RÉ

UNIVERSITÉ

UNITÉ DE FORMATION ET DE

ET DE TECHNOLOGIE

ÉTUDE ET DIMENSIONNEMENT DU RÉ

DES TÉLÉCOMMUNICATIONS AÉ

DIPLÔME D’INGÉNIEUR EN ÉLECTRONIQUE ET TÉLÉCOMMUNICATIONS

PRÉSENTÉ

M.

Encadrant académique

Dr Moustapha SÈNE

Enseignant Chercheur, UGB

Président du jury : Dr Bouya DIOP

Membres du jury : Dr Moustapha SÈNE, Dr Seydou MAÏGA.

RÉPUBLIQUE DU SÉNÉGAL

UNIVERSITÉ GASTON BERGER DE SAINT-LOUIS

ORMATION ET DE RECHERCHES DE SCIENCES APPLIQUÉES

ET DE TECHNOLOGIE – SECTION PHYSIQUE APPLIQUÉE

ÉTUDE ET DIMENSIONNEMENT DU RÉ SEAU DU SERVICE FIXE

COMMUNICATIONS AÉ RONAUTIQUE S

MÉMOIRE POUR OBTENIR LE

D’INGÉNIEUR EN ÉLECTRONIQUE ET TÉLÉCOMMUNICATIONS

(DIETEL)

PRÉSENTÉ ET SOUTENU LE 27 JUILLET 2011 PAR

Pawendtaoré Jacob SAWADOGO

Encadreur en e

M

Chef du Service Architecture et Ingénierie

Dr Bouya DIOP

Dr Moustapha SÈNE, Dr Seydou MAÏGA.

LOUIS

DE SCIENCES APPLIQUÉES

APPLIQUÉE

SEAU DU SERVICE FIXE

S DE L’ADS

D’INGÉNIEUR EN ÉLECTRONIQUE ET TÉLÉCOMMUNICATIONS

:

Encadreur en entreprise

M. Ibrahima TOURÉ

Chef du Service Architecture et Ingénierie, ADS

i

DEDICACES

Je dédie ce mémoire à :

Mes parents qui, de manière exemplaire m’ont soutenu, conseillé et encouragé tout au

long de mes études, m’ayant fait confiance et ayant investi de leur temps, énergie et finances

pour que je parvienne à la réussite,

Mon frère et mes sœurs qui ont été pour moi, une source de motivation continuelle par

leur présence,

Mes pasteurs et anciens dans la foi qui m’ont toujours conseillé et guidé dans

l’humilité, l’intégrité, la détermination, la discipline la persévérance, l’éthique du travail bien

accompli, …

Mes amis du Groupe Biblique Universitaire de Saint-Louis (GBUSL) pour leur

fraternité indéfectible et leurs prières pour moi.

«««« La crainte de La crainte de La crainte de La crainte de l’Eternel est le commencement de la sciencel’Eternel est le commencement de la sciencel’Eternel est le commencement de la sciencel’Eternel est le commencement de la science ;;;; ………… »»»»

Proverbes 1Proverbes 1Proverbes 1Proverbes 1 : 7,: 7,: 7,: 7, La BibleLa BibleLa BibleLa Bible

ii

REMERCIEMENTS

Je souhaite témoigner ma profonde gratitude et adresser mes remerciements les plus

sincères à tous ceux qui m’ont aidé, assisté et encouragé pour la réalisation de ce modeste

travail :

Mon encadreur en entreprise, Monsieur TOURÉ, Chef du Service Ingénierie et

Architecture de l’ADS pour sa franche collaboration, ses conseils, sa confiance et le temps

qu'il m'a accordés au travers du sujet qu’il m’a proposé pour la réalisation de ce mémoire.

Monsieur MBODJ, Chef du Bureau Exploitation des Télécommunications de la

Représentation de l’ASECNA au Sénégal - Bloc Technique, pour sa disponibilité et son

expérience dont il n’a pas hésité à me faire bénéficier.

Monsieur THIOUNE, Chef du Département Radio de la Représentation de l’ASECNA

au Sénégal - Bloc Technique, pour son amabilité et les documents qui m’ont été fournis.

Monsieur OUIYA, de la Représentation de l’ASECNA au Sénégal – Direction Station

Terrienne, pour sa disponibilité et son apport dans le travail technique qui a été fait.

Au personnel de l’agence des Aéroports Du Sénégal (ADS), et plus particulièrement

aux agents du Service Télécommunications (service TELECOM), je leur adresse tous mes

remerciements pour l’accueil chaleureux, le soutien indéfectible tout au long de ce stage et la

disponibilité totale dont ils ont fait montre pour répondre à toutes mes attentes.

Enfin, je remercie les corps enseignant et administratif de l’Unité de Formation et de

Recherches (UFR) de Sciences Appliquées et de Technologie (SAT) de l’Université Gaston

Berger pour la qualité de l’encadrement et de la formation dont j’ai fait l’objet, et plus

particulièrement mon encadreur pédagogique Monsieur SÈNE, Enseignant Chercheur à

l’UFR SAT qui m’a été d'un grand soutien dans la rédaction de ce mémoire.

Que Dieu vous bénisse !

3

TABLE DES MATIERES

DEDICACES .............................................................................................................................. i REMERCIEMENTS .................................................................................................................. ii

LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES .................................................................................. 5 LISTE DES SIGLES .................................................................................................................. 6 INTRODUCTION GENERALE ................................................................................................ 8 CHAPITRE I : PRESENTATION DU PROJET DE MODERNISATION DU SERVICE FIXE AERONAUTIQUE ........................................................................................................ 10

INTRODUCTION .................................................................................................................... 10 1. AGENCE DES AEROPORTS DU SENEGAL (ADS) .................................................... 10

1.1. STRUCTURE ORGANISATIONNELLE ................................................................ 10 1.2. MISSIONS ................................................................................................................. 11

2. PRESENTATION DU PROJET ....................................................................................... 12 3. ETAT DE L’EXISTANT DES SYSTEMES DE COMMUNICATION ......................... 12 4. PROBLEMATIQUE ......................................................................................................... 13 5. PLAN D’ACTION ............................................................................................................ 14

5.1. FONCTIONS DU RSFTA ......................................................................................... 14 5.2. CHAMP D’ETUDE : L’ADS ET LES AERODROMES REGIONAUX ................ 15

CONCLUSION ........................................................................................................................ 16

CHAPITRE II : COMMUNICATIONS PAR SATELLITE : LA TECHNOLOGIE VSAT .. 17

INTRODUCTION .................................................................................................................... 17 1. LE SEGMENT TERRESTRE : LE RESEAU VSAT ...................................................... 17

1.1. LA STATION VSAT ................................................................................................ 17 1.1.1. Principe d’une liaison satellite ........................................................................... 17 1.1.2. Description d’une station VSAT ........................................................................ 18

1.2. LE HUB ..................................................................................................................... 20 1.2.1. Description du Hub ............................................................................................ 20 1.2.2. Fonctions du Hub ............................................................................................... 20

1.3. CARACTERISTIQUES DES RESEAUX VSAT ..................................................... 21 1.3.1. Topologies .......................................................................................................... 21 1.3.2. Types de données ............................................................................................... 23 1.3.3. Protocoles d’accès au satellite ............................................................................ 23

1.4. LICENCES ET REGULATIONS ............................................................................. 26 1.4.1. Licences .............................................................................................................. 26 1.4.2. Régulation du segment spatial ............................................................................ 26 1.4.3. Régulation du segment terrestre ......................................................................... 28

2. LE SEGMENT SPATIAL : LE SATELLITE .................................................................. 28 2.1. FONCTION DE RELAIS .......................................................................................... 28 2.2. NOTION DE CHARGE UTILE ................................................................................ 29 2.3. CATEGORIES DE SATELLITES ............................................................................ 29

4

2.4. CRITERES DE SELECTION DU SATELLITE ...................................................... 30 2.5. AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES RESEAUX VSAT ............................ 30

CONCLUSION ........................................................................................................................ 32

CHAPITRE III : CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DU RESEAU VSAT ............ 33

INTRODUCTION .................................................................................................................... 33 1. CONCEPTION DU RESEAU .......................................................................................... 33

1.1. LOGICIEL D’AIDE AU DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX VSAT : ............. LE LST ...................................................................................................................... 33 1.2. ARCHITECTURE ..................................................................................................... 38 1.3. CARACTERISTIQUES DU RESEAU ..................................................................... 39

1.3.1. Qualité de services et installation ....................................................................... 39 1.3.2. Exigence technique : Débit théorique total utilisateur ....................................... 41

2. DIMENSIONNEMENT DU RESEAU ............................................................................ 42 2.1. CARACTERISTIQUES DES PORTEUSES ............................................................ 42 2.2. LES OPTIONS DE ROUTAGE DU TRAFIC ET DE L’ACCES SATELLITE ...... 43 2.3. CARACTERISTIQUES DU SATELLITE IS 10-02 ................................................ 44 2.4. COORDONNEES DES SITES ET CARACTERISTIQUES DES ANTENNES ..... 44 2.5. BILAN DE LIAISON ................................................................................................ 45

2.5.1. Paramètres usuels ............................................................................................... 46 2.5.2. Bilan de liaison montant ..................................................................................... 47 2.5.3. Bilan de liaison descendant ................................................................................ 47 2.5.4. Bilan de liaison global ........................................................................................ 47

2.6. RESULTATS DES CALCULS : CARACTERISTIQUES DES PORTEUSES .......... ET DES STATIONS TERRIENNES ........................................................................ 48

CONCLUSION ........................................................................................................................ 49

CONCLUSION GENERALE .................................................................................................. 50

BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................... 51

ANNEXES ............................................................................................................................... 53

Annexe 1 : Structure détaillée de la Direction Technique de l’ADS ...................................... 53 Annexe 2 : Couvertures du Satellite IS 10-02 .......................................................................... 54 Annexe 3 : LST 1 – Résumé du bilan de liaison ...................................................................... 55 Annexe 4 : LST 2 – Caractéristiques des porteuses et stations terriennes ............................... 56 Annexe 5 : Aéroports et aérodromes du Sénégal [ASE 10] ..................................................... 57

5

LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES

Tableau 1 : Comparaison des performances de quelques protocoles d’accès [INT 98] ........... 25

Tableau 2 : Attribution des fréquences et services satellite correspondants [MAR 09] .......... 27

Tableau 3 : Caractéristiques des services du RSFTA .............................................................. 39

Tableau 4 : Caractéristiques réseau côté bande de base ........................................................... 41

Tableau 5 : Paramètres - porteuses et capacité spatiale............................................................ 43

Tableau 6 : Caractéristiques de l’IS 10-02, bande C [INT 10] ................................................ 44

Tableau 7 : Caractéristiques antennes, coordonnées aérodromes ............................................ 45

Tableau 8 : Détail des notations utilisées dans les expressions [PLEN 06] ............................. 46

Figure 1 : Synoptique d’une liaison satellite [MAR 03] .......................................................... 17

Figure 2 : Blocs d’équipements d’une station VSAT [MAR 03] ............................................. 18

Figure 3 : Sous systèmes du Hub [MAR 03] ........................................................................... 20

Figure 4 : Topologie en étoile [MAR 03] ................................................................................ 21

Figure 5 : Topologie en maille [MAR 03] ............................................................................... 22

Figure 6 : Les formes de base des techniques d’accès à la capacité satellitaire [INT 98] ....... 24

Figure 7 : Délimitation des trois régions – segment terrestre [MAR 03] .............................................. 27

Figure 8 : Liste des satellites disponibles [INT 98] ............................................................................... 34

Figure 9 : Menus de sélection des paramètres du satellite [INT 98] ........................................ 34

Figure 10 : Fenêtres de saisie des paramètres des porteuses [INT 98] .................................... 36

Figure 11 : Option d’analyse du bilan de liaison [INT 98] ...................................................... 37

Figure 12 : Architecture proposée du Réseau VSAT ............................................................. 38

Figure 13 : Site Exploitation : Utilisateur, Station VSAT ........................................................ 40

Figure 14 : Site Contrôle et Gestion: Opérateur, Hub .............................................................. 40

Figure 15 : Liaison satellite et paramètres ............................................................................... 45

