I. Introduction
C'est en 1945 qu'Arthur C Clarke a introduit le concept de communications par satellite. Douze ans plus tard, SPUTNIK-1 fut le premier satellite à envoyer des signaux radio vers la terre (1957). L'exploitation commerciale des satellites de télécommunication ne commença qu'en 1965. Compte tenu des coûts de cette technologie à cette époque, une coopération entre Etats fut nécessaire et aboutit à la formation de la société INTELSAT. En vingt ans, INTELSAT conquit les deux tiers des communications intercontinentales, et divisa par huit le coût de location de la capacité de transmission embarquée sur un satellite. Sous l'impulsion de la NASA et grâce à son programme de satellite ATS, le seuil de rentabilité pour les liaisons nationales fut atteint à la fin des années 70. Cette impulsion eut pour conséquence la mise en place de systèmes régionaux tels que les satellites ECS d'EUTELSAT ainsi que de systèmes nationaux (BRASILSAT d'EMBRATEL). La baisse des coûts permet d'envisager une extension rapide des services de communications par satellite, en particulier comme support de transmission à des réseaux de transmission de données.
Le présent rapport se propose donc d'analyser la possibilité d'utiliser les services d'un satellite pour la mise en oeuvre d'un réseau de transmission de données entre différentes universités d'Amérique latine. Ce rapport se divise en quatre parties :
- une revue technique des éléments constitutifs d'un système de communication par satellite,
- une analyse des conséquences de l'emploi de satellite sur les transmissions de données,
- un examen des opérateurs capables de fournir des services de télécommunications par satellite en Amérique latine.
- un jeu de recommandations.
II. Principe des communications par satellite
Les satellites font partie des systèmes de transmission au même titre que les technologies terrestres : faisceaux hertziens et câbles (coaxiaux et fibres optiques). Comme l'illustre la figure suivante, un système-satellite comprend une station terrienne d'émission, un satellite et une station terrienne de réception.
Satellite
+---+ +----------+ +---+
Secteur Spatial ++++¦ ¦ ¦ ++++¦
++++¦--¦ ¦--¦+++¦
++++¦ ¦ ¦ ++++¦
+---+ +----------+ +---+
/ \
/ \
Faisceau montant / \ Faisceau descendant
/ \
- - - - - - - - - - - - - - / - - - - \ - - - - - - - -
(/ \)
Secteur Terrien +-( )-+
¦ ¦
+---+ +----+ +----+ +---+
¦ +-------------¦ ¦ ¦ +------------¦ ¦
+---+ ¦ ¦ ¦ ¦ +---+
Source de +----+ +----+ Source de
trafic Station trafic
émettrice réceptriceFigure- 1 Composants d'un système satellite
Un système satellite comprend donc deux secteurs principaux:
- le secteur terrien constitué de stations d'émission/réception ainsi que des moyens de drainage et de distribution du trafic, en provenance et à destination des utilisateurs.
- et le satellite qui constitue le secteur spatial.
Pour atteindre le satellite, la station émettrice emprunte un faisceau montant (up-link) et pour atteindre la station réceptrice, le satellite emprunte un faisceau descendant (down-link). Les principales caractéristiques qui déterminent les performances d'un système satellite sont :
- la ou les zones couvertes par le satellite,
- la gamme de fréquence utilisée,
- la puissance et la capacité de transmission,
- la taille des antennes des stations terrestres,
- les techniques de modulation et de codage utilisées pour la transmission des signaux,
- les techniques d'accès aux capacités de transmission embarquées sur le satellite.
Toutes ces caractéristiques sont plus ou moins interdépendantes et rendent complexe le choix d'une solution. L'analyse d'un système satellite va donc être divisée en deux parties :
- le secteur spatial,
- le secteur terrien.
1.1) Secteur Spatial
Un satellite est une sorte de miroir chargé de réfléchir vers la terre les signaux en provenance des stations terriennes et ce après les avoir régénérés.
1.1.1) Gammes de fréquences utilisées par les satellites
Les gammes de fréquences utilisées par les satellites sont désignées par des lettres et résultent d'accords internationaux. Deux modes d'exploitation ont été définis : "télécommunication" et "télédiffusion directe". Cette typologie n'est pas très rigoureuse dans la mesure où "télécommunication" englobe aussi la distribution de programmes de télévision à des opérateurs de télévision. Le mode "télécommunication" correspond plutôt à des connexions entre deux stations relativement importantes, alors que le mode "télédiffusion directe" implique la possibilité de réception directe par un grand nombre d'antennes de très petite taille. La table suivante liste ces gammes de fréquences utilisables pour les communications par satellites :
+-----------------------------------------------------------+
¦ Bande ¦ Fréquences en GHz ¦ Usage ¦
¦ ¦ "Up link" ¦ "Down link" ¦ ¦
+-------+---------------+---------------+-------------------¦
¦ L ¦ 1,6265/ 1,6605¦ 1,530/ 1,559 ¦ Mobile ¦
+-------+---------------+---------------+-------------------¦
¦ S ¦ 2,655/ 2,690 ¦ 2,500/ 2,655 ¦ Télécommunication ¦
¦ ¦ ¦ ¦ et Télédiffusion ¦
+-------+---------------+---------------+-------------------¦
¦ C ¦ 5,925/ 6,425 ¦ 3,700/ 4,200 ¦ Télécommunication ¦
+-------+---------------+---------------+-------------------¦
¦ X ¦ 7,900/ 8,400 ¦ 7,250/ 7,750 ¦ Gouvernemental ¦
+-------+---------------+---------------+-------------------¦
¦ Ku ¦ 14,000/14,500 ¦ 10,950/11,200 ¦ International ¦
¦ ¦ ¦ 11,450/11,700 ¦ International ¦
¦ ¦ ¦ 11,700/12,200 ¦ Télécommunication ¦
¦ ¦- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -¦
¦ ¦ 17,300/17,800 ¦ 12,200/12,700 ¦ Télédiffusion ¦
+-------+---------------+---------------+-------------------¦
¦ Ka ¦ 27,000/30,000 ¦ 17,700/20,200 ¦ Télécommunication ¦
¦ ¦ 30,000/31,800 ¦ 20,200/21,200 ¦ Gouvernemental ¦
+-----------------------------------------------------------+Tableau- 1 Fréquences utilisées par les satellites
Ces gammes de fréquences correspondent aux longueurs d'ondes centimétriques puisque fréquences (F) et longueurs d'onde (L) sont liées par la formule suivante :
L = 3 x 108 / F
10 cm correspondent à 3 GHz
1 cm correspond à 30 GHz
La bande-L est réservée aux communications mobiles par satellite. La bande-S est peu utilisée dans la mesure où elle n'offre qu'une capacité restreinte. La bande-X est réservée aux communications gouvernementales.
La bande-C fut la première mise en exploitation commerciale et est aujourd'hui très encombrée. De plus, dans certaines zones comme l'Europe, cette bande est aussi utilisée par des systèmes terrestres de transmission hertzienne provoquant d'importants risques d'interférence.
La bande-Ku a commencé à être exploitée dans les années 80 et la bande-Ka devrait être exploitée dans la décennie qui s'ouvre. C'est l'objectif de la NASA avec son programme ACTS (Advanced Communication Technology Satellite) dont le premier satellite devrait être placé en orbite en 1992.
1.1.2) Définition préalable
Avant d'aborder les principes des transmissions par satellites, il est important de donner une définition de l'unité de mesure la plus fréquente : le décibel noté dB. Le décibel compare la valeur du signal à une valeur de référence. Le dBm utilise une référence de 1 milli-watt et le dBW se rapporte à une puissance de 1 Watt :
L'utilisation des logarithmes décimaux (G dB = 10 0,1G) permet de substituer des opérations de multiplication / division sur des nombres variant dans des proportions importantes par des opérations d'addition / soustraction sur des nombres variant dans des limites inférieures à 200. Ainsi, il existe un rapport de 1 à 1000 entre le milli-watt et le Watt, ce qui s'exprime par :
1.2) Position orbitale des satellites
Les satellites de télécommunication et de télédiffusion obéissent aux lois de la gravitation. Le couple satellite-terre est en équilibre quand la force centrifuge et la force d'attraction s'équilibrent. Equilibre qui conduit à l'expression suivante :
G constante universelle de gravitation 6,67x10-11 m3/Kg.s2
M masse de la terre 5.98x1024 Kg
L'altitude (D) d'un satellite est déterminée par la nécessité d'apparaître fixe par rapport à la terre, c'est-à-dire avoir une orbite présentant une périodicité (T) de vingt quatre heures. Ce choix simplifie la conception des antennes qui n'ont pas à suivre le déplacement du satellite. Pour accomplir une révolution en une journée de 23 heures 56 minutes et 4 secondes, le satellite doit être placé à 42.200 km du centre de la terre. Le satellite se trouve donc à 35.800 km de la surface terrestre dans le plan de l'équateur pour rester en synchronisme avec la terre.
