REPUBLIQUE DU BURUNDI
MINISTERE DE L’EDUCATION NATIONALE, DE
L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
INSTITUT SUPERIEUR DES TECHNOLOGIES (I.S.T)
B.P :1260
BUJUMBURA—BURUNDI
Option : Télécommunications
Etude d’un système de transmission par faisceaux hertziens
numériques avec l’équipement ZTE ZXMW NR8250
Mémoire Présenté et soutenu publiquement en
vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur
technicien
par :
LWABOSHI MANYUKU Emmanuel
&
MUSELEMU SABITI Boireau
Sous la direction de :
Ir. Joseph NSANZABANSI
Bujumbura, Mars 2017
i
DEDICACES
Il nous est très reconnaissant de dédier ce travail en témoignage d’affection, de respect et
d’admiration à:
Ma chère mère ZIADA ZAKUANI Bahati et mon cher père le regretté AMSINI JUBA Zacharie
pour leurs soutiens, affections et amours, leurs confiances et patience et pour leurs sacrifices
infinis.
Toute ma famille pour laquelle j’exprime mon amour et mes respects les plus dévoués.
Tous mes amis et particulièrement les plus proches en témoignage des moments inoubliables, des
sentiments purs et des liens solides qui nous unissent.
Mes encadreurs, pour leurs efforts déployés, pour leur assistance ainsi que pour leur encadrement,
qui m’ont permis d’acquérir cette formation de qualité.
Boireau MUSELEMU SABITI
A toutes nos familles.
A ceux qui nous sont chers et proches.
A tous ceux que nous aimons et qui nous aiment.
A tous nos ami(e)s.
Ce mémoire leur est dédié.
Emmanuel LWABOSHI MANYUKU
ii
REMERCIEMENTS
Au terme de ce travail, nous tenons à exprimer notre profonde gratitude tout d’abord à :
L’Eternel Dieu, pour nous avoir donné la possibilité d’étudier et pour nous avoir permis de mener
à terme ce travail.
Notre directeur de mémoire Monsieur Joseph NSANZABANSI, pour l’intérêt avec lequel il a suivi
la progression et le déroulement de ce travail.
Nos vifs remerciements s’adressent également aux membres de jury qui nous ont fait l’honneur de
bien vouloir juger notre travail. Que tout le corps professoral de l’Institut Supérieur des
Technologies trouve ici notre profonde gratitude.
Nos enseignants durant tout le cycle de notre formation tant à l’université en particulier qu’aux
cycles inférieurs pour nous avoir instruits et inculqués une formation solide; sans vos efforts et
sacrifices, ce travail n’aurait pas vu le jour.
Tous nos collègues d’études devenus des amis, avec qui nous avons vécu de très bonnes
expériences. Nous avons beaucoup appris de la vie auprès des plus proches.
Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à :
Tout le personnel des opérations de Vodacom CD/Goma et plus particulièrement à Monsieur Jean
de Dieu KONZI le responsable de la transmission, pour leurs aides techniques et leurs soutiens.
Un grand merci à toute la famille RAMAZANI MAZEBO et plus particulièrement à mon grand
frère Daniel RAMAZANI AMURI pour qui j’ai toujours été comme un fils, qu’il soit assuré de
tout mon respect et de ma profonde gratitude.
Ensuite je remercie vivement mes sœurs et mes frères et toute la famille JUBA AMSINI : Gloria,
Sarah, Tantine, Merveille, Lumière, Marcel, Daniel, Mr l’Abbé Patrick, Olivier et Divino.
Mes sincères remerciements à ma sœur Chouchou ZAINABO, Nicole KITANGA et toute la famille
KITANGA.
Mes remerciements s’adressent également à toutes mes tantes et oncles de la famille YUMA
MWANA KABULO.
Mes frères et sœurs : Nganga KIJANA avec qui nous avons toujours été ensemble, Hajj et Alain
OMAR, Hajj ZAHERA, Aaron et Bijoux RAMAZANI, Patient et Zadia NASIBU, Sylvie et Aly
SAIDI, Cedrick RASHIDI, Emmanuel MANYUKU.
Mes reconnaissances s’adressent également à tous mes ami(e)s et connaissances : Héritier
KIMPUTU, ma chère Christine KASISA, Wacwa FARIALA, Atosha Béatrice MUSSA, Cressence
NITUNZE, Ingrid IRAKOZE
iii
Enfin, j’exprime ma dernière pensée à ma mère-chérie ZIADA ZAKUANI Bahati pour l’aide, la
confiance et le soutien dont elle fait preuve tout au long de ma vie et qui a tout fait pour
l’aboutissement de ce travail.
Nombreux sont ceux que je n’ai pas cités, aucun mot ne peut suffire à exprimer ma gratitude, mais
suis profondément reconnaissant envers vous tous. Qu’ils m’excusent et trouvent toute ma
reconnaissance dans ces quelques lignes.
Je tiens à remercier également :
La société de télécommunications Spidernet, Kira system ainsi que Swiftsat Burundi pour
l’encadrement et pour nous avoir permis de mener à bien notre stage de formation au sein de leur
institution, qu’ils trouvent ici l’expression de notre gratitude.
Mes très chers parents KALULU Etienne MANYUKU, BYAMUGNU Marguerite MULENGA et
MUSHAGALUSA Thierry MANYUKU et Dela MUDEKERENZA, ainsi que toutes nos familles
élargies, pour leur amour inconditionnel, leur confiance infaillible, leurs sacrifices et soutiens tant
matériels que moraux.
Tous mes frères et sœurs: Eugène, Eric, Emile, Emilie, Edmond, Elody, Stefanny, Favier, Emma
MWABI, Boireau, Ben MUGISHO, Francis SHAMAMBA pour leur affection et amour.
Mes reconnaissances s’adressent également à tous mes ami(e)s et connaissances : Docteur MANA,
Tonton Placide, Mm Marie Claire KEZAKIMANA, Elvis MUGENZI, MASUDI Eros
Tous ceux qui ont participé de près ou de loin et que je n’ai pu citer dans ce travail, mes sincères
remerciements.
iv
SIGLES ET ABREVIATIONS
nd
2G 2 Generation
3G 3rd Generation
ACM Adaptive Coding and Modulation
AM Amplitude Modulation
ASK Amplitude Shift Keying
ATPC Automatic Transmit Power Control
AU Administrative Unit
AUG Administrative Unit Group
BER Bit Error Rate
dB décibel
dBd décibel dipôle
dBi décibel isotrope
DCS Digital Cellular System
E1 2048 Kbit/s data rate
EHF Extremely High Frequency
EMC Electro Magnetic Compatibility
EMS Element Management System
FD Full Duplex
FDM Frequency Division Multiplexing
FH Faisceau Hertzien
FHA Faisceau Hertzien Analogique
FHN Faisceau Hertzien Numérique
FI fréquence intermédiaire
FM Frequency Modulation
FSK Frequency Shift Keying
GE/FE Giga Ethernet/Fast Ethernet
GFP Generic Framing Procedure
GPS Global Positionning System
GSM Global System for Mobile communications
HF High Frequency
HSB Hot Standby
IDU Indoor Unit
IF intermediate Frequency
IT Intervalle de Temps
LCAS Link Capacity Adjustment Scheme
LF Low Frequency
LMT Local Maintenance Terminal
LOS Line Of Sight
LTE Long Terms Evolution
MAC Medium Access Control
MF Medium Frequency
MIC Modulation par Impulsions Codées
MSK Minimum Shift Keying
MSOH Multiplex Section Overhead
OAM Operation Administration and Maintenance
MUX Multiplexer
NE Network Element
v
NG-SDH Next Generation Synchronous Digital Hierarchy
NMS Network Management System
ODU Outdoor Unit
OEM Onde électromagnétique
PCM Pulse Code Modulation
PDH Plesiochronous Digital Hierarchy
POH Path Overhead
PM Power Module
PPM Partie Par Million
PTP Point-To-Point
QAM Quadrature Amplitude Modulation
QoS Quality of Service
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
RCU Radio Core Cross-connect Unit
RDC République démocratique du Congo
RF Radio Frequency
RFA Radio Fan Asset
RMU Radio Modulation Unit
RSOH Regenerator Section Overhead
RSSI Received Signal Strength Indication
RSTP Rapid Spanning Tree Protocol
RTU Radio Traffic Unit
SD Space Diversity
SDH Synchronous Digital Hierarchy
SDR Software Defined Radio
SFP Small Form factor Pluggable
SHF Super High Frequency
SNMP Simple Network Management Protocol
SOH Section Over Head
STM Synchronous Transport Module
STM-n Synchronous Transfert Module
STP Spanning Tree Protocol
TCO Total Cost of Ownership
TDM Time Division Multiplexing
TEM transversale électromagnétique
TUG-n Tributary Unit Group
VC-n Virtual Container-n
TU-n Tributary Unit
UHF Ultra High Frequency
VHF Very High Frequency
VLAN Virtual Local Area Network
VLF Very Low Frequency
XPIC Cross Polarization Interference Cancellation
vi
LISTES DES FIGURES
Figure I.1 : Historique des radiocommunications……………………………………...……………………4
Figure I.2 : Vue d’ensemble des ondes électromagnétiques………...…………………………….…...…….7
Figure I.3 : Représentation d’une onde TEM se propageant dans l’espace………………………………….9
Figure I.4 : Polarisation rectiligne et circulaire………………………………………………...…..……....10
Figure I.6 : Paramètres et présentation schématiques de l’antenne……………………………...………....13
Figure I.7 : Représentation du diagramme de rayonnement d’une antenne………….…………………….15
Figure I.8 : Diagramme de rayonnement et angle d’ouverture……...………………………......................16
Figure I.9 : Bande passante et coefficient de réflexion…..…………………………………………………17
Figure I.10 : Antenne Yagi………………...……………….……...………………………………………18
Figure I.11 : Géométrie du cornet pyramidal vu en 3D………………………………..………………......20
Figure I.13 : Exemple d’antenne sectorielle…………………………………………...…………………...23
Figure I.14 : Remplacement d’une cellule omnidirectionnelle par trois secteurs de 120°………………....23
Figure I.15 : Structure d’une antenne patch rectangulaire…………………….……………………..…….24
Figure II.1 : Liaisons radioélectriques..……………………...……………………..………………...……26
Figure II.2 : Subdivision de bande de fréquence en canaux……………………………………………...…27
Figure II.4 : Différents types de modulations………………..…………………….…………..…..……….28
Figure II.5 : Production et Allure temporelle d’un signal ASK…………………………………….………30
Figure II.6 : Allure temporelle d’un signal modulé FSK…………………………………..………………30
Figure II.8 : Diagramme polaire de la modulation BPSK…………..…………………..………………….31
Figure II.9 : Allure temporelle d’un signal BPSK……...….……………………………...………………..31
Figure II.10 : Expression et allure d’une porteuse modulée 4-QAM ou QPSK……………….………....…32
Figure II.11 : Constellation des 4 états à l’émission…….…………………………………...……………..32
Figure II.13 : Hiérarchie PDH……………………………………………………………..………...…….35
Figure II.14 : Conteneur virtuel……………………………...…………………………..……….………..37
Figure II.15 : Conteneur et conteneur virtuel……………………………......................…………………..38
Figure II.16 : Structure de la SDH……………………………………………………..…………………..39
Figure II.17 : Trame de base STM1…………………………...……………………...……………...…….40
Figure II.18 : Services supportés par les réseaux NG-SDH……………………….…………………...…..40
Figure II.20 : Eléments de la trame GFP………...………………………………….………………..…….41
Figure II.21 : Paramètres du protocole LCAS……..………………………………….…………….…..….42
Figure II.22 : Illustration de l'environnement terrestre………………..…………….…………….………..44
Figure II.23 : Géométrie pour l'établissement de l'équation de Friis .……………….……………....…..…44
Figure II.24 : Ellipsoïde de Fresnel délimitant une zone de Fresnel…………………….………………….45
Figure II.25 : Premier ellipsoïde de Fresnel…….………………………………………...…….………….46
Figure II.26 : Dégagement de la première zone de Fresnel pour un lien microonde……………….……….48
Figure III.1 : Structure d'une liaison hertzienne……..…………….……………………………………….50
Figure III.2 : Schéma d'une liaison hertzienne analogique… ………………………………...……………50
Figure III.3 : Principe de la modulation directe..…………………………………………..………………51
Figure III.4 : Principe du modulateur à transposition de fréquence……………………..…………...…….51
Figure III.4 : Synoptique de principe du démodulateur……..……………………………..………………51
Figure III.5 : Modulateur d'un FHN……………………...…………………...……………………………52
Figure III.6 : Schéma synoptique d'un émetteur………..…………………………….…………………….53
vii
Figure III.7 : Schéma synoptique d'un récepteur………………………………………………..………….53
Figure III.9 : Croisements des polarisations…………...………………………..…………………………54
Figure III.10 : Eloignement des canaux…………...…......………………………...………………………54
Figure III.11 : Alternance des polarisations dans chaque groupe…………………...…...……….………...54
Figure III.12 : Schéma simplifié d'une liaison……………………………………………..………………55
Figure III.13 : Composition de l’équipement ZTE ZXMW NR8250………..………………..……………57
Figure III.14 : Vue externe de l’IDU.........……..…………………………………………………………..58
Figure III.15 : Vue externes des ODUs…………..…..…………………………………………………….58
Figure III.16 : Architecture logique de ZXMW NR8250…………………………….…..……………….60
Figure III.17 : Architecture physique de l’IDU…………….…………...………………………………….62
Figure III.18 : SRU ODU……………………...…………..……………………………………………….62
Figure III.19 : A400 ODU (6 GHZ -11 GHZ)……………………………………...………………………63
Figure III.20 : A400 ODU (13 GHZ – 38 GHZ)………………………………….……......……………...63
Figure III.21 : Distribution en courant…………....………………………………………………………..64
Figure III.22 : Illustration de la configuration 1+0………………………………..……………………….68
Figure III.23: Diagramme block 1+0 no-protection………………………………...…………...…………68
Figure III.24 : Allocation des slots pour RMUs dans la configuration 1+1 HSB…………………..….…...69
Figure III.25 : Illustration de la configuration 1+1 HSB……………...…….………………..……………69
Figure III.26 : Diagramme du système 1+1 HSB configuration.……………..……………………………70
Figure III.27 : Illustration du mode de configuration 1+1 SD………………………………...……………71
Figure III.28 : Diagramme du mode de configuration 1+1 SD…………………………….………...……71
Figure III.29 : Illustration de la configuration 1+1 FD…………………...…………………..……………72
Figure III.30 : Diagramme de la configuration 1+1 FD………………..……...……………………………72
Figure III.31 : Diagramme d’interconnexion du système NR8250………………………...…...………….73
Figure III.32 : Interconnexion point-à-point………...……………………………………...…….………..73
Figure III.33 : Mode d’interconnexion chainé………...…………………………………...………………73
Figure III.34 : Interconnexion en arbre……...………………………..…………………..……………….74
Figure III.35 : Interconnexion en anneau………...……………………………………...…………………74
Figure III.36 : Diagramme d’interconnexion LMT………………...…………………...………………….75
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I.1: Dénomination des différentes bandes de fréquences radioélectriques…….……………...…..5
Tableau I.2 : Types d’antennes paraboliques……………………………………………………...………21
Tableau II.1 : Occupations spectrales des modulations x-QAM...……………………………..…………33
Tableau II.2 : Récapitulatif des débits des normes SDH et SONET...………………………..…………..36
Tableau II.3 : Récapitulatif des différents débits versus le conteneur………………………...…………..37
Tableau III.1 : Relation entre les différentes cartes et leurs slots correspondants……………...…………61
Tableau III.2 : 1+0 no-protection configuration…………………………...…………………...…………67
Tableau III.3 : 1+1 HSB protection configuration…………………………………………..…………….69
Tableau III.4 : 1+1 SD protection configuration………………………………………………………….70
Tableau III.5 : 1+1 FD protection configuration…………………………………………..…..………….71
Tableau III.6 : Diagrammes d’interconnexion du système NetNumen U31……………..…………….…76
Tableau III.7: Index techniques de l’équipement…………………………………………...…………….77
Tableau III.8: Espacement de canal………………………………………..……………...………………77
Tableau III.9 : Bilan de liaison entre les sites Ihusi et Mont Goma ………………………...……...……..79
viii
TABLE DES MATIERES
DEDICACES…………………………………………………………………………......i
REMERCIEMENTS…………………..………………………....……..……………….ii
SIGLES ET ABREVIATION……………………………………………..……………iv
LISTES DES FIGURES…..……………………………………....………..…………...vi
LISTE DES TABLEAUX…...…………………………………….……………………vii
TABLE DES MATIERES……..………………………………..…..………….……...viii
CHAPITRE 0. INTRODUCTION GENERALE...…….………..………………….….1
0.1. Intérêt du sujet………………………………………………………………..…………………...1
0.2. Hypothèse de recherche………………………………………………………..…………………2
0.3. Méthodologie de travail………………………………………………………..…………………2
0.4. Articulation du sujet……………………………………………………………..………………..2
CHAPITRE I: NOTIONS INTRODUCTIVES SUR LA PROPAGATION DES
ONDES ET ANTENNES…………….……..……………………………………………3
1.
