proximité.
A une échelle plus limitée aux secteurs économiques, l'accès Internet risque d'être vital pour les pays en voie de développement dans une économie mondiale où le succès voire simplement la survie dépendra de la rapidité d'échange d'informations.
- L'accès de base téléphonique dans les pays en voie de développement qui ne disposent souvent que d'infrastructures de télécommunications limitées aux principales agglomérations urbaines. La richesse de ces populations majoritairement rurales ne permet pas à chaque foyer d'accéder au téléphone, mais le satellite permettrait d'offrir des solutions communautaires (phone-shop, téléphone public à l'échelon d'un village) accessibles à des revenus annuels par foyer qui peuvent être inférieurs à 100 $ par mois. L'Afrique à elle seule représente un marché potentiel de 4 à 500 000 points d'accès (villages) Tous ces domaines d'applications ont un point commun, offrir des points d'accès dont la tendance est d'aller vers l'accès individuel, l'abonné. Dans une approche économique, ceci n'est possible que si le coût du service auquel on arrive permet d'offrir des tarifications compétitives par rapport aux solutions concurrentes. Dans le contexte satellite, les business plans des opérateurs montrent clairement que les investissements sol sont de 2 à 10 fois plus élevés que l'investissement satellite, l'écart étant plus important pour les services qui consomment peu de satellite (cas de la téléphonie, comparée à l'accès de données Internet à haut débit). Le prix des terminaux d'accès représente de 75 à 90% des investissements sol, suivant la taille des réseaux, malgré des objectifs de prix de terminaux « grand public ». Il en résulte que :
Bien que le satellite ne soit pas l'investissement dominant, c'est un investissement initial qui peut représenter pour les financiers un facteur de risque important. Lorsque c'est possible, il est donc préférable de démarrer sur des satellites existants ou de concevoir le satellite pour un usage mixte à fin d'éviter sa sous-utilisation pendant les premières années
(due au temps nécessaire pour déployer un réseau d'accès) rendant le retour sur investissement du satellite plus problématique. Dans le concept que nous présentons, un des effets est la réduction de la puissance du satellite dont l'effet immédiat est la baisse de son prix.
Le terminal, et son prix, est la composante sur lequel le plus grand effort industriel doit être fait. - Les coûts d'installation et de maintenance liés à la dispersion et l'accessibilité des sites, s'il sont à la charge de l'opérateur, peuvent représenter une composante non négligeable du coût du service, comparée à l'amortissement des terminaux.
Malgré ces contraintes, l'accès satellite est une solution compétitive dans les zones dispersées ou à faible densité de population, compte tenu du fait que l'accès par satellite étant indépendant de la distance de raccordement, inclut les fonctionnalités de faisceaux grande distance nationaux et internationaux nécessaires aux systèmes terrestres câblés ou hertziens. De façon connue, les terminaux se différencient par les bandes de fréquences dans lesquels ils opèrent, « C » et « Ku » qui ont un impact sur la taille des antennes et donc sur les prix d'équipement et d'installation. C'est ce point qui est à la base de la présente invention. L'accès
Les terminaux d'accès par satellite rentrent dans des architectures de réseau très différentes suivant les applications, téléphonie, accès Internet, réseaux d'entreprise... qui ne font pas partie de cette analyse.
Les aspects développés sont liés aux aspects transmission de tels réseaux, dépendants des caractéristiques du satellite (PIRE, bandes, G/T..) et à celles des stations (antenne, puissance, débit transmissible, qualité et disponibilité des liaisons), ainsi qu'à la connectivité entre stations dépendante des connexions de bande et de fréquence du satellite.
1.1 Les bandes satellite Les bandes satellite, définies par 1TUT sont rappelées dans la figure 1, limitées aux deux principales bandes « C » et « Ku » seules prises en compte dans ce qui suit.
Les bandes 11 sont les bandes planifiées par 1TUT. Elles sont attribuées à chaque pays, associées à une couverture limitée au pays concerné, et sur une position orbitale prédéfinie. Ces limitations font que leur usage est limité aujourd'hui à des projets « papier », les opérateurs de satellites ayant des ambitions plus internationales pour vivre.