6

LISTE DES SIGLES

A ADS : agence des Aéroports Du Sénégal AEL : Atténuation en Espace Libre AFI : Afrique – Océan Indien AFTN : Aeronautic Fixed Telecommunications Network (cf. RSFTA) AMRC : Accès Multiple à Répartition de Codes AMRF : Accès Multiple à Répartition en Fréquences AMRT : Accès Multiple à Répartition dans le Temps ANACS : Agence Nationale de l’Aviation Civile du Sénégal ANAMS : Agence Nationale de la Météorologie du Sénégal AOR : Atlantic Ocean Region APR : Asia Pacific Region ARTP : Agence de Régulation des Télécommunications et Postes ASECNA : Agence pour la Sécurité de la Navigation aérienne en Afrique et à Madagascar ATS : Aeronautical Traffic Services B BLU : Bande Latérale Unique BSS : Broadcasting Satellite Service BUC : Block Up Converter (convertisseur en hautes fréquences) C CCIR : Comité Consultatif International des Radiocommunications CDMA : Code Division Multiple Access CIDIN : Common ICAO Data Interchange Network D DA-TDMA : Demand Assignment-Time Division Multiple Access DIETEL : Diplôme d’Ingénieur en Electronique et Télécommunications DVB-S : Digital Video Broadcasting by Satellite E EUTELSAT : European Telecommunications Satellite Organization F FDMA : Frequency Division Multiple Access FEC : Forward Error Correction FSS : Fixed Satellite Service G GEO : Geostationary Earth Orbit H HAALSS : Haute Autorité de l’Aéroport Léopold Sédar Senghor HPA : High Power Amplifier I IA-5 : International Alphabet n°5 ICAO : International Civil Aviation Organization (cf. OACI) ICC : Inter Centre Communication IDU : Indoor Unit IESS : Intelsat Earth Station Standards INTELSAT : International Telecommunications Satellite Organization IOR : Indian Ocean Region IP : Internet Protocol ITA-2 : International Telegraphic Alphabet n°2 L LEO : Low Earth Orbit LNA : Low Noise Amplifier LNB : Low Noise Block (convertisseur en basses fréquences)

7

LST : Lease Transmission Plan Program M MEO : Medium Earth Orbit MSS : Mobile Satellite Service N NMS : Network Management System NOTAM : Notice to Air Man NWIEE : North West China Institute of Electronic Equipment O OACI : Organisation de l’Aviation Civile Internationale ODU : Outdoor Unit OMM : Organisation Mondiale de la Météorologie P PAL : Phase Alternating Line PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente POR : Pacific Ocean Region Q QPSK : Quadrature Phase Shift Keying R RF : Radiofréquences RPI : Réseau Privé Indépendant RSFTA : Réseau du Service Fixe des Télécommunications Aéronautiques RTC : Réseau Téléphonique Commuté S S-ALOHA : Slotted ALOHA SAT : Sciences appliquées et Technologie SECAM : Sequential Coding Color Amplitude Modulation SFA : Service Fixe Aéronautique T TDMA : Time Division Multiple Access TEB : Taux d’erreurs binaire U UFR : Unité de Formation et de Recherche UIT : Union Internationale des Télécommunications V VSAT : Very Small Aperture Terminal

8

INTRODUCTION GENERALE

L’aviation civile offre l’un des services les plus importants existant dans le monde

(gain de temps, facilité de déplacement). Ce secteur connait une forte évolution qui fait

intervenir de plus en plus les nouvelles technologies de l’information et de la communication.

Par sa position géographique stratégique, le Sénégal a la possibilité de faire de ce

secteur, l’un de ces moteurs économiques et de promouvoir son activité touristique. Il est

donc essentiel de rendre ce secteur plus compétitif en développant l'ensemble des

infrastructures de transport de l’aviation civile.

Cependant, seule la région de Dakar bénéficie d’un programme de modernisation à

travers l’amélioration des infrastructures de l’aéroport international Léopold Sédar

SENGHOR outre la construction du nouvel aéroport international Blaise DIAGNE dans la

région de Thiès.

Il convient donc, conformément aux directives de l’Organisation de l’Aviation Civile

Internationale (OACI), de généraliser le développement des installations aéroportuaires. L’un

des objectifs de ce développement concerne l’harmonisation du Réseau du Service Fixe des

Télécommunications Aéronautiques (RSFTA) dans la zone Afrique – Océan Indien (AFI).

La réalisation de tels projets relève de la responsabilité de l’agence des Aéroports Du

Sénégal (ADS), gestionnaire des aéroports nationaux et internationaux. C’est ainsi que nous

avons étudié la faisabilité de à la mise en œuvre du RSFTA.

Pour ce faire, nous avons procédé au dimensionnement du réseau afin de présenter à l’ADS

un aperçu technique qui met évidence les avantages relatifs à la réalisation d’un tel projet.

9

L’économie du travail effectué est rapportée dans ce mémoire de fin d’études

d’ingénieur qui est structuré en trois chapitres.

Le premier chapitre traite de l’environnement dans lequel notre stage s’est déroulé et

du projet de modernisation du réseau de télécommunications destiné à l’exploitation du

Service Fixe Aéronautique (SFA). Nous nous attèlerons à mettre en évidence les objectifs de

l’ADS ainsi que les motivations relatives à ce projet. Ce qui nous permettra d’orienter l’étude

de la technologie qui sera étudiée dans le chapitre suivant.

Le deuxième chapitre expose le concept VSAT (Very Small Aperture Terminal) utilisé

pour mettre en œuvre le RSFTA. Les bases fondamentales nécessaires à la compréhension de

ce concept ont été détaillées afin de maîtriser les principales caractéristiques intervenant dans

le dimensionnement du réseau.

Le troisième chapitre est consacré à la modélisation du réseau VSAT. L’analyse des

besoins de services de l’ADS (critères de qualité) a été organisée afin d’être intégrée sous

forme de paramètres techniques lors du dimensionnement.

En conclusion générale, nous faisons la synthèse des différents aspects de notre

contribution et proposons quelques perspectives liées à cette dernière.

10

CHAPITRE I : PRESENTATION DU PROJET DE

MODERNISATION DU SERVICE FIXE AERONAUTIQUE

INTRODUCTION

Les aéroports du Sénégal sont gérés et exploités par l’agence des Aéroports Du

Sénégal (ADS). Cette dernière assure l’exécution des tâches de gestion et d’exploitation des

plateformes aéroportuaires. Dans une optique de développement des infrastructures de

l’aviation civile, un plan concernant la modernisation du réseau de télécommunications a été

élaboré.

Ce chapitre présente la structure organisationnelle de l’ADS et ses missions. Il met

l’accent sur les orientations du projet d’exploitation du Service Fixe Aéronautique (SFA).

1. AGENCE DES AEROPORTS DU SENEGAL (ADS)

En synergie avec l’ASECNA (Agence pour la Sécurité et la Navigation Aérienne en

Afrique et à Madagascar) qui regroupe un certain nombre d’états. L’ADS est un fournisseur

de service public de gestion technique et commerciale des aéroports du Sénégal.

1.1. STRUCTURE ORGANISATIONNELLE

L’agence des Aéroports Du Sénégal (ADS) a été créée par le décret n° 2008-460 du

gouvernement du Sénégal. Ce décret précise que l’agence est dotée d’une personnalité

juridique propre (titulaire de droits et soumise à des obligations) et d’une autonomie

financière qui lui permettent de mener à bien différentes missions [JOU 08].

Avec un siège social localisé à Dakar, elle est placée sous la tutelle du Ministère des

Transports Aériens et des Infrastructures. L’agence fonctionne à travers deux organes que

sont la Direction Générale et le Conseil d’Orientation. Ces deux organes sont structurés sous

forme hiérarchisée.

Par exemple, le Conseil d’Orientation comprend :

• Le Directeur Général de l’ADS ;

• un représentant du Président de la République ;

11

• un représentant du Premier Ministre ;

• un représentant du Ministre chargé de l’Aviation Civile ;

• un représentant du Ministre en charge du Tourisme ;

• un représentant du Ministre chargé des Finances ;

• le Directeur général de l’Agence Nationale de l’Aviation Civile du Sénégal

(ANACS) ;

• le Directeur général de l’Agence Nationale de la Météorologie du Sénégal (ANAMS) ;

• le Secrétaire général de la Haute Autorité de l’Aéroport International Léopold Sédar

Senghor (HAALSS) ;

• le Directeur général de l’Aéroport International Blaise Diagne.

Le travail présenté dans ce mémoire a été effectué au niveau du service de

télécommunications de la Direction Technique qui s’occupe de l’exécution des missions

confiées par la Direction Générale. Une partie de l’organigramme montre la structure détaillée

du cadre du stage (voir Annexe 1).

1.2. MISSIONS

L’action de l’ADS porte sur un certain nombre de missions et de tâches à réaliser.

L’article 3 du Chapitre Dispositions Générales du décret précité, en présente quelques unes

[JOU 08] :

• Fourniture de services de navigation aérienne et de météorologie aéronautique

conformément aux normes et pratiques recommandées par l’Organisation de

l’Aviation Civile Internationale (OACI) et l’Organisation Météorologique Mondiale

(OMM) quant aux aérodromes secondaires ;

• Exploitation et maintenance de l’ensemble des aérodromes nationaux et internationaux

répartis sur le territoire national ;

• Contrôle technique et calibration des équipements utilisés dans les aéroports.

En général, ces missions sont élaborées sous forme de projets dont le principal objectif

est de répondre aux exigences de normes internationales de sécurité et de qualité de l’aviation

civile dans l’ensemble des aérodromes.

12

2. PRESENTATION DU PROJET

En 2008, l’OACI a lancé un projet d’envergure destiné à l’exploitation du Service Fixe

Aéronautique (SFA). Il s’agit de la modernisation et de l’harmonisation des réseaux de

télécommunications en vue d’améliorer le système de navigation aérienne dans la zone AFI

(Afrique – Océan Indien) [OAC 01].

Le SFA comprend des systèmes et des applications utilisés dans les communications

sol-sol (point à point et/ou point à multipoint) du service international des

télécommunications aéronautiques :

• Circuits et réseaux de communications vocales directes ATS (Aeronautical Traffic

Service) ;

• Systèmes de diffusion, circuits et réseaux de renseignements météorologiques

d’exploitation ;

• Réseau du Service Fixe des Télécommunications Aéronautiques (RSFTA) ;

• Réseau OACI commun d’échange de données CIDIN (Common ICAO Data

Interchange Network) ;

• Services de messagerie des services de la circulation aérienne (ATS) ;

• Communications inter centres ICC (Inter Center Communication).

Dans cette même dynamique, nous décrivons l’état des systèmes de communication

existants afin de repérer d’éventuelles insuffisances et de dégager des orientations de

solutions.

3. ETAT DE L’EXISTANT DES SYSTEMES DE COMMUNICATION

Lorsqu’il s’agit d’évaluer les performances d’un système de communication, il est

important de considérer leur état en référence aux exigences techniques. Pour le cas présent,

les systèmes de communication utilisés à l’ADS sont les suivants :

• Les radios BLU1 (Bande Latérale Unique) pour les communications vocales directes

ATS entre les aéronefs et les stations dans certains aérodromes régionaux (cas

de Ziguinchor) ;

1 L'émission à bande latérale unique est une forme de modulation d'amplitude dans laquelle la porteuse et une des bandes latérales sont supprimées. La BLU est surtout utilisée pour les liaisons de téléphonie HF (Hautes Fréquences), dans le domaine maritime, militaire, aviation ou radioamateur.

13

• le RTC (Réseau Téléphonique Commuté) pour la transmission des

messages aéronautiques ;

Ces outils de communication utilisent des supports de transmission différents et sont

caractérisés par un certain nombre de contraintes opérationnelles et/ou règlementaires que

sont :

• La non-conformité aux normes de l’OACI pour le système de communication par

radios BLU

Le système de communication par radios BLU ne répond pas aux normes actuelles de

l’OACI. De plus, l’évolution technologique et le souci d’harmonisation contraignent à la

mise à jour des équipements de radiocommunication.

