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FR3147470A1 - Validation of the payload of a telecommunications satellite based on a calculation of the radiated power ratio between useful signal and intermodulation noise - Google Patents

Validation of the payload of a telecommunications satellite based on a calculation of the radiated power ratio between useful signal and intermodulation noise Download PDF

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Publication number
FR3147470A1
FR3147470A1 FR2302810A FR2302810A FR3147470A1 FR 3147470 A1 FR3147470 A1 FR 3147470A1 FR 2302810 A FR2302810 A FR 2302810A FR 2302810 A FR2302810 A FR 2302810A FR 3147470 A1 FR3147470 A1 FR 3147470A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
radiated
spectral density
intermodulation
noise power
intermodulation noise
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2302810A
Other languages
French (fr)
Inventor
Vincent Tugend
Domenico DI LANZO
Luciano D’AGRISTINA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space SAS
Original Assignee
Airbus Defence and Space SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Defence and Space SAS filed Critical Airbus Defence and Space SAS
Priority to FR2302810A priority Critical patent/FR3147470A1/en
Priority to PCT/EP2024/056799 priority patent/WO2024200025A1/en
Publication of FR3147470A1 publication Critical patent/FR3147470A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/204Multiple access
    • H04B7/2041Spot beam multiple access
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/185Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18515Transmission equipment in satellites or space-based relays

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

L’invention concerne une méthode (100) pour contrôler les performances, en termes de puissance de bruit rayonnée, d'une charge utile d'un satellite de télécommunications basée sur une antenne active multifaisceaux. La méthode comporte notamment la détermination (105) d'une densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation rayonnée au sol par l'ensemble des sources de l'antenne à partir : du plan d'allocation des porteuses et des puissances RF associées permettant de remplir la mission de télécommunications du satellite, des coefficients de pondération du réseau de formation de faisceaux permettant de former les faisceaux radio répondant à la mission, les caractéristiques de linéarité des amplificateurs associés aux différentes sources de l'antenne, et les diagrammes de rayonnement des différentes sources. La méthode permet de déterminer (109) un rapport de puissance rayonnée entre signal utile et bruit d'intermodulation ("C/IM rayonné") pour au moins une porteuse et pour au moins une zone géographique d'intérêt. Figure pour l’abrégé : Fig. 4The invention relates to a method (100) for monitoring the performance, in terms of radiated noise power, of a payload of a telecommunications satellite based on an active multi-beam antenna. The method comprises in particular the determination (105) of a spectral density of intermodulation noise power radiated to the ground by all the sources of the antenna from: the carrier allocation plan and the associated RF powers making it possible to fulfill the telecommunications mission of the satellite, the weighting coefficients of the beamforming network making it possible to form the radio beams responding to the mission, the linearity characteristics of the amplifiers associated with the different sources of the antenna, and the radiation patterns of the different sources. The method makes it possible to determine (109) a radiated power ratio between useful signal and intermodulation noise ("radiated C/IM") for at least one carrier and for at least one geographical area of interest. Figure for the abstract: Fig. 4

Description

Validation de la charge utile d’un satellite de télécommunications basée sur un calcul de rapport de puissance rayonnée entre signal utile et bruit d'intermodulationValidation of the payload of a telecommunications satellite based on a calculation of the radiated power ratio between useful signal and intermodulation noise Domaine de l’inventionField of invention

La présente invention appartient au domaine du contrôle des performances de la charge utile d’un satellite de télécommunications. Plus particulièrement, l’invention concerne une méthode de validation de la configuration de la charge utile d’un satellite de télécommunications basée sur une estimation d’un rapport de puissance rayonnée entre signal utile et bruit d'intermodulation (« C/IM rayonné »).The present invention relates to the field of performance control of the payload of a telecommunications satellite. More particularly, the invention relates to a method for validating the configuration of the payload of a telecommunications satellite based on an estimation of a radiated power ratio between useful signal and intermodulation noise (“radiated C/IM”).

Etat de la techniqueState of the art

Certains satellites de télécommunication sont affectés à la transmission d'informations vers des points de réception fixes, on parle alors de « service fixe par satellite » (FSS pour « Fixed-Satellite Service » dans la littérature anglo-saxonne) ou de diffusion DTH (acronyme anglais pour "Direct-To-Home", c'est à dire « directement vers le particulier »). C’est le cas par exemple pour la diffusion de programmes de télévision ou pour la téléphonie internationale.Some telecommunications satellites are used to transmit information to fixed reception points, which is known as "fixed satellite service" (FSS) or DTH broadcasting (English acronym for "Direct-To-Home"). This is the case, for example, for broadcasting television programs or for international telephony.

D’autres satellites de télécommunications sont affectés à des services de connexion à Internet à haut débit correspondant à des missions de type HTS (acronyme anglais pour « High-Throughput Satellite », « satellite haut débit » en français).Other telecommunications satellites are assigned to high-speed Internet connection services corresponding to HTS type missions (acronym for “High-Throughput Satellite”).

Pour une même quantité de spectre radio alloué, un satellite répondant à une mission de type HTS fournit nettement plus de débit qu'un satellite répondant à une mission de type FSS. Cette augmentation significative du débit pour les missions de type HTS est obtenue par une réutilisation de canaux fréquentiels dans des faisceaux radio étroitement focalisés et agencés pour couvrir une région géographique d'intérêt. L’augmentation du débit s’accompagne également d’une augmentation de la flexibilité de couverture (variations des faisceaux au cours du temps).For the same amount of allocated radio spectrum, a satellite responding to an HTS mission provides significantly more throughput than a satellite responding to an FSS mission. This significant increase in throughput for HTS missions is achieved by reusing frequency channels in tightly focused radio beams arranged to cover a geographic region of interest. The increase in throughput is also accompanied by an increase in coverage flexibility (beam variations over time).

Les satellites répondant à une mission de type HTS embarquent généralement une antenne active multifaisceaux. Une telle antenne comporte un réseau de formation de faisceaux (BFN, pour « Beam-Forming Network » en anglais) relié à un réseau de sources. Des coefficients de pondération en phase et en amplitude sont associés respectivement aux différentes sources et aux différents canaux fréquentiels afin de former les faisceaux radio souhaités. Chaque source est associée à un amplificateur adapté pour amplifier le signal devant être émis par la source.Satellites responding to an HTS type mission generally carry an active multibeam antenna. Such an antenna comprises a beam-forming network (BFN) connected to a network of sources. Phase and amplitude weighting coefficients are associated respectively with the different sources and the different frequency channels in order to form the desired radio beams. Each source is associated with an amplifier adapted to amplify the signal to be emitted by the source.

La charge utile d’un satellite de télécommunications peut être contrôlée et mise à jour par un centre de contrôle de mission (MCC pour « mission control center » en anglais), notamment pour répondre à des changements dans une mission en cours, voire pour réponde à une nouvelle mission significativement différente de la mission en cours.The payload of a telecommunications satellite can be controlled and updated by a mission control center (MCC), in particular to respond to changes in an ongoing mission, or even to respond to a new mission significantly different from the current mission.

Pour contrôler les performances de la charge utile d’un satellite de télécommunications, il convient de contrôler le bilan de liaison radio entre le satellite et une station de réception située dans une zone géographique d’intérêt à la surface de la Terre.To monitor the payload performance of a telecommunications satellite, it is necessary to monitor the radio link budget between the satellite and a receiving station located in a geographical area of interest on the Earth's surface.

La non-linéarité des amplificateurs de l’antenne active multifaisceaux génère un bruit d’intermodulation. Le rapport de puissance rayonnée entre le signal utile et le bruit d'intermodulation (« rapport C/IM ») est un élément important contribuant au calcul du bilan de liaison radio d’une communication entre un satellite et une station terrestre.The non-linearity of the amplifiers of the active multibeam antenna generates intermodulation noise. The radiated power ratio between the useful signal and the intermodulation noise (“C/IM ratio”) is an important element contributing to the calculation of the radio link budget of a communication between a satellite and a ground station.

Toutefois, il n’existe pas actuellement de solution satisfaisante pour calculer rapidement un rapport C/IM pour une antenne active multifaisceaux comportant un grand nombre de sources (plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de sources) et configurée pour former un grand nombre de faisceaux (plusieurs centaines voire plusieurs milliers de faisceaux).However, there is currently no satisfactory solution for quickly calculating a C/IM ratio for an active multibeam antenna comprising a large number of sources (several tens or even several hundreds of sources) and configured to form a large number of beams (several hundreds or even several thousands of beams).

Le document « Calculation of third order intermodulation spectrum », Y.H. LAU et al., décrit une méthode de calcul rapide d’une densité spectrale de bruit d’intermodulation de manière conduite (et non pas de manière rayonnée).The paper “Calculation of third order intermodulation spectrum”, Y.H. LAU et al., describes a method for fast calculation of an intermodulation noise spectral density in a conducted manner (and not in a radiated manner).

La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant.The present invention aims to remedy all or part of the drawbacks of the prior art, in particular those set out above.

A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé par la présente invention, une méthode mise en œuvre par un ordinateur pour valider une configuration d’une charge utile d’un satellite de télécommunications. Le satellite est configuré pour émettre un signal avec une antenne active multifaisceaux comportant un réseau de formation de faisceaux. Le réseau de formation de faisceaux est relié à une pluralité de sources et adapté à former simultanément plusieurs faisceaux d'intérêt desservant des zones géographiques à la surface de la Terre. Le réseau de formation de faisceaux est configuré pour recevoir en entrée, pour chaque faisceau d’intérêt à former, un signal d'entrée comportant un ou plusieurs canaux fréquentiels avec des niveaux de puissance respectifs, et pour transmettre à chaque source une combinaison linéaire des signaux d’entrée pondérés par des coefficients de pondération, chaque source étant reliée à un amplificateur. La méthode comporte pour chaque amplificateur :

  • une détermination d'un « masque normalisé » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation à partir des canaux fréquentiels composant les signaux d'entrée et des niveaux de puissance respectifs desdits canaux fréquentiels,
  • une détermination d'un point d'opération correspondant à une puissance de sortie de l'amplificateur, le point d'opération étant déterminé en fonction des niveaux de puissance des canaux fréquentiels des signaux d'entrée, et en fonction des coefficients de pondération associés audit amplificateur,
  • une détermination d'une puissance totale de bruit d'intermodulation en fonction du point d'opération et de caractéristiques de linéarité de l'amplificateur,
  • une détermination d'un « masque absolu » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation par une pondération du masque normalisé avec la puissance totale de bruit d'intermodulation.
For this purpose, and according to a first aspect, the present invention proposes a method implemented by a computer for validating a configuration of a payload of a telecommunications satellite. The satellite is configured to transmit a signal with an active multi-beam antenna comprising a beamforming network. The beamforming network is connected to a plurality of sources and adapted to simultaneously form several beams of interest serving geographical areas on the surface of the Earth. The beamforming network is configured to receive as input, for each beam of interest to be formed, an input signal comprising one or more frequency channels with respective power levels, and to transmit to each source a linear combination of the input signals weighted by weighting coefficients, each source being connected to an amplifier. The method comprises for each amplifier:
  • a determination of a “normalized mask” of intermodulation noise power spectral density from the frequency channels composing the input signals and the respective power levels of said frequency channels,
  • a determination of an operating point corresponding to an output power of the amplifier, the operating point being determined as a function of the power levels of the frequency channels of the input signals, and as a function of the weighting coefficients associated with said amplifier,
  • a determination of a total intermodulation noise power as a function of the operating point and linearity characteristics of the amplifier,
  • a determination of an “absolute mask” of intermodulation noise power spectral density by weighting the normalized mask with the total intermodulation noise power.

