Influence de la PIRE sur la transmission par satellite géostationnaire

REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO

ENSEIGNEMENT SUPERIEUR UNIVERSITAIRE ET
RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Institut Supérieur des Techniques Appliquées

B.P. 773

« INFLUENCE DE LA PIRE SUR LA

TRANSMISSION PAR SATELLITE

GEOSTATIONNAIRE»

Par :

MWANIA KAMATIKI Joseph

Travail de fin de cycle présenté et défendu en vu de l'obtention du diplôme d'Ingénieur Technicien en Radio Transmission

Directeur: DEA Mathieu RUCHOGOZA NKULIZA Master of Engineering

Année académique 2013-2014

[j]

DECLARATION DE L'ETUDIANT

Moi, MWANIA KAMATIKI Joseph, déclare à Goma, à l'Institut Supérieur des Techniques Appliquées que ce travail de fin de cycle est original et n'a jamais été présenté et défendu ailleurs.

Signature

MWANIA KAMATIKI Joseph

Fait à Goma, le / /2014

[ii]

DECLARATION DU DIRECTEUR

Ce travail de fin de cycle a été soumis pour être examiné avec l'approbation du directeur pour l'autorisation de l'Institut Supérieur des Techniques Appliquées, ISTA/Goma.

Fait à Goma, le ...../ /2014

Signature :

DEA Mathieu RUCHOGOZA

NZKULIZA Master of Engineering

[iii]

EPIGRAPHE

« On ne fait pas d'omelette sans casser d'oeufs »

MWANIA KAMATIKI Joseph

[iv]

DEDICACE

A mes très chers parents MWANIA Damien et ma feue mère KIKA Magdeleine, pour m'avoir donné la vie, l'éducation de base, pour avoir supporté les caprices de mon enfance. Vous êtes pour moi un vrai signe d'amour de Dieu ; vous êtes mon tout.

A vous tous qui me sont chers

Je dédie ce travail

MWANIA KAMATIKI Joseph

[v]

REMERCIEMENT

« C'est à travers des épines qu'on parvienne à accueillir une rose » et « C'est grâce à l'épine que la rose est arrosée. »

Premièrement je remercie mon Dieu le Tout puissant qui m'a donné la force et l'intelligence.

Le présent travail que nous venons de mener à son terme ; n'aurait pas pu se réaliser sans l'aide et la collaboration des nombreuses personnes auxquelles nous devons d'une façon particulière exprimer le sentiment de notre profonde gratitude.

Nos remerciements vont tout d'abord au DEA Mathieu RUCHOGOZA NZKULIZA Master of Engineering qui a bien voulu accepter de diriger ce travail, et dont les observations, les remarques et les conseils ont été d'un concours indispensable ;

Ensuite, nous disons un très grand merci à nos très chers parents : papa MWANIA Damien et Maman KIKA Madeleine pour leur sacrifice et leur soutien, depuis notre bas âge jusqu'à ces jours ;

Au papa LUPANZULA GALUGALU Michel et Maman AKOLA albertine pour leur effort consenti envers nous pour nos études ;

A vous papa Baby Victor pour vos multiples conseils, contributions morales, financières, matériels et effort consentis pour la réalisation de ce présent travail ;

Au couple MULUMBA Gabriel ; pour son soutien moral matériel que financier ;

A nos autorités académiques et corps enseignant de l'ISTA/Goma pour leur service louable ;

Manifestant notre sincère reconnaissance, remercions:

Maman Jeanne KAMETIANGWE, le couple pasteur Alexis, le cap. KESEREKA PATY pour leur affection et leur soutien moral que financier lequel a permis l'aboutissement de notre formation.

A tous nos frères, soeurs, tantes, cousins, cousines, neveux :MPALA Myriam, Madeleine MUPENDA, Detty, ASHA, Lyly, Vicky, Richard SALEH, Léon MULUMBA, Louise, Divine, Furaha, Sylvie, Ange, Mymy, Jeph, Sarah, Emilie, Julie, Gisel, Prince, Jean, Esperance, Mélanie pour votre soulagement et soutien tout au long de nos études.

A nos chers collègues et camarades : Dollars NINDI, MIRADJI , Taylor, John, Richard, Osée, Dido, Noëlla, Mamy, KASNO, Jackson, Pascal, Wani, KIZITO, KASONIA, Serge... pour vos soutiens et conseils que vous n'avez cessé de me prodiguer durant tout mon cursus académique ;et tous ceux qui, de près ou de loin ont d'une manière ou d'une autre à l'aboutissement de ce travail.

Que ce travail soit pour vous un signe de notre profonde gratitude.

MWANIA KAMATIKI Joseph

[vi]

LISTE DES FIGURES

Figure1 : Plan orbitale des satellites 5

Figure 2 : Empreinte du satellite NSS7 7

Figure 3 : Présentation schématique des techniques d'accès au média 8

Figure 4 : Représentation du diagramme de rayonnement d'une antenne 11

Figure 5 : Diagramme de rayonnement et angle d'ouverture 12

Figure 6 : Polarisation verticale et Polarisation horizontale 13

Figure 7 : Schéma présentant quelques montages d'une antenne parabolique 14

Figure 8 : Angle d'élévation 15

Figure 9 : Azimut et Elévation pour un satellite 16

Figure.10. Schéma synoptique d'une émission et réception par satellite 20

Figure.11 : Principe de la couverture globale par 3 satellites géostationnaires 22

Figure.12. Méridien de Greenwich 23

Figure.13: Azimut (a) et élévation (b) du satellite géostationnaire au lieu de réception (vu de

l'espace) 24

Figure 15. L'antenne parabolique 25

Figure 16. La Tête ou LNB (Low Noise Block) 25

Figure 18 : Illustration de la polarisation linéaire 29

Figure 19 : Illustration de la polarisation circulaire. 30

Figure 20 : synoptique d'une liaison via satellite 33

Figure 21 : flux de puissance d'une source isotrope. 39

Figure 22 : Puissance dans un système sans fil 41

Figure 24 : illustration du calcul de la PIRE 42

Figure 25 : surfaces relatives de l'antenne et de la zone réception (vue du satellite). 43

LISTE DES TABLEAUX

Tableau1 : Bandes de fréquences utilisées dans les SFS pour les satellites géostationnaires 7

Tableau 2. Les fréquences utilisées par les satellites 32

Tableau 3 : quelques valeurs normalisé pour la PIRE 45

[vii]

SIGLES ET ABREVIATIONS

AMRC : Accès Multiple par Répartition Codée

AMRF : Accès Multiple par Répartition de Fréquence

AMRT : Accès Multiple par Répartition dans le Temps

BUC : Bloc Up Converter

C/N : Rapport porteuse sur bruit (Carrier by Noise)

EUTELSAT : European Telecommunication Satellite

FI : Fréquence Intermédiaire

GEO : Geostationary Earth Orbit

GPS : Global Position System

GSM : Global System of Mobile Communication

IBO : Input Back Off

INTELSAT : International Telecommunication Satellite

ISTA : Institut Supérieur des Techniques Appliquées

LEO : Low Earth Orbit

LNA : Low Noise Amplifier

LNB : Low Noise Block

MEO : Medium Earth Orbit

OBO : Output Back Off

SNG : Satellite News Gathering

PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente

QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

S/N : Rapport signal sur bruit (Signal by Noise)

SFS : Service Fixe par Satellite

SMS : Service Mobile par Satellite

SRS : Service de Radiodiffusion par Satellite

UIT : Union Internationale des Télécommunications

USAT : Ultra Small Aperture Terminal

VSAT : Very Small Aperture Terminal

Il s'est donc agi pour nous d' étudier de façon globale l'influence de la PIRE sur la transmission par satellite géostationnaire en examinant et

[1]

CHAPITRE.I. INTRODUCTION GENERALE

I.1. Arrière plan du travail

Dans l'ère actuelle, la télécommunication est la chose la plus importante dans la vie des êtres humains. Aujourd'hui, les communications mobiles et cellulaires sont de plus en plus populaires. Les gens veulent être de plus en plus en contact avec d'autres personnes. C'est dans ce cadre que les entreprises utilisent la technologie de diffusion par satellite pour diffuser divers canaux. La télévision a changé la vie des gens et maintenant des thèmes plus interactifs sont à venir sur le chemin dans l'industrie de la télévision, tout cela c'est possible grâce aux satellites tournant autour de la terre sur les orbites différentes. Néanmoins, la transmission des données par satellite qu'utilisent les entreprises de télécommunication pour arriver à destination, subissent des pertes dues aux milieux de transmission. C'est pourquoi chaque antenne est constituée par son gain puissance pour essayer de lever ce défi.

En fait l'évolution de la technologie de l'information et de la télécommunication depuis les années 1957 via les satellites touche le monde du travail de plein fouet.

I.2. Problématique

Puisque les satellites géostationnaire se trouvant à une distance d'environ 36000Km d'altitude, dont pour le temps de propagation, il faut compter environ 250ms pour un aller et un retour de l'information vers le satellite et une en espace libre d'environ 200dB ; non seulement ce délai se montre très gênant lors de la communication téléphonique par exemple (cas d'échos) mais aussi il ya une complication notable de gestion des accusée de réception dans la transmission par paquet, les en-cours se comptant alors par millions. Cela étant, les signaux transmis subissent des pertes qui, grâce aux antennes qui concentrent leur puissance dit PIRE en fournissant un gain, parviennent à lever ces atténuations dues à ces genres de pertes dans les câbles, dans l'air...

La problématique principale qui a guidé notre recherche pour ce travail est celle de l'influence de la puissance isotrope rayonnée équivalente sur la transmission par satellite.

[2]

en analysant attentivement l'ensemble des éléments, les principes théoriques et les méthodes concrètes de fonctionnement et d'organisation qui constituent la transmission par satellite géostationnaire. Ceci afin de définir une batterie d'actions à mener pour améliorer la qualité de service chez les utilisateurs finaux.

Pour optimiser les niveaux de signaux transmis ou reçus, nous avons dans une première partie fait une étude sommaire sur les satellites, puis nous avons dans la deuxième partie évoqué les aspects théoriques sur les systèmes de communications satellitaires qui nous a permis d'avoir des informations précises sur la Transmission par satellite, ensuite nous nous sommes mis à expliquer l'influence de la PIRE sur la Transmission par satellite et enfin, nous avons proposé aux entreprises de télécommunications et d'autres qui gèrent les satellites d'adopter une politique d'optimisation se basant sur le respect des normes établies par l'Assemblée des radiocommunications de l'UIT, aux installations, et choix judicieux des équipements.

