ES2333678T3 - Procedimiento y sistema de transmision de datos entre un satelite y una estacion base terrestre, satelite en desplazamiento, terminal repetidor y estacion base. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de transmisión de datos por enlaces de radiofrecuencia para realizar una comunicación de un primer tipo entre al menos un terminal repetidor y una estación (2) base terrestre, estando dispuesto el terminal repetidor en un satélite (1) en desplazamiento sobre una primera órbita, comprendiendo el procedimiento las etapas que consisten en: (a) emitir (S203) una señal de datos por enlaces de radiofrecuencia desde el terminal repetidor del satélite (1) en desplazamiento hacia un satélite (3) de telecomunicación dispuesto sobre una segunda órbita de altitud superior a la primera órbita; (b) recibir (S204) dicha señal de datos por enlaces de radiofrecuencia en el satélite (3) de telecomunicación; (c) transmitir (S206) desde el satélite (3) de telecomunicación hacia la estación (2) base dicha señal por enlaces de radiofrecuencia emitida por el terminal (1) repetidor; caracterizado porque el procedimiento comprende además una etapa (d) de ensanchado de espectro (S201) aplicada por el terminal (1) repetidor sobre la señal de datos por enlaces de radiofrecuencia previa a la etapa (a); una etapa (e) de telecomunicación, efectuada de manera simultánea a al menos las etapas (b) y (c), entre el satélite (3) de telecomunicación y unidades (5) terrestres, según una comunicación de un segundo tipo, distinto al primer tipo de comunicación, sin interferencias con la recepción y la transmisión de la señal por enlaces de radiofrecuencia efectuadas en las etapas (b) y (c) respectivamente.
Description
Procedimiento y sistema de transmisión de datos
entre un satélite y una estación base terrestre, satélite en
desplazamiento, terminal repetidor y estación base.
La presente invención se refiere a la
transmisión de datos entre una estación base terrestre y al menos
un satélite en órbita, en particular para satélites de órbita
baja.
Más en particular, la invención se refiere a un
procedimiento de transmisión de datos por radiocomunicaciones o
enlaces de radiofrecuencia para realizar una comunicación de un
primer tipo entre al menos un terminal repetidor y una estación
base, estando dispuesto el terminal repetidor en un satélite en
desplazamiento sobre una primera órbita, comprendiendo el
procedimiento las etapas que consisten en:
- (a)
- emitir una señal de datos por enlaces de radiofrecuencia desde el terminal repetidor del satélite en desplazamiento hacia un satélite de telecomunicación dispuesto sobre una segunda órbita de altitud superior a la primera órbita;
- (b)
- recibir dicha señal de datos por enlaces de radiofrecuencia en el satélite de telecomunicación;
- (c)
- transmitir desde el satélite de telecomunicación hacia la estación base dicha señal por enlaces de radiofrecuencia emitida por el terminal repetidor.
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Con el fin de garantizar el control a distancia
de satélites desde una estación base terrestre, o para recibir en
todo momento datos procedentes de satélites, es necesario poner en
práctica una red de telecomunicación con una cobertura lo
suficientemente grande alrededor de la Tierra para poder contactar
con un satélite considerado en todo momento.
Para ello, según el documento
FR-A-2 756 439, un satélite en
desplazamiento, es decir, sobre una órbita baja (del orden de 500 a
1000 km) que le impone una velocidad de rotación elevada, se
comunica con una estación base terrestre por medio de un satélite
sobre una órbita más elevada, en particular un satélite
geosíncrono, o incluso geoestacionario. Por satélite geosíncrono,
se entiende un satélite cuyo periodo de rotación alrededor de la
Tierra es igual a un día. Un satélite geoestacionario es un
satélite geosíncrono inmóvil para un observador situado en la
Tierra.
Para enviar datos a la estación base, el
satélite en órbita baja emite una señal de datos en dirección al
satélite a una altitud superior, por ejemplo, un satélite
geosíncrono. A continuación, este satélite geosíncrono decodifica
esta señal y emite a su vez una señal de datos a la estación base.