La méthode comporte pour chaque source :

  • une détermination d'un « masque rayonné » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation à partir du masque absolu de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation de l'amplificateur auquel la source est reliée, et à partir d'un diagramme de rayonnement de la source.
The method includes for each source:
  • a determination of a "radiated mask" of intermodulation noise power spectral density from the absolute intermodulation noise power spectral density mask of the amplifier to which the source is connected, and from a radiation pattern of the source.

La méthode comporte en outre :

  • une détermination d'un « masque rayonné total » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation par une sommation en puissance des masques rayonnés des différentes sources.
The method further includes:
  • a determination of a “total radiated mask” of intermodulation noise power spectral density by a power summation of the radiated masks of the different sources.

Pour au moins un canal fréquentiel d'intérêt, et pour au moins une zone géographique d'intérêt :

  • une détermination d'une puissance rayonnée de bruit d'intermodulation par une intégration, sur une sous-bande de fréquences correspondant audit canal fréquentiel, du masque rayonné total de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation pour la zone géographique d'intérêt,
  • une détermination, pour le canal fréquentiel d'intérêt, d'une puissance isotrope équivalente rayonnée par l'antenne active multifaisceaux,
  • une détermination d'un rapport « C/IM rayonné » entre la puissance isotrope équivalente rayonnée et la puissance rayonnée de bruit d'intermodulation,
  • une vérification d’un critère prédéterminé en fonction du rapport « C/IM rayonné » ainsi déterminé.
For at least one frequency channel of interest, and for at least one geographic area of interest:
  • a determination of a radiated intermodulation noise power by an integration, over a frequency sub-band corresponding to said frequency channel, of the total radiated intermodulation noise power spectral density mask for the geographical area of interest,
  • a determination, for the frequency channel of interest, of an equivalent isotropic power radiated by the active multibeam antenna,
  • a determination of a “radiated C/IM” ratio between the equivalent isotropic radiated power and the radiated intermodulation noise power,
  • a verification of a predetermined criterion based on the “radiated C/IM” ratio thus determined.

La méthode selon l’invention fournit ainsi une méthode rapide et efficace pour une évaluation analytique de la performance du rapport de puissance rayonnée entre signal utile et bruit d'intermodulation. Une configuration de la charge utile d’un satellite de télécommunications peut ainsi être validée comme satisfaisant à un cahier des charges. Plusieurs configurations peuvent avantageusement être testées et comparées pour sélectionner la configuration répondant au mieux à un besoin.The method according to the invention thus provides a rapid and efficient method for an analytical evaluation of the performance of the radiated power ratio between useful signal and intermodulation noise. A configuration of the payload of a telecommunications satellite can thus be validated as satisfying a specification. Several configurations can advantageously be tested and compared to select the configuration that best meets a need.

La solution proposée permet avantageusement de calculer une performance rayonnée au sol par porteuse en prenant en compte :

  • le plan de porteuses de la mission de télécommunication considérée (les canaux fréquentiels composant les signaux d’entrée du réseau de formation de faisceaux),
  • les poids utilisés par le réseau de formation de faisceaux de l’antenne active (les coefficients de pondération associés aux différents canaux fréquentiels et aux différentes sources),
  • les caractéristiques de linéarité des amplificateurs associés respectivement aux différentes sources de l’antenne active, et
  • les diagrammes de rayonnement des différentes sources de l’antenne active.
The proposed solution advantageously allows the calculation of a ground-radiated performance per carrier by taking into account:
  • the carrier plan of the telecommunications mission considered (the frequency channels composing the input signals of the beamforming network),
  • the weights used by the active antenna beamforming network (the weighting coefficients associated with the different frequency channels and the different sources),
  • the linearity characteristics of the amplifiers associated respectively with the different sources of the active antenna, and
  • the radiation patterns of the different sources of the active antenna.

La méthode selon l’invention est applicable à tout type d’antenne active multifaisceaux. Il peut s’agir d’une antenne d’émission ou d’une antenne de réception. L’antenne peut comporter un ou plusieurs réseaux de formation de faisceaux de type analogique ou de type numérique. Il peut également s’agir d’une antenne avec ou sans réflecteur. L’antenne active peut présenter plusieurs réflecteurs et/ou plusieurs réseaux de sources. Les amplificateurs associés aux différentes sources peuvent être de type SSPA (acronyme anglais pour « Solid State Power Amplifier », « amplificateur à état solide » en français) ou à base de tubes.The method according to the invention is applicable to any type of active multi-beam antenna. It may be a transmitting antenna or a receiving antenna. The antenna may comprise one or more beamforming networks of the analog or digital type. It may also be an antenna with or without a reflector. The active antenna may have several reflectors and/or several source networks. The amplifiers associated with the different sources may be of the SSPA type (acronym for “Solid State Power Amplifier”) or tube-based.

Avantageusement, le temps d’exécution de la méthode reste très court et peu impacté par le nombre de canaux fréquentiels, le nombre de sources et le nombre de faisceaux formés.Advantageously, the execution time of the method remains very short and little impacted by the number of frequency channels, the number of sources and the number of beams formed.

La méthode selon l’invention peut être appliquée à des outils de conception, de paramétrage ou de validation de la configuration de la charge utile d’un satellite de télécommunications, ou à des outils de modélisation des performances de la charge utile d’un satellite de télécommunications.The method according to the invention can be applied to tools for designing, parameterizing or validating the configuration of the payload of a telecommunications satellite, or to tools for modeling the performance of the payload of a telecommunications satellite.

La méthode peut être mise en œuvre pour des satellites évoluant sur différents types d’orbite : orbite géostationnaire (« Geostationary Orbit » ou GEO en anglais), orbite moyenne de type MEO (acronyme anglais pour « Medium Earth Orbit »), orbite basse de type LEO (acronyme anglais pour « Low Earth Orbit »), orbite de Molnia, etc.The method can be implemented for satellites operating in different types of orbit: geostationary orbit (GEO), medium Earth orbit (MEO), low Earth orbit (LEO), Molnia orbit, etc.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.In particular embodiments, the invention may further comprise one or more of the following features, taken individually or in any technically possible combination.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation est commun à tous les amplificateurs.In particular implementations, the normalized intermodulation noise power spectral density mask is common to all amplifiers.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation est déterminé pour un amplificateur en fonction des coefficients de pondération associés audit amplificateur.In particular embodiments, the normalized intermodulation noise power spectral density mask is determined for an amplifier based on the weighting coefficients associated with said amplifier.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la détermination du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte un calcul de produits d'intermodulation d'ordre trois générés par les canaux fréquentiels des signaux d'entrée.In particular embodiments, the determination of the normalized intermodulation noise power spectral density mask involves a calculation of third-order intermodulation products generated by the frequency channels of the input signals.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la détermination du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte en outre un calcul de produits d'intermodulation d'ordre impair strictement supérieur à trois générés par les canaux fréquentiels des signaux d'entrée.In particular embodiments, the determination of the normalized intermodulation noise power spectral density mask further comprises a calculation of intermodulation products of odd order strictly greater than three generated by the frequency channels of the input signals.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la détermination du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte l’application d’une valeur de correction visant à compenser des produits d'intermodulation d'ordre strictement supérieur à trois non pris en compte.In particular embodiments, the determination of the normalized intermodulation noise power spectral density mask involves the application of a correction value aimed at compensating for intermodulation products of order strictly higher than three not taken into account.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la détermination du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte un calcul de normalisation en fonction du résultat d’une intégration, sur une bande de fréquences, de la densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation.In particular embodiments, the determination of the normalized intermodulation noise power spectral density mask comprises a normalization calculation based on the result of an integration, over a frequency band, of the intermodulation noise power spectral density.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la détermination du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte un calcul de normalisation en fonction du résultat d’une intégration, sur une bande de fréquences, de la densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation pour des valeurs de puissance comprises dans une plage de valeurs prédéterminée.In particular embodiments, the determination of the normalized intermodulation noise power spectral density mask comprises a normalization calculation based on the result of an integration, over a frequency band, of the intermodulation noise power spectral density for power values within a predetermined range of values.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la méthode comporte en outre l’application d’une valeur de correction au rapport « C/IM rayonné ». La valeur de correction est déterminée en fonction d'un facteur de réutilisation des canaux fréquentiels pour former les faisceaux d'intérêt.In particular embodiments, the method further comprises applying a correction value to the “radiated C/IM” ratio. The correction value is determined based on a frequency channel reuse factor for forming the beams of interest.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la bande de fréquences est l’une des bandes W, Q, V, Ka, Ku, L, S, C.In particular embodiments, the frequency band is one of the bands W, Q, V, Ka, Ku, L, S, C.

Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes d’une méthode de validation d’une configuration d’une charge utile d’un satellite de télécommunications selon l’un quelconque des modes de mise en œuvre précédents.According to a second aspect, the present invention relates to a computer program product comprising instructions which, when executed by a computer, cause the latter to implement the steps of a method for validating a configuration of a payload of a telecommunications satellite according to any of the preceding implementation modes.

Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes d’une méthode de validation d’une configuration d’une charge utile d’un satellite de télécommunications selon l’un quelconque des modes de mise en œuvre précédents.According to a third aspect, the present invention relates to a computer-readable recording medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the latter to implement the steps of a method of validating a configuration of a payload of a telecommunications satellite according to any of the preceding embodiments.