• Le risque de pannes des lignes téléphoniques (vétusté des répartiteurs) et la non-

conformité aux normes de l’OACI

La sécurité des vols est l’un des critères les plus importants dans l’aviation civile d’où

l’obligation de considérer le niveau de fiabilité des systèmes de transmissions des

informations aéronautiques. Du point de vue normalisation, les informations transmises

doivent respecter un format standard afin de faciliter le transfert, l’échange, le stockage et

le traitement des informations aéronautiques en mode texte utilisant le format ITA-2

(International Telegraphic Alphabet n°2) ou IA-5 (International Alphabet n°5) [OAC01] ;

4. PROBLEMATIQUE

A l’ADS, chaque système de communication utilise un support spécifique (BLU, RTC

et réseau IP) ce qui rend la gestion plus complexe (grand volume de travail) et alourdit la

maintenance (obligation de polyvalence des agents). Ces contraintes conditionnent l’action de

pays comme le Sénégal, membres de l’OACI, qui doivent mettre en œuvre les politiques de

l’organisation afin de répondre aux critères de performances et de qualité de service. Dans ce

contexte, tout aéroport hors normes de l’OACI s’expose à des sanctions (amendes,

interdiction d’accueillir des aéronefs, etc.) [TOU 10].

Dans le cas d’une mise en œuvre effective du RSFTA, l’installation d’un réseau VSAT

est une bonne solution pour s’affranchir des limites de distance entre aéroports, renforcer

l’équilibre du système de navigation civile sur l’ensemble du territoire et faciliter

l’interconnexion avec les réseaux opérant dans la zone AFI. Ce réseau est également adapté

pour fédérer l’ensemble des services et applications du SFA.

14

5. PLAN D’ACTION

Le plan d’action traite de l’amélioration du système de navigation civile sur le plan

national. Notre objectif est d’étudier le dimensionnement du RSFTA. Nous proposons de

déterminer les services supportés par un tel réseau en présentant la zone d’étendue du projet.

5.1. FONCTIONS DU RSFTA

Le RSFTA a pour but principal de véhiculer des informations relatives à l’aviation

civile et de permettre leur partage entre les aérodromes qui lui sont connectés.

Il s’agit essentiellement d’informations véhiculées à travers des messages

aéronautiques, des données météorologiques et des communications vocales.

Les fonctions de ce réseau sont les suivantes :

� Transmission et échange d’informations aéronautiques et météorologiques entre

aérodromes :

Ces types d’informations sont transmis par des NOTAM (Notice To Airman) sous forme

d’avis donnant des renseignements communiqués en temps réel aux agents chargés des

opérations aériennes.

Les avis concernent principalement l’établissement, l’état ou la modification d’une

installation, d’un service, d’une procédure aéronautique, ou d’un danger pour la

navigation aérienne [OAC 01]. Ils sont répartis sont repartis par catégories sous forme de :

• Messages de détresse émis par des stations mobiles (aéronefs) pour rendre compte

d’un danger ou pour demander une assistance immédiate à apporter à une station

mobile en détresse ;

• Messages d’urgence relatifs à la sécurité d’un navire, d’un aéronef ou de tout autre

véhicule, ou de toute personne à bord ou à portée de vue ;

• Messages relatifs à la sécurité des vols envoyés par un exploitant d’aéronefs (pilote) et

présentant un intérêt immédiat pour un aéronef ;

• Messages météorologiques concernant des prévisions (de zones, de trajets) ;

• Messages intéressant la régularité des vols ;

• Messages administratifs aéronautiques relatifs au fonctionnement, à l’entretien des

installations et des services fournis pour la sécurité ou la régularité des vols ;

15

� Communications vocales directes ATS et communications inter centres ICC [OAC 01] :

Les communications vocales directes ATS concernent l’échange de renseignements entre

les organismes du service de la circulation aérienne (aérodromes, siège de l’ADS) par le

biais de circuits téléphoniques du SFA. Les applications ICC permettent aux utilisateurs

du service de la circulation aérienne d’échanger des informations relatives aux services

suivants :

• Notification de vols ;

• Coordination de vols ;

• Transfert du contrôle et des communications ;

• Planification de vols ;

• Gestion de l’espace aérien ;

• Gestion des flux du trafic aérien.

5.2. CHAMP D’ETUDE : L’ADS ET LES AERODROMES REGIONAUX

L’ADS a donc sélectionné cinq aérodromes parmi les quinze aérodromes répartis sur

le territoire national (voir Annexe 5) en fonction de leur caractère. Il s’agit du siège de

l’agence et des aérodromes de Dakar (aéroport international régulier), Saint-Louis (aérodrome

principal douanier), Tambacounda (aérodrome principal), Ziguinchor (aérodrome principal

douanier), et de Cap-Skirring (aérodrome principal douanier).

Au niveau du bloc technique de la représentation de l’ASECNA (bureau CNS/Met,

anciennement dénommé bureau Radio) nous avons étudié les notions fondamentales sur les

réseaux VSAT et recueilli les caractéristiques de certains équipements (modems, antennes,

etc.) et fournisseurs d’équipements (INEOSat, CORIS).

Afin d’approfondir l’étude sur le dimensionnement des réseaux VSAT, nous avons

également effectué des recherches au niveau de la station terrienne de l’ASECNA (documents

IESS). Nous y avons également découvert des logiciels permettant de les modéliser,

notamment le LST (Lease Transmission Plan Program) dont l’utilisation sera exposée dans le

troisième chapitre.

16

CONCLUSION

Ce chapitre, ayant présenté l’environnement de l’agence, nous a permis de mettre en

évidence son domaine d’activité (aviation civile , services aéroportuaires), ses

missions (gestion, exploitation et maintenance des aérodromes) et ses objectifs spécifiques

(modernisations des installations existantes) tel que le projet de mise en œuvre du SFA.

Cependant, des insuffisances ont été observées au niveau des systèmes de

communication existants. Il s’agit essentiellement de contraintes liées aux recommandations

de l’OACI concernant les systèmes de communication dédiés à la navigation aérienne civile.

Afin d’aider à l’amélioration de la qualité de services aéronautiques et

météorologiques sur le plan national, nous avons défini des priorités relatives au projet du

SFA. L’orientation qui en ressort traite du dimensionnement du RSFTA en considérant le

concept et les caractéristiques de la technologie utilisée pour sa réalisation.

17

CHAPITRE II : COMMUNICATIONS PAR SATELLITE : LA

TECHNOLOGIE VSAT

INTRODUCTION

De nos jours, les réseaux satellitaires sont exploités dans plusieurs domaines

(Télévision, Radio, Téléphonie, etc.). Ils sont très souvent utilisés par des entreprises dont le

siège et les annexes sont relativement éloignées (échelle nationale, régionale ou

intercontinentale). C’est le cas de l’ADS siégeant à l’Aéroport Léopold Sédar Senghor lorsque

l’on considère les aérodromes régionaux comme annexes.

La mise en œuvre de tels réseaux est liée au concept de la technologie VSAT qui est

exposé dans le présent chapitre à travers les segments terrestre et spatial.

1. LE SEGMENT TERRESTRE : LE RESEAU VSAT

1.1. LA STATION VSAT

Communément appelé “VSAT”, la tendance est de croire qu’il s’agit uniquement de la

partie la plus visible, constituée de l’antenne et de l’équipement radiofréquences (RF). C’est

un système composé de deux parties distinctes que sont l’unité externe et l’unité interne.

1.1.1. Principe d’une liaison satellite

Les VSAT sont connectées entre elles par des liaisons radiofréquences via un satellite

comme l’indique la figure 1. La liaison établie de la VSAT vers le satellite est dite montante

(uplink). Elle est dite descendante (downlink) dans le cas inverse. Lorsque la liaison est établie

d’une station VSAT à une autre via le satellite, on parle de liaison bout en bout (bond ou

saut).

Figure 1 : Synoptique d’une liaison satellite [MAR 03]

VSAT A VSAT B

18

Fondamentalement, le satellite reçoit les porteuses des liaisons montantes provenant

des VSAT émettrices situées dans le champ de vision de son antenne réceptrice, les amplifie,

les transpose en fréquence sur une bande inférieure et les transmet vers les VSAT situées dans

le champ de vision de son antenne émettrice.

Il existe (selon la technologie) des fonctions de traitement embarquées à bord du

satellite comme la commutation et le multiplexage.

Ces fonctions augmentent la complexité du satellite, offrent une flexibilité de

fonctionnement et améliorent la performance des liaisons en optimisant l’utilisation de la

bande passante tout en permettant la réduction du coût des stations terriennes.

1.1.2. Description d’une station VSAT

Comme le montre la figure 2, une station VSAT est constituée de deux ensembles

d’équipements distincts : L’unité externe (outdoor unit, ODU) et l’unité interne (indoor unit,

IDU).

Figure 2 : Blocs d’équipements d’une station VSAT [MAR 03]

19

L’unité externe (ODU) joue le rôle d’interface avec le segment spatial. Ces éléments de base

sont :

• Les convertisseurs en hautes fréquences, (BUC, Block Up Converter) et en basses

fréquences (Down Converter ou LNB, Low Noise Block) qui assurent respectivement

la transposition en hautes fréquences (bande C par exemple) des signaux provenant de

l’ IDU et la transposition en fréquence intermédiaire (de 70 MHz ou 140 MHz) des

signaux provenant du satellite. Ils sont parfois appelés mélangeurs de fréquences.

• L’amplificateur de puissance, (Power Amplifier ou HPA, High Power Amplifier) qui

amplifie les signaux provenant de l’IDU.

• Le duplexeur (diplexer), un guide d’ondes qui permet d’isoler les signaux d’émission

et de réception.

• Le bloc amplificateur des signaux de réception, (Low noise receiver ou LNA, Low

Noise Amplifier) qui amplifie les signaux provenant du satellite.

• Le bloc synthétiseur de fréquences variables (remote agile frequency synthesizer) qui

permet d’une part au BUC et au LNB d’assurer la conversion sur différentes

fréquences de porteuses et d’autre part de maintenir une fréquence intermédiaire

constante au niveau du le câble de liaison entre l’IDU et l’ODU.

L’unité interne (IDU) joue le rôle d’interface du côté des terminaux utilisateurs ou des

réseaux locaux. Ces éléments de base sont :

• Le codeur (FEC encoder) qui reçoit en entrée les signaux numériques auxquels sont

appliqués un code spécifique.

• Le décodeur (FEC decoder) qui reçoit les signaux démodulés. Le code utilisé a pour

rôle de contrôler et éventuellement de corriger les erreurs de transmission causées par

les interférences.

• Le modem (modulator/demodulator) qui assure d’une part la modulation des porteuses

par les signaux numériques codés provenant des terminaux utilisateurs, et d’autre part,

la démodulation des signaux provenant de l’ODU.

• Le bloc synthétiseur de fréquence fixe (Fixed frequency synthesizer) qui assure la

conversion en bande de base des signaux à fréquence intermédiaire provenant de

l’ ODU.

• L’interface bande de base (baseband interface) qui supporte les ports d’entrée/sortie

des terminaux utilisateurs.

20

1.2. LE HUB

Dans un réseau VSAT, il existe généralement une station maîtresse appelée

communément Hub.

1.2.1. Description du Hub

L’architecture du hub est sensiblement identique à celle d’une station VSAT classique

du point de vue de l’unité extérieure (ODU). La principale différence se situe au niveau des

fonctions de l’unité interne (IDU). La figure 3 en illustre les différents sous systèmes.

Figure 3 : Sous systèmes du Hub [MAR 03]

1.2.2. Fonctions du Hub

L’unité interne (IDU) du hub est équipé d’un système de gestion du réseau, (Network

Management System, NMS) qui assure entre autres :

� Des fonctions administratives permettant la :

• Gestion des comptes pour enregistrer la configuration ou l’activité au sein du réseau

et établir la facturation de chaque station VSAT ;

• Collecte et de l’archivage des informations du réseau pour analyser les performances,

les sollicitations des services et prévoir d’éventuelles reconfigurations ;

• Gestion de l’inventaire des équipements du réseau.