La partie visible du globe terrestre à partir d'un satellite géostationnaire représente un peu plus de 40% de la surface terrestre sous un angle d'environ 18 degrés.
La logique voudrait que le satellite soit placé sur la longitude de la zone qu'il dessert. Malheureusement, le satellite passe dans l'ombre de la terre pour une durée de 59 minutes pendant 44 jours à chaque équinoxe. Pour éviter une interruption de service à minuit consécutive à l'absence d'énergie solaire qui alimente l'électronique embarquée, on place le satellite à l'ouest de la longitude desservie.
Le tableau suivant liste les principaux satellites ayant une empreinte couvrant au moins un pays d'Amérique latine.
+--------------------------------------------------------------+
¦OPERATEUR ¦ SATELLITE ¦ POSITION ¦ BANDE DE FREQUENCES ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦FRANCE TELECOM¦ TELECOM-1C¦ 5° Ouest ¦ C X Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦FRANCE TELECOM¦ TELECOM-1A¦ 8° Ouest ¦ C X Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦INTELSAT ¦ V-F6 ¦ 18,5° Ouest ¦ L C Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦INTELSAT ¦ VA-F11 ¦ 27°5 Ouest ¦ C Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦INTELSAT ¦ V-F4 ¦ 34°6 Ouest ¦ C Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦PANAMSAT ¦ PAS-1 ¦ 45° Ouest ¦ C Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦INTELSAT ¦ VA-F13 ¦ 53° Ouest ¦ C Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦EMBRATEL ¦BRAZILSAT 2¦ 65° Ouest ¦ C ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦EMBRATEL ¦BRASILSAT 1¦ 70° Ouest ¦ C ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦MEXICO ¦ MORELOS A ¦113°5 Ouest ¦ C Ku ¦
+--------------+-----------+-------------+---------------------¦
¦MEXICO ¦ MORELOS B ¦116°5 Ouest ¦ C Ku ¦
+--------------------------------------------------------------+
EMBRATEL Empressa Brasleira de TelecommunicacoesTableau- 2 Satellites pouvant couvrir l'Amérique latine
1.3) Zones couvertes par un satellite
Le satellite est lui même équipé d'antennes qui ont un rôle double :
- recevoir les signaux en provenance des stations terriennes d'émission,
- émettre les signaux en direction des stations terriennes de réception.
Ces antennes sont directionnelles afin de mieux concentrer l'énergie émise en direction de la terre. Le gain (G) d'une antenne peut s'exprimer en fonction de son diamètre (D), de la fréquence de travail (F) et de son coefficient d'ouverture ( N aperture) :
- G = N x ( p x D x F / C )² avec C vitesse de la lumière.
- G dB = 10 log ( 110 x N x D2m x F2GHz ).
Donc pour augmenter le gain on peut soit jouer sur la fréquence soit sur le diamètre. La bande-Ku (pour FKu=12 GHz) dispose d'un avantage de 9,5 dB sur la bande-C (pour FC=4 GHz). Avantage qui doit être tempéré par une atténuation supérieure de 9,5 dB sur le trajet terre-satellite (voir "bilan de transmission" page (?)). Le tableau suivant donne pour deux fréquences typiques, le gain maximum (N=1) obtenu pour des antennes dont le diamètre varie de un à trente mètres :
+---------------------------------------+
¦Diamètre ¦ Bande-C ¦ Bande-Ku ¦
¦ en mètre ¦ 4 GHz ¦ 12 GHz ¦
+-----------+--------------+------------¦
¦ 1 ¦ 32.5 dB ¦ 42 dB ¦
¦ 2 ¦ 38.5 dB ¦ 48 dB ¦
¦ 3 ¦ 42 dB ¦ 51.5 dB ¦
¦ 10 ¦ 52.5 dB ¦ 62 dB ¦
¦ 20 ¦ 58.5 dB ¦ 68 dB ¦
¦ 30 ¦ 62 dB ¦ 71.5 dB ¦
+---------------------------------------+Tableau- 3 Gain d'antenne
Trois types de couvertures ou empreintes peuvent être obtenus à partir de géométries d'antennes de plus en plus sophistiquées :
- une couverture globale quand on cherche à atteindre la totalité de la surface terrestre vue du satellite. Ce type d'antennes procure une couverture maximale au détriment d'une puissance relativement faible. C'est la caractéristique principale des satellites d'INTELSAT et d'INMARSAT.
- une couverture hémisphérique ou zonale quand on cherche à atteindre une partie plus restreinte de la surface terrestre vue du satellite. L'empreinte de l'émission épouse approximativement les contours d'un continent soit 20% de la surface terrestre.
- une couverture ponctuelle (spot beam) quand on cherche à atteindre une partie relativement faible de la surface terrestre vue du satellite (de 1 à 10%), cas des satellites nationaux.
L'antenne est un réflecteur le plus souvent de forme parabolique, équipé d'un cornet placé pratiquement au point focal de cette forme parabolique. L'augmentation de la concentration du faisceau permet également d'augmenter la puissance rayonnée (au détriment de la surface couverte). A titre d'exemple, la Puissance Isotropique Rayonnée Equivalente (PIRE) exprimée en décibels Watt (dBW) pour les satellites de type INTELSAT-VI, varie en fonction de l'empreinte de la façon suivante :
- 35,5 dBW pour une couverture ponctuelle (Spot-beam),
- 29 dBW pour la couverture hémisphérique ouest et 26 dBW pour l'est,
- 23 dBW pour la couverture globale. Les décibels sont définis page .
1.4) Transmission du signal
Un éloignement de 35.800 km n'est pas sans conséquence sur la transmission des ondes électromagnétiques :
- bien que se propageant essentiellement en dehors de l'atmosphère terrestre et donc subissant moins de perturbations, les signaux transmis sont considérablement affaiblis après un parcours de 35.800 km.
- même en voyageant à une vitesse proche de la lumière (300.000 km par seconde) il faut au moins 240 ms pour atteindre le satellite et revenir sur terre : un trajet de 71.600 km.
1.4.1) Régénération du signal
Le rôle du satellite est de pallier le premier des deux inconvénients cités ci-dessus : l'affaiblissement du signal après un trajet de 35.800 km. Le satellite retransmet sur le faisceau descendant les informations reçues sur le faisceau montant après les avoir régénérées. Pour éviter toute interférence entre faisceaux montant, très faible, et descendant, très puissant, on opère un changement de fréquence. Le tableau 10 page illustre le bilan de transmission d'une liaison complète. Cet ensemble de fonctions, régénération du signal et changement de fréquence, est réalisé par un organe appelé transpondeur. Un satellite est constitué des éléments suivant :
- un système d'antennes de réception et d'émission dont les performances et les diagrammes de rayonnement dépendent de la couverture géographique souhaitée.
- un amplificateur à faible bruit (Low Noise Amplifier LNA) ou pré-amplificateur, étroitement associé à l'antenne de réception et caractérisé par sa température de bruit (T) dont dépend le facteur de mérite de l'ensemble (G/T) exprimé par le rapport du gain à la température du bruit.
- un amplificateur de puissance (High Power Amplifier HPA) associé à l'antenne d'émission et qui constitue l'élément le plus sensible du transpondeur. La puissance d'émission est l'élément déterminant d'un satellite car il impose les caractéristiques du faisceau descendant et de ce fait les capacités fonctionnelles des stations terriennes en réception, en particulier leur taille. Cette puissance de transmission est exprimée par la Puissance Isotropique Rayonnée Equivalente (PIRE ou Equivalent Isotropic Radiated Power EIRP). La PIRE, exprimée en décibels Watt (dBW), mesure la puissance relative d'un émetteur associé à une antenne. Les décibels sont définis page . Plus la PIRE est élevée moins les antennes des stations terriennes sont importantes.
La figure suivante illustre la structure électronique d'un satellite.