1.1.1 Bande C
La bande C est restée depuis son origine attachée à l'image des moyennes ou grandes stations destinées aux liaisons grandes distances, internationales, régionales ou nationales.
La principale limitation pour la création de petits terminaux d'accès réside dans la taille minimum des antennes utilisables, pour séparer les satellites sur l'orbite géostationnaire, indépendamment des aspects bilan de liaison. La figure 2 montre le gain typique hors axe d'une antenne de 1.8m en bande C (6.15 & 3.95 GHz respectivement pour l'émission et la réception).
Sachant que deux satellites séparés en longitude de 3° sont vue de la terre avec un espacement angulaire en moyenne de 0.3° supérieur (3.3°), Cette figure 2 montre que pour garder un isolement de 20 dB en réception (3° écart angulaire sur la figure), on dispose d'une marge de 0.3° qui doit inclure la stabilité propre de l'antenne et prendre en compte la dérive du satellite (généralement inférieure à 0.1°).
La limitation est donc imposée par la réception où le risque de perturbation provient de la réception de perturbateurs sur le bord du lobe principal, et, comme le montre la figure 2, avec une grande sensibilité au dépointage.
Le lobe principal d"émission est beaucoup plus étroit, du fait de Técart de fréquence entre émission et réception. 1.1.2 Bande K
La bande Ku est la plus utilisée dans tous les systèmes nationaux ou régionaux, tant pour les pays développés comme l'Europe et l'Amérique du Nord que pour les régions en voie de développement comme l'Asie et l'Amérique du Sud. La principale application est la diffusion TV et de façon plus marginale les réseaux de VSATs.
Beaucoup plus de développements industriels ont été faits pour cette bande, pour plusieurs raisons A l'époque de la dérégulation des télécoms, La bande Ku est apparue comme une solution souple pour utiliser l'orbite géostationnaire à des fins régionales ou nationales, en permettant la création de spots étroits sans pour cela nécessiter de grandes antennes au niveau du satellite.
La bande Ku est en partie dédiée aux satellites, par opposition à la bande C qui est partagée avec les faisceaux hertziens, nécessitant une coordination pour éviter les risques de brouillage. Des stations en bande Ku peuvent donc être installées n'importe où, sans précaution particulière de coordination. C'est ce qui a permis le développement des VSATs et de la TVRO. La bande Ku est beaucoup moins sensible en réception, à l'environnement radio électrique (au delà de 10 GHz). En bande C, une station peut être fortement perturbée voire coupée par un vélomoteur ou une tondeuse à gazon à proximité, notamment pour la réception de porteuses à bande étroite (de faible puissance). Ceci est particulièrement important dans les pays en voie de développement où les normes de protection des moteurs sont loin d'être respectées.
Le dernier point, peut-être le plus important pour l'utilisateur, est la taille réduite des antennes utilisables en bande Ku, de 60 cm à 1.2m suivant la nature des services (et du satellite utilisé). Le problème de la bande Ku est l'affaiblissement atmosphérique du à la pluie, qui nécessite des marges de transmission dépendantes des zones climatiques et de la disponibilité de service recherchée. Cette contrainte est pondérée par le fait que, dans des systèmes d'accès raccordant directement des utilisateurs, la disponibilité recherchée est généralement moindre que celle que doit offrir un faisceau grande distance véhiculant un grand nombre de circuits. Par ailleurs, si nécessaire, pour les transmissions de données (paquets Internet), des techniques de régulation de débits permettent d'échanger de la vitesse de transmission contre de la marge.
