FR2741492A1 - Procede et appareil permettant de faire se deplacer des faisceaux par pas successifs dans un systeme de telecommunications cellulaires par satellites - Google Patents

Abstract

Dans un système (10) de télécommunications cellulaires par satellites, une antenne à réseau d'éléments rayonnants à phase variable comporte un dispositif de formation dynamique de faisceaux qui produit des faisceaux d'antenne particuliers à l'intérieur desquels des communications avec des unités d'abonnés (26) ont lieu. Les satellites (12) sont placés sur plusieurs orbites (14). Lorsque les satellites se déplacent par rapport à la surface de la Terre, chacun des faisceaux d'antenne reculent par pas vers l'arrière afin de compenser le déplacement des satellites. Après que chaque satellite s'est déplacé sur une distance égale à une partie prédéterminée de l'écartement des satellites sur l'orbite les faisceaux d'antenne de chaque satellite subissent un déplacement d'un pas vers l'avant (116) afin de venir remplacer l'empreinte du satellite précédent. Par conséquent, un transfert d'une cellule à l'autre n'est pas nécessaire pour les unités d'abonnés communiquant à l'intérieur d'un faisceau d'antenne.

Description

La présente invention concerne de façon générale le domaine des systèmes

de télécommunications cellulaires, en particulier les télécommunications par satellites et, plus spécialement, les antennes à réseau d'éléments rayonnants à

phase variable (ou antennes à balayage électronique) destinées aux télécommuni-

cations cellulaires. Un problème qui se pose avec les systèmes de télécommunications cellulaires est celui du transfert des communications entre les cellules. Le déplacement relatif entre des unités d'abonnés et des cellules fait que les unités d'abonnés et les liaisons de télécommunications qui sont dirigées sur celles-ci, se déplacent d'une cellule à une autre. Pour permettre la poursuite de l'échange pendant un appel en cours, le système doit "transférer" la communication au moment o l'utilisateur traverse la frontière d'une cellule. Si la communication n'est pas transférée à une nouvelle cellule au moment o l'utilisateur quitte l'ancienne cellule, elle sera finalement perdue puisque l'intensité des signaux par l'intermédiaire desquels la communication a lieu diminuera jusqu'au point o l'équipement radio du système ne pourra pas recevoir les émissions de l'unité

d'abonné, ou inversement.

Un système de télécommunications cellulaires par satellites qui utilise des satellites en orbites non géostationnaires doit adresser le mouvement des zones de couverture des faisceaux des antennes des satellites par rapport aux unités d'abonnés. Les faisceaux des satellites balayent la zone desservie de la Terre à une vitesse si élevée qu'un abonné donné coupe un certain nombre de faisceaux pendant une seule communication particulière. Dans de nombreux cas, l'unité peut aussi être desservie par deux ou plus de deux satellites différents pendant une

communication.

Typiquement, un système de télécommunications cellulaires classique traite le problème du déplacement des satellites par un "transfert" des unités d'abonnés d'un faisceau à un autre ou d'un satellite à un autre lorsque l'unité d'abonné détecte qu'une meilleure desserte est offerte par un nouveau faisceau d'antenne. A chaque fois qu'un de ces transferts a lieu, l'unité d'abonné se voit

affecter un nouveau canal de télécommunications dans le nouveau faisceau.

Chacun de ces transferts exige l'échange de données de signalisation entre le satellite et l'unité d'abonné. Si ces messages de signalisation ne sont pas reçus en temps voulu, la communication peut être abandonnée lorsque le faisceau en corns d'utilisation ne fournit plus un signal suffisamment intense pour maintenir la liaison. Le rythme des transferts augmente rapidement lorsqu'on augmente le nombre de faisceaux de façon à fournir un plus grand gain d'antenne, des liaisons plus performantes ou une plus petite distance de réutilisation des canaux. Dans certains systèmes de télécommunications par satellites, il existe de nombreux faisceaux d'antenne pour chaque satellite. De ce fait, des unités d'abonnés peuvent être transférées d'un faisceau à un autre assez souvent, par exemple une fois chaque minute et entre satellite, environ 1 fois toutes les cinq minutes. Lorsque le nombre de faisceaux augmente ou lorsqu'on utilise plus de satellites, l'intervalle des transferts d'un faisceau à un autre peut se réduire jusqu'à une durée de 15 s ou moins. Le supplément de traitement et de largeur de bande qu'il est nécessaire de prévoir pour supporter ce rythme de transferts accru, ainsi que la perte de fiabilité des communications, crée une situation non souhaitable, en particulier pour les

systèmes qui utilisent de plus petits faisceaux d'antenne.

Un deuxième problème relatif aux transferts d'un canal à un autre est que des canaux doivent être disponibles pour recevoir le transfert. Si aucun canal libre n'existe dans le faisceau d'antenne voulu, le transfert ne peut pas être réalisé et la communication peut être alors abandonnée. Dans ces conditions, il faut qu'une

concentration de canaux disponibles soit prévue pour les transferts.

Ainsi, ce qu'il faut, ce sont un procédé et un appareil qui réduisent la

quantité de traitement et de largeur de bande que demande le transfert de commu-

nications entre cellules. Ce qu'il faut aussi, ce sont un procédé et un appareil qui

réduisent le rythme des transferts ainsi que le risque d'abandon de communi-

cations. Ce qu'il faut aussi, ce sont un procédé et un appareil qui permettent à une unité d'abonné d'utiliser le même canal de télécommunications dans des cellules successives. Ce qu'il faut également, c'est un système de télécommunications cellulaires qui ne demande pas le maintien d'une concentration de canaux en

prévision de transferts.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise

à permettre une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 représente un schéma, grandement simplifié, d'un système de télécommunications par satellites auquel l'invention peut être appliquée; la figure 2 représente un schéma simplifié d'une partie d'un diagramme cellulaire formé sur la surface de la Terre selon un mode de réalisation préféré de l'invention;

la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié d'une station de radio-

communications par satellites selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 4 est un schéma fonctionnel simplifié d'une station de commande du système et d'un terminal terrestre selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 5 est un schéma fonctionnel simplifié d'un dispositif de formation dynamique de faisceau selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 6 est un schéma simplifié d'une partie d'une matrice de déphasage selon l'invention; les figures 7, 8 et 9 montrent des projections de faisceaux d'antennes de satellites à des moments différents pendant un intervalle de temps selon un mode de réalisation préférés de l'invention; la figure 10 illustre des projections de faisceaux d'antennes de satellites au voisinage du début de l'intervalle de temps selon un mode de réalisation préféré de l'invention; et la figure 11 est un organigramme simplifié montrant comment on fait se déplacer par pas les faisceaux suivant un processus approprié à l'utilisation dans

un mode de réalisation préféré de l'invention.