<--------Répéteur---------->
filtre
+-----+ +-----+ +----+ +-----+
¦ \ ¦ ¦ ~ ¦ ¦ \ ¦ ¦ ~ ¦
+¦ > +---¦ ~ +----¦ >+----¦ ~ +----+
¦¦ / ¦ ¦ ~ ¦ ¦ / ¦ ¦ ~ ¦ ¦
¦+-----+ +-----+ +----+ +-----+ ¦
Amplificateurs ¦ LNA HPA ¦
¦ ¦
+-----+ +-----+
Antennes ¦ ¦ ¦ ¦
F1 F2
^ ¦
¦ V
Réception EmissionFigure- 2 Structure électronique d'un satellite
1.4.2) Technique de transmission
Les transmissions par satellite font partie des systèmes de transmission par faisceau hertzien. Les informations transportées sur une liaison satellite modulent une fréquence dite intermédiaire qui est elle-même transportée par une fréquence dite porteuse, principe illustré par la figure suivante :
Information Fréquence
en bande de base Intermédiaire Antenne
+-------------+ +-----+ +--
¦ ¦ \ ¦ +-+ ¦ \ ¦ ¦
-------¦MODEM ¦ FI > +-----¦++---¦ > +----¦ ->
¦ ¦ / ¦ +-+ ¦ / ¦ ¦ |
+-------------+ ¦ +-----+ +-- |
Emetteur +-----+ |
¦ FP ¦ |
+-----+ |
|
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -|
|
|
+-------------+ +-----+ +- |
¦ ¦ / ¦ +-+ ¦ / ¦ ¦ |
-------¦DEMOD ¦ < FI +-----¦-+---¦ < +----¦ <-
¦ ¦ \ ¦ +-+ ¦ \ ¦ ¦
+-------------+ ¦ +-----+ +--
Récepteur +-----+
¦ FP ¦
+-----+Figure- 3 Transmission par ondes hertziennes (principe)
Moduler une fréquence consiste à faire varier un ou plusieurs de ses paramètres (amplitude, fréquence, phase) en fonction du signal représentatif des informations à transporter. Deux types de modulations sont possibles :
- une modulation continue du signal (toutes les valeurs sont possibles) ou transmission de type analogique.
- une modulation discrète du signal (seules des valeurs prédéterminées sont possibles) ou transmission de type numérique.
Transmission analogique
La technique de modulation analogique utilisée par les satellites est la Modulation de Fréquence (MF ou Frequency Modulation FM). Comme l'indique la figure suivante, le signal à transporter module une fréquence porteuse (Fp), c'est à dire explore une gamme de fréquences (F1 à F2) autour de cette porteuse. En modulation de fréquence, l'exploration de fréquence (F2-F1) est liée à la fréquence la plus élevée (Fs) du signal à transporter par la relation suivante :
F2 - F1 = 2 x M x Fs
PUISSANCE
¦ ¦ <---------------->
+-------+ ¦ 2xMxFs
¦ ¦ ¦ +----------------+
¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------------- +-/ /-----------------------
0 Fs 0 F1 ¦ F2
Fp Figure- 4 Modulation de fréquence (principe)
+---------------------------------------------------+
¦Signal ¦ Bande ¦Espacement ¦ ¦
¦analogique ¦ passante ¦des porteuses¦ Usage ¦
¦ - - - - - -¦- - - - - - ¦ - - - - - - ¦ typique ¦
¦ Fs ¦ W = 2xMxFs ¦ Wx1.1 à 1.3 ¦ ¦
+------------+------------+-------------+-----------¦
¦ 4 kHz ¦ 38 kHz ¦ 45 kHz ¦ téléphonie¦
+------------+------------+-------------+-----------¦
¦ 6 MHz ¦ 72 MHz ¦ 83 MHz ¦ télévision¦
+---------------------------------------------------+Tableau- 4 Bande passante pour des signaux analogiques
Transmission numérique
Bien que la modulation de fréquence soit aussi utilisée, la Modulation de Phase (MP ou Phase Modulation PM) est la technique la plus utilisée pour les transmissions numériques par satellite, en particulier la modulation par déplacement de phase à quatre états (MDP-4) ou Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).
Cette technique de modulation fournit quatre niveaux par élément d'information à transporter ce qui, pour un débit numérique de B bits par seconde implique une bande passante de B/4 Hertz. En pratique, il faut une bande passante de l'ordre de B/1,8 Hertz.
Des modulations de phase d'ordre supérieur sont possibles mais peu utilisées compte-tenu de leur susceptibilité au bruit, qui implique à performance égale une puissance accrue.
Le tableau suivant donne la bande passante typique nécessaire au transport de débits numériques classiques ainsi que l'espacement requis des fréquences porteuses et ce pour une technique de modulation de type QPSK.
+---------------------------------------------------+
¦Débit ¦ Bande ¦Espacement ¦ ¦
¦numérique ¦ passante ¦des porteuses¦ Usage ¦
¦ - - - - - -¦ - - - - - -¦ - - - - - - ¦ typique ¦
¦ B ¦ W/1.8 ¦ Wx1.1 à 1.3 ¦ ¦
+------------+------------+-------------+-----------¦
¦ 64 kb/s ¦ 38 kHz ¦ 45 kHz ¦ téléphonie¦
+------------+------------+-------------+-----------¦
¦ 2 Mb/s ¦ 1,1 MHz ¦ 1,2 MHz ¦ données ¦
+---------------------------------------------------+Tableau- 5 Bande passante pour des débits numériques
1.5) Récapitulatif
Un satellite est donc une sorte de relais hertzien placé à 35.800 kilomètres de la terre. Des fréquences de longueur d'onde centimétrique sont utilisées pour acheminer les signaux. Les principaux composants du satellite sont :
- le système de contrôle qui permet de maintenir le satellite en orbite géostationnaire à partir de la terre et qui utilise des fréquences dédiées à cet effet,
- les réserves d'énergie chargées d'alimenter les moteurs de correction de trajectoire,
- les panneaux solaires et les batteries chargés de fournir l'énergie électrique aux équipements électroniques,
- les antennes de réception et d'émission,
- les transpondeurs chargés de la régénération des signaux reçus et du changement de fréquences.
Satellite
+---+ +---------------------+ +---+
Panneaux ++++¦ ¦ Moteurs / Carburant ¦ ++++¦
Solaires ++++¦ +---------------------¦ ++++¦
++++¦--¦ Batteries¦ Contrôle ¦--¦+++¦
++++¦ +---------------------¦ ++++¦
++++¦ ¦ Transpondeurs ¦ ++++¦
+---+ +---------------------¦ +---+
¦ Antennes ¦
+---------------------+
/ \
F1 / \ F2
"up-link" / \ "down-link"
faisceau montant / \ descendant
- - - - - - - - - - - / - - - - \ - - - - - - - - Figure- 5 Principaux composants d'un satellite
Les fréquences porteuses sont modulées soit en fréquence soit en phase et le partage des ressources du satellite peut se faire par accès multiple de trois façons différentes :
- répartition de fréquences AMRF (FDMA),
- répartition de temps AMRT (TDMA),
- répartition de codes AMRC (CDMA).
C'est le secteur spatial qui limite le plus les performances du système. Ces limites comprennent :
- le niveau de puissance disponible au sol en provenance du satellite ou PIRE (Puissance Isotropique Rayonnée Equivalente),
- la zone couverte par le satellite ou l'empreinte,
- fréquences utilisées et capacité de transmission,
- coût et disponibilité des transpondeurs.
2.1) Secteur terrien
Les équipements de transmissions des stations terriennes sont de technologie similaire aux équipements embarqués sur les satellites.
2.1.1) Structure d'une station terrienne
La station terrienne émet et reçoit les fréquences porteuses dont la modulation transporte le signal de communication : téléphonie, transmission de données ou programme télévisé. On retrouve dans les stations terriennes des équipements voisins de ceux embarqués par le satellite, à savoir antenne, amplificateur à faible bruit et amplificateur de puissance. A ceux-ci, il faut ajouter les fonctions de modulation/démodulation (modem), ainsi que le multiplexage/démultiplexage des signaux.
L'antenne de la station terrienne couvre simultanément les bandes d'émission et de réception. Le bilan de liaison dicte la taille de l'antenne.
L'amplificateur à faible bruit ou pré-amplificateur impose le facteur de mérite (G/T) de la station par le choix de sa température de fonctionnement (T). La diminution de la température de bruit des pré-amplificateurs associée à l'amélioration des antennes conduisent à l'accroissement du facteur de mérite (G/T), rapport entre le gain de la pré-amplification y compris l'antenne, et la température de bruit. Les pré-amplificateurs cryogéniques des débuts des télécommunications spatiales ont été remplacés par des pré-amplificateurs non refroidis et font appel aujourd'hui aux transistors à effet de champ (Field Effect Transistor - FET).
L'amplificateur de puissance amplifie l'ensemble des signaux à transmettre. Sa technologie dépend essentiellement de la puissance nécessaire : Tubes à Ondes Progressives (TOP) aux fortes puissances et transistors à effet champs aux faibles puissances. Un amplificateur de forte puissance est associé à une antenne de faible diamètre (inférieure à 3 mètres) qui ne nécessite pas d'asservissement de pointage sur le satellite, alors qu'un amplificateur de faible puissance est associé à une antenne de grand diamètre (supérieure à 3 mètres), de coût plus élevé. Ces équipements sont répartis en deux groupes :
- les équipements extérieurs : antenne, duplexeur émission-réception, amplificateur à faible bruit (LNA) et dans le cas des antennes de grande taille les mécanismes d'asservissement en élévation et azimut pilotés par un récepteur de poursuite.
