FR3159871A1 - Procédé, dispositif et programme de de contrôle d’une zone de couverture d’un satellite serveur d’un système de communication. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé de contrôle d’une zone de couverture d’un satellite serveur d’un système de communication satellitaire comprenant une pluralité de satellites, le procédé comprenant des étapes de détermination (300) d’au moins une dimension Rc d’une zone géographique C à couvrir par le satellite serveur avec une qualité de service particulière, de détermination (301) d’un niveau d’interférence global sur la zone C à couvrir à partir des positions et puissances d’émission relatives des satellites présents dans une zone d’interférence et d’une caractéristique de l’environnement au sol susceptible d’influencer ledit niveau d’interférence global, de détermination (305) d’une puissance d’émission minimale du satellite serveur permettant d’offrir une qualité de service cible dans la zone C à couvrir, compte tenu du niveau d’interférences déterminé, et de configuration (306) du satellite serveur avec la puissance d’émission déterminée. L’invention vise également un dispositif et un programme d’ordinateur adaptés pour mettre en œuvre le procédé. Figure pour l’abrégé : figure 3

Description

Procédé, dispositif et programme de de contrôle d’une zone de couverture d’un satellite serveur d’un système de communication.

L’invention se rapporte au domaine général des télécommunications. Elle concerne plus particulièrement la configuration d’un réseau de communication satellitaire et notamment le contrôle d’une zone de couverture.

L’invention trouve une application privilégiée mais non limitative dans le cadre de services mobiles s’appuyant sur un réseau de communication satellitaire.

Art antérieur

De façon connue en soi, un réseau de communication satellitaire s’appuie sur une pluralité de satellites placés sur orbite et déployés pour couvrir une zone géographique donnée de la surface terrestre. Pour transmettre des données vers un équipement utilisateur du réseau satellitaire, un satellite, dit « satellite serveur », émet un signal radio vers l’équipement utilisateur avec une certaine puissance dite d’émission. On note que le satellite serveur est celui qui couvre la zone géographique dans laquelle se trouve l’équipement utilisateur et auquel l’équipement utilisateur est connecté ou associé.

Un satellite comprend un ou plusieurs spots d’émission couvrant chacun une zone géographique, dite zone de couverture, au centre de laquelle la puissance du signal émis par le spot est maximum lorsque l’émetteur pointe au nadir. La puissance du signal, et donc le débit disponible décroit en s’écartant du centre de la zone de couverture. En effet, le signal émis par le satellite serveur subit une atténuation qui est fonction de la distance en ligne directe séparant le satellite serveur de l’équipement utilisateur. Ainsi, la puissance d’émission et le rayon de la zone sont définis conjointement pour garantir une qualité de service minimum en tout point de la zone de couverture.

Cependant, des facteurs externes sont susceptibles d’altérer le signal émis par un satellite et donc de modifier les caractéristiques de la zone de couverture.

Le signal reçu peut notamment être affecté par des interférences générées par les autres satellites du réseau satellitaire qui émettent simultanément en utilisant les mêmes ressources que le satellite serveur (typiquement la même fréquence), et par les caractéristiques de l’environnement du récepteur.

Chaque satellite du réseau satellitaire autre que le satellite serveur est en effet susceptible de générer un signal interférant avec le signal utile émis par le satellite serveur : l’interférence ainsi générée dépend de l’altitude du satellite en question, de sa puissance d’émission et de sa position relative par rapport à la zone couverte par le satellite serveur. L’impact en résultant sur les performances du satellite serveur n’est pas négligeable car tous les satellites du réseau satellitaire émettent simultanément vers un grand nombre d’équipements utilisateurs dans la même bande de fréquences.

La puissance du signal reçu par un équipement utilisateur est également affectée par l’environnement de l’équipement. Par exemple, le fait que le récepteur se trouve dans un environnement urbain, rural, ou le fait que l’équipement soit situé à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment conditionne la puissance utile reçue.

Ces interférences ont un impact sur la puissance du signal et donc sur les caractéristiques de la zone effectivement couverte par un satellite, notamment sur le rayon de la zone couverte.

L’état de la technique ne permet pas de savoir a priori si les caractéristiques d’un spot et/ou d’un satellite, en particulier sa puissance d’émission, permettent de couvrir une zone donnée avec une qualité de service demandée, ni s’il est possible d’atteindre un tel objectif en ajustant certains paramètres de transmission, par exemple la puissance d’émission. L’opérateur ne peut donc pas, a priori, garantir une qualité de service et une couverture particulière au destinataire.

Il existe donc un besoin pour une méthode permettant de déterminer et de contrôler l’étendue d’une zone couverte par un satellite dans laquelle une qualité de service particulière est requise.