Dans les zones tropicales, cette contrainte d'affaiblissement due à la pluie conduit à des marges importantes (7 dB et plus) pour une disponibilité de service dégradée ((98% sur le plus mauvais mois d'une année) et ceci malgré la mise en œuvre de techniques de contrôle de PIRE (dont l'efficacité est surtout théorique !). Le fonctionnement de tels systèmes est rendu plus problématique lorsque viennent s'ajouter les interférences du à la réutilisation de fréquence entre spots d'un même satellite. 2_ présentation de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de l'art. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un procédé de télécommunications par satellites, permettant une mise en oeuvre simple, efficace et peu coûteuse de stations de petite taille (équipées de petites antennes), en particulier dans les zones géographiques à fortes pluies (zones tropicales). Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un procédé de télécommunications par satellite caractérisé en ce qu'il met en œuvre des premières stations, ou terminaux, (ST, Small Terminal) fonctionnant sur deux bandes de fréquence, la bande C (3-7 GHz) à l'émission et la bande Ku (10-15 GHz) en réception, équipées de petites antennes (typiquement 1.2 m), permettant l'interconnexion à des secondes stations (GW, GateWays) fonctionnant soit en bande C (émission et réception) soit dans lesdites deux bandes, C (émission) et Ku (réception), comme lesdits terminaux, et/ou l'interconnexion à d'autres terminaux (STs).
Ainsi, on bénéficie des avantages décrits ci-dessus pour chacune des bandes, tout en évitant les inconvénients respectifs, notamment dans le zones tropicales. Il convient de noter que cette approche n'est nullement évidente pour l'homme du métier, qui a toujours traité indépendamment les transmissions en bande C et en bande Ku, et qui a toujours considéré que le satellite n'était pas une solution adaptée notamment aux télécommunications dans les zones dispersées ou à faible densité de population.
On notera également que l'invention permet la réalisation de faible coût, et ne nécessite pas de modification importante dans les satellites.
Selon un aspect avantageux de l'invention, le procédé de télécommunications utilise des antennes satellite à couverture globale en bande C, en émission et réception du satellite sur la zone de service du satellite, et en "spots" (faisceaux étroits) Ku pour l'émission, permettant le fonctionnement desdites premières et secondes stations. Cela permet d'obtenir une connectivité totale entre tout type de stations dans la zone de service du satellite
L'invention concerne également les satellites utilisés pour la mise en œuvre du procédé de télécommunications décrit ci-dessus, et permettant aux stations ST et GW de fonctionner comme décrit plus haut.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 présente les bandes de fréquence satellites C et Ku (GHz) ; la figure 2 illustre le gain hors axe typique d'une antenne 1,8 m en bande C ; les figures 3A et 3B illustrent le gain hors axe d'antenes mixtes C/Ku, de diamètre respectivement 1,2 m et 1,6 m ; - la figure 4 présente le principe d'une cross-connexion satellite, gateways en bande C ; la figure 5 présente le principe d'une cross-connexion mixte C/Ku pour stations STs et GWs ; la figure 6 présente le principe d'une cross-connexion mixte C/Ku pour stations STs et GWs, avec réutilisation de fréquence dans des spots
Ku. 3 - l'accès mixte C/Ku pour les zones tropicales
Comme indiqué plus haut, l'invention propose de faire des terminaux émettant en bande C (le haut de bande de la bande C, C étendue) et recevant en bande Ku (le bas de bande de la Ku).
Il en résulte les avantages suivants :
L'utilisation de la bande C étant restreint à l'émission, la contrainte de diamètre minimum d'antenne pour assurer la séparation des satellites géostationnaire n'est plus déterminée par la réception mais par l'émission qui est à fréquence plus élevée et qui offre donc une meilleure sélectivité angulaire, permettant d'utiliser des réflecteurs de 1.2m comparativement au 1.8m bande C. - L'émission bande C étant beaucoup moins sensible aux affaiblissements dus à la pluie, il n'est pas nécessaire de faire du contrôle de PIRE émission, ce qui simplifie notablement le système de gestion des ressources de transmission.
La réception en bande Ku permet de s'affranchir des perturbations du récepteur dues aux bruits radio électriques d'environnement et d'installer les stations n'importe où. Elle permet de tirer profit des développements industriels (LNB...).
