WO2005027259A2 - Systeme de pointage automatique d’un terminal emission/reception satellite bas coût - Google Patents

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WO2005027259A2
WO2005027259A2 PCT/FR2004/050434 FR2004050434W WO2005027259A2 WO 2005027259 A2 WO2005027259 A2 WO 2005027259A2 FR 2004050434 W FR2004050434 W FR 2004050434W WO 2005027259 A2 WO2005027259 A2 WO 2005027259A2
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azimuth
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Philippe Chambelin
Franck Adam
Jean-Yves Le Naour
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Thomson Licensing
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/125Means for positioning
    • H01Q1/1257Means for positioning using the received signal strength

Definitions

  • the invention relates to an automatic pointing system of a low cost satellite transmission / reception terminal. It relates in particular to all bi-directional satellite terminals (Ku band, Ka band, etc.).
  • Satellite communication systems require precise alignment of the antenna with the satellite in order to establish the link.
  • satellite TV reception systems in C-band (4-6 GHz) and Ku-band (11-12 GHz) use settings allowing alignment at around 0.4 ° with the satellite.
  • This alignment is manual and is carried out either by a professional installer or by the user himself.
  • the pointing must be more precise for at least two major reasons.
  • a first reason is that, if there is a wrong pointing, the transmission channel of the user terminal creates a disturbance on the neighboring satellites, and deteriorates their communication system.
  • a second reason is that the antenna sub-assembly has a higher gain on transmission than on reception. The main beam is therefore thinner, hence the need for more precise pointing.
  • all bi-directional satellite systems require the intervention of a professional installer, the cost of which is not negligible. This is unthinkable for a particular system called "low cost".
  • the invention proposes a system which allows a first coarse adjustment in azimuth and elevation, plus a fine adjustment in elevation and azimuth in order to obtain a pointing accuracy of less than 0.1 °.
  • the invention offers automated alignment to allow the user to easily perform antenna alignment and therefore installation.
  • the invention therefore relates to a method for adjusting a satellite antenna comprising the following steps: - approximate positioning of the antenna manually, - rough positioning of the antenna by detection of a maximum reception power by acting on motors positioning the antenna, - fine positioning of the antenna by transmitting at constant power and acting on the antenna positioning motors as a function of a message representative of the power received by a remote receiver.
  • the receiver remote is a base station which receives the signal transmitted after it has been returned by a satellite.
  • the invention also relates to a satellite communication system comprising at least one user transceiver communicating with a satellite, characterized in that the transceiver comprises a motorized antenna in elevation and in azimuth and first positioning means which position the antenna as a function of a maximum of signal received by the satellite, and second means which position the antenna as a function of a measurement of the power of signal received by a remote receiver.
  • FIGS. 1 and 2 respectively represent in perspective the part of an antenna allowing the adjustment in elevation and azimuth
  • FIG. 3 represents an example of a motorized screw
  • FIG. 4 represents the overall system implementing the invention.
  • the invention plans to have: an automatic movement of the antenna driven by two motors (one in elevation and one in azimuth), a control of the motors, a measurement of the power of the signal received or transmitted.
  • the essential parts of the proposed antenna subsystem are shown in Figures 1 and 2 which show the adjustment details in azimuth and elevation.
  • the antenna subsystem which conventionally comprises a parabolic reflector and a source antenna is fixed to a frame 2 rotatably mounted on a mast 1.
  • the frame 2 has an element 3 supporting the sub -system proper and an element 4 for fixing to the mast 1.
  • the two elements 3, 4 are connected to each other so that the element 3 can tilt relative to the element 4 for allow the antenna to be adjusted in elevation.
  • an arm 5 is fixed on the element 3 and ends in a threaded part which is inserted into a threaded part 6 fixed on the element 4, the length of the arm 5 being modified by means of 'A screw 7 as shown in more detail in Figure 2.
  • a screw 8 allows to rotate the subassembly relative to the mast and to perform an azimuth adjustment of the assembly.
  • a pointing accuracy of 0.1 ° is obtained by calculating the screw pitch, depending on the diameter of the screw and the number of turns.
  • the present invention relates in particular to the adjustment of the fine pointing in elevation and in azimuth by rotation of the screws, which are actuated by electric motors.
  • An example of controlling a screw 11 by a motor 10 is shown in FIG. 3.
  • These motors can be DC motors 10, for which their position is identified by a potentiometer 12 coupled to the motor.