Para ello, el satélite geosíncrono comprende una carga útil de
telecomunicación dedicada, con una antena de recepción, que sirve
eventualmente para la emisión. Esta antena es generalmente
orientable y está asociada a un mecanismo de puntería para dirigir
esta antena hacia el satélite en desplazamiento, lo que permite
garantizar una comunicación continua entre estas dos entidades,
tanto tiempo como estén a la vista entre sí.
Como se requieren rendimientos de transmisión
muy buenos, el satélite geosíncrono comprende además medios de
tratamiento de señal específicos potentes. Por tanto es necesario
especializar en gran medida las cargas útiles de este tipo de
satélite geosíncrono.
El principal inconveniente de este tipo de
solución es el coste de un satélite geosíncrono repetidor. En
efecto, los rendimientos requeridos para este tipo de aplicación
así como la puesta en órbita geoestacionaria generan una inversión
muy elevada para este tipo de instalación.
Conviene mencionar que este tipo de solución
sólo puede funcionar correctamente si se pone en práctica con al
menos dos satélites geosíncronos, para poder garantizar una
cobertura completa de los satélites de baja altitud.
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La presente invención tiene particularmente como
objetivo eliminar estos inconvenientes.
Además, un objetivo de la presente invención es
establecer una comunicación eficaz entre un satélite en
desplazamiento y una estación base sin necesitar la puesta en
órbita de un satélite geosíncrono dedicado.
La invención se refiere también a un
procedimiento de transmisión de datos que permite disminuir el
coste de las instalaciones requeridas para poner en práctica este
procedimiento.
\newpage
Así, la presente invención se refiere a un
procedimiento de transmisión de datos por enlaces de
radiofrecuencia para realizar una comunicación de un primer tipo
entre al menos un terminal repetidor y una estación base, estando
dispuesto el terminal repetidor en un satélite en desplazamiento
sobre una primera órbita, que comprende las etapas que consisten
en:
- (a)
- emitir una señal de datos por enlaces de radiofrecuencia desde el terminal repetidor del satélite en desplazamiento hacia un satélite de telecomunicación dispuesto sobre una segunda órbita de altitud superior a la primera órbita;
- (b)
- recibir dicha señal de datos por enlaces de radiofrecuencia en el satélite de telecomunicación;
- (c)
- transmitir desde el satélite de telecomunicación hacia la estación de base dicha señal por enlaces de radiofrecuencia emitida por el terminal repetidor.
Según una definición de la invención, el
procedimiento comprende además una etapa (d) de ensanchado de
espectro aplicada por el terminal repetidor sobre la señal de datos
por enlaces de radiofrecuencia previa a la etapa (a); y una etapa
(e) de telecomunicación, efectuada de manera simultánea a al menos
las etapas (b) y (c), entre el satélite de telecomunicación y
unidades terrestres, según una comunicación de un segundo tipo,
distinto al primer tipo de comunicación, sin interferencias con la
recepción y la transmisión de la señal por enlaces de
radiofrecuencia efectuadas en las etapas (b) y (c)
respectivamente.
Gracias a estas disposiciones, pueden efectuarse
intercambios de datos entre un satélite en desplazamiento, en
órbita baja, y una estación base de manera eficaz limitando en gran
medida los costes de instalación. En efecto, no es necesario poner
en funcionamiento un satélite geoestacionario repetidor para una
constelación de satélites en desplazamiento dada. Pueden emplearse,
en efecto, satélites de telecomunicación ya en uso.
Por satélites de telecomunicación se entienden
satélites sobre órbitas altas, particularmente órbitas
geosíncronas, y que se utilizan para transmitir información de un
punto a otro de la Tierra. Por ejemplo, se trata de satélites que
permiten la transmisión de comunicaciones telefónicas, o incluso de
difusión de canales televisivos recibidos en la Tierra por medio
de antenas parabólicas.