Introduction … …………………..………………………………………………………………..3
1.1.
2.
Historique……………………...………………………...……………………………….........3
Propagation des ondes électromagnétiques…………………………….….………………………4
2.1.
Présentation générale …..………………………………………...………...............................4
2.2.
Spectre des ondes électromagnétiques…………………………...……………………………5
2.3.
Classification des ondes électromagnétiques…………………………...……………………..6
2.4.
Propagation d'une onde …. ……………………………………………...…............................7
2.5.
Caractéristiques ondulatoire d’une onde électromagnétique ..................................................10
2.6.
Puissance de rayonnement d’une onde électromagnétique………….……………………….12
3.
Antennes … …………………………………………........……………………………………...13
3.1.
Paramètres caractéristiques des antennes………………………………………………….....14
3.2.
Types d’antennes ………………………….………………………………………………...18
CHAPITRE II : FAISCEAUX HERTZIENS…………………………………………25
1.
Description d’un faisceau hertzien …………… ………………………...………………………25
1.1.
Liaisons radioélectriques…………………………………………………………..............................25
2.
Technique d’affectation des fréquences…………………………………...……………………..26
3.
Techniques de modulation …... …………………………………………...……..………………27
ix
3.1.
Principe général de la modulation……………………………………………………….…................27
3.2.
Modulation pour faisceaux hertziens analogiques……………………………………………………28
3.3.
Modulation pour faisceaux hertziens numériques……………………………………………………29
3.4.
Types de multiplex utilisés par le système F.H…………………..…………………………………..33
3.5.
Facteurs pouvant affecter la propagation………………………..……………………………………43
CHAPITRE III : ETUDE DE LIAISON HERTZIENNE AVEC EQUIPEMENT
ZXMW NR8250…………………………………………………………………………50
1.
Schéma bloc d’un système à faisceaux hertziens………..………………………………………..50
1.1.
Equipements de modulation analogique……………………………………………………………………………………….. ..50
1.2.
Equipements de modulation Numérique…………………………………………………………………………………….. …..52
1.3.
Emetteurs récepteurs analogiques………………………………………………………………………………………………………52
1.4.
Liaison des émetteurs/récepteurs avec les antennes……………………………….…………………………………..…….53
1.5.
Expression de la puissance reçue ………………...……………………………………………………………………. ……55
1.6.
Sensibilité d’un récepteur.……………………………………………………………………………..56
1.7.
Condition de bon fonctionnement d’une liaison hertzienne………………………………………………………………56
2. Etude proprement dite d’une liaison hertzienne avec l’équipement ZTE ZXMW NR8250 (digital
microwave transmission system). ………………….……………………………………..…..………57
3.
2.1.
Composition du matériel……………………………………………………………………………………………………….………….58
2.2.
Fonctionnalités…………………………………………………………………………………………………………………………………60
2.3.
Architecture logique du système……………………………………………………………………………………………………….61
2.4.
Architecture physique .............................................................................................................................62
2.5.
Principe d’alimentation électrique ..........................................................................................................65
2.6.
Principe d’opération et de maintenance ..................................................................................................65
2.7.
Principe de protection .............................................................................................................................68
2.8.
Configurations de protections radio........................................................................................................68
2.9.
Modes d’interconnexion .........................................................................................................................74
2.10.
Solution d’opération et de maintenance..............................................................................................76
2.11.
Indexes techniques ..............................................................................................................................78
Etablissement d’une liaison microwave………………………………………………………… 79
3.1.
Bilan de liaison .......................................................................................................................................79
CONCLUSION GENERALE………….………...………………………………………..81
BIBLIOGRAPHIE…………….…………..………………………………………………..I
x
1
CHAPITRE 0. INTRODUCTION GENERALE
Le secteur des télécommunications connait une évolution exponentielle avec l’avènement de
systèmes numériques dû à l’augmentation des abonnés et des demandes en capacité de plus en plus
accrues. Cette évolution se traduit par le développement des différents systèmes offrant de plus en
plus de services à l’utilisateur, une meilleure qualité de fonctionnement et de gestion. Ainsi les
systèmes de radio mobiles vont connaitre le plus grand essor dans le domaine des
télécommunications et en contrepartie, cela entrainera l’avènement de nouvelles techniques
permettant le transport de l’information d’où l’importance et la nécessité de nouveaux systèmes
des transmissions.
Les opérateurs de réseaux mobiles doivent entreprendre pour cela des procédures et des démarches
qui sont à la fois simples, peu coûteuses et robustes, tout en tenant compte des tendances des
technologies. De même, les équipementiers tels qu’Alcatel, Huawei Technologies, Ericsson, ZTE
Corporation, etc. ne seront pas épargnés de ce vent de changement. C’est pour s’arrimer à cette
évolution que plusieurs types d’équipements aux capacités aussi variées les unes des autres, vont
être produits par ces firmes.
Au stade actuel du développement des télécommunications, les systèmes de transmissions les plus
utilisés sont les transmissions à base des faisceaux hertziens et ceux à base de fibres optiques. Dans
le souci de permettre aux populations de communiquer et d’échanger partout et en temps réel, bon
nombre d’opérateurs téléphoniques s’interrogent sur les infrastructures et technologie qui
permettront de répondre à ces exigences. Ainsi, la nécessité d’avoir une connaissance sur les
différents équipements utilisés, une maitrise de la chaine de transmission et des techniques de
transport utilisées dans les systèmes de transmission sont d’une importance capitale.
Afin de comprendre le fonctionnement de ces systèmes de transmission, le thème intitulé « étude
d’un système de transmission par faisceaux hertziens numériques avec l’équipement ZXMW
NR8250 » nous a inspiré pour notre travail de fin d’études.
0.1. Intérêt du sujet
Vu l’intérêt d’un système de transmission dans un réseau de télécommunication et dans l’esprit de
mieux comprendre cette partie aussi importante du domaine des télécommunications, notre travail
tente une approche globale et macroscopique des systèmes de transmission par faisceau hertzien
dans les réseaux des télécommunications en insistant surtout sur le système de transmission à
faisceaux hertziens numériques.
Il ne prétend pas d’épuiser tout le domaine de transmission par faisceaux hertziens, c’est un souci
de présenter une synthèse aussi générale que possible. Il n’y a pas de révélations particulières, mais
une explication simple et claire de ce que le lecteur a l’habitude de constater sans toujours en
déceler la raison d’être.
2
0.2. Hypothèse de recherche
En faisant l’étude de cette partie de télécommunication, nous avons voulu répondre à plusieurs
questions :
-
Quel est le rôle des faisceaux hertziens dans la télécommunication ?
Quels sont le moyens nécessaires pour évaluer les performances d’une liaison à faisceau
hertzien ?
Quels sont les équipements utilisés dans la transmission par faisceau hertzien ?
Quels sont les paramètres nécessaires pour établir une liaison à faisceau hertzien
numérique ?
Toutes ces questions trouveront des réponses propices à la fin de notre travail
0.3. Méthodologie de travail
Dans le souci de présenter un travail fiable, nous avons procédé par une étude des
télécommunications par faisceaux hertziens et son évolution en général, le système de transmission
microonde numérique ZXMW NR8250 en particulier.
Pour cela nous avons consulté les ouvrages généraux et d’autres documents déjà existants en
rapport avec les télécommunications.
Nous avons ensuite enrichi les données recueillies à l’aide des informations tirées des visites dans
les entreprises exploitant les télécommunications et surtout les systèmes des transmissions par
faisceau hertzien de Vodacom Congo RDC.
Au cours de notre recherche, les données sur internet nous ont été d’une grande utilité, nous avons
également fait recours aux ouvrages spécifiques disponible dans les bibliothèques.
0.4. Articulation du sujet
Hormis le chapitre 0 qui fait la présentation du sujet, l’intérêt qui nous a poussés à nous intéresser
à ce type de transmission, les procédés que nous avons utilisés pour venir à bout de ce travail, notre
travail s’articule en trois grands chapitres qui se complètent progressivement:
Dans le premier chapitre à travers ses différents paragraphes, nous parlerons des notions
introductives sur la propagation des ondes, des paramètres importants d’une antenne, et comme il
existe toute une panoplie d’antennes et que leurs études peuvent devenir rapidement d’une grande
complexité, on se limitera à la présentation de quelques-unes des formes les plus usuelles.
Dans le second chapitre, nous nous intéresserons à l’étude sur les faisceaux hertziens, types des
multiplex utilisés, techniques de modulations, techniques d’affectation de fréquences et les facteurs
pouvant affecter la propagation.
Dans le dernier chapitre, nous entrerons en profondeur sur l’étude de la liaison hertzienne, nous
présenterons l’équipement ZXMW NR8250 (le système de transmission microonde numérique) et
enfin nous parlerons des paramètres nécessaires pour l’établissement d’une liaison hertzienne et
son bilan.
3
CHAPITRE I: NOTIONS INTRODUCTIVES SUR LA PROPAGATION
DES ONDES ET ANTENNES
1. INTRODUCTION [1]
Les phénomènes électromagnétiques les plus importants pour les technologies modernes, et en
particulier pour les télécommunications, sont ceux liés à la génération, propagation et captation
d’ondes électromagnétiques (OEM). La vie moderne nous a familiarisés avec les ondes
électromagnétiques qui ne sont plus le rayonnement mystérieux qu’Heinrich Hertz observait pour
la première fois dans son laboratoire de Karlsruhe, Allemagne, en 1887 et dont l’existence avait été
prédite par James Clerk Maxwell dans ses fameuses Equations de l’Electromagnétisme (1865).
Le rôle d’une antenne est de convertir l’énergie électrique d’un signal en énergie électromagnétique
transportée par une onde électromagnétique (ou inversement).
Le transport d’énergie par une onde électromagnétique va donc permettre le transfert d’information
sans support physique à travers un canal ou une liaison radioélectrique, à condition que l’onde
électromagnétique soit modulée par un signal informatif.
Une liaison radioélectrique est un canal de transmission entre un émetteur et un récepteur, dont le
support de transmission est assuré par des ondes électromagnétiques. Comme tous les canaux de
communication, il est soumis aux problèmes posés par le bruit et les perturbations, qui vont limiter
les performances du système de transmission. Ils sont aussi dépendants des propriétés de l’antenne
qui va donner naissance à l’onde électromagnétique, et à l’environnement autour de l’antenne qui
va influer sur la propagation des ondes électromagnétiques. La connaissance et la modélisation de
la propagation et des antennes sont complexes, mais nécessaires pour dimensionner un système de
transmission sans fils.
1.1. HISTORIQUE
La figure ci-dessous (figure I.1) dresse un rapide historique des découvertes et inventions liées aux
radiocommunications et aux antennes. Le développement des radiocommunications est basé sur la
théorie de l’électromagnétisme, mise au point au XIXe siècle et améliorée au XXe siècle. Les ondes
électromagnétiques, support des radiocommunications, ont été prévues de manière théorique dans
le cadre des équations de Maxwell et mises en évidence expérimentalement par Hertz à la fin du
XIXe siècle. Peu de temps après, les premières applications de transmission radio sont apparues.
Leur développement s’est fait en parallèle avec celui de l’électronique au début du siècle. Le XXe
siècle est ensuite ponctué d’innovations majeures, qui répondaient à des besoins précis.
Aujourd'hui, le monde est couvert par un réseau d'antennes qui permettent des communications
pouvant relier les différents continents. Le domaine d'application de la propagation radio s'est élargi
à la transmission des données météorologiques, des données GPS, etc.
4
Figure I.1 : Historique des radiocommunications
Le but de ce chapitre est de comprendre le principe de fonctionnement d’une antenne, leurs
caractéristiques et connaître les principaux types d’antennes employées pour les
radiocommunications.
Le chapitre est orienté de la manière suivante : la première partie revient sur des notions
d’électromagnétisme afin de mieux comprendre le principe de fonctionnement d’une antenne. La
seconde partie présente les caractéristiques principales d’une antenne et les principaux types
d’antennes utilisées pour les radiocommunications sont présentés.
2. PROPAGATION DES ONDES ELECTROMAGNETIQUES
2.1. Présentation générale [7]
Une onde est un phénomène physique que l'on rencontre quand une certaine perturbation (une
modification de l'état en un point d'un milieu déterminé) se propage vers d'autres points de ce
milieu.
Pour les ondes électromagnétiques, il s'agit de la modification de l'état électrique en un point d'un
milieu, c'est-à-dire la modification du nombre d'électrons en un point ou la mise en vibration des
électrons en un point à une fréquence donnée. Cette modification d'état va se faire sentir de proche
en proche dans le milieu considéré.
La transmission d'une information entre deux points éloignés doit se faire aussi vite que possible.
C'est pour cela que tous les moyens de transmission modernes sont basés sur la propagation d'ondes
électromagnétiques.
Cette propagation se passe à une vitesse finie : elle est fonction du milieu de propagation. Dans le
vide et par approximation dans l'air, la vitesse de propagation des ondes vaut 0 =
/ .
La propagation d’une onde dans l’espace libre fait intervenir plusieurs facteurs dont ceux reliés aux
antennes, les paramètres électriques du milieu, la distance et la fréquence de l’onde.
Le phénomène de propagation se scinde en deux modes à savoir la propagation guidée qui suppose
un support matériel et la propagation rayonnée qui, elle, se propage en espace libre.
5
2.2. Spectre des ondes électromagnétiques
Les ondes rayonnées peuvent être classées en fonction de leur fréquence ou, ce qui revient au
même, leur longueur d'onde dans le vide. La longueur d'onde pour une onde radio se définit de la
même façon que pour une onde guidée ; à savoir que :
Ou encore avec
=
.