La présente invention propose, entre autres choses, un procédé et un appareil qui réduisent l'importance du traitement et de la largeur de bande nécessaires pour transférer des communications entre des cellules. L'invention propose également un procédé et un appareil qui diminuent le rythme des transferts et réduisent le risque que des télécommunications soient abandonnées. L'invention propose également un procédé et un appareil qui permettent à une unité d'abonné

d'utiliser le même canal de télécommunications dans des cellules successives.

L'invention propose aussi un système de télécommunications cellulaires qui ne demande pas qu'une concentration de canaux soit maintenue en prévision des transferts. Dans un mode de réalisation préféré, ces avantages de l'invention sont obtenus à l'aide d'un procédé consistant à faire se déplacer par pas, c'est-à-dire par bonds successifs, les faisceaux des antennes d'un système de télécommunications cellulaires par satellites. Chacun des faisceaux se déplace par pas vers l'arrière, ou en d'autres termes, recule d'un pas (ou de plusieurs) pour compenser le déplacement des satellites. Dans ce mode de réalisation, les satellites font se déplacer leurs faisceaux d'antennes par pas vers l'avant pour venir couvrir l'empreinte d'un satellite précédent après que le satellite s'est déplacé d'une certaine distance. Dans le mode de réalisation préféré, ces avantages de l'invention sont également obtenus à l'aide d'un sous-système d'antennes en réseau d'éléments rayonnants à phase variable ayant plusieurs matrices de déphasage et un dispositif de commande de faisceaux. Le dispositif de commande de faisceaux fournit des instructions aux matrices de déphasage afin de faire se déplacer par pas vers

l'arrière chaque faisceau d'antenne pour compenser le déplacement des satellites.

Le dispositif de commande de faisceaux fournit également des instructions pour faire se déplacer par pas vers l'avant chaque faisceau d'antenne après que le

satellite s'est déplacé d'une certaine distance.

Un "satellite" est défini ici comme un objet ou un véhicule de fabrication humaine qui est destiné à orbiter autour de la Terre et il comprend les satellites à orbite terrestre basse (LEO). Une "constellation" est définie ici comme signifiant un ensemble de satellites disposés en orbites afin d'assurer une couverture particulière (par exemple radiocommunications, photogrammétrie, etc.) d'une partie, de plusieurs parties ou de la totalité de la Terre. Une constellation comporte typiquement plusieurs anneaux (ou plans) de satellites et peut posséder des mêmes nombres de satellites dans chaque plan, bien que ceci ne soit pas essentiel. Telles qu'elles sont utilisées ici, les expressions 'cellules", "faisceau d'antenne", "empreinte" et "diagramme d'antenne"' ne sont pas entendues comme

limitées à une forme particulière de production.

La figure 1 illustre un schéma fortement simplifié d'un système de télécommunication par satellites avec lequel la présente invention peut être mise en oeuvre d'un point de vue pratique. Le système de télécommunications 10 utilise six orbites polaires 14, chaque orbite 14 contenant onze satellites 12, soit un total de soixante-six satellites 12. Toutefois, ceci n'est pas essentiel, et on peut faire appel à un plus grand nombre ou un plus petit nombre de satellites, ou bien un plus grand nombre ou un plus petit nombre d'orbites. Alors que l'invention est employée avantageusement lorsqu'on utilise un grand nombre de satellites, elle est également applicable lorsque leur nombre est réduit, par exemple à un seul

satellite. Pour ne pas compliquer la description, la figure 1 ne représente que

quelques satellites 12.

Par exemple, chaque orbite 14 entoure la Terre à une altitude d'environ 780 km, même si des altitudes orbitales plus élevées ou plus basses peuvent être employées utilement. Du fait des orbites relativement basses des satellites 12, la transmission d'ondes électromagnétiques (par exemple ondes radio, lumière, etc.) en ligne de vue depuis un quelconque satellite ou la réception de signaux par un quelconque satellite fait intervenir ou couvre une aire de la Terre relativement petite à tout moment. Dans l'exemple représenté, les satellites 12 se déplacent par rapport à la Terre à une vitesse d'environ 25 000 km/h, ce qui permet à un satellite 12 d'être visible d'un point de la Terre pendant une durée maximale d'environ 9 min. Les satellites 12 communiquent avec des stations terrestres, qui

peuvent comporter un certain nombre d'unités d'abonnés (SU) de radiocommuni-

cations 26 et de terminaux terrestres (ET) de radiocommunications 24 connectés à un segment de commande de système (SCS) 28. Les ET 24 peuvent 6galement être connectés à des passerelles (GW) 22, qui donnent accès au réseau téléphonique commuté public (PSTN) ou à d'autres installations de télécommunications. Un seul, respectif, des GW 22, SCS 28 et SU 26 est représenté sur la figure 1, pour ne pas la compliquer et pour faciliter la compréhension. Les ET 24 peuvent être disposés au même endroit que les SCS 28 ou les GW 22 ou peuvent en être séparés. Les ET 24 associés aux SCS 28 reçoivent des données décrivant le suivi des satellites 12 et elles relayent des paquets d'informations de commande, tandis que les ET 24 associés aux GW 22 ne relayent que des paquets de données (se

rapportant par exemple à des communications en cours).