A services identiques, nous verrons que cette solution permet de réduire d'un facteur 2 la puissance des répéteurs du satellite ! Cette solution permet donc de bénéficier des avantages des deux bandes en réduisant fortement leurs inconvénients. 3.1 Antenne mixte C/Ku
Les deux figures 3A et 3B donnent les caractéristiques typiques de gain hors axe d'antennes de 1.2m et 1.6m fonctionnant dans les bandes 6.4-6.7 GHz (C étendue) à l'émission et 10.95-11.2 GHz en réception.
A l'inverse du diagramme d'antenne vu précédemment, l'ouverture émission est plus large que la réception. Il faut donc s'assurer que l'on ne risque pas de perturber des satellites adjacents, notamment par le lobe principal de l'antenne.
L'antenne de 1.2m offre une marge de 0.6° pour 20 dB d'isolation sur un satellite à 3° d'espacement en longitude (3.3° d'écart angulaire vu de la station), soit l'équivalent d'environ 2 dB de dépointage sur la réception Ku. Ceci ne permet pas de séparer des satellites dont l'espacement angulaire serait de 2.5°. L'antenne de 1.6m permet pour les mêmes hypothèses une marge de 0.7° sur un satellite à 2.5°, correspondant à 5 dB de dépointage sur la réception.
Dans la mesure où une antenne de 1.2m est suffisante du point de vue bilan de liaison, la solution pour améliorer l'isolation sur les satellites adjacents consiste à la rendre elliptique, le grand axe étant orienté dans la direction de la tangente à l'orbite géostationnaire, à la position du satellite (correspond à l'axe de polarisation vue de la station lorsque l'axe de polarisation du satellite est situé dans le plan équatorial)
A titre d'exemples, la table 1 suivante donne quelques équivalents entre une antenne circulaire et elliptique procurant le même gain. La colonne ouverture donne les dimensions radio électriques et la colonne offset les dimensions physiques pour une antenne offset, prenant en compte une augmentation de 20% de l'axe de l'offset.
Figure imgf000012_0001
Table 1 : Comparaison d'antennes circulaires et elliptiques
L'exemple de l'antenne elliptique offset de dimension 1.08x1.6m équivalent à une antenne de 1.2m conduit à une taille facilement transportable dans un véhicule et déplaçable dans une cage d'escalier ou un ascenseur
La réalisation du feed de l'antenne pourrait être faite sur la base d'un feed réception en guide, entouré d'une couronne de « patches » servant à constituer la source émission (du fait de la fréquence beaucoup plus faible en réception). L'avantage d'un tel feed émission serait de réaliser sans difficulté (en terme de coût), une polarisation circulaire. Et de permettre dans le futur une intégration avec les composants de puissance.
3.2 - Connexion des bandes satellite Dans un réseau d'accès, on trouve 2 types de stations entre lesquels les liaisons doivent être établis, les terminaux d'accès, petites stations (ST) et les gateways (GW) servant à raccorder les terminaux aux réseaux (PSTN pour la téléphonie ou ISP pour l'accès Internet). Pour des applications de type téléphonie ou réseaux d'entreprise, les terminaux d'accès doivent de plus être connectables entre eux, en simple bond satellite.
Dans l'optique de terminaux mixtes C/Ku, plusieurs schémas de connexion dans le satellite sont possibles :
3.2.1 Cas 1 : Gateways en bande C Dans cette configuration, les GWs fonctionnent entièrement en bande C. Seuls les terminaux utilisent l'accès au satellite mixte C/Ku. La figure 4 montre les connexions possibles des fréquences montantes et descendantes dans le satellite
Dans cet exemple, 250 MHz sont utilisés en bande C pour l'émission des GWs vers les STs, à travers une translation du satellite vers une bande Ku de 250 MHz. Ce chemin de transmission peut également être utilisé pour les liaisons directes entre 2 STs dans les applications de téléphonie rurale (<20%).
La voie retour des STs vers les GWs se fait à travers une connexion de 250 MHz C vers C dans le satellite, le chemin montant étant situé dans la bande C étendue (5.9-6.4 GHz) pour tirer avantage d'une plus faible ouverture sur les antennes émission des STs.
