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par Pascale Sourisse, Denis Rouffet et Hervé Sorre
Alcatel Espace (France)
De nouvelles solutions en matière de télécommunications par satellite sont actuellement à l’étude pour assurer l’accès aux services interactifs à large bande. Divers types d’architectures sont envisagés, utilisant des satellites géostationnaires ou les nouvelles constellations de satellites sur orbite basse (LEO) ou moyenne (MEO). La première génération de ces constellations, qui assureront des services de communications mobiles à bande étroite, est sur le point d’être lancée (Globalstar, par exemple).
Les constellations de la deuxième génération intégreront des capacités à large bande, lesquelles exigeront de grandes portions de spectre, ce qui aura pour effet de faire de la limitation du spectre disponible l’une des considérations techniques déterminantes lors de la mise au point de tout nouveau système à satellites.
Rôle des satellites dans l’univers du multimédia
Les satellites vont jouer un rôle fondamental dans l’offre d’un accès universel aux services de communication interactifs à large bande améliorés.
En raison de leur couverture géographique étendue, de leur rentabilité, en particulier dans les régions à densité de population faible ou moyenne, et de leur rapidité d’installation, les systèmes à satellites vont contribuer à étendre la portée des réseaux de télécommunication de haute qualité.
De nombreuses initiatives visant à offrir des capacités à large bande au moyen de satellites géostationnaires ou de constellations de satellites LEO ou MEO ont été annoncées à ce jour. Les systèmes géostationnaires et les constellations de satellites LEO occuperont des créneaux complémentaires dans l’univers du multimédia.
Etant solidement implantés aujourd’hui sur le marché des services de diffusion, les systèmes géostationnaires sont appelés à offrir de nouvelles applications, comportant notamment des services asymétriques unidirectionnels et bidirectionnels avec une liaison retour de Terre ou via satellite à faible débit.
Les constellations de satellites LEO constitueront un moyen très efficace d’offrir des services hautement interactifs. En raison de leur temps de propagation aller-retour très court sur le secteur spatial (généralement 20 ms contre 500 ms pour les systèmes géostationnaires), les systèmes LEO auront des performances analogues à celles des réseaux de Terre, ce qui permettra d’utiliser des protocoles, des normes et des applications de communication communs.
Vocation du système SkyBridge
Le système SkyBridge est un système à satellites à large bande permettant d’assurer partout dans le monde l’accès rapide à Internet ou des services de visioconférence. Ce système est particulièrement adapté aux zones urbaines, suburbaines et rurales qui ne sont pas encore raccordées à l’infrastructure de Terre à large bande ou dont la desserte par l’infrastructure traditionnelle est peu rentable. Cela fait véritablement de SkyBridge un système à boucle locale hertzien à large bande.
Le système utilise une constellation de 64 satellites LEO reliant des utilisateurs professionnels et résidentiels équipés de terminaux bon marché raccordés à des passerelles de Terre. Les terminaux d’utilisateur ne sont pas propres au système et l’architecture des sites de réception peut être adaptée aux configurations suivantes: réception individuelle, réception communautaire (terminal SkyBridge utilisé en partage par plusieurs abonnés) et configuration professionnelle avec connexion du terminal SkyBridge à un réseau local d’entreprise (LAN) ou à un autocommutateur privé (PBX) (voir la figure 1).
Chaque faisceau ponctuel (350 km de rayon) arrose un ensemble de terminaux SkyBridge connectés à un ou plusieurs terminaux d’utilisateur et à une ou plusieurs passerelles SkyBridge. Un utilisateur est enregistré auprès d’une seule passerelle où se concentre le trafic qui lui est destiné ou qu’il suscite. Le système est accessible à une large gamme de terminaux d’utilisateur multimédias conçus pour des applications de Terre.
Un satellite couvre une zone de 3000 km de rayon, divisée en faisceaux ponctuels fixes de 350 km de rayon. Chaque utilisateur est rattaché à une seule et unique passerelle SkyBridge. Le trafic écoulé vers ou par un utilisateur SkyBridge sera toujours concentré dans la passerelle auprès de laquelle cet utilisateur est enregistré. Chaque passerelle fonctionne comme un réseau d’accès autonome en raison de la charge utile transparente des satellites.
Chaque satellite est placé sur une orbite circulaire à une altitude de 1457 km au-dessus de la Terre. La
constellation est divisée en deux sous-constellations de Walker symétriques de 32 satellites chacune. Le court temps de
propagation sur le trajet (20 ms généralement) de la constellation LEO choisie pour le système SkyBridge est compatible avec
les protocoles de type TCP/IP utilisés pour les applications de Terre. Par conséquent, les communications sur le système
SkyBridge ne sont pas interrompues par les protocoles de prise de contact qui réduisent considérablement le débit binaire sur
les liaisons à long temps de propagation. En outre, le court temps de propagation des satellites LEO favorise l’établissement
de liaisons offrant une haute qualité de service, analogue à celle des réseaux de Terre, ce qui permet de les intégrer sans
heurt dans ces réseaux. Le système SkyBridge est parfaitement adapté à des applications interactives avec contraintes en
temps réel (voir la figure 2).
Le système SkyBridge est un système de télécommunication mondial conçu pour offrir aux utilisateurs professionnels et résidentiels des applications multimédias interactives ainsi que l’interconnexion LAN ou des applications RNIS classiques. Il est spécialement adapté aux terminaux fixes, y compris ceux qui permettront la mobilité des utilisateurs et la portabilité des terminaux. Il permet des applications en temps réel hautement interactives, encore facilitées par le court temps de propagation qui le caractérise.
