I. LES TRANSMISSIONS PAR SATELLITE

1. Introduction

Le but dune transmission par satellite est dassurer une liaison radiofrquence Intercontinentale pour permettre la transmission de linformation. Le concept de tlcommunication par satellite a t dcrit pour la premire fois par Arthur C. Clarke en 1945 dans la revue Wireless World. Le premier satellite fut lanc en 1957, il sagit dun satellite Russe (ex URSS) nomm SPOUTNIK1.

Il existe de nombreux systmes de tlcommunications par satellite dont le plus grand Intelsat regroupe une centaine dEtats avec une constellation de 24 satellites travers 6 sries diffrentes (Intelsat1, Intelsat2, , Intelsat6). Lexpansion de la technologie satellitaire a favoris de nombreux progrs dans des domaines divers et varis tels que la mtorologie, la tlphonie mobile, la tlvision par satellite, le transfert de donnes, le guidage par satellite(GPS), lInternet et bien dautres encore.

Cest dans ce cadre que nous nous pencherons sur les diffrents aspects de cette technologie, notamment larchitecture dun systme satellitaire, son principe de fonctionnement ainsi que les diffrentes techniques utilises bord afin de mieux cerner ses exigences par rapport son application au sein du rseau de la BEAC.

2. Architecture dun systme de transmission par satellite

Un systme de transmission par satellite est compos :

dun segment spatial dun segment terrien

Fig : Composantes dun systme de tlcommunications par satellite

2.1 Le segment spatial

CHAPITRE I : PRESENTATION GENERALE DES TRANSMISSIONS PAR SATELLITES

Le segment spatial est constitu du satellite et de lensemble des moyens de contrles situs au sol, notamment lensemble des stations de poursuite, de tlmesure et de tlcommande(TT&C) ainsi que le centre de contrle du satellite, o sont dcides toutes les oprations lies au maintien poste et les vrifications des fonctions vitales du satellite.

Les moyens de contrle au sol sont en charge de la mise et du maintien en orbite du satellite, de la programmation de la mission ainsi que de la fourniture des donnes et des services aux responsables de ces systmes de communications satellitaires.

Tout satellite comporte une charge utile, constitue par les instruments lis aux objectifs de la mission et une plateforme de service comportant tout ce qui est ncessaire pour assurer le bon fonctionnement des instruments pendant la dure de la mission.

Parmi les contraintes particulires au milieu spatial, on peut citer :

Les contraintes dautonomie nergtique Les contraintes thermiques Les contraintes mcaniques Les contraintes de masse

La charge utile comprend dune part les instruments spcifiques, et dautre part une case quipements qui contient les enregistreurs de donnes et linformatique bord.

La plateforme comporte un module de service et un module de propulsion. Ces deux modules regroupent ce qui est ncessaire lautonomie nergtique du satellite, sa bonne orientation dans lespace, aux corrections ventuelles de trajectoires, sa communication avec les stations au sol. La plateforme hberge en outre les sous-systmes permettant le fonctionnement de la charge utile, notamment :

La structure Lalimentation lectrique Le contrle thermique Les quipements de propulsion Les quipements de poursuite, de tlmesure et de tlcommande (TT&C)

Pour assurer un service avec une disponibilit donne, un systme de tlcommunication par satellite doit disposer de plusieurs satellites afin dassurer une redondance. Une panne bord peut mettre le satellite hors dusage ou il peut arriver en fin de vie, il faudrait pour cela trouver un moyen dassurer la continuit de service. Cest pourquoi il est important de faire la diffrence entre la disponibilit et la dure de vie dun satellite :

La fiabilit est une mesure de la probabilit de panne et dpend de la fiabilit des quipements et des schmas de redondance.

La dure de vie est lie uniquement la possibilit pour le satellite dtre maintenu poste dans une attitude nominale, cest--dire la quantit de carburant disponible pour le sous-systme de propulsion et de contrle daltitude et dorbite. On prvoit en gnral, pour un

systme, un satellite oprationnel, un satellite de secours en orbite et un satellite de secours au sol. La fiabilit du systme fait intervenir la fiabilit de chacun des satellites mais aussi la fiabilit du lancement.

2.2 Le segment terrestre

Le segment terrestre comporte lensemble des stations terriennes au sol ainsi quune partie contrle qui assure la collecte et le traitement des donnes, puis la diffusion des services aux usagers.

