Evolution des bandes de fréquences et nouveaux satellites

Dès 2003, le choix de LCDC de proposer sur le continent africain des réseaux VSAT une couverture en bande Ku date depuis plus d’une décennie. Ce choix est contraire aux habitudes des autres opérateurs, préconisant l’utilisation de la bande C, moins sensible aux fortes pluies des régions tropicales.

Notre choix s’est révélé justifié au cours des années pour diverses raisons qui seront expliquées ci-après. Aujourd’hui, de plus en plus de réseaux en Afrique, régionaux ou intercontinentaux, se réalisent en bande Ku. Plusieurs dizaines de sites ayant une passerelle en Europe, et opérant en bande Ku dans la région tropicale de l’Afrique, sont supervisées directement ou pour d’autres opérateurs par LCDC SA.

Critères économiques:

• Les équipements en bande Ku sont moins chers.
• Ils sont plus petits et plus aisés à déployer que des équipements en bande C. La logistique réputée difficile sur certaines régions en Afrique en est moins dispendieuse.

Critères techniques:

Les puissances des satellites ont beaucoup augmenté. Les couvertures régionales en bande Ku sont aussi plus nombreuses : l’EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) et le facteur de mérite G/T (System Noise Temperature) atteignent régulièrement des valeurs de 48-52 dBW et de 6-8 dB respectivement.

• La sensibilité des récepteurs (Eb/No) s’est améliorée de 10-12 dB à 3-5 dB.
• Le marché des amplificateurs (BUC) dans cette bande est plus productif.
• Les progrès en matière d’algorithme de compression de la phonie permettent des conversations de qualité satisfaisante malgré des taux d’erreur sur la liaison élevés. Une liaison avec un BER (Bit Error Rate) de 10^-4 permet aujourd’hui des conversations audibles. Un BER nécessaire de 10^-6 10^-7 était requis auparavant.
• Un réflecteur d’antenne possède un gain en bande Ku plus élevé (+8 dB) qu’une antenne de diamètre identique en bande C.
• Etc.…

Contexte local et opérationnel:

• La demande dans cette bande est de plus en plus grande pour le marché de transmission de TV : les antennes de réception TV (en bande Ku) installées de façon anarchique ne peuvent être que de petite taille. Le segment ‘’VSAT Narrow Band’’ (l’activité des réseaux privés maillés de LCDC) profite alors de cette évolution.
• Il en est de même pour les stations VSAT équipant les navires, où la place disponible sur la passerelle supérieure est très limitée. Une antenne en bande Ku sera toujours plus légère et moins volumineuse qu’une antenne en bande C de même performance (Radome de 2m à comparer avec un radome de 6 m).
• La disponibilité de la liaison VSAT est fortement affectée par les contraintes extérieures telles que : sources électriques primaires peu fiables, accès difficiles aux sites, manque de compétences locales, etc.
• La différence de disponibilité d’un réseau opérant soit en bande Ku (99.4%), soit en bande C (99.5%) se trouve de ce fait très réduite.
• Nos réseaux peuvent avoir un lien de secours en bande L en utilisant les nouveaux services des réseaux type Inmasart, Iridium ou Thuraya en cas d’urgence lors des fortes précipitations. Ces équipements sont maintenant à des prix très raisonnables.

Ressources spectrales rares:

Nous pensons que la bande C ne viendra à terme que dans le domaine des liaisons terrestres, les fréquences déjà allouées en bande C à des technologies telles que celles du WiMax, réseaux cellulaires, des radars marines posent des problèmes d’interférences de plus en plus fréquents et incontrôlables. L’ITU chargé de cette distribution de fréquences au niveau mondial ne pourra que donner cette ressource spectrale à la technologie la moins chère et la plus accessible à la population. Un réseau VSAT fournissant par exemple : une simple connexion Internet de 1024 kbps est de 3 à 10 fois plus chère qu’une simple liaison radio WiMax à un fournisseur local.

Le nombre de satellites sur l’orbite géostationnaire est limité et une ressource spectrale ne peut être partagée sur un même lieu. Il apparaît évident que les utilisations dans la bande Ku puis Ka deviendront de plus en plus nombreuses et que les technologies devront évoluer pour accepter les contraintes climatiques influant sur la propagation radio électrique dans les régions tropicales. Aujourd’hui la demande de ressources spectrales spatiales est grandissante, il n’est pas rare de voir plus de 4 à 6 satellites sous 1 degré de Longitude. La mobilité et le nomadisme obligeant d’utiliser des antennes de petite taille mais elles devront être de fort gain afin de limiter des interférences au niveau de l’éclairement des satellites. L’utilisation de fréquences dans des bandes plus élevées augmentant ce gain à diamètre constant du réflecteur est alors une solution à considérer.

Les solutions technologiques existent déjà mais elles sont confrontées à des problèmes économiques pour leurs mises en œuvre rapides: la conception d’un satellite est basée sur une durée de vie de 15 années, sa technologie tient compte des marchés et du matériel (technologie) existant qui devront toujours exister sur la durée du satellite au risque de ne pas amortir les investissements du satellite. Toute nouvelle technologie de modem satellite ne peut que réduire leur rentabilité.

Cependant, les satellites de télécommunications évoluent, pour s’adapter à un environnement changeant où émergent de nouveaux acteurs, institutionnels et privés.

La nouvelle génération de satellites haut débits HTS (High Throughput Satellites) a adopté le concept dans le secteur spatial consistant en des satellites géostationnaires de taille relativement importante, fournissant de nombreuses couvertures ‘’uplinks’’  et de nombreuses cellules de couverture ‘’dowlink’’, chacune couvrant une zone plutôt petite (de la taille d’un ou deux pays) sur la Terre.

Le satellite est ainsi équipé de commutateurs permettant une mise en relation dynamique des différentes cellules pour fournir des couvertures mondiales de haute puissance. La vitesse à laquelle le trafic est routé rend le stockage ponctuel du trafic virtuellement invisible pour l’utilisateur final.

Ainsi des acteurs comme Intelsat ont lancé leur service Intelsat EpicNG permettant des performances haut débit globales sans sacrifier le contrôle des utilisateurs au niveau de leurs services et de leurs équipements. Ce service est conçu comme une couche de recouvrement de leur flotte mondiale existante.

L’utilisation de constellations de satellites à basses orbites (LEO et MEO) est aujourd’hui considérée comme une étape majeure.

Cette technologie demande moins d’investissement au niveau des terminaux terrestres et sont une passerelle pour l’extension des réseaux cellulaires de mobiles et de l’IoT.

Par une planification pointue des orbites, les constellations fournissent un contact continu avec l’ensemble du globe y compris les pôles. Les avantages inhérents des satellites basse orbite sont une latence plus faible que les géostationnaires et une perte en espace libre diminuée permettant la fourniture de couvertures à haute puissance. l’EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) et le facteur de mérite G/T (System Noise Temperature) atteignent régulièrement des valeurs de 60-65 dBW et de 10-15 dB/K respectivement.

Ainsi des acteurs comme One Web, Space X et Telesat proposent de nouveaux services basés sur leur flotte de constellation satellitaire.

• One web : 720 satellites sur 18 plans polaires à 1,200 km d’altitude (40 satellites par plan), 71 stations terrestres.
• Space X : 4 425 Satellites sur 83 plans en orbite inclinées et polaires, avec 123 stations terrestres.
• Telesat : 117 Satellites sur 11 plans : 12 satellites sur 6 plans polaires  à 1,000 km d’altitude et 9 satellites sur plan inclinés à 1,200 km d’altitude