=
(1)
(le nombre d'onde ou constante de phase dans le vide) :
=
(2)
Dans le cas de la propagation radio, on admet que les propriétés électromagnétiques de l'atmosphère
sont identiques à celles du vide. Par conséquent, les longueurs d'onde radio dans l'atmosphère ou
dans le vide sont toujours identiques. On classe conventionnellement les fréquences radio par
décade, c'est-à-dire par intervalle de fréquence, dont les deux fréquences extrêmes sont dans un
rapport de 1 à 10.
Les communications radio se font à des fréquences comprises entre 3 kHz et 300 GHz, ce qui
correspond à des longueurs d'onde dans l'air de 100km à 1mm.
Le tableau ci-dessous donne la dénomination et la plage de fréquence de chaque bande.
Tableau I.1: Dénomination des différentes bandes de fréquences radioélectriques.
Nom de la Bande
Plage de fréquence
Longueur d'onde
3-30 kHz
100 km - 10 km
LF (Low Frequency)
30-300 kHz
10 km - 1 km
MF(Medium Frequency)
0.3-3 MHz
1 km - 100 m
HF(High Frequency)
3-30 MHz
100 - 10 m
VHF (Very High Frequency)
30-300 MHz
10m - 1 m
UHF (Ultra High Frequency)
0.3 -3 GHz
1-10 cm
SHF (Super High Frequency)
3 - 30 GHz
10 cm - 1 cm
30-300 GHZ
1 cm - 1 mm
VLF (Very Low Frequency)
EHF (Extremely High Frequency)
6
2.3. Classification des ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques couvrent un large domaine de fréquences ou de longueurs d'onde, et
peuvent être classées d'après leur source principale. Cette classification n'a pas de limites très
précises puisque différentes sources peuvent produire des ondes dans des domaines de fréquence
qui se recouvrent.
La classification usuelle du spectre électromagnétique est la suivante :
 Les ondes radio. Leurs longueurs d'onde vont de quelques kilomètres à 0,3 m. Leur
domaine de fréquence s'étend de quelques Hz jusqu'à 109 Hz. L'énergie des photons va
pratiquement de 0 à 10-5eV. Les ondes qui sont utilisées pour les transmissions radio et la
télévision sont produites par des dispositifs électroniques, essentiellement des circuits
oscillants ;
 Les microondes. Les longueurs d'onde des microondes vont de 0,3m à 10-3m. Leur domaine
de fréquence s'étend de 109 Hz à 3 × 1011 Hz. L'énergie des photons va de 10-5 eV à 10-3 eV.
Ces ondes sont utilisées dans les radars et d'autres systèmes de communication, les
téléphones cellulaires, les fours à microondes, et aussi dans l'analyse de détails très fins des
structures atomiques et moléculaires. Elles sont également produites par des dispositifs
électroniques. La région des microondes est également désignée par le sigle UHF (ultrahautes fréquences par rapport aux fréquences radio) ;
 Le spectre infrarouge. Celui-ci couvre les longueurs d'onde de 10-3m à 7,8 × 10-7m. Le
domaine de fréquence s'étend de 3 × 1011 Hz à 4 × 1014 Hz et l'énergie des photons va de 103
eV à environ 1,6 eV. Ces ondes sont produites par les molécules et les corps chauds. Elles
ont de nombreuses applications dans l'industrie, la médecine, l'astronomie ;
 Le spectre visible ou lumière. C'est une bande étroite formée par les longueurs d'onde
auxquelles notre rétine est sensible. Il s'étend en longueur d'onde de 7,8 × 10-7m à 3,8 × 107
m et en fréquence de 4×1014 Hz à 8×1014Hz. L'énergie des photons va de 1,6 eV à 3,2 eV.
La lumière est produite par les atomes et les molécules par suite des réajustements internes
des mouvements de leurs composants, principalement des électrons ;
 Les rayons ultra-violets. Ils vont de 3,8×10-7m à environ 6×10-10 m en longueur d'onde et
de 8 × 1014Hz à environ 3 × 1017 Hz en fréquence. L'énergie des photons correspondants va
de 3 eV à 2 × 103 eV. Ces ondes sont produites par des atomes et des molécules dans des
décharges électriques. Leur énergie est de l'ordre de grandeur de l'énergie mise en jeu dans
de nombreuses réactions chimiques, ce qui rend ainsi compte de beaucoup de leurs effets
chimiques. Le soleil est une source très intense de rayonnement ultra-violet et c'est ce facteur
qui est essentiellement responsable du brunissement de la peau.
7
La figure ci-dessous met en évidence une vue d’ensemble des ondes electromagnétiques.
Figure I.2 : Vue d’ensemble des ondes électromagnétiques
2.4. Propagation d'une onde [1]
Le couple formé par les champs électriques et magnétiques forme une onde électromagnétique. Ce
terme vient du fait que, en raison des liens qui existent entre ces 2 champs, ceux-ci gagnent tout le
milieu ambiant de proche en proche ou se propagent, à l’image d’une onde qui se forme à la surface
d’un lac dans lequel on aurait jeté une pierre.
Nous allons commencer par donner quelques éléments de démonstration succincts de ce
comportement. Il est conseillé de se reporter à des ouvrages d’électromagnétisme pour un
développement plus détaillé et rigoureux.
8
2.4.1. Equation de propagation
La résolution des équations de Maxwell va nous permettre de déterminer l’équation de propagation
des champs. Nous ne considérerons ici que le cas d’un milieu de propagation sans pertes caractérisé
par une constante diélectrique et magnétique réelle, où il n’y a donc aucune charge et courant. En
combinant alors les équations de Maxwell-Ampère et de Maxwell-Faraday, il est possible d’écrire
les 2 équations différentielles dites de propagation :
� ⃗⃗ −
⃗
� ⃗⃗⃗ −
⃗⃗⃗
=⃗
(3)
=⃗
(4)
Les solutions à ces 2 équations se comportent comme des ondes qui se propagent à la vitesse V :
�=
(5)
√ ×
Dans le vide ou dans l’air, cette vitesse est notée c et est égale à :
=
×
√
=
×
De manière générale, la vitesse peut s’écrire : � =
/
√
(6)
(7)
×
En fonction de la permittivité électrique relative εr et la perméabilité magnétique relative du
milieu μr.
En régime sinusoïdal et en considérant l’axe z comme la direction de propagation, la solution aux
équations de propagation s’écrit :
⃗⃗ �,
⃗⃗⃗ �,
= ⃗⃗
� − �
= ⃗⃗⃗
� − �
= ⃗⃗ �
= ⃗⃗⃗ �
β est la constante de phase et caractérise la propagation :
=
�
= �√ ×
2.4.2. Surface d’onde et onde plane
=
�
− �
�
− �
(8)
(9)
On appelle surface d’onde l’ensemble des points de l’espace atteints à un instant t par une onde
émise à un instant antérieur t0. La phase de l’onde est identique en tout point de cette surface,
l’amplitude ne l’est qu’à condition que la source rayonne de manière isotrope dans toutes les
directions de l’espace. Dans le cas d’un milieu de propagation isotrope et homogène, la vitesse de
propagation est identique dans toutes les directions de l’espace et la surface d’onde est une sphère.
On parle alors d’ondes sphériques.
9
Pour une onde plane, le qualificatif « plane » vient du fait que ses surfaces d’onde sont des plans
perpendiculaires à la direction de propagation. Loin de la source, l’onde peut être vue localement
comme une onde plane. Localement, les champs électriques et magnétiques ont la même valeur en
tout point du plan d’onde.
2.4.3. Propriétés d’une onde électromagnétique plane
2.4.3.1. Relation mathématique entre les champs ⃗⃗
⃗⃗⃗ d’une onde
Nous allons chercher à donner une image à l’onde électromagnétique issue des équations de
propagation en régime sinusoïdale (équation (8)). On considère que l’onde se propage le long de
l’axe z. A grande distance de la source, l’onde est localement une onde plane. A partir des équations
de Maxwell, il est possible de montrer les propriétés suivantes :
⃗⃗⃗ sont perpendiculaires à la direction de propagation. Ils sont donc inclus
 Les champs ⃗⃗
au plan d’onde. On parle alors d’onde transversale électromagnétique (onde TEM)
 Les champs ⃗⃗ , ⃗⃗⃗ et la direction de propagation forment un trièdre direct. Les champs E et H
sont donc perpendiculaires entre eux.
⃗⃗⃗ sont en phase et sont
 Dans le cas d’un milieu de propagation sans pertes, les champs ⃗⃗
reliés entre eux par l’équation (10).
=√ =
(10)
η est appelé impédance d’onde du milieu. Dans le vide,
=
≈
�.
La figure ci-dessous représente une vue d’une onde électromagnétique dans l’espace à un instant
donné.
Figure I.3 : Représentation d’une onde électromagnétique TEM se propageant dans l’espace
L’onde est formée par la superposition des champs électriques et magnétiques qui évoluent de
manière sinusoïdale dans l’espace. A un instant donné, la position des maximums et des minimums
de champs se déplaceraient le long de l’axe z, indiquant la propagation de l’onde.
Une onde électromagnétique est caractérisée par :
2.4.3.2.
Fréquence
La fréquence d'une onde électromagnétique est la fréquence des champs ⃗⃗
C’est aussi la fréquence du courant circulant dans l’antenne.
⃗⃗⃗ qui la composent.
10
2.4.3.3. Longueur d’onde
La longueur d'onde λ est le trajet parcouru par l’onde durant une période T. Elle correspond à la
distance entre 2 maximums de l’onde.
2.4.3.4. Polarisation d’une onde électromagnétique
On définit la polarisation d’une onde électromagnétique comme l'orientation du champ électrique
E par rapport au plan d'incidence.
2.4.3.4.1.
Polarisation rectiligne
La polarisation est dite rectiligne, lorsque les deux composantes du champ électrique vibrent en
phase ou en opposition de phase (� = �� ± ), les champs E et H conservent une direction
constante dans le temps.
2.4.3.4.2.
Polarisation elliptique
La polarisation est dite elliptique, lorsque les deux composantes du champ électrique et magnétique
ne sont ni en phase ou ni en opposition de phase et la direction du champ E varie dans le temps.
L’extrémité du vecteur représentant le champ électrique décrit une ellipse.
2.4.3.4.3.
Polarisation circulaire
La polarisation est dite circulaire, lorsque les deux composantes du champ électrique et magnétique
sont en quadrature des phases � = �� ± ⁄
Figure I.4 : Polarisation rectiligne et circulaire
La polarisation de l’onde dépend des caractéristiques de l’antenne émettrice. Ainsi, les antennes
filaires présentent une polarisation rectiligne. Cependant, la polarisation d’une onde peut être
modifiée par le milieu de propagation et les objets environnants. Par exemple, le passage d’une
onde à travers un milieu chargé (comme le passage d’une onde à travers l’ionosphère terrestre)
conduit à une rotation du plan de polarisation par effet Faraday et donc à l’introduction de
déphasage de propagation.
2.5. Caractéristiques ondulatoires d’une onde électromagnétique [7]
Une onde radio se distingue d'un rayonnement lumineux par sa fréquence : quelques dizaines de
kilohertz ou gigahertz pour la première, quelques centaines de Téra hertz pour la seconde.
Évidemment l'influence de la fréquence de l'onde est déterminante pour sa propagation mais la
plupart des phénomènes d'optique géométrique (réflexion, réfraction, diffraction, diffusion, etc.)
s’appliquent aussi dans la propagation des ondes hertziennes.
11
Dans la pratique il est fréquent que deux ou plusieurs phénomènes s’appliquent simultanément au
trajet d'une onde : réflexion et diffusion, diffraction et réfraction, ... Ces phénomènes appliqués aux
ondes radioélectriques permettent souvent d'établir des liaisons entre des points qui ne sont pas en
vue directe.
2.5.1. Réflexion
Tout comme la lumière visible, les ondes électromagnétiques se propageant dans un milieu
diélectrique sont réfléchies lorsqu'elles entrent en contact avec un milieu conducteur : pour les
ondes radio, les sources principales de réflexion sont le métal, le sol et les superficies d'eau.
2.5.2. Réfraction
Comme un rayon lumineux est dévié lorsqu'il passe d'un milieu d'indice de réfraction n1 à un autre
d'indice n2, une onde radio peut subir un changement de direction dépendant à la fois de sa
fréquence et de la variation de l'indice de réfraction. Ce phénomène est particulièrement important
dans le cas de la propagation ionosphérique.
2.1.1 Diffusion
Le phénomène de diffusion peut se produire quand une onde rencontre un obstacle dont la surface
n'est pas parfaitement plane et lisse. L’onde rencontre un obstacle dont l’épaisseur et ses
dimensions sont comparables à la longueur d’onde ; la densité de puissance est dispersée dans
divers directions et non dans une direction spéculaire.
2.6.4. Diffraction
Le phénomène de diffraction est la déviation que subit la direction de propagation des ondes
(acoustiques, lumineuses, hertziennes, rayons X, etc.) lorsque celles-ci rencontrent un obstacle ou
une ouverture de dimensions du même ordre de grandeur que leur longueur d'onde.
2.6.5. Interférences
Lorsqu'on réalise une liaison de transmission, il faut aussi tenir compte du fait que la voie de
transmission peut être soumise à différentes perturbations. On peut faire la distinction entre
différentes sources de perturbation :
1.
Brouillage
Ce sont des perturbations dues à d'autres signaux de télécommunication ; on le subdivise en :
 brouillage intentionnel
Cette perturbation se situe dans le cadre de la guerre électronique et nécessite des émetteurs
spéciaux, appelés brouilleurs.
 brouillage non-intentionnel
Cette perturbation est due à l'influence d'une voie de transmission sur une autre ; dans cette
catégorie, on peut ranger les phénomènes suivants :
12
 la diaphonie : il s'agit du passage non désiré du signal (de parole) d'une voie de
transmission vers une autre ;
 les problèmes de Co-localisation : un récepteur d'un réseau radio peut être brouillé
par les émetteurs d'autres réseaux radio qui se trouvent dans les environs immédiats
du récepteur considéré.
2.
Bruit
Le bruit possède un caractère aléatoire et n'est pas dû aux systèmes de télécommunication euxmêmes. On fait généralement la distinction entre :
 le bruit d'origine terrestre :
 bruit naturel ou atmosphérique (orages, éclairs, aurores boréales,. . .) ;
 bruit artificiel ou industriel (étincelles d'appareils électriques, tubes luminescents,
ouverture d'un interrupteur,. . .) ;
 bruit électronique dans les composants des circuits (bruit thermique dans les
résistances, bruit de grenaille dans les composants actifs, tels que les diodes et les
transistors).
 le bruit d'origine extraterrestre (surtout prépondérant dans des liaisons par satellites) : le
bruit solaire, le bruit galactique et le bruit extragalactique.
2.6. Puissance de rayonnement d’une onde électromagnétique
Dans un volume dV, une onde électromagnétique transporte une énergie composée de :
 une énergie électrique =
 une énergie magnétique =
+
�
�
L’énergie totale est donc de
�=
. . � On peut montrer que l’onde transporte la
puissance suivante, exprimée sous la forme d’un vecteur appelé vecteur de Poynting. H* est le
conjugué du champ magnétique H.
⃗ = �
⃗ ∧�
⃗⃗⃗⃗∗ �/
�
(11)
⃗⃗⃗ sont en phase, le vecteur
Pour une onde progressive (comme une onde TEM), les champs ⃗⃗
de Poynting est réel donc l’onde transporte une puissance active qui peut être fournie à une charge.
Si les champs E et H sont en quadrature, l’onde est stationnaire et le vecteur de Poynting est
purement imaginaire. L’onde ne transporte pas de puissance active.