I.3. But du travail

Le but de notre travail est d'effectuer une analyse sur l'influence de la puissance isotrope rayonnée équivalente à la transmission par un satellite se trouvant dans l'orbite géostationnaire à une distance d'environ 36000km au-dessus de l'équateur.

I.4. Objectifs.

I.4.1. Objectif global

Nous nous sommes fixé comme objectif global de permettre aux différents fournisseurs de signaux satellitaire à maintenir constante une puissance isotrope rayonnée équivalente max pour une bonne et meilleur transmission.

I.4.2. Objectif spécifique

L'objectif spécifique de notre travail est d'arriver à calculer les différents paramètres de la pire pouvant influencer une quelconque transmission par satellite géostationnaire en vue de son amélioration.

[3]

I.5. Questionnaire de recherche

Dans la perspective de résoudre ce problème, les questions que nous nous sommes posées sont celles de savoir, pourquoi la PIRE dans la transmission par satellite ? Quel est l'influence majeure de la PIRE sur la transmission par satellite ?

I.6. Hypothèse

Pour répondre aux questions ci-haut posées prime à bord nous allons expliquer ce qu'est une puissance isotrope rayonnée équivalente, en deuxième lieu nous allons énumérer différents facteurs pouvant affecter à la transmission des signaux par satellite géostationnaire et en fin nous citerons quelques avantages de la puissance isotrope rayonnée équivalente à la transmission satellitaire.

I.7. Délimitation du travail

Dans ce travail nous allons nous limiter aux calculs de la puissance isotrope rayonnée équivalente en transmission par un satellite géostationnaire et montrer quelle est son influence.

I.8. Méthodes et techniques

Nous utiliserons dans ce travail la méthode analytique et la technique documentaire (documents plus ouvrages) ;

Nos investigations serons basées sur :

La collecte des données (différents document appropriés) ;

Etude : qui est une description minutieuse des certains éléments faisant objet de ce travail ;

Interviews sur la PIRE dans certaines maisons oeuvrant dans la télécommunication.

I.9. Subdivision du travail

Outre la conclusion générale et la recommandation, notre travail est divisé en quatre chapitres portant respectivement sur :

L'INTRODUCTION

L'ETUDE SOMMAIRE DES SATELLITES ;

LA TRANSMISSION PAR SATELLITE ;

L'INFLUENCE DE LA PIRE SUR LA TRANSMISSION PAR SATELLITE.

[4]

CHAPITRE II. ETUDE SOMMAIRE DES SATELLITES

II.1.Introduction

Les systèmes de communication par satellite font partie intégrante de notre monde depuis le lancement du premier satellite SPOUTNIK par l'URSS en Juin 1957. Ce mode de communication a révolutionné le monde des télécommunications et a permis d'intégrer une multitude de nouveaux services. Il a surtout permis de surmonter tous les obstacles terrestres en établissant des liaisons entièrement fiables pour la télévision, la téléphonie et la transmission des données quels que soient les distances et les obstacles.

En juin 1998, près de 140 000 circuits téléphoniques étaient en exploitation uniquement pour le système INTELSAT. Cette croissance fulgurante est un peu moins rapide aujourd'hui avec l'installation des câbles sous-marins (fibre optique) très performants.

Les systèmes satellitaires reposent depuis quelques années sur l'utilisation effective de ses caractéristiques propres :

· La capacité d'accès multiple, c'est-à-dire connectivité point à point, point à multipoint et multipoint à multipoint ;

· La capacité de distribution notamment, la radiodiffusion des

programmes de télévision et multimédia, la diffusion des données, des services Internet à large bande, etc. ;

· La souplesse en vue de s'adapter à l'évolution du trafic et l'architecture des réseaux ainsi que la simplicité d'exploitation et de mise en oeuvre.

II.2. Principes de base

II.2.1. Le segment spatial

Le segment spatial d'un système de communication par satellite est l'ensemble constitué par les satellites eux-mêmes et par les moyens qui assurent depuis le sol la poursuite, la télémesure, la télécommande et le soutien logistique de ces satellites.

II.2.1.1.Le satellite

Il constitue le coeur du réseau, il exécute dans l'espace toutes les fonctions de communication en utilisant des éléments actifs. Il est formé de l'assemblage de différents sous-systèmes de télécommunications et dispose aussi d'équipements assurant les fonctions suivantes :

[5]

V' alimentation en énergie ;

V' commande d'orientation ;

V' maintien sur orbite ;

V' régulation thermique ;

V' télémesure, télécommande, mesure de distance, ...

Ces satellites sont situés à des orbites terrestres géostationnaires (GEO) pour certains, c'est-à-dire semblent fixes et immobiles pour un utilisateur sur la terre et situé sur la ceinture de Clarke à une altitude de 35786 Km. Pour d'autres, ils sont sur des orbites non géostationnaires telles que les orbites terrestres basses (LEO) conçus pour fonctionner à des altitudes comprises entre 400 et 1500 Km et quelques autres sur des orbites terrestres moyennes (MEO) gravitant à une altitude s'échelonnant entre 7000 et 12000 Km.

L'orbite décrite par ces satellites respecte les lois de Kepler sur la gravitation. Ceci en se rendant compte que les planètes sont des satellites du soleil et par analogie, tout satellite artificiel de la terre respecte le même principe.

Le satellite se meut dans un plan (plan orbital) et sa trajectoire est une ellipse dont la terre occupe un foyer. L'ellipse possède un demi grand axe noté a et un demi petit noté b. On définit l'excentricité e de l'ellipsee² =

~~

1 - _a2. Le cas de l'orbite circulaire est celui où e=0, a et b étant alors égaux.

r_p r_a

Figure1 : Plan orbitale des satellites

Ainsi, d'après la première loi de Kepler (formulée en 1609), les planètes gravitent autour du Soleil en suivant des trajectoires elliptiques, ce dernier occupant l'un des deux foyers de l'ellipse.

D'après la seconde loi de Kepler (formulée en 1609), les aires décrites par le rayon vecteur joignant la planète au Soleil sont égales pour des intervalles de temps égaux.

[6]

Selon la troisième loi de Kepler (formulée en 1619), pour toute planète gravitant autour du Soleil, le rapport ~~

~~ est constant (a étant le demi-

grand axe de l'ellipse correspondant à la trajectoire de l'astre autour du Soleil et T la période orbitale ou période de révolution de la planète)¹.

II.2.2. Le segment terrestre

Encore appelé secteur terrien, c'est l'ensemble constitué par les terminaux, les stations terriennes qui assurent l'émission et la réception des signaux de trafic de tout type à destination ou en provenance des satellites et qui servent d'interface avec les réseaux de communication de la terre. La station terrienne comprend l'ensemble des équipements terminaux d'une liaison par satellite. Elle joue un rôle équivalent à celui d'une station terminale de faisceau hertzien.

Les stations terriennes comprennent en général six (6) principales parties qui sont :

· L'antenne d'émission et/ou de réception, Les récepteurs munis d'amplificateur à faible bruit,

· Les émetteurs,

· Les équipements de modulation, de démodulation et de transposition des fréquences,

· Les équipements de traitement des signaux,

· Les interfaces avec les réseaux de terre.

II.2.3. Les bande des fréquences

Le spectre radioélectrique est une ressource rare et limitée. Les progrès techniques ouvrent chaque jour de nouvelles possibilités d'application du spectre qui suscitent un intérêt croissant et une demande de plus en plus importante pour cette ressource limitée. Compte tenu de cette demande croissante, l'utilisation du spectre doit être rendue plus efficace.

Pour que le spectre soit utilisé de façon efficiente, son utilisation doit être coordonnée et réglementée dans le cadre des législations nationales et le Règlement des radiocommunications établi par l'Union Internationale des Télécommunications (UIT) pour que chaque pays puisse tirer le meilleur parti de sa ressource des spectres, il est important que les activités de gestion du spectre facilitent la mise en place des systèmes de

¹Union Internationale des Télécommunications. (2002). Manuel sur les télécommunications par satellite, troisième édition. WILEY INTER SCIENCE, Canada

² Document SINUTA, « Formation sur l'installation et mise en service de la parabole »,

[7]

radiocommunications et fassent en sorte que ces systèmes fonctionnent sans brouillages mutuels. C'est dans cette logique qu'a été établi le tableau récapitulatif des bandes de fréquences utilisées dans les services fixes par satellites pour les satellites géostationnaire.

N°	BANDES	FREQUENCES		SERVICE	1
L	1 - 2GHz	communication avec les mobiles		2
S	2 - 3GHz	communications avec les mobiles		3
C	4 - 6GHz	communications civiles nationales et internationales, TV.		4
X	7 - 8GHz	communications militaires		5
KU	11 - 14GHz	communication civiles nationales et internationales, télévision.		6
Ka	20 - 30GHz	nouveaux systèmes d'accès aux réseaux large bande		7
EHF	21 -45GHz	Communications militaires

Tableau1 : Bandes de fréquences utilisées dans les SFS pour les
satellites géostationnaires

II.2.4. La couverture

La zone de couverture, (footprint en anglais), signifie empreinte. C'est la zone géographique couverte ou arrosée par le(s) signal (aux) d'un satellite. La couverture d'exploitation dépend directement de la puissance d'émission du satellite, ainsi que de la direction et du type d'antenne d'émission. L'intensité du signal reçu au sol s'exprime généralement en dBW. Théoriquement, plus la valeur du signal reçu en dBW est élevée, plus la réception est bonne. Les opérateurs de satellite utilisent une cartographie (carte de zone de couverture) pour illustrer la zone de couverture satelli taire comme le montre la figure² suivante.

Figure 2 : Empreinte du satellite NSS7

[8]

II.3. Techniques d'accès au média³

C'est l'ensemble des techniques permettant d'assurer des liaisons simultanées entre plusieurs stations terriennes via un seul satellite. Plusieurs techniques sont utilisées :

· Accès multiple par répartition de fréquence (AMRF/FDMA) ;

· Accès multiple par répartition dans le temps (AMRT/TDMA) ;

· Accès multiple par répartition codée (AMRC/CDMA). Le choix de la technique d'accès dépend essentiellement :

· De la quantité d'informations à transmettre ;

· Du nombre de stations à gérer.