A cet effet, il est proposé un procédé de contrôle d’une zone de couverture d’un satellite serveur d’un système de communication satellitaire comprenant une pluralité de satellites, le procédé comprenant les étapes suivantes :

• Détermination d’au moins une dimension d’une zone géographique à couvrir par le satellite serveur avec une qualité de service cible particulière,
• Détermination d’un niveau d’interférence global sur la zone à couvrir à partir des positions et puissances d’émission relatives des satellites présents dans une zone d’interférence et d’une caractéristique de l’environnement au sol susceptible d’influencer ledit niveau d’interférence global,
• Détermination d’une puissance d’émission minimale du satellite serveur permettant de couvrir la zone avec la qualité de service cible, compte tenu du niveau d’interférences déterminé, et
• Configuration du satellite serveur avec la puissance d’émission déterminée.

Il est ainsi proposé d’ajuster la puissance d’émission d’un satellite pour que la zone de couverture atteigne une taille particulière en tenant compte des interférences susceptibles d’affecter la dimension de cette zone de couverture.

De cette façon, le procédé permet de conserver une zone de couverture de taille constante quel que soit le niveau d’interférence affectant le signal. Par exemple, en mettant en œuvre régulièrement le procédé, on peut conserver une zone de couverture de taille fixe au cours du déplacement du satellite. Le procédé peut ainsi être mis en œuvre itérativement, à une fréquence pouvant être déterminée selon la vitesse de déplacement du satellite et du rayon de la zone de couverture courante de manière à offrir une zone de couverture de dimensions stable, facilitant ainsi la configuration de la constellation de satellite.

Le procédé permet en outre de déterminer a priori si un utilisateur à une localisation donnée peut ou non être couvert par un satellite donné avec une qualité de service cible particulière, c’est-à-dire si l’utilisateur se trouve dans la zone de couverture effective compte tenu des satellites interférents et de l’environnement du récepteur.

La qualité de service cible est une qualité de service minimum dont un récepteur doit pouvoir bénéficier en tout point de la zone de couverture.

Un satellite de communication peut comprendre un ou plusieurs spots d’émission qui permettent chacun de couvrir une zone géographique particulière. Dans cet exposé, on utilisera indifféremment les termes « spot » ou « satellite » pour désigner un spot d’émission d’un satellite, de sorte que les formulations « zone couverte par un satellite » et « zone couverte par un spot d’un satellite » sont ici équivalentes.

Dans un mode de réalisation particulier, le procédé est tel que, au moins une dimension d’une zone géographique à couvrir par le satellite serveur avec une qualité de service cible particulière est déterminée, au moins à partir des positions d’un récepteur terrestre particulier et du satellite serveur.

Une telle disposition permet un ajustement de la puissance à laquelle le satellite devra émettre un signal pour qu’un récepteur à un emplacement particulier puisse être couvert avec une qualité de service particulière. Par exemple, lorsqu’un utilisateur est situé en bordure de zone de couverture et que la qualité de service dont il bénéficie descend sous une valeur seuil, le procédé permet de déterminer la puissance d’émission requise pour augmenter le rayon de la zone de couverture afin d’inclure l’utilisateur. Dans le cas où la puissance maximale d’émission serait atteinte, le récepteur peut être assigné à un autre satellite.

Selon un mode particulier de réalisation, l’étape de détermination d’une puissance d’émission minimale du satellite comprend les sous-étapes suivantes :

• Détermination d’un rayon d’une zone couverte par un émetteur satellite à partir d’une puissance d’émission courante du satellite et du niveau global d’interférences déterminé, et
• Détermination qu’un emplacement particulier est compris dans la zone de couverture à partir du rayon déterminé et de la position du satellite émetteur,
• Lorsque l’emplacement n’est pas compris dans la zone de couverture , détermination du rayon cible d’une zone de couverture permettant d’inclure l’emplacement, et
• Détermination d’une puissance d’émission minimale du satellite serveur permettant d’offrir une qualité de service cible dans une zone de couverture de rayon , compte tenu du niveau d’interférences déterminé.

De cette façon, le procédé permet de déterminer à priori si un emplacement particulier est compris dans la zone de couverture du satellite, c’est-à-dire si l’emplacement permet d’offrir une qualité de service particulière compte tenu du niveau global d’interférences, et de déterminer si tel n’est pas la cas une puissance d’émission permettant d’étendre la couverture jusqu’à l’emplacement pour qu’il bénéficie de la qualité de service attendue.

Selon une réalisation particulière, le niveau d’interférence global est déterminé en tenant compte de l’impact relatif global des autres satellites compte tenu de l'environnement local du récepteur par une relation équivalente à la relation :

dans laquelle désigne l’écart-type de l’influence de l’environnement local du récepteur, désigne la distance séparant le récepteur du satellite , avec .

Une telle relation permet de modéliser l’impact global de la topologie du système sur le récepteur du signal utile, en prenant en compte à la fois la topologie du réseau satellitaire et la topologie de l’environnement local au récepteur.

Le terme caractérise l’impact relatif des positions relatives des sources d’interférences (autres satellites, autres spots du même satellite) par rapport à celles du récepteur.

La puissance d’émission requise pour couvrir une zone particulière dans laquelle se situe un récepteur est ainsi déterminée en tenant compte des caractéristiques des autres spots et/ou autres satellites (notamment leur distance par rapport au récepteur considéré et de leur puissance d’émission) et des caractéristiques de l’environnement du récepteur.