Le fait qu’une onde électromagnétique transporte une puissance est à la base de deux types
d’applications fondamentales :
 le transport d’énergie sans contact, imaginé par Nicolas Tesla et repris depuis plusieurs
années sous le nom de Wireless Power Transfer,
 le transport d’une information par une onde électromagnétique, à condition de la moduler,
utilisé par tous les systèmes de radiocommunication
13
3.
Antennes [3]
Une définition traditionnelle stipule que : « Une antenne d’émission est un dispositif qui assure la
transmission de l’énergie entre un émetteur et l’espace libre où cette énergie va se propager.
Réciproquement, une antenne de réception est un dispositif qui assure la transmission de l’énergie
d’une onde se propageant dans l’espace à un appareil récepteur».
Figure I.6 : Paramètres et présentation schématiques de l’antenne
La figure I.6 montre le rôle d’une antenne comme élément de transition entre le circuit électrique
et l’espace environnant. En effet, l’antenne, du point de vue électrique, est représentée par une
simple impédance complexe dont la partie réelle inclue une composante reliée à la puissance émise
dans l’espace. La façon dont l’antenne rayonne la puissance émise dépend de sa géométrie.
La figure I.6 dresse aussi la liste des paramètres importants d’une antenne. On reconnaît
principalement la résistance de rayonnement, les diagrammes de rayonnement, la directivité et le
gain, et l’ouverture effective.
La connaissance des paramètres des antennes demeure essentielle pour bien comprendre les
qualités d’une antenne. Certaines antennes ont des caractéristiques qui les rendent intéressantes
pour certaines applications mais absolument inappropriées pour d’autres. Il faudra commencer par
leurs études.
Comme il existe toute une panoplie d’antennes et que leurs études peuvent devenir rapidement
d’une grande complexité, on se limitera à la présentation de quelques-unes des formes les plus
usuelles. On pense surtout aux antennes filiformes qui à cause de leur prix de revient, se retrouvent
partout. L’introduction d’éléments parasites forme une antenne Yagi-Uda qui permet une certaine
directivité. Suivra l’étude des antennes large-bande. Dans un point subséquent, l’antenne à
ouverture dont le cornet. Le rayonnement par des ouvertures explique aussi comment opèrent les
antennes paraboliques.
14
3.1. Paramètres caractéristiques des antennes
Une antenne est un élément passif permettant le transfert de l’énergie électrique (au sens large) vers
l’énergie électromagnétique ou vice-versa.
 L’antenne émettrice tire sa puissance de l’émetteur qui l’alimente, étant vue comme une
charge.
 L’antenne réceptrice fournit la puissance captée au récepteur, agissant comme une source
avec sa propre impédance interne.
En théorie cependant, on préfère supposer une source courant à l’émission et une source tension à
la réception, même si émission et réception sont liées par des phénomènes semblables au point de
vue antenne selon le théorème de réciprocité.
En vertu du théorème de réciprocité, on choisit la configuration émettrice ou réceptrice de l’antenne
qui facilite la compréhension et/ou les calculs.
3.1.1. Impédance d’entrée
Pour un transfert efficace d'énergie, l'impédance de la radio, l'antenne et le câble de transmission
les reliant doivent être identiques. Des émetteurs récepteurs et leurs lignes de transmission sont
typiquement conçus pour une impédance de 50. Si l'antenne a une impédance différente à 50,
il y a alors un déséquilibre et un circuit d'assortiment d'impédance est nécessaire.
Pour évaluer l’impédance d’une antenne, on assume une antenne en émission. L’antenne est alors
̅ . Le
considérée comme une charge à l’entrée de laquelle existe un courant ̅ et une tension �
rapport de ces deux quantités fournit l’impédance ̅ (ou mieux encore ̅ ) :
̅ =
̅
�
̅
=
+ �
On considère simplement l’antenne comme un circuit électrique ayant cette même impédance lors
des calculs de transfert de puissance.
3.1.2. Résistance et coefficient d’efficacité d’une antenne
3.1.2.1.
Résistance
Il ne s’agit pas de la résistance liée aux pertes ohmiques de l’antenne, mais de la perte de puissance
liée à l’onde électromagnétique rayonnée par l’antenne. Il s’agit donc d’une puissance active. Une
grande résistance de rayonnement indique une forte capacité à convertir l’énergie électrique
incidente (lié au courant qui « passe » dans la résistance de rayonnement) en énergie
électromagnétique.
La résistance
est la responsable du rayonnement de l’antenne, car sans elle aucune puissance
active fournie à l’antenne n’est émise. On a donc intérêt à l’avoir la plus élevée possible pour
accroître l’importance des champs rayonnés.
15
3.1.2.2.
Efficacité de rayonnement
A partir de la connaissance du courant en tout point de l’antenne, il est possible de calculer la
puissance rayonnée. Cependant, cette définition suppose que le courant soit constant en tout point
de l’antenne. En pratique, on considèrera le point où le courant est maximum.
L’efficacité de rayonnement de l’antenne qu’on note par est reliée au rapport entre la puissance
rayonnée
et la puissance fournie à l’entrée de l’antenne
:
=
=
+
3.1.3. Diagramme de rayonnement [1]
Les antennes sont rarement omnidirectionnelles et émettent ou reçoivent dans des directions
privilégiées. Le diagramme de rayonnement représente les variations de la puissance rayonnée par
l’antenne dans les différentes directions de l’espace. Il indique les directions de l’espace ( , � )
dans lesquelles la puissance rayonnée est maximale. Il est important de noter que le diagramme de
rayonnement n’a de sens que si l’onde est sphérique.
En général, le diagramme de rayonnement d’une antenne est représenté dans les plans horizontaux
(θ= 90°) et verticaux (φ = constante), ou bien dans les plans E et H.
.
Figure I.7 : Représentation du diagramme de rayonnement d’une antenne
3.1.4. Lobes latéraux (secondaire)
Aucune antenne ne peut rayonner toute l'énergie dans une direction voulue. Une partie est
inévitablement rayonnée dans d'autres directions. Ces plus petites crêtes sont désignées sous le nom
de lobes latéraux, généralement présentées en décibel (dB) en dessous du lobe principal.
3.1.5. Zéro
Dans un diagramme de rayonnement d'antenne, une zone zéro est une zone dans laquelle la
puissance rayonnée efficace est à un minimum. Un zéro a souvent un angle étroit de directivité
comparé à celui du lobe principal. Ainsi, le zéro est utile à plusieurs fins, telle que la suppression
des signaux d'interférence dans une direction donnée.
16
3.1.6. Angle d’ouverture
L’angle d’ouverture (beamwidth) ou largeur de faisceau caractérise la largeur du lobe principal.
L’angle d’ouverture à 3 dB �3 représente la portion de l’espace dans lequel la majeure partie de
la puissance est rayonnée. Il s’agit de l’angle entre les 2 directions autour du lobe principal où la
puissance rayonnée est égale à la moitié de la puissance rayonnée dans la direction de rayonnement
maximal.
Figure I.8 : Diagramme de rayonnement et angle d’ouverture
3.1.7. Directivité, gain et rendement d’une antenne
Ces 3 grandeurs permettent de caractériser la façon dont une antenne convertit la puissance
électrique incidente en puissance électromagnétique rayonnée dans une direction particulière. Le
gain et la directivité permettent de comparer les performances d’une antenne par rapport à l’antenne
de référence qu’est l’antenne isotrope.
3.1.7.1.
Directivité
La directivité
�, � d’une antenne dans une direction �, � est le rapport entre la puissance
rayonnée dans une direction donnée � �, � et la puissance que rayonnerait une antenne isotrope.
,�
,� =
3.1.7.2.
,�
=
Gain de directivité
Le gain � �, � d’une antenne dans une direction �, � est le rapport entre la puissance rayonnée
dans une direction donnée � �, � sur la puissance que rayonnerait une antenne isotrope sans
pertes. En général, le gain G correspond au gain dans la direction de rayonnement maximal
�0 , �0 . Cette propriété caractérise la capacité d’une antenne à focaliser la puissance rayonnée
dans une direction.
,� =
,�
⇒
=
,�
17
Si l’antenne est omnidirectionnelle et sans pertes, son gain vaut 1 ou 0 dB. Le gain est généralement
exprimé en dB ou en dBi car une antenne isotrope est utilisée comme référence. On trouve aussi
parfois le gain exprimé en dBd, lorsqu’une antenne dipôle est utilisée comme référence.
3.1.7.3.
Gain en puissance d'une antenne
Le gain en puissance � (ou �) d'une antenne se définit comme le rapport de la puissance
rayonnante qui doit être émise par une antenne isotrope afin de créer une certaine intensité de
champ en un certain point, à la puissance électrique qui doit être fournie à l'antenne directionnelle
afin de développer la même intensité de champ à la même distance, dans la direction de
rayonnement maximal. De cette puissance électrique d'émission doit être soustrait les pertes pour
avoir la puissance rayonnée.
=
×
: Coefficient d'efficacité ou rendement d'une antenne
3.1.7.4.
Rendement
Le rendement d’une antenne traduit sa capacité à transmettre la puissance électrique en entrée
��� sous forme de puissance rayonnée � . On le définit comme le rapport entre la puissance totale
rayonnée par une antenne et la puissance qui lui est fournie. Le rendement est lié aux pertes dans
le réseau de polarisation et dans les éléments rayonnants. En comparant les équations 15 et 16, on
voit que le rendement relie le gain et la directivité.
=
×
⇒
=
×
3.1.8. Bande passante et facteur de qualité
La largeur de bande d'une antenne se rapporte à la gamme de fréquences sur laquelle celle-ci peut
fonctionner convenablement. La bande passante peut être définie en fonction du coefficient de
réflexion, à condition que le diagramme de rayonnement ne change pas sur cette bande. Il n’y a pas
de critères précis pour la limite du coefficient de réflexion. Un critère typique est d’avoir un
coefficient de réflexion inférieur à -10 dB ou -15 dB sur la bande passante.
Figure I.9 : Bande passante et coefficient de réflexion
18
3.1.9. Polarisation d’une antenne
La polarisation est définie comme étant l’orientation du champ électrique d'une onde
électromagnétique. La polarisation est en général décrite par une ellipse. La polarisation linéaire et
la polarisation circulaire sont deux cas spéciaux de polarisation elliptique. La polarisation initiale
d'une onde radio est déterminée par l'antenne.
Afin de transférer la puissance maximum entre une antenne d’émission et une antenne de réception,
les deux antennes doivent avoir la même orientation spatiale, le même sens de polarisation et le
même rapport axial. Lorsque les antennes ne sont pas alignées ou n'ont pas la même polarisation,
il y aura une réduction de transfert de puissance entre elles. Cette réduction de transfert de puissance
réduira l'efficacité globale du système.
3.2. Types d’antennes [1]
Plusieurs exemples d’antennes de base ou avancées utilisées pour les télécommunications sont
présentées dans cette partie. Les principes de fonctionnement, les structures et les performances
typiques sont proposées. Bien que les antennes filaires et les boucles constituent les antennes les
plus courantes car les plus simples et les moins onéreuses, leurs performances sont parfois limitées
et il est nécessaire de concevoir des éléments rayonnants plus complexes pour obtenir de meilleurs
gains, des bandes passantes plus larges. Le développement des applications sans fils embarquées
et mobiles augmentent l’exigence en termes de miniaturisation des antennes.
3.2.1. Antenne YAGI
L'antenne Yagi est une antenne directive dont le gain est supérieur à celui du dipôle dans la direction
avant et inférieur dans la direction arrière.
Elle se compose de :
 un dipôle demi-onde, alimenté comme il se doit en son milieu, c'est l'élément radiateur
(l’élément qui émet ou reçoit des radiations).
 un (ou plusieurs) élément réflecteur (obligatoirement plus grands), non alimenté.
 un (ou plusieurs) élément directeur, non alimenté.
Figure I.10 : Structure d’une antenne yagi
19
Les éléments non alimentés sont qualifiés de "parasites".
La configuration minimum pour une antenne yagi correspond à un dipôle accompagné d'un seul
élément parasite, lequel peut être un réflecteur (le plus souvent) ou un directeur.
 Principe de fonctionnement
Les performances de l'antenne dépendent de la longueur et du diamètre de chacun des éléments et
de l'espacement entre éléments.
Un directeur, plus court que le radiateur, se comporte comme un dipôle alimenté en son centre et
dont l'impédance serait capacitive.
Le déphasage entre le courant traversant le radiateur et celui induit dans l'élément parasite dépend
de l'espacement entre éléments et de la réactance de celui-ci. C'est le déphasage entre les champs
électromagnétiques produits par les deux éléments qui détermine le diagramme de rayonnement de
l'ensemble.
 Le Gain :
Pour augmenter le gain avant de l'antenne, il suffit d'ajouter des éléments directeurs. Cette
pratique a toutefois des limites :
 mécaniques car la longueur de l'antenne peut poser des problèmes
 électriques car le gain n'est pas proportionnel au nombre d'éléments et plafonne assez
rapidement.
Plus on augmente le nombre d’éléments, et plus :
1. le lobe principal s’allonge.
2. le lobe principal s’amincit.
3. le nombre de lobes extérieurs augmente
 La directivité de l'antenne yagi est fonction du nombre d’éléments de l’antenne. L'antenne
yagi présente un lobe principal situé dans l'axe de l'antenne et plusieurs lobes secondaires
dont le nombre et la forme dépendent du nombre des éléments de l'antenne.
 La polarisation d'une yagi ordinaire est celle du dipôle qui joue le rôle de radiateur.
 Influence de la hauteur par rapport au sol :
L'antenne yagi est un peu moins tributaire de la nature et de la proximité du sol que d'autres
antennes, mais pourtant, la hauteur de l'antenne par rapport au sol détermine fortement le
diagramme de rayonnement de l'antenne, donc les caractéristiques de son lobe principal.
20
3.2.2. Antenne Cornet
Le cornet est une antenne qui termine un guide d’onde et qui fait partie des antennes à ouverture.
Il augmente graduellement la surface d’émission de la dimension du guide à celle voulue.
 Une large ouverture est souhaitable pour obtenir une bonne directivité ;
 Un long cornet est souhaitable pour produire un rayonnement plus efficace par une meilleure
adaptation.
Figure I.11 : Géométrie du cornet pyramidal vu en 3D
La partie évasée peut être à angle droit, rectangulaire, cylindrique ou conique. La direction du
rayonnement maximum correspond à l'axe du cornet. Elle est facilement alimentée avec un guide
d'ondes, mais peut être alimentée avec un câble coaxial et une transition appropriée. Les antennes
cornet sont généralement utilisées comme élément actif dans une antenne parabolique. Le cornet
est pointé vers le centre du réflecteur. L'utilisation d'une antenne cornet, plutôt qu'une antenne
dipolaire ou n'importe quel autre type d'antenne au point focal du réflecteur, réduit au minimum la
perte d'énergie autour des bords du réflecteur.
3.2.3. Antenne parabolique
L'antenne parabolique doit son nom au réflecteur en forme de parabole qui est la partie la plus
visible de l'antenne proprement dite. Le réflecteur agit comme le miroir principal d'un télescope
qui concentre l'énergie lumineuse reçue en un point appelé "foyer".
La distance entre le centre du réflecteur et le foyer est la "distance focale". La puissance reçue par
l'antenne est d'autant plus grande que la surface du réflecteur est grande mais le gain dépend aussi
de la fréquence du signal reçu ou émis.
Si le réflecteur de l'antenne est la "parabole" elle-même, le radiateur est en fait une petite antenne
(la "source") placée au foyer du réflecteur.
