Système satellitaire

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Méthodes d'accès

Dans les réseaux satellitaires, les méthodes d'accès permettant à de multiples sources de se connecter à diverses destinations se pose les problèmes de l'accès réseau. La conception des réseaux satellitaires prennent en compte le fait que la bande passante est limitée et chère, et des méthodes efficaces de partage du canal sont déterminantes.
On distingue alors plusieurs approches pour l'accès au lien:

  • Le partage statique
  • Le partage par demande
  • L'accès aléatoire

Dans le partage statique, une quantité fixe des ressources est allouée à une connexion. Les méthodes traditionnelles de partage statique sont:

  • L'accès multiple à répartition de fréquence (AMRF ou FDMA : Frequency Division Multiple Access en Anglais); chaque connexion reçoit une tranche de fréquence qui peut servir à sa transmission
  • L'accès multiple à répartition de temps (AMRT ou TDMA : Time Division Multiple Access). Le temps est divisé en trames périodiques et chaque trame est divisée en tranches. Un ordre périodique de transmission est déterminé de sorte que dans chaque trame, chaque source ait le droit d'émettre pendant une (ou plusieurs) tranche(s) allouée(s)
  • L'accès multiple à répartition par code (AMRC ou CDMA : Code Division Multiple Access); chaque source a ses propres séquences individuelles (codes) pour la transmission des symboles ("0" et "1"). Le partage se fait donc en allouant des codes spécifiques à des sources différentes.

Contrairement au partage statique des partages par demande sont dynamiques. Elles permettent d'allouer des ressources (temps de transmission, fréquence, etc..) selon les besoins ponctuels de chaque source, d'une part et de la disponibilité des ressources d'autre part.
Dans la troisième approche, celle de l'accès aléatoire: on compte des méthodes où l'accès des sources au lien est indépendant et peut ainsi se faire simultanément. Par conséquence, il peut en résulter des collisions de paquets et donc des pertes.
En pratique, on trouve souvent des méthodes d'accès qui combinent plusieurs approches. Par exemple dans Iridium, la communication entre les mobiles et les satellites se fait en utilisant un mélange d'AMRT et d'AMRF.

Accès Multiple à Répartition de Fréquence : AMRF

L'AMRF découpe toute la bande de fréquence en m sous bandes. Chaque source a sa propre bande de fréquence où elle peut émettre indépendamment des autres liaisons. Chaque station terrestre contient un modulateur, un émetteur, m répéteur et m démodulateurs.
Cette méthode souffre de problème d'inter modulation qui se croisent rapidement avec la puissance utile. On peut perdre jusqu'à la moitié de la capacité de transmission par rapport à un accès unique. Pour éviter ce phénomène, on laisse des "trous" entre les bandes pour améliorer l'atténuation d'autres fréquences.
Etant statique, cette méthode d'accès ne permet pas la réutilisation de la bande: si un émetteur est silencieux, sa bande passante n'est pas utilisée par d'autres.
L'avantage de cette méthode d'accès sur la répartition en temps est qu’elle n’a pas de besoin de synchronisation temporelle.

Accès Multiple à Répartition de Temps : AMRT

Dans l'AMRT on définit un cycle (encore appelé trame), découpé en tranches, dans chaque cycle, chaque source transmet pendant une tranche de temps prédéterminée.
Pour pouvoir allouer une bande passante différente à des sources distinctes, on définit aussi l'AMRT généralisé : une source peut transmettre pendant plus d'une tranche par cycle.
L'AMRT est une méthode d'accès très répandue dans les communications satellitaires. Par exemple les satellites GEO de EUTELSAT utilisent cette méthode avec une tranche de 2cm; Iridium utilise une méthode qui combine l'AMRF et l'AMRT.
Les inconvénients de l'AMRT par rapport à l'AMRF sont d'abord la nécessité d'une synchronisation temporelle entre les sources, puis le fait que cette méthode demande des puissances instantanées moyenne donnée et que la transmission n'et possible que pendant une fonction de temps, il est clair qu'il faut transmettre pendant cette période une puissance supérieur (à la moyenne). Dans l'AMRF, par contre on peut se contenter de transmettre tout le temps à la puissance moyenne.

Accès Multiple à répartition par code : AMRC

Dans l'AMRC, tous les usages peuvent utiliser toute la bande passante tout le temps. Le signal transmis a une bande passante très supérieure à sa bande passante initiale. L'AMRC est utilisé dans la constellation de satellites Globastar.
Dans la méthode la plus courante, appelée DS (Direct Sequence), chaque source a une séquence quasi-aléatoire qui la caractérise connue par le récepteur. LA source multiplie chaque symbole binaire par cette séquence.
Le récepteur a un filtre adapté à chaque source pour les symboles initiaux. Les symboles d'autres sources se présentent comme un bruit aléatoire.

Techniques d'accès aléatoire

Les techniques d'accès aléatoires sont conçues pour permettre une approche décentralisée pour l'accès au canal de communication, lorsqu'une source utilise le canal seulement en cas de besoin : quand elle a vraiment des informations a transmettre. Contrairement à l'AMRF et l'AMRT, quand le canal n'est pas utilisé par une source, il est complètement disponible pour d'autres sources. Dans le cas où un grand nombre de source sont souvent inactives, l'accès aléatoire permet une utilisation beaucoup plus efficace du canal. En ajoutant à cela la simplification de la mise en oeuvre due à la décentralisation de protocoles d'accès aléatoires, on peut comprendre l'importance de ces techniques, aussi bien dans les réseaux terrestres (dont Ethernet), que les réseaux satellitaires.
Dans les techniques d'accès aléatoire, plusieurs sources peuvent tenter de transmettre des paquets en même temps, ce qui peut provoquer des collisions et une retransmission ultérieure.
Dans les réseaux satellitaires, on peut utiliser les techniques d'accès aléatoire soit directement pour transmettre des informations, soit pour faire des réservations pour demander l'allocation d'une bande de fréquence fixe. Les techniques d'accès aléatoires utilisées dans les transmissions satellitaires sont:

  • Aloha
  • Aloha en tranches

Il y a aussi les variantes de Aloha comme:

  • Aloha avec résolution de collision
  • Accès aléatoire avec écoute de la porteuse (CSMA : Carrier Sense Multiple Access)
  • CSMA/CD : CSMA avec détection des collisions
  • CSMA/CA : CSMA with Collision Avoidance.

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La suppression des échos

Un satellite géostationnaire a une orbite de 36000Km de la terre, doit connecter deux abonnées a part. Le signal va faire une distance de 72000Km aller et 72000Km retour.

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Les échos créés par la station distante vont être écoutés après 0,5 seconde. Le délai 0,5 seconde crée l'inconvénient aux abonnées. Ce phénomène devient un inconvénient si c'est un système de communication satellitaire multi hop ave plus de deux satellites. Pour supprimer ce phénomène, on utilise les suppresseurs des échos.