  • the control of these motors can be carried out by the micro-controller already existing in the outdoor unit. A short stroke is necessary, since they are only used for fine adjustment. Knowing that the opening angle of the main beam at -3dB from the maximum is 1.2 ° in reception and 0.8 ° in transmission, a total travel of 3 to 5 ° is sufficient.
  • Figure 4 illustrates the complete configuration of the transceiver device.
  • the satellite 20 serves as a relay in the uplink and downlink directions between the base station 21 and the user terminal 22.
  • the automatic procedure for pointing the antenna 23 of the terminal takes place in two major steps. First, we make a first adjustment coarse on the reception channel (downlink). Then, a finer adjustment is made on the transmission channel (uplink). In fact, since the reception frequency is lower than the transmission frequency, the beam is wider in reception than in transmission, and it therefore allows pre-alignment. However, the beam being wider in reception than in transmission, the maximum is less marked, therefore the accuracy is lower. Once this pre-alignment has been achieved, the use of the transmission channel makes it possible to refine the alignment of the antenna because the beam is narrower.
  • the detailed procedure is as follows: 1.
  • Triggering of the automatic alignment by the user 3. Search for a maximum power received by the internal unit or IDU in a zone between -3 ° and ++ ° in elevation and azimuth (it is estimated that mechanical coarse pointing accuracy is approximately ⁇ 3 °). For this the motors actuate the screws, allowing the requested excursion.
  • the IDU compares the levels received, the potentiometers coupled to the elevation and azimuth motors allow the position corresponding to the maximum power to be identified. 4.
  • the finer complementary alignment is achieved by maximizing the power that the terminal transmits to the satellite. For this, with a signal power from the fixed IDU, the maximum power is sought in the beam emitted in an area of ⁇ 0.4 ° around the maximum previously identified, by actuating the motors. 6.
  • the ground station measures the Eb / NO (signal to noise) ratio of the signal it receives and sends significant information of this measurement to the user terminal.
  • the terminal then acts accordingly on the elevation and azimuth motors to maximize the Eb / NO ratio measured by the station. 7.
  • the pointing adjustment is completed as soon as this Eb / NO ratio is maximum.
  • the fact of having an Eb / NO measurement by the ground station makes it possible to validate the score and to authorize the terminal to enter the system without risking disturbing it.
  • the present invention has been described with reference to a particular example. The values given, in this example, are therefore nonlimiting.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention propose un système de pointage automatique d'antenne satellite afin de permettre à un utilisateur de réaliser simplement son alignement d'antenne et donc son installation. L'antenne est motorisée. Un premier réglage grossier en azimut et élévation est effectué à l'aide d'une mesure de puissance du signal reçu. Un réglage fin en élévation et azimut est ensuite réalisé par une mesure distante de la puissance du signal émis par l'antenne à positionner, afin d'obtenir une précision de pointage inférieure à 0,1°.

Description

Système de pointage automatique d'un terminal émission/réception satellite bas coût.
L'invention se rapporte à un système de pointage automatique d'un terminal d'émission/réception satellite bas coût. Elle se rapporte notamment à tous les terminaux satellite bi-directionnels (bande Ku, Ka, etc....).