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé est tel que le système de communication comprend en outre au moins une surface intelligente reconfigurable RIS adaptée pour contrôler la façon dont le signal se réfléchit sur cette surface, le procédé comprenant en outre les étapes suivantes :

- Sélection d’un sous-ensemble de RIS du système de communication en prenant en compte au moins la distance séparant une RIS du récepteur terrestre, et

- Configuration de la phase d’au moins une RIS sélectionnée à partir des positions respectives du satellite serveur, de la RIS et du récepteur terrestre, de façon à mettre en phase le signal reçu en ligne directe par le récepteur terrestre avec la phase du signal réfléchi par la RIS sélectionnée et augmenter la puissance utile reçue par le récepteur.

Les surfaces réfléchissantes reconfigurables (Reconfigurable Intelligent Surfaces, ou RIS en anglais) sont une innovation technologique récente dans le secteur des télécommunications. Une RIS comprend une matrice bidimensionnelle de cellules élémentaires qui peuvent être configurées pour permettre une modification dynamique des caractéristiques (notamment en termes de direction) d'une onde électromagnétique réfléchie, en réponse à une onde incidente.

La prise en compte de RIS à proximité du terminal, et notamment l’application d’une configuration adaptée à une ou plusieurs RIS permet d’améliorer la qualité du signal au récepteur.

Il est ainsi proposé d’appliquer une configuration particulière à une ou plusieurs RIS à proximité du terminal qui modifie la phase du signal réfléchi de façon à la faire correspondre à la phase du signal reçu en ligne directe par le récepteur terrestre. Autrement dit, une partie du signal qui n’aurait pas atteint le récepteur est réfléchie vers lui après un alignement de phase pour augmenter la puissance du signal reçu.

Le procédé permet ainsi de tirer parti de la présence de RIS à proximité du récepteur terrestre pour appliquer une configuration particulière au système de communication et déterminer avec précision la puissance d’émission nécessaire pour couvrir une zone géographique dans laquelle se situe un récepteur particulier.

La phase du signal étant égale à la distance séparant l’émetteur et le récepteur multipliée par le nombre d'onde (soit , avec la longueur d'onde), on peut déterminer la différence de phase entre le signal en ligne directe et le signal réfléchi, à partir de la différence entre la distance séparant le satellite et la RIS et la distance séparant le satellite et le récepteur. Cette différence de phase permet de configurer la RIS.

Dans un mode de réalisation particulier, l’étape de sélection d’au moins une RIS comprend le calcul d’un produit de la distance entre le récepteur et la RIS par la distance entre la RIS et le satellite, une RIS étant sélectionnée lorsqu’elle minimise ledit produit.

Une telle disposition permet la sélection d’au moins une RIS particulière parmi les RIS qui sont à proximité du récepteur terrestre qui maximise la puissance utile au récepteur.

Lorsque le satellite émet une puissance , la puissance reçue par le récepteur est donnée par la relation suivante :

Avec :

Avec :

la distance entre le satellite serveur et le récepteur,

la distance entre le satellite et la RIS ,

la distance entre la RIS et le récepteur,

les facteurs de propagation du signal direct et des signaux réfléchis par les RIS i. Ces facteurs prennent en compte les gains de l’émetteur du récepteur et des RIS.

dépend du rapport entre la distance séparant l’émetteur et récepteur et du produit . Ainsi, lorsque ce produit est minimum, le facteur est maximum.

L’effet d’une RIS pour le récepteur, après contrôle de phase, se traduit par une puissance reçue accrue d’un facteur .

Ainsi, en proposant de sélectionner une RIS qui minimise la valeur du produit , le procédé maximise la puissance utile au récepteur. Il est ainsi possible de réduire la puissance de l’émetteur pour couvrir une zone donnée.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un dispositif de contrôle d’une zone de couverture d’un satellite serveur d’un système de communication satellitaire comprenant une pluralité de satellites, le dispositif comprenant un processeur couplé à une mémoire dans laquelle sont enregistrées des instructions de programme configurées pour mettre en œuvre les étapes suivantes :

• Détermination d’au moins une dimension d’une zone géographique à couvrir par le satellite serveur avec une qualité de service cible particulière,
• Détermination d’un niveau d’interférence global sur la zone à couvrir à partir des positions et puissances d’émission relatives des satellites présents dans une zone d’interférence et d’une caractéristique de l’environnement au sol susceptible d’influencer ledit niveau d’interférence global,
• Détermination d’une puissance d’émission minimale du satellite serveur permettant d’offrir une qualité de service cible dans la zone à couvrir, compte tenu du niveau d’interférences déterminé, et
• Configuration du satellite serveur avec la puissance d’émission déterminée.

Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif est configuré pour déterminer la puissance d’émission de manière à couvrir une zone dont de rayon cible déterminé au moins à partir de la localisation d’un récepteur terrestre particulier.

L’invention vise également une unité de contrôle comprenant un dispositif de contrôle tel que décrit ci-dessus.