Dans une hypothèse de réutilisation de fréquence en polarisation croisée, on dispose de 1 GHz sur les chemins montants et descendants, les chemins descendants étant repartis pour moitié entre les bandes C et Ku, ce qui représente l'équivalent de 24 répéteurs de 36 MHz. La connexion grisée C-C est la bande qui pourrait être utilisée par des stations traditionnelles bande C.
3.2.2 - Cas 11 : Gateways et Terminaux en accès mixte C/Ku Dans cette configuration, illustrée par la figure 5, les GWs opèrent en accès mixte C/Ku comme les terminaux. Le bon compromis, qui permet de rendre homogène les répéteurs Ku, est de mixer les voies aller et retour des liaisons dans un même répéteur. Une variante a cette solution est la réutilisation de fréquence en bande Ku sur les spots (si leur définition a pris en compte cette possibilité), dans le but de réduire l'occupation Ku, comme l'indique la figure 6. 3.3 - Couvertures Satellite
La couverture satellite joue un rôle primordial dans les possibilités de connectivité des réseaux.
Lorsque l'on cherche a couvrir un territoire étendu en bande Ku, la principale limitation provient de la PIRE satellite par unité de bande que l'on est capable de créer. Pour les techniques habituelles de transmission qui permettent une efficacité d'utilisation de la bande de 0.6 à 0.8 bit/Hz (QPSK, FEC 1/2), les PIRES nécessaires peuvent varier de 46 a 50 dBW par 36 MHz, suivant la nature et la disponibilité des services. Compte tenu des gains d'antenne liés à l'entendue de la couverture et de la puissance des TOPs utilisables (120-140W en Ku), il est difficilement concevable d'offrir un telle PIRE sur l'étendue d'un continent comme l'Afrique. Il faut donc subdiviser une large couverture en terme de service en couvertures satellite plus étroites, pour augmenter le gain des antennes et atteindre la PIRE souhaitée.
La solution proposée repose sur l'approche suivante :
Une couverture bande C globale en émission et réception. Le terme GLOBAL est pris dans le sens globalité de la zone de service à couvrir ; - Une couverture Ku en spots dont le nombre est a déterminer en fonction de la PIRE nécessaire par unité de bande (47 dBW / 36 MHz dans l'exemple d'une couverture africaine), et la bande de chaque répéteur qui détermine le nombre moyen de répéteurs par spot, donc la flexibilité de ré-allocation de capacité entre spots suivant les besoins. La couverture globale bande C assure la connectivité totale des liaisons C/Ku. Toute station émettant en bande C peut accéder à tout spot Ku en choisissant les fréquences émission C correspondant aux fréquences des répéteurs Ku du spot concerné. Une GW ou un ST émettant en bande C peut donc communiquer avec tout ST ne recevant en Ku que dans un spot. Pour les liaisons de ST à GW recevant en bande C, la connexion s'effectue par le choix de fréquences correspondant aux connexions C-C du satellite. La connectivité est donc TOTALE pour les 2 cas de cross-connexion du satellite vus précédemment.
L'analyse des bilans de liaison montre que malgré un G/T dégradé sur le chemin montant du à la couverture globale de la réception satellite, les puissances à émettre restent faibles. Ceci est du à l'effet réduit des atténuations atmosphériques en bande C, bien que l'antenne émission ait un gain plus faible comparé à ce que l'on obtiendrait en Ku.
Un point important à noter est qu'en l'absence de réutilisation de fréquence entre spots, la flexibilité d'allocation de capacité par répartition des répéteurs entre spots est totale car tout répéteur peut être connecté à tout spot, sans contrainte d'isolation empêchant d'utiliser les mêmes fréquences sur 2 spots voisins.
3.4 - Accès C/Ku comparé à l'accès Ku/Ku
Comme nous l'avons vu, les terminaux C/Ku permettent la constitution de réseaux avec une connectivité totale entre tout type de stations, STs, GWs en simple bond.