Présentation des figuresPresentation of figures

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures suivantes :The invention will be better understood by reading the following description, given as a non-limiting example, and made with reference to the following figures:

une représentation schématique d’un système de télécommunications par satellite, a schematic representation of a satellite telecommunications system,

une représentation schématique d’une antenne active multifaisceaux d’un satellite de télécommunications, a schematic representation of an active multibeam antenna of a telecommunications satellite,

une représentation schématique d’un ordinateur configuré pour mettre en œuvre une méthode selon l’invention pour valider la configuration de la charge utile d’un satellite de télécommunications, a schematic representation of a computer configured to implement a method according to the invention for validating the configuration of the payload of a telecommunications satellite,

une représentation schématique des principales étapes d’un premier mode de mise en œuvre de la méthode selon l’invention, a schematic representation of the main steps of a first mode of implementation of the method according to the invention,

une représentation schématique des principales étapes d’un deuxième mode de mise en œuvre de la méthode selon l’invention. a schematic representation of the main steps of a second mode of implementation of the method according to the invention.

Dans ces figures, des références identiques d’une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas nécessairement à une même échelle, sauf mention contraire.In these figures, identical references from one figure to another designate identical or similar elements. For the sake of clarity, the elements shown are not necessarily to the same scale, unless otherwise indicated.

Description détaillée d’un mode de réalisation de l’inventionDetailed description of an embodiment of the invention

La représente schématiquement un système de télécommunications par satellite. Tel qu’illustré sur la , le système comporte au moins un satellite 30 de télécommunications en orbite autour de la Terre 50. Dans l’exemple considéré, la mission du satellite 30 de télécommunications correspond à un service de connexion à Internet à haut-débit (service de type HTS). On se place de manière non limitative dans le cas où le satellite 30 est en orbite géostationnaire (orbite de type GEO). Rien n’exclut cependant, suivant d’autres exemples, de considérer une orbite terrestre non géostationnaire, telle qu’une orbite de basse altitude (orbite de type LEO) ou une orbite de moyenne altitude (orbite de type MEO).There schematically represents a satellite telecommunications system. As illustrated in the , the system comprises at least one telecommunications satellite 30 in orbit around the Earth 50. In the example considered, the mission of the telecommunications satellite 30 corresponds to a high-speed Internet connection service (HTS type service). The case is considered in a non-limiting manner in which the satellite 30 is in geostationary orbit (GEO type orbit). However, nothing excludes, according to other examples, considering a non-geostationary Earth orbit, such as a low-altitude orbit (LEO type orbit) or a medium-altitude orbit (MEO type orbit).

De façon conventionnelle, le satellite 30 de télécommunications peut permettre des échanges de données entre deux stations passerelles 40 via des liens 41 de communication radio établis respectivement entre chaque station passerelle 40 et le satellite 30 de télécommunications. Selon un autre exemple, le satellite 30 de télécommunications peut permettre des échanges de données entre un utilisateur 42 et une station passerelle 40 via d’une part un lien 41 de communication radio établi entre le satellite 30 et l’utilisateur 42 et d’autre part un lien 43 de communication radio établi entre le satellite 30 et la station passerelle 40. Selon encore un autre exemple, le satellite 30 de télécommunications peut permettre des échanges de données entre deux utilisateurs 42 via des liens 43 de communication radio établis respectivement entre chaque utilisateur 42 et le satellite 30 de télécommunications.Conventionally, the telecommunications satellite 30 can allow data exchanges between two gateway stations 40 via radio communication links 41 established respectively between each gateway station 40 and the telecommunications satellite 30. According to another example, the telecommunications satellite 30 can allow data exchanges between a user 42 and a gateway station 40 via on the one hand a radio communication link 41 established between the satellite 30 and the user 42 and on the other hand a radio communication link 43 established between the satellite 30 and the gateway station 40. According to yet another example, the telecommunications satellite 30 can allow data exchanges between two users 42 via radio communication links 43 established respectively between each user 42 and the telecommunications satellite 30.

Chaque lien 41, 43 de communication radio peut supporter une direction descendante (« downlink » dans la littérature anglo-saxonne) pour l’émission de données par le satellite 30 et/ou une direction montante (« uplink » dans la littérature anglo-saxonne) pour la réception de données par le satellite 30.Each radio communication link 41, 43 can support a downward direction (“downlink” in the English literature) for the transmission of data by the satellite 30 and/or an upward direction (“uplink” in the English literature) for the reception of data by the satellite 30.

Les émissions et/ou les réceptions sur les liens 41, 43 de communication radio s’effectuent par exemple dans une ou plusieurs bandes de fréquences parmi les bandes W, Q, V, Ka, Ku, L, S, C, etc.The transmissions and/or receptions on the radio communication links 41, 43 are carried out, for example, in one or more frequency bands among the bands W, Q, V, Ka, Ku, L, S, C, etc.

Dans l’exemple considéré et illustré à sur la , le satellite 30 de télécommunications est contrôlé par un centre 17 de contrôle de mission localisé au sol, à la surface de la Terre 50. Le centre 17 de contrôle de mission permet notamment de mettre à jour la charge utile du satellite 30 de télécommunications pour répondre à d’éventuels changements dans la mission en cours, voire pour répondre à une nouvelle mission significativement différente de la mission en cours.In the example considered and illustrated on the , the telecommunications satellite 30 is controlled by a mission control center 17 located on the ground, on the surface of the Earth 50. The mission control center 17 makes it possible in particular to update the payload of the telecommunications satellite 30 to respond to possible changes in the current mission, or even to respond to a new mission significantly different from the current mission.

De façon conventionnelle, la charge utile du satellite 30 de télécommunications peut être configurée à distance par l'envoi de commandes à travers des signaux radio émis sur un lien 16 de contrôle établi entre le satellite 30 de télécommunications et le centre 17 de contrôle de mission.Conventionally, the payload of the telecommunications satellite 30 can be configured remotely by sending commands through radio signals transmitted on a control link 16 established between the telecommunications satellite 30 and the mission control center 17.

Tel qu’illustré sur la , le centre 17 de contrôle de mission comporte une antenne 15 pour communiquer avec le satellite 30 de télécommunication sur le lien 16 de contrôle.As illustrated in the , the mission control center 17 has an antenna 15 for communicating with the telecommunications satellite 30 on the control link 16.

Le centre 17 de contrôle de mission comporte également un ordinateur 10 configuré pour mettre en œuvre une méthode de validation de la charge utile du satellite 30 de télécommunications. Il est en effet intéressant de pouvoir contrôler les performances de la charge utile du satellite 30 de télécommunications en termes de bilan de liaison radio entre le satellite 30 et une station de réception (correspondant par exemple à une station passerelle 40 ou à un utilisateur 42) située dans une zone géographique d’intérêt à la surface de la Terre 50. Plus particulièrement, il est intéressant de pouvoir évaluer, pour une porteuse donnée et pour une zone géographique d’intérêt donnée, un rapport de puissance rayonnée entre signal utile et bruit d'intermodulation (« rapport C/IM »). Le rapport C/IM est en effet un élément important dans le bilan de liaison radio d’une communication établie entre un satellite et une station de réception terrestre.The mission control center 17 also includes a computer 10 configured to implement a method for validating the payload of the telecommunications satellite 30. It is indeed interesting to be able to control the performance of the payload of the telecommunications satellite 30 in terms of radio link budget between the satellite 30 and a receiving station (corresponding for example to a gateway station 40 or to a user 42) located in a geographical area of interest on the surface of the Earth 50. More particularly, it is interesting to be able to evaluate, for a given carrier and for a given geographical area of interest, a radiated power ratio between useful signal and intermodulation noise (“C/IM ratio”). The C/IM ratio is indeed an important element in the radio link budget of a communication established between a satellite and a terrestrial receiving station.

Pour répondre aux besoins de sa mission HTS, notamment en termes de flexibilité de débit et de couverture géographique, le satellite 30 de télécommunications embarque une antenne 20 active multifaisceaux.To meet the needs of its HTS mission, particularly in terms of throughput flexibility and geographic coverage, the 30 telecommunications satellite carries a 20 active multi-beam antenna.

La représente schématiquement une telle antenne 20 active multifaisceaux. L’antenne 20 comporte notamment un réseau 25 de formation de faisceaux relié à un réseau 23 de sources 24. La méthode selon l’invention est particulièrement bien adaptée au cas où le nombre de sources 24 est important, par exemple au moins égal à cinquante (M ≥ 50), voire au moins égal à cent (M ≥ 100). Rien n’empêcherait toutefois d’appliquer l’invention à des cas où le nombre de sources serait moins important. Dans l’exemple considéré, le réseau 23 de sources comporte deux-cent sources 24 (M = 200).There schematically represents such an active multi-beam antenna 20. The antenna 20 comprises in particular a beamforming network 25 connected to a network 23 of sources 24. The method according to the invention is particularly well suited to the case where the number of sources 24 is large, for example at least fifty (M ≥ 50), or even at least one hundred (M ≥ 100). However, nothing would prevent the invention from being applied to cases where the number of sources would be smaller. In the example considered, the network 23 of sources comprises two hundred sources 24 (M = 200).

Dans l’exemple considéré et illustré sur la , l’antenne 20 comporte également un réflecteur 22. Le réseau 23 de sources 24 est par exemple positionné au niveau du point focal du réflecteur 22 (antenne de type AFR, acronyme anglais de « Array Fed Reflector », en français « réflecteur alimenté par un réseau »). Selon un autre exemple, le réseau 23 de sources 24 est décalé par rapport à un point focal du réflecteur 22 (antenne de type DAFR, acronyme anglais de « Defocused Array Fed Reflector », en français « réflecteur alimenté par un réseau défocalisé »). Rien n’exclut toutefois d’utiliser une antenne 20 sans réflecteur (antenne de type DRA, acronyme anglais de « Direct Radiating Array », en français « réseau à rayonnement direct »), ou une antenne comportant plusieurs réflecteurs. Rien n’empêcherait non plus de considérer une antenne 20 avec plusieurs réflecteurs.In the example considered and illustrated on the , the antenna 20 also comprises a reflector 22. The array 23 of sources 24 is for example positioned at the focal point of the reflector 22 (AFR type antenna, acronym for “Array Fed Reflector”). According to another example, the array 23 of sources 24 is offset relative to a focal point of the reflector 22 (DAFR type antenna, acronym for “Defocused Array Fed Reflector”). However, nothing precludes using an antenna 20 without a reflector (DRA type antenna, acronym for “Direct Radiating Array”), or an antenna comprising several reflectors. Nothing would also prevent considering an antenna 20 with several reflectors.

Le réseau 25 de formation de faisceaux peut être « adaptatif », c’est-à-dire que les faisceaux formés par le réseau 25 de formation de faisceaux peuvent varier au cours du temps.The beamforming network 25 may be “adaptive,” meaning that the beams formed by the beamforming network 25 may vary over time.

