Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02312668 2000-06-28
L ,
1
PROCEDE ET DISPOSITIF: D'ÉMISSION ET DE RÉCEPTION DE PAQUETS
NUMÉRIQUES DANS UN SYSTEME DE TRANSMISSION PAR SATELLITES
DEFII.ANTS
L'invention est relative à un système de transmission de données numériques
par l'intermédiaire de satellites défilants.
Les systèmes de télécommunications par satellites qui sont développés
aujourd'hui sont essentiellement du type à orbites basses ou moyennes, par
exemple, comprises entre 800 et 1500 km. Par rapport aux systèmes de
télécommunications à satellites) géostationnaire(s), de tels systèmes
présentent
l'avantage que les signaux parcourent des distances nettement inférieures ; en
effet, un satellite géostationnaire est nécessairement à une altitude
d'environ 36
000 km au-dessus de l'équateur. Ainsi, de tels systèmes à satellites à orbites
basses ou moyennes peuvent être utilisés pour les télécommunications dites "en
temps réel", telles que les conversations téléphoniques, les télécopies, etc.
En
outre, du fait de la plus faible distance de propagation, l'affaiblissement
des
signaux est moins important qu'avec des systèmes à satellite géostationnaire,
ce
qui permet une plus grande capacité de communication.
Cependant, les satellites à orbites basses ou moyennes étant nécessairement
mobiles et les utilisateurs étant habituellement immobiles ou pouvant se
déplacer
à une vitesse relativement faible par rapport à celle du satellite, chacun de
ces
utilisateurs est en vue d'un satellite donné seulement pendant une période
limi-
tée, par exemple, de l'ordre de 10 à 15 minutes. Dans ces conditions, les
communications qui transitent par l'intermédiaire d'un satellite proche de la
limite
de visibilité doivent être transférées vers un autre satellite qui restera
visible après
que le satellite précédent ait disparu du "champ de vision" de l'utilisateur.
Ce type
de transfert de communication d'un satellite sur un autre est quelque fois
appelé
"hand-over" ou "hand-ofP'.
Étant donné que les temps de transmission par l'intermédiaire de deux
satellites différents sont en général de valeurs différentes, il est
nécessaire de
prendre des précautions particulières pour que, à Ia réception, les données
soient récupérées dans l'ordre où elles ont été émises.
Ä cet effet, les données sont transmises sous forme de paquets (ou cellules)
de données numériques et les paquets sont regroupés en trames. Le transfert
d'un chemin sur un autre s'effectue à la fin d'une trame. Dans ce but, le
dernier
paquet de la trame à transmettre par le premier chemin comporte une
information, ou marque, indiquant sa nature, c'est-à-dire qu'il s'agit du
dernier
CA 02312668 2000-06-28
2
paquet de la dernière trame du premier chemin, et, à la réception, on prévoit
une mémoire tampon qui retient les paquets reçus du second chemin tant que le
dernier paquet de la dernière trame du premier chemin n'a pas été reçu.
Cette solution connue présente l'avantage de ne faire appel qu'à un nombre
limité de bits pour le séquencement des informations. II présente toutefois
l'in
convénient gênant que la perte du paquet marqué introduit une grave
perturbation de la communication concernée.
L'invention remédie à cet inconvénient.
Elle est caractérisée en ce qu'au moins lors des périodes de transfert, on
affecte à chaque paquet une donnée représentant son instant ou date
d'émission.
Ainsi, à la réception, on peut réordonner les paquets selon l'information
représentant leurs temps d'émission. Si un paquet est perdu au cours de la
trans-
mission, cette perte ne perturbe pas la réception des autres paquets.
La date d'émission peut être introduite dans les paquets même en dehors
des périodes de transfert. En variante, la date d'émission est introduite dans
chaque paquet seulement lors des périodes d'émission. ~ .
Dans un mode de réalisation de l'invention, à la réception, on délivre
chaque paquet reçu à un moment égal au moment d'émission retardé d'un
temps prédéterminé au moins égal à la durée maximale de transmission, c'est-à
dire correspondant à la plus grande distance possible de transmission ou à la
plus grande différence de temps de propagation entre deux trajets.
La réalisation d'un dispositif de réception faisant appel à ce procédé peut
être particulièrement simple.
Afin de pouvoir distinguer deux paquets successifs, l'horloge doit présenter
une période T satisfaisant la condition suivante
T< ~ (1)
Dans cette formule, L est la longueur minimale d'un paquet et B est le taux
de transmission (bit/unité de temps) de la communication.
Le nombre de bits qui doit être affecté au signal de date doit tenir compte
des considérations suivantes
En premier lieu, la période T de l'horloge doit être inférieure à la durée du
paquet le plus court, pour que deux paquets courts consécutifs portent une
date
différant d'au moins une unité T.
CA 02312668 2000-06-28
3
En deuxième lieu, il faut pouvoir distinguer sans ambiguïté deux paquets
arrivant au même instant mais ayant subi, l'un le délai maximum, l'autre le
délai
minimum. Si D est la variation maximum du délai de traversée, il faut que le
champ de date ait plus de D/T valeurs, soit Log2(D/T) bits.
