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LES SYSTEMES DE TELECOMMUNICATION PAR SATELLITE
Le premier service de télécommunications offert au public a été le télégraphe, auquel sont venus s’ajouter le téléphone, les radiocommunications, la radiodiffusion sonore et visuelle et maintenant l’accès à distance à des systèmes électroniques d’informations et de données. Le premier moyen de transmission a été le câble télégraphique terrestre, puis on a vu apparaître les câbles téléphoniques terrestres et sous-marins, les radiocommunications sur ondes courtes, les liaisons par faisceaux hertziens et les câbles coaxiaux terrestres et sous-marins. Plusieurs de ces concepts traditionnels sont rendus caducs par la création et le développement des services de communications par satellites. Les communications par satellites sont le produit des réalisations technologiques enregistrées dans deux principaux domaines : l’espace et les communications.
Historique et principe de transmission
Historiques
Le premier satellite naturel utilisé par l‟homme fut la lune. Elle était utilisée comme réflecteur pour des signaux radar et des messages de radiocommunications. Les expériences avec des satellites artificiels ne furent commencées qu’au début de l’ère spatiale, à la fin de la décennie 1950-1960.
Les communications spatiales et la technologie des ordinateurs dépendent des innovations et des progrès de l’électronique, qui ont commencé par l’invention du transistor en 1948. Depuis cette époque, la tendance a été la production de dispositifs électroniques toujours plus petits, plus fiables et d’une plus grande souplesse d’emploi. Ces dispositifs étaient devenus essentiels pour la fabrication des équipements utilisés dans l’aviation, les ordinateurs et l’industrie spatiale et des télécommunications.
Des progrès rapides ont été accomplis dans les systèmes de transport disposant d‟une grande diversité d’engins spatiaux. Les premières activités remontaient à la fin des années 1950 et ne portaient que sur des missions de modeste envergure et sur des satellites relativement légers .Elles ne visaient généralement qu‟à lancer des engins expérimentaux destinés à des travaux assez simples de recherche spatiale. Mais, dès le début des années 1960, les programmes s’étendaient à de nouveaux domaines tels que la réalisation de sondes destinées à étudier l’environnement lunaire et le milieu interplanétaire.
Principe de transmission
Les systèmes de télécommunications par satellite ont connu des mutations radicales ces dernières années, passant d‟une technologie dominée par les pouvoirs publics et les satellites géostationnaires à des systèmes de satellites en orbite basse et moyenne exploités par des entreprises privées. Il s‟agit de nouveaux systèmes multifaisceaux qui forment à la surface de la Terre des cellules semblables à celles utilisées par les systèmes de téléphonie cellulaire terrestre, et peuvent acheminer divers types de données allant de la voix aux communications par Internet. [1] Les satellites de télécommunications sont des stations hertziennes dans l‟espace. Ils servent en gros à la même chose que les tours hertziennes que l‟on voit le long des autoroutes. Ces satellites reçoivent des signaux radio transmis depuis la Terre, les amplifient et les renvoient vers le sol. Leur altitude élevée leur permet de “voir” une grande partie de la Terre, ce qui constitue leur principal avantage dans le domaine des télécommunications: ils peuvent couvrir de vastes surfaces sur la planète.
Orbites des satellites
Quelques définitions
Définition 1.01 : Orbite
C‟est la trajectoire courbe d‟un corps céleste naturel ou artificiel ayant pour foyer un autre corps céleste.
Définition 1.02 : Apogée
Il s‟agit du point le plus haut du satellite auquel sa vitesse est la plus lente.
Définition 1.03 : Périgée
C‟est le point le plus bas du satellite auquel sa vitesse est la plus rapide.
Définition 1.04: Inclinaison
C‟est l‟angle formé entre le plan orbital et le plan équatorial. Plus l‟angle est important, plus la surface couverte par le satellite est grande.
Les satellites peuvent se situer sur plusieurs types d’orbites en fonction de leur utilisation. Chacune de ces orbites disposent d’avantages et d’inconvénients. En général, plus une orbite se trouve éloignée de la Terre, et plus le temps aller-retour du signal électromagnétique est grand. Le satellite a cependant une vitesse faible dans l’espace terrestre, ce qui augmente son temps de couverture. A l’inverse, un satellite proche de la Terre communique avec une faible latence, mais peut se déplacer si vite dans le ciel terrestre qu’il ne couvre un utilisateur que pendant quelques minutes.
