FR2764754A1

FR2764754A1 - Systeme de telecommunications par satellites a plusieurs etages et son procede de fonctionnement

Info

Publication number: FR2764754A1
Application number: FR9807422A
Authority: FR
Inventors: Keith Andrew Olds; James Thomas Shaneyfelt; John Richard Kane; Carl Wagner Wagner
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: EP0988719A1; TW382870B; AU8053998A; ITRM980360A0; ITRM980360A1; IT1299494B1; US6078810A; FR2764754B1; WO1998057446A1

Abstract

Un procédé et un appareil combinent des constellations de satellites en un réseau fonctionnant en coopération. Un étage (10) de satellites en orbite terrestre géosynchrone, ou GEO, reçoit des informations devant être diffusées à la Terre. L'étage GEO (10) reçoit ces informations de la part de plaques tournantes mondiales (30), de plaques tournantes régionales (32) et de plaques tournantes locales (34). Des programmes locaux sont combinés avec des programmes régionaux et mondiaux soit par la plaque tournante régionale (32), soit par un satellite GEO (40).

Description

La présente invention concerne de façon générale les systèmes et les procédés de télécommunications par satellites, et, plus particulièrement, les systèmes et les procédés de télécommunications par satellites employant des satellites non géostationnaires.

Les distributeurs de supports de télécommunications mondiaux savent parfaitement que l'absence de programmes locaux constitue une faiblesse substantielle dans leurs offres commerciales.

On s'attend à ce que la demande de services à large bande croisse sérieusement au cours des quelques prochaines années, ce qui imposera de nouvelles exigences en matière de liaisons à débit élevé de données. On s'attend à ce que les réseaux terrestres à large bande utilisent plus fréquemment des débits de norme OC-3 (155,54 MHz) en raison des progrès des dispositifs électroniques et des architectures de commutation. Une extension naturelle en direction de ces réseaux terrestres, via un réseau de satellites, demanderait une affectation souple de plusieurs de ces liaisons à débit élevé de données, à l'intérieur même d'une unique empreinte de satellites.

Le besoin existe donc d'un procédé et d'un appareil permettant de combiner efficacement les services de diffusion mondiale avec les services de diffusion locale. Un procédé et un appareil peu coûteux permettant de fournir des services à large bande à la demande sont également nécessaires.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages, elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels
- la figure 1 représente un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation préféré de l'invention;
- la figure 2 représente un système de satellites à deux étages selon un premier autre mode de réalisation de l'invention;
- la figure 3 représente un système de satellites à deux étages selon un deuxième autre mode de réalisation de l'invention;
- la figure 4 représente un système de satellites à trois étages selon un autre mode de réalisation de l'invention;
- la figure 5 représente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention;
- la figure 6 représente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention;
- la figure 7 représente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention; et
- la figure 8 représente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention;
Le procédé et l'appareil selon l'invention utilisent un réseau de transmission de données à vitesse élevée basé dans l'espace afin d'assurer une "connectabilité" mondiale et de fournir des services de transport de données à large bande à des utilisateurs et à des réseaux de transmission de données privés et publics. Ils permettent à des fournisseurs, ou prestataires, de services de télécommunications mondiaux et régionaux de développer et d'améliorer les services de transport de données, d'améliorer la disponibilité des réseaux par rapport aux services terrestres, et d'étendre l'offre de leurs services à des zones qui ne peuvent pas, d'un point de vue économique, être desservies par des moyens terrestres.

Le procédé et l'appareil selon l'invention assurent des transmissions à large bande et une connectabilité mondiale pour des applications telles que la vidéo-conférence, le télétravail, I'extraction d'informations multimédia (par exemple en provenance de serveurs "w.w.w.", ce sigle désignant un maillage mondial, d'Internet), le télé-enseignement et la téléformation, la distribution d'informations vidéo et audio, la distribution de logiciels, la publicité, les services d'informations, la collaboration médicale s'appuyant sur des images à résolution élevée, le multimédia interactif, et l'interconnexion de sous-réseaux.

Un avantage important de ce système est qu'il peut se connecter de manière invisible dans l'infrastructure de réseaux et de télécommunications qui existe actuellement. Cette possibilité de connexion et un grand nombre des applications dont on s'attend à ce qu'elles utilisent le procédé et l'appareil de l'invention nécessitent la transmission de données à débit élevé avec des retards de transit faibles.

Par conséquent, dans un mode de réalisation préféré, le concept du système s'appuie sur un réseau de satellites à plusieurs étages qui comporte une constellation de satellites en orbite terrestre basse (LEO) et une constellation de satellites en orbite terrestre géostationnaire (GEO), où les satellites compris à l'intérieur des constellations sont interconnectés afin de former un réseau qui offre des possibilités en matière d'accès mondial, de diffusion et de multidestinations, une très haute capacité, et une transmission de données à débit élevé présentant des retards de transit minimaux. Un autre mode de réalisation comporte une constellation de satellites en orbite terrestre moyenne (MEO) en relation avec une constellation GEO.

D'autres modes possibles de réalisation du procédé et de l'appareil selon l'invention utilisent des systèmes qui comportent trois étages ou plus de trois étages de réseaux de satellites. Par exemple, il est décrit ci-après un mode de réalisation possédant deux étages de réseaux LEO distincts fonctionnant en relation avec un réseau GEO.