Figure 3 : Présentation schématique des techniques d'accès au

média

II.3.1.Principales caractéristiques de ces différentes techniques d'accès

1. Accès AMRF/FDMA

· Découpage de la bande de fréquences en plusieurs porteuses (1 porteuse par canal de la station terrienne) ;

· réémission satellite (après transposition) des n porteuses vers toutes les stations terriennes ;

· réception dans chaque station de toutes les porteuses : démodulation et extraction des voies qui lui sont destinées.

Avantages : souplesse d'emploi, simplicité car proche d'un système analogique.

³Cours B11 - Transmission des Télécommunications - partie 2 - chapitre 7

Pour faire en sorte que l'onde « porte » un message, on utilise la modulation. Le procédé consiste à modifier une ou plusieurs

[9]

Inconvénients : produits d'intermodulation, pertes de puissance si plusieurs porteuses sont sur un même canal.

2. Accès AMRT/TDMA

· Découpage du canal fréquentiel en trames et en slot. L'information est sous forme d'impulsion analogique ou numérique ;

· émission (station i) sur toute la bande du répéteur pendant ?ti et se fait périodiquement ;

· synchronisation des N stations émettrices (station de référence) ;

· réception dans chaque station et tri des paquets.

Avantages : permet d'acheminer des quantités importantes de données et de satisfaire un grand nombre d'utilisateurs.

Inconvénient : la synchronisation temporelle doit être fine.

3. Accès AMRC/CDMA

· Utilisation d'une ou plusieurs cellules «temps/fréquence» ;

· information : impulsion analogique ou numérique ;

· techniques : saut de fréquence et spectre étalé (porteuse unique).

Avantage : très bonne insensibilité au brouillage. Inconvénient : rendement faible.

L'accès multiple peut également être obtenu par diverses combinaisons AMRF/AMRT/AMRC et peut être réalisé ou modifié dans le satellite par traitement à bord.

Par ailleurs, les procédés d'accès multiples peuvent être divisés en deux catégories, suivant leur mode d'assignation :

> L'Accès Multiple Pré assigné (AMP) dans lequel les différentes voies sont attribuées aux utilisateurs de manière permanente ;

> L'Accès Multiple avec Assignation à la Demande (AMAD) dans lequel une voie de transmission est assigné seulement pour la durée de la communication. Ce mode améliore considérablement l'efficacité d'utilisation du système.

II.4.Les types de modulation

[10]

caractéristiques de l'onde radio (porteuse) selon le type d'informations que l'on souhaite envoyer. Le procédé inverse, la "démodulation", sert à reconstruire l'information d'origine (discours, données informatiques ou programme TV) dans le récepteur.

En pratique, la méthode de modulation, généralement assez complexe, est choisie afin d'optimiser les performances d'une liaison satellite selon le type d'information à transporter. L'information est souvent codée à l'émetteur afin de pouvoir détecter et corriger les éventuelles erreurs dues à une mauvaise interprétation dans le récepteur. Des techniques semblables, tout aussi élaborées, sont utilisées par exemple pour protéger les disques laser audio contre les rayures et les mauvaises manipulations.

En transmission numérique comme analogique, trois principaux types de modulation sont connus :

· La modulation par déplacement de fréquence (FSK) ;

· La modulation par déplacement d'amplitude (ASK) ;

· La modulation par déplacement de phase (PSK).

II.5. Les caractéristiques des antennes

Quel que soit la fréquence de fonctionnement de l'antenne, quel que soit sa structure physique, le rayonnement des antennes est caractérisé par des propriétés communes.

1. Diagramme de rayonnement

Les antennes sont rarement omnidirectionnelles et émettent ou reçoivent dans des directions privilégiées. Le diagramme de rayonnement représente les variations de la puissance rayonnée par l'antenne dans les différentes directions de l'espace. Il indique les directions de l'espace (è0, ö0) dans lesquelles la puissance rayonnée est maximale. Il est important de noter que le diagramme de rayonnement n'a de sens que si l'onde est sphérique.

On trace dans le diagramme de rayonnement la fonction caractéristique de rayonnement r (è, ö), qui varie entre 0 et 1 selon la direction. Celui-ci peut se représenter sous différentes formes (figure 4).

[11]

En général, le diagramme de rayonnement d'une antenne est représenté dans les plans horizontaux (è= 90°) et verticaux (ö = constante), ou bien dans les plans E et H.

Figure 4 : Représentation du diagramme de rayonnement d'une

antenne

Le diagramme de rayonnement d'une antenne est principalement relié à sa géométrie mais peut aussi varier avec la fréquence. Hormis les antennes omnidirectionnelles, les antennes ne rayonnent pas la puissance de manière uniforme dans l'espace. Dans ce cas, la fonction caractéristique de rayonnement est égale à 1 quel que soit la direction considérée. En général, la puissance est concentrée dans un ou plusieurs « lobes ». Le lobe principal correspond à la direction privilégiée de rayonnement. Les lobes secondaires sont généralement des lobes parasites. Dans ces directions, l'énergie rayonnée est perdue donc on cherche à les atténuer.

2. Angle d'ouverture

L'angle d'ouverture (beam width) caractérise la largeur du lobe principal. L'angle d'ouverture à 3 dB 2è3 représente la portion de l'espace dans lequel la majeure partie de la puissance est rayonnée. Il s'agit de l'angle entre les 2 directions autour du lobe principal où la puissance rayonnée est égale à la moitié de la puissance rayonnée dans la direction de rayonnement maximal.

[12]

Figure 5 :Diagramme de rayonnement et angle d'ouverture 3. Directivité, gain et rendement d'une antenne

Ces 3 grandeurs permettent de caractériser la façon dont une antenne convertit la puissance électrique incidente en puissance électromagnétique rayonnée dans une direction particulière. Le gain et la directivité permettent de comparer les performances d'une antenne par rapport à l'antenne de référence qu'est l'antenne isotrope.

a) Directivité

La directivité D(è,ö) d'une antenne dans une direction (è,ö) est le rapport entre la puissance rayonnée dans une direction donnée P(è,ö) et la puissance que rayonnerait une antenne isotrope.

D(6, ço) =	P(6,çt.)	= 4ir		P(6,çt.)

b) Gain

Le gain G(è,ö) d'une antenne dans une direction (è,ö) est le rapport entre la puissance rayonnée dans une direction donnée P(è,ö) sur la puissance que rayonnerait une antenne isotrope sans pertes. En général, le gain G correspond au gain dans la direction de rayonnement maximal (è0,ö0). Cette propriété caractérise la capacité d'une antenne à focaliser la puissance rayonnée dans une direction.

G(8,ir) = 4ir	P(6, çt.)	P(6,çt.) G = 4ir ~~
	~~

Si l'antenne est omnidirectionnelle et sans pertes, son gain vaut 1 ou 0 dB. Le gain est généralement exprimé en dB ou en dBi car une antenne isotrope est utilisée comme référence. On trouve aussi parfois le gain exprimé en dBd, lorsqu'une antenne dipôle est utilisée comme référence.

[13]

c) Rendement

Le rendement ç d'une antenne traduit sa capacité à transmettre la puissance électrique en entrée PA sous forme de puissance rayonnée PR. On le définit comme le rapport entre la puissance totale rayonnée par une antenne et la puissance qui lui est fournie. Le rendement est lié aux pertes dans le réseau de polarisation et dans les éléments rayonnants.

~~ = ~~ ~~ = G ~~ ~

II.5.1. Les antennes satellitaires

Les satellites transmettent les signaux via les antennes par différentes polarisations. C'est ainsi que nous avons la polarisation horizontale, la polarisation verticale, polarisation orthogonale (horizontale et verticale) et les polarisations circulaires (gauche et droite).

Figure 6 : Polarisation verticale et Polarisation horizontale

II.5.2. Les antennes des stations terriennes :

Les antennes paraboliques communément appelées paraboles par le grand public, sont des antennes disposant de réflecteurs paraboliques basés sur les propriétés géométriques de la courbe nommée parabole et de la surface nommée paraboloïde de révolution. Cette antenne qualifiée d'universelle puisque qu'elle fonctionne en théorie sur toute fréquence ou longueur d'onde, est cependant seulement employée à partir de la bande L dès 1,1GHz et lorsque le gain d'antenne élevé est recherché.

Ces antennes peuvent être montées de différentes façons en fonction du résultat recherché. Néanmoins, cinq principaux types de montage existent:

· Le montage Prime-focus ;

· Le montage Offset ;

· Le montage Cassegrain ;

· Le montage de Grégory ;

cos 8 =

r + d0

d J1 - cos² a.cos2ë

[14]

· Le montage Tore.

La figure ci-dessous présente les trois montages les plus utilisés :

Figure 7 : Schéma présentant quelques montages d'une antenne

parabolique

II.5.3. Positionnement des antennes

La réception de l'émission d'un satellite en orbite haute ou de faible puissance, nécessite le positionnement précis de l'antenne de réception. La meilleure efficacité est obtenue par des antennes paraboloïdes. La plupart des satellites de transmissions de données ou de RDS (Radiodiffusion Directe par Satellite) sont géostationnaires et par conséquent le positionnement de l'antenne vers un satellite donné reste constant.

La détermination des angles de site ou élévation et d'azimut, à partir de la position (latitude et longitude) de la station et de celle du satellite, peut se faire par calcul.

II.5.4. Calcul de l'orientation d'une antenne

L'application de quelques règles de trigonométrie sphérique permet de calculer les angles de positionnement.

II.5.4.1. Angle de Site ou élévation

L'angle de site O, aussi appelé hauteur, peut être calculé par :

La figure ci-dessous illustre bien les notions d'azimut et d'élévation pour un satellite.

[15]

Avec :

r= rayon de la terre (6378 km),

d0= altitude du satellite (35786 km si géostationnaire),

r + d0= distance centre de la terre - satellite (42164 km si géostationnaire), d= distance station - satellite.

d est calculé par la formule :

d² = d0² + 2r(r + d0)(1 - cos² a. cos²ë)

Figure 8 : Angle d'élévation

II.5.4.2. Azimut

L'azimut est la position du satellite par rapport au Nord géographique. Il peut être calculé par :

sin..

sin(Az) =
	v1 - cos^2 a. cos^2ë

Avec :

Az= azimut

[16]

Figure 9 : Azimut et Elévation pour un satellite

II.6. Les applications des satellites II.6.1. La téléphonie

Même concurrencée par les câbles optiques terrestres ou sous-marins, l'application qui est toujours la plus importante pour les satellites de communication est la téléphonie internationale. Les centraux locaux transportent les appels jusqu'à une station terrienne (aussi appelée téléport), d'où ils sont émis en direction d'un satellite géostationnaire. Ensuite ce satellite les retransmet vers une autre station qui procède à la réception et l'acheminement final. Les téléphones mobiles satellitaires (depuis des bateaux, avions, etc.) eux se connectent directement au satellite. Ils doivent donc être en mesure d'émettre un signal et de le pointer vers le satellite même en cas de mouvements (vagues sur un bateau, déplacement et turbulences en avion).