Le réseau 25 de formation de faisceaux peut être analogique ou numérique. Un réseau de formation de faisceaux analogique effectue des traitements sur des signaux analogiques (électriques ou micro-ondes), par exemple avec des circuits électroniques discrets tels que des atténuateurs, des déphaseurs ou des circuits à retards temporels. Un réseau de formation de faisceaux numérique effectue quant à lui des traitements sur des signaux numériques.The beamforming network 25 may be analog or digital. An analog beamforming network performs processing on analog signals (electrical or microwave), for example with discrete electronic circuits such as attenuators, phase shifters or time delay circuits. A digital beamforming network performs processing on digital signals.

Le réseau 25 de formation de faisceaux peut être de tout type connu de l’homme du métier, y compris de type déphaseur (« phase shifter » en anglais) ou de type à retard réel (« true time delay » en anglais).The beamforming network 25 may be of any type known to those skilled in the art, including phase shifter type or true time delay type.

Dans la suite de la description, on se place dans le cas où l’antenne 20 est une antenne en émission utilisant un réseau 25 de formation de faisceaux adaptatif analogique de type déphaseur.In the remainder of the description, we consider the case where the antenna 20 is a transmitting antenna using an analog adaptive beamforming network 25 of the phase shifter type.

Tel qu’illustré sur la , le réseau 25 de formation de faisceaux reçoit en entrée une pluralité de signaux d’entrée comportant chacun un ou plusieurs canaux fréquentiels avec des niveaux de puissance respectifs. Dans l’exemple considéré et illustré sur la , on considère M signaux d’entrée. Chaque signal d’entrée correspond à un faisceau d’intérêt à former. Il peut y avoir plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de faisceaux à former simultanément. La méthode selon l’invention est particulièrement bien adaptée au cas où le nombre de faisceaux à générer est important, par exemple au moins égal à cinq-cents (L ≥ 500), ou au moins égal à mille (L ≥ 1000). Rien n’empêcherait toutefois d’appliquer l’invention à des cas où le nombre de faisceaux serait moins important. On se place à titre d’exemple nullement limitatif dans le cas où il y a deux mille faisceaux à former (L = 2000). Ces signaux d’entrée correspondent par exemple à un plan de porteuses défini par un opérateur du satellite 30 de télécommunications. Chaque porteuse correspond à un canal fréquentiel occupant une sous-bande Δf d’une bande de fréquences ΔF. La bande de fréquences ΔF correspond par exemple à la bande Ka qui s’étend entre 27,5 et 31 GHz pour les communications en émission. La sous-bande Δf occupée par un canal fréquentiel présente par exemple une largeur de bande de 10 MHz. Chaque canal fréquentiel est associé à un niveau de puissance prédéterminé. Un faisceau peut être formé par une ou plusieurs porteuses (un ou plusieurs canaux fréquentiels par signal d’entrée). Il est à noter qu’un même canal fréquentiel peut être utilisé pour différents faisceaux (un même canal fréquentiel peut être présent dans différents signaux d’entrée).As illustrated in the , the beamforming network 25 receives as input a plurality of input signals each comprising one or more frequency channels with respective power levels. In the example considered and illustrated in the , we consider M input signals. Each input signal corresponds to a beam of interest to be formed. There may be several hundred, or even several thousand beams to be formed simultaneously. The method according to the invention is particularly well suited to the case where the number of beams to be generated is large, for example at least equal to five hundred (L ≥ 500), or at least equal to one thousand (L ≥ 1000). However, nothing would prevent the invention from being applied to cases where the number of beams would be smaller. As a non-limiting example, we will take the case where there are two thousand beams to be formed (L = 2000). These input signals correspond, for example, to a carrier plan defined by an operator of the telecommunications satellite 30. Each carrier corresponds to a frequency channel occupying a sub-band Δf of a frequency band ΔF. The frequency band ΔF corresponds for example to the Ka band which extends between 27.5 and 31 GHz for transmission communications. The sub-band Δf occupied by a frequency channel has for example a bandwidth of 10 MHz. Each frequency channel is associated with a predetermined power level. A beam can be formed by one or more carriers (one or more frequency channels per input signal). It should be noted that the same frequency channel can be used for different beams (the same frequency channel can be present in different input signals).

Les niveaux de puissance (puissance RF en conduit) des canaux fréquentiels dans les signaux d’entrée peuvent être déterminés à partir de spécifications de PIRE (acronyme de « Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente ») fournies par l’opérateur. Ces spécifications fournissent le niveau minimal de PIRE que l’antenne doit fournir pour chaque canal fréquentiel. La PIRE est une combinaison de la directivité antenne et de la puissance conduite RF. La directivité antenne est connue via les diagrammes de rayonnement des sources 24 et les coefficients de pondération utilisés par le réseau 25 de formation de faisceaux (voir ci-après). On peut donc en déduire la puissance conduite RF nécessaire pour tenir les spécifications.The power levels (conducted RF power) of the frequency channels in the input signals can be determined from EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) specifications provided by the operator. These specifications provide the minimum EIRP level that the antenna must provide for each frequency channel. The EIRP is a combination of the antenna directivity and the conducted RF power. The antenna directivity is known via the radiation patterns of the sources 24 and the weighting coefficients used by the beamforming network 25 (see below). The conducted RF power required to meet the specifications can therefore be deduced.

De façon conventionnelle, le réseau 25 de formation de faisceaux est configuré pour appliquer des coefficients de pondération en phase et en amplitude aux différentes sources 24 et aux différents canaux fréquentiels afin de former les faisceaux radio souhaités pour desservir des zones géographiques d’intérêt à la surface de la Terre 50.Conventionally, the beamforming network 25 is configured to apply phase and amplitude weighting coefficients to the different sources 24 and to the different frequency channels in order to form the desired radio beams to serve geographic areas of interest on the surface of the Earth 50.

Autrement dit, le réseau 25 de formation de faisceaux est configuré pour transmettre à chaque source 24 une combinaison linéaire des signaux d’entrée pondérés par les coefficients de pondération en phase et en amplitude afin de former les faisceaux radio souhaités. Les coefficients de pondération permettent de moduler la position et la forme de chacun des faisceaux à former.In other words, the beamforming network 25 is configured to transmit to each source 24 a linear combination of the input signals weighted by the phase and amplitude weighting coefficients in order to form the desired radio beams. The weighting coefficients make it possible to modulate the position and shape of each of the beams to be formed.

Dans ce but, le réseau 25 de formation de faisceaux peut comporter, de façon connue, des circuits duplicateurs, des déphaseurs et des atténuateurs permettant d’appliquer un coefficient de pondération en amplitude et en phase à chaque canal fréquentiel pour chaque source 24 du réseau 23.For this purpose, the beamforming network 25 may comprise, in a known manner, duplicator circuits, phase shifters and attenuators making it possible to apply an amplitude and phase weighting coefficient to each frequency channel for each source 24 of the network 23.

Il convient de noter qu’à un instant donné, toutes les sources 24 du réseau 23 ne sont pas nécessairement utilisées pour former les faisceaux souhaités. Si tel est le cas, il suffit de prendre en compte les sources 24 qui sont effectivement utilisées.It should be noted that at any given time, not all sources 24 of the network 23 are necessarily used to form the desired beams. If this is the case, it is sufficient to take into account the sources 24 which are actually used.

Chaque source 24 est reliée à un amplificateur. Il peut s’agir par exemple d’un amplificateur de type SSPA ou un amplificateur à base de tubes. Dans l’exemple considéré, un amplificateur est associé à une et une seule source 24 (bijection entre les amplificateurs et les sources 24). Rien n’empêcherait toutefois de considérer le cas où un même amplificateur serait associé à plusieurs sources 24.Each source 24 is connected to an amplifier. This may be, for example, an SSPA type amplifier or a tube-based amplifier. In the example considered, an amplifier is associated with one and only one source 24 (bijection between the amplifiers and the sources 24). However, nothing would prevent us from considering the case where the same amplifier would be associated with several sources 24.

Un amplificateur associé à une source 24 a pour rôle d’amplifier la puissance du signal transmis à la source 24 par le réseau 25 de formation de faisceau avant l’émission radio dudit signal par la source 24. Un amplificateur reçoit donc en entrée la combinaison linéaire des signaux d’entrée pondérés destinée à la source 24 auquel (ou aux sources 24 auxquelles) l’amplificateur est associé.An amplifier associated with a source 24 has the role of amplifying the power of the signal transmitted to the source 24 by the beamforming network 25 before the radio emission of said signal by the source 24. An amplifier therefore receives as input the linear combination of the weighted input signals intended for the source 24 with which (or the sources 24 with which) the amplifier is associated.

Un amplificateur présente généralement des caractéristiques non linéaires lorsque le niveau de puissance attendue en sortie de l’amplificateur est élevé. Plus l’amplificateur doit fournir de la puissance en sortie, plus il est non-linéaire, et plus il va générer des produits d'intermodulation.An amplifier generally exhibits nonlinear characteristics when the expected power level at the amplifier output is high. The more power the amplifier must provide at the output, the more nonlinear it is, and the more it will generate intermodulation products.

Les produits d’intermodulation issus de la non-linéarité des amplificateurs impactent le bilan de liaison d’une communication établie entre le satellite 30 de télécommunications et une station terrestre de réception. Cet impact peut être évalué en calculant un rapport entre signal utile et bruit d’intermodulation (« rapport C/IM ») au niveau du signal rayonné au sol dans une zone géographique d’intérêt (zone géographique desservie par un faisceau radio émis par l’antenne 20 active multifaisceaux). Ce rapport C/IM rayonné peut notamment être calculé pour une porteuse donnée (c’est-à-dire pour un canal fréquentiel particulier).The intermodulation products resulting from the non-linearity of the amplifiers impact the link budget of a communication established between the telecommunications satellite 30 and a receiving ground station. This impact can be evaluated by calculating a ratio between useful signal and intermodulation noise (“C/IM ratio”) at the level of the signal radiated on the ground in a geographical area of interest (geographic area served by a radio beam emitted by the active multi-beam antenna 20). This radiated C/IM ratio can in particular be calculated for a given carrier (i.e. for a particular frequency channel).