Section 1 - ARCHITECTURE DU SYSTEME
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un système de satellites à deux étages comporte un étage de satellites GEO et un étage de satellites GISO. Des stations basées au sol, qui font fonction de "plaques tournantes", communiquent par des liaisons montantes avec l'étage de satellites
GEO, lequel possède une structure, ou ossature, de liaisons intersatellites (les liaisons intersatellites étant désignées, en abrégé, par le sigle ISL). Les satellites
GEO transmettent, par liaisons descendantes, dans un mode de diffusion ou de multidestination, à des équipements basés chez les utilisateurs (notés en abrégé par le sigle CPE), lesquels équipements communiquent d'autre part entre eux (ou avec les "plaques tournantes") par l'intermédiaire de l'étage de satellites LEO. Ce mode de réalisation préféré est décrit ci-après en détail dans la sous-section 1.A.

Un premier autre mode de réalisation du système de satellites à deux étages comporte des "plaques tournantes régionales" et des "plaques tournantes locales", qui communiquent avec l'étage de satellites GISO. Ces plaques tournantes font fonction de moyens assurant le relais avec les GEO régionaux à partir desquels les programmes sont rediffusés. Ce premier autre mode de réalisation est décrit en détail ci-après dans la sous-section 1.B.

Un deuxième autre mode de réalisation du système de satellites à deux étage utilise l'étage de satellites LEO pour assurer la distribution de la diffusion à des plaques tournantes régionales. Les plaques tournantes régionales communiquent alors, par liaisons montantes, avec un GEO régional en vue d'une diffusion régionale par liaisons descendantes. Ce deuxième autre mode de réalisation est décrit en détail ci-après dans la sous-section 1.C.

Le mode de réalisation préféré et les premier et deuxième autres modes de réalisation n'utilisent pas de liaisons intersatellites (ISL) entre les satellites LEO et les satellites GEO. Toutefois, d'autres modes de réalisation sont envisagés dans lesquels le mode de réalisation préféré et les premier et deuxième autres modes de réalisation pourront être modifiés afin d'incorporer des ISL allant des LEO aux
GEO et des GEO aux LEO.

1.A Mode de réalisation préféré - Plaque tournante mondiale
La figure 1 représente un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation préféré de l'invention.

Le système de satellites à deux étages comprend un étage 10 de satellites GEO, un étage 20 de satellites LEO, et au moins une plaque tournante mondiale 30 (GHUB). Des modes de réalisation préférés de l'étage GEO 10 et de l'étage LEO 20 sont respectivement décrits en détail dans les sections 3.A et 3.B.

Selon un mode de réalisation préféré, les satellites GEO 40 compris à l'intérieur de l'étage GEO 10 communiquent entre eux via des liaisons intersatellites (ISL) GEO 50. Dans un mode de réalisation préféré, les ISL GEO 50 sont des liaisons croisées optiques, mais des liaisons de radiofréquence (RF) pourraient également être employées.

Du fait de la nature relativement stationnaire d'un satellite GEO, chaque satellite GEO 40 dessert une zone géographique particulière, ou région de diffusion, 45. Un ou plusieurs satellites GEO 40 communiquent avec une ou plusieurs plaques tournantes mondiales 30 dans ces régions, via des liaisons
GHUB-vers-GEO 60. Selon un mode de réalisation préféré, les liaisons GHUBvers-GEO 60 sont des liaisons RF, bien que des liaisons optiques pourraient également être employées. Les liaisons RF ont un caractère souhaitable pour une meilleure fiabilité du système dans les zones comportant des obstacles ou des particularités météorologiques ne conduisant pas les transmissions optiques. Dans un mode de réalisation préféré, les liaisons GHUB-vers-GEO 60 sont des liaisons
RF de la bande Ka.

Une plaque tournante mondiale est définie ici comme une plaque tournante qui constitue une source d'une quantité importante d'informations devant être retransmises par l'étage GEO 10. Les plaques tournantes mondiales sont généralement des stations terrestres qui rassemblent des informations venant d'autres sources externes au système et les retransmettent à l'étage GEO 10. Les signaux devant être retransmis par l'étage GEO 10 comprennent, entre autres choses, des signaux de diffùsion et des signaux à multidestination. Les satellites
GEO 40 diffusent des signaux via des liaisons descendantes GEO 70 à l'intérieur de zones de diffusion 45 à destination d'équipements basés chez les utilisateurs (CPE) 75. Les signaux de diffusion peuvent être par exemple des signaux de radio et de télévision. Selon un mode de réalisation préféré, les satellites 40 sont également en mesure d'envoyer des signaux à plusieurs destinataires. Les signaux à multidestination comprennent les signaux qui sont adressés à des utilisateurs particuliers ou à des groupes particuliers d'utilisateurs, si bien que les CPE d'une zone de diffusion 45 ne recevront pas tous le signal. Les signaux à multidestination peuvent contenir par exemple des informations d'annonces ou d'affaires.

Dans un mode de réalisation préféré, I'ensemble du trafic du réseau provient d'une unique plaque tournante mondiale placée à l'intérieur d'un unique faisceau d'un satellite GEO 40. Ce satellite GEO est appelé le "satellite GEO source". Le trafic du réseau est distribué via les ISL GEO qui interconnectent le satellite GEO source avec les satellites GEO régionaux. Le matériau destiné à être diffusé à l'intérieur d'une région particulière est séparé du signal de l'ossature des
ISL et est diffusé sur des liaisons descendantes GEO 70 à destination des CPE 75.

Selon un mode de réalisation préféré, les liaisons descendantes 70 sont des liaisons descendantes RF.

