Systèmes de Communication par Satellite

SYSTEMES DE COMMUNICATION PAR SATELLITES

Le développement des télécommunications est une caractéristique fondamentale des sociétés modernes. Il conditionne de nombreux aspects de la vie du monde contemporain. On s’est rendu compte que l’utilisation de l’espace extra atmosphérique permettait d’apporter des solutions satisfaisantes sur le plan technique, économique et commercial, et pour augmenter le volume des communications, leur rapidité et les distances franchies. S’agissant notamment de la capacité de transmission, un satellite de télécommunications offre des possibilités bien supérieures aux moyens classiques de liaisons intercontinentales comme les câbles sousmarins. Un satellite placé sur l’orbite géostationnaire couvre environ un tiers de la surface du globe terrestre. Il peut donc mettre en liaison des stations quelconques se trouvant dans cette zone. Cette possibilité a permis de mettre en place des télécommunications intercontinentales. Les télécommunications spatiales ont ainsi conduit à une amélioration et un développement considérables du téléphone, du télégraphe, de la télécopie, des téléconférences, la composition simultanée de journaux, les transmissions de données numériques entre filiales d’entreprises, et de nombreuses autres applications. Outre les télécommunications fixes, qui permettent d’établir des liaisons à l’échelle planétaire, régionale ou nationale entre des stations de radiodiffusion ou de télévision, les télécommunications de services mobiles permettent d’améliorer les liaisons entre un point fixe situé sur la Terre et des engins de transport comme les navires, avions et véhicules routiers. Elles ont contribué à la régulation et à l’amélioration de la navigation aérienne et maritime. Aux Etats-Unis, les entreprises de transport routier utilisent un système permettant de savoir à chaque instant le lieu où se trouvent leurs véhicules. Enfin, les télécommunications spatiales contribuent également à la sauvegarde de vies humaines en permettant la localisation rapide des appels de détresse. Cette première partie a pour objectif de présenter les principales notions sur les communications par satellite.

•Orbite géostationnaire : A l’origine, une orbite géostationnaire est une orbite circulaire inclinée d’un angle nul, c’est à dire placée dans le plan équatorial. Mais ses caractéristiques étant assez différentes de celles des orbites circulaires simples, on l’a nommé orbite géostationnaire. Ce nom vient de la caractéristique la plus importante de cette orbite : pour un observateur terrestre, un satellite placé en orbite géostationnaire a une apparence immobile dans le ciel. Cela vient en grande partie du fait que la période de révolution, c’est à dire le temps que met le satellite pour parcourir le périmètre du cercle représentatif de sa trajectoire, est exactement la même que celle de la Terre, soit exactement 23 heures 56 minutes 4 secondes. Mais le fait qu’il tourne dans le même sens que notre planète en est également une cause. Cette orbite est la plus utilisée actuellement car la qualité des signaux est équivalente, voire supérieure à celle des autres orbites, mais il est beaucoup plus rentable d’utiliser ce type de satellite dans la mesure où l’avantage majeur est la possibilité d’employer sur Terre des antennes fixes. De plus, la position de cette trajectoire permet aux satellites d’avoir une grande couverture qui vaut à peu près un hémisphère. Par contre, son altitude élevée entraîne quelques inconvénients.

En effet, plus les zones à couvrir sont éloignées de l’Equateur, plus le signal mettra de temps pour arriver, et plus il y aura d’interférences. Il y a également un autre problème qui se dessine déjà pour cette orbite : le nombre de satellites en orbite géostationnaire devenant de plus en plus grand au fil des années, cette trajectoire commence à être très chargée. Les scientifiques prévoient aussi un danger pour les satellites en état de marche car les satellites dits » poubelles » qui n’ont plus d’énergie pour être opérationnels dérivent sans contrôler leur vitesse et peuvent alors détériorer les autres [7]. Tous les satellites en activité dans l’espace sont actuellement dans une de ces trois catégories d’orbites: les orbites elliptiques, les orbites circulaires et l’orbite géostationnaire. Chacune de ces trois trajectoires possède des caractéristiques différentes et propres à des applications particulières. Cependant toutes ces utilisations nécessitent obligatoirement des équipements techniques aussi bien sur Terre que sur le satellite afin d’assurer les communications entre la Terre et les satellites. Le tableau suivant donne une classification des satellites selon le type des orbites et leurs utilisations [8].

