ANALYSE ET CONCEPTION DU SYSTEME DE RECEPTION DE LA TELEVISION NUMERIQUE PAR SATELLITE

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Technique d’accès par réservation de paquets

Le but de ces méthodes est de permettre aux stations qui en ont vraiment besoin, de transmettre leurs données.

o Réservation par une file d’attente fictive

Le temps est découpé en tranches. Les tranches sont regroupées en trame dont la durée est supérieure au temps de propagation aller-retour de telle sorte que toutes les stations de début d’une tranche sont au courant de ce qui s’est passé dans la même tranche précédente.

La première tranche de chaque trame est elle-même découpée en (n-1) mini-tranches. n étant le nombre de stations susceptibles de vouloir émettre ou recevoir des messages.

L’accès à ces mini-tranches se fait selon la méthode aléatoire ALOHA. On obtient donc une file d’attente fictive qui détermine l’ordre d’émission des stations et de type FIFO.

o Réservation ordonnée

Chaque trame est découpée en (n+1) tranches de temps. La première tranche est découpée en n mini-tranches. Dans chaque trame, une tranche de temps est dédiée à chaque station. La mini-tranche non utilisée par la station correspondante peut être accéder par les autres stations par réservations aléatoires de la technique ALOHA.

Figure 1.08 : Illustration de la technique de réservation ordonnée [1]

Techniques d’accès par réservation dynamique

Elles regroupent les techniques d’allocation des ressources en fonction de la demande des utilisateurs. Des priorités peuvent être attribuées aux utilisateurs, ainsi une qualité de service peut être implantée. Les quatre techniques les plus importantes sont les suivantes. [1]

o DAMA (Demand Allocation Multiple Access)

Elle consiste à réserver préalablement une tranche horaire pour organiser la division et repartir la bande passante.

o FAMA (Fixe Assignement Multiple Access)

On utilise la technique FAMA pour gérer la qualité de service des clients privilégiés.

o RRR (Round Robin Reservation)

Il requiert un nombre de stations inférieur au nombre de tranches nécessaires à la discipline TDMA. Chaque station possède une tranche dédiée. Les tranches restantes sont accédées selon une politique ALOHA.

o IFFO (Interleaved Frame Flush Out) La trame est divisée en trois parties:

– Une partie de contrôle des réservations

– Des tranches réservées par chaque station – Une partie pour un accès aléatoire

Transpondeur

Un transpondeur est un relais électronique à bord d’un satellite, il permet de transposer des signaux reçu depuis la Terre vers une autre fréquence pour la redescente vers l’utilisateur (uplink et downlink) une sorte de miroir électronique avec ré-amplification et décalage de fréquence.

Les transpondeurs ont une certaine largeur de bande en général 36 Mhz qui permettent de transporter un gros multiplex (Symbol Rate ou taux de symbole élevé) mais parfois un même transpondeur peut transporter plusieurs petits multiplex ou carrément de nombreux programmes individuels (Symbol Rate ou taux de symbole faible).

Un référencement par transpondeur peut être décrit tel que :

• Nom du satellite

• Fréquence (downlink)

• Polarisation (Horizontale ou verticale)

• Taux de symbole

Exemple de transpondeur: [4]

Nom du satellite : Intelsat 18

Fréquence descendante : 03980

Taux de symbole : 27500

Polarité : H

Un transpondeur satellite est capable de transmettre au moins 5 bouquets. Or, les opérateurs satellites tentent de transmettre un nombre supérieur de bouquets pour leur profit commercial.

Réutilisation de fréquence

Pour gérer et économiser la bande allouée, la réutilisation de fréquence est la meilleure technique.

Il en existe deux méthodes :

o Par diversité de polarisation

o Par diversité de spatiale

Figure 1.09 : Techniques de réutilisation de fréquence [1]

Débit et délai de la transmission

On peut évaluer globalement le débit et le délai de la transmission selon la position orbitale du satellite.

Absorption atmosphérique [9]

L’affaiblissement dû à l’absorption atmosphérique varie entre 1,5dB pour 99% du mois le plus défavorable et 4,5dB pendant 0,1% du mois le plus défavorable.

L’affaiblissement total est compris entre 207,5dB et 210,5dB.