L’invention concerne aussi un système de communication comprenant une telle unité de contrôle, une pluralité de satellites, et au moins un récepteur terrestre.

Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé de contrôle sont déterminées par des instructions de programmes d’ordinateur.

En conséquence, l’invention vise aussi un programme d’ordinateur comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de contrôle tel que décrit ci-dessus, lorsque le programme est exécuté par un processeur.

Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importe quelle autre forme souhaitable.

L’invention vise aussi un support d’information lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de contrôle tel que décrit ci-dessus.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, une mémoire flash, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, comme un disque dur.

D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être téléchargé sur un réseau de type Internet.

Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.

Les différents modes ou caractéristiques de réalisation précités peuvent être ajoutés indépendamment ou en combinaison les uns avec les autres, aux étapes du procédé de contrôle.

Les dispositifs, contrôleurs, systèmes, programmes et supports d’information présentent des avantages analogues à ceux conférés par le procédé de contrôle.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux dessins annexés parmi lesquels :

• LaFIG. 1représente un environnement adapté pour mettre en œuvre le procédé de contrôle selon un mode particulier de réalisation,
• LeFIG. 2représente un satellite dont la zone de couverture est affectée par des interférences,
• LaFIG. 3est un ordinogramme représentant les principales étapes d’un procédé de contrôle selon une réalisation particulière,
• LaFIG. 4est un diagramme représentant l’architecture d’un dispositif adapté pour mettre en œuvre le procédé de contrôle dans une réalisation particulière.

Description détaillée

Dans la description qui va suivre, des modes de réalisation sont décrits sur la base d’exemples non limitatifs permettant d’expliciter les concepts sur lesquels se base l’invention. En particulier, bien que les exemples et la terminologie employés peuvent se référer à certaines technologies ou standards bien connus, ces références ne sont pas limitatives et d’autres technologies peuvent être adaptées pour mettre en œuvre les concepts de l’invention.

LaFIG. 1représente un environnement adapté pour mettre en œuvre le procédé de contrôle selon un mode particulier de réalisation.

L’environnement comprend un système de communication 110 comprenant une pluralité de satellites 100 à 102 d’une constellation de satellites LEO (pour Low Earth Orbit en anglais). La constellation comprend notamment un satellite 100 dit « serveur », qui est adapté pour transmettre un signal vers un récepteur terrestre 103 du système 110 présent dans sa zone de couverture. Chaque satellite peut comprendre un ou plusieurs spots configurés pour émettre un signal avec une configuration particulière.

L’environnement local du récepteur 103 comprend des bâtiments 104 susceptibles d’altérer le signal transmis en générant des interférences de type multi-trajet par exemple.

De façon optionnelle, le système de communication 110 peut comprendre des surfaces réfléchissantes reconfigurables, par exemple des surfaces RIS 105 et 106 adaptées pour modifier dynamiquement, par configuration, des caractéristiques d'une onde électromagnétique réfléchie, en réponse à une onde incidente. Les surfaces RIS 105 et 106 sont en particulier configurées pour modifier la phase du signal réfléchi en réponse à une commande de configuration particulière.

Le système 110 comprend enfin une unité de contrôle 107, adaptée pour communiquer avec les surfaces RIS 105 et 106, les satellites 100 à 102 et le terminal 103. Aucune limitation n’est attachée à la nature du contrôleur. Par exemple, il peut s’agir d’un serveur dans un cœur de réseau de communication, ou encore d’un équipement particulier d’une station de base d’un réseau cellulaire. L’unité de contrôle peut communiquer avec les entités par l’intermédiaire d’un réseau filaire, d’un réseau cellulaire, une connexion satellitaire ou par tout moyen adapté. Ainsi, l’unité de contrôle peut recevoir des données en provenance du récepteur 103, des surfaces RIS et des satellites, mais aussi transmettre des données vers ces équipements et particulièrement transmettre une configuration vers un satellite ou une surface RIS particulière afin d’en modifier le paramétrage.

Les satellites 100-102, l’unité de contrôle 107, le récepteur 103 et les surfaces RIS 104-105 forment un système de communication 110. Bien entendu, un tel système peut comprendre d’autres entités bien connues nécessaires à son fonctionnement mais qui n’ont pas été représentées dans un souci de clarté.

Dans un tel système de communication, un ensemble de satellites est déployé à une certaine altitude. Lorsqu’un satellite transmet des données vers un utilisateur au sol, il émet un signal radio vers cet utilisateur à une certaine puissance. Le signal radio couvre une zone géographique particulière dont l’étendue dépend non seulement des caractéristiques du satellite, notamment de sa puissance d’émission et de son orbite, mais aussi du niveau d’interférence que subit le signal. Bien entendu, la puissance du signal utile susceptible d’être reçu dans la zone couverte varie selon l’emplacement et les paramètres orbitaux des satellites: lorsque le satellite pointe au nadir, elle est maximale au centre de la zone couverte et diminue en s’éloignant du centre jusqu’à atteindre une valeur plancher au-dessous de laquelle il n’est plus possible d’offrir une qualité de service déterminée. La zone de couverture d’un satellite est ainsi définie par la zone géographique au sein de laquelle la puissance du signal utile est supérieure à un seuil permettant d’offrir une qualité de service cible. On comprend ainsi que les dimensions d’une zone de couverture d’un satellite sont affectées par l’éventuelles interférences.