Selon la bande de fréquence ce peut être une antenne cornet (sur les bandes les plus basses) ou
l'extrémité d'un guide d'onde munie d'un réflecteur (sur 10 GHz).
 Antenne parabolique : la source
La source est une antenne de dimension réduite placée au foyer du réflecteur parabolique. Son rôle
est d'éclairer le réflecteur de façon optimale : complètement mais sans déborder.
21
Optimiser l'éclairement :
 L'élément rayonnant de la source doit être placé au foyer de la parabole, là où toute l'énergie
est concentrée.
 Le réflecteur doit avoir un diamètre qui corresponde au lobe de rayonnement de l'antennesource.
 Le rapport distance focale/Diamètre ( / ) est un paramètre essentiel du réflecteur
parabolique. On le choisit entre 0,4 et 0,8.
 Un rapport / trop faible donne une antenne très compacte et nécessitant une source
avec un angle d'ouverture très grand.
 Un rapport / élevé donne une antenne plus encombrante.
Le tableau ci-dessous donne les principales familles d’antennes paraboliques :
Tableau I.2 : Types d’antennes paraboliques
Antenne Primius
Plus l’antenne est grande et moins
l’ombre est relativement importante.
Donc on trouve ce type de montage sur
les grandes antennes.
Antenne Offset.
C’est le montage classique des
paraboles satellites ; car elles sont
généralement assez petites et donc ne
pourraient supporter un montage «
Primius ».
Antenne Cassegrain.
Dans le montage "Cassegrain", un
miroir hyperbolique renvoie l'énergie
reçue vers un foyer F' plus proche du
réflecteur que le foyer réel de la
parabole. La longueur des antennes à
longue distance focale est ainsi
diminuée.
22
 Polarisation :
La polarisation de la source détermine celle de l'ensemble de l'antenne parabolique avec toutefois
une particularité: à cause de la réflexion, le sens de rotation de la polarisation de l'antenne est
inversé.
 Calcul du gain
Le gain de l'antenne parabolique dépend principalement de son diamètre et de la longueur d'onde,
mais aussi, dans une moindre mesure, de l'efficacité du système d'illumination de la parabole par
la source (coefficient k).
On peut utiliser la formule : =
×
Où :
k : rendement du système d'illumination (source)
D : diamètre du réflecteur parabolique
 : longueur d'onde d'utilisation
D et  sont exprimés dans la même unité
 Directivité
L'angle d'ouverture du lobe principal d'une antenne parabolique est d'autant plus étroit que le gain
de l'antenne est grand. Il est exprimé en degrés.
3.2.4. Antennes sectorielles [6]
Ces antennes sont très utilisées dans les réseaux de télécommunications sans fil. On les retrouve
aussi bien chez les opérateurs de téléphonie mobile que dans les bâtiments des entreprises ou encore
chez les particuliers.
Dans la plupart des cas, les applications dévolues à ces antennes sont, comme leur nom l’indique,
la couverture d’une zone ou plus précisément d’un secteur, où se trouvent des antennes de
réception.
Elles sont donc souvent utilisées pour une station de base émettant en général vers un nombre élevé
d’antennes. Ces dernières peuvent être soit fixes comme dans le cas d’un relais, ou mobiles comme
dans le cas d'un déploiement Wifi, ou bien encore une antenne de station de base pour téléphonie
mobile en zone urbaine.
Typiquement, une antenne sectorielle est montée en haut d'une haute tour, légèrement inclinée vers
le bas afin de pouvoir servir le secteur juste au-dessous d'elle.
23
Figure I.13 : Exemple d’antenne sectorielle
Pour ce type d’antenne, le paramètre principal va être dans la plupart des cas l’ouverture angulaire
dans le plan horizontal, celle-ci déterminant directement la zone qui peut être couverte. Les secteurs
couverts peuvent être variables, classiquement 60 ou 90°. Le gain obtenu est plus important que
celui d’une antenne omnidirectionnelle et dépend, toujours de l’ouverture choisie. L’utilisation de
trois antennes d’ouverture 120° (Figure I.14) ou encore de six antennes d’ouverture 60° permet de
retrouver une couverture omnidirectionnelle. Elles sont utilisées pour des applications au sol
«liaisons Point à Multipoints » dans le but de couvrir une zone ou un secteur donné.
Figure I.14 : Remplacement d’une cellule omnidirectionnelle par trois secteurs de 120°
3.2.5. Antenne Panneau ou Patch [1]
Les antennes imprimées ou micro ruban, ou « patch » en anglais sont des couches métalliques de
forme particulière déposées sur des surfaces ou sur des circuits imprimés. Ce sont des éléments
rayonnants planaires. L’antenne est réalisée par gravure d’un circuit imprimé. De par leur
technologie de fabrication, ceux-ci peuvent être intégrés au plus près des circuits électroniques en
occupant un volume réduit et se conformant à différents types de surface.
Les antennes patch sont utilisées dans de nombreuses applications à partir des bandes VHF.
24
 Structure
Une antenne patch consiste en un élément métallique de forme quelconque (rectangulaire,
circulaire, à fente, ou formes plus élaborées) déposé sur la surface d’un substrat diélectrique qui
présente sur l’autre face un plan conducteur (plan de masse). Une antenne patch rectangulaire est
l’antenne patch la plus courante, sa structure est détaillée ci-dessous.
Figure I.15 : Structure d’une antenne patch rectangulaire
Les dimensions du patch sont généralement de l’ordre de la demi-longueur d’onde. Le choix de la
longueur est guidé par la fréquence de résonance à donner à l’antenne. Le plan de masse ne pouvant
pas être infini, il peut être égal à trois ou quatre fois la longueur d’onde, ce qui représente parfois
un encombrement trop important. Un plan de masse plus petit conduira à une modification des
propriétés de l’antenne. Les caractéristiques du substrat influent sur celles de l’antenne. En général,
sa permittivité doit être faible, il doit être d’épaisseur négligeable devant la longueur d’onde et
présenter des faibles pertes.
La position du point d’alimentation aura un impact non négligeable sur l’impédance d’entrée de
l’antenne et donc sur son adaptation. En outre, on peut trouver d’autres éléments gravés autour de
l’élément rayonnant tels que des lignes d’alimentation, des structures d’adaptation, de contrôle de
la phase, etc.
 Principe de fonctionnement
Deux modèles sont utilisés pour comprendre le fonctionnement d’une antenne patch.
 Une antenne patch peut être vue comme une ligne de transmission (ligne microruban)
ouverte à chacune de ses extrémités. Ces 2 discontinuités se comportent comme deux
extrémités rayonnantes.
 La deuxième manière de traiter une antenne patch est de la considérer comme une cavité
résonante, formée par le patch, le plan de masse et les 4 bords. En basse fréquence, la cavité
peut être considérée comme une capacité qui stocke des charges et dans laquelle un champ
électrique uniforme est créé entre le patch et le plan de masse.
Remarque : antenne multi bande :
Les dispositifs de télécommunications mobiles intègrent généralement plusieurs systèmes de
communication sans fil différents (GSM, DCS, UMTS, Bluetooth ...) fonctionnant à des fréquences
différentes. Pour chacun de ces systèmes, il faudrait une antenne ce qui limiterait fortement la
capacité à intégrer ce système. Comme il est difficile de réaliser une antenne large bande à partir
d’une seule résonance, ces systèmes intègrent plutôt des antennes multi-bandes c’est-à-dire qui
présentent plusieurs fréquences de résonance.
25
CHAPITRE II : FAISCEAUX HERTZIENS
1. Description d’un faisceau hertzien [13]
Les systèmes radio sont des supports de transmission qui utilisent la propagation des ondes radio
électriques pour véhiculer les informations d'un point à un autre, on les appelle généralement
faisceaux hertziens.
Un faisceau hertzien est une liaison radioélectrique point à point, bilatérale et permanente (full
duplex), à ondes directives, offrant une liaison de bonne qualité et sûre permettant la transmission
d'informations en mode multiplex à plus ou moins grande capacité. Un faisceau hertzien est un
système de transmission de signaux permettant l’interconnexion de sites distants utilisant les ondes
radioélectriques.
Ce type de liaisons radio point à point est aujourd'hui principalement numérique et est utilisé pour
des liaisons voix et données. Il utilise comme support les ondes radioélectriques, avec des
fréquences porteuses de 400MHz à 100GHz très fortement concentrées à l'aide d'antennes
directives. Leur propagation est limitée à l'horizon.
À cause des limites de distance géographique et des contraintes de « visibilité », le trajet hertzien
entre deux équipements d'extrémité est souvent découpé en plusieurs tronçons, communément
appelés « bonds », à l'aide de stations relais. Dans des conditions optimales (profil dégagé,
conditions géoclimatiques favorables, faible débit, etc.), un bond hertzien peut dépasser 100 km.
Du fait de l'absence de tout support physique entre les stations, les faisceaux hertziens peuvent
surmonter plus facilement des difficultés des parcours et franchir des obstacles naturels tels que :
étendues d’eau, terrains montagneux, terrains fortement brisés etc. Par rapport aux systèmes sur
câbles coaxiales qui transmettent directement la bande de fréquence résultant du multiplexage, les
faisceaux hertziens nécessitent une modulation supplémentaire pour faire porter cette bande de base
par les ondes radioélectriques hyperfréquences.
Les deux sens de transmission sont portés par des fréquences différentes. Pour des raisons de
distance et de visibilité, le relai hertzien entre l'émetteur et le récepteur, amplifient et remettent le
signal modulé vers la station suivante.
1.1.
Liaisons radioélectriques
Les liaisons radioélectriques utilisent la propagation des ondes électromagnétiques dans l'air libre.
Elles ont l'avantage de ne pas nécessiter de lourds travaux d'infrastructure. Cependant le support
utilisé est commun à tout le monde. Les bandes de fréquence représentent donc une ressource rare
et leur utilisation est réglementée par des organismes officiels nationaux. Etant donné que les
bandes de fréquence utilisées sont imposées, le signal à transmettre sera toujours transposé en
fréquence par modulation. Une liaison peut s'établir en visibilité directe entre plusieurs stations sur
des points hauts. Elle a une portée variant de 10 à 60 Km, mais la distance qui est souvent utilisée
est de 50 Km.
26
La distance entre deux tronçons ou bonds est donnée par la relation ;
= , (√
+√
 d = distance en Km
 He = hauteur de l'antenne d'émission en m
 Hr = hauteur de réception en m
)
Figure II.1 : Liaisons radioélectriques
Le bon fonctionnement des liaisons FH est conditionné par les caractéristiques des bonds
radioélectriques entre les stations et par celles des antennes utilisées. Ces bonds sont en visibilité
directe donc dégagées de tout obstacle et avec des réflexions, des phénomènes de réfraction et de
diffraction négligeables.
On peut classer les FH en deux catégories:
1. Les FH analogiques (FHA) utilisés principalement pour:
o La transmission des multiplex analogiques dont la capacité va de quelques voies
téléphoniques à 2700 voies téléphoniques.
o La transmission des images TV, et des voies de sons qui leur sont associées et aussi
d’autres signaux tels que les données.
2. Les FH numériques (FHN) qui acheminent principalement:
o Des multiplex numériques dont les débits vont de 2 Mbits/s à 140 Mbits/s
o Des données à grande vitesse
o La télévision codée, etc.
Les deux types de FH sont différents par la nature de signaux qu'ils transportent et par leur type de
modulation.
2. Technique d’affectation des fréquences
A l'exception de quelques systèmes fonctionnant dans les bandes 70-80 MHz (FH à bande étroites)
et 400-470 MHz (FH à petite capacités), les faisceaux hertziens utilisent des fréquences supérieures
à 1,5 GHz (ondes centimétriques). Entre 2 et 11 GHz, l'établissement des liaisons ne pose pas de
problèmes majeurs (conditions de propagation), mais au-delà de 11 GHz, il faut tenir compte de
l'absorption par les hydrométéores.
27
Cette absorption croît avec la fréquence et devient très importante aux alentours de 22 GHz. Ce qui
limite les fréquences porteuses à 21 GHz. Cette large gamme de fréquence est subdivisée en
plusieurs parties appelées bande de fréquence. Chaque bande peut être divisée en deux spots bandes
espacées par un intervalle de garde.
 Le choix des sous bandes à utiliser pour l'émission de celle à utiliser pour la réception dépend
de l'utilisateur.
 Les sous bandes sont à leurs tour subdivisées en canaux de 14 à 140 MHz de largeur (pour
les FH de grande capacité) ou 7 MHz (capacité inférieure ou égale à 300 voies).
 Chaque canal a une capacité en fonction de sa largeur, qui peut aller jusqu'à un débit de 140
Mbits/s. FHN à moyenne et forte capacité.
Figure II.2 : Subdivision de bande de fréquence en canaux
 ΔF1:écart de fréquence entre 2 canaux
 ΔF2:écart de fréquence entre 2 sous bandes
 ΔF3:largeur de la bande FH
3. Techniques de modulation [5]
3.1. Principe général de la modulation
L’objet de tous les efforts de modulation est de permettre à une puissante porteuse d’émettre par
voie aérienne des informations utiles.
Quel que soit le procédé utilisé, ces trois étapes sont incontournables :
 Génération d’une porteuse pure au niveau de l’émetteur,
 Modulation de cette porteuse par les informations à transmettre,
 Détection et démodulation de signal au niveau du récepteur, pour récupérer l’information
La dégradation du signal impulsionnel de la bande de base est rapide, la distance franchissable est
limitée à quelques km. Le signal sinusoïdal est plus résistant, d’où l’idée de substituer au signal
impulsionnel, un signal sinusoïdal et de modifier l’un de ses paramètres en fonction du signal
d’origine : c’est la modulation.
On module une porteuse dont la fréquence est beaucoup plus élevée que le message à transmettre.
Cette nouvelle fréquence est plus favorable à la transmission.
Un signal sinusoïdal est de la forme :
=
+ � avec
=
Un grand nombre de méthodes différentes permettent de moduler un signal, mais seuls trois
éléments de base du signal sont modifiables dans le temps :
 l’amplitude , c’est la modulation d’amplitude (AM) ;
 la fréquence 0 , c’est la modulation de fréquence (FM) ;
 la phase �0 , c’est la modulation de phase (PM).
28
Figure II.3 : Différents types de modulations
En modulation d’amplitude (AM), c’est l’amplitude du signal d’une porteuse haute fréquence qui
est modifiée, proportionnellement à l’amplitude instantanée du signal du message à transmettre.
En modulation de fréquence (FM), l’amplitude de la porteuse est maintenue à une valeur constante,
tandis que sa fréquence est modifiée par le signal du message à transmettre.
On peut moduler l’amplitude et la phase simultanément et séparément, mais ce procédé est difficile
à générer et particulièrement difficile à détecter. Par conséquent, dans les systèmes réalisés en
pratique, le signal est dissocié en une autre série de composantes indépendantes : I (phase) et Q
(quadrature).
Les équipements radio analogiques et numériques sont différents fondamentalement par le type de
modulations qu'ils utilisent. Pendant que les FHA utilisent la modulation de fréquence, Les FHN
utilisent les modulations par sauts de phase ou multi niveaux ou modulation sur fréquence porteuse.
3.2. Modulation pour faisceaux hertziens analogiques
En modulation d'amplitude, l'information utile est véhiculée par l'amplitude du signal porteur. Or
en réception, les éléments traversés par le signal présentent parfois des non linéarités en amplitude,
ce qui altère la qualité du signal après démodulation. La propagation de la porteuse dans
l'atmosphère entraîne des variations du niveau de réception d'où après la démodulation, le signal
présente des parasites. En tenant compte de ces phénomènes, le choix s'est porté sur la modulation
de fréquence pour les FHA car cette modulation ne présente pas les défauts ci-dessus cités et en
plus les modulations et démodulations de fréquence sont de réalisations plus faciles.