Gain à l’entrée du récepteur

• Le gain d’antenne est donné par la formule suivante :

• Perte de couplage entre l’antenne et la tête SHF : environ 0,5dB [9]

• Perte due à un pointage imprécis de l’antenne : environ 1dB [9]

Le gain net à l’entrée du récepteur est égal à :

Rapport SNR (Signal Noise Ratio) [10]

Les bruits permettent de caractériser la qualité du canal de transmission sans tenir compte des caractéristiques des filtres de réception.

La puissance de bruit N fait intervenir la bande B dans laquelle le bruit est considéré. = × × (1.07)

Avec

K=1,38.10-23, la constante de Boltzmann

T : température de bruit

B : bande de fréquence dans laquelle le bruit est considéré

La densité spectrale du bruit est :

0=(1.08)

Le rapport SNR est le rapport de la puissance du signal reçu du récepteur et de la puissance du bruit. [ ]=( [ ]+ [ ])−( [ ]+ [ ])

Avec :

PIRE : puissance isotrope de rayonnement équivalente

G : représente le gain net à la réception

A : atténuation globale

N : puissance du bruit dans la bande de fréquence du récepteur

Facteur de qualité G/T de la station [9]

Cette valeur permet de choisir l’antenne qui convient en fonction du SNR. On a :

[ ] = [ ] − [ ] + [ ] + 10log( )

Alors, on peut écrire la formule (1.09) comme

[ ] = [ ] + [ ] − [ ] − 10log( )

Bilan de liaison globale [10] [11]

Les mêmes paramètres sont applicables à la liaison montante comme à la liaison descendante: puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE), affaiblissement en espace libre, affaiblissement dû à l’absorption atmosphérique, gain en entrée du récepteur, rapport SNR.

Liaison montante

Soit (SNR) m le rapport signal sur bruit au niveau du satellite. On a :

Avec

PIRE sol : PIRE de la station terrienne émettrice

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

Lm : paramètre de transmission entre la distance Dm de la station du sol émettrice et le satellite 13

K : constante de Boltzmann ; K=1,38.10-23W/Hz/K B : bande passante équivalente du bruit

Exprimé en dB, nous avons :

Liaison descendante

Soit (SNR) d le rapport signal sur bruit au niveau de la station de réception sol.

Exprimé en dB, nous avons :

Répartition fréquentielle des services offerts par le réseau satellitaires

Pour gérer les fréquences de transmission, les organismes internationaux ainsi que l’UIT (Union International des Télécommunications) ont planifié une attribution de fréquences selon le service. Le tableau suivant résume la répartition des services selon la bande de fréquence utilisée dans le mode de transmission par satellite:

Avantages et inconvénients de la télécommunication par satellite

Avantages

Le plus grand avantage de la télécommunication satellite est son taux de couverture maximal assuré.

Ce qui permet à une communication permanente et en ligne directe entre deux stations.

Le satellite est particulièrement bien adapté aux villages éloignés des grandes voies de communication électronique ou bien pour connecter des entreprises isolées.

L’accès par satellite permet une connexion haut débit forfaitaire et permanente dans les zones privées d’équipements des autres technologies d’accès (ADSL, câble, BLR,…).

L’association avec une autre technologie de boucle locale permet de mutualiser la liaison satellite et ainsi les coûts. Comme exemple, le schéma Satellite-Wi-Fi dans lequel l’accès à Internet est assuré par une liaison satellite mutualisée (réseau de collecte) et la capillarité est assurée à moindre coût par la technologie Wifi (réseau d’accès). [1]

Inconvénients

Les caractéristiques du canal satellitaire favorisent des affaiblissements importants qui peuvent altérer le signal, ce qui prouve la fragilité de ce réseau.

De plus les temps de latence peut être gênant pour certain service comme la téléphonie et surtout rend impossible certaines applications nécessitant une synchronisation serrée comme le jeu en ligne. Sachant que de la construction des satellites à sa mise en orbite nécessite des millions d’euros, les coûts de la communication sont également plus élevés aussi bien que pour l’équipement de base.

De plus, aujourd’hui, des millions de débris de satellites en fin de vie restent en orbite autour de la Terre, ce qui produit la pollution spatiale. [1]

Conclusion

Ainsi, on a pu introduire ce qui est de généralité sur techniques de la transmission par satellites.

