SATELLITAIRE

L’invention concerne un procédé et un système permettant à un terminal de s’accrocher à un réseau satellitaire de communication et de se déplacer au sein de ce réseau sans connaître a priori la configuration des spots du satellite, ces derniers pouvant varier au cours d’une mission.

Elle s’applique dans des systèmes Satcom où le satellite est configuré pour former N spots orthogonaux sur la voie retour (terminal vers hub) et une agrégation de ces spots sur la voie aller (hub vers terminaux) et où les terminaux sont mobiles.

L’un des problèmes existants dans le domaine des Satcom est de permettre à un terminal de rentrer et de se déplacer dans un réseau Satcom sans connaissance a priori de la configuration des spots du satellite, car ils peuvent être reconfigurés en cours de mission.

Différentes solutions sont décrites dans l’art antérieur. Une première solution est connue sous l’expression « solution i Direct ». Le terminal qui souhaite entrer et se déplacer va détecter des spots adjacents en mettant en oeuvre deux chaînes de réception. Cette première solution en mettant en oeuvre deux chaînes de réception, augmente les coûts par un rapport de deux.

Une autre méthode est décrite dans la demande de brevet FR 3052012. La méthode « uplink handover » nécessite que le terminal ait la connaissance a priori de la configuration géométrique de chaque spot, des relations d’adjacence entre les spots et de la configuration des bandes utilisées pour recevoir dans chacun des spots. Ceci entraîne une planification initiale très importante et plus complexe.

Les solutions de l’art antérieur ne permettent pas de résoudre de manière souple et peu coûteuse le problème « d’entrée » d’un terminal dans un réseau satellitaire précité. Dans les techniques connues de l’art antérieur, on déplace la complexité de la mobilité soit dans la planification amont, soit dans la multiplication de la chaîne de réception. Si les spots deviennent de plus en plus petits, et donc de plus en plus nombreux sur une même zone, ces solutions ne sont pas souples, ni facilement modifiables, lorsqu’un opérateur change la configuration, ou le nombre et la largeur des bandes dans les différents spots. L’expression « SATVLAN » sera utilisée par la suite pour désigner les paramètres de bande et de largeur de bande utilisés dans un spot et éventuellement les paramètres de puissance.

L’objet de la présente invention est d’offrir un procédé et un système permettant de résoudre le problème de la localisation des terminaux dans les différents spots afin de permettre l’entrée, l’accrochage d’un terminal dans un réseau satellitaire, sans transférer la complexité à la planification initiale ni à la multiplication des chaînes de réception.

L’invention concerne un procédé pour configurer l’entrée d’au moins un terminal mobile A dans un réseau satellitaire comprenant un satellite émettant sur plusieurs spots, un hub comprenant un ensemble de hubs modems et au moins deux lois de saut de fréquence, le procédé comportant au moins les étapes suivantes :

• Lors d’un premier accès, le terminal A se synchronise sur une première loi de saut fréquence LSi et identifie la trame et les slots utilisant une deuxième loi de saut de fréquence LS _2, puis le terminal se synchronise sur cette deuxième loi de saut de fréquence LS ₂ en écoutant lesdits slots,

• Le terminal A utilise un ou plusieurs slots d’un canal retour configuré selon la seconde loi de saut de fréquence pour émettre un signal d’identification, ledit signal d’identification est écouté par tous les hubs modems configurés pour recevoir sur les slots selon cette seconde loi de saut de fréquence,

• Le terminal A se met en écoute sur le canal commun défini par l’ensemble des hubs modems qui communiquent sur les slots identifiés selon cette même seconde loi de fréquence, pour se voir notifier par le hub modem élu, les paramètres d’allocation réseau, l’élection du hub étant réalisée de la manière suivante : • Chaque hub modem mesure le niveau de puissance du ou des signaux émis par un ou plusieurs terminaux du réseau satellitaire,

• Chaque hub modem communique aux autres hubs modems les valeurs des puissances des signaux mesurés, et sélectionne la valeur de puissance maximale et le hub modem qui a reçu le signal correspondant,

• Le hub modem élu par les autres hubs modems notifie au terminal la ressource radio et la loi de saut de fréquence à utiliser.

Le terminal A qui souhaite s’attacher au réseau satellitaire identifie, par exemple, les slots pour lesquels l’ensemble des hubs modems est en écoute sur une même fréquence, afin de constituer un canal d’accès et de mesure, et le terminal utiliser ledit canal commun pour se synchroniser sur la première loi de fréquence.

Le procédé peut utiliser, en plus, une information de géolocalisation de type GPS pour se synchroniser.