Les stations se distinguent par leur taille qui varie en fonction du volume de trafic acheminer sur la liaison spatiale ainsi que du type de trafic offert (voix, donnes, tlphonie, etc).

Le positionnement des antennes au sol est dtermin par deux paramtres essentiels :

Langle du site Lazimut

Langle de site est calcul par la relation suivante :

= +

Lazimut de lantenne est langle quelle doit faire avec le sud, il est donn par la relation suivante :

=

Avec

: Rayon de la terre (6378km)

Altitude du satellite (35786 pour un satellite gostationnaire)

+ : Distance centre terre satellite (42164 km pour un satellite gostationnaire)

: Distance Station Satellite calcule par la formule suivante :

= + +

: dsigne la latitude de la station terrienne

2.3 Les orbites des satellites

Tous les satellites quel que soit leur utilit (dobservation ou de tlcommunications) ont une orbite, cest--dire des trajectoires spcifiques qui dcrivent leur mouvement priodique li leur utilisation. On distingue trois types dorbites : les orbites elliptiques, les orbites circulaires et lorbite gostationnaire. Chaque orbite est caractrise par sa vitesse et la distance qui la spare de la terre.

Les Orbites elliptiques

Un satellite plac en orbite elliptique dcrit une trajectoire en forme dellipse autour de la terre. Pour placer un satellite dans cette orbite, il faudrait que sa vitesse de lancement soit suprieure 7900m/s (thories sur la gravitation de Newton). A cette orbite, les satellites subissent une grande variation de leur vitesse v qui dpend de leur masse m, la constante de gravitation G, de leur altitude ainsi que du demi grand axe de lorbite a.

= !" #$

Fig : orbite elliptique

Linconvnient de ce genre daltitude est la position du satellite qui nest pas fixe pour un observateur terrestre. Cela implique de doter les antennes au sol de systmes de poursuite automatique afin de rester synchronises avec le satellite. Les orbites elliptiques sont bien adaptes pour la couverture des zones loignes de lEquateur.

Les orbites circulaires

Plusieurs types dorbites circulaires existent dont chacune correspondent une inclinaison par rapport au plan orbital. On distingue deux principales orbites circulaires : lorbite circulaire polaire et lorbite circulaire incline :

Fig : orbite circulaire incline et polaire

Lorbite circulaire polaire est une orbite circulaire qui passe au-dessus des deux ples de la terre et peuvent au bout dun certain temps couvrir toute la surface terrestre. Ces satellites sont essentiellement utiliss pour lobservation ou la communication diffre.

Les satellites en orbite circulaire incline ne permettent pas de couvrir la surface du globe, puisque la plus haute latitude desservie correspond linclinaison du plan orbital. Par contre, cette orbite possde un avantage est :il est possible de cibler les zones du globe, cest--dire que lon peut desservir les parties intressantes dun point de vue conomique, militaire, etc.

Lorbite gostationnaire

Un satellite en orbite gostationnaire se dplace la mme vitesse que la terre, fait le tour de la terre en 24 heures et parat immobile pour un observateur terrestre. Dans cette orbite le satellite est plac une distance de 35786 Km daltitude et peut couvrir une grande zone gographique.

Fig : orbite gostationnaire

Les satellites en orbite gostationnaire utilisent des antennes fixes au sol, ils prsentent linconvnient dtre bas sur lhorizon lorsquils couvrent des zones loignes se rapprochant des ples. Les signaux transmettre parcourant une grande distance, subissent des attnuations plus importantes, et mettent plus de temps pour arriver sur terre. Ce genre de satellite est mieux adapt pour des applications en mode connect qui ncessitent une connexion instantane.

Dans le cas de la BEAC, lutilisation dun satellite gostationnaire permet davoir des stations VSAT fixent au sol sans systme de poursuite.

Les services dans les transmissions par satellite

Les trois principaux systmes de transmission par satellite sont : Le service fixe par satellite (SFS): cest un service de radiocommunication entre

stations terrestres situes en des points fixes dtermins ; Le service mobile par satellite (SMS: cest un service de radiocommunication entre

des stations mobiles et dautres mobiles ou des stations du service fixe. On distingue trois classes des services mobiles par satellite, notamment le service avec station mobile terrestre, le service maritime avec des stations bord et le service aronautique avec des stations bord ;

Le service de radiocommunication par satellite(SRS) : cest un service de radiocommunication dans lequel des signaux retransmis par satellite sont destins tre reus par des antennes de faibles diamtres gnralement installes chez lutilisateur final.