Les systèmes de communication par satellite nécessitent un alignement précis de l'antenne avec le satellite de manière à établir la liaison. Ainsi, les systèmes de réception TV par satellite en bande C (4-6 GHz) et en bande Ku (11-12 GHz) utilisent des réglages permettant un alignement à environ 0,4° avec le satellite. Cet alignement est manuel et est réalisé soit par un installateur professionnel soit par l'utilisateur lui-même. Dans les cas de réception TV à partir de plusieurs satellites espacés d'un angle supérieur de 5 à 10°, il est nécessaire de pointer l'antenne sur le satellite choisi par l'utilisateur. Ceci est réalisé automatiquement grâce un moteur disposé sur le mat de l'antenne (appelé généralement « Actuator »), qui se positionne sur une valeur sauvegardée lors de l'installation. Dans ce cas, le pointage doit être rapide, et « peu précis » à environ 0,4°. Pour les systèmes bi-directionnels, c'est à dire pour les systèmes fonctionnant aussi en émission, le pointage doit être plus précis pour au moins deux raisons majeures. Une première raison est que, s'il y a un mauvais pointage, la voie d'émission du terminal utilisateur crée une perturbation sur les satellites voisins, et détériore leur système de communication. Une deuxième raison est que le sous-ensemble antenne a un gain plus élevé à l'émission qu'à la réception. Le faisceau principal est donc plus fin, d'où la nécessité d'un pointage plus précis. Actuellement, tous les systèmes bi-directionnels par satellite nécessitent l'intervention d'un installateur professionnel, dont le coût est non négligeable. Ceci est inenvisageable pour un système particulier dit « bas coût ». L'invention propose un système qui permet un premier réglage grossier en azimut et élévation, plus un réglage fin en élévation et azimut afin d'obtenir une précision de pointage inférieure à 0,1°. L'invention propose un alignement automatisé afin de permettre à l'utilisateur de réaliser simplement son alignement d'antenne et donc son installation. L'invention concerne donc un procédé de réglage d'une antenne satellite comprenant les étapes suivantes : - positionnement approximatif de l'antenne manuellement, - positionnement grossier de l'antenne par détection d'un maximum de puissance de réception en agissant sur des moteurs de positionnement l'antenne, - positionnement fin de l'antenne en émettant à puissance constante et agissant sur les moteurs de positionnement de l'antenne en fonction de message représentatif de la puissance reçue par un récepteur distant.. Dans ce cas, le récepteur distant est une station de base qui reçoit le signal émis après que celui-ci ait été renvoyé par un satellite. L'invention concerne aussi un système de communication par satellite comportant au moins un émetteur-récepteur utilisateur communiquant avec un satellite, caractérisé en ce que l'émetteur-récepteur comporte une antenne motorisée en élévation et en azimut et des premiers moyens de positionnement qui positionnent l'antenne en fonction d'un maximum de signal reçu par le satellite, et des deuxièmes moyens qui positionnent l'antenne en fonction d'une mesure de puissance de signal reçu par un récepteur distant.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : les figures 1 et 2 représentent respectivement en perspective la partie d'une antenne permettant le réglage en élévation et en azimuth, la figure 3 représente un exemple de vis motorisée, la figure 4 représente le système global mettant en œuvre l'invention.
Pour automatiser l'alignement l'invention prévoit d'avoir : un mouvement automatique de l'antenne entraîné par deux moteurs (un en élévation et un en azimut), un contrôle des moteurs, une mesure de puissance du signal reçue ou émis. Les parties essentielles du sous-système antenne proposé sont représentées sur les figures 1 et 2 qui montrent les détails de réglage en azimut et en élévation. Comme représenté sur la figure 1 , le sous-système d'antenne qui comporte de manière classique un réflecteur parabolique et une antenne source est fixé sur un bâti 2 monté à rotation sur un mât 1. Le bâti 2 comporte un élément 3 supportant le sous-système proprement dit et un élément 4 pour la fixation sur le mât 1. Les deux éléments 3, 4 sont reliés l'un à l'autre de sorte que l'élément 3 puisse s'incliner par rapport à l'élément 4 pour permettre le réglage en élévation de l'antenne. De ce fait, un bras 5 est fixé sur l'élément 3 et se termine par une partie filetée qui vient s'insérer dans une partie filetée 6 fixée sur l'élément 4, la longueur du bras 5 étant modifiée par l'intermédiaire d'une vis 7 comme représenté plus en détail sur la figure 2. De même, une vis 8 permet de faire tourner le sous- ensemble par rapport au mât et d'effectuer un réglage en azimut de l'ensemble. Sur ce système d'antenne décrit succinctement, il existe donc un réglage grossier en azimut autour du mat, un réglage fin en azimut par vis, un réglage grossier en élévation et un réglage fin en élévation par vis. Une précision de pointage de 0,1° est obtenue par calcul du pas de vis, en fonction du diamètre de la vis et du nombre de tour. La présente invention porte notamment sur le réglage du pointage fin en élévation et en azimut par rotation des vis, lesquelles sont actionnées par des moteurs