II.6.2. La télévision et la radio

En télévision et radio, on sépare traditionnellement les utilisations en deux groupes : services occasionnels (OU pour Occasional Use, en français liaisons de contributions, ou transmissions) et services permanents (ITV pour International TV, en français diffusion). En effet, le nombre de récepteurs varie : maximum quelques dizaines de professionnels en services occasionnels et un nombre illimité en ITV. Les contraintes techniques sont donc totalement différentes, tout en utilisant les mêmes satellites.

[17]

Un service ITV transmet à destination de petites antennes de réception (de 60 cm à 1.10m en Europe) situées directement chez les particuliers. En général les fréquences utilisées étaient dans la bande K (Ku, de 10.70 à 12.75 GHz, Ka, de 20 à 30 GHz), même si de nos jours, avec l'évolution des technologies, on est en mesure de diffuser en bande C (de 3.7 à 4.2 GHz) vers des particuliers (c'est le cas du bouquet Canal Horizon en Afrique par exemple). On parle de diffusion DTH (Direct-To-Home, c'est-à-dire directement vers le particulier). Les principaux opérateurs en Europe sont British Sky Broad casting au Royaume-Uni, Canal SAT en France, Bell Télé et Shaw Direct au Canada, Sky Angel aux États-Unis d'Amérique.

Un service OU est une liaison de A vers B (cas d'une unilatérale) ou de A vers B, C, D... avec un nombre limité de récepteurs (cas d'une multilatérale). A l'origine, ces services utilisaient la bande C et la moitié inférieure de la bande Ku. De nos jours, tout le monde utilise les fréquences disponibles, la ressource étant limitée, le besoin croissant et les contraintes techniques liées à l'utilisation de telle bande plutôt que telle autre ayant tendance à disparaître. Ce sont des liaisons utilisées pour ramener des images non montées au siège d'une chaîne par exemple, ou pour couvrir en direct un événement extérieur. On rencontre aussi des applications de télémédecine, d'enseignement à distance, de visioconférence internationale, etc. Ce type de service est aussi utilisé pour assurer l'alimentation en images de clients d'agences (comme l'UER, APTN, Reuters).

Par le passé, les satellites utilisés pour des services OU étaient différents des satellites pour des services ITV. En effet, ils émettaient à des puissances moindres, ce qui nécessitait des antennes avec un fort gain, donc un grand diamètre (4.80m - 6.30m en bande Ku, 11m - 13m voir plus en bande C, étaient des tailles couramment utilisées).

De nos jours, avec l'augmentation de la sensibilité des récepteurs, tout le monde utilise des satellites à puissance réduite, que ce soit en transmission ou en diffusion, les opérateurs garantissant la qualité des liaisons point à point grâce à la taille des antennes utilisées, ce qui leur permet de garder les grandes antennes qui n'auraient pas lieu d'être. Mais rien n'empêche à un particulier équipé d'un système de réception très sensible, de recevoir sur une petite antenne des liaisons unilatérales qui ne lui sont pas destinées (si ces dernières ne sont pas cryptées bien sûr, ce qui est de plus en plus rare). Il n'est d'ailleurs pas rare de nos jours de voir les opérateurs satellites mélanger plusieurs signaux numériques sur le

[18]

même satellite. Enfin, certains canaux des bouquets européens sont réservés à des liaisons privatives cryptées.

En Europe, les deux principaux opérateurs de transmission (qui exploitent les liaisons, mais ne sont pas forcément propriétaires des satellites ou des canaux utilisés) sont Globe cast, filiale de France Télécom et Arqiva (ex NTL Broadcast) qui a racheté BT Media and Broadcast, ex-filiale de BT Group. Ces opérateurs gèrent aussi bien des téléports (station d'émission et de réception) que des flottes de camions SNG (Satellite News Gathering, c'est-à-dire camion de transmission satellite).

II.6.2.1. Télévision mobile

À l'origine destinées à la diffusion vers des points de réceptions fixes, les technologies de diffusion de télévision par satellite ont pris un tournant en 2004, avec l'arrivée de deux nouveaux systèmes de transmission par satellites aux États-Unis. Les systèmes SIRIUS et XM Satellite Radio Holdings permettent en effet la diffusion de télévision par satellite vers des récepteurs mobiles. Des constructeurs ont aussi lancé de nouvelles antennes spéciales pour la réception mobile de télévision satellite. Utilisant la technologie GPS comme référence, ces antennes se repointent automatiquement vers le satellite, quels que soient la position et le mouvement du support de l'antenne. Ce type d'antenne satellite mobile est très apprécié des propriétaires de camping-cars par exemple. Ces antennes sont aussi utilisées par la compagnie aérienne Jet Blue, qui permet ainsi à ses passagers d'avoir une chaîne de télévision en direct, visible en vol sur des moniteurs LCD montés dans les dossiers des sièges.

II.6.3. Les radioamateurs

Les opérateurs radioamateurs ont accès aux satellites OSCAR qui ont été réalisés par des universités ou des clubs radioamateurs, et lancés par exemple en passager auxiliaire avec des satellites d'observation. La plupart de ces satellites fonctionnent comme des répéteurs et sont en général accessibles aux amateurs équipés en UHF ou en VHF avec des antennes très directives, comme des antennes de type Yaggi, ou des antennes paraboliques. En raison des limitations des équipements au sol, la plupart de ces satellites sont dans une orbite terrestre basse, et ne peuvent transmettre qu'un nombre limité de contacts courts à un moment

[19]

donné. Certains de ces satellites fournissent aussi de la retransmission de données, utilisant les protocoles AX.25 ou similaires.

II.6.4. L'internet et les données par satellite

Depuis quelques années, les techniques de communication par satellite sont utilisées pour des connexions Internet à haut débit. C'est surtout très utile pour des utilisateurs très isolés qui ne peuvent pas être connectés en ADSL ou via le réseau téléphonique. Ces techniques servent aussi pour des entreprises ou des organisations implantées mondialement et ne voulant pas dépendre d'un opérateur de télécommunication local pas toujours fiable, et qui veulent que tous leurs réseaux soient gérés par le même opérateur. Enfin l'utilisation d'un satellite pour l'échange de données permet de se passer des Fournisseurs d'Accès à Internet (FAI) locaux.

II.7. Conclusion partielle

Au terme de ce chapitre, nous avons étudié les généralités sur les systèmes de communications par satellite en général, la constitution des segments terrestre, les caractéristiques des antennes, différents techniques d'accès au médiat, ainsi que les applications de satellite.

[20]

CHAP.III. LA TRANSMISSION PAR SATELLITE

III.1 Généralité⁴

Le satellite est un autre mode de transmission qui utilise comme principe une station terrienne vers celui-ci (cas d'une voie montante). Ce satellite n'est qu'un simple émetteur récepteur. Il génère des signaux et les réémets en direction de la terre (cas d'une voie descendante).

La télévision par satellite utilise des satellites spécifiques placés en orbite dite «géostationnaire » (c'est-à-dire une orbite située à environs 35 786 km d'altitude au- dessus de l'équateur). Chaque satellite de télévision présente des caractéristiques très différentes, notamment en termes de capacités (c'est- à- dire de ressource disponible pour diffuser des chaînes de télévision).

III.2 Schéma synoptique d'une émission et réception par satellite

Figure.10. Schéma synoptique d'une émission et réception par

satellite

III.3. Les Orbites possibles⁵

Lessystèmesdetélécommunicationsparsatellitessontclassésenfonctiond el'altitudedessatellites.Ondistingue ainsi:

4 Cours d'Hyper fréquence par MATHIEU RUCHOGOZA NKULIZA DEA Master of Engineering 2013-2014

5 Les systèmes satellites par Michel Terré version 2.1 Paris 2009

[21]

1. Les systèmes GEO (Geostationary Earth Orbit) qui correspondent à des satellites évoluant sur l'orbite géostationnaire à environ 36000Km de la surface de la terre.

2. Les systèmes MEO (Medium Earth Orbit) qui correspondent à des satellites évoluant sur l'orbite médiane de 5.000 à 15.000km et au dessus de 20.000km.

3. Les systèmes LEO (Low Earth Orbit) qui correspondent à des satellites évoluant en orbite basse de 700 à 1.500km.

Endessousde700kml'atmosphère est encore trop dense pour maintenir
un satellite à poste sans épuiser très rapidementsesréserves.Entre1500

et 5.000km et 15.000 et 20.000km se trouvent deux régions appelées

"ceintures de Van Allen" basses et hautes qui sont des zones à haute
densité de particules (vent solaire) piégées par le champ

magnétiqueterrestredanslesquellesilestdéconseillédeplacerunsatellite. Les

systèmes GEO ont été les premiers utilisés et restent aujourd'hui
majoritaires. L'orbite est extrêmement encombrée et l'on trouve presque

un satellite tous les deux degrés. L'avantage de cet orbite est

évidemment le fait que le satellite reste fixe par rapport à la Terre et
qu'il n'est pas nécessaire de le pour suivre au moyen d'antennes mobiles

au sol. L'avantage vient aussi du fait que l'altitude du satellite étant très

élevée (environ 36.000km), ce dernier "voit" environ 42% de la surface
de la Terre. Les inconvénients sont le temps de propagation, il faut

compter environ 250ms pour un aller être tour vers le satellite et une perte en espace libre d'environ 200dB à prendre en compte dans l'établissement du bilan de liaison. Les systèmes LEO ont été très en vogue au début des années 2000etplusieursgrandssystèmes (Iridium, Globalstar, SkyBridge,Teledesic) se basent sur de telles constellations.