Para ello, es esencial respetar el Reglamento de
Radiocomunicaciones. Según este Reglamento, el uso de este tipo de
satélite de telecomunicaciones en modo repetidor para satélites en
desplazamiento no está autorizado teóricamente salvo bajo el
régimen del artículo 4 de este Reglamento. Según este artículo, es
necesario diseñar el terminal repetidor del satélite en
desplazamiento para que las señales repetidas por el satélite de
telecomunicaciones no impongan limitaciones a los otros sistemas,
en concreto al satélite de telecomunicación. Esto debe realizarse
además sin causar perturbaciones para los enlaces con los otros
sistemas. Por tanto es necesario que las señales por enlaces de
radiofrecuencia sean robustas a las perturbaciones, sin perturbar
las otras emisiones.
Este es el motivo, según la invención, por el
que se propone que el terminal repetidor del satélite en
desplazamiento efectúe un ensanchado de espectro previo a la emisión
de las señales de datos, permitiendo así una buena resistencia a
las perturbaciones y respetando las limitaciones de división de
espectro con las otras señales de comunicación.
Por otro lado, la invención también tiene como
objeto un terminal repetidor dispuesto en un satélite en
desplazamiento, que comprende medios de telecomunicación adaptados
para poner en práctica el procedimiento según la invención.
La invención también tiene como objeto un
satélite en desplazamiento, que comprende un terminal repetidor y
que pone en práctica el procedimiento según la invención, así como
una estación base terrestre, que comprende medios de
telecomunicación adaptados para poner en práctica el procedimiento
según la invención.
La invención tiene finalmente como objeto un
sistema de comunicaciones entre un satélite en desplazamiento y una
estación base terrestre y que pone en práctica el procedimiento
según la invención.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán de manifiesto en el transcurso de la siguiente
descripción de uno de sus modos de realización, dado a modo de
ejemplo no limitativo, en relación con los dibujos adjuntos.
En los dibujos:
- la figura 1 es un diagrama que representa de
manera esquemática los enlaces en una red en la que se pone en
práctica un procedimiento según la invención;
- la figura 2 es un organigrama que representa
un procedimiento según la invención;
- la figura 3 es un organigrama que representa
un procedimiento según una variante de la invención.
En las diferentes figuras, las mismas
referencias designan elementos idénticos o similares.
La figura 1 representa una red de comunicación
en la que al menos un satélite (1) en desplazamiento se comunica,
con ayuda de un terminal repetidor integrado en el satélite (1) en
desplazamiento, con al menos una estación (2) base terrestre por
medio de al menos un satélite (3) de telecomunicación. El satélite
(3) de telecomunicación puede encontrarse sobre una órbita
geosíncrona, incluso geoestacionaria. Esta disposición particular
permite particularmente un enlace permanente y continuo con la
estación (2) base terrestre.
Según la invención, puede preverse al menos un
segundo satélite (4) de telecomunicación, ventajosamente
geoestacionario con objeto de proporcionar una cobertura global de
la órbita del satélite (1) en desplazamiento alrededor de la
Tierra, indicada por (T). Así, puede contactarse con el satélite
(1) en desplazamiento en todo momento o bien transmitir datos en
tiempo real. Por ejemplo, el satélite (1) en desplazamiento puede
ser un satélite de medición que puede realizar visualizaciones de
zonas de la Tierra, pudiendo transmitirse las imágenes y/o los
datos recogidos a la estación (2) base en el momento de su
obtención. Por tanto, no es necesario esperar a que el satélite
vuelva a estar a la vista de una estación (2) base.
Por otro lado, según la invención, el satélite
(3) de telecomunicación puede proporcionar datos o permitir
comunicaciones telefónicas entre diferentes unidades terrestres. Se
entiende por unidades terrestres dispositivos de comunicación
dispuestos sobre la Tierra y que pueden comunicarse entre sí. Tal
como se ilustra, el satélite (3) de telecomunicación también puede
ser un satélite que difunde señales televisivas, programas
televisivos recibidos por medio de unidades terrestres, en este
caso, antenas parabólicas.
Según una variante, el satélite (3) de
telecomunicación transmite señales de telefonía entre dos
terminales terrestres, por ejemplo señales de voz en el marco de
enlaces por satélite.