Une ou plusieurs plaques tournantes mondiales peuvent exister, éventuellement à l'intérieur d'une zone de diffusion 45, ou de plusieurs semblables zones, en fonction du nombre et de l'emplacement des sources de programmes. On peut supposer que les liaisons GHUB-vers-GEO 60 seront très lourdement chargées, car tous les programmes destinés à la distribution mondiale peuvent être contenus sur une seule liaison. I1 se peut que plus d'un satellite GEO 40 soit amené à faire fonction de satellite GEO source pour pouvoir manipuler des transmissions par liaisons descendantes très fortement chargées. Selon un mode de réalisation préféré, une plaque tournante mondiale 30 émet des répliques, en phase avec les fuseaux horaires, de chaque faisceau de services du réseau en vue de leur distribution via des ISL GEO 50, à chacune des zones régionales.

Dans un mode de réalisation préféré, la plaque tournante mondiale 30 est en mesure de fonctionner à la fois avec des satellites GEO 40 et des satellites
LEO 55. La plaque tournante mondiale 30 commande la fourniture de services par les satellites aux CPE 75. Ainsi, lorsqu'un CPE 75 sollicite des services de la part de la plaque tournante mondiale 30 via des satellites LEO 55, la plaque tournante mondiale 30 accorde ou refuse ces services. Si les services sont accordés, la plaque tournante mondiale 30 commande aux satellites GEO 40 et, ou bien, aux satellites
LEO 55 de fournir les services demandés à la CPE qui en a fait la demande. Quant à celui des étages de satellites qui va fournir les services, cela dépend du type des
services demandés. Par exemple, si la CPE 75 a demandé qu'un canal de télé communications bidirectionnel soit établi avec un autre CPE, la plaque tournante mondiale 30 déterminera que des satellites LEO 55 sont mieux adaptés pour fournir les services. Inversement, si une CPE 75 demande qu'un message soit diffusé, la plaque tournante mondiale 30 déterminera que des satellites GEO 40 sont mieux adaptés à la fourniture de ces services.

Les satellites LEO 55 compris à l'intérieur de l'étage LEO 20 communiquent entre eux via des ISL LEO 58. Selon un mode de réalisation préféré, les
ISL LEO 58 sont des liaisons croisées RF, bien que des liaisons optiques puissent également être employées.

Les satellites LEO 55 communiquent avec les CPE 75 via des liaisons
CPE-vers-LEO 80. Les satellites LEO 55 communiquent avec les plaques tournantes globales 30 via des liaisons GHUB-vers-LEO 85. Dans un mode de réalisation préféré, les liaisons CPE-vers-LEO 80 et les liaisons GHUB-vers-LEO 85 sont des liaisons croisées RF, bien que des liaisons optiques puissent également être employées.

Puisque les satellites LEO 55 entretiennent des ISL LEO 58, des liaisons CPE-vers-LEO 80, et des liaisons GHUB-vers-LEO 85, l'étage de satellites
LEO 55 peut transporter des informations des CPE 75 aux plaques tournantes mondiales 30, et inversement. Selon un mode de réalisation préféré, la totalité des liaisons entre CPE 75 ne concernant pas la diffusion et la liaisons entre les CPE 75 et les plaques tournantes mondiales 30 sont traitées par l'étage LEO 20. Des liaisons entre les CPE 75 et les plaques tournantes mondiales 30 peuvent être unidirectionnelles ou interactives.

Les étages de satellites GEO et LEO représentent deux segments de l'espace relativement isolés. Ainsi, il n'est pas particulièrement nécessaire que les satellites GEO et LEO aient des équipements sensiblement compatibles. Toutefois, dans un mode de réalisation préféré, les satellites GEO 40 et les satellites LEO 55 sont conçus de manière à permettre que sensiblement la même plate-forme de satellite soit utilisée pour les deux types de satellites. Le fait d'utiliser la même plate-forme de satellites pour les satellites LEO et GEO réduit notablement le coût et le temps de production, ce qui est doublement souhaitable.

1.B Premier autre mode de réalisation - Plaques tournantes régionales et locales
La figure 2 représente un système de satellites à deux étages selon un premier autre mode de réalisation de l'invention.

Le système de satellites à deux étages représenté sur la figure 2 est analogue au système décrit en relation avec la figure 1, en ce qu'il comporte un étage GEO 10 de satellites GEO et un étage LEO 20 de satellites LEO. Toutefois, le premier autre mode de réalisation comporte des plaques tournantes mondiales 30 (GHUB), des plaques tournantes régionales 32 (RHUB), et des plaques tournantes locales (LllUB). Les plaques tournantes mondiales 30 communiquent avec les satellites GEO 40 via des liaisons GHUB-vers-GEO 60. De même, les plaques tournantes régionales 32 communiquent avec les satellites GEO 40 via des liaisons
RHUB-vers-GEO 62 et les plaques tournantes locales 34 communiquent avec les satellites GEO 40 via des liaisons LHUB-vers-GEO 64.

Les plaques tournantes régionales 32 offrent un avantage en ce que le système peut fournir des programmes régionaux en complément des programmes mondiaux fournis par les plaques tournantes mondiales 30. De plus, le procédé et l'appareil du premier autre mode de réalisation permettent aux plaques tournantes régionales 32 de stocker et de faire passer des programmes mondiaux de façon que ceux-ci puissent être délivrés localement à un moment approprié. Ceci permet à une plaque tournante mondiale d'envoyer une seule version des programmes mondiaux, plutôt que des multiples versions choisies sur une base d'une zone temporelle par région, comme discuté en relation avec la figure 1. De plus, ceci réduit notablement la charge des liaisons montantes pour les liaisons GHUB-vers
GEO 60.