- les équipements intérieurs constitués d'une voie émission comprenant des multiplexeurs et des modulateurs, un convertisseur de fréquences (Fréquence Intermédiaire /Fréquence Porteuse FI/FP) et un amplificateur de puissance (HPA), et d'une voie réception comprenant un convertisseur de fréquences, des démodulateurs et des démultiplexeurs.
A noter que selon la taille de la station, les convertisseurs de fréquences et l'amplificateur de puissance peuvent être soit intégrés aux équipements intérieurs, soit intégrés aux équipements extérieurs.
La figure suivante illustre la structure type d'une station terrienne fixe.
Antenne
\
+-------------------+ + - - - - - - - - - - - + \ //
¦ Ampli. \//
¦ +------+ +-----+ ¦ ¦ +------+ +--------+ ¦ ¦\
---¦ ¦--¦ ¦------¦FI->FP¦---¦ > HPA ¦ ¦ \
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +--:---+ +--------+ ¦ ¦ \
---¦ ¦ ¦ ¦ : +-----¦-----¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Conversion¦+--------+ ¦ ¦
---¦ MUX ¦ ¦MODEM¦ de ¦¦DUPLEXER¦--------+
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ fréquences¦+--------+ ¦
---¦ ¦ ¦ ¦ : ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +--:---+ ¦+--------+ ¦
---¦ ¦--¦ ¦------¦FI<-FP¦---¦ < LNA ¦ ¦
¦ +------+ +-----+ ¦ ¦ +------+ ¦+--------+ ¦
¦ ¦ Pré-Ampli.¦
+-------------------+ + - - - - - ------------+Figure- 6 Structure type d'une station terrienne
2.1.2) Bilan de liaison
Le calcul du bilan d'une liaison de télécommunication par satellite porte sur cinq éléments essentiels du trajet :
- la station d'émission (1),
- le faisceau montant (2),
- le transit par le satellite (3),
- le faisceau descendant (4),
- la station de réception (5).
En fait, c'est le faisceau descendant qui reste le chemin critique car sur le faisceau montant on peut tirer parti de l'étroitesse du faisceau qui permet de concentrer un maximum d'énergie en direction du satellite. La puissance disponible au niveau de l'antenne de réception résulte de la différence entre la PIRE au niveau du satellite (Ps) et l'affaiblissement (Ad) après un parcours de 35.800 km. L'antenne, grâce à son gain (Gr), rend la puissance disponible (Ps-Ad) compatible avec le seuil de détection de l'amplificateur (Sr). Ce qui conduit à l'inéquation suivante :
Le seuil de détection d'un amplificateur (Sr) dépend des technologies utilisées, les valeurs typiques vont de -110 dBW à -120 dBW. Quant au gain de l'antenne (Gr), il dépend à la fois de sa taille et de la fréquence porteuse utilisée, et doit satisfaire l'inéquation suivante :
En bande-C, un satellite à couverture zonale ayant une PIRE de 35 dBW nécessite une antenne ayant un gain d'au moins 40 dB que peut procurer en théorie une antenne de 3 mètres. Un diamètre d'un mètre seulement est nécessaire en bande-Ku pour un satellite à couverture ponctuelle ayant une PIRE de 45 dBW.(voir tableau- page (?)). Dans la pratique les calculs sont plus compliqués et prennent en compte d'autres éléments en particulier le rendement de l'antenne. Les valeurs citées ci-dessus ainsi que le tableau suivant ont pour seul but d'illustrer le propos.
dB -180 -140 -100 -60 -40 0 +40 +80
-+----+----+----+----+----+---+---+---
+----+
Amplification : ¦
à l'émission : ¦
1 : +------+
Gain d'antenne : ¦
à l'émission : ¦
- - - - - - - - - - - - - - -+------------------------+
Perte sur le 2 ¦ :
faisceau montant ¦ :
- - - - - - - - - - - - - - -+--+ :
Gain d'antenne ¦ :
en réception ¦ :
+-----------+
Amplification 3 : ¦
sur le satellite : ¦
: +--+
Ps Gain d'antenne : ¦
à l'émission : ¦
- - - - - - - - - - - +------------------------+
As Perte sur le 4 ¦ :
faisceau descendant ¦ :
- - - - - - - - - - - +------+ :
Gr Gain d'antenne ¦ :
en réception ¦ :
5 +------------+
Amplification ¦ ¦
en réception ¦ ¦
-+----+---++----+----+----+---+---+---
dB -180 -140¦-100 -60 -40 0 +40 +80
¦
Sr
Les décibels sont définis page .Tableau- 6 Bilan de transmission d'une liaison satellite
2.1.3) Classification des stations terriennes
La taille des antennes permet de distinguer deux catégories principales de stations terriennes :
- les stations de grande taille, de diamètre de 3 à 30 mètres qui sont utilisées soit dans les connexions intercontinentales soit comme station maîtresse des réseaux étoilés,
- les stations de petite taille de diamètre inférieur à trois mètres et pouvant descendre à moins de 50 cm.
Les stations aux antennes de grande taille sont en général équipées d'organes permettant un calage fin sur la position du satellite. Les stations aux antennes de petite taille sont fixes.
Les antennes de grande taille sont en général utilisées dans les systèmes à couverture globale. On les trouve également dans les systèmes régionaux ou nationaux au niveau des liaisons à fort trafic.
Les antennes de petite taille sont en général destinées à des applications spécifiques impliquant une couverture ponctuelle et des trafics relativement faibles.
2.2) Les topologies de réseaux-satellites
On rencontre trois types de configurations :
- la configuration point à point,
- la configuration maillée,
- la configuration étoilée.
Une configuration point à point n'utilise que deux stations et peut être assimilée à une liaison terrestre, ligne louée par exemple. La taille, et donc le prix des stations, dépend du satellite utilisé (puissance et couverture) et des capacités de trafic désirées. Les services intercontinentaux empruntent souvent des connexions satellites en configuration point à point, équipées d'antennes d'au moins 10 mètres de diamètre. Le coût de telles antennes nécessite le partage de celles-ci entre plusieurs utilisateurs. L'accès à la station partagée se fait alors par des liaisons terrestres dont la capacité varie de 64 kb/s à 2 Mb/s.
Il est possible d'avoir une station totalement dédiée à un seul utilisateur pour des débits numériques inférieurs à 100 kb/s. Ce choix reste subordonné à la règlementation locale et à la disponibilité d'un satellite d'une puissance suffisante pour autoriser l'usage d'antennes de faible diamètre. Les stations mono-utilisateur présentent l'avantage de pouvoir être installées sur le site de l'utilisateur éliminant ainsi le coût de connexion à une station partagée nécessairement éloignée. Pour des services du type IBS d'INTELSAT (voir page xx), on trouve sur le marché des antennes de 2,4 et 3,7 mètres en fonction de la puissance disponible dans la zone considérée.
La configuration maillée est utilisée quand plusieurs stations ont besoin de communiquer simultanément. Toutes les stations ont les mêmes caractéristiques en taille et en puissance. Le bilan de liaison entre station est symétrique. Taille et puissance sont alors fonction du nombre de communications simultanées.
L'apparition de stations terriennes de petite taille conduit à une structure hiérarchisée où une station maîtresse de grande taille et de forte capacité alimente via le satellite une multitude de stations de petite taille et de faible capacité, formant une configuration étoilée. Cette configuration est par essence asymétrique et n'autorise pas le dialogue direct entre micro-stations aussi appelées VSAT de l'anglais Very Small Aperture Terminal. Les communications entre micro-stations nécessitent un double passage par le satellite, puisque gérées par la station maîtresse. Ceci reste sans importance si ce type de trafic est marginal. La puissance de l'amplificateur du satellite limite le nombre de micro-stations. La PIRE minimum au niveau de la micro-station est calculée pour éviter les interférences entre stations au niveau de la réception sur le satellite. La disponibilité du réseau dépend de la station maîtresse qui doit en général être surdimensionnée en taille et en équipement.
2.2.1) Cas particulier des configurations étoilées
Il existe deux types de réseaux de micro-stations :
- les réseaux de diffusion où les micro-stations ne peuvent que recevoir des informations en provenance de la station principale.
- les réseaux interactifs où les micro-stations disposent d'un faisceau montant leur permettant d'accuser réception des informations en provenance de la station principale.