électriques. Un exemple de commande d'une vis 11 par un moteur 10 est représenté sur la figure 3. Ces moteurs peuvent être des moteurs 10 à courant continu, pour lesquels on repère leur position grâce à un potentiomètre 12 couplé au moteur. Le contrôle de ces moteurs peut être réalisé par le micro-contrôleur déjà existant dans l'unité extérieure. Une faible course est nécessaire, puisqu'ils ne servent que pour le réglage fin. Sachant que l'angle d'ouverture du faisceau principal à -3dB du maximum est de 1,2° en réception et de 0,8° en émission, un débattement total de 3 à 5° est suffisant. La figure 4 illustre la configuration complète du dispositif d'émission-réception. Le satellite 20 sert de relais dans le sens montant et descendant entre la station de base 21 et le terminal utilisateur 22 . La procédure automatique de pointage de l'antenne 23 du terminal se déroule en deux étapes majeures. Tout d'abord, on effectue un premier réglage grossier sur la voie de réception (voie descendante). Puis, on effectue un réglage plus fin sur la voie émission (voie montante). En effet, comme la fréquence de réception est plus basse que la fréquence d'émission, le faisceau est plus large en réception qu'en émission, et il permet donc un pré-alignement. Cependant, le faisceau étant plus large en réception qu'en émission, le maximum est moins marqué, donc la précision plus faible. Une fois ce pré-alignement réalisé, l'utilisation de la voie émission permet d'affiner l'alignement de l'antenne car le faisceau est plus étroit. La procédure détaillée est la suivante : 1. Réglage mécanique grossier par l'utilisateur en utilisant la voie réception grâce à des repères sur la mécanique de pointage. 2. Déclenchement de l'alignement automatique par l'utilisateur 3. Recherche d'un maximum de puissance reçue par l'unité interne ou IDU dans une zone comprise entre -3 ° et ++° en élévation et azimut (il est estimé que la précision de pointage grossier mécanique est d'environ ± 3°). Pour ceci les moteurs actionnent les vis, permettant l'excursion demandée. L'IDU compare les niveaux reçus, les potentiomètres couplés aux moteurs d'élévation et d'azimut permettent d'identifier la position correspondant au maximum de puissance. 4. Une fois la zone du maximum de puissance reçue identifiée, une recherche de la puissance à -3dB de part et d'autre de ce maximum en élévation et en azimut et un recalage permet d'augmenter la précision du pointage en réception. 5. L'alignement complémentaire plus fin est réalisé en maximisant la puissance que transmet le terminal au satellite. Pour cela, avec une puissance de signal de l'IDU fixe, on recherche le maximum de puissance dans le faisceau émis dans une zone de ± 0,4° autour du maximum précédemment identifié, en actionnant les moteurs. 6. La station au sol mesure alors le rapport Eb/NO (signal sur bruit) du signal qu'il reçoit et renvoie une information significative de cette mesure au terminal utilisateur. Le terminal agit alors en conséquence sur les moteurs élévation et azimut pour maximiser le rapport Eb/NO mesuré par la station. 7. Le réglage du pointage est terminé dès lors que ce rapport Eb/NO est maximal. De plus, le fait d'avoir une mesure du Eb/NO par la station au sol, permet de valider le pointage et d'autoriser le terminal à entrer dans le système sans risquer de le perturber. Par ailleurs, il peut être envisagé de demander (à partir de la station au sol) au terminal de vérifier son pointage, mais ceci à une grande échelle de temps (6 mois, 1 an,...). La présente invention a été décrite en se référant à un exemple particulier. Les valeurs données, dans cet exemple, sont donc non- limitatives.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réglage d'une antenne satellite caractérisé en ce que l'on effectue les étapes suivantes : - positionnement approximatif de l'antenne manuellement, - positionnement grossier de l'antenne par détection d'un maximum de puissance de réception en agissant sur des moteurs de positionnement l'antenne, - positionnement fin de l'antenne en émettant à puissance constante et agissant sur les moteurs de positionnement de l'antenne en fonction de message représentatif de la puissance reçue par un récepteur distant.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le récepteur distant est une station de base qui reçoit le signal émis après que celui-ci ait été renvoyé par un satellite.
3. Système de communication par satellite (20) comportant au moins un émetteur-récepteur (23,22) utilisateur communiquant avec un satellite (20) , caractérisé en ce que l'émetteur-récepteur comporte une antenne motorisée (23) en élévation et en azimut et des premiers moyens de positionnement qui positionnent l'antenne en fonction d'un maximum de signal reçu par le satellite, et des deuxièmes moyens qui positionnent l'antenne en fonction d'une mesure de puissance de signal reçu par un récepteur distant (21).
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mesure de puissance de signal reçu par l'émetteur distant se fait sur un signal émis par l'émetteur-récepteur qui positionne son antenne.
5. Système selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le récepteur distant est une station de base (21).
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