Pour les systèmes plus traditionnels basés sur des terminaux Ku en émission et réception, la connexion totale (entre STs) est difficilement envisageable dès que l'on doit interconnecter 6 à 8 spots. Il faut en effet 1 répéteur dédié, chacun combinant les bandes en provenance des émissions des autres spots, soit 30 à 56 filtrages et translations, avec une flexibilité de capacité difficilement réalisable. La seule connectivité réellement faisable et la cross-connexion des spots avec une couverture C globale, permettant de connecter tout terminal Ku à une GW bande C. Même dans cette configuration plus simple, la répartition de capacité entre répéteurs Ku/Ku et C/Ku appartenant à un spot est difficilement modifiable.
L'avantage d'un solution C /Ku vis à vis de la puissance nécessaire à bord du satellite est tout aussi notable dans le cas de GWs entièrement en bande C.
La table 2 suivante compare au niveau satellite une configuration de réseaux basés sur des terminaux soit Ku/Ku soit C/Ku offrant la même capacité dans des zones tropicales.
Figure imgf000016_0001
Table 2 : Bilans typiques de puissance satellite
0 * La puissance suppose l'utilisation d'un simple cornet comme. Elle pourrait être fortement réduite par l'utilisation d'une antenne conformée pour une couverture hémisphérique (20W) Cette table n'est qu'un exemple dont le but et de montrer les avantages relatifs des solutions comparées.
SRS (Sélective Rate Switching), est la possibilité de changer le débit d'information durant une transmission pour augmenter la puissance par bit transmis et de ce fait les marges de transmission. Une implémentation simple consiste à commuter de 4 en 2 phases, en gardant le même débit symbole (même bande occupée), offrant ainsi une marge additionnelle de 3 dB. On pourrait aussi garder la même transmission mais utiliser un pull de porteuses transmises avec une puissance double. La première solution a l'avantage de ne pas changer les densités de puissance émises, et donc ne pas modifier les perturbations créées, en polarisation croisée par exemple.
La seule difficulté réside dans le choix du critère de commutation, simple dans le cas de STs en accès C/Ku et GW en accès C.
Il faut d'abord noter que la liaison retour ST→GW en bande C a une très bonne disponibilité (peu affectée par la pluie). Seule la liaison GW→ST, sur son chemin descendant Ku est affectée par la pluie. Le ST peut donc en mesurant un C/N sur un canal reçu quelconque (pas nécessairement de trafic) avoir une indication d'affaiblissement de SON site en réception, qu'il peut retransmettre en continu durant ses périodes d'activité vers la GW hébergeant le DAMA du système. Le DAMA du système décide de commuter ou non. suivant ses disponibilités, sur une porteuse offrant une marge supplémentaire. Ce concept est applicable a toute technique de partage de l'accès au satellite mais sera plus détaillée en annexe pour la technique
FDMA/TDMA qui nous paraît être la plus performante en terme de transmission et de services. Aucune action n'est nécessaire pour la voie retour.
La perte de capacité due a l'utilisation du pull de porteuses « robustes » et de l'ordre de quelques %, pour un gain de 3 dB sur les marges de transmission ! Ce concept est difficilement réalisable en liaison Ku/Ku car les 2 chemins montant et descendant des 2 sens de transmission sont affectés par la pluie rendant difficile la détermination d'un critère, déjà difficile pour le contrôle de PIRE émission des 2 extrémités (avec lequel le SRS risque d'en augmenter la complexité et les risques de mauvaises décisions).
Les résultats de la table précédente font clairement apparaître les gains des solutions proposées et l'on devine le bénéfice qui peut en résulter au niveau du prix du satellite.