Ainsi, en référence à la figure 2, une zone de couverture nominale de rayon d’un satellite 200 peut être réduite à une zone de rayon du fait d’interférences. Autrement dit, en présence d’interférence, seule la zone C’ permet d’offrir une qualité de service qui serait par ailleurs disponible dans toute la zone C en l’absence d’interférences.

Dans ces conditions, le procédé de contrôle permet de déterminer la puissance d’émission P nécessaire, compte tenu des interférences, pour couvrir une zone particulière, par exemple la zone de couverture nominale C.

Une réalisation particulière du procédé de contrôle va maintenant être décrite en relation avec laFIG. 3. Le procédé est par exemple mis en œuvre par l’unité de contrôle 107 du système de communication 110 de laFIG. 1.

Lors d’une première étape 300, l’unité de contrôle 107 détermine les caractéristiques d’une zone géographique à couvrir par un satellite ou un spot d’un satellite particulier. Lorsque l’émetteur pointe au nadir, la projection au sol du signal est de forme généralement circulaire, l’étendue d’une zone de couverture peut donc être définie par son rayon. Ainsi, l’unité de contrôle peut déterminer le rayon Rc d’une zone à couvrir C. Le rayon Rc peut correspondre au rayon d’une zone de couverture nominale déterminée par la configuration du système de communication. Comme on l’a vu, la zone géographique effectivement couverte par un satellite avec une qualité de service particulière peut être différente de la zone de couverture nominale, notamment à cause d’interférences susceptibles d’affecter la puissance du signal dans la zone.

Le rayon Rc peut également être déterminé à partir des positions respectives d’un récepteur terrestre particulier et du satellite serveur de sorte que le rayon Rc peut être déterminé de façon à inclure l’emplacement d’un récepteur particulier dans la zone de couverture. Autrement dit, le rayon Rc est au moins égal à la distance séparant le récepteur terrestre du centre de la zone de couverture. Le centre de la zone étant déterminé à partir des paramètres orbitaux du satellite. Par exemple, les positions du récepteur et du satellite serveur sont respectivement obtenues par interrogation du récepteur 103 lorsqu’il est muni d’un récepteur GNSS (pour Global Navigation Satellite System en anglais), et à partir de paramètres orbitaux du satellite considéré.

A l’étape 301, l’unité de contrôle 107 détermine un niveau d’interférence global déterminé à partir des positions et puissances d’émission relatives des satellites présents dans une zone d’interférence par rapport à celles du récepteur, et d’une topologie particulière de l’environnement local au récepteur susceptible d’influencer ledit niveau d’interférence global.

Pour cela, l’unité de contrôle détermine une valeur moyenne du SINR (pour Signal to Interference plus Noise Ratio en anglais) du signal perçu par le récepteur 103, qui tient compte des interférences et du bruit thermique, lorsque l’on considère l’impact de l’environnement£ et de tous les satellites et spots interférents.

Les inventeurs ont d’abord modélisé par des termes et l’impact relatif des positions et puissances relatives des sources d’interférences (autres satellites, autres spots du même satellite) par rapport à celles du récepteur. Ce sont des facteurs qui caractérisent la topologie du système dans lequel se situe le spot (autres spots appartenant au même satellite, constellation de satellites) par rapport au récepteur. On peut aussi parler d’une sorte de « facteur de forme » du système. Autrement dit et caractérisent l’impact global de la topologie du système sur le récepteur du signal utile. Ces facteurs sont définis par des relations équivalentes à :

dans lesquelles désigne la distance séparant un satellite interférence du récepteur et la distance entre le satellite serveur et le récepteur.

Les inventeurs ont ensuite utilisé la formule [Math 4] pour caractériser l’impact global du shadowing , c’est-à-dire de l’influence sur le signal des obstacles présents dans l’environnement, compte-tenu de la topologie du système satellitaire, par la relation :

Avec :

Les facteurs et permettent ainsi de calculer une moyenne du ratio interférence sur signal utile à un emplacement particulier, prenant en compte l’impact du shadowing :

A partir du facteur , permettant de prendre en compte le shadowing, les inventeurs proposent de calculer l’écart-type du ratio signal utile sur interférence reçu au récepteur. modélise alors l’impact des interférences (sans prendre compte le bruit thermique) sur le SIR (pour Signal to Interference Ratio en anglais) du signal perçu, lorsque l’on considère l’impact de l’environnement du récepteur et de tous les satellites et spots interférents.

La moyenne du ratio interférence sur signal utile et le carré de l’écart-type permettent de calculer un terme caractérisant la valeur moyenne du SIR du signal perçu, qui tient compte des interférences mais pas du bruit thermique, lorsque l’on considère l’impact de l’environnement et de tous les satellites et spots interférents :

L’influence du bruit thermique sur le signal est caractérisée par une valeur telle que :

Où :

Avec le bruit thermique, la puissance d’émission et la constante de propagation.