La figura 2 ilustra un ejemplo de procedimiento
de transmisión de datos recogidos por el satélite (1) en
desplazamiento, durante una primera etapa (S200) denominada de
recogida (RECOG.) que comprenden la fotografía de una zona, por
ejemplo. A continuación, el satélite 1 en desplazamiento efectúa
tratamientos de datos y, en particular, un ensanchado del espectro
en la etapa (S201). Este ensanchado de espectro puede efectuarse
multiplicando la señal por una secuencia binaria pseudoaleatoria,
con una frecuencia superior a la frecuencia principal de la señal
de datos. Pueden utilizarse secuencias binarias conocidas como las
secuencias de Gold o las secuencias m.
Estas secuencias adoptan dos valores, por
ejemplo, -1 y 1. Así, la señal de datos se codifica y ve su
espectro ensanchado en función de la frecuencia de la secuencia
pseudoaleatoria. Durante la recepción en la estación (2) base, en
la etapa (S208), la señal se desensanchará volviendo a multiplicar
esta señal por la misma secuencia. Para sincronizar esta secuencia
con la señal, pueden insertarse cabeceras de sincronización en los
paquetes de datos para garantizar un desenganchado correcto.
Esta nueva multiplicación permite restablecer la
señal. En efecto, si las dos secuencias están bien sincronizadas,
el resultado de su producto es igual a 1 en cada instante. Por otro
lado, el conjunto de las interferencias que puede ocurrir durante
el envío experimentan únicamente el segundo ensanchado. Así, el
nivel de las interferencias disminuye en gran medida. Gracias a
estas disposiciones, la señal es robusta a las perturbaciones y a
las interferencias que pueden ocurrir durante el envío, de manera
suficientemente satisfactoria particularmente para cumplir con las
condiciones del artículo 4 del Reglamento de las
Radiocomunicaciones, mencionado anteriormente.
Con el fin de evitar perjudicar a otros
satélites adyacentes al satélite (3) geoestacionario, el terminal
repetidor del satélite (1) en desplazamiento a cargo de las
comunicaciones comprende un dispositivo de emisión, tal como una
antena, muy direccional. En la etapa (S202) (PUNT. GEO), el
terminal repetidor del satélite (1) en desplazamiento dirige esta
antena en dirección al satélite (3) de telecomunicación
geoestacionario. Esta etapa de puntería puede efectuarse en
paralelo a la etapa de preparación de los datos (S201), o después
de esta etapa. Por otro lado, esta etapa de puntería puede
efectuarse durante toda la transmisión de los datos en la etapa
(S203) (EMIS. LEO-> GEO), con objeto de mantener la antena
apuntando hacia el satélite (3) de telecomunicaciones, al menos
durante toda la etapa de emisión.
Además, es posible prever un desfase de
frecuencia de la señal de datos emitida con el fin de tener en
cuenta la velocidad de desplazamiento del satélite (1) en
desplazamiento respecto al satélite (3) geoestacionario. En efecto,
dada la gran velocidad del satélite (1) en desplazamiento respecto
a la Tierra y al satélite geoestacionario, del orden de 7 Km/s, la
frecuencia de la señal emitida es diferente de la frecuencia de la
señal recibida. Para remediar este problema es posible desfasar el
espectro de la señal en frecuencia con un desajuste de frecuencia
en función de una velocidad relativa del satélite (1) en
desplazamiento con respecto al satélite (2) de telecomunicación.
Este desfase puede efectuarse en lazo abierto, en función de las
efemérides respectivas del satélite (1) en desplazamiento y del
satélite (3) de telecomunicación. También es posible efectuar un
cálculo local en lazo cerrado basado en una rampa Doppler. Esta
operación permite no tener que reservar una banda espectral más
grande de lo necesario al nivel del satélite (3) de
telecomunicación geoestacionario.
Este desfase de frecuencia debe efectuarse antes
de la etapa de emisión de la señal, eventualmente antes de la
etapa de ensanchado del espectro.
Una vez que el satélite (2) de telecomunicación
recibe la señal por enlaces de radiofrecuencia (RECEP. GEO, S204),
esta señal puede filtrarse y tratarse por el satélite (3) de
telecomunicación durante la etapa opcional de filtrado (S205) (FILT.
SEÑAL), y a continuación se vuelve a emitir en dirección a la
Tierra, tras la amplificación durante la etapa (S206) (EMIS. GEO
-> BASE). Puesto que la carga útil del satélite (2) de
telecomunicación es transparente, no efectúa ningún filtrado ni
tratamiento específico asociado.
