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Influence de la PIRE sur la transmission par satellite géostationnaire( Télécharger le fichier original )par Joska MWANIA KAMATIKI ISTA Goma - Ingénieur technicien en Radio transmission 2014 |
II.6.2. La télévision et la radioEn 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]
Endessousde700kml'atmosphère est encore trop
dense pour maintenir 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 magnétiqueterrestredanslesquellesilestdéconseillédeplacerunsatellite. Les systèmes GEO ont été les
premiers utilisés et restent aujourd'hui 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 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 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 d'excellents candidats pour
des 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
[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 :
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 :
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]
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. |
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