Mise en place d'une radio communautaire de l'ISTRAM dans la région Amoron'i Mania à Madagascar

Chapitre III :

ETUDE DE DEPLOIEMENT TECHNIQUE DE LA RADIO COMMUNAUTAIRE :

1- Présentation et mise en place technique de la station radio :

Un émetteur radio est un appareil électronique destiné à émettre certaines ondes radioélectriques modulées, permettant ainsi de transmettre des données. Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage ne variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) radioélectriques modulées, permettant ainsi de transmettre des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) (Sons, images ou autres) par les airs à des récepteurs radio.

L'utilisation d'un émetteur radio est soumise à une réglementation stricte : il est interdit de se servir d'un émetteur sans une autorisation ou une licence. L'obtention de cette autorisation, délivrée à titre personnelle, est soumise à la connaissance des règlements en vigueur, d'éventuelles capacités techniques, plus bien souvent de l'acquittement d'une taxe annuelle.

Les ondes radioélectriques sont divisées en bandes de fréquences. Chaque bande est attribuée par les autorités compétentes pour une utilisation spécifique :

- La radiodiffusion, AM, FM.

- La télévision ;

- Les bandes radioamateur ;

- La transmission radio professionnelle (civile et militaire) ;

- La téléphonie (La téléphonie est un système de télécommunication qui a pour but la transmission de son et en particulier la transmission de la parole.) mobile ;

- Les radars et systèmes de détections.

a- Etudes techniques de la transmission :

Sur son lieu d'emplacement, la radio communautaire doit répondre aux adaptations géographiques de son site local. Placé à une altitude qu'on dirait basse, les transferts d'ondes radio électriques doivent se faire deux fois de suite.

- La première, à partir de l'antenne à la sortie de l'émetteur jusqu'à l'antenne de distribution ;

- La seconde, à partie de l'antenne de distribution vers les récepteurs radios.

Pour ce faire un logiciel permet de simuler l'emplacement d'une station radio et de calculer la couverture, la puissance apparente rayonne et les paramètres pris en compte pour une transmission sans encombre. Nous allons utiliser ici le logiciel « Radiomobile » pour effectuer cette simulation.

Voyons quels sont les paramètres et caractéristiques mis en jeux dans l'établissement parfaite d'une émission radio.

b. Calcul des paramètres intervenants dans la transmission :

- Calcul du dégagement minimal et de la zone de Fresnel :

L'ellipsoïde de Fresnel est un volume dans l'espace permettant d'évaluer l'atténuation apportée par un obstacle (immeuble, colline ou montagne...) à la propagation d'une onde électromagnétique. La méthode de l'ellipsoïde de Fresnel permet alors d'évaluer l'atténuation supplémentaire apportée par l'obstacle. Voici la configuration adaptée à la zone d'emplacement de la radio :

Figure 17: Configuration de mise en place de la radio

A partir de cette image débute les différentes configurations de la radio, c'est à dire tous les paramètres mis en jeux dans son fonctionnement. Voici le schéma de cette configuration :

Figure 18 : Présentation de la zone de Fresnel

Tout ce qui fera du signal son émission sera le calcul de cette zone. Puisque l'énergie du signal est diffusée dans la première zone de Fresnel, il faut éviter tout obstacle au coeur de cette zone. Normalement dans la pratique, il est suffisant de dégager au moins 60% de cette zone à partir du centre pour avoir une bonne réception. On obtient donc le dégagement minimal D_min entre tout point de l'axe entre les deux antennes directives utilisées. Calculons ce dégagement minimal D_min.

Voici les mesures géologiques de la zone :

Le point précis d'implantation de la première antenne directive se situe à 20° 32' 51' 91''' de latitude Sud et 47° 14' 48'' 32''' de longitude est et à une altitude de 1297m. Généralement, dans un local de l'Institut. Elle est située sue le point B.

Le pylône où seront placées la seconde antenne directive et l'antenne omnidirectionnelle est à 20° 33' 09'' 71''' de latitude sud et 47° 16' 26'' 76''' de longitude est, elle se situe sur l'une des deux montagnes qui longent la ville et où se place tous les antennes et relais. A une altitude de 1628m. Elle se situe sur le point C.

Calculons la distance qui sépare des deux antennes directives :

Par le théorème de Pythagore, BC² = AB² + AC²

Avec AC la différence d'altitude entre le point B et C.

AC= 1628m - 1297m

AC = 331m

Et AB la distance au sol à vol d'oiseau qui sépare les deux emplacements qui est de 2900m.

Donc

BC = 2918m

La distance où sera calculée la zone de Fresnel est donc de 2918m par la formule suivante :

Le dégagement minimal :

Avec â la longueur d'onde qui est de 0,125m avec 2,4Ghz

D1 la distance de l'émetteur jusqu'au point de l'axe émetteur- récepteur pour lequel on cherche le rayon de la zone de Fresnel

D2 la distance du récepteur jusqu'au bout de ce même point.

Les distances d1 et d2 se définissent sur le point qui présente une déformation qui pourra atténuer le signal ; c'est sur ce point qu'on cherchera le rayon de l'ellipsoïde. Cette zone se trouve à 2500m de la distance entre les deux antennes. On en conclut que :

D1= 2500m et d2= 418m

Pour qu'il n'y a pas atténuation et pour que la zone de Fresnel ne soit pas dérangée, il faut donc que l'obstacle se trouve à plus de 4m de l'axe entre l'émetteur et le récepteur. Ce paramètre est très important car même si la moitié seulement de la zone de Fresnel est effleurée par un obstacle, plus de 75% de la puissance du signal sera perdue.

c. Calcul de la puissance d'émission jusqu'à la puissance apparente rayonnée :

Pour un émetteur de 1000W, la puissance émise à la sortie de l'émetteur est de 60dBm. Et a cette valeur s'ajoute les gains des trois antennes, ensuite les pertes des connecteurs et des câbles. Voici leurs détails respectifs.