Le système décrit en liaison avec la figure 2 est en mesure de permettre à des plaques tournantes régionales 32 de recevoir également des programmes locaux de la part de plaques tournantes locales 34 (via des liaisons LHUB-vers
GEO 64 et des liaisons RHUB-vers-GEO 62). Les plaques tournantes régionales 32 peuvent effectuer la commutation entre les programmes mondiaux, régionaux et locaux. Ou bien, selon une autre possibilité, les plaques tournantes régionales 32 et les plaques tournantes locales 34 peuvent transmettre par liaisons montantes des informations de programmes régionaux et locaux à un satellite GEO régional qui effectue la commutation. Faire effectuer la fonction de commutation dans le satellite GEO 40 réduit en partie les obligations de traitement à effectuer dans la plaque tournante régionale 32, mais augmente le traitement à faire dans le satellite
GEO 40.

Ainsi, au contraire des systèmes de la technique antérieure, le procédé et l'appareil du premier autre mode de réalisation permet aux équipements d'abonnés (par exemple des CPE 75) de recevoir des programmes mondiaux, régionaux et locaux, au lieu de recevoir seulement des programmes mondiaux.

Ceci est un avantage très certain de l'invention. Les fournisseurs de supports mondiaux souhaitent desservir les marchés régionaux et locaux au moyen de programmes ciblés, et la présente invention offre une solution.

Les CPE 75 peuvent coopérer, via les satellites LEO 55 avec des plaques tournantes mondiales 30, des plaques tournantes régionales 32, des plaques tournantes locales 34, et, ou bien, d'autres CPE 75.

Selon un mode de réalisation, les satellites GEO 40 incorporés dans le système du premier autre mode de réalisation sont en mesure de : 1) fournir une connexion entre une plaque tournante locale 34 et une plaque tournante régionale 32 via des liaisons LHUB-vers-GEO 64 et des liaisons RHUB-vers-GEO 62; 2) séparer des programmes, reçus sur une ISL GEO 50, qui sont destinés à être diffusés à l'intérieur d'une région particulière ; 3) effectuer des liaisons montantes à partir d'une plaque tournante régionale 32 ; et 4) diffuser sur des liaisons descendantes GEO 70 à destination de CPE 75.

Selon un autre mode de réalisation, un système pourrait incorporer des plaques tournantes mondiale 30 et des plaques tournantes régionales 32, mais non des plaques tournantes locales 34. La plus grande partie des autres modes de réalisation discutés en relation avec le système décrit sur la figure 1 s'appliquent également au premier autre mode de réalisation décrit en relation avec la figure 2.

De plus, un grand nombre des fonctions affectées aux plaques tournantes mondiales dans le mode de réalisation préféré de la figure 1 peuvent maintenant être dispersées entre l'ensemble des plaques tournantes mondiales 30, des plaques tournantes régionales 32 et des plaques tournantes locales 34 des autres modes de réalisation décrits en relation avec la figure 2. Par exemple, lorsqu'un CPE demande des services, la demande de services peut être acheminée à une plaque tournante locale 34 ou une plaque tournante régionale 32, plutôt qu'à une plaque tournante mondiale 30.

1.C Deuxième autre mode de réalisation - Distribution par LEO à des plaques tournantes
La figure 3 représente un système de satellites à deux étages selon un deuxième autre mode de réalisation de l'invention.

Le système de satellite à deux étages représenté sur la figure 3 est analogue au système décrit en relation avec la figure 2, en ce qu'il comporte un étage GEO 10 de satellites GEO, un étage LEO 20 de satellites LEO, des plaques tournantes mondiales 30, des plaques tournantes régionales 32 et des plaques tournantes locales 34. Des similarités existent également dans la manière dont les plaques tournantes régionales stockent et envoient des informations afin d'alléger l'obligation faite aux plaques tournantes mondiales d'émettre simultanément des informations à destination de plusieurs fuseaux horaires.

De plus, comme le système décrit en relation avec la figure 2, le système qui est décrit en relation avec la figure 3 est en mesure de permettre à des plaques tournantes régionales 32 de recevoir les programmes locaux en provenance de plaques tournantes locales 34 (via des liaisons LHUB-vers-GEO 64 et des liaisons RHUB-vers-GEO 62). Les plaques tournantes régionales 32 peuvent assurer la commutation entre des programmes mondiaux, régionaux ou locaux. Ou bien, selon une autre possibilité, les plaques tournantes régionales 32 et les plaques tournantes locales 34 peuvent envoyer, par liaisons montantes, des informations relatives à des programmes régionaux et locaux à un satellite GEO régional, qui effectue la commutation. Le fait de faire effectuer la fonction de commutation dans le satellite GEO 40 soulage la plaque tournante régionale 32 de certaines obligations de traitement, mais augmente le traitement demandé dans le satellite
GEO 40.

Toutefois, au contraire des modes de réalisation précédemment décrits, dans l'autre mode de réalisation présenté sur la figure 3, des satellites LEO 55 (au lieu de satellites GEO 40) sont utilisés pour recevoir et distribuer des programmes aux plaques tournantes régionales 32 via des ISL LEO 58 et des liaisons LEO vers-RHUB 85. Ainsi, aucune ISL GEO (voir 1'ISL 50 de la figure 2) n'est nécessaire dans le deuxième autre mode de réalisation de la figure 3. De plus, en opposition avec les modes de réalisation précédemment décrits, dans l'autre mode de réalisation présenté sur la figure 3, la commutation entre programmes mondiaux, régionaux et locaux s'effectue dans le satellite GEO régional.

Dans un autre mode de réalisation, un système pourrait comporter des plaques tournantes globales 30 et des plaques tournantes régionales 32, mais aucune plaque tournante locale 34. Un grand nombre des autres modes de réalisation discutés en relation avec le système qui a été présenté sur les figures 1 et 2 s'appliquent également au deuxième autre mode de réalisation présenté en relation avec la figure 3.