L'avantage de ces systèmes est le temps de propagation très court, typiquement 10ms de temps de propagation pour un satellite à

1.500kmd'altitude ainsi qu'un bilan de liaison nettement plus favorable
que pour un système GEO. Ces avantages font de ces systèmes

d'excellents candidats pour des
applicationsinteractivesmettantenjeudesterminauxmobilesavecdesantenn esomnidirectionnelles et des amplificateurs de faibles puissances. Lescommunicationsaveclessatellitessontsouventbaséessurunehypothèse devuedirecteentrelesatelliteet l'antenne de réception. C'est ainsi le cas pour la plupart des communications qui utilisent des satellites géostationnaires. Pou rassurer cette visibilité, les antennes de réception sont placées sur des surfaces dégagée sou en hauteur.

6 Fleury Sébastien, les satellites et la technologie VSAT, université de Mame-la-Valléo, ed.2000, p.6 à 9.

[22]

Dans le cas de communications entre un satellite et un mobile qui se trouverait au niveau du sol, l'hypothèse de vue directe est plus difficile à assurer.

III.3.1. L'orbite géostationnaire⁶

L'orbite géostationnaire est sans aucun doute l'orbite la plus répandue aujourd'hui, car le satellite se déplace en même temps que la terre ; il fait donc le tour de la terre en 24heures (durée qui correspond au temps de rotation de la terre) et paraît donc immobile dans le ciel. Dans cette orbite, le satellite est placé à 35786km d'altitude et peut couvrir une grande superficie de la terre qui peut atteindre un hémisphère.

L'idée de placer des satellites en orbite géostationnaire n'est pas très récente, puisque l'écrivain et ingénieur anglais Arthur C. Clarke avait indiqué dès 1945, dans un article dans Wireless World, comment une couverture mondiale de radiocommunications serait possible au moyen de trois satellites « fixes » disposés à 120° l'un de l'autre sur une orbite circulaire, à environ 36000 Km d'altitude au-dessus de l'équateur (figure 11)

Figure.11 : Principe de la couverture globale par 3 satellites

géostationnaires

L'avantage que ces satellites ont, c'est que l'on peut utiliser des antennes fixes au sol. Ils présentent cependant l'inconvénient d'être situés

[23]

bas sur l'horizon lorsqu'ils couvrent des zones éloignées se rapprochant des pôles : les signaux à transmettre parcourant une plus grande distance, subissent des atténuations plus importantes, et mettent plus de temps à arriver sur terre (un quart de seconde en plus).

III.3.2. L'Azimut et l'Elévation des satellites géostationnaires

On appelle élévation du satellite, l'angle de la ligne imaginaire entre la station de réception et le satellite par rapport au sol (plan horizontal au lieu de la station), et azimut l'angle que fait la projection horizontale de la ligne imaginaire station-satellite avec le plan méridien (Nord-Sud) passant par la station. L'angle est compté à partir de la direction Nord (figure 13. (a) et (b)).

La position des satellites géostationnaires est définie par leur longitude par rapport au méridien de Greenwich voir figure 12 (qui à cet endroit correspond à l'azimut), leur latitude étant bien sûr 0° du fait de leur situation dans le plan équatorial.

Figure.12. Méridien de Greenwich

Figure.14 : azimut et élévation du satellite au lieu de réception (vue du sol)

[24]

â

â

Figure.13: Azimut (a) et élévation (b) du satellite géostationnaire
au lieu de réception (vu de l'espace).

[25]

III.4. Equipements utilisés

Dans sa configuration la pl us simple, une station satellitaire comprend : III.4.1. La parabole⁷

La parabole est constituée de deux éléments : le réflecteur parabolique et la tête de réception plus communément appelée LNB (Low Noise Block).

Figure 15. L'antenne parabolique

III.4.2. Tête ou LNB (Low Noise Block)

Figure 16. La Tête ou LNB (Low Noise Block)

L'élément principal du LNB est le Convertisseur, monté ici directement pour : Amplifier immédiatement les signaux grâce à un amplificateur à faible bruit afin que les bruits créés en aval demeurent

⁷ http://www.paraboles- antennes.com

[26]

petits comparativement aux signaux, Limiter les pertes en ligne par abaissement de la fréquence porteuse dans la bande intermédiaire 950-1750Mhz (950- 2000Mhz en triple-bande) dite Bande Intermédiaire Satellite (BIS : Bande Intermédiaire Satellite)

Il existe différents types de LNB :

· Le LNB universel, qui capte toute la bande Ku (10,7-12,75 GHz) et qui ne peut alimenter qu'un seul terminal à la fois,

· Le LNB Twin, qui permet d'utiliser 2 terminaux de manière indépendante,

· Le LNB mono bloc (double tête ou DuoSat) qui permet quand à lui de pointer deux satellites avec la même parabole (à condition qu'ils ne soient pas trop distants l'un de l'autre),

· Le LNB quattro qui est destiné aux mini- réseaux collectifs et qui permet de séparer les 4 bandes de fréquences(basse verticale, basse horizontale et haute horizontale),autrement dit, il offre en permanence les 4 polarités sur sorties distinctes.

III.4.3. Le réflecteur

Le réflecteur parabolique est chargé de concentrer les ondes reçues ou émises (radar, télévision, ISM et WiFi, radio- amateurisme, faisceaux hertziens, ou ondes émises par les astres en radioastronomie) vers l'antenne- source, qui se situe au foyer de la parabole. Les antennes paraboliques de petit diamètre sont fabriquées en tôle emboutie (acier ou aluminium). Pour les antennes de grand diamètre, les réflecteurs sont parfois réalisés en grillage, ce qui a pour effet de diminuer la prise au vent. Le réflecteur ne doit pas comporter des creux ou des bosses d'une amplitude supérieure à 5% de la longueur d'onde, qui pour mémoire, est de 2.5 cm en TV SAT et 12.5 cm en 2,4 GHz.

III.4.4. Récepteur

Le récepteur qui a pour fonction de reconstituer le message émis par la source à partir du signal reçu, comprend des circuits d'amplification, de changement de fréquence, de démodulation (pour les transmissions sur onde porteuse), de filtrage puis d'échantillonnage et de prise de décision (Figure.17). Le changement de fréquence et le démodulateur permettent de ramener le signal modulé en bande de base. Le signal en bande de base est ensuite filtré puis échantillonné à des instants caractéristiques. Finalement un circuit de décision identifie la valeur des éléments binaires

[27]

transmis à partir des échantillons reçus. Le choix effectué par le circuit de décision est binaire, décision 0 ou décision 1, ce qui correspond à une opération dite de « détection ».

Figure.17. Principe de récepteur pour transmission sur onde porteuse

III.5. Principe de fonctionnement

III.5.1. Principes généraux

Un ensemble de réception satellite n'est autre qu'un récepteur super hétérodyne, à double changement de fréquence. Toutefois, le fait que la fréquence des signaux reçus se situe dans la bande des 10 GHz et au dessus lui confère certaines particularités.

Les ondes radio en provenance du satellite sont concentrées par la parabole avant d'être reçues par une "antenne", même si ce n'est pas le nom qu'on lui donne habituellement en hyperfréquence. Cette antenne, contenue dans le LNB (Low Noise Block) ou LNC (Low Noise Converter), et suivie d'un premier étage changeur de fréquence est le petit module situé au bout de la parabole. Il reçoit une fréquence fixe provenant d'un oscillateur local et délivre donc, en sortie, un signal à fréquence intermédiaire, beaucoup plus faible que celle du signal reçu du satellite.

Ainsi, alors que les fréquences en provenance du satellite sont dans la gamme de 10 GHz (10,9 à 12,75 GHz pour être précis), celles sortant du LNB ou LNC sont dans la bande 920 Mhz à 2,150 GHz, que l'on appelle la BIS ou Bande Intermédiaire Satellite.

Ce premier changement de fréquence permet de véhiculer facilement les signaux du LNB, situé à l'extérieur de l'habitation, au récepteur situé à l'intérieur et distant bien souvent de plusieurs dizaines de mètres, grâce à un câble coaxial, de bonne qualité, vues les fréquences mises en jeu. Dans le cas contraire, c'est à dire sans le changement de fréquence, il faudra véhiculer du 10 GHz ou plus jusqu'au récepteur, ce qui ne pourrait avoir lieu qu'avec des guides d'ondes et avec des pertes considérables.

[28]

Dans le récepteur, ces signaux arrivent sur un nouvel étage changeur de fréquence qui reçoit, lui un signal provenant d'un oscillateur local à fréquence variable cette fois. En effet, c'est en faisant varier cette fréquence que l'on va pouvoir sélectionner la chaîne à recevoir.

Le résultat de ce second changement de fréquence passe par un amplificateur à fréquence intermédiaire travaillant dans la bande des 70 Mhz environ, avant d'être démodulé pour fournir les signaux vidéo et son en bande de base.

III.5.2. Deux fréquences locales (antenne bi-bande)

Les fréquences d'émission de satellites s'étageant de 10,9 GHz à 12,75 GHz, on conçoit bien que l'explication précédente doit être incomplète.

En effet, l'écart entre ces deux fréquences correspond à une bande de fréquence de 1,8 GHz, qui ne peut donc pas rentrer dans les 1,23 GHz (2,15 GHz - 920 Mhz) que peut recevoir le récepteur satellite. En fait, le LNB qu'on utilise peut être un modèle mono-bande, bi-bande ou tri-bande. Dans le premier cas, il ne contient qu'un oscillateur local et ne permet de recevoir qu'une des bandes satellite :

La bande basse jusqu'à 11,90 GHz, avec un oscillateur local de fréquence 9,750 GHz.

Une tête ou LNB bi-bande, contient deux oscillateurs locaux commutables, et une tête tri bande, quand à elle en contient trois.

On tronçonne la grande gamme 10,950 GHz - 12,75 GHz en trois sous-gammes.

Les commutations d'oscillateurs sont effectuées automatiquement par les récepteurs, de manière transparente pour utilisateur, d'autant plus que la gestion par microcontrôleur de ces appareils leur permet d'indiquer toujours la fréquence exacte reçue.

[29]

III.5.3.Polarisation de la transmission des ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques rayonnées par un émetteur sont caractérisées par leur fréquence et leur polarisation. Celle-ci définit l'orientation des composants champs électriques et magnétiques (qui sont orthogonales entre elles) du champ électromagnétique ; elle est déterminée par les caractéristiques du dispositif rayonnant de l'antenne d'émission.

III.5.3.1. Polarisation linéaire

Elle est caractérisée par une orientation fixe des vecteurs orthogonaux champs électriques et champ magnétique, eux-mêmes orthogonaux à la direction de propagation (voir figure 18).