3. Les bandes de frquences utilises

En fonction de leur mission, les antennes des satellites sont conues afin de couvrir des zones prcises de la plante, qui peuvent aller de la taille dun pays celle de plusieurs continents.

Les conditions climatiques de la zone desservir privilgient lusage de certaines bandes de frquences. Les plus basses frquences offrent une meilleure rsistance la rencontre de fortes pluies et les plus hautes permettent de rduire la taille des antennes au sol.

Bande Bande UHF

Bande S-DAB Bande L Bande S Bande C Bande Ku Bande Ka

Frquence

235 MHz

400 MHz

1,452 GHz

1,492GHz

1,518 GHz

1,675 GHz

1,97 GHz

2,69 GHz

3,4 GHz

7,025 GHz

10,7 GHz 14,5 GHz

17,3 GHz

30 GHz

Services

Services mobiles militaires

Diffusion de TV et Radio

Services mobiles civils

Diffusion de TV, radio et donnes vers mobiles

Diffusion de TV, radio et donnes, connexion Internet

Diffusion de TV, radio et donnes Connexion Internet

Service IP Radio et donnes Connexion Internet

Tableau : Bandes de frquences avec leurs principaux domaines dutilisation

Afin de permettre plusieurs satellites dtre sur une mme position orbitale, ces derniers doivent se partager des frquences. Cest pourquoi lUIT a mis en place une rglementation spcifique et stricte concernant la rpartition des frquences. Cette rglementation dfinit les positions orbitales des satellites ainsi que les bandes de frquences quils doivent utiliser. Chaque satellite doit respecter sa position et sa bande.

Pour couvrir le globe terrestre, il existe une rpartition gographique en trois rgions :

La rgion 1 :( Europe, Afrique, Moyen-Orient et la Russie) ; La rgion 2 : (Asie, Ocanie) ; La rgion 3 : (Amrique)

4. Les politiques daccs aux canaux satellites

La communication entre une station terrestre et son satellite se fait en full duplex, cest--dire dans les deux sens la fois. Ceci est permis grce lutilisation de deux frquences diffrentes : une pour le flux montant et une pour le flux descendant. Les techniques de partage des canaux satellites sont appeles les mthodes daccs au support. On classifie les techniques daccs en trois grandes catgories :

Les politiques de rservation Les politiques daccs alatoire Les politiques de rservation par paquets

4.1 Les politiques de rservation

Il existe deux principales techniques de rservation : le TDMA et le FDMA

Laccs multiple rpartition de frquence (AMRF ou FDMA)

Dans cette mthode, on dcoupe la bande de frquence alloue en n sous-bandes permettant chaque station dmettre indpendamment des autres liaisons. Chaque station terrestre possde donc ses propres quipements, notamment un modulateur, un metteur, n rpteurs et n dmodulateurs. De plus le satellite doit amplifier simultanment n porteuses. Il se cre donc ncessairement des produits d'intermodulation dont la puissance crot trs rapidement avec la puissance utile : il peut y avoir perte de plus de la moiti de la capacit de transmission par rapport un accs unique. On vite les collisions en rpartissant le canal entre les divers utilisateurs.

On constate donc les limites de cette technique puisque, si une ou plusieurs stations sont inutilises, il y a perte sche des bandes correspondantes. Si l'on veut rendre cette politique dynamique en rpartissant la frquence alloue entre les utilisateurs actifs, ou si l'on veut introduire une nouvelle station dans le rseau, il faut imposer une nouvelle rpartition des frquences, ce qui pose de nombreux problmes et ne peut se faire que sur des tranches de temps assez longues.

Laccs multiple rpartition de temps (AMRT ou TDMA)

On dcoupe le temps en tranches que l'on affecte successivement aux diffrentes stations terrestres.

Toutes les stations terrestres mettent avec la mme frquence sur l'ensemble de la bande passante, mais successivement. A l'oppos du fonctionnement en FDMA, chaque station doit tre quipe d'un seul rcepteur dmodulateur.

