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

1845 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

CHAPITRE I : PRESENTATION GENERALE SUR

LES RESEAUX SATELLITAIRES

2.1 Le segment spatial

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 vrifies les 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 dattitude 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 :

= + +

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 quil 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, le 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 circulaire incline et polaire

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