Pour être capable de différencier la polarisation de fonctionnement, on utilise 2 tensions continues qui servent aussi d'alimentation de la tête :

· 13V pour la polarisation verticale

· 18V pour la polarisation horizontale.

Figure 18 : Illustration de la polarisation linéaire

La polarisation de l'onde est définie par l'orientation du vecteur champ électrique. On peut ainsi émettre deux ondes de même fréquence et de polarisations orthogonales (par exemple horizontale et verticale) sans qu'elles se perturbent, car on pourra les séparer à la réception au

[30]

moyen d'une orientation précise du dispositif collecteur d'ondes (LNB) autour de l'axe de propagation.

III.5.3.2. Polarisation circulaire

Dans ce cas, l'orientation de vecteur champ n'est plus fixe par rapport à l'axe de propagation, mais elle varie tout au long de cet axe à raison d'un tour (360°) par longueur d'onde, les deux vecteurs étant toujours orthogonaux entre eux à tout endroit.

Figure 19 : Illustration de la polarisation circulaire.

Selon le sens de rotation autour de l'axe, on parle de polarisation circulaire droite ou gauche. Ces deux polarisations peuvent de la même manière être séparées par le dispositif collecteur d'onde à la réception, permettant également de doubler la capacité de transmission.

L'avantage de la polarisation circulaire par rapport à la polarisation linéaire est qu'elle ne nécessite pas d'orientation précise de la LNB, la séparation entre les deux polarisations étant déterminée par la seule précision de réalisation de celui-ci.

III.5.4. Cas d'une transmission analogique

Un signal TV véhicule une image, mais aussi du son, et même "plusieurs sons" en réception satellite, soit parce que l'émission est stéréophonique, soit encore parce qu'elle est réalisée en plusieurs langues simultanément.

[31]

Ces signaux sonores sont transportés, en même temps que le signal vidéo, grâce à une ou des sous- porteuses.

Par ailleurs, il arrive sur un mélangeur qui reçoit d'autre part un signal provenant d'un oscillateur local dont la fréquence est commutable en fonction de la sous-porteuse désirée. C'est cette commutation qui permet de choisir le son qu'on désire écouter lorsqu'on programme le récepteur sur les différents canaux à recevoir. Une nouvelle amplification de la fréquence intermédiaire et une démodulation appropriée permettent alors de disposer du son... ou presque.

III.5.5. Cas d'une transmission numérique

La transmission d'émissions numériques utilise les mêmes gammes de fréquences que pour l'analogique. La modulation utilisée est une QPSK. Une porteuse va permettre de véhiculer un flux numérique important pouvant atteindre 45Mb. Ce signal s'appelle alors un transpondeur numérique, il est capable de contenir plusieurs chaînes de télévisions et de stations de radio et éventuellement des services internet. La transmission utilise un système avec des codes correcteurs d'erreurs qui permettent d'assurer une transmission effective avec un taux d'erreur inférieur à 10-11 ; Pour cela on utilise un codeur de Viterbi qui rajoute des informations. Ce rajout d'information est caractérisé par le coefficient de Viterbi P/N où P est le nombre de bits utiles et N le nombre de bits transmis.

De plus avant ce traitement, on adjoint à la trame de base contenant 188 octets, 16 octets de parité qui permettent de corriger les octets erronés de la transmission.

III.6. Fréquence utilisée par les satellites

Les bandes de fréquences mises en oeuvre pour les communications par satellite sont le plus souvent comprises entre 1 et 30GHz. En dessous de 1 GHz les ondes sont principalement réfléchies et diffusées par l'atmosphère. Au dessus de 30GHz les liaisons satellitaires sont possibles mais l'absorption atmosphérique est importante et la technologie d'amplification plus complexe.

Labandedefréquence1-

30GHzestdiviséeensousbandesdésignéespardeslettres:

[32]

N°	BANDES	FREQUENCES	SERVICE
1	L	1 - 2GHz	communication avec les mobiles
2	S	2 - 3GHz	communications avec les mobiles
3	C	4 - 6GHz	communications civiles nationales et internationales, TV.
4	X	7 - 8GHz	communications militaires
5	KU	11 - 14GHz	communication civiles nationales et internationales, télévision.
6	Ka	20 - 30GHz	nouveaux systèmes d'accès aux réseaux large bande
7	EHF	21-45GHz	Communications militaires

Tableau 2. Les fréquences utilisées par les satellites⁸

Globalement on peut "résumer" les phénomènes de propagation en considérant que « plus la fréquence est basse meilleure est la propagation » car l'atténuation due aux précipitations croît avec la fréquence. Cette atténuation, causée par l'absorption d'énergie par les gouttes d'eau est ainsi pratiquement inexistante en bande L et devient sensible à partir de 4GHz.

III.7. Calcul du bilan de liaison pour un satellite

Dans cette partie nous allons aborder le calcul du bilan de liaison lors d'une communication entre deux stations au sol et un satellite.

Nous appelons « bilan de liaison » l'équation permettant de calculer le rapport signal utile sur bruit en sortie du récepteur en fonction de tous les paramètres qui influent sur la puissance de l'onde émise. Toute liaison satellite se décompose en deux parties : la liaison montante c'est à dire le transfert du signal depuis la station émettrice terrienne vers le satellite, et la liaison descendante c'est à dire le transfert du signal du satellite jusqu'à la station réceptrice terrienne.

Nous avons donc deux bilans de liaisons distincts. Pour chacun des deux nous retrouvons le fameux paramètre G/T qui est le facteur de mérite. Notons également que dans le domaine spatial nous parlons beaucoup de PIRE ou Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente qui est le produit de la puissance fournie à l'entrée de l'antenne d'émission par son gain. Comme les puissances et les antennes utilisées sont très diverses d'une station à une autre, la PIRE fournit un paramètre commun

⁸G. Maral, M. Bousquet, Satellite Communications Systems, thirded, Wiley

[33]

permettant une vraie comparaison directe et objective entre stations différentes de la même manière que le G/T.

Nous avons donc introduit les deux paramètres fondamentaux d'une station d'émission - réception satellite : le G/T (facteur de mérite) pour la réception et la PIRE pour l'émission. Le satellite est caractérisé de la même façon.

Figure 20 : synoptique d'une liaison via satellite

[34]

III.7.1. Bilan de liaison pour la voie montante

Soit (C/N) m le rapport signal sur bruit au niveau du satellite.

P789:;< =>

23 ~?:~@ A6

₄5 ~

BC

6

PIREsol = PIRE de la station terrienne émettrice = Puissance fournie à l'antenne Pe multiplié par le Gain de l'antenne Ge

(G/T)sat = facteur de mérite du satellite

Lm = paramètre dépendant de la longueur d'onde 0 du signal transmis et de la distance Dm entre la station sol émettrice et le satellite.

AD = 2 ⁰ 5

4₆

k = constante de Boltzmann = 1.38 10^-23 W/Hz/K

B = bande passante équivalente de bruit soit en bonne approximation la bande passante des filtres pour le type de modulation utilisée.

III.7.2. Bilan de liaison pour la voie descendante

Soit (C/N)d le rapport signal sur bruit au niveau de la station de réception

sol. P789:;< => 23 T?:a@ 45^-BC E

AE

Psat peut se déterminer avec (C/N)_m calculé précédemment et le plancher de bruit _Pbruit du transpondeur du satellite dans B. Dans ce cas :

Psat=(C/N)m + Pbruit

(G/T)sol = facteur de mérite de la station sol

Ld = paramètre dépendant de la longueur d'onde 0 du signal transmis et de la distance Dd entre le satellite et la station réceptrice est égale à

~

2 05 41rDE

[35]

k = constante de Boltzmann = 1.38 10^-23 W/Hz/K

B = bande passante équivalente de bruit soit en bonne approximation la bande passante des filtres pour le type de modulation utilisée.

Ce bilan de liaison ne prend pas en compte le bruit superposé au signal lors de la liaison Terre/Satellite. Nous faisons comme si la liaison montante n'apportait pas de bruit. Il faut donc voir ce bilan de liaison comme indépendant du premier.

Exprimé en dB nous avons

23 = 10. 10910 23

45

45
d dB E

L'équipement est peu onéreux et ce mode possède une grande capacité de couverture, avec beaucoup de chaînes disponibles.

Il faut nécessairement une parabole qui génère une pollution visuelle des paysages et qui souvent nécessite des réglages de positionnement. Il n'y a pas de service annexe disponible comme l'internet ou le téléphone. L'abonnement n'est pas facile d'accès et parfois compliqué.

En particulier, une antenne de réception pour les télécommunications par satellite doit avoir des lobes secondaires très faibles afin de ne pas capter le rayonnement de la terre (sensiblement équivalente à celle d'un corps noir à 300°K). La difficulté d'obtenir des premiers lobes secondaires faibles implique de ne pas faire de liaison avec des satellites trop bas sur l'horizon. On utilise en général un angle d'élévation supérieur à 5°.

[36]

III.8. Conclusion partielle

La qualité audiovisuelle est significativement améliorée, alors qu'en analogique la transmission introduit toujours de légères dégradations (neige, dédoublement, etc.), la qualité du signal numérique reçu ne dépend pas des conditions de transmission.

Les technologies numériques introduisent également une notion nouvelle, le multiplex. Traditionnellement en analogique, une fréquence est utilisée pour un programme. Dans le monde numérique, ce n'est plus le cas et plusieurs services numériques peuvent se partager une même fréquence : par exemple, plusieurs programmes de télévision, les données pour un guide de programmes et un service de diffusion de pages Internet. La combinaison des flux audio numériques, des flux vidéo numériques et des données pour leur permettre de partager une fréquence est appelée multiplexage, et le flux (la suite de 0 et de 1) issu de cette opération est appelé multiplex. Entre 4 et 10 programmes peuvent être diffusés là où un seul était diffusé en analogique : il y a un accroissement très net du nombre de programmes diffusés.

Le signal numérique sera transmis, tout comme l'analogique, par des émetteurs qui propagent autour d'eux des ondes radio. L'onde elle-même ne transmet pas d'information (elle passe ou ne passe pas) mais en modulant son amplitude et sa fréquence, on lui fait transporter l'information numérique faite de 0 et de 1. Comme toute onde radio, elle peut être perturbée par des échos ou des brouillages, et le téléspectateur ou les maisons utilisant l'internet devront orienter correctement leurs antennes. Mais le signal numérique sera nettement moins vulnérable aux brouillages.