La estación (2) base terrestre recibe esta señal
en la etapa (S207) (RECEP. BASE), la desensancha (S208), tal como
se indicó anteriormente. Por último, los datos se extraen de la
señal por enlace de radiofrecuencia durante una etapa de extracción
(S209) (EXTRAC. SEÑAL).
Según una variante de la invención ilustrada por
la figura 3, la comunicación puede efectuarse de la estación (2)
base hacia el satélite (1) en desplazamiento de manera semejante a
la descrita anteriormente para la comunicación del satélite (1) en
desplazamiento hacia la estación (2) base. La estación (2) base
puede así emitir con destino al satélite (3) de telecomunicación una
señal por enlace de radiofrecuencia que contiene datos de control,
que comprenden información de misión para el satélite (1) en
desplazamiento, retransmitiendo el satélite (3) de telecomunicación
esta señal hacia el terminal repetidor del satélite (1) en
desplazamiento. De manera similar, esta señal por enlace de
radiofrecuencia experimenta previamente un ensanchado de espectro,
para limitar las interferencias. Esto es particularmente útil para
proporcionar órdenes de misión al satélite (1) en desplazamiento, o
para regular su posición.
Estas radiocomunicaciones pueden realizarse
simultáneamente a la comunicación de datos procedentes del satélite
(1) en desplazamiento, o en modo "half-duplex",
es decir, el satélite (1) en desplazamiento y la estación (2) base
emiten por turnos.
Así, en la etapa (S300), una señal de control se
prepara por la estación (2) base (SEÑAL CONTROL). A continuación
la señal de datos experimenta un ensanchado de espectro tal como se
explicó anteriormente (S301). La estación (2) base dirige entonces
su antena hacia el satélite (3) de telecomunicación geoestacionario
(DIREC. GEO, S302), y emite la señal por enlaces de radio
frecuencia, en la etapa (S303) (EMIS. BASE -> GEO).
Una vez que el satélite (3) de telecomunicación
geoestacionario recibe la señal (RECEP. GEO, S304), la señal puede
opcionalmente filtrarse y tratarse por el satélite (3) de
telecomunicación geoestacionario durante la etapa de filtrado
(S305) (FILT. SEÑAL), a continuación la señal se vuelve a emitir
con destino al satélite (1) en desplazamiento (EMIS. GEO -> LEO,
S306) tras la amplificación.
La señal se recibe por el satélite (1) en
desplazamiento (RECEP. SEÑAL, 5307) que desensancha la señal
utilizando la misma secuencia binaria, en la etapa (S308). A
continuación, se extrae la orden de control de la señal (EXTRAC.
SEÑAL, S309) y el satélite (1) en desplazamiento efectúa la acción
ordenada durante una etapa de accionamiento (S310) (ACCION).
Gracias a este procedimiento pueden efectuarse órdenes en todo
momento para controlar el satélite (1) en desplazamiento. No es
necesario esperar a que el satélite (1) en desplazamiento vuelva a
estar a la vista de la estación (2) base.
Además, el ancho de banda requerido para este
tipo de señales se reduce. Por consiguiente, la asignación a un
satélite (3) de telecomunicación, eventualmente geoestacionario, no
dedicado permite de manera sencilla un enlace eficaz entre la
Tierra y uno o varios satélites (1) en desplazamiento que forman
una constelación.
Por otro lado, como las etapas de puntería o de
tratamiento de los datos requieren una potencia de cálculo
importante, es posible prever márgenes de comunicación para
satélites (1) en desplazamiento con capacidades más limitadas.
Estos márgenes de telecomunicación pueden ser, por ejemplo, los
instantes durante los cuales el satélite (1) en desplazamiento
pasa por encima de los polos o de los océanos.
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Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma
parte del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado
el mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este
respecto.