Différents types d’orbites
GEOS (Geostationary Earth Orbital Satellite)
On l‟appelle également orbite géostationnaire. Avec une altitude de 35786 km, le temps aller retour de l’onde radio est de 260ms. Ces types d’orbites sont les plus utilisés dans le domaine de la diffusion vidéo et de l’accès à l’Internet. Leur principal atout repose sur la position fixe qu’ils maintiennent dans le ciel terrestre. Une station au sol reste donc en permanence dans la zone de couverture du satellite.
Aujourd’hui des satellites géostationnaires sont employés pour fournir les communications de voix, audio et visuelles comme la télévision par satellite.
MEOS (Medium Earth Orbital Satellite)
Son altitude varie de 2000 à 35000 km et le temps aller-retour de l’onde radio est de 100ms.
Les MEOS sont placés entre les satellites à orbite haute et ceux à orbite basse. Ils permettent donc d’ajuster les différentes caractéristiques des orbites en fonction de l’utilisation du satellite. Les satellites GPS sont par exemple situés sur des orbites moyennes, de l’ordre de 20000 km d’altitude
LEOS (Low Earth Orbital Satellite)
Le temps aller-retour de l’onde radio est inférieur à 10ms. Les satellites à orbites basses ont les caractéristiques opposées des satellites GEOS: un faible temps de propagation du signal, mais un déplacement relatif au sol terrestre très rapide. Un satellite à 1000 km d’altitude fait le tour de la Terre en à peu près 90 minutes, ce qui signifie qu’il couvre un point fixe terrestre pendant un peu plus de deux minutes. Ce désavantage doit être contrebalancé par un réseau de satellite qu’on appelle constellation. Lorsqu’un récepteur terrestre est sur le point de sortir de la zone de couverture d’un satellite, il passe sur un autre satellite par « handover ». Pour que la communication reste constante, il est nécessaire que les satellites communiquent entre eux au sein de la constellation. Les satellites en orbite basse sont surtout utilisés pour la communication téléphonique.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 LES SYSTEMES DE TELECOMMUNICATION PAR SATELLITE
1.1 Introduction
1.2 Historique et principe de transmission
1.2.1 Historiques
1.2.2 Principe de transmission
1.3 Orbites des satellites
1.3.1 Quelques définitions
1.3.2 Différents types d’orbites
1.3.2.1 GEOS (Geostationary Earth Orbital Satellite)
1.3.2.2 MEOS (Medium Earth Orbital Satellite)
1.3.2.3 LEOS (Low Earth Orbital Satellite)
1.4 Configuration d’un satellite
1.4.1 La plateforme
1.4.1.1 Les panneaux photovoltaïques
1.4.1.2 Les propulseurs
1.4.1.3 Les systèmes d’intelligences embarqués
1.4.2 La charge utile
1.5 Lanceurs et lancement des satellites
1.5.1 Le lanceur
1.5.2 La mise en orbite
1.5.3 La mise en service
1.6 Fiabilité
1.6.1 Souplesse
1.6.2 Capacité
1.6.3 Couverture géographique et coût
1.7 Bilan de liaison de la Télécommunication spatial
1.7.1 Position du problème
1.7.2 Bilan en porteuse unique
1.7.2.1 Bilan Terre-Satellite
1.7.2.2 Bilan Satellite-Terre
1.7.2.3 Bilan global
1.8 Bandes de fréquences utilisées
1.8.1 Bande C
1.8.2 Bande Ku
1.8.3 Bande Ka
1.8.4 Bande L
1.8.5 Bande X
1.9 Perturbations
1.9.1 Perturbation atmosphérique
1.9.1.1 Réflexion d‟onde
1.9.1.2 Réfraction d‟onde
1.9.1.3 Diffraction d‟onde
1.9.1.4 Evanouissement par trajet multiple