Les figures 4 et 5 représentent les principales étapes de deux modes de mise en œuvre d’une méthode 100 visant à contrôler la configuration de la charge utile d’un satellite 30 de télécommunications. La méthode 100 selon l’invention permet de calculer un rapport C/IM rayonné pour au moins une porteuse et pour au moins une zone géographique d’intérêt. La méthode 100 permet ensuite de vérifier un critère prédéterminé en fonction du rapport C/IM rayonné calculé.Figures 4 and 5 represent the main steps of two modes of implementation of a method 100 aimed at controlling the configuration of the payload of a telecommunications satellite 30. The method 100 according to the invention makes it possible to calculate a radiated C/IM ratio for at least one carrier and for at least one geographical area of interest. The method 100 then makes it possible to verify a predetermined criterion as a function of the calculated radiated C/IM ratio.

Dans l’exemple considéré, cette méthode est mise en œuvre par un ordinateur 10 du centre 17 de contrôle de mission. Autrement dit, dans l’exemple considéré, cette méthode est utilisée pendant une phase opérationnelle du satellite 30 de télécommunications. Il convient toutefois de noter que cette méthode pourrait également être utilisée pendant des phases amont, par exemple pendant une phase de conception ou de dimensionnement de la charge utile du satellite 30 de télécommunications.In the example considered, this method is implemented by a computer 10 of the mission control center 17. In other words, in the example considered, this method is used during an operational phase of the telecommunications satellite 30. It should however be noted that this method could also be used during upstream phases, for example during a design or dimensioning phase of the payload of the telecommunications satellite 30.

La représente schématiquement un ordinateur 10 configuré pour mettre en œuvre la méthode 100 selon l’invention pour valider la configuration de la charge utile d’un satellite 30 de télécommunications. Tel qu’illustré sur la , l’ordinateur 10 comporte au moins un processeur 11 et au moins une mémoire 12. La mémoire 12 mémorise des instructions de code d’un programme 13 informatique qui, lorsqu’elles sont exécutées par le processeur 11, configure le processeur 11 pour mettre en œuvre la méthode 100 selon l’invention. L’ordinateur 10 peut également comporter une interface utilisateur 14 (aussi connue sous le terme IHM, acronyme de « Interface Homme-Machine ») pour recevoir d’éventuels paramètres d’entrée. Alternativement ou en complément, l’ordinateur 10 peut également être connecté à une autre machine configurée pour fournir tout ou partie des paramètres d’entrée.There schematically represents a computer 10 configured to implement the method 100 according to the invention to validate the configuration of the payload of a telecommunications satellite 30. As illustrated in the , the computer 10 comprises at least one processor 11 and at least one memory 12. The memory 12 stores code instructions of a computer program 13 which, when executed by the processor 11, configures the processor 11 to implement the method 100 according to the invention. The computer 10 may also comprise a user interface 14 (also known as HMI, acronym for “Human-Machine Interface”) to receive possible input parameters. Alternatively or in addition, the computer 10 may also be connected to another machine configured to provide all or part of the input parameters.

Tel qu’illustré sur les figures 3 et 4, la méthode 100 prend en entrée différents paramètres. Un premier ensemble de paramètres correspond aux niveaux de puissance des canaux fréquentiels composant les signaux d’entrée. Cela correspond à un plan de fréquences alloué pour la mission affectée au satellite 30 de télécommunications. Ce plan de fréquences est par exemple fourni par un opérateur du système de télécommunications décrit en référence à la . Le plan de fréquence indique le niveau de puissance en conduit (« RF conducted power » en anglais) de chaque canal fréquentiel contenu dans les signaux d’entrée.As illustrated in FIGS. 3 and 4 , the method 100 takes various parameters as input. A first set of parameters corresponds to the power levels of the frequency channels making up the input signals. This corresponds to a frequency plan allocated for the mission assigned to the telecommunications satellite 30 . This frequency plan is for example provided by an operator of the telecommunications system described with reference to FIG. The frequency plan indicates the RF conducted power level of each frequency channel contained in the input signals.

Un deuxième ensemble de paramètres correspond aux coefficients de pondération associés aux différents canaux fréquentiels et aux différentes sources 24. Ces coefficients de pondération comprennent notamment des poids en amplitude appliqués par le réseau 25 de formation de faisceaux aux différents canaux fréquentiels pour chaque source 24. Ces poids correspondent à une configuration particulière du réseau 25 de formation de faisceaux de l’antenne 20 pour former des faisceaux radio permettant de répondre à la mission du satellite 30 de télécommunications à un instant donné. Dans la présente demande, l’expression « les coefficients de pondération associés à un amplificateur » doit être comprise comme « les coefficients de pondération associés à une source 24 (ou aux sources 24 auxquelles) l’amplificateur est associé ».A second set of parameters corresponds to the weighting coefficients associated with the different frequency channels and the different sources 24. These weighting coefficients include in particular amplitude weights applied by the beamforming network 25 to the different frequency channels for each source 24. These weights correspond to a particular configuration of the beamforming network 25 of the antenna 20 to form radio beams making it possible to respond to the mission of the telecommunications satellite 30 at a given time. In the present application, the expression “the weighting coefficients associated with an amplifier” must be understood as “the weighting coefficients associated with a source 24 (or the sources 24 with which) the amplifier is associated”.

Un troisième ensemble de paramètres correspond à des caractéristiques de linéarité des amplificateurs associés aux différentes sources 24. Les caractéristiques de linéarité d’un amplificateur sont par exemple définies par une courbe décrivant un rapport de puissance de bruit (NPR pour « Noise Power Ratio » en anglais) en fonction d’une puissance en sortie de l’amplificateur (point d’opération, ou OBO pour « output back-off » en anglais). Cette courbe NPR = f(OBO) est par exemple fournie par le constructeur de l’amplificateur. L’OBO correspond à une puissance de sortie relativement à point de saturation de l’amplificateur.A third set of parameters corresponds to linearity characteristics of the amplifiers associated with the different sources 24. The linearity characteristics of an amplifier are for example defined by a curve describing a noise power ratio (NPR) as a function of an output power of the amplifier (operating point, or OBO for output back-off). This curve NPR = f(OBO) is for example provided by the manufacturer of the amplifier. The OBO corresponds to an output power relative to the saturation point of the amplifier.

Un quatrième ensemble de paramètres correspond aux diagrammes de rayonnement des différentes sources 24 de l’antenne 20. Chaque diagramme de rayonnement est une représentation de la distribution dans l’espace tridimensionnel d’une grandeur représentative de la puissance rayonnée par une source 24.A fourth set of parameters corresponds to the radiation patterns of the different sources 24 of the antenna 20. Each radiation pattern is a representation of the distribution in three-dimensional space of a quantity representative of the power radiated by a source 24.

Tel qu’illustré sur les figures 3 et 4, la méthode 100 comporte une étape de détermination 101 d'un « masque normalisé » de densité spectrale de puissance (DSP) de bruit d'intermodulation (IM) à partir des niveaux de puissance des canaux fréquentiels composant les signaux d’entrée.As illustrated in Figures 3 and 4, the method 100 comprises a step 101 of determining a “normalized mask” of power spectral density (PSD) of intermodulation (IM) noise from the power levels of the frequency channels composing the input signals.

La densité spectrale de puissance du bruit engendré par les produits d’intermodulation des canaux fréquentiels contenu dans le plan de fréquences peut être calculée de façon analytique tel que décrit dans le document « Calculation of third order intermodulation spectrum », Y.H. LAU et al., ELECTRONICIS LETTERS, October 11th, 1990, Vol. 26, No. 21. Cette méthode permet de calculer la densité spectrale de puissance des produits d’intermodulation en convoluant le spectre en puissance du signal présent en entrée d’un amplificateur.The power spectral density of the noise generated by the intermodulation products of the frequency channels contained in the frequency plane can be calculated analytically as described in the document "Calculation of third order intermodulation spectrum", Y.H. LAU et al., ELECTRONICIS LETTERS, October 11th, 1990, Vol. 26, No. 21. This method makes it possible to calculate the power spectral density of the intermodulation products by convolving the power spectrum of the signal present at the input of an amplifier.

Il est envisageable de considérer uniquement les produits d'intermodulation d'ordre trois (ce sont ceux qui dominent le spectre de puissance du bruit d’intermodulation). Les produits d'intermodulation d'ordre trois comportent les produits triples (du type , formés à partir de trois canaux fréquentiels distincts centrés respectivement sur les fréquences , et ), et les produits doubles (du type , formés à partir de deux canaux fréquentiels distincts centrés respectivement sur les fréquences , et ). La puissance d’un produit triple est 6 dB plus forte que celle d’un produit double.It is possible to consider only third-order intermodulation products (these are those which dominate the power spectrum of the intermodulation noise). Third-order intermodulation products include triple products (of the type , formed from three distinct frequency channels centered respectively on the frequencies , And ), and double products (of the type , formed from two distinct frequency channels centered respectively on the frequencies , And ). The power of a triple product is 6 dB louder than that of a double product.

La densité spectrale de puissance du bruit engendré par les produits d’intermodulation d’ordre trois peut alors s’écrire sous la forme :The power spectral density of the noise generated by third-order intermodulation products can then be written in the form:

Dans cette expression, l’opérateur correspond à une opération de convolution. N correspond au nombre de canaux fréquentiels différents contenus dans les signaux d’entrée. Le terme correspond au spectre de puissance d’un canal fréquentiel d’indice . On considère par exemple qu’il prend la forme d’un créneau centré à la fréquence et de largeur de bande Δf. L’amplitude du créneau correspond au niveau de puissance attribué au canal fréquentiel (différents niveaux de puissance sont attribués aux différents canaux fréquentiels, selon le plan de fréquences considéré). On a alors ) et . Le terme correspond au spectre de puissance du signal d’entrée : .In this expression, the operator corresponds to a convolution operation. N corresponds to the number of different frequency channels contained in the input signals. The term corresponds to the power spectrum of a frequency channel of index . For example, it is considered to take the form of a slot centered at the frequency and bandwidth Δf. The amplitude of the slot corresponds to the power level assigned to the frequency channel (different power levels are assigned to different frequency channels, depending on the frequency plan considered). We then have ) And . The term corresponds to the power spectrum of the input signal: .

Les convolutions impliquant le spectre de puissance du signal d’entrée ( ) peuvent être calculées en utilisant des routines FFT (acronyme anglais de « Fast Fourier Transform », en français « transformation de Fourier rapide »). Les convolutions impliquant des canaux fréquentiels de façon individuelle ( ) peuvent être obtenues de façon numérique ou analytique.Convolutions involving the power spectrum of the input signal ( ) can be computed using FFT (Fast Fourier Transform) routines. Convolutions involving individual frequency channels ( ) can be obtained numerically or analytically.