Pour qu'à l'émission, on puisse affecter à chaque paquet un signal repré
sentant sa date, on prévoit une horloge locale. De même, pour .lire la date
des
paquets reçus à la réception, il est nécessaire de prévoir une horloge. Dans
le
cas où chaque paquet reçu est délivré à un moment égal au moment d'émission
retardé d'un temps prédéterminé, l'horloge de réception doit être synchronisée
avec l'horloge d'émission.
La synchronisation des horloges d'émission et de réception peut être
effectuée de diverses manières. On peut, par exemple, faire appel à l'horloge
fournie par le système GPS ("Global Positioning System"). Dans un autre
exemple, les divers satellites relais émettent des signaux d'horloge
synchronisés
qui sont transmis à tous les dispositifs d'émission et de réception.
II est également possible de faire appel à une horloge se trouvant dans une
station de gestion ou de contrôle. En effet, en général, les systèmes de
télécommunications par satellites) font appel à une pluralité de stations de
contrôle au sol par lesquels transitent les communications. Une communication
, entre deux abonnés du système par satellites est d'abord transmise du
premier
abonné vers la station de contrôle par l'intermédiaire d'un satellite et,
ensuite, de
la station vers le second abonné par l'intermédiaire du même satellite ou d'un
autre satellite. La station de contrôle est également reliée à d'autres
réseaux de
télécommunications ne faisant pas forcément appel au satellite.
L'invention s'applique à tous les systèmes de télécommunications par
satellites défilants dans lesquels les informations sont transmises par
paquets.
Ces paquets peuvent être de nature quelconque. Ä titre d'exemple, on citera
les
cellules ATM (Asynchronous Transfer Mode) de longueur fixe et des paquets de
longueur variable. La transmission peut être en mode connecté (telle que le
protocole ATM) ou non (telle que le protocole IP -Internet Protocol).
Le paquet peut être simple ou complexe. L'invention s'applique, par exem-
ple, aux paquets IP constitués d'un multiplexe de mini paquets AAL2 c'est-à-
dire à
des paquets ATM de couche d'adaptation de type 2 ("ATM Adaptation Layer type
2"), tels que définis par la recommandation 1.363-2 de ('ITU-T.
Elle peut s'appliquer aussi à une trame mixte supportant une connexion en
mode circuit et en mode paquet. En mode circuit, les informations sont
CA 02312668 2000-06-28
4
identifiées par leur position dans la trame et en mode paquet, les
informations
sont identifiées par un label ou dénomination.
L'horloge fournissant la date peut être synchronisée ou non avec l'horloge
assurant (a synchronisation des bits de transmission. Quand cette horloge de
date est synchronisée avec l'horloge des bits, sa fréquence est sous-multiple
de la
fréquence de transmission des bits.
Ainsi l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, un émetteur
pour système de télécommunications par satellites défilants dans lequel les
signaux sont transmis sous forme de paquets de données numériques, cet
émetteur introduisant dans le signal émis une information de transfert
utilisable à
la réception pour que les données transmises par l'intermédiaire d'un premier
satellite puissent être distinguées des données transmises par l'intermédiaire
d'un
second satellite qui prend le relais de la communication. Cet émetteur est
caractérisé en ce que l'information de transfert est un signal de date pour
chaque
paquet représentant l'instant d'émission de ce paquet.
La date est, par exemple, fournie par une horloge synchronisée par le
système GPS ou par une horloge à bord d'un satellite ou par une horloge à bord
d'une station de contrôle.
L'invention concerne aussi, selon un autre de ses aspects, un récepteur pour
système de télécommunications par satellites défilants dans lequel les signaux
sont transmis sous forme de paquets de données numériques, le signal émis
comportant une information de transfert utilisable à la réception pour que les
données transmises par l'intermédiaire d'un premier satellite puissent être
distinguées des données transmises par l'intermédiaire d'un second satellite
qui
prend le relais de la communication. Ce récepteur est caractérisé en ce que
l'information de transfert étant un signal de date introduit dans chaque
paquet et
représentant l'instant d'émission de ce paquet, il comporte des moyens pour
détecter le signal de date et des moyens pour l'utiliser afin de mettre en
ordre les
paquets en fonction de cette information.
Pour remettre en ordre les paquets reçus, le récepteur comporte, dans une
réalisation, des moyens pour libérer chaque paquet à une date correspondant à
la date d'émission retardée d'un temps prédéterminé.
Pour lire la date se trouvant dans le paquet reçu, on fait appel, dans le
récepteur, par exemple à une horloge synchronisée par le système GPS ou par
une horloge à bord de chaque satellite ou par une horloge dans une station de
contrôle.
CA 02312668 2000-06-28
L'invention se rapporte aussi à un paquet de données destiné à être
transmis par un système de télécommunications à satellites défilants dans
lequel
les signaux sont transmis sous forme de paquets de données numériques, le
signal émis comportant une information de transfert utilisable à la réception
5 pour que les données transmises par l'intermédiaire d'un premier satellite
puissent être distinguées des données transmises par l'intermédiaire d'un
second
satellite qui prend (e relais de la communication. Ce paquet est caractérisé
en ce
qu'il comporte une information sur sa date d'émission.
