Soutenance mémoire
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Bilan de la liaison
Le bilan de liaison est le bilan énergétique qui relie le rapport signal sur bruit dans le canal de transmission aux principales caractéristiques des équipements d’extrémité.
La liaison, dont les paramètres sont les suivants, est supposée avoir lieu dans le vide :
r: distance entre l’émetteur et le récepteur .
Pr : Puissance du signal reçu .
Pt : Puissance du signal transmis
G r : Gain de l’antenne réceptrice .
G t : Gain de l’antenne émettrice .
λ : Longueur d’onde.
Si l’émetteur E était équipé d’une antenne isotrope, le flux de puissance Pt sortant d’une sphère de centre E et de rayon r serait uniformément réparti et le flux par unité de surface serait : 4π r2 Pt (2.3).
Comme l’antenne de l’émetteur présente dans le direction du récepteur un gain absolu G t , la densité de flux de puissance dans cette direction est : 4π r² Gt Pt (2.4).
La surface S’ correspond à la surface d’une antenne isotrope dont le gain absolu serait équivalent à celui de la surface S’ de l’antenne réelle considérée.
Le produit Gt Pt est appelé puissance apparente rayonnée ou isotrope rayonnée équivalente (PIRE).
Influence du milieu de propagation
Dans le vide, une onde électromagnétique se propage en ligne droite et subit seulement l’atténuation d’espace libre mentionnée au paragraphe II.2. Tout autre milieu introduit des perturbations dont les effets les plus importants, pour ce qui concerne les télécommunications, sont : l’absorption, la diffusion ou la diffraction, la réfraction et la rotation du plan de polarisation de l’onde électromagnétique.
Effets de l’atmosphère
Dans certains spectres de fréquences, l’atténuation subie par l’onde électromagnétique dans l’atmosphère est très faible. Les causes de cette atténuation sont les suivantes.
Absorption par gaz atmosphérique et les précipitations.
L’absorption par gaz est due aux transitions des atomes et des molécules, ainsi qu’aux transitions de rotation et de vibration des molécules. Les principaux gaz concernés sont l’oxygène, l’eau, l’ozone, le gaz carbonique et l’azote.
L’absorption par la pluie dépend de la fréquence, du taux de précipitation, du diamètre des gouttes de pluie et de la distribution des gouttes à l’intérieur de la cellule de pluie. L’atténuation devient importante pour les fréquences supérieures à 10 GHz. Des régions avec des orages tropicaux ont néanmoins des problèmes, même avec des fréquences inférieures.
Diffusion par les précipitations.
Scintillation et réfraction troposphériques. Transpolarisation due aux précipitations.
Dans son trajet atmosphériques, une partie de l’énergie rayonnée avec une polarisation orthogonale.
Ce phénomène entraîne une dégradation par brouillage.
Effets de l’ionosphère
L’ionosphère est une zone à forte densité électronique qui s’étend entre 80 et 1000 km d’altitude. L’ionisation de la haute atmosphère est provoquée par le rayonnement solaire, et est donc plus forte le jour que la nuit. Un signal électromagnétique qui se propage dans l’ionosphère subit des perturbations dues à l’anisotropie et aux turbulences du milieu, à savoir l’atténuation, la réfraction, la rotation du plan de polarisation ou effet Faraday, le ralentissement de la vitesse de propagation, des scintillations sur l’amplitude , la fréquence et la phase.
Le milieu de propagation apporte une atténuation négligeable ou faible pour des fréquences comprises entre 300 MHz et 15 GHz. Pour les fréquences inférieures à 300 MHz, il convient de prendre en compte l’atténuation ionosphérique. Pour les fréquences comprises entre 15 et 30 GHz, il faut tenir compte de l’atténuation apportée à la pluie, et aux fréquences supérieures, de l’absorption due à la valeur d’eau et à l’oxygène. L’utilisation d’antennes à polarisation circulaire évitera, dans le cas des fréquences inférieures à 2 GHz, les pertes dues aux désadaptations de polarisation des antennes par effet Faraday.
Modulations
La qualité de la liaison dépend du rapport signal sur bruit avant démodulation et du type de modulation utilisé. La transmission de l’information résulte de la modification de l’un des trois paramètres de l’onde porteuse : l’amplitude, la fréquence ou la phase.
Le paramètre peut prendre deux valeurs, c’est le cas des modulations binaires, ou, plus généralement, M valeurs, c’est le cas des modulations à M niveaux.
Le procédé de modulation est caractérisé par la probabilité d’erreur, la bande passante nécessaire dans le spectre des hautes fréquences et la complexité des équipements d’émission et de réception.