Les SU 28 peuvent être placés n'importe o à la surface de la Terre ou dans l'atmosphère au-dessus de la Terre. Les SU 26 sont de préférence des dispositifs de télécommunications pouvant émettre des données à destination de satellites 12 et en recevoir. A titre d'exemple, les SU 26 peuvent être des téléphones cellulaires portatifs du type manuel conçus pour communiquer avec des satellites 12. Ordinairement, les SU 26 n'ont pas besoin d'effectuer de fonctions de

commande en liaison avec le système de télécommunications 10.

Le système 10 peut s'occuper d'un nombre quelconque d'unités d'abonnés 26, éventuellement plusieurs millions. Dans les modes de réalisation préférés de l'invention, les unités d'abonnés 26 communiquent avec des satellites proches 12 via des liaisons d'abonnés 16. Les liaisons 16 occupent une partie limitée du spectre électromagnétique, qui est divisé en de nombreux canaux. Les liaisons 16 sont de préférence des combinaisons de canaux de fréqucnce de la bande L et peuvent comprendre des communications FDMA (accès multiple par répartition de fréquence) ou TDMA (accès multiple par division temporelle), ou bien des combinaisons de celles-ci. Les liaisons 16 peuvent également comporter des combinaisons de canaux de la bande L qui comprennent des communications CDMA (accès multiple par différence de code). De préférence, chaque satellite 12 entretient jusqu'à un millier, ou plus, de canaux de trafic, de sorte que chaque

satellite 12 peut desservir simultanément un nombre équivalent de communi-

cations indépendantes.

Les satellites 12 communiquent avec d'autres satellites 12 proches par l'intermédiaire de liaisons croisées 23. Ainsi, une communication venant d'une unité d'abonné 26 placée en un point quelconque sur la surface de la Terre ou au voisinage de celle-ci peut être acheminée par l'intermédiaire de la constellation de satellites 12 jusque dans les limites de la portée de n'importe quel autre point de la surface de la Terre. Une communication peut être acheminée jusqu'à une unité d'abonné 26 se trouvant à la surface de la Terre ou au voisinage de celle-ci, en provenance d'un satellite 12, à l'aide d'une liaison d'abonné 16. Selon une autre possibilité, une communication peut être acheminée, dans le sens montant ou dans le sens descendant, via un nombre quelconque de ET 24, dont la figure 1 n'a

représenté que deux exemplaires, via des liaisons terrestres 15.

Les SCS 28 contrôlent le bon fonctionnement et l'état des noeuds de télécommunications du système (par exemple les GW 22, les ET 24 et les satellites

12) et ils gèrent de manière souhaitable le fonctionnement du système de télécom-

munications 10. Un ou plusieurs ET 24 assurent l'interface pour les télécommu-

nications principales entre le SCS 28 et les satellites 12. Les ET 24 comprennent des antennes et des émetteurs-récepteurs de radiofréquence et ils effectuent de préférence des fonctions de télémétrie, de poursuite et de commande pour la

constellation de satellites 12.

Les GW 22 peuvent effectuer des fonctions de traitement de télécom-

munications en liaison avec les satellites 12, ou bien les GW 22 peuvent assurer le traitement exclusif des communications et l'affectation de la capacité de traitement de communications à l'intérieur du système de télécommunications 10. Divers systèmes de télécommunications terrestres, comme le PSITN, peuvent faire accès

au système de télécommunications 10 via les GW 22.

La figure 2 représente un schéma simplifié d'une partie dun diagramme cellulaire formé à la surface de la Terre selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le diagramme cellulaire est formé par les satellites du système de télécommunications de la figure 1. Chaque satellite 12 comporte une antenne à réseau d'éléments rayonnants à phase variable. L'antenne projette un grand nombre de faisceaux d'antenne distincts 35 sur la surface de la Terre suivant une grande diversité d'angles par rapport au satellite 12. Le diagramme résultant de cellules 34 que le satellite forme à la surface de la Terre est représenté sur la figure 2. Une région d'empreinte 36 résulte des faisceaux d'antenne 35 produits par une antenne d'éléments rayonnants à phase variable d'un unique satellite 12. Les cellules qui résident à l'extérieur de la région 36 sont produites par les groupements d'éléments rayonnants venant d'autres satellites 12.

La figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié d'une station de radio-

communication par satellites destinée à être utilisée dans un mode de réalisation préféré de l'invention. De préférence, tous les satellites 12 compris à l'intérieur du système 10 (voir la figure 1) comportent l'équipement représenté sur le schéma fonctionnel. Le satellite 12 comporte des émetteurs-récepteurs 42 de liaisons croisées et des antennes 44 associées. Les émetteurs-récepteurs 42 et les antennes 44 entretiennent des liaisons croisées avec d'autres satellites 12 proches. Des émetteurs-récepteurs 46 de liaisons terrestres et des antennes 48 associées entretiennent des liaisons terrestres permettant de communiquer avec des terminaux terrestres 24 (figure 1). Des émetteurs-récepteurs 43 de liaisons d'abonnés et des antennes 41 associées entretiennent des communications avec des unités d'abonnés 26 (figure 1). Naturellement, l'homme de l'art aura compris que

les antennes 44 et 48 peuvent être mis en oeuvre sous la forme d'antennes multi-

directionnelles simples ou de batteries d'antennes distinctes.

L'antenne de liaisons d'abonnés 41 est de préférence une antenne à éléments rayonnants à phase variable pouvant faire simultanément accès à de

nombreuses cellules. Entre l'antenne de liaisons d'abonnés et les émetteurs-

récepteurs de liaisons d'abonnés, se trouve un dispositif 50 de formation dynamique de faisceaux qui commande dynamiquement chacun des faisceaux d'antenne associés à l'antenne de liaisons d'abonnés 41 lorsque le satellite 12 se déplace. Les fonctions du dispositifs 50 de formation de faisceaux sont décrites de

façon plus détaillée ci-après.

Un dispositif de commande 45 est couplé à chacun des émetteurs-

récepteurs 42, 46 et 44 ainsi qu'à une mémoire 47 et à une minuterie 49. Le dispositif de commande 45 peut être mis en oeuvre à l'aide d'un ou plusieurs processeurs. Le dispositif de commande 45 utilise la minuterie 49 pour maintenir, en autre chose, la date et l'heure. La mémoire 47 mémorise des données qui servent d'instructions au dispositif de commande 45 et qui, une fois exécutées par le dispositif de commande 45, font que le satellite 12 effectue des procédures qui seront discutées ci-après. De plus, la mémoire 47 comporte des variables, des tables et des bases de données qui sont utilisés pendant le fonctionnement du

satellite 12.