La station principale peut elle-même être partagée entre plusieurs utilisateurs et être gérée par un opérateur (INTELNET d'INTELSAT voir page xx). La station principale est connectée le plus souvent par une liaison spécialisée au centre informatique ou au studio de l'utilisateur du réseau. La figure suivante illustre le principe d'un réseau de micro-stations
Secteur Spatial Satellite
+---+ +----------+ +---+
++++¦--¦ ¦--¦+++¦
+---+ +----------+ +---+
/ \
/ \
"up-link" / \ "down-link"
/ \
- - - - - - - - - - - - - - / - - - - \ - - - - - - - -
(/
Secteur Terrien +-( V V V
¦ ¦ ¦ ¦
+---+ +----+ +-+ +-+ +-+
¦ +-------------¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦...¦ ¦ Micro-stations
+---+ ¦ ¦ 1+-+2+-+ n+-+
Base de +----+ +-+ +-+ +-+
données Station ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Terminaux
émettrice +-+ +-+ +-+ informatiquesFigure- 7 Réseau de micro-stations
III. Transmission de données par satellite
Le satellite est une solution avantageuse quand les liaisons terrestres sont difficiles à établir voire inexistantes. Quelle que soit la technologie réseau utilisée, l'exploitation d'une liaison de données nécessite l'emploi d'un protocole dont les fonctions principales sont la détection, la récupération des erreurs et le contrôle du flux des données. Le protocole le plus répandu en transmission de données est à ce jour HDLC (High-Level Data Link Control).
Pour assurer les fonctions détection et récupération d'erreurs, HDLC segmente les chaînes de données à transmettre en blocs d'octets et ajoute une entête contenant entre autre, un numéro de séquence. L'émetteur effectue également une opération mathématique sur le bloc de données et ajoute le résultat de cette opération au bloc transmis. L'émetteur transmet ensuite l'ensemble de ces informations et garde une copie de celle-ci.
Le récepteur effectue la même opération sur le même champ d'information et compare son résultat avec celui de l'émetteur. En fonction du résultat, le récepteur envoie :
- un accusé réception (RR ou Receiver Ready) qui provoque l'effacement du bloc mémorisé par l'émetteur,
- une demande de retransmission (REJ ou Reject) qui provoque la retransmission de tous les blocs mémorisés par l'émetteur à partir du bloc trouvé en erreur.
Ce qui différencie une liaison par satellite d'une liaison terrestre, c'est la distance parcourue de l'émetteur au récepteur. Même à la vitesse de la lumière, il faut au moins 120 ms pour parcourir les 35.000 Km qui séparent l'émetteur du satellite, soit 240 ms pour aller de l'émetteur au récepteur. Vu de l'émetteur il faudra au moins 480 ms avant d'effacer un bloc émis.
A titre d'exemple, un débit numérique de 2 Mb/s affecté d'une erreur tous les millions de bit ne peut plus passer sur un canal satellite dans la mesure où il faut environ 1/2 seconde pour que l'émetteur soit notifié de l'erreur et donc toutes les 1/2 seconde l'émetteur tente de renvoyer les mêmes informations.
Afin d'optimiser l'efficacité du transfert des données, il est souhaitable de ne pas attendre 480 ms avant d'envoyer le bloc suivant donc d'anticiper sur le résultat des opérations effectuées par le récepteur. Ceci revient à répondre à la question suivante :
- combien de blocs d'une longueur donnée transmis à vitesse donnée occupent cette durée de 480 ms ?
Le tableau suivant répond à cette question pour des blocs de longueurs comprises entre 128 et 512 octets, et pour des débits numériques de 4.800 b/s à 256.000 b/s.
+---------------------------------------------------+
¦ Débit ¦ Durée ¦ 128 ¦ 256 ¦ 512 ¦
¦ Numérique ¦ d'un octet ¦ octets ¦ octets ¦ octets ¦
+-----------+------------+--------+--------+--------¦
¦ 4.800 ¦ 1.6666 ¦ 2 ¦ 1 ¦ - ¦
¦ 9.600 ¦ 0.8333 ¦ 4 ¦ 2 ¦ 1 ¦
¦ 19.200 ¦ 0.4166 ¦ 9 ¦ 4 ¦ 2 ¦
¦ 48.000 ¦ 0.1666 ¦ 22 ¦ 11 ¦ 5 ¦
¦ 56.000 ¦ 0.1428 ¦ 26 ¦ 13 ¦ 6 ¦
¦ 64.000 ¦ 0.125 ¦ 30 ¦ 15 ¦ 7 ¦
¦ 128.000 ¦ 0.0625 ¦ 60 ¦ 30 ¦ 15 ¦
¦ 256.000 ¦ 0.0313 ¦ 120 ¦ 60 ¦ 30 ¦
+-----------+------------+--------------------------¦
¦ bits/sec ¦ milli-sec ¦ nombre de messages ¦
+---------------------------------------------------+Tableau- 7 Nombre de blocs occupant une durée de 480 ms
HDLC autorise l'envoi de blocs d'informations par l'émetteur sans attendre d'accusé réception et permet deux plages de valeurs :
- de 2 à 7 blocs,
- de 2 à 127 blocs.
Compte tenu des 480 ms qui s'écoulent entre l'envoi d'un bloc et l'arrivée de son accusé réception, il est recommandé de travailler avec une capacité de numérotation des blocs pouvant aller jusqu'à 127.
Ce nombre de blocs pouvant être émis sans attendre accusé réception ainsi que la taille de ces blocs déterminent directement la capacité en mémoire de l'émetteur ; tous les blocs émis n'ayant pas encore été acquittés sont susceptibles d'être retransmis en cas d'erreur.
Plutôt que de retransmettre tous les blocs à partir du bloc détecté en erreur, il est possible grâce au numéro de séquence (SREJ ou Selective REJect) de retransmettre uniquement le bloc erroné. Le récepteur gèle également tous les blocs reçus après la demande de retransmission. Ceux-ci seront délivrés après réception correcte du bloc retransmis.
Cette procédure de rejet sélectif donne de bons résultats dans la mesure où les erreurs sont isolées. Dans le cas où les erreurs arrivent groupées, cette procédure n'est pas plus efficace que la procédure de retransmission globale.
Des systèmes de correction en amont sont utilisés pour tourner cette difficulté. Dans ces systèmes, on envoie des informations redondantes dans des proportions variant de 8 informations transmises sur le canal pour 7 réellement reçues (8:7) à 2 pour 1 (2:1). Ces techniques accroissent le besoin en capacité de transmission dans la même proportion : deux fois plus de bande passante pour un rapport 2:1 et 15 % pour le rapport 8:7.
L'expérience acquise par de nombreuses exploitations montrent que pour les débits allant jusqu'à 64 kb/s, les mécanisme de contrôle d'erreur et de flux des procédures normalisées (HDLC) permettent d'obtenir des rendements satisfaisants, c'est à dire proches de 90%. Par contre pour des débits notablement supérieurs à 64 kb/s et pour des taux d'erreur garantis (10-6 pour 99% du temps sur Télécom-1), les procédures de contrôle évoqués ci-dessus ne suffisent plus à assurer des rendements acceptables.
1 -
¦ * * * 10-7
¦ *
¦
0.75+ ·
¦ ·
¦ ·
¦ · 10-5
¦
0.5 +
¦
¦
/
¦
¦
0 +------+------+-----+-----+-----+-----+-----+
128 256 512 768 (taille de trame)Figure- 8 Rendement de procédure
IV. Opérateurs de systèmes satellites en Amérique latine
L'Amérique latine est aujourd'hui couverte par moins d'une dizaine d'opérateurs disposant de peu de satellites positionnés de 60° Ouest à 140° Ouest. Ces systèmes sont principalement des satellites de télécommunication (qui inclut la distribution de programmes télévisés à des opérateurs de télévision par câble et/ou par voie hertzienne). Le tableau suivant liste les opérateurs exploitant des systèmes à mission multiple (télécommunication et télédiffusion) :
+------------------------------------------------------------+
¦ Opérateurs ¦ O P ¦ Missions ¦ Systèmes ¦
+--------------------+--------+-------------+----------------¦
¦ INTELSAT ¦ 13 5 ¦ Tc Td ¦ Intelsat V / VI¦
¦ Mexico ¦ 2 - ¦ Tc Td ¦ Morelos A & B ¦
¦ Embratel ¦ 2 - ¦ Tc Td ¦ Brasilsat ¦
¦ PanAmSat ¦ 1 - ¦ Tc Td ¦ PAS-1 ¦
¦ France-Télécom ¦ 2 - ¦ Tc Td ¦ Télécom-1 ¦
+------------------------------------------------------------+
O pour Opérationnel et P pour Planifié.