Modulation binaire
Dans le cas des procédés de modulation binaire, l’interprétation du signal reçu se fait soit en fonction de l’enveloppe du signal (démodulation non cohérente), soit par comparaison avec un signal de référence (démodulation cohérente) ayant servi lors de l’émission.
Les procédés de modulation sont les suivants :
Modulation par déplacement d’amplitude ou BASK (Binary Amplitude Shift Keying) .
Modulation par déplacement de fréquence ou BFSK (Binary Frequency Shift Keying) .
Modulation par déplacement de phase ou BPSK (Binary Phase Shift Keying).
La démodulation cohérente est la plus efficace et, en particulier, la BPSK. Elle nécessite en revanche une référence de phase à la détection.
Le débit binaire est lié à la durée τ de transmission d’un bit par : τ D = 1 (2.11).
Modulation à M niveaux
Dans les procédés de modulation binaire, l’information est transmise à l’aide d’un paramètre qui peut prendre deux valeurs. Dans le cas des procédés de modulation à M niveaux, le paramètre peut prendre M valeurs. Cela permet d’associer, à un état de modulation, un mot de n digits binaires. Le nombre d’état est donc : M = 2n (2.12).
Ces n digits proviennent soit du découpage en paquets de n digits de la chaîne binaire issue du codeur, soit du codage direct à M niveaux de l’information source.
Avec la modulation par déplacement de fréquence à M niveaux MFSK, le taux d’erreur pour un débit binaire donné augmente en fonction de M. En revanche, la bande de fréquences nécessaire est proportionnelle à M; Dans le cas des satellites et, en particulier, pour la liaison descendante où il est préférable d’optimiser la puissance, la bande passante n’étant pas critique, le procédé MFSK est plus intéressant.
Les modulations à déplacement de fréquence avec continuité de phase évitent les sauts de phase aux changements d’états t présentent un spectre à décroissance rapide.
Dans le cas de la modulation par déplacement de phase MPSK, la probabilité d’erreur augmente avec M et la bande de fréquence diminue en D/log2. Ces procédés sont donc intéressants lorsque la réduction de bande est prioritaire.
Le débit binaire D s’exprime par la relation : D log2 M (2.13) T.
Protection contre les erreurs
Comme nous l’avons vu les canaux de transmissions ne sont pas parfaits et introduisent des erreurs dans la transmission des données. Il est possible, pour chaque type de canal, de connaître la probabilité d’erreur qui lui est associée.
Le taux d’erreur par bit (aussi appelé BER, « Bit Error Rate ») exprime le rapport n de bits transmis. C’est une valeur moyenne qui donne une estimation de la probabilité d’erreur par bit.
Dans le cas des satellites géostationnaires, les délais de transmission terre satellite sont importants et des taux d’erreurs l’ordre de 10−6 sont inacceptables, car même s’il est possible de répéter la transmission, ce qui n’est pas toujours le cas, celle-ci introduire des délais de propagations prohibitifs. Il faut donc utiliser des codes correcteurs d’erreurs (aussi appelés FEC, « Forward-acting Error Correction ») qui vont permettre non seulement de détecter les erreurs, mais aussi de les corriger. La suite de bits à transmettre est transformée en lui ajoutant des bits pour la redondance ou le contrôle. A chaque information de n bits transmise, un codeur va ajouter k bits pour réaliser un codage C (n, k). A la réception, le décodeur effectue l’opération inverse pour obtenir les n bits de l’information transmise.
Le rendement d’un code est défini par le rapport k/n.
Il existe deux grandes classes de codes : les codes en blocs et les codes convolutionnels. Dans le premier cas, les k bits ajoutés ne dépendent pas des n bits d’information. Dans le deuxième cas, mot de code construit dépend des blocs précédents. Nous introduirons dans le chapitre relatif au standard DVB, l’utilisation des codes bloc de Reed-Solomon et d’un code convolutionnel pour atteindre des taux d’erreurs inférieurs à 10−10 sur les canaux satellites.
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Table des matières
PREMIERE PARTIE ETUDE THEORIQUE DE L’INTERNET PAR SATELLITE
CHAPITRE I : LA COMMUNICATION PAR SATELLITE
I.1 Réglementations internationales
I.2 Le marché des communications par satellites
I.2.1 Les services
I.2.2 Les acteurs
I.3 Architecture du système
I.3.1 Segment spatial
I.3.1.1 Le système de communication
I.3.1.2 La plate-forme
I.3.2 Segment terrestre
I.3.1 Terminaux
CHAPITRE II : TRANSMISSION DE L’INFORMATION
II.1 Rappels
II.2 Bilan de liaison
II.3 Influence du milieu de propagation
II.3.1 Effets de l’atmosphère..