Interfaces de connexion

21

� Des fonctions opérationnelles telles que la :

• Gestion des configurations pour activer/désactiver les VSAT, les interfaces réseau, les

canaux satellite, allouer automatiquement des ressources aux VSAT ;

• Supervision et le contrôle en temps réel du réseau.

1.3. CARACTERISTIQUES DES RESEAUX VSAT

Les réseaux VSAT sont caractérisés par leur topologie, le type de liaisons

(uni/bidirectionnelle), la nature des informations véhiculées et les options de connectivité

qu’ils offrent entre les différentes stations.

La conception du réseau vise à équilibrer les exigences des segments terrestre et

spatial afin de trouver une solution globale de rapport coût-efficacité.

1.3.1. Topologies

Il existe trois types de topologie de réseaux : étoilée, maillée et mixte. Chacune d’elles

offre des avantages particuliers mais présente également des inconvénients.

• Topologie en étoile

Dans la topologie étoilée (figure 4), les VSAT ne peuvent communiquer entre elles

que par l’intermédiaire du hub. La liaison d’une station à une autre nécessite donc un double

bond, ce qui constitue un inconvénient majeur (délai de transmission). Cette configuration a

pour avantage de minimiser le coût des VSAT et la capacité satellitaire nécessaire.

Figure 4 : Topologie en étoile [MAR 03]

• Topologie en maille

La topologie maillée (figure 5) a pour avantage de permettre à toutes les VSAT de

communiquer directement les unes avec les autres. Cependant, un hub doit contrôler la

procédure d’établissement et d’interruption des communications. Une station VSAT équipée

d’un système de gestion du réseau (NMS) peut jouer le même rôle que le hub.

22

Étant donné que chaque VSAT doit avoir assez de puissance à l’émission et

suffisamment de sensibilité en réception pour communiquer avec toutes les autres VSAT. La

topologie maillée a donc comme inconvénient d’exiger des antennes plus larges et des

amplificateurs d’émission plus puissants.

Figure 5 : Topologie en maille [MAR 03]

• Topologie mixte

La topologie mixte associe les deux topologies précédentes. Cette topologie est utile

pour des réseaux dans lesquels certaines VSAT sont plus sollicitées que d’autres en termes de

volume de trafic.

Les stations les plus sollicitées peuvent donc être configurées pour une topologie

maillée pour réduire le coût des équipements du hub ainsi que les ressources satellitaires

nécessaires pour un double bond. Les autres stations du réseau peuvent communiquer avec

celles configurées pour la topologie maillée à travers une topologie étoilée.

Figure 6 : Topologie mixte [MAR 03 (modifié)]

Sur la figure 6, les stations grisées (2 VSAT et 1 Hub) constituent le sous réseau en

étoile et le reste constitue le sous réseau maillé.

23

1.3.2. Types de données

Les réseaux VSAT permettent de transmettre plusieurs types d’informations. Il s’agit

de :

• Données : Les systèmes VSAT ont été développés initialement pour la

transmission de données.

• Voix : La transmission de la voix peut être effectuée sur les réseaux à liaisons

bidirectionnelles. Ses performances sont liées au faible débit grâce à des codeurs

vocaux. Ses performances sont liées au temps de traitement des codeurs et au

temps de propagation de l’information.

• Vidéo : La transmission numérique de la vidéo par satellite fait généralement

usage de la norme DVB-S (Digital Video Broadcasting by Satellite). Pour pallier à

la limitation de puissance en liaison montante (due aux éventuelles interférences

causées par les lobes secondaires pour une puissance d’émission relativement

élevée), la transmission est effectuée à faible débit à l’aide de techniques de

codage et de compression vidéo. En effet, le théorème de Shannon décrivant la

capacité d’un canal additif gaussien blanc (AWGN, Additive White Gaussian

Noise) met en relation puissance et débit de transmission.

� � � log� �1 ���� �

� ���. �. ��

C : Débit maximal transmissible (capacité du canal) ; W : bande passante du canal ;

����

: Rapport entre énergie binaire et bruit.

On peut augmenter le débit (C) en augmentant la bande passante (W), ou en augmentant la

puissance du signal (par l’augmentation de ����

) d’où le dilemme entre bande passante

(raréfaction et cherté de la ressource) et puissance d’émission (dus au seuil admissible des

lobes secondaires causant des problèmes d’interférences sur d’autres stations

terriennes/spatiales).

1.3.3. Protocoles d’accès au satellite

Un protocole d'accès au satellite décrit la façon dont plusieurs VSAT partagent la

bande passante du satellite [INT 98].

Il existe trois techniques d’accès permettant de partager la bande passante du satellite

entre plusieurs utilisateurs : l’Accès Multiple à Répartition de Fréquences (AMRF), l’Accès

24

Multiple à Répartition de Temps (AMRT), et Accès Multiple à Répartition de Codes

(AMRC).

L’AMRF (ou FDMA, Frequency Division Multiple Access) permet au réseau de

partager la capacité satellitaire en utilisant une fréquence différente pour chaque porteuse

(figure 7, A). Les porteuses (carriers) n’ont pas besoin d’avoir la même puissance ou la même

bande passante, mais leur somme doit être contenue dans la capacité allouée.

L’AMRT (ou TDMA, Time Division Multiple Access) permet aux utilisateurs d'accéder

à la capacité allouée à des instants différents. Chaque station VSAT transmet en rafales des

informations à intervalles de temps (time slots) prédéfinis, ce qui nécessite une bonne

synchronisation. Une fois la transmission terminée, le time slot est libéré pour d’autres VSAT.

A un intervalle de temps donné (Burst), toute la bande passante et la puissance totale sont

allouées à un seul utilisateur (figure 7, B).

L’AMRC (ou CDMA, Code Division Multiple Access) permet à toutes les VSAT de

transmettre simultanément, sur la même bande de fréquence, avec la même puissance (figure

7, C). En AMRC, une séquence pseudo-aléatoire (technique de codage canal) code le signal

original. Le signal codé est alors transmis sur une bande passante plus large. Pour restaurer le

signal original, le récepteur fait une corrélation entre le signal reçu et la même séquence

pseudo-aléatoire.

Figure 7 : Les formes de base des techniques d’accès à la capacité satellitaire [INT 98]

Le trafic généré par les stations VSAT est souvent sporadique pour qu’on leur affecte

des ressources permanentes. En utilisant des protocoles d’accès au réseau, le partage de la

capacité est optimisé. Les protocoles d’accès au réseau allouent donc de la capacité à chacune

des stations, suivant la demande de trafic à véhiculer. La requête de capacité est généralement

faite par la station VSAT.

25

Il existe un grand nombre de protocoles (développés généralement pour chaque

programme satellite) répartis en trois catégories de protocoles d’accès au satellite : les

protocoles d’affectation à la demande, d’affectation fixe et d’affectation aléatoire.

Pour un protocole d’affectation à la demande, la station VSAT émet des requêtes vers

le hub qui lui réserve, soit une bande de fréquence (AMRF), soit un intervalle de temps

(AMRT), soit une séquence de code (AMRC). Lorsque l’affectation est faite, la station VSAT

peut alors transmettre ses données sur le réseau et libérer la ressource après transmission. Ce

processus implique un temps de réponse plus long mais est très efficace pour des transferts de

données à haut débit.

Pour un protocole d’affectation aléatoire (ALOHA, etc.) chaque station VSAT

transmet son trafic sans faire de requête. Ce processus offre un temps de réponse très court,

mais le volume de trafic des porteuses reste limité.

Pour un protocole d’affectation fixe (réservation par paquets) la station VSAT a un

accès permanent à une portion de la capacité du satellite qui lui est réservée. Dans ce cas, le

débit fixe des porteuses limite le volume de trafic qu’une VSAT peut véhiculer et lorsque les

porteuses ne sont pas utilisées par les stations auxquelles elles sont affectées, la capacité reste

inutilisée.

Maximiser le débit et minimiser les délais de transmission sont des caractéristiques

importantes dans le choix d'un protocole à accès multiple. Les réseaux actuels intègrent les

trois catégories de protocoles considérées précédemment afin de s'assurer que la technique la

plus appropriée est disponible pour chaque utilisateur final. Le tableau 1 présente les

caractéristiques de quelques protocoles (de la famille ARMT) utilisés dans les

communications par satellite.

Protocole d’accès Rendement Temps de réponse Application ALOHA 2 13 à 18 % < 0,5 seconde Messages de taille variable S-ALOHA 25 à 36 % < 0,5 seconde Messages de taille fixe DA-TDMA 60 à 80 % < 2 secondes Messages de taille variable

Tableau 1 : Comparaison des performances de quelques protocoles d’accès [INT 98]

Le rendement indique l’occupation de la liaison pour une capacité allouée et le temps

de réponse est relatif au délai d’établissement de la liaison. Par exemple, pour une bande

passante de 100 KHz, le protocole ALOHA n’exploite qu’une portion comprise entre 13 KHz

et 18 KHz.

2 Le premier protocole de réseau local, nommé " Aloha ", a été mis au point en 1970 par Norman Abramson à l’université d’Hawaï. Ce protocole est basé sur le principe de l’accès aléatoire sur une même bande de fréquence.

26

1.4. LICENCES ET REGULATIONS

Les liaisons VSAT utilisant le principe des radiocommunications. Il est essentiel que

leur exploitation soit règlementée, vu l’accroissement des réseaux de ce type et la limitation

du spectre des radiofréquences.

La régulation des radiocommunications est indispensable pour assurer une utilisation

efficiente et économique des bandes de fréquences. L’UIT (Union Internationale des

Télécommunications) est chargée de promouvoir, de coordonner et d’harmoniser les

différents systèmes de radiocommunication. Dans le domaine des réseaux VSAT, la question

de la règlementation concerne trois aspects : Les licences, la régulation des segments terrestre

et spatial [MAR 03].

1.4.1. Licences

Une licence doit être attribuée par l’autorité de régulation des télécommunications du

pays dans lequel le réseau VSAT doit être installé. Cette dernière définit les clauses

techniques que l’opérateur s’engage à remplir pour l’installation et l’exploitation de son

réseau. Ainsi, un opérateur de réseau, détenant une licence pour une certaine bande de

fréquences, est exempt des problèmes d’interférences [MAR 03].

1.4.2. Régulation du segment spatial

L’accès au segment spatial est soumis aux conditions fixées par les opérateurs

satellitaires tels (INTELSAT ou EUTELSAT) concernant les liaisons radiofréquences. Les

services de radiocommunication du segment spatial ont été définis dans des bandes de

fréquences normalisées. Il s’agit d’applications spécifiques telles que :

• Le service satellite fixe, (FSS, Fixed Satellite Service) qui regroupe tous les services

opérant sur des stations fixes ;

• le service satellite mobile (MSS, Mobile Satellite Service) qui regroupe tous les

services opérant sur des stations mobiles ;

• le service satellite de diffusion, Broadcasting Satellite Service (BSS) qui regroupe tous

les services de radiodiffusion par satellite comme le DVB-S et le DAB (Digital Audio

Broadcasting).

27

Services de radiocommunication Bandes de fréquences uplink/downlink (GHz)

Terminologies utilisées

Service Satellite Fixe

6/4 Bande C 8/7 Bande X

14/12-11 Bande Ku 30/20 Bande Ka

Service Satellite Mobile 1,6/1,5 Bande L 30/20 Bande Ka

Service Satellite De Diffusion 2/2,2 Bande S

2,6/2,5 Bande S Tableau 2 : Attribution des fréquences et services satellite correspondants [MAR 09]

A chaque service est attribué une ou plusieurs bandes de fréquences. Les bandes de

fréquences attribuées peuvent être exclusivement réservées pour un service donné ou

partagées entre plusieurs services [MAR 09]. Nous nous intéressons exclusivement aux

bandes C et Ku. Les réseaux VSAT du Service Satellite Fixe (stations immobiles) opèrent

généralement en bandes C et Ku.

La bande C est la partie du spectre électromagnétique définie par les fréquences de 3,4

GHz à 7,075 GHz. La puissance d'émission est relativement faible par rapport à la bande Ku

d’où la nécessité d’utiliser des antennes de grands diamètres (plus de 1 mètre). Cependant la

bande C est moins sensible aux intempéries que la bande Ku.