Les hubs modems peuvent s’échanger les signaux reçus via un routeur commun à tous.

Les hubs modems peuvent aussi s’échanger les signaux reçus via un réseau externe R configuré pour dialoguer avec les routeurs de chaque hub modem.

Un message ou signal peut être codé avec la modulation à accès multiple par répartition de codes ou CDMA (Code Divisional Multiple Access) et le hub décode le signal en utilisant l’ensemble des codes CDMA attribués au réseau et estime la puissance du signal sur la base du taux de corrélation entre le signal reçu et le code CDMA.

L’invention concerne aussi un système pour l’entrée dans un réseau satellitaire d’un ou plusieurs terminaux mobiles A comprenant un satellite, plusieurs hubs modems installés dans une ou plusieurs stations hub caractérisé en ce que chaque hub modem est configuré pour exécuter les étapes de mesure de puissance, l’élection d’un hub en exécutant les étapes du procédé selon l’invention et ledit hub modem élu transmet au terminal une configuration pour l’entrée dans le réseau et son déplacement au sein dudit réseau.

Les hubs modems peuvent être disposés dans une même station hub, ladite station comprend un routeur permettant l’échange des signaux reçus par chacun des hubs modems et une horloge commune.

Les hubs modems sont, par exemple, disposés dans une même station hub, ladite station comprend un routeur permettant l’échange des signaux reçus par chacun des hubs modems et un moyen externe de synchronisation.

Les hubs modems peuvent être disposés dans des stations hubs distinctes, lesdites stations hubs étant connectées via un réseau R adapté.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d’exemples de réalisation annexée des figures qui représentent :

• Figure 1 , un exemple d’architecture du système selon l’invention

• Figure 2, un deuxième exemple d’architecture du système selon l’invention, et

• Figure 3, un exemple de trame.

La figure 1 représente un exemple d’architecture du système selon l’invention comprenant un satellite 1 , plusieurs hubs modems 2-i, 2 ₂ , installés dans une station hub 3 ou hub, lesdits modems étant désignés comme hub modems, plusieurs stations terminales A, B, C, ou terminaux, seule la station A étant représentée sur la figure.

Un hub modem 2, (avec i=1 , 2 sur la figure 1 ) comprend un processeur 21 i configuré pour exécuter les étapes du procédé selon l’invention, une mémoire 22i permettant d’enregistrer les signaux reçus au niveau du hub modem pendant une durée d’un créneau temporel ou slot. Le hub modem 2, comprend un module de codage/décodage 23i du contenu des signaux. La station hub ou hub 3 comporte une chaîne de transmission radiofréquence RF comprenant un ensemble 31 constitué d’antennes, d’amplificateurs, de modules de transposition, connus de l’homme du métier. Elle comprend aussi un routeur 32 permettant l’échange des signaux et des messages entre les hubs modems, et une horloge 33 commune à l’ensemble des modems. L’horloge 33 a notamment pour fonction de synchroniser les hubs modems sur les frontières de trames et de slots. Un exemple de structure de trame est donné à la figure 3. Dans le cas où l’ensemble des spots n’est pas géré par le même hub modem, les hubs modems sont synchronisés par un moyen externe 34 de telle sorte que les différents spots - dont les réceptions sont gérées par des modems de différents hubs - écoutent tous selon au moins deux lois de saut de fréquence F-i, F ₂ , aux paliers de saut de fréquence indiqués. Le moyen de synchronisation externe est, par exemple, un système de géolocalisation de type GPS (Global Positioning System). On suppose que le satellite et ses spots ont une capacité d’écoute large bande de telle sorte que le satellite n’a pas besoin de connaître la ou les lois de saut de fréquence appliquées et connues des modems seuls.

Selon un mode de réalisation, le satellite est dit régénératif, c’est- à-dire qu’il démodule le signal reçu pour en corriger les erreurs et le remodule après. Un tel satellite aura besoin de connaître les deux lois de fréquence et de se synchroniser sur ces deux lois. Il doit aussi connaître la loi d’entrelacement temporel, c’est-à-dire, l’identification des slots pour lesquels la première loi s’applique et ceux pour lesquels la deuxième loi s’applique.

Le procédé se décline au niveau du terminal et au niveau du hub ou station hub.