Section 2 - AUTRES MODES DE REALISATION A PLUSIEURS ETAGES (3 OU PLUS!
Le mode de réalisation préféré et les premier et deuxième autres modes de réalisation qui ont été décrits dans les sous-sections 1.A à 1.C décrivent un système de satellites à deux étages, qui possède un étage GEO et un étage LEO.

Selon un autre mode de réalisation, le système de satellites à deux étages pourrait avoir un étage GEO et un étage MEO. Selon une autres possibilité, un système pourrait avoir un étage MEO et un étage LEO. Certains des concepts importants de l'invention se rapportent au fait que plus d'un étage de satellites existe à l'intérieur du système. Alors qu'une combinaison d'étages de satellites GEO et LEO est préférable, un grand nombre des avantages du procédé et de l'appareil de l'invention pourrait être obtenu en utilisant d'autres combinaisons d'étages de satellites.

Dans d'autres modes de réalisation possibles, plus de deux étages de satellites pourraient être incorporés à l'intérieur d'un système. Les sous-sections 2.A et 2.B présentent ci-après des réseaux de satellites ayant trois étages. La soussection 2.C présente un réseau qui possède trois étages virtuels, mais, en réalité, deux étages matériels.

2.A Etage GEO associé à deux étages LEO
La figure 4 représente un système de satellites à trois étages selon un autre mode de réalisation de l'invention. Le système à trois étages est analogue au système décrit en relation avec la figure 1 et peut avoir d'autres modes de réalisation qui sont semblables à ceux décrits en relation avec les figures 2 et 3.

Toutefois, le mode de réalisation à deux étages comporte un étage de satellites
GEO et deux étages de satellites LEO. En d'autres termes, le système possède un étage supplémentaire de satellites LEO. Des modes de réalisation préférés pour l'étage de satellites GEO, le premier étage de satellites LEO et le deuxième étage de satellites LEO sont respectivement décrits de façon détaillée dans les soussections 3.A, 3.B et 3.C.

Un étage supplémentaire de satellites LEO est souhaitable afin que des services supplémentaires puissent être fournis aux CPE 75. Comme expliqué de manière plus détaillée dans les sous-sections 3.B et 3.C, un premier étage LEO peut fournir des services de satellites point à point entre deux CPE 75, entre un
CPE et une plaque tournante, ou bien entre un CPE et une passerelle (c'est-à-dire une installation servant à interconnecter un réseau de satellites avec un réseau terrestre tel qu'un réseau public (PSTN) ou un réseau cellulaires terrestre). Un deuxième étage LEO peut fournir par exemple des liaisons de données entre des systèmes ou à l'intérieur d'un système dans le cas de réseaux sans fil, entre autres choses.

De plus, le premier étage LEO peut fournir des services commutés à largeur de bande à la demande et le deuxième étage LEO peut fournir des services à large bande provisionnés. Le fonctionnement en coopération des deux étages
LEO s'effectue selon l'une de nombreuses manières. Un procédé de fonctionnement en coopération serait que le premier étage LEO assemble un certain nombre d'utilisateurs de largeur de bande à la demande avec un débit de données élevé, puis que le deuxième étage LEO transporte autour de la Terre le signal à grande largeur de bande assemblé, pour le ramener au premier étage LEO afin qu'il soit disséminé.

2.B étage GEO avec étage MEO et étage LEO
Un autre mode de réalisation du procédé et de l'appareil de l'invention est analogue au mode de réalisation à trois étages qui vient d'être décrit, sauf que le système comporte un étage de satellites GEO, un étage de satellites LEO et un étage de satellites MEO (au lieu d'un deuxième étage de satellites LEO).

2.C étage GEO avec étage LEO à plusieurs fonctions
Un autre mode de réalisation, encore différent, du procédé et de l'appareil de l'invention est analogue au mode de réalisation à trois étages décrit dans la sous-section 2.A, sauf que le système comporte un étage de satellites GEO et un unique étage de satellites LEO, où l'étage de satellites LEO présente des capacités multiples. Par exemple, au lieu d'un premier étage LEO qui assure des services de satellites point à point entre des CPE, des plaques tournantes et des passerelles, et d'un deuxième étage LEO qui assure des liaisons de données entre des systèmes et à l'intérieur d'un système pour des réseaux sans fil, un unique étage
LEO assurera toutes les fonctions fournies par les premier et deuxième étages
LEO.

Selon une autre possibilité, un unique étage LEO pourrait fournir des services commutés à largeur de bande à la demande ainsi que des services provisionnés à large bande.

L'unique étage LEO se présente sous la forme de deux étages LEO virtuels. Chaque satellite LEO est en mesure d'effectuer deux types de fonction.

Selon une autre possibilité, certains satellites de l'étage LEO pourraient être conçus pour effectuer la première fonction, tandis que d'autres satellites pourraient être conçus pour effectuer la deuxième fonction.

Les autres modes de réalisation décrits dans les sous-sections 2.A à 2.C décrivent des systèmes de satellites à trois étages (réels ou virtuels). Dans d'autres modes de réalisation, plus de trois étages de satellites pourraient être incorporés dans un système. En outre, un grand nombre des avantages du procédé et de l'appareil de l'invention pourrait être obtenu à l'aide d'autres combinaisons d'étages de satellites.

Section 3 - DESCRIPTION DES ETAGES DE SATELLITES
Pour faciliter la compréhension du procédé et de l'appareil selon l'invention, on décrit ci-après, dans les sous-sections 3.A et 3.B, des modes de réalisation préférés pour les étages de satellites GEO et LEO du mode de réalisation préféré. En outre, dans la sous-section 3.C, un mode de réalisation d'un deuxième étage de satellites LEO est décrit ci-après pour les autres modes de réalisation décrits dans la section 2 ci-dessus.