La Bande Ku est la partie du spectre électromagnétique définie par la bande de

fréquences de 10,7 GHz à 12,75 GHz. Outre la haute sensibilité de cette bande, elle permet

d’utiliser des antennes de diamètres réduits (moins de 1 mètre).

Les bandes de fréquences sont attribuées par rapport à la division du segment terrestre

en trois régions comme l’indique la figure 8 :

• Région 1 : Europe, Afrique, Moyen Orient, Zone ex. Union Soviétique ;

• Région 2 : Amérique ;

• Région 3 : Asie, Océanie.

Figure 8 : Découpage régional du segment terrestre [MAR 03]

28

La sélection d’une bande de fréquences pour un réseau VSAT dépend de la

disponibilité des satellites couvrant la région dans laquelle le réseau doit être installé et des

interférences (porteuses non désirées captées par l’équipement de réception et perturbant le

démodulateur en agissant comme du bruit, s’ajoutant ainsi au bruit thermique).

Elles constituent un problème à cause de la taille des antennes qui, en termes de

diagramme de rayonnement se traduit par un large faisceau. En effet, comme l’indique

l’équation suivante, l’ouverture angulaire à mi-puissance (-3dB) du faisceau d’une antenne est

fonction du produit de son diamètre et de sa fréquence de fonctionnement [MAR 03] :

���� � 70"#$ %Degrés* ���. �. ��

+,-./ : Ouverture angulaire à mi-puissance (degrés) ; D : diamètre antenne (mètres) ;

f : fréquence de fonctionnement (Hertz) ; c : célérité de la lumière (3×108 ms-1).

1.4.3. Régulation du segment terrestre

L’ARTP (Agence de Régulation des Télécommunications et des Postes) établit des

documents relatifs aux conditions que doivent remplir les opérateurs et exploitants de réseaux

de télécommunication. Dans notre cas, les stations VSAT doivent être conformes à la

réglementation spécifiée dans l’annexe n°2 du formulaire de demande d’autorisation

d’exploitation d’un réseau privé indépendant3 (RPI) établi par l’ARTP.

2. LE SEGMENT SPATIAL : LE SATELLITE

L’élément principal du segment spatial assurant la liaison entre les VSAT et

permettant effectivement la création du réseau est le satellite.

2.1. FONCTION DE RELAIS

Dans un réseau VSAT, le satellite reçoit les signaux des porteuses montantes (uplink)

émises par des stations terriennes et les retransmet à d’autres stations terriennes sur des

porteuses descendantes (downlink).

Par conséquent, le satellite joue le rôle de relais et permet, d’assurer les liaisons

radiofréquences entre sites distants. Le satellite qui est positionné à une altitude plus élevée

que les relais terrestres est capable de relier des stations très distantes (liaisons

intercontinentales).

3ARTP - Demande d’autorisation d’exploitation d’un réseau privé indépendant, 08 Janvier 2008.

29

2.2. NOTION DE CHARGE UTILE

Le satellite est constitué d’une plateforme et d’une charge utile [MAR 09].

La plateforme est constituée des équipements électroniques permettant à la charge utile de

fonctionner correctement. Il s’agit essentiellement de l’alimentation, des capteurs, du système

de guidage et de propulsion.

La charge utile permet de :

• Détecter des porteuses montantes transmises par les stations terriennes du réseau avec

le minimum d’interférences possibles ;

• Amplifier des porteuses reçues (de l’ordre de quelques dizaines de picowatts) en

limitant autant que possible le bruit et les distorsions par des opérations de filtrage et

de correction d’erreurs ;

• Transposer des signaux des porteuses montantes sur des porteuses descendantes ;

• Fournir de la puissance nécessaire à l’entrée de l’antenne d’émission du satellite (de

quelques dizaines de watts à des centaines de watts) ;

• Emettre des porteuses descendantes vers les stations terriennes.

Il existe deux types de charges utiles [MAR 03] :

• La charge utile transparente : Les signaux des porteuses montantes sont amplifiés et

transposés sur des porteuses descendantes sans opération de démodulation. Il n’y a

donc pas de distinction entre porteuse montante et bruit ; les deux signaux sont ainsi

retransmis vers les stations terriennes ;

• la charge utile régénérative : Les porteuses montantes sont démodulées. Le flux

binaire extrait est alors utilisé pour moduler une porteuse descendante. Cette dernière,

exempt de bruit permet d’améliorer la qualité du signal reçu par les stations terriennes.

2.3. CATEGORIES DE SATELLITES

En fonction du domaine d’applications et des services de chaque satellite, il existe

plusieurs catégories de satellites. Nous allons nous intéressé à un critère particulier qu’est

l’orbite. On distingue les orbites géostationnaire (GEO Geostationary Earth Orbit), moyenne

(MEO Medium Earth Orbit) et basse (LEO Low Earth Orbit).

30

Les orbites LEO et MEO désignent respectivement toute orbite terrestre entre 644 km

et 2500 km d'altitude et entre 2500 km et 6500 km d’altitude. L’orbite GEO possède la même

période de rotation que la terre soit 23 heures 56 minutes et 4 secondes. Les satellites

géostationnaires sont mis en orbite au niveau de l’équateur et la hauteur pour cette orbite est

d’environ 36000 km.

L’avantage de l’orbite GEO est que le satellite suit en permanence la zone qu’il doit

couvrir ce qui permet d’utiliser des antennes à orientation fixe.

L’un des inconvénients de cette orbite est la latence du signal. On observe des temps de

montée et de descente de 125 ms auxquels s’ajoute le temps de traitement au niveau du

satellite et des VSAT, ce qui donne un délai total d’un peu plus de 300 ms [FLO 03].

Chaque satellite couvre une surface terrestre bien déterminée. Il est alors essentiel que

le faisceau du satellite couvre intégralement l’étendue du réseau pour assurer l’opérabilité de

ce dernier.

2.4. CRITERES DE SELECTION DU SATELLITE

Le choix des satellites pour des services de réseaux VSAT comporte des aspects

techniques, administratifs et commerciaux. D’une part, le satellite doit être positionné à une

longitude où il est visible de toutes les stations terriennes du réseau. D’autre part, la zone de

couverture du satellite doit correspondre à l’extension géographique du réseau.

De plus, la procédure de sélection comprend les négociations relatives aux questions

règlementaires et financières [MAR 03].

2.5. AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES RESEAUX VSAT

Face aux besoins de l’ADS, nous énumérons quelques avantages avec un réseau

VSAT qui assurerait la liaison entre les différents aérodromes :

• Fiabilité des liaisons (haute qualité de service) et sécurité des données (faible risque

d’interception) ;

• Indépendance du réseau face aux opérateurs téléphoniques : Le réseau pourra

fonctionner dans un univers privé, donc ne génèrera pas de frais (outre la location de

la bande passante du satellite) pour les communications internes ; ce qui amortit

considérablement l’investissement (coût du réseau) à long terme.

31

• Bonne performance du réseau : Peu importe la position géographique des sites, chacun

d'eux bénéficie de la même accessibilité au réseau, de la même protection et de la

même qualité de signal. (Voir disponibilité des liaisons en Annexe 4) ;

• Flexibilité et évolutivité du réseau : face à l’évolution des besoins, il est possible de

réadapter le réseau (en termes de topologie et de configuration) à de nouvelles

exigences.

• Intégration de plusieurs applications : VoIP (Voice over IP), visioconférence ;

• Gestion dynamique de la bande passante : Selon le type de trafic à transmettre, on peut

établir des priorités : Il existe différents protocoles d’accès à la capacité satellitaire,

adaptés aux différents types de trafics et de services ;

• Facilité de déploiement : l’installation des stations est relativement simple.

Les réseaux VSAT présentent néanmoins quelques inconvénients dont les plus

contraignants sont :

� Le coût élevé des investissements

Le principal inconvénient du réseau de VSAT est son prix. En effet, le hub qui est

l'élément central du réseau impose un investissement de base important. Cette barrière

financière relativement importante limite l'accès à la technologie.

� Le risque d’une panne globale du réseau

En topologie étoilée, la gestion du réseau centralisée au niveau du hub entrainerait une

paralysie globale en cas de panne de ce dernier.

En topologie mailée ou mixte, une panne de hub causerait néanmoins l’interruption de

certaines liaisons.

Pour pallier à cet inconvénient, on installe généralement un système secondaire (ou de

redondance) qui fonctionne parallèlement avec le système principal du hub afin d’assurer une

continuité de service.

32

CONCLUSION

Les différentes notions relatives à un réseau VSAT nous permettront dans la suite, de

proposer une solution adaptée au plan d’action établi antérieurement. En résumé, la

technologie VSAT peut être caractérisée par les facteurs suivants :

• Servies supportés par le réseau, caractéristiques des services ;

• caractéristiques techniques du réseau en réponse aux exigences des services (qualité de

service).

A partir de ces points il est alors possible de faire une étude technique précise. Dans le

contexte actuel, il sera question de modéliser l’ensemble du réseau en fonction des services et

des exigences de qualité déterminées.

33

CHAPITRE III : CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DU

RESEAU VSAT

INTRODUCTION

L’installation d’un réseau VSAT est le résultat d’un processus nécessitant des

ajustements récursifs afin de parvenir à un équilibre entre les exigences des services du réseau

et les performances réelles du réseau.

Dans ce chapitre, il s’agira de proposer un modèle de réseau en fonction des

paramètres de qualité de services qui seront déterminés. Ensuite, nous calculerons et

choisirons les paramètres techniques des équipements du réseau.

1. CONCEPTION DU RESEAU

Cette étape de l’étude concerne la modélisation du réseau. Nous déterminerons les

caractéristiques techniques du réseau en nous basant sur les exigences de qualité de service

requises pour les applications dédiés à la transmission des données et de la voix. Le nombre

important de paramètres et l’influence mutuelle existant entre ces derniers rendent en général

le dimensionnement d’un réseau VSAT assez fastidieux. Poue ce faire, nous exploiterons les

fonctionnalités d’un outil d’aide à l’ingénierie des réseaux de communications par satellite

afin de dimensionner le RSFTA.

1.1. LOGICIEL D’AIDE AU DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX VSAT : LE

LST

Dans le cadre de notre travail, nous avons utilisé le LST (Lease Transmission Plan

Program) qui possède les caractéristiques de tous les satellites de l’opérateur Intelsat.

Pour des raisons d’accessibilité et de disponibilité (conditions de confidentialité liées à

la version du LST utilisée par l’ASECNA), nous présentons ici les étapes du calcul du bilan

de liaison de la version 4.1 du logiciel : choix du satellite, paramètres du satellite, paramètres

des stations terriennes, paramètres des porteuses et des liaisons, option d’analyse du bilan de

liaison.

34

• Choix du satellite : une fenêtre présente la liste des satellites disponibles (figure 9).

Figure 9 : Liste des satellites disponibles [INT 98]

• Paramètres du satellite : après le choix du satellite, de nouvelles fenêtres apparaissant

successivement permettent de sélectionner au fur et à mesure les paramètres du satellite.

Les étapes du paramétrage sont définies comme suit :

Figure 10 : Organigramme de sélection des paramètres du satellite [INT 98]

o Zone de couverture du satellite (figure 10, A) : Les satellites d’Intelsat opèrent à

travers 4 régions : (POR, Pacific Ocean Region), la région océan atlantique (AOR,

Atlantic Ocean Region), la région océan indien (IOR, Indian Ocean Region) et la

région Asie-pacifique (APR, Asia Pacific Region). Notre réseau est situé dans la

région AOR.

o Coordonnées du satellite (figure 10, B) : Chaque satellite possède une position

orbitale selon la région choisie (cf. Tableau 6). La valeur est automatiquement

sélectionnée lorsque le satellite est référencé dans la base de données du logiciel.

Dans le cas échéant, il est possible de télécharger les paramètres du satellite désiré sur

le site de l’opérateur.