Sur l’exemple donné à la figure 1 , le message de demande d’entrée dans le réseau satellite et émis par le terminal A“I am terminal A” est entendu, par les deux spots SP-i, SP ₂ , du satellite. L’amplitude du signal atteignant les deux spots est identique, mais du fait des différences d’orientation de ces deux spots, le gain antennaire au niveau du satellite est différent. De ce fait, le même signal source se transforme par passage par les spots SPi et SP ₂ , en deux signaux SA _! et SA ₂ d’amplitudes différentes en entrée des étages de transposition 10, d’amplification 1 1 et de retransmission 12 du satellite 1 vers le hub. On suppose que ces étages réalisent un traitement identique pour tous les spots. Cette différence d’amplitude se retrouve dans les signaux modulés SM-i, SM ₂ et transposés à destination des hubs modems traitants 2 _{1 ;} 2 ₂ du hub 3.

Tant les modems du hub 3 que les terminaux partagent des données communes nécessaires à la mise en oeuvre de l’invention et sont préconfigurés de manière cohérente, par exemple de la manière suivante:

• La durée d’une trame,

• Le nombre de trames dans un cycle, au bout duquel le numéro de trame est réinitialisé,

• Le nombre de slot/ trames, et de paliers par slot,

• Une première loi de saut de fréquence F-i, utilisée en émission et réception, et propre à chaque hub modem,

• Une deuxième loi de saut de fréquence F ₂ , utilisée en réception seule et commune à l’ensemble des hubs modems,

• Une identification d’un ou plusieurs slots par trame pour laquelle la seconde loi de saut de fréquence s’applique, la première loi de saut de fréquence s’appliquant à l’ensemble des autres slots.

Les slots pour lesquels la seconde loi de saut de fréquence s’applique ne sont pas nécessairement de la même durée que les autres slots.

Un identifiant Id(terminal) de terminal est unique dans le réseau. L’identifiant de terminal sera utilisé pour associer à un signal reçu au niveau du satellite et au niveau d’un hub modem, son terminal émetteur.

Lorsqu’un terminal A souhaite s’attacher au réseau, il doit au préalable être en mesure d’identifier les slots dans lesquels l’ensemble des hubs modems sera en écoute sur la même fréquence. L’ensemble de ces slots en accès forme alors le canal d’accès et de mesure commun à tous les spots.

Selon un mode de réalisation, le terminal ne dépend pas d’une synchronisation externe pour se synchroniser sur les lois de fréquence (type GPS) et utilise le canal commun à tous les spots pour se synchroniser sur la loi de saut de fréquence utilisée (première loi de fréquence) pour véhiculer le trafic émis par l’ensemble des hubs modems. Le terminal connaît la loi de saut de fréquences utilisée, par exemple LSi={F , F ₂ , F ₄ , F ₅ }; LS ₂ = {F-i, F ₃ , F ₂ ,F ₅ .}. Pour se synchroniser et connaissant la loi de saut de fréquence utilisée, le terminal attend l’avènement d’une des fréquences connues de la première loi de saut de fréquence. Le terminal ne sait pas initialement où il se trouve dans la séquence des fréquences, il connaît la loi de saut de fréquence du spot global. Connaissant la loi de fréquence utilisée, le terminal attend l’avènement d’une des fréquences connues et émet une hypothèse sur les fréquences suivantes qui seront utilisées par les hubs modems. Il fait l’hypothèse qu’il doit se trouver par exemple sur la fréquence F-i de la première séquence et vérifie s’il retrouve la fréquence F ₂ et les suivantes prédéfinies. Si cette hypothèse est fausse, le terminal, le terminal attend une autre occurrence de cette fréquence ou d’une autre fréquence prédéfinie et émet une nouvelle hypothèse. Il renouvelle cette procédure interne jusqu’à ce que l’hypothèse soit vérifiée, c’est-à-dire, que le terminal a reconnu la loi de saut de fréquence et sa position. Cette étape permet au terminal de se synchroniser sur une première loi de fréquence avant la détection des slots utilisant la deuxième loi de fréquence pour émettre.

Une fois cette synchronisation acquise, le terminal est en mesure de détecter les slots utilisant la deuxième loi de saut de fréquence F ₂ . Ces slots (utilisant la deuxième loi de fréquence) sont positionnés de manière prédéfinie par les hubs modems et leur position est également connue par configuration du terminal (au démarrage de l’application). Ces slots S(F ₂ ) et cette deuxième loi de saut de fréquence F ₂ forment le canal d’accès et de mesure en voie montante (terminal == > hub) et un canal de diffusion en voie descendante (hub == >terminal).

Selon une procédure identique à celle pour la synchronisation sur la première loi de saut de fréquence, le terminal se synchronise sur la deuxième loi de saut de fréquence. A la loi de saut de fréquence et aux slots du canal de diffusion sur lesquels le terminal se synchronise en réception, correspond une unique loi de saut de fréquence F _u et un ensemble de slots S(F _U ), identiques ou non aux slots et à la loi de saut de fréquence utilisée par les hubs modems en réception et que le terminal peut utiliser en réception. C’est cette seconde loi de saut de fréquence que le terminal doit utiliser en émission sur les slots prédéterminés qui sont le pendant sur la voie retour des slots du canal de diffusion utilisés par les hubs modems à la voie allée.