Tc pour usage bidirectionnel (Télécommunication)
Td pour usage unidirectionnel (Télédiffusion)
La position de ces satellites est donnée page .Tableau- 8 Satellites à mission multiple
Il existe aussi des satellites de télédiffusion directe mais aucun ne couvre l'Amérique latine. La bande-Ku est divisée en deux plages :
- plage basse (10,9 à 12,2 Ghz) utilisée par les satellites de télécommunication (INTELSAT, EUTELSAT, Télécom-1,...) et aussi par certain satellites de télédiffusion comme ASTRA,
- et plage haute (12,2 à 12,7 Ghz) réservée aux programmes de télédiffusion directe (TV-SAT, TDF-1, ...).
Cette dualité survit aux progrès technologiques qui ont montré qu'il n'était pas nécessaire d'utiliser des amplificateurs de forte puissance pour la télédiffusion directe, et donc qu'il n'était plus nécessaire d'opérer dans une plage réservée. Cette dualité n'a pas de conséquence sur les stations réceptrices qui, en général, peuvent travailler sur les deux plages. Reste la position orbitale des satellites qui nécessite une antenne orientable si l'on veut recevoir le plus grand nombre de programmes.
Du point de vue commercial, l'environnement des satellites est complexe, on y rencontre au moins deux types d'intervenants :
- les opérateurs propriétaires exploitants de satellites,
- les revendeurs de capacités de transmission qui, en général, louent un transpondeur et re-commercialisent cette capacité de façon granulaire,
Le premier groupe se subdivise lui-même en trois :
- les opérateurs internationaux ou régionaux : INTELSAT, INMARSAT, EUTELSAT, ARABSAT...
- les opérateurs publics et/ou nationaux : Embratel, France-Télécom, ..., à la fois propriétaires-exploitants de satellite et actionnaires des opérateurs internationaux/régionaux,
- les opérateurs privés : PanAmSat, ...
Les utilisateurs n'ont pas un accès direct aux opérateurs internationaux. Ils doivent nécessairement passer par les opérateurs publics nationaux qui ont le plus souvent un double rôle :
- commercialisation des services internationaux (ou régionaux) sur leur territoire, en application des accords signés à la constitution de ces organismes internationaux (INTELSAT, INMARSAT,...)
- exploitation et commercialisation de leur propre service (BRASILSAT pour Embratel).
1.1) Les opérateurs internationaux
1.1.1) INTELSAT
INTELSAT fut crée à l'initiative des Etats-Unis et est ouverte aux états membres de l'UIT. INTELSAT fonctionne en coopérative sans but lucratif et a pour but de fournir des services internationaux à ses membres. C'est la plus ancienne et la plus importante des organisations de télécommunications spatiales : 117 pays membres, une quinzaine de satellites opérationnels (INTELSAT V et V-A). Huit de ces satellites sont placés au-dessus de l'Atlantique.
Alors qu'INTELSAT vient d'arrêter l'exploitation de son dernier satellite de quatrième génération, la sixième est en cours de lancement et la septième en cours de planification. Depuis Early Bird lancé en 1965, les performances des satellites INTELSAT ont été constamment améliorées :
- la durée de vie est passée de 18 mois à près de 13 ans,
- la masse en orbite est passée de 40 kg à plus de 2 tonnes par satellite,
- la capacité unitaire a été multipliée par environ 300.
INTELSAT assure les deux tiers du trafic téléphonique international et la quasi totalité des échanges de programmes télévisés au niveau international. INTELSAT est aujourd'hui confronté à deux problèmes majeurs :
- le renouvellement d'une partie de ses satellites, (but de la nouvelle génération INTELSAT-VI),
- la concurrence résultant de la mise en place de nombreux programmes régionaux (ARABSAT, EUTELSAT) ou nationaux (AUSSAT, BRASILSAT, MORELOS, Télécom-1,...).
Cette concurrence prive INTELSAT des revenus générés par la location de capacités de transmission pour usage national. Qui plus est à terme, les câbles intercontinentaux basés sur la technologie des fibres optiques vont doubler les capacités de transmission intercontinentales conduisant à une asphyxie du potentiel de l'organisation.
INTELSAT loue également des transpondeurs à des opérateurs privés tel que SIS (Satellite Information Service), et fournit un service spécialisé de communication pour les entreprises : International Business Service (IBS) sur INTELSAT VA-F13 placé à 53° ouest et sur INTELSAT VA-F15 placé à 60°.
IBS est un service numérique de transmission d'information pour les entreprises (voix, données et vidéo-conférence / de 64 kb/s à 8 Mb/s). IBS permet aussi la location de la bande passante d'un transpondeur par tranche de 9 MHz. IBS est disponible dans la bande-C et dans la bande-Ku. Les stations IBS peuvent être placées chez les utilisateurs mais restent la propriété de l'opérateur et leur commercialisation est sous contrôle des opérateurs nationaux de télécommunication.
INTELSAT offre aussi la possibilité de bâtir des réseaux hiérarchisés et étoilés utilisant des stations de petite taille (VSAT voir page ). Cette possibilité est fournie sous forme d'un service appelé INTELNET. Le tableau suivant illustre le mécanisme de commercialisation des services proposés par INTELSAT.
+------------------------------------------------------+
¦ SERVICES ¦ CLIENT FINAL ¦ COMMERCIALISATION ¦
+----------------+---------------+---------------------¦
¦ ¦ opérateurs ¦ (usage propre) ¦
¦ Location de ¦ publics (PTT) ¦ ¦
¦ transpondeurs +---------------+---------------------¦
¦ ¦ opérateurs ¦ ¦
¦ ¦ privés (SIS) ¦ par les opérateurs ¦
+----------------+---------------¦ nationaux ¦
¦ IBS ¦ ¦ signataires ¦
+----------------¦ Entreprises ¦ des accords ¦
¦ INTELNET ¦ ¦ INTELSAT ¦
¦ (réseaux VSAT) ¦ ¦ ¦
+------------------------------------------------------+Tableau- 9 Commercialisation des services d'INTELSAT
1.1.2) INMARSAT
INMARSAT est la deuxième organisation internationale de télécommunication par satellite opérant à l'échelle mondiale. Composée de 57 membres, INMARSAT a pour but de fournir le segment spatial nécessaire aux communications maritimes et aéronautiques. A ce jour, INMARSAT n'est pas autorisée à fournir des services fixes et donc est citée ici pour mémoire.
1.2) Les opérateurs nationaux
1.2.1) France-Telecom
France-Télécom exploite ses propres satellites : le système Télécom-1 et le système TDF-1 au travers de Télédiffusion De France (TDF) dont France-Télécom a la tutelle.
Telecom-1
Le système exploité depuis 1985, comprend deux satellites 1A (8° ouest) et 1C (5° ouest). Chaque satellite dispose de douze transpondeurs répartis en quatre missions :
- distribution de programmes télévisés et service téléphonique pour les territoires d'Outre-Mer, (2x2 transpondeurs en bande-C),
- militaire (SYRACUSE/ 2 transpondeurs en bande-X)
- transmission de données numériques de 64 kb/s à 2 Mb/s (TRANSDYN),
- téléconférence et distribution de programmes télévisés (La Cinq et M6) et radiophoniques (les réseaux de la bande FM) sur le territoire métropolitain, (6 transpondeurs en bande-Ku).
Seule la mission en bande-C couvre l'Amérique Latine. Télécom-1A achemine le trafic de l'Océan Indien (Réunion et Mayotte) et Télécom-1C celui de l'Atlantique (Martinique, Guadeloupe, Guyane, Saint-Pierre et Miquelon). La PIRE du système en bande-C est de :
- 34.5 dBW en Martinique et Guadeloupe,
- 26 dBW dans la majeure partie des Caraïbes,
- 23 dBW en Guyane et au nord de l'Amérique du sud,
- 19 dBW au centre de l'Amérique du sud.
Dans tous les cas de figure, les antennes restent de grande taille : diamètre supérieur à dix mètres (voir tableau page (?) et bilan de transmission page (?). Le système Télécom-1 arrivera en fin de vie en 1991 et sera remplacé par la deuxième génération : Télécom-2.
TDF-1
Le système TDF-1 comprend deux satellites de forte puissance (>200 watts), autorisant la réception directe à partir d'antennes de très petite taille (moins d'un mètre de diamètre). TDF-1 est cité ici pour mémoire sa zone de couverture étant strictement française.
1.2.2) Mexico
Lancé en 1985, le système MORELOS est un projet du gouvernement Mexicain assisté par un consultant Américain : COMSAT-GENERAL.