A : Zone de couverture

du satellite : AOR

B : Coordonnées du

satellite : 359° Est

C : Type de faisceau montant

: faisceau de zone

D : Zone d’implantation :

zone 1

E : Type de

faisceau descendant :

faisceau de zone

F : Zone d’implantation :

zone 1

G : Densité de puissance de

saturation : -89 dBW/m2

H : Numéro du canal satellite

(transpondeur) : 1’-2’

I : Bande passante allouée :

LST Calculated

35

o Types de faisceaux (montants/descendants) et couverture : Les satellites Intelsat

possèdent quatre types de faisceaux (global, hémisphérique, de zone, spot) permettant

de couvrir avec précision la zone d’implantation des stations émettrices (figure 10, C,

D) et réceptrices (figure 10, E, F). Le choix des types de faisceaux dépend de

l’étendue du réseau. Dans notre cas, nous avons choisi les « zone 1 » pour les

faisceaux montants et descendants.

Les trois derniers paramètres sont déterminés (ou calculés) par le logiciel.

o Densité de puissance de saturation (figure 10, G) : Il s’agit du niveau de puissance

du faisceau montant causant la saturation de l’amplificateur du satellite.

o Canal satellite (figure 10, H) : Chaque satellite possède plusieurs faisceaux qui sont

associés à plusieurs canaux satellite, chacun possédant une capacité de 36 MHz en

bande C et de 72 MHz en bande Ku.

o Bande passante à louer (figure 10, I) : Il est possible de choisir la largeur de bande

nécessaire parmi celles proposées ou d’entrer une valeur différente avec l’option

User-specified. Au cas où la largeur de bande est inconnue, l’option LST-specified

permet de la calculer.

• Paramètres des stations VSAT : Une fois toutes les informations du satellite saisies, le

logiciel présente un formulaire dans lequel doivent être saisies les informations des

stations. Le même numéro de liaison (Link 1 par exemple, cf. figure 11, A) peut

représenter toutes les stations utilisant des porteuses de caractéristiques identiques. Les

liaisons de caractéristiques différentes sont représentées individuellement. Les paramètres

des stations (émettrices et réceptrices) sont les suivantes :

o Nom de code station (nom de code que l’on attribue à la station) ;

o diamètre antenne (hub et VSAT) ;

o longitude/latitude (coordonnées géographiques de chaque station).

36

• Paramètres des porteuses : Après la saisie des paramètres des stations, les fenêtres

suivantes s’affichent successivement.

Figure 11 : Fenêtres de saisie des paramètres des porteuses [INT 98]

o Types de liaisons (figure 11, A) : Il s’agit des liaisons hub vers VSAT et VSAT vers

hub.

o Types de porteuses (figure 11, B) : Le type de porteuse est lié à la technique de

modulation (analogique/numérique) utilisée.

o Débit des porteuses (figure 11, C) : Des valeurs standards sont proposées. Il est

également possible de spécifier un débit particulier.

o Entête des porteuses (figure 11, D) : On fixe généralement la valeur à 0 pour les

réseaux VSAT.

o Techniques de modulation (figure 11, E) : Il s’agit des modulations standards en

communication par satellite.

o Type de codes correcteurs d’erreurs (figure 11, F) : On utilise généralement l’option

FEC (Forward Error Correction) pour les VSAT et l’option FEC with RS (Reed

Solomon) pour la télévision numérique ou l’internet.

o Taux de codage (figure 11, G) : Les valeurs typiques sont 1/2 pour les liaisons hub

vers VSAT et 3/4 pour les liaisons VSAT vers hub.

37

• Performances des liaisons : Des paramètres sont également utilisés comme indicateurs

de qualité des liaisons. Il s’agit des paramètres suivants :

o Le rapport entre l’énergie par bit et la densité spectrale de bruit, 0�123

4 qui dépend de la

technique de modulation choisie et du Taux d’Erreurs Binaire (TEB) fixé. C’est la

valeur seuil représentant le TEB maximum admissible pour une liaison.

o Les marges de liaisons qui indiquent la disponibilité des liaisons. Lorsqu’elles sont

intégrées dans le calcul du bilan de liaison, elles permettent d’accroitre la qualité

globale des liaisons en conditions de ciel dégagé. Elles sont déterminées en tenant

compte de données météorologiques (statistiques recueillies sur des années) qui sont

utilisées pour calculer l’atténuation typique (affaiblissement du signal d’une liaison)

pour une région donnée.

o Nombre de porteuses : Il est nécessaire de fixer le nombre de porteuses à utiliser

dans le réseau concernant les liaisons dite inbound (liaison VSAT vers Hub via le

satellite) et outbound (liaisons Hub vers VSAT via le satellite).

• Option d’analyse du bilan de liaison : la fenêtre suivante (figure 12) propose deux

options d’analyse du bilan de liaison.

Figure 12 : Option d’analyse du bilan de liaison [INT 98]

o On sélectionne l’option 1 si le réseau s’étend sur une surface géographique très vaste

(à échelle continentale par exemple) ou s’il s’agit d’une topologie en maille.

o On sélectionne l’option 2 si la plupart des VSAT sont localisées dans un rayon de 50

kilomètres autour du hub.

38

1.2. ARCHITECTURE

Les fonctions de ce réseau concernent :

• La supervision, le contrôle de l’ensemble du réseau à partir du siège de l’ADS ;

• Le stockage de toutes les informations du réseau au niveau du siège ;

• Le partage des informations de toute station avec les autres stations du réseau ;

• Le service des communications vocales exclusives entre stations (deux à deux ou à

plusieurs).

Les exigences de ces fonctions nous conduisent à opter pour une topologie en étoile avec

comme hub le site de Dakar. La figure 13 présente l’architecture proposée pour le réseau

VSAT. On distingue les stations secondaires (Saint-Louis, Tambacounda, Ziguinchor et Cap-

Skirring) connectées au Hub (station maîtresse) de Dakar via le satellite.

Les principales communications sont de type :

• Collecte de données : vers le hub ou vers une station donnée ;

• diffusion de données : du hub ou d’une station vers tous les sites ;

• point à point : entre le hub et un site secondaire, et éventuellement entre deux sites

secondaires.

Figure 13 : Architecture proposée pour le réseau VSAT

NB : Pour ne pas alourdir le schéma, toutes les possibilités des liaisons Point à Point n’ont pas

été représentées.

39

1.3. CARACTERISTIQUES DU RESEAU

1.3.1. Qualité de services et installation

Le réseau VSAT devra être en mesure de véhiculer essentiellement les services

figurant dans le tableau ci-après :

Services Descriptions Taux d’Erreurs Binaire

requis (TEB)

Communications vocales liaisons téléphoniques entre

sites 10-4

Transmission de données météo

Collecte (respectivement diffusion) des informations

météo des sites périphériques vers le site central

(respectivement du site central vers les sites

périphériques)

10-8

Transmission de données aéronautiques

Echange de NOTAM entres sites

10-8

Tableau 3 : Caractéristiques des services du RSFTA

Les valeurs de TEB pour la voix et les données ont été choisies conformément à celles

définies au niveau de la station terrienne de l’ASECNA pour les applications MESSIR

COMM 4 (pour le traitement des données météorologiques) et MESSIR AFTN (pour le

traitement des données aéronautiques). Nous utiliserons la valeur de TEB de 10-8 (qui englobe

naturellement les exigences des données et de la voix) dans la suite.

La station VSAT dans son ensemble peut être scindée en deux parties distinctes que sont :

• La partie bande de base constituée de :

o Postes d’exploitation (côté VSAT) pour les applications ;

o Terminal de l’opérateur réseau (côté hub) pour la gestion et le contrôle du réseau ;

o Postes téléphoniques : pour les communications vocales entre les sites ;

o Multiplexeurs/démultiplexeurs pour véhiculer l’ensemble du trafic dans un même

signal (canaux dédiés données et voix).

4COROBOR Systèmes propose un nombre varié d’applications englobant entre autres la navigation aérienne et les services météorologiques. http://www.corobor.com/index.html

40

• La partie d’accès au satellite constituée de :

o Modems et codecs (codeurs/décodeurs) ;

o Equipements RF et antennes.

Les schémas suivants illustrent l’installation des deux types de sites (Exploitation ;

Contrôle et Gestion).

Figure 14 : Site Exploitation : Utilisateur, Station VSAT

Figure 15 : Site Contrôle et Gestion : Opérateur, Hub

Remarque : Nous nous sommes limités à une installation minimale (un ordinateur et un poste

téléphonique). Il reviendra donc à l’équipe chargée de réaliser le projet de s’assurer

définitivement du nombre d’ordinateurs et de postes téléphoniques nécessaires ; ce qui

n’accroitra en aucun cas la complexité du processus de dimensionnement abordé dans la suite.

41

Etant donné que chaque service génère un certain débit pendant son fonctionnement,

nous calculerons le débit total utilisateur qui constitue l’un des critères d’exigence. Il sera

utilisé dans la suite pour déterminer le débit de transmission (débit de la porteuse).

1.3.2. Exigence technique : Débit théorique total utilisateur

En considérant le cas de l’installation minimale, chaque site disposera en plus des

équipements indoor de la station VSAT, d’un ordinateur sur lequel tourneront les applications

de traitement des données (météo et aéronautiques) et d’un poste téléphonique pour la

communication vocale directe inter sites comme indiqué sur les figures 14 et 15. Le tableau 4

montre l’ensemble des équipements qui permettront d’assurer les fonctions du réseau côte

bande de base pour chacun des sites.

Installation Utilisateur

Nombre Désignation Débits applications 1 Ordinateur 9,6 Kbits/s 1 Poste téléphonique 8 Kbits/s

Débit théorique total utilisateur (par site) 17,6 Kbits/s

Installation indoor

Nombre Désignation Débits 1 Multiplexeur/Démultiplexeur 17,6 Kbits/s

1 Modem/Codeur

(FEC : Viterbi, 1/2) _

Débit total bande de base (par site) Tableau 4 : Caractéristiques réseau côté bande de base

En nous référant au tableau ci-dessus, nous avons un débit total utilisateur de 17,6

Kbits/s par site. Les débits étant généralement normalisés dans les RSFTA, nous choisirons

une valeur normalisée supérieure à la valeur calculée. Les valeurs normalisées immédiatement

supérieures à 17,6 Kbits/s sont 19,2 Kbits/s et 38,4 Kbits/s.

Afin de conserver une marge pour les éventuels protocoles et techniques de

codage/décodage, nous choisissons la valeur normalisée de 56789 � 38,4 Kbits/s. C’est avec ce

débit indicatif, que nous déterminerons le débit de la porteuse.

Remarque : La documentation IESS (Intelsat Earth Station Standards) n°308 traite des

techniques de codage/décodage et des modulations qui leur sont associées. Nous opterons

pour des standards des communications satellite : La technique de codage FEC (algorithme de

Viterbi) avec un taux de codage de 1/2 et la modulation QPSK (Quadrature Phase Shift

Keying).

42

2. DIMENSIONNEMENT DU RESEAU

Dans cette partie de l’étude, il s’agit, à partir des caractéristiques des services énoncées

précédemment (TEB, débit total utilisateur), de déterminer les paramètres techniques du

réseau (bande passante et débit porteuses, type d’antennes, puissance amplificateur

d’émission) qui permettront de satisfaire la qualité de service exigée par les applications

RSFTA.

2.1. CARACTERISTIQUES DES PORTEUSES

En modulation QPSK, le lien entre le débit utile (d’informations) et le débit de

transmission de la porteuse s’exprime par la relation [UIT 95] :

5: � 56789 �1 ;<�/�>?@ %ABCDE/E* ��. -. �

5: : Débit porteuse ;

56789 : Débit théorique total utilisateur ;

OH : entête des paquets émis = 10% de 56789 ;

CFEC (taux de codage) = F �F G�⁄ ;

n : nombre de bits d’informations, r : nombre de bits de redondance.

L’algorithme de Viterbi a un taux de codage de 0,5 soit un bit de redondance pour un bit

d’information.

La largeur de bande du canal du satellite s’exprime comme suit :

I � �1 J�log��KLMNO� P 5: %A<Q* ��. -. �

KLMNO : Nombre de symboles QPSK = 4 ;

log� KLMNO � 2 BCDE ; J (Roll-off factor), 0 S J S 1 : coefficient caractérisant la réponse fréquentielle d’un canal de

transmission. La valeur de J fixée par Intelsat est 0,4.