En revanche, dans les zones urbaines, il est parfois interdit par des contraintes administratives visant à protéger le paysage. Le satellite dispose d'une capacité importante et permet de recevoir des bouquets de plusieurs centaines de chaînes. Signalons aussi qu'un satellite ne peut être reçu lorsqu'un obstacle important obstrue la trajectoire de ce dernier (montagne, immeuble, etc....).

[37]

CHAPITRE IV. INFLUENCE DE LA PIRE SUR LA TRANSMISSION PAR

SATELLITE

IV.1. ANTENNE ISOTROPE

C'est l'antenne de référence, elle n'est pas physiquement réalisable et se représente par une source ponctuelle omnidirectionnelle. Si Pg est la puissance du générateur, la densité de puissance Pi à la distance D est:

Pi =	4. M. N W Pg m2P

(Puissance totale divisée par la surface de la sphère de rayonnement). Tandis que le champ correspondant, loin de l'antenne, (en onde plane) est:

(120.p. Pi)1

Ei = 2 [V/rn]

En effet, lorsqu'on utilise une antenne quelconque, au lieu de l'antenne isotrope⁹, considérée comme l'antenne de référence, cette antenne concentre la puissance rayonnée dans certaines directions de l'espace repérées, dans un système de coordonnées polaires, par couple (?,ço) ; on peut alors introduire le gain de l'antenne d'émission Ge(?,ço) et tout se passe dans une seule direction (?,qi) comme si l'on utilisait une antenne isotrope, mais que la puissance Pe de l'émetteur était remplacée par P'e = Ge(CP,ço)Pe .

En considérant la propagation sans pertes d'une onde sphérique, la densité de puissance à une distance d de l'antenne s'écrit :

Pe

P(d) = 4 d ²

ð

Une antenne de réception possède une aire équivalente Ar, cette antenne reçoit ainsi une puissance :

Pr = P(d)Ar

L'aire équivalente Ar n'est pas obligatoirement égale à l'ouverture de l'antenne, mais elle est en général proportionnelle à cette ouverture à travers un coefficient ç appelé efficacité. ij = 50% - 60%

⁹Cours d'hyperfréquence Par MATTHIEU RUCHOGOZA NKULIZA, DEA Master of Engineering, Inédit, 2014

[38]

En outre une antenne isotrope¹⁰

n'existe pas, mais elle permet de définir les caractéristiques des antennes réelles. Une antenne isotrope est une antenne qui, alimentée par la puissance PE, rayonnerait cette puissance avec la même intensité dans toutes les directions. A la distance d, toute la puissance est répartie sur la surface de la sphère.

La surface de la sphère est : SSPHERE = 4ir. d²

IV.1.1. Gain d'une antenne.

C'est le rapport entre la puissance Pa captée par l'antenne à la distance D d'une source quelconque, et celle que capterait une antenne isotrope à la même distance (en espace libre).

~ ~~ .

~_Z

4. 7TP_~ G ~ 0. Y

D. 16.ir²

0²

Le gain est également défini par rapport au dipôle, ou par rapport à un guide ouvert.

IV.1.2. Hauteur effective:

C'est un paramètre utilisé en réception. Soit E un champ incident, et u la tension délivrée par l'antenne sur une impédance infinie, la hauteur effective est par définition:

u

heff = 9

IV.1.3. Facteur d'antenne.

C'est l'inverse de la hauteur effective, mais par définition, la charge est égale à l'impédance d'entrée du récepteur, la plupart du temps de 50 W.

¹⁰Cours de

Liaisons hertziennes 3 - Antennes par Louis Reynier

[39]

Supposons¹¹ un émetteur de puissance rayonnée P, situé dans l'espace à une distance R du lieu de réception et rayonnant dans toutes les directions, un tel émetteur idéal est dit isotrope).

Flux de puissance (W/m²) b = ~

~~~²

Puissance à travers la surface A PA = Acb = d

~~~~ (O)

Figure 21 : flux de puissance d'une source isotrope.

Comme il n'y a aucune déperdition d'énergie dans le vide, à la distance R, l'énergie rayonnée sera répartie uniformément sur une sphère de rayon R, dont la surface ^ est égale à 4ir8².

Si P est exprimée en Watts et R en mètres, la densité de flux \, exprimée en Watt par mètre carrée ; \ = P_ = ~

~~~~ (O) la puissance recçue

par la surface A sera donc : PA = \. A = ~. ~

~~~~ (O).

Dans la pratique, une source isotrope vraie n'est pas réalisable, ni souhaitable en effet, la puissance électrique embarquée à bord d'un satellite étant limitée, il importe de ne pas disperser l'énergie électromagnétique rayonnée dans toutes les directions, mais de la concentrer aussi précisément que possible sur une zone « cible » au moyen d'une antenne directive, afin que le champ soit maximal et homogène dans cette zone et minimal (idéalement nul) ailleurs.

¹¹Les Antennes de R. Brault et R. Piat Librairie de la radio 1967

PIRE=PT - Lc + G

[40]

IV.2. LA PUISSANCE ISOTROPE RAYONNEE EQUIVALENTE

Dans un système de communication radio, la puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE) ou EIRP en anglais est définie dans la direction de l'antenne où la puissance émise est maximale. La puissance isotrope rayonnée équivalente d'un objet rayonnant dans une direction donnée quelconque, est la puissance qu'il faudrait appliquer à une antenne isotrope mise à la place de cet objet, pour avoir le même niveau de rayonnement dans cette direction.

La PIRE d'un satellite en un point donné est la puissance relative à 1W qui serait nécessaire à un émetteur isotrope situé à la même distance pour créer la même densité de flux que celle reçue du satellite à cet endroit. Cette valeur est constituée de deux composantes : c'est la somme du gain GE en puissance électrique (entre l'émetteur du satellite et un émetteur de référence de 1watt) et du gain GA apporté par la directivité de l'antenne utilisée (par rapport à l'antenne isotrope)

PIRE = GE + GA

Pour une antenne connectée directement à l'émetteur :

PIRE[dBm] = Péi[dBm] + G [dBi]

Avec

- Péi : c'est la puissance appliquée à l'antenne exprimée en décibel milli Watt dBm

- G : c'est le gain de l'antenne exprimé en décibel pour les antennes isotropes [dBi]

- PIRE : c'est la puissance isotrope rayonnée équivalente exprimée en décibel milli Watt [dBm]

La PIRE est aussi une caractéristique importante d'un émetteur. Elle correspond à la puissance émise par l'émetteur.

P. I. R. E(W) = PE(W). GE(GE ici n'est pas en dBi)

On l'exprime souvent en dBW ou dBm :

PIRE (dBm ou dBW) = PE (dBm ou dBW) + GEdBi

Pour une installation incluant les câbles de liaison avec des pertes sensibles, la formule devient :

[41]

Avec :

- PT = puissance de transmission exprimée en décibel milli Watt [dBm]

-

[dB]

[dBj]

Lc = ce sont les pertes dans les câbles et dans les connecteurs exprimés en décibel

- G = c'est le gain de l'antenne en Il existe une autre façon d'estimer la puissance rayonnée en prenant comme référence l'antenne dipôle demi -onde (antenne dipolaire) : c'est la puissance Apparente Rayonnée;

PAR[dBm].

PAR = Pé1 + G C'est par rapport à une antenne isotrope ; le dipôle demi-onde a un gain de 2,15dBi donc :

PAR = PIRE -2,15dBi D'où PIRE = PAR + 2,15dBi

Notons l'utilisation de dB (échelle logarithmique) avec des références (m=milliwatt, i=isotrope, d=dipôle).

Figure 22 : Puissance dans un système sans fil

Ce graphique indique la quantité relative des gains et pertes ainsi que la puissance absolue à chaque point d'une liaison sans fil. L'émetteur produit une certaine quantité de puissance. Une petite quantité est perdue dans l'atténuation entre l'émetteur et l'antenne. L'antenne concentre ensuite la puissance, en fournissant un gain. À ce stade, la puissance est à sa valeur maximale possible pour la liaison. Cette puissance est appelée PIRE: Puissance Isotrope Rayonnée Effective (EIRP: Effective Isotropic Radiated Power) Ensuite, il ya les pertes en espace libre et celles de

[42]

l'environnement, qui augmentent avec la distance entre les extrémités de la liaison. L'antenne de réception fournit des gains supplémentaires. Ensuite, il ya une petite quantité de pertes entre l'antenne de réception et la réception radio. Si le montant de l'énergie reçue à l'extrémité est supérieur à la sensibilité de réception de la radio, par une certaine marge M, alors la liaison est possible. La valeur de M déterminera la fiabilité de la liaison, un bon point de départ est de disposer d'une marge d'au moins 10 dB. Pour les liens critiques, il est préférable de viser une marge de 20 dB.

IV.2.1. Calcul de la PIRE

Soit un satellite idéal de puissance 100W qui éclaire uniformément une zone terrestre circulaire de 100km de rayon et pas du tout l'extérieur de cette zone (figure 24).

Figure 24 : illustration du calcul de la PIRE

Nous considérons qu'il s'agit de la zone à l'aplomb de laquelle se trouve le satellite ; cette zone, dont le centre est donc situé sur l'équateur, se trouve à environ 36000km du satellite, elle est orthogonale à son rayonnement et peut être considéré comme plane.

Le gain en puissance électrique GE (en dB) de l'émetteur de 100W (PE) par rapport à 1W (P1) est :

GE = 101og (^IDE 5 = 101og(100) = 20$C IDK

Un émetteur isotrope rayonnerait uniformément toute sa puissance dans une zone sphérique qui, au niveau de la surface de la terre, aurait un rayon de R=36000km.

La surface S de cette sphère qui reçoit uniformément toute l'énergie émise est de 4ir8² soit : S = 4ir(36000)²km²

Notre satellite directif rayonne quant à lui toute sa puissance dans un cône qui, au niveau de la terre, découpe une zone circulaire de rayons "_j = 1000BD que nous considérons comme plane.

[43]

La surface de cette zone sur laquelle se concentre toute l'énergie émise est s_j = irr²_j soit s_j = ir(1000)²km²

Le gain GA apporté par la directivité de l'antenne d'émission représente le rapport de puissance qu'il faudrait pour obtenir le même flux avec une antenne d'émission isotrope.