Leur progression améliore effectivement le bilan de la transmission dans ce réseau.

Malgré quelques défauts, ses prestations permettent de dire que la télécommunication par satellites joue un rôle important dans le développement des réseaux de télécommunication, surmontant quelques-unes des limites des solutions terrestres.

Pour la suite, nous allons continuer par des études qui nous mèneront vers notre objectif.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE ET PROBLEMATIQUE
CHAPITRE 1 PRESENTATION TECHNIQUE DE LA TELECOMMUNICATION PAR SATELLITE
1.1 Introduction
1.2 Historique
1.3 Techniques utilisés en télécommunication par satellite
1.3.1 Constellation des satellites
1.3.2 Bandes de fréquences utilisées
1.3.3 Technique de modulation
1.3.3.1 Modulation analogique
1.3.3.2 Modulation numérique
1.3.4 Polarisation de l’onde
1.3.5 Techniques d’accès
1.3.5.1 Techniques d’accès au canal satellitaire
1.3.5.2 Techniques d’accès aléatoires
1.3.5.3 Technique d’accès par réservation de paquets
1.3.5.4 Techniques d’accès par réservation dynamique
1.3.5.5 Transpondeur
1.3.6 Réutilisation de fréquence
1.4 Débit et délai de la transmission
1.5 Bilan de liaison de la transmission par satellite
1.5.1 Puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE)
1.5.2 Affaiblissement pendant le trajet
1.5.2.1 Affaiblissement en espace libre
1.5.2.2 Absorption atmosphérique
1.5.3 Gain à l’entrée du récepteur
1.5.4 Rapport SNR (Signal Noise Ratio)
1.5.5 Facteur de qualité G/T de la station
1.5.6 Bilan de liaison globale
1.5.6.1 Liaison montante
1.5.6.2 Liaison descendante
1.5.6.3 Bilan de liaison global
1.6 Répartition fréquentielle des services offerts par le réseau satellitaires
1.7 Avantages et inconvénients de la télécommunication par satellite
1.7.1 Avantages
1.7.2 Inconvénients
1.8 Conclusion
CHAPITRE 2 ETUDE FONDAMENTAL DE LA NORME DVB-S
2.1 Introduction
2.2 Transition de la télévision analogique à la télévision numérique
2.3 Norme DVB
2.3.1 Télévision numérique terrestre ou TNT (DVB-T)
2.3.2 Télévision numérique par câble (DVB-C)
2.3.3 Télévision numérique par satellite (DVB-S)
2.3.4 Autres dérivés du DVB [15]
2.4 Présentation de la norme DVB-S
2.4.1 Vue générale
2.4.2 Modules de transmission
2.5 Techniques utilisées en DVB-S
2.5.1 Codage MPEG 2
2.5.2 Dispersion d’énergie (brassage)
2.5.3 Codage externe (Reed-Solomon)
2.5.4 Entrelacement
2.5.5 Codage interne (convolutif poinçonné)
2.5.6 Filtrage et modulation
2.5.7 Bande de fréquence
2.6 Critères de performance du système
2.7 Evolutions du DVB-S
2.7.1 DVB-S2
2.7.2 DVB-RCS
2.7.3 DVB-SH
2.8 Avantages et inconvénients
2.8.1 Avantages
2.8.2 Inconvénients
2.9 Conclusion
CHAPITRE 3 ANALYSE ET CONCEPTION DU SYSTEME DE RECEPTION DE LA TELEVISION NUMERIQUE PAR SATELLITE
3.1 Introduction
3.2 Source primaire au foyer
3.2.2 Principe
3.2.3 Diagramme de rayonnement et rapport F/D
3.3 Tête SHF ou LNB
3.3.1 Principe
3.3.2 Bande intermédiaire Satellite (BIS)
3.3.3 Oscillateur local (OL)
3.3.4 Caractéristiques
3.3.4.1 Facteur de bruit
3.3.4.2 Gain de la tête de réception
3.3.5 Convertisseur LNB universel
3.3.6 Intégration au récepteur
3.4 Positionneur / DISEqC