Il est alors possible de définir une valeur caractérisant la valeur moyenne du SINR du signal perçu, en tenant compte des interférences et du bruit thermique, lorsque l’on considère l’impact de l’environnement et de tous les satellites et spots interférents.

Le terme caractérise l’impact, en termes du carré de l’écart type, des interférences et du bruit thermique sur le SINR du signal perçu, lorsque l’on considère l’impact de l’environnement et de tous les satellites et spots interférents. Il est donné par la formule :

Dans laquelle :

Et

L’unité de contrôle peut ainsi déterminer la valeur moyenne du SINR du signal perçu, en tenant compte des interférences et du bruit thermique, et en considérant l’impact de l’environnement et de tous les satellites et spots interférents.

A l’étape 304, l’unité de contrôle 107 détermine la puissance minimale à laquelle le satellite serveur doit émettre un signal pour couvrir la zone C avec une qualité de service particulière.

Cette puissance minimale est déterminée à partir de la relation suivante :

Où :

• est le rayon de la zone de couverture,
• la puissance d’émission du satellite,
• la qualité de service cible,
• l’écart-type du shadowing,
• la surface de la zone de couverture, soit ,
• est la probabilité de non-couverture.

Par exemple, si G = 5%, alors pour un rayon de couverture et une puissance , alors on obtient une qualité de service avec une probabilité de 95%. Autrement dit, on a 5% de chance d’avoir une qos inférieure à dans une zone de couverture de rayon Rc avec une puissance P.

Une telle relation permet ainsi de déterminer une puissance pour un rayon de couverture et une qualité de service .

Dans l’expression [Math 16], est une fonction d’erreur complémentaire telle que :

Lors d’une étape 305, l’unité de contrôle met à jour la configuration du satellite à partir de la puissance minimale déterminée à l’étape 304. Pour cela, l’unité de contrôle transmet un message vers le satellite dont la puissance d’émission doit être mise à jour, le message comprenant un identifiant du spot et une commande de mise à jour d’un paramètre de transmission, comme la puissance d’émission.

Le satellite serveur peut ainsi adapter sa puissance d’émission pour couvrir une zone particulière avec une qualité de service minimum garantie, en tenant compte de l’environnement au sol et des interférences susceptibles d’être générées par d’autres satellites de la constellation. Le satellite est configuré avec une puissance minimale de transmission permettant de couvrir la zone, ce qui a pour effet de limiter la dépense énergétique et de réduire le risque que le signal transmis interfère avec les signaux d’autres satellites utilisant les mêmes ressources.

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé prend en compte des surfaces réfléchissantes reconfigurables 105 et 106 (ou RIS, pour Reconfigurable Intelligent Surfaces en anglais) présentes dans l’environnement du récepteur 103 pour déterminer les caractéristiques de la zone de couverture.

Pour cela, le procédé comprend une étape 302 au cours de laquelle une ou plusieurs RIS localisées à proximité du récepteur 103 ou d’un emplacement particulier sont sélectionnées. Par exemple, lors de cette première sélection, l’unité de contrôle 107 sélectionne les RIS qui sont situés à une distance inférieure à un seuil particulier du récepteur ou de l’emplacement en question.

Selon une réalisation particulière, l’unité de contrôle 107 détermine, parmi les RIS sélectionnées, les RIS qui sont les plus susceptibles d’influencer positivement la puissance du signal à l’emplacement.

Pour cela, l’unité de contrôle 107 détermine, pour chaque RIS sélectionnée, un produit de la distance entre le satellite serveur de la RIS , avec la distance entre la RIS et le récepteur.

Par exemple, en référence à la figure 1, l’unité de contrôle 107 sélectionne en premier lieu les RIS 105 et 106 parce que la distance qui les sépare du terminal 103 est inférieure à un seuil particulier. L’unité de contrôle 107 détermine ensuite laquelle de ces RIS est la plus adaptée pour améliorer le signal au récepteur. Pour cela, l’unité de contrôle 107 calcule le produit et le produit et sélectionne la RIS qui est associée au produit de plus faible valeur. Comme on l’a vu précédemment, une RIS qui minimise un tel produit permet de maximiser la puissance du signal réfléchi vers le récepteur.

A l’étape 303, l’unité de contrôle détermine la valeur d’un déphasage du signal reçu en ligne direct à l’emplacement du récepteur 103 avec le signal réfléchi par la RIS sélectionnée. L’unité de contrôle peut calculer le déphasage en multipliant la différence entre la distance parcourue par le signal en ligne directe et la distance parcourue par le signal réfléchi par le nombre d’ondes :

Avec :

• la distance séparant le satellite serveur du récepteur en ligne directe,
• la distance séparant le satellite serveur de la RIS sélectionnée,
• la distance séparant la RIS sélectionnée du récepteur,
• le nombre d’onde.