Il est donc inversement proportionnel aux surfaces desservies, soit

en

dB: GA = 10 log = _ sz) ~ 10 log n~~(opLLL)~

~ (1000)q ~ 10 logQ4c(36)²T ~ 37,1$C.

La PIRE est la somme du gain en puissance électrique GE de l'émetteur relatif à 1W et du gain GA de l'antenne d'émission. Il en résulte une puissance apparente relative à 1W que l'on exprime en décibels. Watts (dBW),

D'où : P789 = GE + GA = 20 + 37,1 = 57,1[dBW]

IV.3.Niveau de puissance reçu

La puissance reçue par l'antenne sera égale au produit de la puissance d'émission et du rapport entre la surface apparente sa de l'antenne (de rayon ra=0,5m pour une antenne de 1m de ø) et la surface s_z de la zone couverte (de rayon r_z=1000km=10⁶m), qui sont toutes deux orthogonales au rayonnement, puisque nous nous sommes placés à l'équateur, juste (voir 25 ci-dessous) « sous le satellite ».

Figure 25 : surfaces relatives de l'antenne et de la zone réception
(vue du satellite).

La surface apparente de l'antenne est : S_a = itr_a², Soit it(0,5)² =

0,25itm² alors que la surface de la zone éclairée est :
S_z = it"_j , Soit it (10⁶)² = 1012itm2

[44]

Le rapport entre la puissance PR du signal reçu par l'antenne et la puissance émise PE répartie sur la zone éclairée est égal au rapport entre la surface de l'antenne et celle de la zone éclairée s_z :

~~ ~ a

Sa Sz

0,25ir ~ 10^12ir

= 2,5. 10_^13

D'où l'atténuation directive Ad en dB (qui est un gain négatif) :

Ad = -10log(^PR 5 = -10log2,5.10^uK3 = 126dB PE

Dans ce cas idéalisé, avec notre émetteur de 100W(PE = 20dBW), la puissance du signal reçu (en dBW) serait donc PR = 10 logPR : PR = PE-Ad = +20 - 126 = -106dBW

Ce résultat donne une idée de la très faible valeur du signal reçu (encore plus faible dans la réalité en raison des pertes que nous avons négligées) : -106 dBW signifie « 106dBW au-dessus de 1W », ce qui correspond à une puissance reçue de 0,25x10^u'^°W .

Voici un tableau des quelques valeurs nominales pour conserver un niveau sensiblement constant de la PIRE suivant le diamètre de l'antenne :

PIRE en [dBW]		Diamètre en [m]
1) 50		0,60		2) 49
	0,65	3) 48
	0,75	4) 47
	0,85	5) 46
	1,95	6) 45
	1,05	7) 44
	1,20	8) 43
	1,35	9) 42
	1,50	10)
41	1,70	11)
40	1,90	12)
39	2,15	13)
38	2,40

[45]

14)	37	2,70
15)	36	3,00
16)	50	0,60
17)	49	0,65
18)	48	0,75
19)	47	0,85
20)	46	1,95
21)	45	1,05
22)	44	1,20
23)	43	1,35
24)	42	1,50
25)	41	1,70
26)	40	1,90
27)	39	2,15
28)	38	2,40
29)	37	2,70
30)	36	3,00

Tableau 3 : quelques valeurs normalisé pour la PIRE

[46]

CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATION

Nous arrivons à la fin de notre exercice scientifique intitulé « Influence de la PIRE sur la transmission par satellite géostationnaire » qui nous a donné une idée sur la technologie de la transmission par satellite et de l'orbite géostationnaire. A l'issue de ce travail nous avons su comment se fait la transmission par satellite, les paramètres mis en jeu pour arriver à transmettre un signal ainsi que les équipements utilisés pour la dite transmission.

En abordant ce sujet pour vérifier nos hypothèses, nous nous sommes posé trois questions suivantes :

V' Pourquoi la PIRE dans la transmission par satellite ?

V' Quel est l'influence majeure de la PIRE sur la transmission par satellite ?

Dans la transmission par satellite la PIRE intervient pour hausser la puissance transmise après avoir subi des pertes et atténuations dans les câbles et en espace libre comme le montre la figure 22.

Effet sur la transmission par satellite, la PIRE présente comme influence : 1. Dans le calcul de bilan de liaison ;

Nous rappelons que le bilan de la liaison est un moyen de quantifier la performance de la liaison.

La puissance reçue dans une liaison est déterminée par trois facteurs: la PIRE (la puissance d'émission, le gain d'antenne de transmission), et le gain d'antenne de réception.

Si cette puissance, moins la perte en espace libre est supérieure au niveau minimum du signal reçu par la station de réception, alors une liaison est possible.

D'où, pour calculer un bilan de liaison, il est nécessaire de déterminer :

o La taille des antennes d'émission et réception ;

o La puissance d'émission ;

o Le rapport signal sur bruit.

De ce fait, le rôle de la PIRE dans le dit calcul est entre autre :

o De trouver la densité de puissance « S » à une distance d ;

[47]

o De calculer la puissance reçue en supposant les antennes d'émission et réception parfaitement alignées ;

2. Dans le calcul du rapport signal sur bruit ;

Nous avons trouvé que la PIRE intervient aussi dans le calcul du rapport signal sur bruit. En effet, pour obtenir un taux d'erreurs spécifié

lors de la démodulation, il est important d'avoir un rapport ax yz noté =ax yz?{|}(rapport Energie bit sur la densité spectrale de bruit) et qui

représente le rapport signal sur bruit ; c'est-à-dire Il faut donc ajuster les puissances d'émission et les tailles des antennes afin que le rapport entre la puissance reçue et le bruit soit égale au produit de code bps (Rb) et le rapport signal sur bruit requise, où l'on Trouvera finalement le facteur de

mérite du récepteur >~ ~ qui est une caractéristique très importante pour qualifier la chaîne de réception d'un système satellitaire.

3. Dans le calcul de dimensionnements des antennes

La zone de couverture de l'émission d'un satellite correspond à la surface terrestre éclairée par ce satellite. Cette zone au sol est matérialisée par la PIRE exprimé en dBW. La formule de présentation rapide et claire permet facilement de dimensionner la performance d'une antenne satellite, ou facteur de mérite (G/T) exprimé en dB. Plus la PIRE est faible plus la parabole doit avoir un gain (donc un diamètre) important, les facteurs de bruit de la tête universelle (dite LNB) intervenant mais relativement peu.

Pour qu'il y ait une transmission, La PIRE est la valeur relative à la puissance de l'émission d'un satellite reçue dans sa zone de couverture (puissance effective émise par un satellite).

[48]

BIBLIOGRAPHIE

I. OUVRAGES

1. R. Brault et R. Piat Les Antennes Librairie de la radio 1967.

2. E. Roubine et J.Ch. Bolomey. Masson Antennes (introduction)

3. J. Darricau Physique et théorie du radar 1981.

4. Fleury Sébastien, Les satellites et la technologie VSAT

5. Réseaux sans fil dans les Pays en Développement

6. RECOMMANDATION UIT-R F.1249- 1997

7. Louis REYNIER - TS SE Bilan de liaison - Application SFH 534

8. Louis Reynier, Cours de Liaisons hertziennes 3 - Antennes

9. G. Maral, M. Bousquet, Satellite Communications Systems, thirded, Wiley

10. Fleury Sébastien, les satellites et la technologie VSAT, université de Mame-la-Valléo, ed.2000, p.6 à 9.

11. Michel Terré, Les systèmes satellitesversion 2.1 Paris 2009

12. Cours B11 - Transmission des Télécommunications - partie 2 - chapitre 7

13. Document SINUTA, « Formation sur l'installation et mise en service de la parabole »

14. Union Internationale des Télécommunications. (2002). Manuel sur les télécommunications par satellite, troisième édition. WILEY INTERSCIENCE, Canada

II. COURS

1. DEA Mathieu RUCHOGOZA NKULIZA, Les Hyperfréquences, Cours inédit G3 Radio Transmission ISTA/GOMA, 2013-2014.

2. Ernest MUTSUVA, La téléphonie et courant porteur, Cours inédit G3 Radio Transmission ISTA/GOMA, 2013-2014.

III. WEBOGRAPHIE

> http://www.lyngsat.com

> http://www.satobs.org

> http://www.memoroireonline.com/transmission-dun-signalhtml

> http://wndw.net/Réseaux-sans-fil-dans-les-Pays-en-Développement

> http://www.electrosmog.info/spip.php?article18

> http://www.paraboles-antennes.com

[49]

TABLE DES MATIERES

DECLARATION DE L'ETUDIANT i

DECLARATION DU DIRECTEUR ii

EPIGRAPHE iii

DEDICACE iv

REMERCIEMENT v

SIGLES ET ABREVIATIONS vii

CHAPITRE.I. INTRODUCTION GENERALE 1

I.1. Arrière plan du travail 1

I.2. Problématique 1

I.3. But du travail 2

I.4. Objectifs. 2

I.5. Questionnaire de recherche 3

I.6. Hypothèse 3

I.7. Délimitation du travail 3

I.8. Méthodes et techniques 3

I.9. Subdivision du travail 3

CHAPITRE II. ETUDE SOMAIRE DES SATELLITES 4

II.1.Introduction 4

II.2. Principes de base 4

II.3. Techniques d'accès au média 8

II.4.Les types de modulation 9

II.5. Les caractéristiques des antennes 10

II.6. Les applications des satellites 16

II.7. Conclusion partielle 19

CHAP.III. LA TRANSMISSION PAR SATELLITE 20

III.1 Généralité 20

[50]

20

. 20

III.2 Schéma synoptique d'une émission et réception par ll satellite

25

27

III.3. Les Orbites possibles

III.4. Equipements utilisés
III.5. Principe de fonctionnement

31

III.6. Fréquence utilisée par les satellites

32

36

37

37

III.7. Calcul du bilan de liaison pour un satellite

III.8. Conclusion partielle

CHAPITRE IV. INFLUENCE DE LA PIRE SUR LA TRANSMISSION PAR SATELLITE

IV.1.

40

ANTENNE ISOTROPE

IV.2. LA PUISSANCE ISOTROPE RAYONNEE EQUIVALENTE

IV.3.Niveau de puissance reçu		43
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATION BIBLIOGRAPHIE I. OUVRAGES II. COURS III. WEBOGRAPHIE	46 48 48 48 48

Ir. MWANIA KAMATIKI Joseph Joska
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