Le « masque normalisé » de densité spectrale de bruit d’intermodulation peut alors être déterminé en normalisant le résultat par rapport à la puissance de bruit d'intermodulation totale sur la bande de fréquences ΔF. La puissance de bruit d'intermodulation totale est obtenue en intégrant la densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation sur la bande de fréquences ΔF.The "normalized mask" of intermodulation noise spectral density can then be determined by normalizing the result relative to the total intermodulation noise power over the frequency band ΔF. The total intermodulation noise power is obtained by integrating the intermodulation noise power spectral density on the ΔF frequency band.

Selon un autre exemple, le résultat peut être normalisé par rapport à la puissance de bruit d'intermodulation agrégée sur la bande de fréquences ΔF pour des valeurs de puissance comprises dans une plage de valeurs prédéterminée (par exemple pour les valeurs de puissance comprises entre un seuil inférieur, par exemple -10 dB, et une valeur de puissance maximale).According to another example, the result may be normalized to the aggregated intermodulation noise power over the frequency band ΔF for power values within a predetermined range of values (e.g. for power values between a lower threshold, e.g. -10 dB, and a maximum power value).

D’autres méthodes de normalisation de la densité spectrale de bruit d’intermodulation pourraient être envisagées (par exemple une normalisation par rapport à une valeur de puissance maximale plutôt que par rapport à une valeur de puissance agrégée). Le choix d’une méthode de normalisation n’est qu’une variante de l’invention.Other methods of normalizing the intermodulation noise spectral density could be considered (e.g. normalizing with respect to a maximum power value rather than with respect to an aggregate power value). The choice of a normalization method is only one variation of the invention.

Il convient de noter qu’il est également envisageable de prendre en compte des produits d'intermodulation d'ordre impair supérieur à trois (par exemple les produits d’intermodulation d’ordre cinq ou sept). Ces produits d'intermodulation peuvent être calculés par une méthode analytique similaire à celle décrite ci-avant pour les produits d'intermodulation d’ordre trois. La prise en compte des produits d'intermodulation d'ordre impair supérieur à trois permet d’obtenir une meilleure précision pour la détermination 101 du masque normalisé de densité spectrale de bruit d’intermodulation. Toutefois, cela implique un plus grand nombre de calculs et par conséquent une augmentation du temps nécessaire pour exécuter la méthode 100 selon l’invention.It should be noted that it is also possible to consider intermodulation products of odd order greater than three (for example intermodulation products of order five or seven). These intermodulation products can be calculated by an analytical method similar to that described above for intermodulation products of order three. Taking into account intermodulation products of odd order greater than three makes it possible to obtain better precision for the determination 101 of the normalized intermodulation noise spectral density mask. However, this involves a greater number of calculations and consequently an increase in the time required to execute the method 100 according to the invention.

Au lieu de calculer précisément les produits d'intermodulation d'ordre impair supérieur à trois, il est envisageable d’appliquer à la densité spectrale de bruit d’intermodulation une valeur de correction visant à compenser les produits d'intermodulation non pris en compte.Instead of precisely calculating intermodulation products of odd order greater than three, it is possible to apply to the intermodulation noise spectral density a correction value to compensate for unaccounted intermodulation products.

Cette valeur de correction peut par exemple être estimée par simulation en comparant pour plusieurs exemples la densité spectrale de bruit d’intermodulation calculée en prenant en compte les produits d’intermodulation d’ordre trois et cinq (voire les produits d’intermodulations d’ordre trois, cinq et sept) avec la densité spectrale de bruit d’intermodulation calculée en prenant en compte uniquement les produits d’intermodulation d’ordre trois. La valeur de correction peut alors être déterminée en fonction d’une différence moyenne observée entre les densités spectrales ainsi calculées.This correction value can for example be estimated by simulation by comparing for several examples the spectral density of intermodulation noise calculated by taking into account the intermodulation products of order three and five (or even the intermodulation products of order three, five and seven) with the spectral density of intermodulation noise calculated by taking into account only the intermodulation products of order three. The correction value can then be determined based on an average difference observed between the spectral densities thus calculated.

Dans le mode de mise en œuvre décrit en référence à la , le masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation est le même pour tous les amplificateurs. Autrement dit, pour calculer le masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation d’un amplificateur, on considère l’ensemble de tous les canaux fréquentiels présents dans les signaux d’entrée, et on ne prend pas en compte les coefficients de pondération. Cela ne devrait théoriquement pas être le cas car les canaux fréquentiels en entrée de l’amplificateur et les niveaux de puissance desdits canaux fréquentiels ne sont pas les mêmes d’un amplificateur à l’autre (car les coefficients de pondération associés aux différents canaux fréquentiels ne sont pas les mêmes d’un amplificateur à l’autre).In the mode of implementation described with reference to the , the normalized intermodulation noise power spectral density mask is the same for all amplifiers. In other words, to calculate the normalized intermodulation noise power spectral density mask of an amplifier, we consider the set of all frequency channels present in the input signals, and we do not take into account the weighting coefficients. This should theoretically not be the case because the frequency channels at the input of the amplifier and the power levels of said frequency channels are not the same from one amplifier to another (because the weighting coefficients associated with the different frequency channels are not the same from one amplifier to another).

L’expérience montre toutefois que cette approximation est acceptable car l’erreur introduite dans le calcul du rapport C/IM avec cette hypothèse reste relativement faible. Cette approximation est d’autant plus valable que le nombre de sources 24 est grand (la puissance est moyennée sur l’ensemble des sources).Experience shows, however, that this approximation is acceptable because the error introduced into the calculation of the C/IM ratio with this hypothesis remains relatively small. This approximation is all the more valid as the number of sources 24 is large (the power is averaged over all the sources).

Il est cependant également possible de ne pas faire cette approximation et de prendre en compte, pour chaque amplificateur, les coefficients de pondération associés aux différents canaux fréquentiels dans le calcul du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d’intermodulation. C’est ce qui est proposé par le mode de réalisation décrit en référence à la . Dans ce cas, un masque normalisé différent est calculé pour chaque amplificateur. Ce mode de réalisation permet d’augmenter la précision du rapport C/IM calculé, mais il nécessite un plus grand nombre de calculs et donc un temps d’exécution plus important.It is however also possible not to make this approximation and to take into account, for each amplifier, the weighting coefficients associated with the different frequency channels in the calculation of the normalized intermodulation noise power spectral density mask. This is what is proposed by the embodiment described with reference to the . In this case, a different normalized mask is calculated for each amplifier. This embodiment allows to increase the precision of the calculated C/IM ratio, but it requires a greater number of calculations and therefore a longer execution time.

Les étapes suivantes de la méthode 100 selon l’invention (étapes 102 à 110) sont identiques pour les deux modes de réalisation décrits respectivement aux figures 4 et 5.The following steps of method 100 according to the invention (steps 102 to 110) are identical for the two embodiments described respectively in figures 4 and 5.

La méthode 100 comporte une étape de détermination 102, pour chaque amplificateur, d'un point d'opération de l'amplificateur. Il est déterminé à partir des niveaux de puissance respectifs des canaux fréquentiels des signaux d'entrée, et à partir des coefficients de pondération associés respectivement audit amplificateur (c’est-à-dire aux coefficients de pondération associés à la source 24 à laquelle est associé ledit amplificateur). Le point d’opération correspond à la puissance agrégée en sortie de l’amplificateur sur l’ensemble de la bande de fréquences ΔF considérée.The method 100 comprises a step 102 of determining, for each amplifier, an operating point of the amplifier. It is determined from the respective power levels of the frequency channels of the input signals, and from the weighting coefficients respectively associated with said amplifier (i.e. the weighting coefficients associated with the source 24 with which said amplifier is associated). The operating point corresponds to the aggregated power at the output of the amplifier over the entire frequency band ΔF considered.

En sortie de l’étape 102, on connaît donc le point d’opération (c’est-à-dire la puissance en sortie) de chaque amplificateur.At the output of step 102, we therefore know the operating point (i.e. the output power) of each amplifier.

La méthode 100 comporte ensuite une étape de détermination 103, pour chaque amplificateur, d'une puissance totale de bruit d'intermodulation en fonction du point d'opération et en fonction des caractéristiques de linéarité de l'amplificateur.The method 100 then comprises a step 103 of determining, for each amplifier, a total intermodulation noise power as a function of the operating point and as a function of the linearity characteristics of the amplifier.

Comme indiqué précédemment, les caractéristiques de linéarité de l’amplificateur sont par exemple définies par une courbe NPR = f(OBO) fournie par le constructeur de l’amplificateur. Il est toutefois également envisageable d’obtenir les caractéristiques de linéarité de l’amplificateur par des méthodes de simulation. Cette simulation peut notamment être mise en œuvre en modélisant l’amplificateur avec un modèle de Shimbo. Les caractéristiques de linéarité de l’amplificateur peuvent alors être définies par une courbe de type C/IM = f(OBO).As previously indicated, the linearity characteristics of the amplifier are for example defined by a curve NPR = f(OBO) provided by the amplifier manufacturer. However, it is also possible to obtain the linearity characteristics of the amplifier by simulation methods. This simulation can in particular be implemented by modeling the amplifier with a Shimbo model. The linearity characteristics of the amplifier can then be defined by a curve of type C/IM = f(OBO).

En sortie de l’étape 103, on connaît le niveau de puissance avec lequel chaque amplificateur contribue au bruit d’intermodulation, mais on ne connaît pas la répartition spectrale des produits d’intermodulation (les produits d’intermodulation ne sont pas répartis uniformément en termes de puissance). La répartition spectrale des produits d’intermodulation est en revanche indiquée par le masque normalisé déterminé à l’étape 101.At the output of step 103, the power level with which each amplifier contributes to the intermodulation noise is known, but the spectral distribution of the intermodulation products is not known (the intermodulation products are not uniformly distributed in terms of power). The spectral distribution of the intermodulation products is, however, indicated by the normalized mask determined in step 101.

La méthode 100 comporte une étape de détermination 104, pour chaque amplificateur, d'un « masque absolu » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation en pondérant le masque normalisé (déterminé à l’étape 101) avec la puissance totale de bruit d'intermodulation (déterminée à l’étape 103). Un « masque absolu » de densité spectrale de puissance de bruit d’intermodulation est ainsi déterminé pour chaque amplificateur.The method 100 comprises a step 104 of determining, for each amplifier, an “absolute mask” of intermodulation noise power spectral density by weighting the normalized mask (determined in step 101) with the total intermodulation noise power (determined in step 103). An “absolute mask” of intermodulation noise power spectral density is thus determined for each amplifier.