Les émetteurs-récepteurs 43 de liaisons d'abonnés sont de préférence des émetteurs-récepteurs FDMAfDMA à canaux multiples pouvant émettre et recevoir sur des fréquences différentes pouvant être choisies, pendant des tranches de temps particulières pouvant être choisies, selon les instructions données par le dispositif de commande 45. Les émetteursrécepteurs de liaisons d'abonnés 43

peuvent également entretenir des communications CDMA. Les émetteurs-

récepteurs de liaisons d'abonnés 43 contiennent des dispositifs radio à plusieurs canaux ayant un nombre suffisant de canaux pour produire le nombre voulu de fréquences d'émission et de réception nécessaire pour des paramètres de commande et d'accès des signaux et pour les signaux vocaux et, ou bien, les données des utilisateurs. Dans le mode de réalisation préféré, o chaque antenne produit 48 faisceaux d'antenne distincts, les émetteurs-récepteurs 43 de liaisons d'abonnés permettent la réception et l'émission de 48 groupes de canaux de

radiofréquence (de la bande L), à raison d'un pour chaque faisceau d'antenne.

La figure 4 représente un schéma fonctionnel simplifié d'une station de commande du système et d'un terminal terrestre convenant pour être utilisés dans un mode de réalisation préféré de l'invention. La station de commande 65 et la station terrestre 68 sont respectivement des parties souhaitables du SCS 28 (figure 1) et du ET 24 (figure 1). La station de commande 65 comprend un processeur 60 qui est couplé à un support de mémorisation associé 62, via une liaison 61. La station terrestre 68 comporte une antenne 69 couplée à un émetteur 63 et un récepteur 67. L'émetteur 63 et le récepteur 67 sont couplés au processeur 60 via des liaisons 64 et 66, respectivement. Le processeur 60 effectue de manière souhaitable des procédures dont des exemples seront donnés ci-après et seront décrites de même. L'émetteur 63 (le récepteur 67) émet des messages à destination (et reçoit

des messages de la part) d'antennes de liaisons terrestres 48 des satellites 12.

Le processeur 60 commande et gère de façon générale l'accès des utilisateurs, la réception et l'émission de messages, le réglage des canaux, la syntonisation radioélectrique, l'affectation des fréquences des tranches de temps, et autres fonctions de radiocommunications cellulaires et de commande qui ne sont pas gérées ou assurées par le dispositif de commande 45 (figure 3). Entre autres choses, le processeur 60 et, ou bien, le dispositif de commande 45 (figure 3) exécutent de manière souhaitable les procédures destinées à permettre l'accès de l'utilisateur au système de télécommunications 10. Ceci peut comprendre les procédures liées aux protocoles de réglage des canaux et autres fonctions associées, conmme discuté ci-après. Selon un mode de réalisation de l'invention, la station de commande 65 calcule des coefficients de formation de faisceaux d'antenne pour les antennes 41 de liaisons d'abonnés (figure 3) et transmet ces coefficients aux satellites. Ceci sera discuté de manière plus détaillée ci-après. La figure 5 est un schéma fonctionnel simplifié d'un dispositif 50 de formation dynamique de faisceaux selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Pour simplifier, on décrit ici le dispositif 50 de formation dynamique de faisceaux comme se trouvant dans un mode d'émission, mais, toutefois, le dispositif 50 de formation dynamique de faisceau fonctionne sensiblement de la

même façon dans le mode réception.

Le dispositif 50 de formation de faisccaux comporte un dispositif 57 de

division/combinaison de signaux qui reçoit des signaux de la part d'émetteurs-

récepteurs de liaisons d'abonnés. Le dispositif 57 de division/combinaison comporte de préférence une seule entrée pour chaque faisceau d'antenne d'une empreinte de satellite. Dans le mode de réalisation préféré, il existe quarante-huit entrées au dispositif 57 de division/combinaison. Le dispositif de division/ combinaison 57 divise chaque signal et fournit des signaux en phase à chaque matrice de déphasage unidimensionnelle 52. De préférence, chaque matrice de déphasage possède quarante-huit entrées et quarante-huit sorties (pour constituer ce que l'on appelle une matrice de déphasage 48 x 48). La pluralité de matrices de déphasage 52 constitue une matrice de déphasage bidimensionnelle 51. Dans le

mode de réalisation préféré, il y a au moins vingt matrices de déphasage uni-

dimensionnelles 51. De ce fait, le dispositif de division/combinaison 57 produit

vingt signaux de sortie pour chacune de ses quarante-huit entrées.

Le dispositif 50 de formation de faisccaux comporte également une deuxième matrice de déphasage bidimensionnelle 53 constituée d'une pluralité de matrices de déphasage unidimensionnelles 54. Dans le mode de réalisation préféré, chaque matrice de déphasage unidimensionnelle 54 possède vingt entrées et vingt

sorties (pour constituer ce que l'on appellera une matrice de déphasage 20 x 20).

Chaque matrice de déphasage unidimensionnelle 54 est couplée, comme représenté, à toutes les matrices de déphasage unidimensionnelles 52. Dans le mode de réalisation préféré, il existe quarante-huit matrices de déphasage unidimensionnelles 54 qui constituent la matrice de déphasage bidimensionnelle 53. La matrice de déphasage bidimensionnelle 53 produit une pluralité de signaux à destination du dispositif de division/combinaison 55, lequel fournit une pluralité

de signaux à un panneau d'antenne 56.

Le panneau d'antenne 56 est constitué d'une pluralité d'éléments rayonnants distincts 58 qui sont disposés de manière à produire l'addition en phase et l'annulation des signaux venant du dispositif de division/combinaison 55 afin de produire une pluralité de faisceaux d'antenne. De préférence, le panneau d'antenne 56 produit un diagramme cellulaire relatif à un unique satellite, de la manière présentée sur la figure 2. De préférence, le dispositif 55 de division/combinaison fournit un signal au panneau d'antenne 56 pour chaque élément rayonnant 58. Dans le mode de réalisation préféré, le dispositif 50 de formation de faisceaux produit quarante-huit faisceaux d'antenne (ou cellules) qui sont produits par cent soixante-deux éléments rayonnants parcellaires 58 disposés sur le panneau

d'antenne 56.