3^5 - commentaires complémentaires Le concept proposé peut être mis en oeuvre sur la base des technologies existantes, tant pour le satellite que pour les stations sol. Au niveau du satellite, la cross-connexion pourrait être facilement inhibée, offrant ainsi la flexibilité d'utiliser soit les concepts traditionnels de stations Ku/Ku ou C/C émission/réception, voire de mixer les deux, en fonction des zones climatiques couvertes. Ces techniques offre la possibilité d'étendre les réseaux existants (type
VSAT) opérant en bande C à des terminaux mixtes C/Ku par simple adaptation de la partie radio, conduisant à des terminaux moins chers à priori et plus faciles à installer en milieu urbain, si l'on dispose au niveau satellite de la cross-connexion C/Ku. C'est aussi un moyen, vue de d'un opérateur satellite offrant les caractéristiques décrites précédemment, d'attirer les opérateurs de réseaux bande C sans remettre en cause leurs investissements.
Cette solution qui présente un intérêt évident pour la téléphonie rurale dans les zones tropicales, est aussi bien adapté à l'accès Internet sur des couvertures étendues. En prenant l'exemple de l'Afrique, un ISP qui souhaiterait offrir ses services sur la totalité du continent pourrait émettre un ensemble de petites porteuses DVB dans chaque spot Ku, de débit correspondant au trafic « voie directe » des abonnés de chaque spot, et recevoir la totalité des voies retour dans un seul répéteur, soit en bande C dans la couverture globale, soit dans un spot Ku dans lequel il serait situé. La couverture globale bande C du chemin montant joue le rôle de collecteur de voies retour, sans nécessiter de connexion particulière au niveau du satellite.
La description faite ci-dessus et les avantages qui en résultent est basée sur l'utilisation des bandes C et Ku les plus utilisées aujourd'hui. Le concept peut être utilisé pour les bandes Ku-Ka (terminal avec montée en Ku, réception Ka) dans les applications d'accès Internet. Une couverture Ku globale en réception satellite (au sens zone de service) et des spots émission du satellite en Ka (pour augmenter les PIREs) permettraient une connectivité totale entre toute gateway associée à un ISP et tout terminal dans la zone de service.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de télécommunications par satellite caractérisé en ce qu'il met en œuvre des premières stations, ou terminaux, (ST, Small Terminal) fonctionnant sur deux bandes de fréquence, la bande C (3-7 GHz) à l'émission et la bande Ku (10-15 GHz) en réception, équipées de petites antennes (typiquement 1.2 m), permettant l'interconnexion à des secondes stations (GW, GateWays) fonctionnant soit en bande C (émission et réception) soit dans lesdites deux bandes, C (émission) et Ku (réception), comme lesdits terminaux, et/ou l'interconnexion à d'autres terminaux (STs).
2. Procédé de télécommunications selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise des antennes satellite à couverture globale en bande C, en émission et réception du satellite sur la zone de service du satellite, et en spots (faisceaux étroits) Ku pour l'émission, permettant le fonctionnement desdites premières et secondes stations.
3. Satellite utilisé pour la mise en œuvre du procédé de télécommunications selon l'une quelconque des revendications 1 et 2.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4910527A (en) * 1987-07-07 1990-03-20 Janiel Corporation Configurable KU-band receiver for satellite antenna feed
US5635944A (en) * 1994-12-15 1997-06-03 Unisys Corporation Multi-band antenna feed with switchably shared I/O port

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4910527A (en) * 1987-07-07 1990-03-20 Janiel Corporation Configurable KU-band receiver for satellite antenna feed
US5635944A (en) * 1994-12-15 1997-06-03 Unisys Corporation Multi-band antenna feed with switchably shared I/O port

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CELLI G C ET AL: "DEVELOPMENT OF THE INTELSAT-IX SATELLITE SYSTEM", IEE COLLOQUIUM ON CURRENT DEVELOPMENTS IN INTELSAT,GB,IEE, LONDON, October 1997 (1997-10-01), pages COMPLETE06, XP000669804 *
T.RUSH AND AL.: "Intelsat VIII; Intelsat's next generation satellite", TELESYSTEMS CONFERENCE, 1993. COMMERCIAL APPLICATIONS AND DUAL-USE TECHNOLOGY", CONFERENCE PROCEEDINGS., 16 June 1993 (1993-06-16) - 17 June 1993 (1993-06-17), pages 81, XP002153007 *

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