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\bullet FR 2756439 A (0004)
Claims (13)
-
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1. Procedimiento de transmisión de datos por enlaces de radiofrecuencia para realizar una comunicación de un primer tipo entre al menos un terminal repetidor y una estación (2) base terrestre, estando dispuesto el terminal repetidor en un satélite (1) en desplazamiento sobre una primera órbita, comprendiendo el procedimiento las etapas que consisten en:- (a)
- emitir (S203) una señal de datos por enlaces de radiofrecuencia desde el terminal repetidor del satélite (1) en desplazamiento hacia un satélite (3) de telecomunicación dispuesto sobre una segunda órbita de altitud superior a la primera órbita;
- (b)
- recibir (S204) dicha señal de datos por enlaces de radiofrecuencia en el satélite (3) de telecomunicación;
- (c)
- transmitir (S206) desde el satélite (3) de telecomunicación hacia la estación (2) base dicha señal por enlaces de radiofrecuencia emitida por el terminal (1) repetidor;
caracterizado porque el procedimiento comprende además una etapa (d) de ensanchado de espectro (S201) aplicada por el terminal (1) repetidor sobre la señal de datos por enlaces de radiofrecuencia previa a la etapa (a); una etapa (e) de telecomunicación, efectuada de manera simultánea a al menos las etapas (b) y (c), entre el satélite (3) de telecomunicación y unidades (5) terrestres, según una comunicación de un segundo tipo, distinto al primer tipo de comunicación, sin interferencias con la recepción y la transmisión de la señal por enlaces de radiofrecuencia efectuadas en las etapas (b) y (c) respectivamente. - 2. Procedimiento de transmisión de datos según la reivindicación 1, que comprende además una etapa (S102) de puntería hacia el satélite (3) de telecomunicación previa a la etapa (a), durante la cual el terminal repetidor dirige un dispositivo de emisión hacia el satélite (3) de telecomunicación.
- 3. Procedimiento de transmisión de datos según la reivindicación 2, según el cual el terminal repetidor mantiene el dispositivo de emisión apuntando hacia el satélite (3) de telecomunicación al menos a lo largo de toda la etapa (a).
- 4. Procedimiento de transmisión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, según el cual la etapa (d) de ensanchado de espectro comprende la multiplicación de la señal de datos por una secuencia binaria pseudoaleatoria.
- 5. Procedimiento de transmisión de datos según la reivindicación 4, según el cual la secuencia binaria es una de entre secuencias de Gold y secuencias m.
- 6. Procedimiento de transmisión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una etapa (f) durante la cual un espectro de la señal se desfasa en frecuencia con un desajuste de frecuencia que está en función de una velocidad relativa del satélite (1) en desplazamiento con respecto al satélite (3) de telecomunicación, efectuándose la etapa (f) o bien antes de la etapa (a) o bien antes de la etapa (d).
- 7. Procedimiento de transmisión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, según el cual la comunicación del segundo tipo comprende al menos una de entre las siguientes: la difusión de señales televisuales, la comunicación de señales de telefonía entre terminales (5) terrestres.
- 8. Procedimiento de transmisión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, según el cual la estación (2) base emite (S303) con destino el satélite (3) de telecomunicación una señal por enlaces de radiofrecuencia que contiene datos de control, que comprenden información de misión para el satélite (1) en desplazamiento, retransmitiendo (S306) el satélite (3) de telecomunicación esta señal hacia el terminal repetidor del satélite en desplazamiento, experimentando la señal por enlaces de radio frecuencia previamente un ensanchado de espectro (S301).
- 9. Procedimiento de transmisión de datos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, según el cual el satélite (3) de telecomunicación efectúa un filtrado (S205, S305) sobre la señal por enlaces de radiofrecuencia antes de volverla a emitir.
- 10. Terminal repetidor, dispuesto en un satélite (1) en desplazamiento, que comprende medios de telecomunicación adaptados para poner en práctica el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores.
- 11. Satélite (1) en desplazamiento, que comprende un terminal repetidor según la reivindicación 10 y que pone en práctica el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores.
- 12. Estación (2) base terrestre, que comprende medios de telecomunicación adaptados para poner en práctica el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores.
- 13. Sistema de comunicaciones entre un satélite (1) en desplazamiento según la reivindicación 11 y una estación (2) base terrestre según la reivindicación 12 y que pone en práctica el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores.
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