Dans le mode de réalisation préféré, il existe "M" matrices de déphasage 52, "N" matrices de déphasage 54 et "L" éléments rayonnants parcellaires 58, o "M" est compris entre dix et quarante, "N" est compris entre trente-six et soixante-douze, et "L" est compris entre cent et deux cent. Les nombres particuliers dépendent du nombre de faisceaux d'antenne par empreinte, de la précision des projections des faisceaux, des niveaux voulus pour les lobes latéraux, de l'espacement existant entre éléments rayonnants d'antenne, de la fréquence de fonctionnement, etc. Le dispositif 50 de formation de faisceaux comporte également un dispositif de commande de faisceaux 98, une mémoire 96 et une minuterie 97. Le dispositif 98 de commande de faisceaux fournit des signaux de commande à chaque matrice de déphasage 52, à chaque matrice de déphasage 54 et au dispositif de division/ combinaison via un bus 91. Les signaux de commande comportent

les coefficients de formation de faisceaux.

Les signaux de commande venant du dispositif 98 de commande de faisceaux donnent instruction aux matrices de déphasage 52 et 54 d'ajuster la phase de signal de sortie. Les signaux de commande venant du dispositif 98 de commande de faisceaux donnent instruction au dispositif 55 de division/ combinaison d'ajuster l'amplitude de chaque signal de sortie. Dans le mode de

réalisation préféré, le dispositif 98 de commande de faisceaux produit quarante-

huit signaux de commande de phase à destination de chacune des vingt matrices de déphasage 52. Dans le mode de réalisation préféré, le dispositif 98 de commande de faisceaux produit vingt signaux de commande de phase à destination de 1! chacune des quarante-huit matrices de déphasage 54. Dans le mode de réalisation préféré, le dispositif 98 de commande de faisceaux produit cent soixante-deux signaux de commande d'amplitude, à raison d'un pour chacun des signaux de sortie du dispositif de division/combinaison 55. Par conséquent, un total de deux mille quatre-vingt-deux signaux de commande sont produits par le dispositif 98 de commande de faisceaux. Ces signaux de commande comportent des coefficients de formation de faisceaux d'antenne qui permettent une commande d'amplitude et de phase des faisceaux d'antenne en vue du déplacement par pas des faisceaux

d'antenne, comme décrit ci-après.

La figure 6 est un schéma simplifié montrant une partie d'une matrice de déphasage 89 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Lamatrice de déphasage 89 possède une pluralité d'entrées 85, une partie 86 de déphasage fixe et

de couplage, une pluralité de déphaseurs réglables 87 et une pluralité de sorties 88.

Pour simplifier, on a représenté la matrice de déphasage 89 comme n'ayant que huit entrées et sorties, et huit déphaseurs réglables 87. Dans le mode de réalisation préféré, la matrice de déphasage possède quarante-huit entrées, sorties et déphaseurs réglables dans le cas de la matrice de déphasage 52, et vingt entrées, sorties et déphaseurs réglables dans le cas de la matrice de déphasage 54. Chaque déphaseur réglable possède une ligne de commande qui lui est associée et qui reçoit des signaux de commande de la part du dispositif 98 de commande de faisceaux (figure 5) afin de commander l'amplitude du déphasage dans chaque

déphaseur réglable de la pluralité de déphaseurs 87.

Les figures 7, 8 et 9 illustrent les projections de faisceaux d'antenne des satellites à différents moments au cours d'un intervalle de temps, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Les différents moments de cet intervalle de temps sont indiqués par T=1, T=2 et T=3. Les figures 7, 8 et 9 montrent des

satellites 71, 72 et 73 dans un plan orbital 14 au-dessus de la surface de la Terre.

Les satellites 71, 72 et 73 projettent des faisceaux d'antenne illustrés sous la forme de régions d'empreinte 81, 82 et 83 respectives sur une région du sol 70. En une position orbitale initiale, que l'on peut voir sur la figure 7, les satellites projettent les faisceaux d'antenne dans le sens du déplacement (c'est-à-dire vers l'avant). De

ce fait, les empreintes des faisceaux sont allongées dans ce sens.

Tandis que les satellites 71, 72 et 73 se déplacent sur leur orbite, les faisccaux d'antenne se déplacent par incréments d'un pas vers l'arrière afin de compenser le déplacement des satellites. Par conséquent, les empreintes des satellites restent sensiblement sur la même région du sol pendant l'intervalle de temps. Ccci est illustré sur la figure 8, o les satellites sont représentés à peu près à mi-parcours de l'intervalle de temps. A cet instant, les faisceaux d'antenne sont projetés sensiblement vers le bas (ni vers l'avant, ni vers l'arrière) relativement au sens de déplacement). De ce fait, les régions des empreintes sont représentées comme étant sensiblement circulaires. Lorsque les satellites continuent de parcourir leur orbite, les faisceaux d'antenne continuent d'être déplacés par pas vers l'arrière jusqu'à la fin de l'intervalle de temps. Au voisinage de la fin de l'intervalle de temps, les faisceaux d'antenne sont projetés dans le sens opposé au déplacement. De ce fait, les régions des empreintes sont représentées comme étant allongées dans le sens opposé au

déplacement, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 9.

Pendant l'intervalle de temps, tous les faisceaux d'antenne d'une empreinte de satellite peuvent être déplacés vers l'arrière par incréments d'un pas sensiblement en même temps ou bien séparément. Le déplacement par pas vers l'arrière de tous les faisceaux d'antenne d'une empreinte de satellite s'effectue une fois chaque sous-intervalle de l'intervalle. Dans le mode de réalisation préféré, les faisceaux d'antenne sont déplacés par pas vers l'arrière sur une distance au sol

approximativement comprise entre 0,33 et 0,67 km à chaque sousintervalle.