On obtient ainsi en sortie de l’étape 104, pour chaque amplificateur, un masque de densité spectrale de puissance de bruit d’intermodulation qui est représentatif à la fois de la répartition spectrale et des niveaux de puissance des produits d’intermodulation propres à l’amplificateur.We thus obtain at the output of step 104, for each amplifier, a power spectral density mask of intermodulation noise which is representative of both the spectral distribution and the power levels of the intermodulation products specific to the amplifier.

La méthode 100 comporte ensuite une étape de détermination 105, pour chaque source 24, d'un « masque rayonné » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation en pondérant le masque absolu (déterminé à l’étape 104) de l'amplificateur auquel la source est reliée par le diagramme de rayonnement de la source 24.The method 100 then comprises a step 105 of determining, for each source 24, a “radiated mask” of intermodulation noise power spectral density by weighting the absolute mask (determined in step 104) of the amplifier to which the source is connected by the radiation pattern of the source 24.

L’étape 105 permet ainsi d’ajouter la dimension spatiale, via le diagramme de rayonnement. Le « masque rayonné » permet ainsi de déterminer en un point donné au niveau de la surface terrestre, pour chaque source 24, une densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation rayonnée en ce point.Step 105 thus makes it possible to add the spatial dimension, via the radiation diagram. The “radiated mask” thus makes it possible to determine at a given point on the Earth’s surface, for each source 24, a spectral density of intermodulation noise power radiated at this point.

La méthode 100 comporte ensuite une étape de détermination 106 d'un « masque rayonné total » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation par une sommation en puissance des masques rayonnés de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation des différentes sources 24. Le masque rayonné total permet de déterminer en un point donné au niveau de la surface terrestre, pour l’ensemble des sources 24, une densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation rayonnée en ce point.The method 100 then comprises a step 106 of determining a “total radiated mask” of intermodulation noise power spectral density by a power summation of the radiated masks of intermodulation noise power spectral density of the different sources 24. The total radiated mask makes it possible to determine at a given point on the Earth's surface, for all of the sources 24, a radiated intermodulation noise power spectral density at this point.

L’utilisation de la somme en puissance des masques rayonnés repose sur une simplification qui revient à considérer que les bruits d’intermodulation entre les différentes sources sont décorrélés, ce qui n’est théoriquement pas le cas. Toutefois, l’expérience montre que cette simplification est acceptable car l’erreur introduite dans le calcul du rapport C/IM avec cette hypothèse reste relativement faible en comparaison avec des résultats fournis par modèles théoriquement exacts. Cette simplification permet de réduire les temps de calcul pour fournir une modélisation des performances en termes de C/IM rayonné en un temps limité. Il est à noter que plus le nombre de produits d’intermodulation est élevé, et plus les bruits d’intermodulation entre les différentes sources sont décorrélés. La méthode 100 selon l’invention est donc particulièrement bien adaptée à des antennes permettant de former un grand nombre de faisceaux simultanément.The use of the sum in power of the radiated masks is based on a simplification which amounts to considering that the intermodulation noises between the different sources are decorrelated, which is theoretically not the case. However, experience shows that this simplification is acceptable because the error introduced in the calculation of the C/IM ratio with this hypothesis remains relatively low in comparison with results provided by theoretically exact models. This simplification makes it possible to reduce the calculation times to provide a modeling of the performances in terms of radiated C/IM in a limited time. It should be noted that the higher the number of intermodulation products, the more the intermodulation noises between the different sources are decorrelated. The method 100 according to the invention is therefore particularly well suited to antennas allowing a large number of beams to be formed simultaneously.

De façon optionnelle, une valeur de correction peut être appliquée au rapport C/IM calculé pour prendre en compte l’erreur introduite par l’approximation liée à la sommation en puissance des masques rayonnés. Cette valeur de correction peut notamment être déterminée en fonction d'un facteur de réutilisation des canaux fréquentiels pour former les différents faisceaux radio souhaités. Il peut par exemple s’agir d’un taux de réutilisation moyen (correspondant à la moyenne des taux de réutilisation des différents canaux fréquentiels). Il a en effet été observé que plus le taux de réutilisation moyen est important, et plus il convient d’appliquer une valeur de correction élevée au rapport C/IM calculé pour compenser l’approximation liée à la sommation en puissance des masques rayonnés. Selon un autre exemple, le facteur de réutilisation peut correspondre à une différence entre le taux de réutilisation maximal et le taux de réutilisation minimal parmi les différents canaux fréquentiels. Il a en effet été observé que plus cette différence est grande (c’est-à-dire plus le taux de réutilisation est hétérogène pour les canaux fréquentiels) et plus il convient d’appliquer une valeur de correction élevée au rapport C/IM calculé pour compenser l’approximation liée à la sommation en puissance des masques rayonnés.Optionally, a correction value may be applied to the calculated C/IM ratio to take into account the error introduced by the approximation related to the power summation of the radiated masks. This correction value may in particular be determined according to a reuse factor of the frequency channels to form the different desired radio beams. For example, it may be an average reuse rate (corresponding to the average of the reuse rates of the different frequency channels). It has indeed been observed that the higher the average reuse rate, the more it is appropriate to apply a high correction value to the calculated C/IM ratio to compensate for the approximation related to the power summation of the radiated masks. According to another example, the reuse factor may correspond to a difference between the maximum reuse rate and the minimum reuse rate among the different frequency channels. It has in fact been observed that the greater this difference (i.e. the more heterogeneous the reuse rate is for the frequency channels), the more it is appropriate to apply a high correction value to the calculated C/IM ratio to compensate for the approximation linked to the power summation of the radiated masks.

On considère par la suite un canal fréquentiel particulier et une zone géographique d’intérêt particulière (zone desservie par un faisceau), et on cherche à déterminer le rapport C/IM rayonné dans cette zone géographique d’intérêt pour le canal fréquentiel considéré. Par exemple, on détermine le rapport C/IM rayonné en un point correspondant au centre de la zone géographique. Alternativement, il est envisageable de déterminer un rapport C/IM rayonné en plusieurs points de la zone géographique d’intérêt (par exemple selon un quadrillage de la zone géographique d’intérêt).We then consider a particular frequency channel and a particular geographic area of interest (area served by a beam), and we seek to determine the C/IM ratio radiated in this geographic area of interest for the frequency channel considered. For example, we determine the C/IM ratio radiated at a point corresponding to the center of the geographic area. Alternatively, it is possible to determine a C/IM ratio radiated at several points in the geographic area of interest (for example according to a grid of the geographic area of interest).

Dans ce but, la méthode 100 comporte une étape de détermination 107 d'une puissance rayonnée de bruit d'intermodulation pour la zone géographique d’intérêt et pour le canal fréquentiel considérés. Cette étape de détermination 107 est mise en œuvre par une intégration, sur la sous-bande de fréquences Δf correspondant audit canal fréquentiel, du masque rayonné total de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation pour la zone géographique d'intérêt considérée.For this purpose, the method 100 comprises a step 107 of determining a radiated power of intermodulation noise for the geographical area of interest and for the frequency channel considered. This determination step 107 is implemented by an integration, on the frequency sub-band Δf corresponding to said frequency channel, of the total radiated mask of intermodulation noise power spectral density for the geographical area of interest considered.

La méthode 100 comporte ensuite une étape de détermination 108, pour le canal fréquentiel considéré, d'une puissance isotrope équivalente rayonnée par l'antenne 20 active multifaisceaux (PIRE de la porteuse correspondant au canal fréquentiel). Cette PIRE peut être calculée à partir de la puissance RF en conduit de la porteuse et à partir des diagrammes de rayonnement et des coefficients de pondération.The method 100 then comprises a step 108 of determining, for the frequency channel considered, an equivalent isotropic power radiated by the active multi-beam antenna 20 (EIRP of the carrier corresponding to the frequency channel). This EIRP can be calculated from the RF power in the carrier and from the radiation patterns and the weighting coefficients.

La méthode 100 comporte ensuite une étape de détermination 109, pour la zone géographique d’intérêt et pour le canal fréquentiel considérés, d'un rapport « C/IM rayonné » entre la puissance isotrope équivalente rayonnée (déterminée à l’étape 108) et la puissance rayonnée de bruit d'intermodulation (déterminée à l’étape 107).The method 100 then comprises a determination step 109, for the geographical area of interest and for the frequency channel considered, of a “radiated C/IM” ratio between the radiated equivalent isotropic power (determined in step 108) and the radiated intermodulation noise power (determined in step 107).

Enfin, la méthode 100 comporte une étape de vérification 110 d’un critère prédéterminé en fonction du rapport « C/IM rayonné » ainsi déterminé. Cette étape permet de valider la configuration de la charge utile du satellite 30 de télécommunications en termes de performances du C/IM rayonné. Il est par exemple envisageable de lever une alerte (par exemple via l’interface utilisateur 14) si le C/IM rayonné est inférieur à un seuil prédéfini. De telles dispositions permettent de vérifier s’il est nécessaire de prendre des mesures pour modifier la configuration de la charge utile du satellite 30 de télécommunications pour qu’il puisse accomplir sa mission de façon performante. Selon un autre exemple, il est possible de définir une fonction de répartition (CDF, pour « Cumulative Distribution Function » en anglais) d’un rapport C/IM rayonné sur l’ensemble de la bande de fréquences ΔF considérée et pour l’ensemble de la région de couverture considérée. Par exemple, pour un point de la région de couverture, il est possible de déterminer par quelle porteuse il est illuminé, et de calculer le rapport C/IM rayonné pour la porteuse en question au point considéré. Si le point considéré est illuminé par plusieurs porteuses, il est possible de calculer une valeur moyenne, ou une valeur correspondant à un pire cas, de rapport C/IM rayonné au point considéré. Une telle fonction de réparation permet par exemple de déterminer quel pourcentage de la région de couverture présente un rapport C/IM rayonné supérieur ou égal à un seuil prédéfini.Finally, the method 100 comprises a verification step 110 of a predetermined criterion as a function of the “radiated C/IM” ratio thus determined. This step makes it possible to validate the configuration of the payload of the telecommunications satellite 30 in terms of radiated C/IM performance. For example, it is possible to raise an alert (for example via the user interface 14) if the radiated C/IM is below a predefined threshold. Such provisions make it possible to verify whether it is necessary to take measures to modify the configuration of the payload of the telecommunications satellite 30 so that it can perform its mission efficiently. According to another example, it is possible to define a distribution function (CDF, for “Cumulative Distribution Function”) of a radiated C/IM ratio over the entire frequency band ΔF considered and for the entire coverage region considered. For example, for a point in the coverage region, it is possible to determine by which carrier it is illuminated, and to calculate the radiated C/IM ratio for the carrier in question at the point considered. If the point considered is illuminated by several carriers, it is possible to calculate an average value, or a value corresponding to a worst case, of the radiated C/IM ratio at the point considered. Such a repair function makes it possible, for example, to determine what percentage of the coverage region has a radiated C/IM ratio greater than or equal to a predefined threshold.