Gestion de la bande passante (hand over)

Pour diffuser les données, qu’elles soient numériques ou analogiques, les stations terrestres accèdent aux satellites par l’intermédiaire de fréquences spécifiques. En effet l’acquisition d’un support de transmission satellite est en fait la location d’une bande de fréquences qui sera consacrée et partagées par les différentes stations de ce réseau satellite. Sans politique d’accès pour accéder au support, les signaux transmis par une station se confondraient avec d’autres signaux provenant de stations différentes. Les signaux reçus seraient alors incompréhensibles et impossibles à décoder ; cela entraînerait leur perte et il serait nécessaire de les retransmettre. De plus, il n’est pas envisageable d’allouer un canal pour chaque station ; ce système serait beaucoup trop coûteux. La mise en place d’une politique d’accès aux canaux satellites a donc été réalisée pour dans un premier temps, permettre à plusieurs stations d’accéder à un même canal de transmission, et dans un deuxième temps, pour avoir une exploitation maximale des transpondeurs du satellite tout en garantissant qu’il y ait le moins de collisions possibles. (Il est à garder à l’esprit qu’une solution satellite demande un fort investissement, ce médium doit donc être optimisé au maximum) Ce partage de la bande passante est aussi soumis à certaines prérogatives liées aux applications, aux particularités intrinsèques des types des satellites et à leur nombre. Le cas le plus simple est celui du satellite géostationnaire seul .En effet le partage de la bande est réalisé ici de façon unique et les calculs pour la répartition des canaux ne tient pas en compte les baisses de puissances dues aux déplacements du satellite par rapport aux stations. En effet une station utilisera toujours le même satellite et son antenne aura une position fixe. A contrario lorsque l’on utilise plusieurs satellites ou lorsque ceux-ci sont mobiles il faut intégrer les positions des stations par rapports aux différents satellites pour attribuer les canaux de manière optimale.

Le Service fixe par satellite (SFS)

Selon le Règlement des radiocommunications, le SFS est un « service de radiocommunication entre stations terriennes situées en des emplacements donnés lorsqu’il est fait usage d’un ou de plusieurs satellites ; l’emplacement donné peut être un point fixe déterminé ou tout point fixe situé dans des zones déterminées ; dans certains cas, ce service comprend des liaisons entre satellites, qui peuvent également être assurées au sein du service inter-satellites ; le service fixe par satellite peut en outre comprendre des liaisons de connexion pour d’autres services de radiocommunication spatiale». Les stations installées à bord des satellites, qui sont essentiellement constituées par les répéteurs et les antennes associées, sont appelées stations spatiales du SFS. A l’heure actuelle, à de rares exceptions près, toute liaison entre une station terrienne émettrice et une station terrienne réceptrice se fait par l’intermédiaire d’un seul satellite. A l’avenir, il est prévu que les liaisons entre deux stations terriennes utilisent deux satellites ou plus, reliés directement sans station terrienne intermédiaire. Une telle liaison entre deux stations terriennes utilisant des liaisons entre satellites sera appelée liaison multi-satellites. Les liaisons entre satellites font partie du service inter-satellites (SIS). Les liaisons inter-satellites du service inter-satellites peuvent être utilisées pour relier les stations terriennes de la zone de couverture d’un satellite aux stations terriennes de la zone de couverture d’un autre satellite, lorsqu’aucun des deux ne dessert les deux ensembles de stations.

Un ensemble de stations spatiales et de stations terriennes coopérant pour assurer des radiocommunications est appelé « système à satellites ». Il est commode de distinguer le cas particulier d’un système à satellites ou d’une partie d’un système à satellites composé d’un seul satellite et des stations terriennes associées, qui sont appelé « réseau à satellite ». Le service fixe par satellite comprend également les liaisons de connexion, c’est-à-dire les liaisons radioélectriques entre une station terrienne située en un point fixe déterminé et une station spatiale, et vice versa, qui servent à transmettre des informations pour un service de radiocommunication spatiale autre que le SFS. On range dans cette catégorie, en particulier, les liaisons montantes vers les satellites du service de radiodiffusion par satellite (SRS) et les liaisons montantes et descendantes entre les stations terriennes fixes et les satellites du service mobile par satellite (SMS).