3.A Etage GEO
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé et l'appareil de l'invention fournissent une constellation de satellites GEO qui assure des services de diffusion, de préférence à un niveau local. Trois satellites GEO sont nécessaires pour couvrir le monde, et le système selon l'invention en possède de préférence au moins six.

Chaque satellite GEO possède plusieurs faisceaux unidirectionnels permettant de diffuser des informations à destination du sol. De mode de réalisation préféré, le système fournit des services de satellite avec une variété de débits de données d'utilisateurs à des terminaux terrestres pour satellites petits, très petits et ultra-petits. Il fournit également des connexions à débit élevé de données avec des terminaux terrestres pour passerelles qui assurent l'interface avec le réseau téléphonique public (PSTN).

Le premier étage LEO fournit une largeur de bande à la demande.

Lorsque des CPE demandent des services, ils sont connectés au premier étage
LEO et la largeur de bande est dynamiquement affectée pour la tâche de télécommunications demandée. Les satellites LEO du premier étage répondent de façon continue aux demandes de différents CPE et effectuent ainsi un important travail de commutation. Par conséquent, le premier étage fourni des services à largeur de bande à la demande, mais le fait aux dépens des servitudes de commutation.

Des exemples de services qui bénéficient d'une largeur de bande à la demande sont l'utilisation d'Internet et les vidéoconférences. Ces services tendent à être de gros consommateurs de largeur de bande, encore que ce soit pendant des durées brèves.

Le modèle de constellation du premier étage LEO consiste en soixantetrois satellites disposés en plans de neuf satellites uniformément séparés qui se trouvent dans sept plans orbitaux. Les satellites forment une constellation qui assure la couverture de plus de 99 % de la surface habitée de la Terre.

Une constellation LEO a été choisie pour cet étage afin d'assurer que les retards subis par les utilisateurs finals soient sensiblement équivalents à ceux des systèmes de transport domestiques intervenant dans les services mondiaux en temps réel. Le système a été conçu de façon à être compatible avec les normes de télécommunications et l'infrastructure terrestre mondiale qui existent aujourd'hui.

Ainsi, le système s'intègre de manière invisible dans les réseaux existants et offre une qualité de services analogue à celle obtenue au moyen de réseaux terrestres à fibres optiques.

3.C Deuxième étage LEO
Dans un mode de réalisation préféré, le procédé et l'appareil de l'invention fournissent une deuxième constellation de satellites en orbite terrestre basse (LEO) qui assure la transmission de données à débit élevé avec des retards de transit faibles sur les zones habitées de la surface de la Terre. Dans un mode de réalisation préféré, le système fournit des services de satellites à divers débits de données d'utilisateurs. Il fournit également des connexions à débit élevé de données avec des terminaux terrestres pour passerelles qui assurent l'interface avec le réseau téléphonique public (PSTN).

Le deuxième étage LEO fournit la largeur de bande sur une base provisionnée. Les connexions fournies par le deuxième étage LEO ne font pas de va et vient comme les connexions à la largeur de bande à la demande du premier étage LEO. Au contraire, un utilisateur prépare une connexion à largeur de bande disponible de façon constante avec un ou plusieurs CPE. La largeur de bande est affectée sur une base provisionnée et est analogue à une ligne de jonction terrestre.

Au contraire du premier étage LEO, le deuxième étage LEO ne s'occupe pas beaucoup des servitudes de commutation. L'absence des servitudes de commutation permet qu'une plus grande partie des ressources de la charge utile du satellite soit utilisée pour la largeur de bande de télécommunications.

Le modèle de constellation prévu pour le deuxième étage LEO consiste en soixante-douze satellites circulant dans des plans de six satellites uniformément séparés se trouvant dans douze orbites planes. Les satellites forment une constellation qui fournit la couverture de plus de 99 % de la surface habitée de la Terre.

Une constellation LEO a été sélectionnée pour la mise en oeuvre du deuxième étage afin d'assurer que les retards subis par les utilisateurs finals soient sensiblement équivalents à ceux des systèmes de transport domestiques pour des services mondiaux en temps réel. Le système a été conçu pour être compatible avec les normes de télécommunications et l'infrastructure terrestre mondiale qui existent actuellement. Ainsi, le système s'intégrera de manière invisible dans les réseaux existants et fournira une qualité de services analogue à celle obtenue à l'aide de réseaux terrestres à fibres optiques.

Section 4 - DESCRIPTION DES COMPOSANTS DU SYSTEME 4.A Equipements basés chez les utilisateur (CPE!
Dans un mode de réalisation préféré, les CPE ont des capacités à la fois en ce qui concerne les services du type Internet et les services multimédia interactifs. De plus, des antennes doubles sont souhaitables. Une première antenne est utilisée pour recevoir les informations de diffusion venant de satellites GEO.

Une deuxième antenne est utilisée pour émettre et recevoir des informations en relation avec les satellites LEO. Selon un mode de réalisation préféré, les CPE ont la possibilité de fonctionner simultanément dans un mode largeur de bande interactive faisant intervenir un trafic du type Internet et la réception de signaux
DTV (télévision directe).

Idéalement, un seul CPE est utilisé pour communiquer à la fois avec les satellites GEO et les satellites LEO. Selon un autre mode de réalisation, on utilise des CPE séparés pour communiquer respectivement avec les étages de satellites
GEO et LEO.

Le procédé et l'appareil selon l'invention fournissent l'infrastructure qui supporte une large gamme de produits CPE compatibles. On donne ici quatre exemples de produits CPE.