Un câble RG 58 diminue en moyenne le signal de 0,7dB tous les 100m. Pour les 14m de câble totalement utilisé dans le branchement il perdra donc 0,98dB. Puis la perte d'un connecteur est de à 0,50dB. Une antenne directive a pour gain une valeur de 7,5dB. Il nous reste à calculer la perte en air livre lors de l'envoi des faisceaux entre les deux antennes directives.

Calcul de la perte en air libre (FSL ou Free Space Lost)

La perte en air libre se calcule par la formule :

FSL = 36 ,57 + 20log₁₀ (distance en miles) + 20log₁₀ (fréquence en MHz)

On choisira une plage de fréquence de 88 à 108MHz, qui est la plage de fréquence de la FM.

Avec d = 2918m

On sait que 1km = 0,6241 miles

D'où 2,918km = 1,8 miles

Ø Pour une fréquence de 88MHz

P₁ = 36 ,57 + 20log₁₀ (1,8) + 20log₁₀ (88)

P₁= 36,57 + 5,10 + 38,88

P₁= 80,55 dB

Ø Pour une fréquence de 108MHz :

P₂ = 36 ,57 + 20log₁₀ (1,8) + 20log₁₀ (108)

P₂= 82,33 dB

La perte en dB en espace libre se trouve donc sur [80,55dB ; 82,33dB]

D'où la perte totale pour une émission de 1000W sortant de l'émetteur équivalent à 60dB

P₁= 60dB - 80,55 dB

P₁= - 20,55 dB

P₂= 60 dB - 82,33 dB

P₂= - 22,33 dB

Généralisons cette perte à -21dB.

Généralisons le calcul :

FSL = Puissance émise - Perte en air libre - Perte câble - Perte connecteurs + Gain des antennes + Puissance d'amplification

FSL = 60 - 21 - 0,98 - 2 + 7 + 15

FSL = 58,02 dB

On constate une perte de 1,98 dB par rapport à la puissance émise par le récepteur, ce qui veut dire que la perte est très minimale par rapport au long trajet suivi par le signal.

d. La sensibilité de réception :

Pour que le signal reçu soit intelligible pour le récepteur, il faut que celui-ci ait une sensibilité suffisante.

Il faut que la puissance reçue soit supérieure à la sensibilité du récepteur

La sensibilité effective est une addition de la sensibilité de l'appareil (une autre caractéristique avec la puissance) et du gain de l'antenne G, auquel on retranche les pertes câble Le gain de l'antenne et les pertes câble sont ceux utilisés dans les calculs de puissance précédents. La puissance effective du signal reçue doit être supérieure à  la sensibilité du récepteur, faute de quoi le signal ne pourra pas être utilisé.

La sensibilité moyenne pour un récepteur audio FM est à 10 uV.

La seule condition qui garantie une liaison radio possible est que :

Puissance reçue - sensibilité > marge

C'est à dire Puissance reçue > sensibilité du récepteur. Dans notre cas, la sensibilité d'un récepteur est environ de 10 uV qui sont équivalent à - 87dB. De ce fait, cette puissance qui est largement supérieure a la sensibilité du récepteur permet la possibilité de la liaison radio.

1- Simulation avec le logiciel « Radiomobile »

Le logiciel « Radiomobile »permet de mettre en évidence la localisation de la zone géographique, de montrer la forme du terrain, la zone de couverture de la radio. Avec les coordonnes centraux du local de l'ISTRAM, on peut voir le terrain comme la figure suivante :

Figure 19: Vue géologique d'Amoron'i Mania

Et l'emplacement précis du local est la suivante :

Figure 20: Détails de l'emplacement sur google earth

Pour pouvoir vérifier les différentes paramètres mis en évidences précédemment, on entre les donnes du centre où sera placé l'émetteur et on obtient l'image suivante en mode lunaire :

Figure 21: Vue lunaire de la Région

Et dans cette zone, on peut déjà apercevoir la couverture perçue par la puissance apparente rayonnée par l'antenne.

Figure 22: Les déformations géologiques de la Région

Vérifions la liaison radio entre la station sur les antennes directives si les ondes sont a la portée de franchir l'altitude de 331m, calculée dans la zone de Fresnel. La vérification sur le logiciel le prouve par l'image suivante :

Figure 23: Démonstration de la zone de Fresnel entre la localité du station et l'antenne de distribution

Figure 24: Vérification par le logiciel de la zone de Fresnel

On remarque que la liaison radio tracée en verte permet aux deux antennes de transmettre les ondes, c'est-à-dire dans la zone de Fresnel ou l'atténuation a été calculée. Maintenant, vérifions cette possibilité sur quelques locaux de la Région.

Figure 25: Les liens radios entre la station et quelques emplacements de la Région

Ici, du central de l'ISTRAM jusqu'à Ambohimahasoa, un district sortant de la Région Amoron'i Mania, la liaison radio se montre comme suit :

Figure 26: Lien radio entre la Station et un récepteur sis à Ambohimahasoa

Et la couverture de la zone totale est la suivante :

Figure 27: Zone de couverture de la radio de l'ISTRAM

Nous pouvons apercevoir que toute la Région Amoron'i Mania est couverte par la radio, en sortant des Régions périphériques sur Menabe à l'ouest ; AtsimoAndrefana au Sud-est ; Haute Matsiatra au sud ; Vatovavy Fitovinany et Atsinanana au sud-est, Vakinankaratra au nord. La réception des ondes est donc totale dans la Région donnée et une couverture aux environs en surplus.