A partir de la valeur de déphasage calculée, l’unité de contrôle configure la RIS pour modifier la phase du signal réfléchi, de manière à aligner la phase du signal réfléchi avec la phase du signal reçu en ligne directe par le récepteur.

De cette façon, le signal en ligne directe et le signal réfléchi sont reçus en phase par le récepteur, la puissance du signal résultant étant ainsi augmentée. Plus précisément, l’effet d’une RIS pour le récepteur, après contrôle de phase, se traduit par une puissance reçue accrue d’un facteur , étant défini par la relation [Math 3].

L’augmentation de la puissance du signal utile reçu grâce à la configuration d’une ou plusieurs RIS à proximité autorise une réduction de la puissance d’émission du satellite pour garantir une qualité de service dans la zone considérée. L’unité de contrôle peut alors déterminer une nouvelle puissance d’émission minimale pour que le satellite serveur puisse garantir une qualité de service particulière sur la zone C de rayon Rc considérée.

LaFIG. 4représente l’architecture d’un dispositif 400 adapté pour mettre en œuvre le procédé de contrôle selon une réalisation particulière. Le dispositif 400 est par exemple intégré à l’unité de contrôle 107 représentée sur laFIG. 1.

Le dispositif 400 comprend un module de traitement de données comprenant un espace de stockage 401, par exemple une mémoire (MEM), une unité de traitement 402, équipée par exemple d'un microprocesseur (PROC), et pilotée par un programme d'ordinateur (PGR) 403 dont les instructions sont configurées pour mettre en œuvre le procédé de contrôle tel que décrit précédemment en relation avec laFIG. 3.

A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 403 sont par exemple chargées dans la mémoire 401 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 402. Le microprocesseur de l'unité de traitement 402 met en œuvre, selon les instructions du programme d'ordinateur 403, les étapes du procédé de contrôle décrit ci-avant en référence à laFIG. 3.

Pour cela, outre la mémoire 401 et le processeur 402, le dispositif comprend des moyens de communication 404, lui permettant d’échanger des messages avec d’autres dispositifs. Ces moyens de communication sont par exemple une interface réseau Ethernet, WiFi, 3G, 4G, 5G, etc... Les moyens de communication 404 permettent en particulier au dispositif 400 d’échanger des données avec un récepteur terrestre et avec un satellite particulier, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un ou plusieurs réseaux de communication, et/ou avec des panneaux réfléchissants RIS.

Le dispositif 400 comprend un module 405 de détermination d’au moins une dimension d’une zone géographique à couvrir. Le module 405 peut être mis en œuvre par des instructions de programme configurées pour déterminer le rayon d’une zone à couvrir à partir des positions respectives d’un satellite serveur et d’un emplacement géographique. Dans certaines réalisations, le module 405 détermine le rayon d’une zone à couvrir de telle sorte que la zone inclue un récepteur terrestre particulier.

Le dispositif 400 comprend un module 406 de détermination d’un niveau d’interférence global dans la zone à couvrir déterminée par le module 405. Le module 406 peut être mis en œuvre par des instructions de programme configurées pour déterminer un niveau d’interférence global déterminé à partir des positions et puissances d’émission relatives des satellites présents dans une zone d’interférence par rapport à celles du récepteur, et d’une topologie particulière de l’environnement local au récepteur susceptible d’influencer ledit niveau d’interférence global. Pour cela, les instructions de programme du module 406 sont configurées pour déterminer un niveau d’interférences global prenant en compte l’impact des satellites présents dans une zone d’interférence en tenant compte de l’environnement local et du bruit thermique à partir des formules [Math 4] à [Math 15] décrites ci-avant.

Le dispositif 400 comprend un module 407 de détermination d’une puissance d’émission minimale permettant de couvrir la zone déterminée par le module 405. Le module est mis en œuvre par des instructions de programme configurées pour calculer l’expression [Math 16] pour un rayon de couverture particulière et une qualité de service cible.

Le dispositif 400 comprend aussi un module de configuration 408 adapté pour appliquer une configuration particulière au système de communication satellitaire. Le module de configuration est par exemple mis en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur configurées pour transmettre à un satellite serveur une mise à jour de la puissance d’émission à partir de la puissance déterminée par le module 407.

Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif 400 comprend un module 409 de configuration d’au moins une RIS. Le module de configuration 409 est par exemple mis en œuvre par des instructions de programmes qui sont configurées pour sélectionner une ou plusieurs RIS selon la distance qui le sépare d’un récepteur terrestre et/ou selon la valeur d’un produit de la distance entre le satellite et la RIS et de la distance entre la RIS et le récepteur. Les instructions sont en outre configurées pour déterminer, pour chaque RIS sélectionnée, un déphasage entre le signal reçu par le récepteur en ligne directe et la phase du signal réfléchi par la RIS en question, et pour configurer la RIS à partir du déphasage calculé, de sorte à aligner les phases du signal réfléchi avec la phase du signal reçu en ligne directe par le récepteur et augmenter ainsi la puissance du signal utile reçu.