Morelos
Le système comprend deux satellites placés à 113,5° et 116,5° ouest. Chaque satellite dispose de 18 transpondeurs en bande-C et de 4 en bande-Ku. La capacité des transpondeurs en bande est de 36 MHz pour 12 d'entre eux et de 72 MHz pour les 6 autres. Les 4 transpondeurs en bande-Ku ont une capacité de 108 MHz. La puissance disponible est relativement faible en bande-C (35,5 et 38 dBW). Cette puissance est de 44 dBW en bande-Ku. Le système couvre principalement le Mexique et peut atteindre une partie du Guatemala, du Belize et de certains états du sud-ouest des Etats-Unis.
A la fin de vie de MORELOS-I prévue pour 1994, un nouveau satellite, SOLIDARIDAD, devrait être lancé avec une mission étendue : en plus de transpondeurs en bande-C et Ku, il devrait disposer de capacité en bande-L pour supporter des services mobiles. Qui plus est, SOLIDARIDAD devrait avoir une couverture régionale et constituer un intermédiaire intéressant entre l'Amérique du nord et Amérique du sud.
1.2.3) Embratel
Embratel exploite un système appelé : Brazilsat. Le système est limité au territoire brésilien. Les communications internationales sont assurées par INTELSAT et commercialisées par Embratel. Il est possible de louer des circuits pour transmission de données jusqu'au débit de 2048 Kb/s (service IBS), ainsi que de souscrire au service VSAT d'INTELSAT (INTELNET). Un service de commutation de paquets (norme X.25), INTERDATA, permet d'accéder à 46 réseaux de type X.25 répartis dans 24 pays.
A ce jour, il reste une hypothèque importante sur la nature des services internationaux : font-ils partie du monopole de télécommunication ? cette question est débattue sous la pression concurrentielle de PanAmSat mais n'est toujours pas tranchée.
Brazilsat
Le système comprend deux satellites opérant en band-C et d'une capacité de 24 transpondeurs de 36 MHz chacun. De faible puissance, ce système nécessite des antennes de 4 à 10 mètres de diamètres. Qui plus est, les services nationaux proposés par Embratel sont guère compétitifs. Les satellites construits par Hughes seront remplacés en 1994 par une nouvelle génération.
Brazilsat-2 aura une couverture indentique et une capacité accrue : 28 transpondeurs en bande-C et un transpondeur en bande-X.
1.3) Les opérateurs privés
1.3.1) PanAmSat
PanAmSat dispose d'un satellite PAS-1 placé à 45° ouest en bande-Ku pour la télédiffusion et en bande-C pour les télécommunications. Le trafic entre l'Amérique du Nord et l'Amérique Latine est le marché principal de PanamSat. PanAmSat concurrence donc INTELSAT sur ces deux secteurs. C'est ainsi que la chaîne mexicaine Galavision est reçue à Londres et réémise par Eutelsat en direction de l'Espagne. PanAmSat tente d'établir en Europe des accords au cas par cas.
PAS-1 est équipé de 8 transpondeurs en bande-Ku d'une puissance de 16,2 Watts pour la télévision, et de 18 transpondeurs en bande-C de 16,2 Watts pour les télécommunications. Cette capacité est équirépartie entre les liaisons transatlantiques et le secteur d'Amérique Latine. La PIRE maximale en bande-C est de 40 dBW.
Pan American Satellite, one Pickwick Plaza, Greenwich, CT 06830, 203/944-7828.
1.3.2) GTE
GTE est le premier opérateur Américain en dehors du système des Bell Operating Companies (BOC) et d'ATT. Outre sa position aux Etats-Unis, GTE opère au Canada et à Saint-Domingue. A ce titre, il doit être considéré comme un opérateur potentiel compte tenu aussi de ces capacités en satellite. GTE opère deux systèmes :
- le système GSTAR qui comprend quatre satellites dont trois opérationnels en 1989 placés à 105°, 121° et 125.4°ouest. Chaque satellite dispose de 16 transpondeurs en bande-Ku.
- le système SACENET qui comprend quatre satellites dont trois opérationnels en 1989 placés à 69°, 87°, 121° et 141° ouest. Chaque satellite dispose de 18 transpondeurs en bande-C et de 4 en bande-Ku.
A noter que GSTAR-III et SPACENET-III accueillent une mission particulière en bande-L : le service de localisation des mobiles de l'opérateur GEOSTAR.
GTE Spacenet corp., 1700 Old Meadow Road, McLean VA 22102, 703/848-1125.
1.4) Les projets
De nombreux projets sont en cours tant au niveau public que privé, certains pourraient avoir une influence en Amérique Latine :
- HISPASAT un projet classique qui a pour but de doter l'Espagne d'un système satellite voisin du système français,
- Orion un projet privé de Orion Satellite Corporation en association avec British-Aerospace pour ouvrir un service de liaisons transatlantiques.
1.5) L'environnement réglementaire
A quelques exceptions près (Allemagne-RFA, Etats-Unis, Japon, Royaume-Uni,...), les opérateurs publics de télécommunication exercent un contrôle sans partage sur le marché des services offerts par les satellites de communication sur orbite géostationnaire. Le monopole reste absolu sur le contrôle du faisceau montant (up-link) et même si le contrôle du faisceau descendant s'est considérablement assoupli pour les antennes de petites tailles (inférieures à 3 mètres), tous les services interactifs restent sous contrôle du monopole. Celui-ci est encore renforcé par les accords ayant présidés à la naissance des organismes internationaux (INMARSAT, INTELSAT et EUTELSAT) :
- seul l'opérateur signataire de ces accords peut commercialiser sur son territoire les services de ces opérateurs, en pratiquant un tarif sans rapport nécessaire avec les coûts de locations obtenus auprès de ces opérateurs.
En fait, l'environnement réglementaire évolue sous la pression de deux forces :
- la pression exercée sur les liaisons transatlantiques jadis monopole de fait d'INTELSAT, récemment battu en brèche par des opérateurs privés américains comme PanAmSat et à terme Orion Satellite Corporation.
- la pression exercée par les opérateurs internationaux eux-mêmes, qui, attaqués par des concurrents privés sur les liaisons transatlantiques, et victimes des tarifs souvent exorbitants pratiqués par les opérateurs publics nationaux dans la commercialisation de leurs propres ressources, voudraient bien commercialiser eux-mêmes leurs services.
Ces pressions vont conduire inéluctablement à la disparition du monopole exercé par les opérateurs sur le faisceau montant. Néanmoins, ce processus reste lent et ne devrait déboucher au mieux qu'après 1992 en Europe et reste hypothétique en Amérique Latine.
1.6) Coût des satellites
Le secteur spatial reste l'élément de coût le plus important d'un programme complet. Deux possibilités sont offertes : la location de capacité de transmission sur un système déjà opérationnel ou la mise sur orbite d'un système nouveau.
1.6.1) Location de capacité de transmission
Deux types de contrats sont généralement proposés, affectés de contraintes spécifiques qui peuvent fortement influencer le tarif et la qualité du service obtenu :
- location à durée déterminée,
- location occasionnelle.
Chaque type pouvant être avec ou sans droit de reprise, secouru ou non secouru. La location avec droit de reprise autorise le loueur à récupérer la capacité louée à tout moment s'il juge nécessaire cette reprise pour ses propres besoins. Dans ce contexte, la location est précaire mais les tarifs plus attractifs. La location "secourue" est en général offerte par les systèmes disposant d'au moins deux satellites en orbite et qui peuvent ainsi garantir une pérennité de service dans le temps.
La tableau suivant donne des fourchettes de prix pour la location d'un transpondeur de 36 Mhz en fonction de différents types de contrats sur les principaux satellites européens.
+-------------------------------------------------+
¦ Transpondeur ¦ nombre de ¦ Reprise ¦
¦ de 36 MHz ¦ Satellite ¦ sans ¦ avec ¦
+------------------+------------+--------+--------¦
¦ INTELSAT ¦ au moins 2 ¦ ~3 à 4 ¦ ~1 à 2 ¦
¦ EUTELSAT ¦ au moins 2 ¦ ~4 ¦ ~3 ¦
+-------------------------------+-----------------¦
¦en millions d'ECU¦
+-----------------+Tableau-10 Coût de location d'un transpondeur de 36 MHz
Il s'agit du tarif pour les opérateurs signataires des accords qui peuvent, soit utiliser ces ressources pour leur propre besoin, soit les recommercialiser à des tarifs le plus souvent beaucoup plus élevés. Ainsi le tableau suivant illustre les tarifs pratiqués sur la liaison transatlantique au départ des Etats-Unis en fonctions des différents opérateurs Américains.