II.3.2 Effets de l’ionosphère
II.4 Modulations
II.4.1 Modulations binaires
II.4.2 Modulation à M niveaux
II.5 Protection contre les erreurs
CHAPITRE III : METHODES D’ACCES AUX CANAUX SATELLITES
III.1 Accès multiples à répartition de fréquence
III.2 Accès multiples à répartition dans le temps
III.3 Accès multiples à répartition par code
III.4 Politiques aléatoires
III.4.1 ALOHA
III.4.2 ALOHA par tranches
III.4.3 ALOHA avec réservation
III.5 Accès multiple avec allocation à la demande..
CHAPITRE IV : FREQUENCES ET ORBITES
IV.I Choix des fréquences
IV.2 Typologie des orbites
IV.2.1 Loi des Kepler
IV.2.2 Différents types d’orbites
IV.2.2.1 Satellites géostationnaires
IV.2.2.2 Satellite en orbite basse
IV.2.2.3 Satellites en moyenne orbite
IV.2.2.4 Satellites en orbite elliptique haute
IV.3 Notion de couverture
IV.4 Critères de choix des orbites
CHAPITRE V: EVOLUTION DES TECHNOLOGIES
V.1 Généralités
V.2 Satellites géostationnaires
V.3 Antennes
V.3.1 Antennes à reflecteurs
V.3.2 Antennes à rangées d’élements
V.4 Traitement à bord du satellite
V.5 Liaisons optiques
V.6 Satellites en basse orbite
CHAPITRE VI : CONSTELLATION DE SATELLITES
VI.1 Motivations
VI.2 Topologie
VI.2.1 Constellations polaires
VI.2.2 Constellations inclinées
VI.3 Liaison intersatellite
VI.4 Basculement
CHAPITRE VII : DVB
VII.1 Principes
VII.2 Multiplexage
VII.3 Chiffrement et accès conditionnel
VII.4 Correction d’erreur
VII.4.1 Application d’une séquence pseudo-aléatoire
VII.4.2 Application du code correcteur de Reed-Solomon
VII.4.3 Application d’un entrelacement convolutionnel de Forney
VII.4.4 Application d’un code convolutionnel
VII.5 Modulation du signal
VII.6 Encapsulation des paquets IP
CHAPITRE VIII : INTERNET PAR SATELLITE
VIII.1 Spécification des liaisons satellites
VIII.2 TCP
VIII.2.1 Protocoles
VIII.2.1.1 Segment TCP
VIII.2.1.2 Contrôle de flux
VIII.2.1.3 Acquittement et retransmission
VIII.2.1.4 Congestion
VIII.2.2 Problème posé par l’importance du délai de propagation
VIII.2.2.1 Contrôle de congestion
VIII.2.2.1.1 Mécanisme pour le contrôle de la congestion
VIII.2.2.1.2 Algorithme de démarrage et évitement de congestion
VIII.2.2.1.3 Retransmission et reprise rapide
VIII.2.2.1.4 Taille des fenêtre
VIII.2.2.2 Numéros de séquences
VIII.2.2.3 Stratégies d’acquittements
VIII.2.2.4 Acquittements sélectifs
VIII.2.3 Solutions standards
VIII.2.3.1 Mécanismes de niveau de liaison
VIII.2.3.2 Agrandissement de la taille maximale des fenêtres
VIII.2.3.3 Acquittements sélectifs
VIII.2.4 Solutions proposées
VIII.2.4.1 Etablissement de connexion
VIII.2.4.2 Démarrage lent
VIII.2.4.3 Reprise sur perte
VIII.2.4.4 Partage d’états entre les connexions
VIII.2.4.5 Connexions multiples
VIII.2.5 Conclusion
VIII.3 Liaisons unidirectionnelles
VIII.4 Liaisaon bidirectionnelle
DEUXIEME PARTIE PARTIE PRATIQUE
CHAPITRE IX : REALISATION PRATIQUE AVEC IPr-S1000
IX.1 Fonctionnement du réseau DTS
IX.2 Les équipements utilisés
IX.2.1 Le routeur
IX.2.2 Le modem satellite
IX.2.3 Le convertisseur de fréquence
IX.2.4 L’antenne parabolique
IX.2.5 Le récepteur satellite IPr-S1000
IX.2.6 Le LNA et le LNB
IX.3 Les configurations et spécifications
IX.3.1 Configuration du routeur
IX.3.2 Configuration du modem satellite
IX.3.3 spécifications du convertisseur de fréquence
IX.3.4 Configuration de IPr-S1000
IX.3.4 .1 configuration de l’interface Ethernet
IX.3.4.2 configuration de l’interface DVB
IX.3.4.3 configuration de IP managment
IX.3.4.4 fenêtre de supervision
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1.
ANNEXE 2
BIBLIOGRAPHIE
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