A la fin de l'intervalle de temps, il n'est plus souhaitable de continuer de faire avancer par pas vers l'arrière chaque faisceau d'antenne d'une empreinte de satellite puisque, entre autres choses, les faisccaux deviennent trop allongés. De plus, la couverture au sol peut alors être mieux assurée par un autre satellite. Après que l'intervalle de temps a expiré, les faisceaux d'antenne d'un satellite sont déplacés par pas vers l'avant dans le sens du déplacement du satellite. Lors de ce déplacement par pas vers l'avant, les faisceaux d'antenne d'une région d'empreinte d'un satellite se déplacent par pas vers l'avant de façon à venir couvrir la région d'empreinte du satellite se trouvant en avant de lui. Les faisccaux d'antenne de la région d'empreinte peuvent être déplacés par pas vers l'avant simultanément ou

séparément à la fin de l'intervalle.

Dans le mode de réalisation préféré, puisque les régions des empreintes des satellites ont un diamètre, à la surface de la Terre, approximativement compris entre 400 et 8000 km, les faisceaux d'antenne de l'empreinte d'un satellite sont déplacés par pas vers l'avant d'une distance approximativement comprise entre 400

et 8000 km à la fin de l'intervalle.

La figure 10 illustre les projections des faisccaux d'antenne de satellites au voisinage du début de l'intervalle de temps, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Les satellites 72, 73 et 74 ont été décalés vers l'avant et commencent

un nouvel intervalle de temps, qui assure la couverture de la région au sol 70.

L'empreinte 84 du satellite 74 (figure 10) prend la place de l'empreinte 83 de la figure 9 au début de l'intervalle suivant. L'empreinte 83 du satellite 73 (figure 10) prend la place de l'empreinte 82 de la figure 9 au début de cet intervalle suivant. L'empreinte 82 du satellite 72 (figure 10) prend la place de l'empreinte 81 de la figure 9 au début de cet intervalle suivant. L'empreinte du satellite 71 (non représenté sur la figure 10) prend la place de l'empreinte d'un autre satellite au début de cet intervalle suivant. On décrit ci-dessous le processus d'avance par pas des faisceaux d'antenne vers l'arrière pendant un intervalle de temps et l'avance par

pas des faisceaux d'antenne vers l'avant après chaque intervalle.

La figure 11 est un organigramme simplifié montrant un procédé d'avance par pas des faisceaux qui peut être utilisé commodément dans un mode de réalisation préféré de l'invention. Le procédé 100 est de préférence exécuté par le dispositif 98 de commande de faisceaux (figure 5) en liaison avec la mémoire 96 et la minuterie 97. Le procédé 100 est de préférence répété une fois à chaque intervalle de temps, lequel est défini comme le temps qu'il faut pour qu'un satellite parcoure la distance de séparation orbitale entre satellites adjacents dans le plan orbital 14 (figure 1). Selon le mode de réalisation préféré, chaque intervalle de temps s'échelonne entre la moitié et le tiers du temps de parcours correspondant à

la distance de séparation orbitale.

La tâche 101 fait commencer l'intervalle de temps. Les tâches 102 à 112 sont effectuées pendant un sous-intervalle, tandis que les tâches 114 à 122 sont effectuées à la fin de chaque intervalle. Un intervalle est constitué de nombreux sous-intervalles. Les tâches 102 à 112 réalisent le déplacement par pas vers l'arrière des faisceaux d'antenne d'un satellite de façon à compenser le déplacement des satellites par rapport à la surface de la Terre. Les tâches 102 à 112 réalisent le déplacement par pas vers l'arrière des faisccaux d'antenne, comme représenté sur les figures 7 à 9. Les tâches 114 à 122 effectuent le déplacement par pas vers l'avant des faisceaux d'antenne du satellite de manière à prendre la place de l'empreinte du satellite qui le précède sur l'orbite. Par exemple, les tâches 114 à 122 réalisent le déplacement vers l'avant des faisceaux qui a lieu entre la figure 9 et

la figure 10.

Dans la tâche 102, les coefficients de formation des faisceaux sont extraits de la mémoire. Les coefficients de formation de faisceaux sont calculés de façon à faire avancer un faisceau d'antenne par pas vers l'arrière, de l'incrément de distance au sol qui est associé à l'incrément de distance orbitale que le satellite

parcourt pendant un sous-intervalle de temps prédéterminé.

Dans le mode de réalisation préféré, o les communications empruntant les liaisons d'abonnés 16 (figure 1) comprennent des trames TDMA, chaque trame est d'environ 90 ms, et chaque sous-intervalle est à peu près égal à une trame, soit environ 0,1 s. Toutefois, la durée d'un sous- intervalle dépend, entre autre chose, de la capacité de traitement des processeurs placés dans le dispositif 98 de commande de faisceaux, du nombre de faisceaux d'antenne par satellite, et du nombre de matrices de déphasage 51, 53 comprises dans le dispositif 50 de

formation de faisceaux (figure 5).

Dans la tâche 104, des coefficients de formation de faisceaux sont ajustés de façon à faire effectuer un pas vers l'arrière au faisceau d'antenne, soit l'incrément de distance au sol. Comme indiqué en liaison avec la figure 5, le dispositif 98 de commande de faisceaux envoie des signaux de commande de phase aux matrices de déphasage 51 et 53, et il envoie des signaux de commande d'amplitude au dispositif 55 de division/combinaison. Dans le mode de réalisation préféré, les signaux de commande relatifs à tous les faisceaux d'antenne sont envoyés aux matrices de déphasage 51 et 53 et au dispositif de division/ combinaison 55 au même instant. Par conséquent, tous les faisceaux d'antenne

reculent d'un pas en même temps.

La tâche 110 détermine le moment o l'intervalle prend fin. A l'intervalle de préférence associé à un déplacement du satellite sur son orbite qui

est égal à une partie de la distance de séparation entre satellites dans le plan orbital.

