Utilisateur:Philippe Giabbanelli/Guide

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Brouillon accessoire 1 - Brouillon accessoire 2

Conceptions d'un système de satellites

Altitude de l'orbite, couverture et délai du signal

Les satellites en orbite géostationnaire sont à 35 786 km d'altitude au-dessus de l'équateur de la Terre et ont la même période orbitale que celle de la terre (i.e. excentricité orbitale nulle). Ces caractéristiques ont deux avantages : être toujours situé au dessus d'un même point terrestre permet d'établir une liaison avec une antenne fixe, et l'altitude élevée permet de couvrir une large zone. Cependant, elles entraînent également des problèmes notables : être contraint à rester au-dessus de l'équateur signifie que les pôles ne seront pas couverts, et l'altitude élevée consomme beaucoup d'énergie pour les transmissions en plus d'avoir un temps de latence élevé d'un quart de seconde dans un signal aller-retour avec la terre. Ainsi, cette orbite ne permet pas de répondre aux exigences des satellites de téléphonie et en général de toute application où le délai est un paramètre important. Elle est utilisée par des systèmes de positionnement (Omnitracs et son équivalent européen Euteltracs) ou des communications n'étant pas exigeantes sur le temps de réponse (comme le service de messagerie fourni par Inmarsat-C).

La ceinture de radiations de Van Allen.

La solution pour ces applications est d'avoir une altitude plus basse, mais les altitudes sont limitées à cause de la ceinture de radiations de Van Allen. Il s'agit de deux zones, contenant une grande densité de particules énergétiques, qui provoquent des effets indésirables sur les circuits électroniques, et il est donc exclu d'y positionner des satellites. Il reste ainsi deux orbites possibles : l'orbite terrestre moyenne entre 9 000 km et 11 000 km, et l'orbite terrestre basse entre 500 km et 2 000 km. Ces derniers ne mettent que 10 ms pour un signal aller-retour avec la terre, mais il se pose le problème de l'effet Doppler : l'émetteur et le récepteur sont en mouvement l'un par rapport à l'autre, avec une vitesse de 25 000 km/h pour un satellite par rapport à la surface terrestre, et il y a un décalage entre la fréquence de l'onde émise et celle de l'onde reçue. Par ailleurs, « une altitude plus basse entraîne une couverture plus petite et il faut davantage de satellites pour offrir la même couverture qu'un réseau à une orbite plus élevée ». En effet, trois satellites sont suffisants en orbite géostationnaire pour avoir une couverture complète (sauf les pôles), mais 48 sont employés sur 8 orbites dans Globalstar, et 66 sur 6 orbites dans Iridium. Néanmoins, avoir davantage de satellites « a un avantage : il y a une grande liberté dans la réutilisation de fréquences ».

Topologie du réseau

Des satellites à bas prix peuvent être utilisés comme simples relais entre deux stations terrestres, et il n'y a alors pas de liens entre les satellites du réseau. Dans des réseaux tel qu'Iridium, les satellites peuvent communiquer entre eux, mais le réseau devient plus complexe. Premièrement, du point de vue technique un satellite devient un routeur et est donc plus compliqué à fabriquer. Deuxièmement, du point de vue des communications, les satellites bougent les uns par rapports aux autres : dans une même orbite les liens restent constant puisque le mouvement est le même, mais les liens changent pour des satellites sur des orbites différentes. Lorsque les satellites ont des liens entre eux, il devient intéressant de modéliser le réseau par un graphe, dont les sommets correspondent aux satellites et un lien existe entre deux sommets si les satellites concernés peuvent communiquer directement. Si on considère la situation où un satellite peut communiquer avec son prédécesseur et son successeur de la même orbite, son voisin sur l'orbite successive et son voisin sur l'orbite précédente, alors le graphe obtenu est une grille torique (c'est-à-dire une grille dont deux extrémités sur un même axe sont connectées).

Paramètres

De nombreux paramètres sont impliqués dans la conception du système. La première section a montré que le compromis doit prendre en compte le nombre de satellites, leur altitude, le délai du signal et la couverture terrestre. Ceci met l'accent sur des paramètres physiques du réseau. Dans la deuxième section, il a été vu que le réseau peut également être vu comme un graphe, c'est-à-dire sous un angle topologique. Cela permet d'étudier les relations entre les propriétés de la topologie et les capacités de communication, telles que la tolérance aux pannes et le routage. L'étude de l'accessibilité d'un satellite par un utilisateur peut-être plus développée qu'une simple couverture si l'utilisateur est prit en compte à travers une série de paramètres : le signal peut par exemple être distordu ou atténué à cause d'obstacles rencontrés, et la qualité de service offerte n'est donc pas la même selon que l'utilisateur se trouve dans un environnement urbain ou rural. L'environnement de l'utilisateur et la façon dont il se déplace peuvent donc faire l'objet d'études complémentaires.

Fréquences des satellites

L'allocation de fréquences se fait au niveau international sous l'égide de l'International Telecommunication Union (ITU). Trois régions sont considérées : (1) Europe, Afrique, ancienne union soviétique et mongolie, (2) amérique et groenland, (3) asie, australie et sud-ouest du pacifique. Au sein d'une région, les plages de fréquences sont allouées à un type de service que le satellite fourni, comme le positionnement ou la météo. Les plages de fréquences et le nom sous lequel elles sont désignées sont résumées dans le tableau ci-dessous. L'utilisation pratique des fréquences peut se diviser comme suit :

« Les fréquences entre 140 et 400 MHz peuvent être utilisées pour les systèmes de données ("petits systèmes en orbite terrestre basse", ou little LEOs). Pour les systèmes de communication vocale (big LEOs tels que Globalstar et Iridium), les bandes 1,610-1,6265 Ghz et 2,4835-2,500 Ghz sont utilisés respectivement pour les liens montants et descendants. La bande 1,6138-1,6265 GHz est allouée pour les deux directions et utilisée par Iridium en time division duplex (TDD). Après 2000, des fréquences comme 1,980-2,025 GHz (montant) et 2,160-2,200 GHz (descendant) peuvent être utilisés, comme prévu par le système ICO. Des fréquences plus élevées à 5/7 GHz, 15 GHz et 20/30 GHz sont prévues pour les feeder. Les liens entre les satellites peuvent fonctionner à 23 GHz, 60 GHz, ou aux fréquences optiques. »

Plage en GHz	Dénomination
0.1-0.3	VHF
0.3-1.0	UHF
1.0-2.0	L
2.0-4.0	S
4.0-8.0	C
8.0-12.0	X
12.0-18.0	Ku
18.0-27.0	K
27.0-40.0	Ka
40.0-75	V
75-110	W
110-300	mm
300-3000	µm

Les performances d'un système de satellites sont presque intégralement établies lors de sa conception, puisqu'il est en général très délicat d'apporter des changements une fois le système lancé.