La description ci-avant illustre clairement que, par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs fixés. En particulier, la solution proposée permet de calculer un rapport C/IM rayonné dans un temps limité afin notamment de permettre son utilisation lors de phases opérationnelles, et ce tout en assurant un niveau de précision suffisant. La complexité de l’évaluation du rapport C/IM est liée au nombre élevé de porteuses et de faisceaux nécessaires pour assurer la mission du satellite 30 de télécommunications. La méthode proposée est donc particulièrement bien adaptée pour évaluer le rapport C/IM dans les cas de charge utile complexe (les autres méthodes de calculs disponibles dans l’art antérieur étant alors trop longues à mettre en œuvre). La méthode proposée utilise en effet une approche globale et analytique qui permet de s’affranchir de nombreux calculs unitaires et ainsi conserver un temps d’exécution quasi négligeable.The above description clearly illustrates that, through its various features and their advantages, the present invention achieves the set objectives. In particular, the proposed solution makes it possible to calculate a radiated C/IM ratio in a limited time in order in particular to allow its use during operational phases, while ensuring a sufficient level of precision. The complexity of evaluating the C/IM ratio is linked to the high number of carriers and beams required to ensure the mission of the telecommunications satellite 30. The proposed method is therefore particularly well suited to evaluating the C/IM ratio in cases of complex payload (the other calculation methods available in the prior art then being too long to implement). The proposed method uses a global and analytical approach which makes it possible to avoid numerous unit calculations and thus maintain an almost negligible execution time.

Claims (12)

Méthode (100) mise en œuvre par un ordinateur (10) pour valider une configuration d’une charge utile d’un satellite (30) de télécommunications, ledit satellite (30) étant configuré pour émettre un signal avec une antenne (20) active multifaisceaux comportant un réseau (25) de formation de faisceaux, le réseau (25) de formation de faisceaux étant relié à une pluralité de sources (24) et adapté à former simultanément plusieurs faisceaux d'intérêt desservant des zones géographiques à la surface de la Terre, le réseau (25) de formation de faisceaux étant configuré pour recevoir en entrée, pour chaque faisceau d’intérêt à former, un signal d'entrée comportant un ou plusieurs canaux fréquentiels avec des niveaux de puissance respectifs, et pour transmettre à chaque source (24) une combinaison linéaire des signaux d’entrée pondérés par des coefficients de pondération, chaque source (24) étant reliée à un amplificateur,
la méthode (100) comporte pour chaque amplificateur :
  • une détermination (101) d'un « masque normalisé » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation à partir des canaux fréquentiels composant les signaux d'entrée et des niveaux de puissance respectifs desdits canaux fréquentiels,
  • une détermination (102) d'un point d'opération correspondant à une puissance de sortie de l'amplificateur, le point d'opération étant déterminé en fonction des niveaux de puissance des canaux fréquentiels des signaux d'entrée, et en fonction des coefficients de pondération associés audit amplificateur,
  • une détermination (103) d'une puissance totale de bruit d'intermodulation en fonction du point d'opération et de caractéristiques de linéarité de l'amplificateur,
  • une détermination (104) d'un « masque absolu » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation par une pondération du masque normalisé avec la puissance totale de bruit d'intermodulation,
la méthode (100) comporte pour chaque source (24) :
  • une détermination (105) d'un « masque rayonné » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation à partir du masque absolu de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation de l'amplificateur auquel la source (24) est reliée, et à partir d'un diagramme de rayonnement de la source,
la méthode (100) comporte en outre :
  • une détermination (106) d'un « masque rayonné total » de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation par une sommation en puissance des masques rayonnés des différentes sources (24),
pour au moins un canal fréquentiel d'intérêt, et pour au moins une zone géographique d'intérêt :
  • une détermination (107) d'une puissance rayonnée de bruit d'intermodulation par une intégration, sur une sous-bande de fréquences correspondant audit canal fréquentiel, du masque rayonné total de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation pour la zone géographique d'intérêt,
  • une détermination (108), pour le canal fréquentiel d'intérêt, d'une puissance isotrope équivalente rayonnée par l'antenne (20) active multifaisceaux,
  • une détermination (109) d'un rapport « C/IM rayonné » entre la puissance isotrope équivalente rayonnée et la puissance rayonnée de bruit d'intermodulation,
  • une vérification (110) d’un critère prédéterminé en fonction du rapport « C/IM rayonné » ainsi déterminé.
Method (100) implemented by a computer (10) for validating a configuration of a payload of a telecommunications satellite (30), said satellite (30) being configured to transmit a signal with an active multi-beam antenna (20) comprising a beamforming network (25), the beamforming network (25) being connected to a plurality of sources (24) and adapted to simultaneously form several beams of interest serving geographical areas on the surface of the Earth, the beamforming network (25) being configured to receive as input, for each beam of interest to be formed, an input signal comprising one or more frequency channels with respective power levels, and to transmit to each source (24) a linear combination of the input signals weighted by weighting coefficients, each source (24) being connected to an amplifier,
method (100) comprises for each amplifier:
  • a determination (101) of a “normalized mask” of intermodulation noise power spectral density from the frequency channels composing the input signals and the respective power levels of said frequency channels,
  • a determination (102) of an operating point corresponding to an output power of the amplifier, the operating point being determined as a function of the power levels of the frequency channels of the input signals, and as a function of the weighting coefficients associated with said amplifier,
  • a determination (103) of a total intermodulation noise power as a function of the operating point and linearity characteristics of the amplifier,
  • a determination (104) of an “absolute mask” of intermodulation noise power spectral density by weighting the normalized mask with the total intermodulation noise power,
method (100) includes for each source (24):
  • a determination (105) of a "radiated mask" of intermodulation noise power spectral density from the absolute mask of intermodulation noise power spectral density of the amplifier to which the source (24) is connected, and from a radiation pattern of the source,
method (100) further comprises:
  • a determination (106) of a “total radiated mask” of intermodulation noise power spectral density by a power summation of the radiated masks of the different sources (24),
for at least one frequency channel of interest, and for at least one geographic area of interest:
  • a determination (107) of a radiated power of intermodulation noise by an integration, over a frequency sub-band corresponding to said frequency channel, of the total radiated mask of intermodulation noise power spectral density for the geographical area of interest,
  • a determination (108), for the frequency channel of interest, of an equivalent isotropic power radiated by the active multi-beam antenna (20),
  • a determination (109) of a “radiated C/IM” ratio between the radiated equivalent isotropic power and the radiated intermodulation noise power,
  • a verification (110) of a predetermined criterion as a function of the “radiated C/IM” ratio thus determined.
Méthode (100) selon la revendication 1 dans laquelle le masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation est commun à tous les amplificateurs.The method (100) of claim 1 wherein the normalized intermodulation noise power spectral density mask is common to all amplifiers. Méthode (100) selon la revendication 1 dans laquelle le masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation est déterminé pour un amplificateur en fonction des coefficients de pondération associés audit amplificateur.The method (100) of claim 1 wherein the normalized intermodulation noise power spectral density mask is determined for an amplifier based on weighting coefficients associated with said amplifier. Méthode (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle la détermination (101) du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte un calcul de produits d'intermodulation d'ordre trois générés par les canaux fréquentiels des signaux d'entrée.Method (100) according to any one of claims 1 to 3 wherein the determination (101) of the normalized intermodulation noise power spectral density mask comprises a calculation of third order intermodulation products generated by the frequency channels of the input signals. Méthode (100) selon la revendication 4 dans laquelle la détermination (101) du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte en outre un calcul de produits d'intermodulation d'ordre impair strictement supérieur à trois générés par les canaux fréquentiels des signaux d'entrée.Method (100) according to claim 4 in which the determination (101) of the normalized intermodulation noise power spectral density mask further comprises a calculation of intermodulation products of odd order strictly greater than three generated by the frequency channels of the input signals. Méthode (100) selon la revendication 4 dans laquelle la détermination (101) du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte une application d’une valeur de correction visant à compenser des produits d'intermodulation d'ordre strictement supérieur à trois non pris en compte.Method (100) according to claim 4 in which the determination (101) of the normalized intermodulation noise power spectral density mask comprises an application of a correction value aimed at compensating for intermodulation products of order strictly greater than three not taken into account. Méthode (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 dans laquelle la détermination (101) du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte un calcul de normalisation en fonction du résultat d’une intégration, sur une bande de fréquences, de la densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation.Method (100) according to any one of claims 1 to 6 in which the determination (101) of the normalized intermodulation noise power spectral density mask comprises a normalization calculation as a function of the result of an integration, over a frequency band, of the intermodulation noise power spectral density. Méthode (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 dans laquelle la détermination (101) du masque normalisé de densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation comporte un calcul de normalisation en fonction du résultat d’une intégration, sur une bande de fréquences, de la densité spectrale de puissance de bruit d'intermodulation pour des valeurs de puissance comprises dans une plage de valeurs prédéterminée.Method (100) according to any one of claims 1 to 6 in which the determination (101) of the normalized intermodulation noise power spectral density mask comprises a normalization calculation as a function of the result of an integration, over a frequency band, of the intermodulation noise power spectral density for power values included in a predetermined range of values. Méthode (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 comportant une application d’une valeur de correction au rapport « C/IM rayonné », la valeur de correction étant déterminée en fonction d'un facteur de réutilisation des canaux fréquentiels pour former les faisceaux d'intérêt.Method (100) according to any one of claims 1 to 8 comprising an application of a correction value to the “radiated C/IM” ratio, the correction value being determined as a function of a reuse factor of the frequency channels to form the beams of interest. Méthode (100) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9 dans laquelle la bande de fréquences est l’une des bandes W, Q, V, Ka, Ku, L, S, C.Method (100) according to any one of claims 8 or 9 wherein the frequency band is one of the bands W, Q, V, Ka, Ku, L, S, C. Produit programme (13) d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur (10), conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes de la méthode (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.Computer program product (13) comprising instructions which, when executed by a computer (10), cause the latter to implement the steps of the method (100) according to any one of claims 1 to 10. Support d'enregistrement (12) lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes de la méthode (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.A computer-readable recording medium (12) comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of the method (100) according to any one of claims 1 to 10.
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Y.H. LAU ET AL.: "Calculation of third order intermodulation spectrum", ELECTRONICIS LETTERS, vol. 26, no. 21, 1 October 1990 (1990-10-01), XP000109655

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