Services et marché pour le système SkyBridge
Le système SkyBridge permettra d’établir une connexion asymétrique à large bande pour le raccordement au réseau fixe à un débit maximal de 60 Mbit/s (par paliers de 16 kbit/s) jusqu’à l’utilisateur pour les terminaux résidentiels et un débit maximal de 2 Mbit/s (par paliers de 16 kbit/s) sur la liaison retour via une passerelle. Les terminaux professionnels admettront des débits binaires plus élevés. Il s’agit là d’une conception optimisée pour les communications sur Internet, caractérisées par la transmission de salves de données asymétriques aléatoires. En outre, ce faible pas de progression (16 kbit/s) permettra d’offrir à l’utilisateur une largeur de bande à la demande.
Les concepts de base de son architecture permettent au système SkyBridge d’assurer des applications en temps réel hautement interactives, dont les suivantes:
- accès rapide à Internet et, plus généralement, aux services en ligne;
- télétravail par accès à des serveurs d’entreprise et à des LAN, messagerie électronique et transfert de fichiers;
- visioconférence et visiophonie;
- télémédecine;
- services de loisir: vidéo interactive à la demande et jeux électroniques.
En outre, le système SkyBridge assurera:
- des liaisons d’infrastructure pour l’interconnexion de cellules telles que les boucles hertziennes;
- des services à bande étroite améliorés pour la transmission de signaux vocaux, la visioconférence et la transmission de données
Place du système SkyBridge parmi les autres technologies
Plusieurs technologies terrestres assureront l’accès à large bande. Toutefois, le système SkyBridge, sur bien des plans, ne concurrencera pas ces systèmes, mais constituera plutôt une solution complémentaire intéressante.
Les performances du système SkyBridge sont comparables à celles des technologies terrestres ADSL/XDSL (ligne d’abonné numérique asymétrique) et HFC/FTTC (configuration hybride fibre-câble coaxial/fibre au point de concentration). Toutefois, plusieurs différences liées au coût et à la rapidité de conception donnent à penser que le système SkyBridge sera mieux adapté aux marchés à faible densité de population et qu’il constituera, de surcroît, une solution d’avant-garde intéressante pour les marchés à forte densité de population.
Le système SkyBridge réutilise le spectre existant
Les réseaux à large bande qui apparaissent devront faire face à la rareté des ressources spectrales disponibles. Pour offrir le service voulu, on peut commencer par utiliser des fréquences élevées, la bande Ka par exemple.
Le système SkyBridge offre cependant une approche entièrement nouvelle. Il est conçu pour fonctionner dans la bande Ku qui permet une réutilisation totale des fréquences. Il a été initialement mis au point par ses concepteurs pour pouvoir réutiliser les fréquences déjà utilisées par les autres services fonctionnant dans la même bande, qu’il s’agisse de services assurés par des systèmes géostationnaires ou de Terre, et cela, naturellement, sans occasionner de brouillages ni imposer des contraintes d’exploitation supplémentaires à ces services.
En utilisant simplement des techniques efficaces de réduction de brouillages, le système SkyBridge dégage des ressources spectrales supplémentaires à l’échelle mondiale.
Comment le système SkyBridge assure-t-il la protection des systèmes à satellites géostationnaires?
Pour ne pas causer de brouillages à des systèmes géostationnaires, une zone de non-fonctionnement du système SkyBridge est définie sur l’arc de l’orbite des satellites géostationnaires (arc OSG). Cette zone de non-fonctionnement, qui couvre un angle de 10° de part et d’autre de l’arc OSG vu d’un observateur à la surface de la Terre, est calculée compte tenu de la directivité de l’antenne et des différents niveaux de puissance. Il importe de noter que la zone de non-fonctionnement est calculée pour la totalité de l’arc OSG afin d’assurer la protection des systèmes existants et futurs. Le système SkyBridge sera ainsi en mesure de fonctionner quelle que soit l’évolution de l’OSG. En outre, le fonctionnement du système SkyBridge n’entraîne aucune réduction de la ressource orbite-spectre disponible pour la mise en oeuvre de systèmes géostationnaires.
Différentes techniques sont appliquées pour faire en sorte que le niveau de brouillage reste imperceptible:
- Lorsqu’un satellite SkyBridge entre dans la zone de non-fonctionnement vue depuis une station terrienne SkyBridge, le faisceau provenant de ce satellite, et éclairant la zone en question, s’éteint et le trafic est commuté sur un autre satellite de la constellation, selon une procédure entièrement transparente pour l’utilisateur final.
- La même technique est appliquée pour éviter les brouillages occasionnés par une passerelle ou un terminal SkyBridge à un terminal géostationnaire.
Pour d’autres services, comme les services de Terre, le système SkyBridge, en observant les limites de puissance surfacique indiquées dans les dispositions réglementaires de l’Union internationale des télécommunications (UIT), assure la protection de ces services.
Le système SkyBridge constitue une solution très intéressante pour assurer dans de bonnes conditions d’économie et d’efficacité l’accès à un très large éventail de services à large bande et à bande étroite de haute qualité dans le monde entier, contribuant ainsi à l’objectif de l’universalité d’accès aux services de communication.
En outre, ce système devrait offrir de nouveaux débouchés commerciaux aux opérateurs locaux, étant donné qu’il laissera aux entités locales de chaque pays le soin d’exploiter les passerelles de Terre et d’assurer les services aux utilisateurs finals, tout cela dans les meilleures conditions possibles, sans réduire les ressources spectrales disponibles pour les autres utilisateurs.
Ce texte est extrait du numéro 8/97 des Nouvelles de l’UIT