L'invention vise aussi un ensemble de tels paquets qui est caractérisé en ce
que la période T de signal d'horloge indiquant la date d'émission de chaque
paquet est telle que
T< ~,
L étant la longueur minimale d'un paquet et B, la vitesse de transmission.
Dans un tel ensemble il est préférable que le nombre K de bits affecté à la
date soit tel que K > Log2D/T, D étant au moins égal à la plus grande
différence de temps entre deux trajets.
L'invention prévoit également un procédé de télécommunications faisant
appel à des satellites défilants, dans lequel les informations sont transmises
par
paquets de données numériques, et des moyens sont prévus pour transférer des
communications transmises par un satellite vers un autre satellite, les
communications transmises par les deux satellites étant remises en ordre à la
réception. Ce procédé est caractérisé en ce que, pour la remise en ordre à la
réception, on introduit à l'émission, dans chaque paquet, un signal
représentant
la date d'émission.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la
description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée
en se
référant aux dessins ci-annexés sur lesquels
la figure 1 est un schéma d'un système de télécommunications auquel
s'applique le procédé conforme à l'invention, et
la figure 2 est un schéma d'un paquet de données conforme à l'invention.
Le système de télécommunications représenté sur (a figure 1 est un système
de télécommunications par satellites 10,12 à orbite basse dans lequel les
satellites font partie d'une constellation (non montrée) destinée à couvrir
toute la
terre ou une grande partie du globe. Dans ce système, (a terre est divisée en
zones dont chacune a, par exemple, un diamètre de 700 km, et à l'intérieur de
CA 02312668 2000-06-28
6
chacune desquelles on prévoit une station de connexion ou de contrôle 14
destinée à relayer les communications entre abonnés au système de
télécommunications par satellites ou entre abonnés à ce système de
télécommunications et abonnés à d'autres réseaux 16.
Chaque satellite 10,12 assure le relais entre les communications dans une
ou plusieurs zones) fixes) au sol. Bien entendu, ce relais ne peut~être assuré
que
lorsque le satellite reste visible de la zone ou d'une partie de la zone.
Étant donné que les satellites sont défilants, il est nécessaire que lorsqu'un
satellite, par exemple, celui de référence 10, s'éloigne de la zone, il soit
remplacé par un autre satellite 12 qui assure le relais de la communication.
Le
transfert de la communication doit s'effectuer quand les deux satellites sont
visibles de la zone.
Sur la figure 1, on a représenté un termina) 18 d'un abonné du système de
télécommunications. Ce terminal comporte deux antennes 20 et 22. La premiëre
antenne 20 est destinée à communiquer avec la station 14 par l'intermédiaire
du
satellite 10. La station 14 comporte de son côté une antenne 24 pointée vers
ce
satellite 10. La seconde antenne 22 du terminal est pointée vers le second
satellite 12 et est destinée à communiquer aussi avec la station 14, laquelle
comporte aussi une antenne 26 pointée vers le satellite 12.
Les distances parcourues par les signaux suivant le premier trajet 28, par
l'intermédiaire du satellite 10, sont différentes des distances parcourues par
les
signaux suivant le second trajet 30 par l'intermédiaire du satellite 12. Dans
ces
conditions, il faut prendre des dispositions pour synchroniser correctement
l'opération de transfert des communications du trajet 28 vers le trajet 30. En
effet, si, par exemple, le nouveau trajet 30 est plus court que le trajet 28
qu'il va
remplacer, les derniers signaux transmis par le trajet le plus long
parviennent à
leur destinataire après les signaux émis antérieurement suivant le trajet le
plus
court. Ce problème se pose quel que soit le sens de la communication, c'est-à-
dire de chaque terminal 18 vers la station 14 ou de la station 14 vers chaque
terminal l8.
Pour résoudre ce problème, l'invention prévoit de transmettre les données
par paquets 40 (figure 2) et à chaque paquet on affecte une information 42 de
date représentant le moment ou date d'émission. Cette information de date peut
être constituée par l'heure réelle ou par un numéro de séquence.
CA 02312668 2000-06-28
7
Pour exploiter cette information de date, on prévoit, à la réception, une
mémoire tampon et des moyens (non montrés) pour restituer au réseau les
paquets dans l'ordre correspondant à leurs dates d'émission.
Pour la mise en ordre des paquets à (a réception, dans une réalisation sim
ple, on prévoit de libérer chaque paquet reçu à une date correspondant à celle
indiquée dans le paquet à laquelle on ajoute un retard prédéterminé. Ce retard
prédéterminé est au moins égal à la plus grande différence de temps de
propagation entre deux trajets.
Enfin, dans la station 14, on prévoit, de façon en soi connue, des modems
241...261 associés à chacune des antennes, un commutateur 44 et des
terminaux d'entrée-sortie 46 pour la connexion au réseau 16.