43

Paramètres Valeurs Descriptions Efficacité spectrale – QPSK TUVWX � � �YZ[\/\�/]^ Efficacité de la modulation

Taux de codage _`a_ � �/� technique de décodage

(Viterbi) associée au QPSK ; 1 symbole pour 2 bits transmis

Débit théorique total utilisateur bcdef � -g, i j1edk/k Débit généré par les

applications Entête (overhead OH) lm � -, g j1edk/k 10% de 56789

Débit de données bnodo � i�, �i j1edk/k Rqrsr � Rtsuv OH

Débit de données après codage Débit de transmission des

porteuses by � gi, z j1edk/k Porteuses identiques

Largeur de bande du canal satellite { � 3, 3z|� }m~

Bande passante nécessaire pour véhiculer le débit de la porteuse

Tableau 5 : Paramètres - porteuses et capacité spatiale

Nous considérons des porteuses identiques (débits liaisons inbound et outbound identiques)

en admettant que chaque station transmet généralement la même information aux autres

stations du réseau (diffusion), reçoit successivement les informations des autres stations

(collecte) et peut échanger des informations intéressant une station particulière (point à point).

Les caractéristiques détaillées des porteuses figurent en Annexe 4.

2.2. LES OPTIONS DE ROUTAGE DU TRAFIC ET DE L’ACCES SATE LLITE

Du point de vue du réseau, il existe deux techniques pour le routage du trafic du réseau

[MAR 09] :

• Une porteuse par liaison VSAT – Satellite – VSAT : où le nombre des porteuses est

2�2 � ��, 2 étant le nombre de stations à installer soit 20 porteuses ;

• Une porteuse par station émettrice : où le nombre de porteuses est 2 soit 5

porteuses.

Vu la configuration de notre réseau (peu de stations et faible trafic), nous proposons la

seconde option soit une porteuse par station émettrice, ce qui permettra de réduire le coût

de la location de la bande passante.

44

Concernant le choix de la méthode d’accès, nous proposons l’option standard

TDM/PSK/FDMA qui convient très bien aux réseaux à faible nombre de stations VSAT et à

faible trafic [MAR 09] : Les informations de l’utilisateur (destinées à une ou plusieurs

stations) sont multiplexées en temps (TDM, Time Division Multiplex) pour constituer un

signal composite qui module une porteuse montante par la technique QPSK (Quadrature

Phase Shift Keying). Chaque porteuse montante accède à un canal satellite (transpondeur) via

une fréquence définie en FDMA (AMRF).

2.3. CARACTERISTIQUES DU SATELLITE IS 10-02

Le satellite IS 10-02 est l’un des satellites les plus performants d’Intelsat. Ses

faisceaux offrent une bonne couverture du Sénégal (voir Annexe 2). Nous porterons alors

notre choix sur l’IS 10-02 pour un fonctionnement en bande C. Ses caractéristiques figurent

dans le tableau ci-après :

Opérateur Intelsat Nom du satellite IS 10-02 Position orbitale 359° Est Nombre de transpondeurs 70 unités de 36 MHz PIRE Faisceau Zone : 37 à 46,4 dBW Facteur de mérite (G/T) Faisceau Zone : -4,6 à + 3 dB/K Densité de puissance surfacique -89 à -67 dBW/m2 Bande des fréquences montantes 5850 à 6425 MHz Bande des fréquences descendantes 3625 à 4200 MHz Fréquence centrale montante 5,8900 GHz Fréquence centrale descendante 3,6650 GHz

Tableau 6 : Caractéristiques de l’IS 10-02, bande C [INT 10]

2.4. COORDONNEES DES SITES ET CARACTERISTIQUES DES ANTENNES

Les coordonnées géographiques (longitude/latitude) des sites servent également de

paramètres de calcul des liaisons.

Quant aux antennes, nous choisissons les modèles C45T et C37T du constructeur

NWIEE (North West China Research Institute of Electronic Equipment) qui répondent aux

recommandations du CCIR 580-45et qui sont approuvées par Intelsat [NWI 03] [NWI 01].

5 Comité Consultatif International des Radiocommunications, CCIR (aujourd’hui UIT-R).

45

Type Station Hub VSAT Site Dakar Saint-Louis Tambacounda Ziguinchor Cap Skirring

Latitude / Longitude

14 ,75 Nord 17,48 Ouest

16,04 Nord 16,48 Ouest

13,77 Nord 13,66 Ouest

12,57 Nord 16,28 Ouest

12,35 Nord 16,71 Ouest

Type antenne C45T C37T Diamètre antenne 4,5 m 3,7 m Gain en émission 46,6 dBi 45,2 dBi Gain en réception 43,5 dBi 41,5 dBi

Température bruit du système en réception

44,668 K 75,857 K

Facteur de mérite 27 dB/K 22,7 dB/K Tableau 7 : Caractéristiques antennes, coordonnées aérodromes

La distance entre sites est faible comparée à celle entre les sites et le satellite. Cela nous

assure d’avance une qualité quasi identique pour toutes les liaisons du réseau en période de

ciel dégagé. Il est donc possible à partir des informations météorologiques propres à chaque

site de déterminer la qualité des liaisons. Intelsat possède les données météorologiques de

chaque région (cf. figure 8) qui lui permettent de faire les calculs de bilan de liaison en tenant

compte des conditions les plus défavorables.

2.5. BILAN DE LIAISON

L'objectif des calculs du bilan de liaison est de déterminer les paramètres des

équipements en fonction des exigences techniques (TEB, débit total utilisateur). Ce calcul est

conditionné par les paramètres que l'on peut maitriser (diamètre d'antenne, puissance émise)

et les paramètres inaccessibles (paramètres dont la modification est exclusivement réservée à

l’opérateur du satellite). La figure 16 illustre une liaison de bout en bout (VSAT – Satellite –

VSAT) avec les paramètres correspondant à chaque portion de la chaîne de transmission.

Figure 16 : Liaison satellite et paramètres

Satellite

VSAT A

VSAT B

46

Notation Unité Désignation C0 W Puissance de sortie de l’amplificateur d’émission Ge _ Gain de l’antenne de la station terrienne d’émission D M Distance station terrienne d’émission – satellite fm ���� Hz Fréquence montante, (longueur d’onde fréquence montante) C1 W Puissance reçue par le satellite Gs _ Gain de l’antenne satellite de réception Ts K Température de bruit du satellite en réception (entrée récepteur) Gsat _ Gain du satellite (amplificateur interne) C’1 W Puissance de l’amplificateur du satellite G’ s _ Gain de l’antenne satellite d’émission D’ M Distance satellite – station terrienne de réception AEL m,d km Atténuations en espace libre (liaisons montantes/descendantes) fd ��n� Hz Fréquence descendante, (longueur d’onde fréquence descendante) C2 W Puissance reçue par la station terrienne de réception Gr _ Gain de l’antenne de la station terrienne de réception Tr K Température de bruit de la station terrienne de réception

Tableau 8 : Détail des notations utilisées dans les expressions [PLEN 06]

Nous considérons # � #� � 36000 km car les sites sont installés sur une surface

géographique relativement réduite. A l’aide du logiciel SMWLink 3.0, il est possible de

déterminer la distance au kilomètre près.

2.5.1. Paramètres usuels

Les notions suivantes sont utilisées pour la description du bilan d’une liaison

satellite [PLE 06] :

• La PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente) de la station émettrice :

��5���� � 10 log������ � ����� ����� ��. -. -

• Le facteur de mérite est lié aux performances de l’antenne en réception :

� �⁄ ��/O � 10 log�� �⁄ � ��. -. i

��: gain en réception de l’antenne ; T : température de bruit du récepteur (VSAT/Satellite).

• La puissance du bruit (au niveau de la station spatiale ou de la station terrienne de

réception) :

��� � 10 log���I� ��. -. z

Avec � � �, -g. �3,�- �/j la constante de Boltzmann ; B : bande passante du récepteur

(satellite ou station terrienne).

• L’atténuation en espace libre associe les pertes liées à la distance D (antennes –

satellite), et celle due à la longueur d’onde � de la liaison :

������ � ������ � 20 log�� 4�#⁄ � ��. -. �

47

• Les pertes atmosphériques : Elles sont négligeables en bande C.

2.5.2. Bilan de liaison montant

Le bilan de liaison montant concerne la liaison station terrienne émettrice – satellite :

�� �

� �� � �����N

��NI � ��4�#�

�%<Q* ��. -. �

�� �

� ���� � 10 log������ 10 log��N

�N� 20 log� ��

4�#� � 10 log �I %�I<Q* ��. -. g

2.5.3. Bilan de liaison descendant

Le bilan de liaison descendant concerne la liaison satellite – station terrienne

réceptrice :

�� �

� �� � ��������

���I � ��4�#��

�%<Q* ��. -. |

�� �

� ���� � 10  ¡¢�����N�� 10  ¡¢���

��� 20  ¡¢� ��

4�#�� � 10  ¡¢ �I %�I<Q* ��. -. �3

2.5.4. Bilan de liaison global

Le bilan global est donné par :

�� �

7£7¤9 ��� 1

0� 4

,�� 0�

4,�

�

%<Q* ��. -. ��

�� �

7£7¤9 ���� � 10 log ��

�7£7¤9��

%�I<Q* ��. -. ��

Dans la chaîne de transmission (VSAT – Satellite – VSAT), il existe des paramètres

du satellite (bande passante B du récepteur, facteur de mérite � �⁄ , …) qui sont en général

inconnus du concepteur du réseau.

Seul l’opérateur du satellite dispose de ces paramètres, ce qui nous empêche de

déterminer la puissance de l’amplificateur par des calculs manuels. Nous avons donc utilisé

un outil logiciel pour y parvenir.

48

2.6. RESULTATS DES CALCULS : CARACTERISTIQUES DES PORTEUSES ET

DES STATIONS TERRIENNES

Nous obtenons à partir du logiciel LST développé par Intelsat, les résultats du bilan de

liaison détaillé (voir les Annexes 3 et 4). Comme informations d’entrée, nous avons saisi :

• Les coordonnées géographiques des sites de Dakar et Tambacounda (voir Annexe 3) ;

• la technique de modulation utilisée ;

• le taux de codage ;

• le débit total utilisateur ;

• le taux d’erreurs binaire maximal ;

• la taille des antennes.

Les PIRE des stations sont de 40 dBW (voir PIRE porteuse UL, Annexe 3), ce qui

correspond à une puissance de 0,2 Watts pour l’amplificateur du Hub et une puissance de

l’ordre de 0,3 Watts pour l’amplificateur des VSAT d’après l’équation ��. -. -.

Nous préconisons des amplificateurs d’au moins 1 Watt pour prévenir les besoins

futurs par rapport aux services exigeant une bande passante plus large (par exemple la

visioconférence). En effet, avec une telle marge de puissance, on peut accroitre le débit de

transmission (jusqu’à un certain seuil) tout en conservant la même bande passante (cf. Eq

2.1).

En effet, vu que ce réseau est amené à supporter l’ensemble des systèmes et des

applications du SFA, il est préférable de prévoir une marge des capacités du réseau (puissance

et éventuellement bande passante à louer). De plus, cette valeur peut être modifiée par

l’équipe chargée de l’implémentation du réseau (cf. paragraphes 1.3.2. et 1.3.2.).

Ce réseau étant destiné à s’accroitre en termes de nombre d’aérodromes à connecter, il

est fort probable d’envisager la reconversion de certaines stations VSAT comme hub pour

assurer l’interconnexion avec d’autres réseaux de la sous-région.

49

CONCLUSION

Le dimensionnement des réseaux de communication par satellite concerne les

domaines de l’ingénierie de trafic et de la météorologie. Le présent projet nous a permis

d’appliquer les méthodes de calcul du bilan de liaison proposées dans la documentation.

Le nombre des paramètres (dont certains sont inconnus) et la complexité des calculs

nous ont conduit a utilisé le logiciel propriétaire Intelsat, le LST pour le calcul des

caractéristiques des liaisons satellites.

Nous n’avons dimensionné qu’une liaison (Dakar – Tambacounda) à cause d’un

certain nombre de contraintes au niveau de l’ASECNA. Nous avons parallèlement exploré des

logiciels gratuits ou en version d’évaluation tel SMWLink 3.0 pour mieux comprendre les

liens entre les divers paramètres et leur influence sur la qualité globale des liaisons.