29
3.3. Modulation pour faisceaux hertziens numériques
3.3.1. Modulation numérique
Les modulations analogiques, mise au point pour adapter le signal analogique à son support de
transmission ne peuvent pas être utilisé pour les signaux numériques. Il a été conçu pour ces signaux
un type particulier de modulation dit modulation numériques ou modulation sur fréquence porteuse.
La modulation numérique offre par rapport à la modulation analogique une capacité supérieure
pour le transport de volumes d’information, ce qui constitue de toute évidence une évolution
majeure dans la concurrence pour l’espace spectral.
Les formats numériques sont également compatibles avec les services de données numériques,
offrant une sécurité accrue des données, une meilleure qualité de transmission et une disponibilité
plus immédiate des systèmes.
On utilise couramment les formats :




QPSK (Quadrature Phase Shift Keying);
FSK (Frequency Shift Keying);
MSK (Minimum Shift Keying);
QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
Pour mieux comprendre et comparer les efficacités de ces différents formats, il est important de
comprendre la différence entre débit binaire et débit symbolique.
Le débit binaire est la fréquence du flux binaire dans le système examiné, tandis que le débit
symbolique est la fréquence des états discrets réellement transportés sur le canal de transmission.
La bande passante requise par un format de modulation donné dépend du débit symbolique, et non
du débit binaire :
é �
�
=
�
é �
�
�
�
ℎ
30
3.3.1.1. Différents types de modulations numériques à porteuse unique
1. Modulation d’amplitude ASK (Amplitude Shift Keying)
C’est la technique la plus simple et la plus naturelle pour moduler une porteuse sinusoïdale
= c�� � par un signal numérique.
L’indice de modulation est en général de 100%, ce qui explique que ce type de modulation s’appelle
aussi modulation en tout ou rien.
La porteuse est simplement multipliée par le signal numérique � :
Figure II.4 : Production et Allure temporelle d’un signal ASK
En modulation numérique, le spectre du signal modulé est symétrique par rapport à la raie de la
porteuse et les deux bandes latérales ont la même forme que le signal basse fréquence.
Lors que le signal numérique n’est pas filtré, le signal modulé ASK occupe en théorie une bande
infinie, ce qui est inacceptable dans la pratique.
On est donc amené dans la pratique à limiter la bande du signal numérique par un filtre passe-bas,
simple ou de Nyquist.
2. Modulation de fréquence FSK (Frequency Shift Keying)
La porteuse est module en fréquence par le signal numérique, c’est-à-dire qu’elle saute d’une
fréquence F0 (pour le « 0 ») à une fréquence F1 (pour le « 1 »).
L’allure est la suivante :
Figure II.5 : Allure temporelle d’un signal modulé FSK.
On constate que la modulation FSK conduit à un encombrement spectral supérieur à celui de la
modulation ASK. Ce type de modulation est cependant très utilisé pour des débits moyens à cause
de sa bonne immunité aux parasites qui caractérise tous les systèmes fonctionnant en modulation
de fréquence.
31
Mais la modulation FSK, comme d’ailleurs la modulation ASK ne convient plus si on désire faire
transiter des informations numériques avec un débit élevé sur un canal de largeur limitée.
3. Modulation de phase à 2 états BPSK (Binary Phase Shift Keying)
L’une des formes les plus simples de modulation numérique est le binaire, ou bi-phase shift keying
(BPSK). La phase d’un signal de porteuse d’amplitude constante évolue de 0 à 180°. Sur un
diagramme I/Q, l’état I a deux valeurs différentes. Sur un diagramme d’état, les deux
emplacements signifient qu’il est possible d’envoyer un 0 ou un 1 binaire.
Figure II.6 : Diagramme polaire de la modulation BPSK
Ce type de modulation donne une porteuse présentant des sauts de phase de
changement de l’information binaire.
à chaque
Figure II.7 : Allure temporelle d’un signal BPSK
Ce type de modulation, extrêmement robuste vis-à-vis des perturbations, est utilisé pour les
communications spatiales lointaines.
4. Modulation en quadrature à 4 états (4-Quadrature Amplitude Modulation)
Dans le cas des modulations numériques, les variables i(t) et q(t) peuvent prendre un certain
nombre de valeurs discrète, et le vecteur correspondant un certain nombre de position dans le plan.
Pour réaliser concrètement une modulation numérique de ce type, le signal Xn(t) à transmettre est
décomposé en symbole de 2 éléments binaires successifs (dibits).
Le signal i(t) est formé à partir du premier élément des dibits et q(t) à partir du deuxième élément.
Les signaux i(t) et q(t) auront donc un débit 2 fois plus faible que le signal numérique initial.
32
Figure II.8 : Expression et allure d’une porteuse modulée 4-QAM ou QPSK
�⁄ .
Toutes les 2T secondes, la phase de la porteuse fait un saut de , �⁄ , �,
On voit que c’est essentiellement la phase de la porteuse qui change au cours du temps. C’est la
raison pour laquelle la modulation d’amplitude en quadrature à 4 états 4-QAM s’appelle aussi
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).
Cette modulation est très robuste vis-à-vis des perturbations et donne d’excellents résultats lorsque
le signal reçu est très faible, et donc bruité.
Les 4 états de la porteuse sont représentés sur un diagramme appelé « constellation des états ».
Figure II.9 : Constellation des 4 états à l’émission
La porteuse est modulée par les signaux i(t) et q(t) qui ont un débit deux fois plus faible que le
signal initial. Si ces deux signaux sont filtrés par deux filtres de Nyquist limitant leur spectre au
minimum, la porteuse aura un spectre du même type qu’en ASK, mais de largeur 2 fois plus faible.
5. Modulation en quadrature à x états (x-QAM)
Ce type de modulation, qui est la généralisation de la modulation 4-QAM a été développé pour les
modems rapides, puisqu’elle permet d’augmenter le débit numérique sans élargir la bande passante
du signal modulé. Le signal numérique est découpé en symbole des 3,4, …, n bits, la porteuse
modulée e(t) aura x=2n états possibles. Comme les signaux i(t) et q(t) sont n fois plus lents que le
signal numérique, le spectre du signal modulé, en supposant qu’on utilise un filtre de Nyquist, aura
une largeur n fois plus faible que le même signal en modulation ASK.
33
Voici les occupations spectrales correspondant aux différentes modulations avec filtrage de
Nyquist :
Tableau II.1 : Occupations spectrales des modulations x-QAM
Nombre d’états
Nombre de symboles
4-QAM
Symbole de 2 bits porteuse à 4 états
16-QAM
Symbole de 4 bits porteuse à 16 états
64-QAM
Symbole de 6 bits porteuse à 64 états
128-QAM
Symbole de 7 bits porteuse à 128 états
256-QAM
Symbole de 8 bits porteuse à 256 états
Largeur de spectre
=
+� . ⁄
=
+� . ⁄
=
=
=
+� . ⁄
+� . ⁄
+� . ⁄
Les modulations à x-états sont donc idéales chaque fois qu’on doit transmettre des données
numériques avec un débit élevé dans un canal de largeur limitée.
L’avantage de ce type de modulation est de réduire considérablement le débit pour l’adapter aux
possibilités d’un canal radio, mais la modulation x-QAM nécessite une linéarité suffisante pour
permettre une reconnaissance des caractères à la réception.
Un signal 256-QAM qui peut envoyer 8 bits par symbole, est 8 fois plus efficace qu’un simple
BPSK.
La complexité radio s’accroît en même temps qu’elle devient plus sensible aux erreurs provoquées
par le bruit et la distorsion.
Le signal doit être transmis à une puissance supérieure, pour étaler effectivement les symboles, ce
qui réduit naturellement l’efficacité en puissance.
Par conséquent, outre le compromis entre l’efficacité spectrale et la complexité du système, il faut
aussi prendre en compte le compromis entre l’efficacité spectrale et la tolérance au bruit.
Bien qu’ils ne présentent généralement pas d’efficacité spectrale, des systèmes comme le QPSK,
où les états sont beaucoup plus séparés, peuvent présenter une tolérance au bruit bien supérieur,
avant la dégradation des symboles.
En général, les FHN à moyenne et grande capacité utilisent une modulation 4 états de phase avec
modulation d'une fréquence intermédiaire de 70 MHz ou de 140 MHz. Mais aujourd'hui la limite
supérieure est connue seulement par le type de système de transmission.
3.4.
Types de multiplex utilisés par le système F.H [4]
Le multiplexeur est un équipement qui met en relation un utilisateur avec un autre par
l’intermédiaire d’un support partagé par plusieurs utilisateurs. Un multiplexeur n voies simule, sur
une seule ligne, n liaisons point à point. Chaque voie d’entrée est dénommée voie incidente, le
support partagé voie composite.
Ainsi, pour économiser le coût du réseau de transmission, plusieurs communications se partagent
le même support physique et les utilisateurs sont connectés en mode point à point via des
multiplexeurs. Les communications analogiques sont en général multiplexées en fréquence (FDM)
alors que les communications numériques sont multiplexées dans le temps TDM.
34
La numérisation du réseau téléphonique par la technique MIC a permis de définir (et de normaliser)
plusieurs niveaux de multiplexage. Le premier niveau de la hiérarchie est appelé débit primaire (E1
en Europe ou DS1 en Amérique). Ensuite, le multiplexage dans le réseau de transport de haut débit
consiste à associer ou regrouper des débits incidents ou primaires au niveau des commutateurs
centraux pour former un débit supérieur qui soit plus facile à transmettre et à gérer dans le plan de
transmission. Le regroupement s’effectue dès que possible avec comme objectif de partager au
moindre coût les supports physiques de transmission. La fonction de multiplexage s’introduit donc
naturellement au sein du réseau téléphonique pour réaliser cet objectif. Il existe deux hiérarchies
de multiplexages numériques :
 Le PDH : Plesiochronous Digital Hierarchy
 Le SDH : Synchronous Digital Hierarchy.
Le PDH et SDH assurent le synchronisme temporel et un retard minimum sur les données
transmises. Le xDH est donc dévolus aux applications à débits constants.
3.4.1. Hiérarchie numérique plésiochrone PDH
La hiérarchie numérique plésiochrone ou PDH (en anglais Plesiochronous Digital Hierarchy) est
une technologie utilisée dans les réseaux de télécommunications afin de véhiculer les voies
téléphoniques numérisées.
Le terme« plésiochrone » vient du grec plesio (proche) et chronos (temps) et reflète le fait que les
réseaux PDH utilisent des éléments identiques mais non parfaitement synchronisés : ils ont un
même débit nominal pour toutes les artères du même type mais ce débit diffère légèrement en
fonction de l'horloge de traitement local.
Les versions européennes et américaines du système différent légèrement mais reposent sur le
même principe, nous décrirons ici le système européen.
Le transfert de données est basé sur un flux à 2 048 kbit/s. Pour la transmission de la voix, ce flux
est séparé en 30 canaux de 64 kbit/s et 2 canaux de 64 kbit/s utilisés pour la signalisation et la
synchronisation. On peut également utiliser l'intégralité du flux pour la transmission de donnée
dont le protocole s’occupera du contrôle.
Afin d'amener plusieurs flux de 2 Mbit/s d'un point à un autre, ils sont combinés par multiplexage
en groupes de quatre. Cette opération consiste à prendre 1 bit du flux #1 suivi d'un bit du #2, puis
le #3 et enfin le #4. L'équipement émetteur ajoute également des informations permettant de
décoder le flux multiplexé.
Chaque flux de 2 Mbit/s n'étant pas nécessairement au même débit, des compensations doivent être
faites. L'émetteur combine les quatre flux en assumant qu'ils utilisent le débit maximum autorisé.
Occasionnellement le multiplexeur essaiera donc d'obtenir un bit qui n'est pas encore arrivé ! Dans
ce cas, il signale au récepteur qu'un bit est manquant ce qui permet la reconstruction des flux à la
réception.
La combinaison du multiplexage décrit permet un débit de 8 Mbit/s. Des techniques similaires
permettent d'agréger quatre de ces flux pour former des conduits de 34 Mbit/s puis 140 Mbit/s et
enfin 565 Mbit/s.
35
Ces débits sont nommés Ei avec :
 E1 correspondant à 2 048 kbit/s
 E2 correspondant à 8 Mbit/s
 E3 correspondant à 34 Mbit/s
 E4 correspondant à 140 Mbit/s (le plus haut débit normalisé)
Figure II.10 : Hiérarchie PDH
3.4.1.1. Trame primaire E1, MIC 30 voies
La modernisation du réseau téléphonique commuté s’est conçue en numérisant les signaux
analogiques de la voix.
Le système utilise une modulation par impulsion codées (MIC ou PCM en anglais : Pulse Code
Modulation) et un multiplexage temporel ; c'est le principe du MIC 30 voies. Chaque voie de 1 à
30 est filtrée dans la bande 300 - 3400 Hz (La bande passante étant de 300 Hz à 3400 Hz) puis
échantillonnée à fe=8kHz (pour respecter la condition de Nyquist), soit une période Te=125 μs. La
trame de 125 μs est découpée en 32 intervalles de temps (IT) de 3.9 μs ; les instants échantillonnés
sont décalés d'une voie sur l'autre.
Les échantillons analogiques, numérisés sur 8 bits, sont ensuite multiplexés temporellement. La
trame de 125 μs contient donc 32 octets dont 30 correspondent à des voies téléphoniques ; le débit
utile est alors de 32 * 8 bits * 8000 trames soit 2 048 kbit/s.
Le système MIC normalisé par les Européens est appelé MIC E1 (Européen, 1er Niveau).
3.4.1.2.
Inconvénients de la technologie PDH
Avant les années 1990, le réseau de transmission des opérateurs était basé sur les systèmes PDH ;
une technologie qui a vu le jour avec la numérisation des réseaux téléphonique dans les années
1970. Toutefois, cette technologie présente des inconvénients:
Le premier est que le multiplexage/démultiplexage est fait niveau par niveau ; Ce qui augmente le
coût, la consommation d’énergie, la complexité, entrainant la dégradation du signal et diminue la
qualité de la transmission.
36
Dans la structure de la trame PDH, nous trouvons juste quelques octets supplémentaires utilisés
pour les fonctions d’exploitation, administration et maintenance. Nous sommes donc partis sans
capacité de signal de secours pour apporter des améliorations lors de la transmission du signal.
L’absence de normalisation entraine l’impossibilité d’interconnecter deux ou plusieurs hiérarchies
provenant par exemple de pays différents (USA, JAPON, EUROPE) sans passer par un équipement
intermédiaire.
Vers la fin des années 1980, les grosses difficultés rencontrées au niveau de cette technologie seront
résolues grâce à l’arrivée d’une nouvelle hiérarchie de transmission qui est la SDH (Synchronous
Digital Hierarchy).
3.4.2. Hiérarchie numérique synchrone SDH [8]
La SDH vient pour répondre à certains nombre d'objectifs qui sont : la flexibilité, la visibilité, la
facilité d'exploitation, la prise en compte des évolutions futures vers les hauts débits et
l'interconnexion des systèmes de transmission:
La flexibilité d'un système de multiplexage se mesure d'une part par la facilité de Réorganisation
du train résultant et d'autre part par la possibilité de transporter dans ce train des débits variés.