3.5 Antenne parabolique
3.5.1 Présentation
3.5.2 Caractéristiques
3.5.2.1 Gain
3.5.2.2 Efficacité
3.5.2.3 Largeur et directivité du faisceau
3.5.3 Divers types d’antenne à réflecteur parabolique
3.5.3.1 Antenne classique à foyer primaire ou centré (« Prime focus »)
3.5.3.2 Antenne bifocale
3.5.3.3 Antenne à foyer déporté (off-set)
3.5.4 Choix du diamètre
3.5.5 Support
3.5.5.1 Support azimut- élévation (Az-El)
3.5.5.2 Support équatorial
3.6 Principe du décodeur satellite
3.6.1 Microprocesseur
3.6.2 Tuner
3.6.3 Opérateurs de décodage
3.7 Sorties du décodeur
3.8 Accès aux services
3.9 Types d’installation
3.9.1 Tête monobloc ou « double tête »
3.9.2 Installation pour un récepteur
3.9.3 Installation pour deux à quatre récepteurs
3.9.4 Installation collective
3.9.5 Solution hybride
3.10 Conclusion
CHAPITRE 4 MODELISATION MATHEMATIQUE DU POINTAGE DE SATELLITE
4.1 Introduction
4.2 Localisation dans l’espace
4.2.1 Nord magnétique et Nord géographique
4.2.2 La latitude
4.2.3 La longitude
4.2.4 Angle d’Azimut
4.2.5 Angle d’élévation
4.3 Modélisation mathématique du pointage de satellite
4.3.1 Notations et position du problème
4.3.2 Passage de la base (𝒊,𝒋,𝒌) à la base (𝒔,𝒆,𝒗) et inversement
4.3.3 Détermination des angles Φ et Ψ
4.3.4 Commentaires
4.4 Calcul de la mesure d’orientation de l’antenne vers le satellite
4.4.1 Méthode de calcul
4.4.1.1 Angle de site (ou angle d’élévation)
4.4.1.2 Azimut
4.4.2 Méthode de détermination par abaque
4.4.3 Exemple
4.5 Interprétations du modèle sur les angles d’orientation de l’antenne satellite
4.5.1 Angle d’élévation Φ
4.5.2 Angle d’Azimut Ψ
4.5.3 Commentaires
4.6 Angle de contre-polarisation τ
4.7 Conclusion
CHAPITRE 5 REALISATION D’UNE RECEPTION DE TELEVISION NUMERIQUE PAR SATELLITE
5.1 Introduction
5.2 Etude et analyse des critères de la mise en place de l’antenne parabolique
5.3 Choix du satellite et du diamètre d’antenne
5.4 Equipements nécessaires
5.4.1 Antenne parabolique et ses accessoires
5.4.2 Câble coaxial
5.4.3 Digital Satellite Finder
5.4.4 Autres outils nécessaires
5.5 Google Earth
5.6 Développement d’une application JAVA : PointSat
5.6.1 Présentation et choix du langage JAVA
5.6.2 Objectif
5.6.3 Algorithme du programme
5.6.4 Présentation de l’application
5.6.4.1 Interface
5.6.4.2 Principe de fonctionnement
5.7 Installation de l’antenne
5.7.1 Etape 1 : Assemblage de l’antenne parabolique
5.7.2 Etape 2 : Pose du support
5.7.3 Etape 3 : Réglage du pointage
5.8 Connectivité du système de récepteur satellite
5.8.1 Antenne parabolique et décodeur satellite
5.8.2 Décodeur satellite et ses périphéries
5.9 Programmation de la réception des chaînes de télévision numérique par satellite
5.10 Astuce de chiffrage des chaines
5.11 Coût total de l’installation
5.12 Conclusion
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
ANNEXES
ANNEXE 1 : CONCEPT DU RESEAU SATELLITAIRE
ANNEXE 2 : PRINCIPE DE POSITIONNEMENT ORBITAL DES SATELLITES
ANNEXE 3 : CONSTRUCTION DE L’ANTENNE PARABOLIQUE
ANNEXE 4 : DEMONSTRASTION DE P-1=tP POUR UN PASSAGE ENTRE BASE
ANNEXE 5 : PART DU CODE SOURCE DE L’APPLICATION JAVA « POINTSAT »
BIBLIOGRAPHIE
FICHE DE RENSEIGNEMENT