Le modèle de réseau proposé répond aux attentes exprimées par le personnel du

Services des Opérations Aéronautiques de l’ADS. Il est nécessaire de choisir des équipements

(modems satellite, multiplexeurs, antennes, amplificateurs, etc.) répondant aux normes

d’Intelsat. A cet effet, l’opérateur fournit des documents de l’IESS qui contiennent des

recommandations relatives aux réseaux VSAT.

Par ailleurs, les informations relatives à l’aspect financier (location de bande passante

auprès d’Intelsat, coût des équipements du réseau) ne seront pas présentées dans ce document

pour des raisons confidentielles.

Etude et dimensionnement du Réseau du Service Fixe des Télécommunications Aéronautiques de l’ADS

50

CONCLUSION GENERALE

Dans ce mémoire, nous avons travaillé sur le dimensionnement d’un réseau VSAT

dédié aux opérations aéronautiques pour le compte de l’agence des Aéroports du Sénégal

(ADS). Il s’agit du RSFTA (Réseau du Service Fixe des Télécommunications Aéronautiques).

En effet, vu la nécessité de se conformer aux recommandations de l’OACI quant à

l’harmonisation des réseaux du Service Fixe Aéronautique (SFA), l’ADS à travers son

Service des Opérations Aéronautiques a émis le besoin de règlementer et d’améliorer ses

prestations. Après une analyse succincte de l’existant et une évaluation des performances des

systèmes de communication, nous avons proposé à l’ADS un plan d’action portant priorité sur

le RSFTA. Nous avons donc opté pour une solution VSAT (conformément aux

recommandations de l’OACI) pour l’implémentation de ce réseau.

Nous avons mené des recherches sur les télécommunications spatiales afin d’en

acquérir les connaissances techniques. Ces connaissances nous ont permis, partant du besoin

des services spécifiques (applications météorologique et aéronautique, service téléphonique),

de concevoir un modèle de réseau VSAT à même de répondre aux exigences de ces services.

Nous avons également découvert les méthodes manuelles (outils mathématiques) et

automatiques (logiciels) de dimensionnement des réseaux de télécommunications par satellite.

Nous avons finalement proposé un modèle de réseau qui, sur le plan conceptuel, répond aux

exigences de qualité des services du RSFTA.

La réalisation projet RSFTA offrira à l’ADS, l’opportunité d’envisager l’intégration de

nouveaux services dont elle fera bénéficier les agences de voyages et les compagnies

aériennes dont elle est prestataire. En effet, ce réseau peut constituer un support potentiel pour

tout un ensemble d’applications (entre autres la visioconférence et l’internet). L’ADS pourra

dès l’ore envisager de se délocaliser dans les autres régions du pays, ce qui facilitera le

déploiement d’annexes sur l’ensemble des aéroports.

BIBLIOGRAPHIE

51

BIBLIOGRAPHIE

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Sénégal, disponible en ligne sur :

http://www.ais-asecna.org/pdf/ad/1-ad/ad-1-3/13ad1-3-03.pdf

[Référence du 10 Octobre 2010].

[FLO 03] Gercel FLORES, Etude de la technologie VSAT, Institut Universitaire de Nice,

Sophia Antipolis, Côte d’Azur, Département Génie des Télécommunications et

Réseaux, 20 Juin 2003.

[INT 10] Intelsat, Intelsat Satellite Guide IS 10-02 AT 359°, disponible en ligne sur :

www.intelsat.com/_files/resources/satellites/is_10-02.pdf,

[Référence du 10 Septembre 2010].

[INT 98] Intelsat, Intelsat VSAT Handbook, Intelsat Applications Support and Training

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[JOU 08] Journal Officiel de la République du Sénégal N° 6424, Décret N° 2008-460

portant création de l’Agence des aéroports du Sénégal,

disponible en ligne sur : http://www.jo.gouv.sn/spip.php?article7068

[Référence du 10 Septembre 2010], Dakar, 09 Mai 2008.

[MAR 03] Gérard MARAL, VSAT Networks, John WILEY and Sons, 2e édition, 2003.

[MAR 09] Gérard MARAL, Michel BOUSQUET, Satellite Communications Systems –

Systems, Techniques and Technology, John WILEY and Sons, 5e édition, 2009.

[NWI 01] NWIEE, Installation, Operation and Maintenance Manual of 3.7M Antenna

System, North West China Research Institute of Electronic Equipment,

Version: E, 8 Décembre 2001.

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52

[NWI 03] NWIEE, Installation, Operation and Maintenance Manual for NWIEE 4.5M

Antenna in C band, North West China Research Institute of Electronic

Equipment, Version: 3.22, 1er Décembre 2003.

[OAC 01] OACI, Annexe 10 à la Convention relative à l’aviation civile internationale,

Télécommunications aéronautiques, Volume II Procédures de

télécommunication, y compris celles qui ont le caractère de procédures pour

les services de navigation aérienne, 6e édition, Organisation de l’Aviation

Civile Internationale, 1er Novembre 2001.

[OAC 08] OACI, Note de travail : RÉUNION RÉGIONALE SPÉCIALE DE

NAVIGATION AÉRIENNE AFRIQUE-OCÉAN INDIEN, SP AFI/08-WP/59,

Durban (Afrique du Sud), 21 Octobre 2008.

[PLE 06] PLENEUF, Satellites, Télécom Réseaux, Télécommunications, v1.3,

Décembre 2006, en ligne sur :

http://sectiontelecom.pagesperso-orange.fr/pdf/T5-SHF06.PDF. [Référence du

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[TER 10] Michel TERRÉ, Satellites, v2.1, Systèmes satellites, en ligne sur :

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[Référence du 10 Octobre 2010].

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Management par la Qualité (TQM), 2010.

[UIT 95] UIT-R : groupe d’étude n°4, Handbook On Satellite Communications, John

WILEY and Sons, 3e édition, Berne (Allemagne), Janvier 1995.

ANNEXES

Annexe 1 : Structur

Ce schéma représente l’organisation de la Direction Technique de l’ADS. Notre stage

s’est déroulé au niveau du service de télécommunications (SERVICE TELECOM) qui se

charge des opérations de maintenance des installations au sein de l’aéroport

Léopold Sédar Senghor.

Il s’agit entre autres du

détection d’explosifs et des postes d’inspection et de filtrage (rayons X), du système

d’information des vols (affichage/sonorisation), du système de convoyage des

53

ANNEXES

: Structur e détaillée de la Direction Technique de l’ADS

présente l’organisation de la Direction Technique de l’ADS. Notre stage

du service de télécommunications (SERVICE TELECOM) qui se

charge des opérations de maintenance des installations au sein de l’aéroport

Il s’agit entre autres du RTC, du système de surveillance, des équipements de

et des postes d’inspection et de filtrage (rayons X), du système

d’information des vols (affichage/sonorisation), du système de convoyage des

de l’ADS

présente l’organisation de la Direction Technique de l’ADS. Notre stage

du service de télécommunications (SERVICE TELECOM) qui se

charge des opérations de maintenance des installations au sein de l’aéroport international

, des équipements de

et des postes d’inspection et de filtrage (rayons X), du système

d’information des vols (affichage/sonorisation), du système de convoyage des bagages.

ANNEXES

54

Annexe 2 : Couvertures du Satellite IS 10-02

Faisceau Global : Lignes blanches

Faisceau Hémisphérique : Lignes rouges

Faisceau de Zone (Spot) : Lignes jaunes

Cette figure montre la couverture des différents faisceaux émis par le satellite IS 10-

02. La PIRE du satellite s’atténue au fur et à mesure que l’on s’éloigne du centre de la zone de

couverture.

La puissance varie respectivement pour le faisceau global de 36 dBW au centre à 32

dBW aux extrémités ; pour le faisceau hémisphérique, de 44,7 dBW à 37 dBW et pour le

faisceau de zone, de 46,7 dBW à 37 dBW [INT 10].

ANNEXES

55

Remarque : L’accès au logiciel LST est exclusivement réservé pour un usage interne (Station

terrienne ASECNA). De ce fait, n’étant pas officiellement en stage à l’ASECNA, nous avons

utilisé le LST sous certaines contraintes. Néanmoins, nous avons obtenu les caractéristiques

de la liaison outbound Dakar – Tambacounda figurant dans les tableaux des annexes 3 et 4.

Annexe 3 : LST 1 – Résumé du bilan de liaison

Bilan de liaison – Résumé

Exigences utilisateur et caractéristiques stations Modulation

QPSK

Débit total utilisateur �Rtsuv�

38,4

Kbits/s

Taux code correcteur (FEC)

,5000

Eb/No Disponible (ciel dégagé) 8,6

dB Code station émettrice DKR

Diamètre antenne – station émettrice

4,6

mètres

Code station réceptrice

TAMB

Diamètre antenne – station réceptrice 3,7

mètres Facteur de mérite (G/T) – station réceptrice 23,7

dB/K

Ressources satellitaire PIRE utile – Satellite

0,2 dBW Largeur de bande utile 0,0591 MHz

PIRE totale disponible

4,4 dBW Largeur de bande disponible 0,1000 MHz Marge disponible

4,2 dBW Marge disponible 0,0409 MHz

Ressources stations émettrices PIRE (ciel éclairé) Liaison 1 PIRE porteuse UL 40,0 dBW PIRE porteuse DL 0,2 dBW

La PIRE totale disponible est de 4,4 dBW, mais la puissance nécessaire est de 0,2

dBW. La marge de puissance prévue (4,2 dBW) sera utilisée en conditions de forte

atténuation du canal (conditions météorologiques défavorables).

Il en est de même pour la bande passante. La bande totale allouée est de 0,1 MHz mais

seule une portion de 0,0591 MHz suffit pour véhiculer le débit de 38,4 Kbits/s.

La PIRE en ciel éclairé caractérise la liaison Dakar – Tambacounda du point de vue

émission (PIRE UL de 40 dBW ; des VSAT vers le satellite) et réception (PIRE DL de 0,2

dBW ; du satellite vers les VSAT).

ANNEXES

56

Annexe 4 : LST 2 – Caractéristiques des porteuses et stations terriennes

Caractéristiques – porteuses et stations VSAT

Caractéristiques porteuse Type porteuse NUM TEB 10-8 Modulation QPSK Taux codage FEC ,5000 Débit total utilisateur �Rtsuv� 38,4 Kbits/s Eb/No seuil 7,6 dB Fréquence Centrale 5854,0 MHz Entête Overhead (OH) 3,8 Kbits/s Débit de données �Rtsuv+ OH) 42,2 Kbits/s Débit porteuse 84,5 Kbits/s Largeur de bande et marges Roll-off Factor (J) ,40 Largeur de bande allouée ,0591 MHz Disponibilité de la liaison globale 99,975 % Disponibilité de la liaison montante 99,977 % Disponibilité de la liaison descendante 99,997 % Station émettrice Dakar Code station DKR Diamètre antenne 4,6 mètres Longitude 342,5 deg. E Latitude 14,7 deg. N Angle d’élévation 64,3 deg. Angle d’Azimut 130,6 deg. Gain antenne à fréquence de fonctionnement 47,2 dBi Station réceptrice Tamba Code station TAMB Diamètre antenne 3,7 mètres Facteur de mérite (G/T) à 4 GHz 23,7 dB/K Longitude 346,3 deg. E Latitude 13,8 deg. N Angle d’élévation 68,2 deg. Angle d’Azimut 136,6 deg. Gain antenne à fréquence de fonctionnement 41,5 dBi

Ce tableau montre les résultats détaillés des calculs relatifs aux porteuses (débit,

largeur de bande, puissance d’émission) et aux stations terrestres (coordonnées des sites,

diamètres des antennes).

On constate également que le logiciel indique une excellente disponibilité de la

liaison. Il s’agit d’une estimation du rapport entre le temps d’activité des liaisons et le temps

total de fonctionnement du réseau (cumul des temps d’interruption momentanée et de

fonctionnement). Les valeurs typiques varient entre 99,785% et 99,995% [INT 98].

ANNEXES

57

Annexe 5 : Aéroports et aérodromes du Sénégal [ASE 10]