Terminal desservant directement le domicile
Le terminal desservant directement le domicile est un terminal de la classe USAT conçu pour fournir des services multimédia et de télétravail au domicile de l'utilisateur. Ce terminal reçoit des liaisons descendantes de l'étage
GEO et présente des communications duplex avec l'étage LEO à largeur de bande à la demande. Le terminal desservant directement le domicile offre une disponibilité de 99,5 % avec une petite antenne à balayage électronique. On peut augmenter la disponibilité avec une plus grande antenne orientée mécaniquement.

Terminal pour petite entreprise
Le terminal pour petite entreprise est un terminal de la classe VSAT conçu pour offrir toute une variété de services à des petites entreprises. Ce terminal reçoit des liaisons descendantes de l'étage GEO et possède des communications duplex avec l'étage LEO à largeur de bande à la demande. Le terminal pour petite entreprise fournit une disponibilité de 99,9 % dans la bande K en région de pluie avec une antenne orientée mécaniquement d'une taille nominale de 0,75 cm.

On peut améliorer cette disponibilité avec une antenne plus grande.

Terminal pour grosse société
Elle fournit un accès aux réseaux d'entreprise et des lignes privées provisionnées à un débit de norme OC- 1. Le terminal pour grosse société fournit des services de liaison montante et de liaison descendante à l'étage GEO et aux deux étages LEO. Le terminal assure une disponibilité de 99,9 % dans la bande K en région de pluie avec la taille nominale de l'antenne et sans devoir utiliser la diversité spatiale d'antenne. A titre d'option, on peut améliorer la disponibilité au moyen d'antennes plus grandes ou en utilisant la diversité spatiale.

Terminal pour passerelle:
Elle assure une interface avec le réseau téléphonique public (PSTN).

On s'attend à ce que des terminaux pour passerelles soient disponibles pour assurer la connexion aux débits de norme OC-l (51,84 Mb/s) et aux débits de la norme
OC-3 (155,54 Mb/s). Le terminal pour passerelle fournit des liaisons montantes et des liaisons descendantes à l'étage GEO et aux deux étages LEO. En disposant de manière appropriée des installations d'antennes réparties, un terminal pour passerelle peut avoir une disponibilité de 99,99 % ou plus.

Tous les terminaux utilisent des antennes directives pour maintenir le contact avec la constellation spatiale avec, de préférence, au moins deux faisceaux d'antenne indépendants par terminal afin de pouvoir supporter des transferts avec chevauchement.

Diverses options sont prévues, au choix des utilisateurs, dans les catégories de base de CPE, en fonction des services destinés à l'utilisateur final qui doivent être supportés par le terminal. Il est fondamental à la conception de CPE que soient prévus par exemple des convertisseurs de services spécifiques à des utilisateurs (par exemple des adaptateurs de protocoles) qui offrent un accès au système d'une manière qui est transparente pour les utilisateurs finals. D'autres options de CPE comprennent des configurations permettant de supporter des débits d'émissions asymétriques prévus pour des types particuliers de services, et des configurations permettant d'étendre les capacités du prestataire de services audelà des débits de données spécifiés à l'aide de fréquences de canaux multiples.

Section 5 - PROCEDE DE FONCTTONNEMENT
La figure 5 représente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention.

A l'étape 510, la plaque tournante mondiale émet les informations relatives à des programmes mondiaux à destination de l'étage GEO. L'étage GEO comprend le satellite GEO source, qui reçoit directement les informations des programmes mondiaux, et, éventuellement, d'autres satellites GEO régionaux.

Ensuite, à l'étape 220, L'étage GEO émet les informations des programmes mondiaux à destination d'une plaque tournante régionale.

Une fois que les informations relatives aux programmes mondiaux se trouvent dans la plaque tournante régionale, elles y sont conditionnellement stockées en vue d'une utilisation ultérieure. S'il est souhaitable que les informations soient utilisées à un moment ultérieur, elles sont stockées et transmises ultérieurement.

Ensuite, à l'étape 530, la plaque tournante régionale réalise la commutation des programmes mondiaux et des programmes régionaux. Les programmes régionaux peuvent également être combinés avec les programmes locaux. Une fois les programmes commutés produits, ils sont renvoyés à l'étage GEO, à l'étape 540, et enfin les programmes commutés sont diffusés par l'étage GEO à l'étape 550.

La figure 6 présente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention.

A l'étape 610, la plaque tournante mondiale émet les informations relatives à des programmes mondiaux à destination de l'étage GEO. L'étage GEO est constitué du satellite GEO source, qui reçoit directement les informations des programmes mondiaux, et, éventuellement, d'autres satellites GEO régionaux.

Ensuite, à l'étape 620, une plaque tournante régionale émet les informations relatives à des programmes régionaux à destination de l'étage GEO.

Alors, à l'étape 630, au moins une plaque tournante locale émet des informations relatives à des programmes locaux à destination de l'étage GEO.

Ensuite, à l'étape 640, un satellite GEO régional effectue la commutation des programmes mondiaux, des programmes régionaux et des programmes locaux. Une fois produits les programmes commutés, ils sont diffusés par l'étage GEO à l'étape 650.

La figure 7 présente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention.

A l'étape 710, la plaque tournante mondiale émet les informations relatives à des programmes mondiaux à destination d'un étage LEO. Ensuite, à l'étape 720, l'étage LEO émet les informations des programmes mondiaux à destination d'une plaque tournante régionale.

Une fois que les informations relatives aux programmes mondiaux se trouvent dans la plaque tournante régionale, elles y sont conditionnellement stockées en vue d'une utilisation ultérieure. Si l'on souhaite que les informations soient utilisées à un moment ultérieur, elles sont stockées et envoyées ultérieurement.