Lorsque l'intervalle n'a pas pris fin, la tâche 112 fait commencer le sous-intervalle de temps suivant. La tâche 112 peut également attendre jusqu'au sous-intervalle

suivant. Après la tâche 112, les tâches 102 et 104 se répètent pour le sous-

intervalle suivant. Par conséquent, les faisceaux d'antenne reculent d'un seul pas à

chaque sous-intervalle de temps.

Dans le mode de réalisation préféré, o des communications ayant lieu sur les liaisons d'abonnés 16 (figure 1) comprennent des trames TDMA, chaque trame ayant une durée d'environ 90 ms, chaque sous-intervalle est égal à environ une trame. Dans ce mode de réalisation, chaque intervalle est égal à une partie prédéterminée de la période orbitale d'un satellite, que divise le nombre de

satellites se trouvant dans chaque plan.

Lorsqu'un nombre prédéterminé de sous-intervalles a pris fin, ainsi que cela est déterminé dans la tâche 110, c'est-à-dire lorsqu'un satellite s'est déplacé de la distance de séparation orbitale, la tâche 114 a lieu. Dans la tâche 114, les coefficients de formation de faisceaux sont extraits de la mémoire pour faire avancer chaque faisceau d'antenne d'un pas vers l'avant. La distance dont les faisceaux d'antenne avancent d'un pas vers l'avant compense la distance que le satellite a parcouru pendant un intervalle. Cette distance est de préférence une partie, comprise entre le tiers et la moitié de la distance de séparation entre satellites dans un plan orbital. Dans la tâche 116, le dispositif 98 de commande de faisceaux fournit les signaux de commande de phase aux matrices de déphasage 51 et 53, et les signaux de commande d'amplitude au dispositif 55 de division/ combinaison. Par conséquent, chaque faisceau d'antenne avance d'un pas vers l'avant de façon à fournir la couverture géographique précédemment fournie par le

satellite se trouvant à la position orbitale située en avant.

La tâche 122 fait commencer l'intervalle de temps suivant, et le procédé se répète pendant l'intervalle de temps suivant. Dans le mode de réalisation préféré, le procédé 100 est effectué par tous les satellites 12 du système (figure 1) sensiblement en même temps. En d'autres termes, les satellites 105 sont synchronisés de façon qu'ils effectuent chacun la tâche 116 sensiblement en même temps. De cette manière, tous les satellites font avancer d'un pas vers l'avant leurs faisceaux d'antenne en même temps. De manière souhaitable, la tâche 104 est

elle aussi effectuée sensiblement en même temps pour tous les satellites.

La synchronisation peut être assurée à l'aide de la minuterie 97 (figure ) en liaison avec la minuterie 49 (figure 3). Selon une autre possibilité, les SCS 28 peuvent envoyer des signaux de commande à chacun des satellites, leur indiquant

le moment o ils doivent effectuer la tâche 116 et, ou bien, la tâche 104.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les tâches 102 et 114 calculent dynamiquement les coefficients appropriés de formation de faisceaux, au lieu de les extraire d'une table mémorisée dans la mémoire de satellites. SelIon un autre mode de réalisation de l'invention, les coefficients de formation de faisceaux qui sont extraits lors des tâches 102 et 114 sont fournis en temps réel, ou en temps quasi réel par les SCS 28. Les SCS peuvent ou bien avoir mémorisés ces

coefficients dans une mémoire, ou bien les calculer de façon dynamique.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des

procédés et dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement

illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas

du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé permettant de déplacer par pas des faisceaux d'antenne (34) d'une antenne (41) à réseau d'éléments rayonnants à phase variable, qui est destiné à être utilisé dans un système (10) de télécommunications par satellites comportant une pluralité de noeuds de satellites (12) qui se déplacent par rapport à la surface de la Terre, chaque noeud de satellite produisant une pluralité desdits faisceaux d'antenne sur la surface de la Terre, chaque pluralité de faisceaux d'antenne formant une empreinte d'antenne (36) qui est associée à chaque noeud de satellite, o chaque faisceau d'antenne appartenant à ladite pluralité possède un coefficient de formation de faisceau qui lui est associé, o lesdits noeuds de satellites se déplacent à une vitesse orbitale et parcourent un incrément de distance orbitale au cours d'un sous-intervalle de temps, et o chaque faisceau d'antenne de ladite pluralité se déplace sur un incrément de distance au sol à la surface de la Terre pendant ledit sous-intervalle, ledit procédé étant caractérisé par les opérations suivantes: a) pour chaque sous-intervalle, modifier chacun desdits coefficients de formation de faisceaux qui est associé à chaque faisceau d'antenne respectif afin de faire reculer d'un pas vers l'arrière chacun desdits faisceaux d'antenne sur ledit incrément de distance au sol, o l'opération (a) est effectuée pendant un nombre

prédéterminé desdits sous-intervalles, ledit nombre prédéterminé desdits sous-

intervalles formant un intervalle; et b) pour ledit intervalle, modifier chacun desdits coefficients de formation de faisceaux qui est associé à chaque faisceau d'antenne respectif afin de faire avancer d'un pas vers l'avant chacun desdits faisceaux d'antenne sur une distance au sol correspondant à une partie de la distance de séparation orbitale

entre satellites adjacents dans un plan orbital.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations (a) et (b) sont effectuées sensiblement en même temps pour tous les noeuds de satellites, et en ce que l'opération (b) comprend l'opération consistant à remplacer une partie d'une empreinte d'un premier satellite par une partie d'une empreinte d'un deuxième satellite, le deuxième satellite suivant le premier satellite dans un

même plan orbital que ledit premier satellite.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que des paquets de données sont acheminés à une unité d'abonné par l'intermédiaire d'un faisceau d'antenne dudit premier satellite, et en ce que le procédé comprend en outre les opérations suivantes: communiquer avec ladite unité d'abonné à l'intérieur d'un premier

faisceau d'antenne produit par ledit premier satellite en utilisant un canal de télé-

S communications pendant l'exécution de l'opération (a); communiquer avec ladite unité d'abonné à l'intérieur d'un faisceau

d'antenne produit par ledit deuxième satellite en utilisant ledit canal de télé-

communication après l'exécution de l'opération (b); et réacheminer lesdits paquets de données à destination de ladite unité d'abonné par l'intermédiaire dudit faisceau d'antenne dudit deuxième satellite après

l'exécution de l'opération (b).