Le principe de multiplexage retenu pour la SDH est celui synchrone. Ce type de multiplexage
procure une visibilité directe des signaux transportés à l'intérieur d'une trame de 155Mbit/s. Nous
pouvons alors extraire ou insérer des affluents, réorganiser le multiplex sans effectuer l'ensemble
des opérations de multiplexage/démultiplexage. De plus il est possible de transmettre dans une
trame synchrone des débits non normalisés.
Contrairement à la PDH, une partie relativement importante du débit est réservée aux différentes
fonctions d’exploitation, d’administration et de maintenance, et existe aux différents niveaux des
débits définis par la SDH.
Dans la SDH les trames à haut débit sont construites par multiplexage synchrone d'une entité de
base normalisée (STM-1). Cette entité de base définit donc implicitement toutes les trames à haut
débit, Chaque trame est obtenue en rajoutant un surdébit de gestion au multiplexage des entités de
base.
Tableau II.2 : Récapitulatif des débits des normes SDH et SONET
Niveau SDH
STM - 1
STM – 4
STM – 16
STM – 64
Débit en kbit/s
155.520
622.080
2.488.320
9.953.280
Niveau SONET
STS - 1
STS - 3
STS - 12
STS - 48
Débit en kbit/s
51.840
155.520
622.080
2.488.320
3.4.2.1. Trame SDH
Le transport de données s’effectue par blocs de données appelées Trames ; chaque bloc comporte
deux principales zones de données : La zone des informations ou données de services, et les
données transportées désignées par charge utile.
37
La trame de base, appelée STM-1 (Synchronous Transfert Module 1) est structurée en octet et est
divisée en trois zones dévolues aux informations suivantes :
 Capacité Utile (‘Payload’) qui est l’information utile, c'est-à-dire celle de l’utilisateur.
 Les pointeurs
 Le surdébit de section (SOH=’Section OverHead’) qui est réservée à l’exploitation et à la
maintenance. En effet, l’exploitation et la maintenance nécessitent l’utilisation de données
de services, bits ou octets supplémentaires qui accompagnent les données. Elles entrainent
une augmentation de débit.
Le signal utile, c'est-à-dire l’affluent est projeté dans une enveloppe adaptée au débit du signal et à
la structure de la trame, appelé Conteneur.
3.4.2.1.1.
Conteneur (Cn)
Le conteneur Cn est une entité sous forme de blocs d’octets dont la capacité est dimensionnée pour
assurer le transport d'un des différents débits affluents à la SDH. Le conteneur joue le rôle de
régénération du signal plésiochrone de départ, il récupère l'horloge et transforme le code de
transfert selon les débits entrants. Le " n " de Cn dépend du débit entrant, par exemple :
Tableau II.3 : Récapitulatif des différents débits versus le conteneur
Dénomination
C11
C12
C3
C4
Débit entrant (Mbits/s)
1.544
2.048
34.368 ou 44.736
139.264
Le conteneur contient donc un paquet de données utiles (payload) arrivés au rythme du débit de
l’affluent, plus un certain nombre d’octets de bourrage dont le rôle est d’adapter le débit incident à
la structure de la trame.
Ce conteneur est transporté dans le réseau de transmission SDH, le chemin dans le réseau entre le
point d’entrée et le point de sortie, constitue ce qu’on appelle un conduit (‘path’). Une des
propriétés essentielles de la SDH est de pouvoir gérer ce conteneur (indépendamment de son
contenu) et son conduit à travers le réseau. A cette fin, des bits de gestions appelés POH (surdébit
de conduit) sont ajoutés au conteneur. L’ensemble constitue ce qu’on appelle un conteneur virtuel.
3.4.2.1.2.
Conteneur virtuel : VCn (Virtual Contener)
Le conteneur virtuel VCn est alors obtenu à partir du conteneur en lui ajoutant un entête (Path Over Head
= POH) utilisé pour la gestion du conteneur (routage, concaténation, justification…).
Figure II.10 : Conteneur virtuel
38
Les VCn sont des éléments de bases transportés par le réseau SDH, ils seront multiplexés pour obtenir des
blocs plus grands et ainsi de proche en proche jusqu’à l’obtention d’une trame de base STM-1 constitué
de 2430 octets.
Figure II.11 : Conteneur et conteneur virtuel
Il existe deux niveaux de VC : Le Low Order VC (LO-VC) et le High Order VC (HO-VC).
Les LO-VC correspondent aux affluents de base 1.5Mbits/s (DS1) et 2 Mbit/s (E1) (soit VC-11 et
VC-12) et aux affluents PDH : 6Mbit/s et 34 Mbit/s ou 45 Mbit/s (respectivement VC-2 et VC-3).
3.4.2.1.3.
Unité d'affluent : TUn (Tributary Unit)
L'unité d'affluent TUn (Tributary Unit) est composée du VCn et d'un pointeur PTR associé. La
valeur de ce pointeur indique l'emplacement du VCn dans la trame de transport utilisée. Ce pointeur
est associé au processus de justification du VC dans la trame de transport.
3.4.2.1.4.
Groupe d'unité d'affluent : TUGn (Tributary Unit Group)
Le Groupe d'Unité d'Affluent TUGn (Tributary Unit Group) représente une structure virtuelle de
la trame permettant le multiplexage de TUn, ce n'est pas une nouvelle entité physique. Il constitue
un regroupement de TUn dans un espace réservé d'une entité supérieure, TUG supérieur ou VC4.
On peut considérer que le TUG définit des règles de rangement des TUn dans cette entité
supérieure, et à travers elle, dans la trame de transport, on peut ainsi avoir :
 Le TUG 2 regroupant 3 TU12 ou 1 TU2.
 Le TUG 3 regroupant 7 TUG 2 ou 1 TU3.
3.4.2.1.5.
Unité administrative AU (Administrative unit) pour le haut débit
L'unité administrative (Administrative Unit), AU4, est composée du VC4 et du pointeur PTR
associé. La valeur de ce pointeur indique l'emplacement du début du VC4 dans la trame transport
utilisée. Ce pointeur est associé au processus de justification du VC4 dans la trame.
3.4.2.1.6.
Groupe d'unité Administrative : AUG (Administrative unit Group)
Le groupe d'unité administrative n'est pas une nouvelle entité physique mais représente une
structure virtuelle de la trame. L'AUG correspond à la place que doit occuper l'AU4 dans la trame
de transport ou à la place de 3 unités d'ordre 3 multiplexées.
39
3.4.2.1.7.
Trames de transport STMn (Synchronous Transport Module)
Les trames de transport STMn (Synchronous Transport Module) sont obtenues en multiplexant n
AUG (et non n STM1) et en rajoutant un surdébit dit surdébit de section SOH (Section OverHead).
La trame de Base STM1 (155,520Mbit/s) contient 1 AUG et son SOH, la trame STM4
(622,080Mbit/s) contenant 4 AUG et son SOH, la trame STM16 (2488,320Mbit/s) contenant 16
AUG et son SOH.
Figure II.12 : Structure de la SDH
3.4.2.1.8.
Multiplexage SDH
Le multiplexage s’effectue en deux étapes. Au cours de la première étape, les LO-VC sont
multiplexés dans les HO-VC. Puis, les HO-VC sont multiplexés dans les STM. On passe ainsi des
conduits LOP (Low Order Path) aux conduits HOP (High Order Path), puis des conduits HOP à la
section. La section est associée au transport des modules STM. Une section est partagée entre
section de régénération (RSOH) et de multiplexage (MSOH).
3.4.2.1.9.
Structure de base : STM-1
Pour la STM-1, La trame comporte 270 colonnes de 9 octets, expédiés toutes les 125 μs, soit 8000
par seconde ou un débit de 155,520 Mbit/s. 9 colonnes d'octets sont réservées à la gestion de la
section de multiplexage qui a donc une "charge utile" (payload) de 2349 octets (9 lignes et 261
colonnes).
L'originalité de la technique SDH est l'utilisation de "pointeurs" et de la "justification" positive,
négative ou nulle, permettant de préserver l'intégralité et la visibilité des affluents. Le pointeur
repère à chaque instant l'adresse de l'information utile dans la trame STM-n.
La trame de base est donc caractérisée par :
 sa longueur 2430 octets,
 sa durée 125 μs, son débit 155,520 Mbit/s,
 sa capacité utile 2349 octets.
40
Elle se décompose en trois zones représentées ci-dessous :
 surdébit de section, divisé en surdébit pour la section de régénération ou RSOH et surdébit
de section de multiplexage ou MSOH,
 les pointeurs d'AU,
 les charges utiles VC 4, une pour STM 1, 4 pour STM 4 ou 16 pour STM16.
Figure II.13 : Trame de base STM1
3.4.2.2. Nouvelle génération SDH (NG-SDH) [9]
La nouvelle génération SDH vient pour répondre à la demande de besoin de réseau de
télécommunication par l'amélioration de qualité de service(QoS) de données, offrir des débits plus
élevés, une flexibilité exceptionnelle, une efficacité, une évolutivité et une excellente protection en
intégrant la simplicité et le coût-efficacité du réseau de données et de qualité de service du réseau
optique synchrone. Un certain nombre d'améliorations importantes ont été apportées pour mieux
utiliser l'infrastructure de transport SDH existant pour les services de données. Il s'agit notamment
du protocole de tramage générique (GFP), la concaténation virtuelle (VCAT) et l'ajustement de la
capacité de liaison (LCAS).
En combinant GFP, VCAT et LCAS, la nouvelle génération SDH supporte un nouveau type de
trafic qui est l’Ethernet et autres services de données comme montre la figure suivante :
Figure II.14 : Services supportés par les réseaux NG-SDH
41
3.4.2.2.1.
Nouvelles fonctions de la NG-SDH
1. GFP (Generic Framing Protocol)
GFP a pour but l’adaptation du trafic de signaux clients de couche supérieure à un réseau de
transport.
Il existe deux types de GFP:
 GFP-T (Transparent): où les codes en blocs de signaux Data sont mappés en des trames GFP
périodiques.
 GFP-F (Framed) : où une trame de signal Data est mappée dans son intégralité dans une
trame GFP.
 Structure de la trame GFP
En plus qu’elle permet de transporter le trafic Ethernet à travers le réseau SDH, cette structure
détecte mieux et corrige les erreurs et offre une plus grande bande passante que les procédures
d'encapsulation traditionnelles.
Les quatre grandes parties qui constituent la trame GFP sont :
 L’entête principal: définit la longueur de la trame GFP et détecte les erreurs.
 L’entête de la charge utile: définit le type d'informations transportées, soit des trames de
gestion ou soit des trames de clients ainsi que le contenu de la charge utile.
 L’information utile du client: définit la charge utile réelle à transporter.
 FCS: détecteur facultatif des erreurs.
Figure II.15 : Eléments de la trame GFP
2. Concaténation virtuelle
La Concaténation virtuelle, comme définie par l'UIT aborde les inconvénients liés à la méthode
contiguë. La concaténation virtuelle mappe les conteneurs individuels dans un lien quasiment
enchaîné. N'importe quel nombre de conteneurs peuvent être regroupé, ce qui offre une meilleure
granularité de bande passante susceptible d’être atteinte en utilisant les techniques traditionnelles.
En outre, elle permet aux opérateurs de réseau d’ajuster la capacité de transport du service à la
clientèle avec une plus grande efficacité.
42
Du fait que les nœuds de réseau intermédiaires traitent chaque conteneur dans la ligne en tant
qu’une norme, seul l’équipement d’origine et de terminaison de trajet ont besoin de reconnaître et
de traiter la structure du signal virtuellement concaténé. Cela signifie que chaque liaison peut
prendre son propre chemin à travers le réseau pouvant conduire à des différences de phase entre les
contenants arrivant à l’équipement de terminaison de trajet ce qui exige un équipement pour
résoudre ce problème.
Les paramètres requis pour la concaténation virtuelle sont le compteur de trames (MFI) et le numéro
de séquence (SQ).
Les membres d'un VCG (groupe de conteneur virtuel) pouvant voyager à travers le réseau via des
chemins différents, ils n’arrivent pas au port de destination en même temps. Pour éliminer ce retard
différentiel et garantir l’intégrité de tous les membres d'un groupe, un numéro de séquence (SQ) et
un compteur de trame MFI sont affectés à chaque élément permettant de compenser jusqu'à 512
ms de retard.
3. Système d’ajustement de capacité de la liaison (LCAS)
LCAS permet à l'équipement d'origine de modifier dynamiquement le nombre de conteneurs dans
un groupe concaténé en réponse à une modification en temps réel des besoins en bande passante.
Cette augmentation ou diminution de la largeur de bande passante peut être effectuée sans
influencer négativement le service.
Les paramètres suivants sont pertinents pour le protocole LCAS:
 CTRL : Le protocole de contrôle des messages qui peuvent être fixés, ajoutés, ralentis…,
 GID (Identificateur du groupe) : est une valeur constante pour tous les membres d'un VCG
(groupe de conteneurs virtuels).
 MST (État du membre) : qui indique à la source l’état de chaque membre : échec ou OK.
 RS-Ack (Resequence acknowledge) : notifie à la source que le récepteur a reçu des
changements.
 CRC (Contrôle de redondance cyclique) : détecte les erreurs et contrôle les membres
individuels du VCG.
Figure II.16 : Paramètres du protocole LCAS
Avec le développement de l'industrie des télécommunications, l’objectif d'un réseau est de répondre
à la demande des clients dans les budgets stricts. La SDH non seulement rentable, elle améliore les
capacités de réseaux existant à des niveaux qui dépassent les autres options. En intégrant la nouvelle
génération de la technologie SDH dans les réseaux existants, un gain significatif en débit, en qualité
et en disponibilité du service sont atteints tant que le test et la surveillance sont utilisés pour vérifier
que la technologie existante et la nouvelle peuvent accueillir la demande croissante en bande
passante.
43
Le plus grand avantage de la nouvelle génération SDH est qu'elle permet aux opérateurs de réseau
d’introduire les nouveaux types de trafic dans leurs réseaux SDH traditionnels en remplaçant
seulement les éléments aux bords de réseau. En outre, la flexibilité de cette technologie permet aux
opérateurs de réseau de construire un réseau qui prend en charge le trafic TDM et Ethernet.
3.5.
Facteurs pouvant affecter la propagation [3]
Lorsqu'elle se propage, l’onde hertzienne subit principalement trois types d’atténuations :
 Celle correspondant à son rayonnement en espace libre, laquelle est inévitable et toujours
fixe et parfois aggravée par la présence d'obstacles.
 Celle provenant des variations aléatoires des conditions climatologiques : guidage et
précipitations (déperditions pouvant atteindre plusieurs dB).
 Celles engendrées par certains phénomènes d’interférences, conséquences de la réflexion
principale ou de multi-trajets, de perturbations électromagnétiques, brouillages, fading, etc.
3.5.1. Espace libre
On appelle ‘’espace libre’’, un canal de transmission formé d’un milieu homogène uniforme sans
frontières. Ce milieu est caractérisé par les trois paramètres électriques : permittivité (ou constante
diélectrique ), perméabilité et conductivité �.
De ces paramètres électriques découlent les deux paramètres de propagation de l’onde :
 La constante de propagation ̅ ;
 L’impédance intrinsèque du milieu de propagation ̅.
Avec
̅=√ �
�+ �
=
+
 α, la partie réelle de la constante de propagation, cause une diminution de l’amplitude des
champs d’où le nom de constante d’atténuation ;
 β, la partie imaginaire de la constante de propagation, est liée à la vitesse de propagation de
l’onde
; elle s’appelle la constante de phase.