Ensuite, à l'étape 730, la plaque tournante régionale effectue la commutation des programmes mondiaux et des programmes régionaux. Les programmes régionaux peuvent également être combinés avec des programmes locaux. Après que les programmes commutés ont été produits, ils sont émis à destination d'un étage GEO à l'étape 740, et, enfin, les programmes commutés sont diffusés par l'étage GEO à l'étape 750.

La figure 8 présente un procédé de fonctionnement pour un système de satellites à deux étages selon un mode de réalisation de l'invention.

A l'étape 810, la plaque tournante mondiale émet les informations relatives à des programmes mondiaux à destination d'un étage LEO. Ensuite, à l'étape 820, L'étage LEO émet les informations des programmes mondiaux à destination d'une plaque tournante régionale.

Après cela, à l'étape 830, la plaque tournante régionale émet les informations des programmes mondiaux et les informations de programmes régionaux à destination d'un satellite GEO régional.

Ensuite, à l'étape 840, au moins une plaque tournante locale émet des informations relatives à des programmes locaux à destination du satellite GEO régional.

Alors, à l'étape 850, le satellite GEO régional effectue la commutation des programmes mondiaux, des programmes régionaux et des programmes locaux.

Une fois produits les programmes commutés, ils sont diffusés par l'étage GEO à l'étape 860.

En résumé, un procédé et un appareil ont été décrits, qui permettent de combiner plusieurs constellations de satellites dans un réseau fonctionnant en coopération. Un étage GEO de satellites reçoit des informations devant être diffusées à toute la Terre. L'étage GEO reçoit les informations de la part de plaques tournantes mondiales, de plaques tournantes régionales et de plaques tournantes locales. Les programmes locaux sont combinés avec les programmes régionaux et globaux soit par la plaque tournante régionale, soit par un satellite
GEO.

La description qui vient d'être donnée des modes de réalisation particuliers révélera pleinement la nature générale de l'invention, que d'autres pourront, en appliquant les connaissances courantes, facilement modifier ou adapter en vue de diverses applications de ces modes de réalisation particuliers, sans pour autant s'échapper du concept générique et, par conséquent, ces adaptations et modifications doivent être comprises comme relevant de la signification des modes de réalisation décrits ainsi que la gamme étendue de leurs équivalents. Par exemple, il est possible de combiner les premier et deuxième étages LEO en un seul étage en combinant les charges utiles des deux étages en un seul étage.

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

REVENDICATIONS

1. Système de télécommunications par satellites, caractérisé par:

plusieurs constellations ayant chacune un ou plusieurs satellites;

au moins une "plaque tournante" mondiale (30) qui fonctionne en coopération avec les constellations; et

plusieurs équipements (75) basés chez des utilisateurs, qui fonctionnent en coopération avec au moins deux des constellations;

où les équipements basés chez des utilisateurs sollicitent des services de la part d'au moins une plaque tournante mondiale via l'une des constellations, et

la plaque tournante mondiale accorde les services et les fournit aux équipements basés chez des utilisateurs via une constellation qui est adaptée à la fourniture des services demandés.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première dite constellation est une constellation de satellites géosynchrones appropriée à la fourniture de services de diffusion.

3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première dite constellation est une constellation de satellites en orbite terrestre basse qui est appropriée à la fourniture de services à largeur de bande à la demande.

4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première dite constellation est une constellation de satellites en orbite terrestre basse appropriée à la fourniture de services à largeur de bande provisionnés.

5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que

une première dite constellation est une constellation de satellites géosynchrones comprenant une pluralité de satellites géosynchrones, ou GEO, (40);

une deuxième dite constellation est une constellation de satellites en orbite terrestre basse comprenant une pluralité de satellites en orbite terrestre basse, ou LEO, (55); et

lesdits satellites GEO et lesdits satellites LEO se partagent une plateforme de satellite commune.

6. Procédé de fonctionnement d'un système de satellites à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes

une plate-forme mondiale émet des informations de programmes mondiaux à destination d'un étage GEO;

ledit étage GEO émet lesdites informations des programmes mondiaux à destination d'une plaque tournante régionale;

ladite plaque tournante régionale effectue la commutation desdits programmes mondiaux relativement à des programmes régionaux afin de créer des programmes commutés;

ladite plaque tournante régionale émet lesdits programmes commutés à destination dudit étage GEO ; et

ledit étage GEO diffuse lesdits programmes commutés.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits programmes régionaux comprennent des programmes locaux.

8. Procédé de fonctionnement d'un système de satellites à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes:

une plaque tournante mondiale émet des informations de programmes mondiaux à destination d'un étage GEO;

une plaque tournante régionale émet des informations de programmes régionaux à destination dudit étage GEO;

une plaque tournante locale émet des informations de programmes locaux à destination dudit étage GEO;

un satellite GEO régional effectue la commutation desdits programmes mondiaux relativement auxdits programmes régionaux et auxdits programmes locaux afin de créer des programmes commutés; et

ledit satellite GEO régional diffuse lesdits programmes commutés.

9. Procédé de fonctionnement d'un système à de satellites à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes

une plaque tournante mondiale émet des informations de programmes mondiaux à destination d'un étage LEO;

ledit étage LEO émet lesdites informations des programmes mondiaux à destination d'une plaque tournante régionale;

ladite plaque tournante régionale émet lesdits programmes commutés à destination d'un étage GEO ; et

ledit étage GEO diffuse lesdits programmes commutés.

10. Procédé de fonctionnement d'un système de satellites à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes

ledit étage LEO émet lesdites informations des programmes mondiaux à destination d'une plate-forme régionale;

ladite plate-forme régionale émet lesdites informations des programmes mondiaux et des informations relatives à des programmes régionaux à destination d'un étage GEO;

ledit satellite GEO régional diffuse lesdits programmes commutés.