Tous les types de signaux de télécommunication peuvent être transmis par les liaisons SFS: téléphonie, télécopie, données, vidéo (ou une combinaison de ces signaux dans le cadre des réseaux numériques à intégration de services (RNIS)), programmes de télévision et de radiophonie, etc. Les satellites de télécommunication des dernières générations, qui fonctionnent dans les bandes de fréquences du SFS, sont équipés de répéteurs de forte puissance qui permettent de fournir directement au grand public des services de radiodiffusion, en réception individuelle au moyen de très petites antennes (réception de télévision uniquement), ou en réception communautaire (applications professionnelles et grand public).

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Table des matières

Remerciement
Résumé
Abstract
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Glossaire
Introduction générale
Chapitre I : Systèmes de Communication par Satellite.
I.1 Introduction
I.2 Présentation du satellite
I.3 Système de transmission par satellite
I.3.1 Architecture d’un système de communication par satellite
I.3.1.1 Secteur spatial
I.3.1.2 Secteur terrien
I.3.1.3 Principe de transmission
I.3.1.4 Structure du satellite
I.4 caractéristiques du système de transmission
I.4.1 Orbites
I.4.2 Couverture d’un satellite
I.4.3 Gestion de la bande passante (hand over)
I.4.4 Services de télécommunication par satellite
I.4.4.1 Le Service fixe par satellite (SFS)
I.4.4.2 Le Service mobile par satellite (SMS)
I.4.5 Bandes de fréquences
I.4.6 Politiques d’accès aux canaux satellite
I.4.6.1 Politiques d’accès aléatoire
I.4.9.2 Politiques de réservation
I.5 Conclusion
Chapitre II : Accès Multiple par Répartition de code CDMA.
II.1 Introduction
II.2 Accès multiple par répartition de code
II.2.1 Différentes techniques CDMA
II.2.2 Etalement du spectre
II.2.2.1 Etalement par saut de fréquence
II.2.2.2 Etalement par séquence directe
II.3 Modélisation du système DS-CDMA
II.3.1 Transmission
II.3.1.1 Présentation des différents signaux de l’émission sous MATLAB
II.3.2 Réception
II.3.3 Récepteur
II.3.3.1 Présentation des différents signaux à la réception
II.3.4 Interférences par accès multiple MAI
II.4 Codes d’étalement
II.4.1 M-séquences
II.4.2 Séquences de GOLD et de KASAMI
II.4.2.1 Séquence de GOLD
II.4.2.2 Séquences de KASAMI
II.4.3 Séquences de WALSH- HADMARD
II.4.4 Intercorrélation
II.5 Avantages et inconvénients du CDMA
II.5.1 Avantages
II.5.2 Inconvénients
II.6 Conclusion
Chapitre III : Modulation à Porteuses Multiples OFDM.
III.1 Introduction
III.2 Modulation à porteuses multiples OFDM
III.2.1 Principe de l’OFDM
III.2.2 Notion d’orthogonalité dans un espace fonctionnel
III.2.2.1 Bases orthogonales dans un espace paramétré en temps
II.2.2.2 Bases orthogonales dans un espace paramétré en fréquence
III.2.3 Procédé de modulation
III.2.4 Simulation d’une chaine OFDM
III.2.4.1 Emission
III.2.4.2 canal de transmission
III.2.4.3 Réception
III.2.5 Avantages et inconvénients
III.2.5.1 Avantages
III.2.4.2 Inconvénients
III.3 Systèmes mixtes OFDM-CDMA
III.4 Conclusion
Chapitre IV : CDMA et OFDM Dans un Système de Communication par Satellite en Bande Ka.
IV.1 Introduction
IV.2 Canal satellite en bande Ka
IV.2.1 Classification des atténuations en bande Ka
IV.2.2 Statistiques relatives aux atténuations
IV.2.3 Différentes méthodes de compensation
IV.2.3.1 Contrôle de puissance
IV.2.3.2 Techniques de diversité
IV.2.4 Forme d’onde adaptative
IV.2.4.1 Variation du débit utile
IV.2.4.2 Modification du taux de décodage
IV.2.4.3 Modulation adaptative
IV.3 Etude des performances du CDMA et de l’OFDM pour un canal en bande Ka
IV.3.1 Influence sur les performances du CDMA
IV.3.2 Performances de l’OFDM
IV.4 Conclusion
Conclusion générale
Annexes
Références bibliographiques