4. Sous-système (52) d'antenne à éléments rayonnants à phase variable, destiné à produire "N" faisceaux d'antenne (35) et conçu pour être utilisé sur un satellite (12) non géostationnaire d'un système (10) de télécommunications cellulaires par satellites, ledit sous-système étant caractérisé par: "M" premières matrices de déphasage (52), chaque première matrice de déphasage ayant "N" entrées et "N" sorties, chaque sortie étant associée à un dispositif de commande de phase, chaque entrée de chaque première matrice de déphasage étant associée à l'un desdits "N" faisceaux d'antenne; "N" deuxièmes matrices de déphasage (54), chaque deuxième matrice de déphasage ayant "M" entrées et "M" sorties, chacune desdites "M" sorties étant associées à un dispositif de commande de phase, chacune desdites "M" entrées desdites deuxièmes matrices de déphasage étant couplée à une sortie de chaque première matrice de déphasage; un dispositif de division/combinaison (55) possédant "M.N" entrées couplées auxdites "M" sorties de chacune desdites "N" deuxièmes matrices de déphasage, ledit dispositif de division/combinaison étant destiné à produire "L" sorties, chacune desdites "L" sorties étant associée à un dispositif de commande d'amplitude, lesdites 'L" sorties servant à produire lesdits "N" faisceaux d'antenne; et un dispositif (98) de commande dynamique de faisceaux conçu pour fournir des signaux de commande à chacun desdits dispositifs de commande d'amplitude et à chacun desdits dispositifs de commande de phase, lesdits signaux de commande servant à faire que chacun desdits "N" faisceaux d'antenne

compense le déplacement dudit satellite non géostationnaire.

5. Sous-système selon la revendication 4, caractérisé en ce que: lesdits "N" faisceaux d'antenne forment une région d'empreinte sur la surface de la Terre, et ledit dispositif de commande de faisceaux est en outre destiné à produire des signaux de commande supplémentaires à destination desdits dispositifs de commande d'amplitude et desdits dispositifs de commande de phase afin de faire avancer d'un pas vers l'avant chacun desdits "N" faisceaux d'antenne

sur une partie d'une distance s'étendant sur ladite région d'empreinte.

6. Sous-système selon la revendication 5, caractérisé en outre par: un panneau d'antenne (56) possédant "L" éléments rayonnants (58), chaque élément rayonnant étant couplé à l'une desdites "L" sorties dudit dispositif de division/combinaison (55), lesdits "L" éléments rayonnants étant configurés de façon à fournir lesdits "N" faisceaux d'antenne; un dispositif de division/combinaison d'entrée (57) qui est conçu pour fournir des signaux associés avec chacun desdits "N" faisceaux d'antenne à chacune desdites "N" entrées desdites "M" premières matrices de déphasage; une mémoire (96) conçue pour emmagasiner des instructions destinées à commander lesdits dispositifs de commande d'amplitude et de phase, ledit dispositif de commande de faisceaux exécutant lesdites instructions pour produire lesdits signaux de commande; et une minuterie (97) conçue pour synchroniser lesdites instructions avec d'autres satellites se trouvant dans ledit système de télécommunications cellulaires

par satellites.

7. Sous-système selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit système de télécommunications cellulaires par satellite comporte un centre (28) de

commande de satellites servant à fournir lesdites instructions auxdits sous-

systèmes d'antenne à réseau d'éléments rayonnants à phase variable, et produit des signaux de synchronisation à destination d'autres satellites dudit système de télécommunications cellulaires par satellites, o ledit sous-système d'antenne à réseau d'éléments rayonnants à phase variable est conçu pour faire sensiblement simultanément avancer d'un pas vers l'avant lesdits "N" faisceaux d'antenne avec lesdits autres satellites dudit système de télécommunications cellulaires par satellites.

8. Sous- système selon la revendication 7, caractérisé en outre par: un moyen servant à communiquer avec une unité d'abonné (26) placée dans un premier faisceau d'antenne produit par ledit sous-système d'antenne à

réseau d'éléments rayonnants à phase variable à l'aide d'un canal de télécommuni-

cations lorsque ledit dispositif de commande dynamique de faisceaux est en train de produire des signaux de commande afin de compenser le déplacement dudit satellite; et un moyen servant à transférer des communications établies avec ladite unité d'abonné à un autre faisceau d'antenne produit par un deuxième satellite à l'aide dudit canal de télécommunications après que ledit dispositif de commande dynamique de faisceaux a produit des signaux de commande afin de faire avancer d'un pas vers l'avant chacun desdits "N" faisceaux d'antenne sur ladite partie de

ladite distance s'étendant sur ladite région d'empreinte.

9. Sous-système selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits signaux associés à chacun desdits "N" faisceaux d'antenne sont constitués de fréquences de la bande L, et en ce que "N" est compris entre 36 et 72, "M" est

compris entre 10 et 40, et "L" est compris entre 100 et 200.

10. Appareil (50) de formation dynamique de faisceaux, destiné à une antenne à réseau d'éléments rayonnants à phase variable (52), qui est conçu pour

un satellite non géostationnaire (12) appartenant à un système (10) de télécom-

munications par satellites, caractérisé par: une matrice de déphasage (51, 53) destinée à produire une pluralité de faisceaux d'antenne (35); et un dispositif (98) de commande de faisceaux conçu pour fournir des coefficients de formation de faisceaux à ladite matrice de déphasage, lesdits coefficients de formation de faisceaux décalant chacun desdits faisceaux d'antenne afin de compenser le déplacement dudit satellite non géostationnaire, o le dispositif de commande de faisceaux est conçu pour fournir des coefficients de formation de faisceaux qui font reculecr d'un pas vers l'arrière chaque faisceau d'antenne afin de compenser le déplacement dudit satellite, et font avancer d'un pas vers l'avant chaque faisceau d'antenne sur une partie de la distance s'étendant sur une région d'empreinte après avoir fait reculer d'un pas vers

l'arrière lesdits faisceaux d'antenne pendant une durée prédéterminée.