1.9.1.5 Atténuation
1.9.1.6 Scintillation
1.9.1.7 Augmentation de la température de bruit des antennes
1.9.1.8 Effet de Faraday
1.9.2 Perturbation solaire
1.9.2.1 Des radiations électromagnétiques
1.9.2.2 Des particules de haute énergie
1.9.2.3 Des tempêtes géomagnétiques
1.9.2.4 Des tempêtes aurorales secondaires
1.9.2.5 Des électrons « tueurs »
1.10 Conclusion
CHAPITRE 2 SERVICE AERONAUTIQUE ET RESEAU D’ACCES PAR SATELLITE
2.1 Introduction
2.2 Services aéronautiques par satellite
2.2.1 Historique
2.2.2 Services offert aux passagers et premières expérimentations
2.3 Problème d’interférence au bord d’un avion
2.3.1 Convergence des communications aéronautiques sur un lien unique par satellite
2.3.2 Services aux passagers
2.3.2.1 Services pour téléphonie mobile
2.3.2.2 Services d‟accès à Internet
2.3.3 Rappel sur la téléphonie mobile GSM et UMTS
2.3.3.1 Réseau GSM
2.3.3.2 Réseau UMTS
2.3.4 Choix d’un point de coupure pour l’introduction de la liaison satellite
2.3.4.1 Les facteurs de choix de la coupure au niveau de l‟interface Abis
2.3.4.2 Topologie
2.3.4.3 Transmission sur l‟interface Abis/lub
2.3.5 Ressources radioélectriques
2.3.5.1 Justification de l‟utilisation de la bande Ka
2.3.5.2 Propagation en bande Ka
2.3.6 Techniques de compensation des affaiblissements
2.3.6.1 Contrôle de puissance
2.3.6.2 Adaptation de la forme d‟onde
2.3.6.3 Diversité
2.4 Evolution de la norme DVB-S en DVB-S2 et DVB-RCS
2.4.1 Définitions
2.4.1.1 DVB
2.4.1.2 Codage source
2.4.1.3 Codage canal
2.4.2 La norme DVB-S
2.4.2.1 La chaine de transmission de DVB-S
2.4.2.2 Le codeur Reed-Solomon
2.4.3 La norme DVB-RCS
2.4.4 La norme DVB-S2
2.5 Modes de fonctionnement des liens
2.5.1 Lien aller DVB-S2
2.5.2 Lien retour DVB-RCS
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 COMMUNICATION AERONAUTIQUE PAR SATELLITE
3.1 Introduction
3.2 Architecture et protocoles utilisés dans les services aéronautiques
3.2.1 Modèle OSI de l’ISO
3.2.2 Architecture protocolaire dans l’ATN
3.2.2.1 Système Final (ES: End System)
3.2.2.2 Système Intermédiaire (IS : Intermediate System)
3.3 Les bandes de communication aéronautique
3.3.1 La communication HF
3.3.1.1 Avantages
3.3.1.2 Limites
3.3.2 La communication VHF
3.3.2.1 Avantages
3.3.2.2 Limites
3.3.3 La communication UHF
3.3.4 La communication par satellite (AMSS : Aeronautical Mobile Satellite Service)
3.3.4.1 Avantages
3.3.4.2 Limites et inconvénients
3.4 Les types de communications vocales
3.4.1 Les communications AOC
3.4.2 Les communications AAC
3.4.3 Les communications ATC (Air Traffic Control)
3.5 Qualité du lien communication aéronautique par satellite
3.5.1 Rappel sur les bruits dans un lien de communication par satellite
3.5.2 Température de bruit
3.5.3 Rapport C/N0 d’un lien satellite
3.5.4 Calculs du rapport en liaison montante et en liaison descendante utilisé dans la transmission en aéronautique par satellite
3.5.4.1 Liaison montante
3.5.4.2 Liaison descendante
3.5.4.3 Exemple appliqué dans le calcul du bilan dans la transmission aéronautique
3.5.5 Débit maximal du canal de transmission
3.5.6 Taux d’erreur binaire
3.6 Facteurs d’amélioration de la qualité
3.6.1 Modulation
3.6.2 Codage convolutif
3.6.3 Décodage de Viterbi
3.7 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