Chaque tranche de temps est compose d'un en-tte qui a plusieurs fonctions : les premiers lments binaires sont utiliss pour l'acquisition des circuits de recouvrement de porteuse et de rythme du dmodulateur. L'en-tte transmet galement les informations ncessaires pour permettre d'identifier la station terrestre mettrice. De plus, il est ncessaire de synchroniser l'mission en dbut de tranche pour qu'il n'y ait pas de chevauchement possible. Il existe entre chaque tranche un intervalle rserv cet effet.

Globalement, le rendement de la politique TDMA est bien meilleur que celui du FDMA. De plus, il est facile de dcouper de nouvelles tranches de temps si de nouvelles stations sont connectes sur le canal. La valeur de la tranche de temps varie selon l'application devant tre supporte.

Dans le cas du transport de la parole en numrique sur un multiplex normalis 2MB/s, une tranche de temps est compos de 6 blocs de 125 s. Les signaux transmis pendant cette tranche forment une trame de 750s qui est prcde dun en-tte. L'augmentation de la dure des tranches de temps diminue la fraction du temps perdu en en-tte et augmente l'efficacit de la transmission et le taux d'utilisation rel du canal satellite.

Toute la difficult de la politique TDMA est de donner la main aux stations terrestres qui en ont rellement besoin, au bon moment et avec une tranche de temps la plus longue possible. Une politique d'allocation dynamique doit donc tre utilise. Les stations demandent, au fur et mesure de leurs besoins, les tranches ncessaires pour couler leur trafic. Ces demandes d'allocation ont, en revanche, le dsagrment d'alourdir la gestion du systme et d'augmenter sensiblement le temps de rponse, puisqu'il faut au minimum deux aller-retour avant d'obtenir de la station matre qui gre le systme les tranches de temps correspondant la demande. Dans le cas d'une application tlphonique, ce dlai est inacceptable puisque dj un seul temps de propagation aller-retour rend la conversation la limite du comprhensible.

Laccs multiple rpartition de code(CDMA)

TDMA et FDMA sont deux exemples des systmes orthogonaux, mais il y a des autres. CDMA est une technique de multiplexage par code. Chaque utilisateur reoit en effet un code diffrent.

Cette technique permet d'viter tout problme de synchronisation temporelle. De plus, CDMA partage le canal de faon dynamique. Il n'est pas ncessaire d'avoir une allocation rigide des ressources. On peut tolrer plusieurs usagers qui transmettent en mme temps, jusqu' un maximum.

4.2 Les politiques daccs alatoire

L'accs alatoire consiste pour les stations terrestres mettre ds qu'elles ont un paquet de donnes en leur possession. S'il y a collision, les stations terrestres concernes s'en aperoivent puisqu'elles coutent les signaux mis sur le canal. Les paquets perdus seront retransmis ultrieurement aprs un temps tir de faon alatoire pour viter au maximum de nouvelles collisions.

Des amliorations ont t apportes ce principe gnral. Trois catgories d'accs alatoire s'en dgagent :

la technique de base nomme ALOHA la politique ALOHA en tranche les techniques de rservation ALOHA

5.3 Les politiques de rservation par paquets

Les politiques de rservation par paquet sont trs nombreuses. Le dnominateur commun de ces mthodes rside dans la facult de rserver l'avance des tranches de temps pour les stations qui ont des paquets mettre.

CONCLUSION

A travers ltude des tlcommunications par satellite, nous avons pu comprendre les paramtres qui dfissent les performances dun satellite. Ces paramtres sont essentiels et contribuent lamlioration du temps de latence. Il sagit des paramtres suivants :

Les zones de couverture du satellite ; La gamme de frquences utilises ; La puissance et la capacit de transmission ; La taille des antennes des stations terriennes ; Les techniques de modulation et de codage utilis pour la transmission des signaux.

BIBLIOGRAPHIE

Rfrences Ouvrages [1] Claude Servin, Rseaux et Tlcoms , Dunod 2003. [2] ALTMAN (Eitan), FERREIRA (Afonso), GALTIER (Jrme), Les rseaux satellitaires de

tlcommunication : technologies et services, Ed. Dunod, coll. Informatiques, 1999 Sites web

[3] http://www.techniques-ingenieur/ transmission de donnes par satellite

[4] http://www.techniques-ingenieur/ systmes de tlcommunications par satellite