Dans une réalisation particulière, le module 407 de détermination d’une puissance d’émission minimale prend en compte l’effet de la RIS sur le signal utile reçu par le récepteur pour déterminer la puissance d’émission minimale requise pour couvrir la zone définie par le rayon déterminé par le module 405.

Dans certaines réalisations, le dispositif 400 est intégré dans un serveur d’un réseau de communication, par exemple dans une unité de contrôle, dans un satellite serveur, dans un récepteur terrestre tel qu’un téléphone intelligent, un ordinateur, un véhicule connecté, une station de base, etc..

Claims (10)

1. Procédé de contrôle d’une zone de couverture d’un satellite serveur d’un système de communication satellitaire comprenant une pluralité de satellites, le procédé comprenant les étapes suivantes :

   • Détermination (300) d’au moins une dimension d’une zone géographique à couvrir par le satellite serveur avec une qualité de service cible particulière,
   • Détermination (301) d’un niveau d’interférence global sur la zone à couvrir à partir des positions et puissances d’émission relatives des satellites présents dans une zone d’interférence et d’une caractéristique de l’environnement au sol susceptible d’influencer ledit niveau d’interférence global,
   • Détermination (305) d’une puissance d’émission minimale du satellite serveur permettant de couvrir la zone avec la qualité de service cible, compte tenu du niveau d’interférences déterminé, et
   • Configuration (306) du satellite serveur avec la puissance d’émission déterminée.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’au moins une dimension d’une zone géographique à couvrir par le satellite serveur avec une qualité de service cible particulière est déterminée au moins à partir des positions d’un récepteur terrestre particulier et du satellite serveur.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape de détermination d’une puissance d’émission minimale du satellite comprend les sous-étapes suivantes :

   • Détermination d’un rayon d’une zone couverte par un émetteur satellite à partir d’une puissance d’émission courante du satellite et du niveau global d’interférences déterminé, et
   • Détermination qu’un emplacement particulier est compris dans la zone de couverture à partir du rayon déterminé et de la position du satellite émetteur,
   • Lorsque l’emplacement n’est pas compris dans la zone de couverture , détermination du rayon cible d’une zone de couverture permettant d’inclure l’emplacement, et
   • Détermination d’une puissance d’émission minimale du satellite serveur permettant d’offrir une qualité de service cible dans une zone de couverture de rayon , compte tenu du niveau d’interférences déterminé.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le niveau d’interférence global est déterminé en tenant compte de l’impact relatif global des autres satellites compte tenu de l'environnement local du récepteur par une relation équivalente à la relation :
   dans laquelle désigne l’écart-type de l’influence de l’environnement local du récepteur, désigne la distance séparant le récepteur du satellite , avec .
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le système de communication comprend en outre au moins une surface intelligente reconfigurable RIS adaptée pour contrôler la façon dont le signal se réfléchit sur cette surface, et dans lequel la puissance d’émission du satellite serveur est déterminée en tenant compte de l’influence sur la puissance du signal à un emplacement particulier, d’au moins une RIS particulière configurée selon les étapes suivantes :

   • Sélection d’un sous-ensemble de RIS du système de communication en prenant en compte au moins la distance séparant une RIS du récepteur terrestre, et
   • Configuration de la phase d’au moins une RIS sélectionnée à partir des positions respectives du satellite serveur, de la RIS et du récepteur terrestre, de façon à mettre en phase le signal reçu en ligne directe par le récepteur terrestre avec la phase du signal réfléchi par la RIS sélectionnée et augmenter la puissance utile reçue par le récepteur.
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel l’étape de sélection d’au moins une RIS comprend le calcul d’un produit de la distance entre le récepteur et la RIS par la distance entre la RIS et le satellite, une RIS étant sélectionnée lorsqu’elle minimise ledit produit.
7. Dispositif de contrôle d’une zone de couverture d’un satellite serveur d’un système de communication satellitaire comprenant une pluralité de satellites, le dispositif comprenant un processeur (402) couplé à une mémoire (401) dans laquelle sont enregistrées des instructions de programme (403) configurées pour mettre en œuvre les étapes suivantes :

   • Détermination d’au moins une dimension d’une zone géographique à couvrir par le satellite serveur avec une qualité de service cible particulière,
   • Détermination d’un niveau d’interférence global sur la zone à couvrir à partir des positions et puissances d’émission relatives des satellites présents dans une zone d’interférence et d’une caractéristique de l’environnement au sol susceptible d’influencer ledit niveau d’interférence global,
   • Détermination d’une puissance d’émission minimale du satellite serveur permettant de couvrir la zone avec la qualité de service cible, compte tenu du niveau d’interférences déterminé, et
   • Configuration du satellite serveur avec la puissance d’émission déterminée.
8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel la puissance d’émission est déterminée de manière à couvrir une zone dont de rayon cible déterminé au moins à partir de la localisation d’un récepteur terrestre particulier.
9. Unité de contrôle comprenant un dispositif selon les revendications 7 ou 8.
10. Programme d’ordinateur comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendication 1 à 6, lorsque le programme est exécuté par un processeur.