A l’issue de ces étapes, on a défini un canal commun utilisable par le terminal en émission.

Lors d’un premier accès au réseau satellitaire, le terminal A se synchronise sur la trame en réception, puis détermine le top synchronisation de la trame utilisable en émission de paramètres de configuration et du top de synchronisation de la trame en réception, puis détermine les slots utilisables pour l’accès aléatoire en fonction des paramètres de configuration de la trame, du numéro de trame et d’un aléa. Il procède dans ce/ces slots à une émission vers le satellite selon la seconde loi de saut de fréquence, d’un signal contenant son identifiant. Ce signal est, par exemple, en fonction du mode de réalisation, soit un signal de type CDMA avec un code unique par terminal utilisé pour réaliser la fonction d’étalement de spectre, soit un signal court modulé en fonction du message contenant l’identifiant.

Le terminal se met alors en écoute sur le canal commun descendant pour se voir notifier par le hub modem qui aura été déterminé, pour traiter le terminal, une allocation initiale sous la forme d’une ressource radio et d’une loi de saut de fréquence. Cette procédure côté hub est décrite ci-après. Si l’on se réfère à la figure 1 , le terminal A émet un message de demande d’accès au réseau satellitaire « I am terminal A » vers le satellite. Le satellite amplifie au moyen de son amplificateur 10, transpose 1 1 et route le message grâce au module de retransmission 12. Le signal est ensuite transmis via la chaîne de transmission RF de la station hub vers le premier hub modem 2 _{1 ;} et vers le deuxième hub modem 2 ₂ . Le premier hub modem 2-i transmet le message SM _! qu’il a reçu vers le deuxième hub modem 2 ₂ avec un RSSI de -30dB par exemple, le deuxième hub modem transmet le message SM ₂ qu’il a reçu avec un RSSI de -50 dB vers le premier hub modem. La transmission est effectuée via le routeur de la station hub 3 dans la configuration de la figure 1. Les hubs modems réalisent chacun de leur côté une mesure de puissance en réception du signal reçu, P(SM-i), P(SM ₂ ) et se communiquent les résultats. Le hub modem qui aura reçu le signal de plus forte puissance sera désigné « élu » pour attacher le terminal. Le hub modem qui est choisi, notifie au terminal correspondant, les paramètres de configuration, par exemple la ressource et la loi de saut de fréquence que ce dernier doit utiliser. Chaque hub modem est configuré pour décider sur quel hub modem le terminal va se connecter et rentrer dans le réseau satellitaire. Les mesures de puissance de signal se font par cycle (intervalle de temps pour une même trame) afin de permettre au terminal de changer de hub modem une fois qu’il est entré dans le réseau satellitaire.

Après attachement au réseau satellitaire et en cours de trafic, le terminal reçoit, via une signalisation dédiée, la fréquence à laquelle il doit se signaler sur le canal d’accès et de mesure afin que le réseau de hubs modems procède à une mesure de puissance en réception (niveau de puissance du signal reçu) utilisée pour décider d’une procédure de changement de hub modem. La mesure de puissance du signal émis par le terminal pour demander son entrée dans le réseau « I am terminal » est effectuée selon une périodicité déterminée par le réseau, en fonction par exemple du trafic. Une fois le terminal synchronisé, le procédé va rechercher le hub modem auquel le terminal va s’accrocher pour son entrée dans le réseau satellitaire. La procédure au niveau de chacun des hubs modems suit, par exemple, les étapes suivantes:

• Détermination du numéro de trame N (T) contenu dans le message reçu par un hub modem à partir de l’horloge interne du hub,

• Détermination du numéro slot/palier N(P) pour un hub modem à partir de l’horloge interne du hub,

• Si le slot P est un slot en réception pour laquelle la seconde loi de saut de fréquence s’applique, le hub modem enregistre l’ensemble des signaux émis par les différents terminaux qui utilisant le même slot pour la réception, qu’il reçoit pendant la durée de ce slot. Ces signaux sont stockés dans la mémoire du hub modem.

Quel que soit la configuration du réseau satellitaire, les hubs modems vont s’échanger les mesures de puissance qu’ils réalisent sur les signaux reçus, ce qui leur permettra d’identifier le signal de puissance la plus élevée, le terminal associé et, s’ils doivent se considérer comme hub modem de connexion pour le terminal.