+----------------------------------------------------------+
¦ Opérateur ¦ Support ¦ 56/64 ¦ 128 Kbs¦ 256 Kbs¦
+---------------+--------------+--------+--------+---------¦
¦ ATT ¦ SKYNET (IBS)¦ 4000 ¦ - ¦ - ¦
¦ MCI/WUI ¦ SKYLINK (IBS)¦ 3800 ¦ - ¦ - ¦
¦ IDB ¦ IBS ¦ 3500 ¦ 6500 ¦ 9500 ¦
¦ TRT ¦ IBS ¦ 4000 ¦ 7525 ¦ 10500 ¦
+------------------------------+---------------------------¦
¦en $ par mois (hors taxe) ¦
+---------------------------+
pour un demi-circuit Etats-Unis d'Amérique-Europe
sur INTELSAT (service IBS)Tableau-11 Coût de location de circuits à faibles débits
Ce tarif donne le prix hors taxe de location mensuel de liaisons à faible débits (56 Kb/s - 256 Kb/s) dans le sens Etats-Unis d'Amérique-Europe, soit ce qu'il est convenu d'appeler un demi-circuit, il faut ajouter le prix demandé par l'opérateur Européen qui peut varier du simple au double. Un tel prix correspond à un contrat de location d'un an. Des réductions importantes peuvent être accordées pour des durées de trois ou cinq ans. A cette charge mensuelle, il faut ajouter une charge initiale pour le raccordement au service, approximativement égale à un mois de location.
La liaison transatlantique est donnée à titre indicatif, car compte tenu de la concurrence sur cette liaison, huit liaisons dont quatre par satellite (INTELSAT/PanAmSat), on peut considérer qu'une autre liaison à distance comparable ne pourra être que plus chère.
1.6.2) Coût du secteur terrien
Un système de communication par satellite comprend outre le ou les satellites, les stations terriennes. Les systèmes de communication par satellite sont passés progressivement d'un environnement où le secteur spatial est dominant (satellite connectant quelques stations nationales par-dessus les océans) à une situation où le secteur terrien devient prépondérant (satellite connectant une station maîtresse à des centaines, voire des milliers de stations réceptrices). Le coût d'une antenne évolue pratiquement comme le cube de son diamètre :
L'explosion des stations terriennes modifie la structure financière de ces systèmes : le coût du secteur spatial décroît au profit du secteur terrien. Dans le même temps, la décroissance du coût unitaire d'une station terrienne met celle-ci à la portée des entreprises, voire des particuliers alors qu'elles étaient jusqu'alors propriété des opérateurs de télécommunications.
IV RECOMMANDATIONS
Le satellite est bien placé lorsque la distance est trop importante pour un trafic limité et une diffusion dispersée. Les satellites offrent des capacités de transmission flexibles. Seule réserve pour les transmissions de données : la distance de la terre au satellite, aller et retour, qui rend inefficace les mécanismes d'acquittement aux débits élevés. Aux faibles débits, le delai introduit par la distance ne constitue pas un problème majeur.
En fait le problème des satellites n'est pas d'ordre technique mais plutôt de nature commerciale. Les systèmes satellites sont soit mondiaux (INTELSAT et INMARSAT), soit régionaux (ARABSAT, EUTELSAT, PanAmSat, ...) ou enfin nationaux (BRAZILSAT, MORELOS, TELECOM-1, ...). Force est de constater qu'il y a peu d'opérateurs disposant de capacité de transmission en Amérique latine. Le choix est limité à deux opérateurs si on veut limiter les choix technologiques et tarifaires qu'imposent chaque système satellite :
- INTELSAT avec son service IBS,
- PanAmSat.
SOLIDARIDAD, le successeur de MORELOS, constitue le premier satellite à vocation régionale, cependant au mieux son exploitation commerciale ne commencera pas avant 1994.
Un réseau uniquement construit à partir de services de télécommunication basés sur un, voire plusieurs satellites, est impossible à ce jour. Même avec SOLIDARIDAD, il restera des contraintes de couverture. C'est donc vers un réseau mixte qu'il faut tendre. Compte tenu également de l'environnement commercial complexe, une stratégie globale a peu de chance de déboucher. Il est préférable d'envisager une stratégie d'îlots qui consiste à établir au coup par coup certaines mailles du futur réseau et d'utiliser ces mailles comme des exemples.
I. Introduction 1
II. Principe des communications par satellite 2
1.1) Secteur Spatial 3
1.1.1) Gammes de fréquences utilisées par les satellites 3
1.1.2) Définition préalable 5
1.2) Position orbitale des satellites 5
1.3) Zones couvertes par un satellite 6
1.4) Transmission du signal 8
1.4.1) Régénération du signal 8
1.4.2) Technique de transmission 9
Transmission analogique 10
Transmission numérique 11
1.5) Récapitulatif 12
2.1) Secteur terrien 13
2.1.1) Structure d'une station terrienne 13
2.1.2) Bilan de liaison 15
2.1.3) Classification des stations terriennes 17
2.2) Les topologies de réseaux-satellites 18
2.2.1) Cas particulier des configurations étoilées 19
III. Transmission de données par satellite 20
IV. Opérateurs de systèmes satellites en Amérique latine 23
1.1) Les opérateurs internationaux 24
1.1.1) INTELSAT 24
1.1.2) INMARSAT 26
1.2) Les opérateurs nationaux 26
1.2.1) France-Telecom 26
Telecom-1 26
TDF-1 27
1.2.2) Mexico 27
Morelos 27
1.2.3) Embratel 28
Brazilsat 28
1.3) Les opérateurs privés 28
1.3.1) PanAmSat 28
1.3.2) GTE 28
1.4) Les projets 29
1.5) L'environnement réglementaire 29
1.6) Coût des satellites 30
1.6.1) Location de capacité de transmission 30
1.6.2) Coût du secteur terrien 32
IV RECOMMANDATIONS 33
Figure- 1 Composants d'un système satellite 2
Figure- 2 Structure électronique d'un satellite 9
Figure- 3 Transmission par ondes hertziennes (principe) 10
Figure- 4 Modulation de fréquence (principe) 11
Figure- 5 Principaux composants d'un satellite 13
Figure- 6 Structure type d'une station terrienne 15
Figure- 7 Réseau de micro-stations 19
Figure- 8 Rendement de procédure
22
Tableau- 1 Fréquences utilisées par les satellites 4
Tableau- 2 Satellites pouvant couvrir l'Amérique latine 6
Tableau- 3 Gain d'antenne 7
Tableau- 4 Bande passante pour des signaux analogiques 11
Tableau- 5 Bande passante pour des débits numériques 12
Tableau- 6 Bilan de transmission d'une liaison satellite 17
Tableau- 7 Nombre de blocs occupant une durée de 480 ms 21
Tableau- 8 Satellites à mission multiple 23
Tableau- 9 Commercialisation des services d'INTELSAT 26
Tableau-10 Coût de location d'un transpondeur de 36 MHz 31
Tableau-11 Coût de location de circuits à faibles débits 31
Accès multiple
AMRC 13
AMRF 13
AMRT 13
Aperture 6
Bande-C 4, 25, 26
Bande-Ka 4
Bande-Ku 4, 25, 26
Bande-L 4
Bande-X 4, 26
Facteur de mérite 14
Faisceau descendant 2, 8, 15, 29
down-link 2
Faisceau montant 2, 8, 15, 19, 29
up-link 2
High Power Amplifier 8
IBS 18, 25, 28, 31
INTELNET 25, 28
Low Noise Amplifier 8
Modulation
Frequency Modulation 10
indice de modulation 11
Modulation de Fréquence 10
Modulation de Phase 11
modulation par déplacement de phase à quatre états 11
Phase Modulation 11
Quadrature Phase Shift Keying 11
NASA 1, 4
Opérateurs
ARABSAT 24
EMBRATEL 1, 6, 24, 28
EUTELSAT 1, 24, 29
France-Télécom 24, 26
GEOSTAR 29
GTE 28
INMARSAT 7, 24, 26, 29
INTELSAT 1, 7, 18, 19, 24, 25, 29, 30
Orion Satellite Corporation 29, 30
PanAmSat 24, 28, 30
Organisations
UIT 24
PIRE
Equivalent Isotropic Radiated Power 8
Puissance Isotropique Rayonnée Equivalente 7, 8, 13
Satellite Information Service 25
Satellites
ACTS 4
ARABSAT 25
ATS 1
AUSSAT 25
BRASILSAT 1, 24, 25
Brazilsat 28
ECS 1
EUTELSAT 25
HISPASAT 29
INTELSAT 7, 24
MORELOS 25
Orion 29
PAS-1 28
SOLIDARIDAD 27
TDF-1 26, 27
Télécom-1 25, 26
SYRACUSE 26
Température de bruit 14
TRANSDYN 26
Transpondeur 8
VSAT
Very Small Aperture Terminal 18
VSAT 25
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