Selon un premier mode de réalisation, le hub modem va sélectionner le signal de plus forte puissance qui a été mémorisé. La sélection s’effectue en comparant les puissances des différents signaux et en conservant le signal de plus forte puissance. Les hubs modems s’échangent les mesures de puissance de signaux qu’ils ont réalisées sur réception des signaux émis par différents terminaux qui émettent sur un même slot.

Puis le hub modem qui a détecté le signal de plus forte puissance décode le message contenu dans le signal SMP de plus forte puissance et contenant l’identifiant du terminal émetteur de ce signal.

Si le hub modem qui a détecté le signal de plus fort puissance arrive à le décoder correctement, le hub modem reconstruit le signal tel qu’il arriverait s’il n’y avait pas d’interférences venant d’autres messages. Pour cela, connaissant le contenu du message initial et la modulation utilisée, le hub modem est capable de reconstruire le signal initial. D’autre part, le hub modem estime le niveau de puissance P(S _Mp ) reçue de ce signal (RSSI received signal strength indicator). Le hub modem soustrait le signal initial théorique Sp _the du signal reçu et mesuré SMP. Il en déduit les signaux secondaires qui correspondent aux messages de moindre de puissance et ensuite identifie ces messages dits secondaires

Le hub modem procède à une estimation de l’amplitude des signaux secondaires, i.e., les signaux dont le niveau de puissance est inférieur à la valeur de la puissance maximum.

La figure 2 représente une variante d’architecture avec deux hubs modems traitant deux spots du satellite SP-i, SP ₂ . Dans ce cas, par rapport à l’architecture de la figure 1 , chaque hub modem 2 , 2 ₂ comprend sa propre chaîne RF, 311, 31 ₂ , et un routeur 32-i, 32 ₂ , et le système comprend un réseau R (connu de l’homme du métier) permettant l’échange des messages d’un hub modem à un autre. La mise en oeuvre du procédé est identique à celle décrite précédemment pour le cas de l’architecture décrite à la figure 1.

Dans le cas d’un système utilisant le codage à accès multiple par répartition en code CDMA, le hub modem décode l’ensemble des messages par une démodulation CDMA. A chaque code CDMA utilisé pour la démodulation correspond un unique identifiant « Ident ». Le hub modem tente donc de décoder un message « ident » en utilisant l’ensemble des codes CDMA attribués dans le réseau.

Pour chaque modem correctement décodé, le hub modem estime la puissance du signal sur la base du taux de corrélation entre le signal reçu et le code CDMA.

Pour l’ensemble des terminaux dont le message « Ident » ne correspond pas à un terminal pris en charge par le hub modem, ce dernier construit un message M{(ldent,RSSI)} constitué d’une liste de paires contenant l’identifiant « Ident » de terminal et le RSSI sous lequel le hub modem reçoit ce signal ident. Ce message est diffusé périodiquement à l’ensemble des autres hubs modems du réseau, c’est-à-dire tant vers les hubs modems appartenant à la même station que les hubs modems d’autres hubs Satcom. Lorsqu’un hub modem reçoit ce message, il identifie dans la liste l’ensemble des terminaux pour lesquels il assure le traitement des communications. Pour chacun des terminaux de la liste, le hub modem trie cette liste en fonction du niveau de RSSI tel que perçu, par lui et par les hubs modems traitant les spots voisins. Si le terminal n’est pas vu par un hub voisin, il est indiqué avec un RSSI = 0 Le hub modem maintient un histogramme de la différence entre le RSSI qu’il mesure et le RSSI estimé par les hubs modems voisins. Cet histogramme de différence sert à déterminer la fréquence moyenne d’émission du signal Ident du terminal.

La figure 3 illustre un exemple de configuration d’une trame comprenant 14 slots de 10ms. Le hub Modem 2-i écoute sur trois fréquences F-i, F ₂ , F ₃ , Le hub Modem 2 ₂ écoute sur les mêmes fréquences mais pour des slots différents, les deux hubs modems émettent sur les trois fréquences. Sc représente les slots de chaque trame pour laquelle la fréquence utilisée en réception est commune. Cette fréquence change à chaque trame en fonction d’une loi de saut de fréquence connue de l’ensemble des modems et de l’ensemble des terminaux.

L’invention offre une solution simple, les terminaux n’ayant pas à connaître la configuration des SATVLAN dans les différents spots. Elle offre la sécurité et la disponibilité, la configuration des SATVLAN utilisable sur la voie de retour n’est pas diffusée, ce qui élimine le risque d’interception de cette configuration et de son usage.