=
�
=
Ainsi, la puissance reçue par l’antenne réceptrice dépend, dans un milieu de propagation sans perte :
 de la puissance émise �� ;
 de la directivité de l’antenne d’émission
et de la surface effective maximale de l’antenne
de réception
(laquelle est reliée à la fréquence de l’onde et à la directivité de l’antenne
de réception ) ;
 De la distance séparant les deux antennes .
44
3.5.1.1. Propagation en espace libre
La propagation d'une onde dans l'espace libre fait intervenir plusieurs facteurs reliés aux antennes,
les paramètres électriques du milieu, la distance et la fréquence de l'onde.
Pour une liaison à établir entre deux points à la surface de la terre, l'hypothèse de l'espace libre n'est
pas acceptable si l'on veut calculer la valeur exacte du bilan de la liaison. On ne peut néanmoins
tenir compte de toutes les inégalités du terrain et des moindres obstacles situés entre les antennes.
C'est pour cela que l'on se donne des modèles de propagation simples mais réalistes.
L'étude technique d'un tel problème de propagation exige de l'ingénieur une bonne connaissance
des fréquences utilisables pour l'application, du niveau du signal minimum nécessaire à la réception
pour assurer la qualité demandée et d'une foule de paramètres dont le type d'environnement, les
conditions atmosphériques ou les contraintes physiques. Pour connaitre le niveau du signal à la
réception, il faut évaluer les pertes qui s'ajoutent à celles qui sont dues à la propagation dans l'espace
libre. Dès lors il faut se rendre à l'évidence que plusieurs modèles sont empiriques c'est-à-dire
reposent sur un modèle construit à partir des mesures, à cause de la complexité des mécanismes
impliqués.
Figure II.17 : Illustration de l'environnement terrestre.
3.5.1.1.1.
Equation de télécommunication
L'équation de Friis détermine le niveau de la puissance reçue en espace libre dans la zone de
Fraunhofer. C'est une équation fondamentale en communications sans fil car elle est à la base de
tous les calculs de propagation libre sans perte. La géométrie du système apparait à la figure II.18
Figure II.18 : Géométrie pour l'établissement de l'équation de Friis d'un système de communication.
45
En supposant une antenne émettrice isotrope, la densité de puissance à une distance , correspond
car la densité de puissance demeure constante sur toute la sphère. Pour tenir compte
à ⁄
de la directivité de l'antenne d'émission dans la direction du récepteur , il suffit de multiplier la
densité de puissance isotrope par la directivité et obtenir , la densité de puissance incidente sur
l'antenne de réception :
=
Le terme au numérateur est la puissance isotropie rayonnée équivalente (��� ), la puissance que
devrait émettre une antenne isotrope pour fournir la même densité de puissance dans la direction
d'observation.
La puissance reçue par une antenne de réception placée à cette distance dépend directement de la
surface effective maximale présentée dans la direction de l'émetteur :
=
=
D'où découle naturellement l'équation de Friis, dite de télécommunication:
=
A cause du principe de réciprocité existant avec les antennes, on peut inverser transmission et
réception pour obtenir le même résultat. Ceci apparait clairement dans l'équation de Friis.
3.5.1.2. Propagation en visibilité
On parle de propagation en visibilité ou propagation avec ligne de vue (LOS : "Line of sight")
lorsque les antennes émettrice et réceptrice se "voient". Deux antennes sont dites en visibilité
directe si elle respecte la règle du dégagement du premier ellipsoïde de Fresnel. Dans le cas d'une
visibilité directe, l'atténuation d’une onde électromagnétique se fait comme en espace libre
(application de la formule de Friis).
46
3.5.1.2.1. Zones de Fresnel
Il faut se rappeler que l’équation de Friis supposait un milieu isotrope homogène sans obstruction
ou interférence aucune. Les zones de Fresnel regroupent les lieux géométriques des points de
réflexion tels que la différence des trajets réfléchi et direct �−� entre deux points � et �, sont des
multiples entiers de �/ :
−
= ⏟−⏟ =
Figure II.19 : Ellipsoïde de Fresnel délimitant une zone de Fresnel
Ces lieux correspondent à une famille d'ellipsoïdes de révolution autour de l'axe de propagation
directe, une pour chaque valeur entière de k, dont les foyers sont justement et comme le montre
la figure II.19. On définit la k-ème zone de Fresnel comme étant la région interne délimitée par
l’ellipsoïde correspondante.
 Dimensions
Le dégagement de la première zone de Fresnel est le critère de base qui conduit à l'établissement
d'une liaison de bonne qualité. Le rayon de cette première zone avec des unités pratiques, est :
[ ]
=
.
√ [ ]
[
[
] [
]+ [
]
]
Le phénomène de diffraction devient négligeable si l'obstacle ne se trouve pas à l'intérieur du
premier ellipsoïde de Fresnel. Cet ellipsoïde est centré sur la ligne de visée directe. Le rayon de
l'ellipsoïde est inversement proportionnel avec la fréquence. Plus la fréquence augmente, plus
l'ellipsoïde se rapproche de la ligne de visée directe.
 Points particuliers de la première zone
Le premier ellipsoïde de Fresnel délimite la région où est contenue la plus grande partie de l’énergie
électromagnétique. La propagation s’effectue en mode LOS (ou en visibilité) s’il n’y a pas
d’obstacle qui pénètre dans la zone à plus de 40%.
Figure II.20 : Premier ellipsoïde de Fresnel
47
 Horizon et portée
Une transmission radio en ligne de vue directe entre deux postes situés à la surface du sol d'une
terre sphérique, est limitée en portée par la courbure équivalente terrestre. La portée radio tout
comme la portée géométrique, dépend de :
 la hauteur des antennes ;
 la distance séparant les postes.
Pour la portée radio, l'influence de la troposphère se fait via le facteur K qui modifie le rayon
terrestre. Le rayon de courbure équivalent de la Terre, ̃ , vient donc qu'à limiter la transmission
entre deux points.
= √ ̃ (√
La portée maximale est maintenant donnée par :
Avec :
̃
=
+√
)
−
Où R est le rayon de courbure terrestre réelle, et Ro celui des ondes dans la troposphère,
sont respectivement les hauteurs des antennes d'émission et de réception.
Quant à l'horizon, il se calcule en prenant une hauteur nulle pour l'une des antennes :
=√
3.5.1.3. Liens microondes
,
̃
Dans un lien microonde, les antennes ont une directivité très grande à cause du rapport élevé entre
les dimensions de l'antenne (souvent des antennes paraboliques) et la longueur d'onde.
Cette directivité implique un lobe principal très étroit qui justifie, jusqu'à un certain point, la
négligence de toutes les ondes autres que celle directe ou diffractée. Les ondes émises et reçues
ailleurs que dans la direction du trajet direct sont fortement atténuées car les gains des antennes
dans ces directions sont nettement plus faibles si les antennes sont alignées convenablement. Le
seul mode de propagation susceptible de relier les deux postes est le signal direct. C'est pourquoi :
 on recherche toujours un profil de propagation assez dégagé ;
 on tient compte de la courbure terrestre et celle des ondes entre les deux postes.
D'ailleurs, on place souvent les antennes du lien sur des endroits élevés : montagnes, mâts, grands
édifices, etc. pour avoir la meilleur ligne de vue radio.
48
3.5.1.3.1.
Dégagement du lien
Le meilleur critère pour évaluer le dégagement d'un lien microonde, reste les zones de Fresnel sur
un profil de propagation utilisant le rayon terrestre équivalent. Normalement, le dégagement de la
première zone de Fresnel suffit. Avec une antenne isotrope, la perte de puissance par diffraction
est presque nulle lorsque l'obstacle n'entre pas dans la première zone ; une antenne plus directive
diminuera davantage cette perte.
Lorsque la première zone de Fresnel ne peut être dégagée complètement, une perte d'obstruction
s'additionne à la perte en espace libre. Si l'obstacle obstrue de plus en plus la ligne de vue radio, la
perte augmente mais un signal peut être capté à cause du phénomène de diffraction.
En conclusion, il suffit, avec des antennes très directives comme celles employées dans un lien
microonde, de dégager la première de zone de Fresnel. Dans la pratique cependant, on considère
que le dégagement aux deux tiers convient car ce dégagement plus faible suffit pour assurer aucune
perte de diffraction et permet des mâts d'antennes plus courts donc des coûts d'installation
inférieurs.
Figure II.21 : Dégagement de la première zone de Fresnel pour un lien micro-onde.
On ajoute donc le rayon de l'ellipsoïde de Fresnel à la hauteur équivalente des points importants du
profil de propagation pour visualiser l'altitude où le dégagement est obtenu. Encore ici, la position
de l'obstacle entre les deux antennes modifie le rayon de l'ellipsoïde.
3.5.1.4. Guidage et précipitation [12]
3.5.1.4.1.
Phénomènes de guidage
Pendant un certain temps, les conditions atmosphériques peuvent entraîner un guidage du faisceau,
généralement en super réfraction. Le résultat est alors similaire à un dépointage d’antenne.
Ce phénomène de guidage est dimensionnant dans l'ingénierie des liaisons dont la bande fréquence
est inférieure à 15GHz. Il réduira la longueur possible du bond pour des exigences de disponibilité
données.
49
3.5.1.4.2.
Absorption dans le milieu
Les différents constituants de l'air ou de l'atmosphère en général absorbent ou diffusent une partie
de l'énergie électromagnétique incidente. En règle générale, on doit en tenir compte dès que la
fréquence d'opération se situe au-delà de quelques GHz.
L'atténuation provoquée est proportionnelle à la longueur du trajet traversé dans le milieu en
question. Le taux s'exprime donc en dB/km pour des unités pratiques. Quoique l'atténuation
demeure faible sur des courtes distances, l'effet du milieu doit être traité dans l'optique du degré de
fiabilité du système. Les quelques petits dB perdus prennent un tout autre sens.
 Gaz
Les gaz de l'atmosphère ont des fréquences de résonances moléculaires auxquelles ils absorbent
une partie appréciable de l'énergie incidente. Les raies d'absorption les plus importantes sont celles
de l'oxygène et de la vapeur d'eau ; l'azote n'ayant aucune raie d'absorption dans les bandes de
fréquences radios.
 Hydrométéores
Les hydrométéores regroupent toutes les particules d'eau présentes dans l'atmosphère. Ces
particules, selon leur taille par rapport à la longueur d'onde, affectent différemment les ondes
électromagnétiques. On considère principalement comme hydrométéores : les nuages, la brume, le
brouillard, la pluie et la neige.
La pluie est un cas pathétique. Les paramètres qui entrent en jeu sont multiples : distribution de la
taille et forme des gouttes, répartition spatiale des gouttes dans la cellule de pluie, etc.
 Végétations et édifices
 Végétation
Lorsque les antennes sont entourées d'une végétation modérément dense, des pertes s'ajoutent car
les signaux doivent passer au travers. A cause de sa distribution particulière (la végétation n'est pas
homogène), le calcul de l'atténuation produite ne se fait pas le biais de la constante d'atténuation
liée aux paramètres électriques du matériau.
 Edifices
Les édifices sont considérés comme étant relativement transparents aux ondes radio de fréquences
HF ou moindre, mais deviennent de plus en plus opaques en SHF. Ils doivent alors être considérés
 comme des obstacles causant de la diffraction à la manière d'un écran ;
 comme des surfaces réfléchissantes causant des interférences telle l'onde d'espace.
Ce dernier phénomène est particulièrement sensible car en grand nombre, il provoque un
éparpillement des ondes (les interférences toutes de manière vectorielle), grand responsable de
l'évanouissement des signaux ("fading").
50
CHAPITRE III : ETUDE DE LIAISON HERTZIENNE AVEC
EQUIPEMENT ZXMW NR8250
En numérique comme en analogique, les équipements sont constitués principalement par le
modulateur, l'émetteur, le récepteur et le démodulateur qui sont des équipements de traitement et
de récupération du signal. Il existe également dans chaque cas des équipements de mise en forme
du signal et des équipements auxiliaires qui sont différents.
1. Schéma bloc d’un système à faisceaux hertziens [2]
Figure III.1 : Structure d'une liaison hertzienne
1.1. Equipements de modulation analogique
Les modulateurs/démodulateurs utilisés en FHA sont des modems de fréquence. Malgré leur
complexité et leur coût élevé, ils ont l'avantage d'être insensibles aux variations d'amplitude. Ils ont
un meilleur rapport signal sur bruit (S/N). La fréquence intermédiaire utilisée par le modem est
fixée de façon standard à 70 MHz (capacité inférieur ou égale à 1260 voies) et à 140 MHz (capacité
> 1260 voies). Une fréquence intermédiaire FI standard permet l'utilisation des modems identiques
tout le long de la liaison : maintenance et acquisition des pièces de rechange plus facilités.
Figure III.2 : Schéma d'une liaison hertzienne analogique
51
1.1.1. Modulateur
Il existe deux types:
 Le modulateur à modulation directe : ici le signal bande de base est modulée directement
sur la fréquence FI.
Figure III.3 : Principe de la modulation directe
 Le modulateur à transposition de fréquence : ici la modulation est faite en deux étapes pour
aboutir à la FI modulée. On utilise alors deux porteuses.
Figure III.4 : Principe du modulateur à transposition de fréquence
Le bloc modulateur, comporte des cellules de préaccentuation du signal bande de base avant la
modulation et un amplificateur du signal bande de base.
1.1.2. Démodulateur
Son rôle est de transformer le signal modulé en fréquence qu'est la FI en un signal identique à celui
qui a été modulé en fréquence à l'origine : le signal bande de base. Cette conversion doit être
linéaire, elle doit donc être insensible aux variations d'amplitude.
Figure III.5 : Synoptique de principe du démodulateur
1.1.3. Limiteur
La modulation de fréquence est une modulation à enveloppe constante, et en plus, le discriminateur
a une réponse en variation d'amplitude, d'où la nécessité pour un démodulateur FM quel qu'il soit,
d'être toujours muni à l'entrée, d'un limiteur. Celui-ci est un circuit écrêteur dont le rôle est
d'éliminer les variations parasites de l'amplitude du signal.
52
1.1.4. Discriminateur
Le discriminateur prend le signal d'amplitude constante et de fréquence variable du limiteur et le
convertit en un signal d'amplitude et de fréquence variable. Cette variation représente le signal
bande de base original émis et obtenu après passage dans un détecteur qui est un circuit en
amplitude.
1.2. Equipements de modulation Numérique
Les modems utilisés en FHN sont des modulateurs/démodulateurs à saut de phase (PSK).
1.2.1. Modulateur
L'émetteur transpose le signal en hyperfréquence et l'amplifie.
Figure III.6 : Modulateur d'un FHN
1.2.2. Démodulateur
En numérique, la démodulation a pour rôle de déterminer la phase du signal modulé ou la différence
de phase entre deux instant consécutifs. Après cette restitution, on procède à une régénération qui
permet de retourner la valeur exacte de la phase (ou différence de phase) émise, et à un décodage
dont le but est de restituer les n éléments binaires qui ont été mis à partir de la valeur de la phase
ou de la différence de phase donnée par le régénérateur.
1.3. Emetteurs récepteurs analogique
Les émetteurs récepteurs utilisés en analogiques sont hétérodynes, c'est-à-dire que la modulation
qui permet de transporter la bande de base dans la gamme des fréquences radioélectriques se fait
en deux temps. On passe par une fréquence intermédiaire (FI).
L'amplification directe à la fréquence de fonctionnement est difficile à réaliser. D'où la préférence
va aux émetteurs ou récepteurs à transposition en fréquence, qui ont une même structure en
terminale et en relais.
53
1.3.1. Emetteur
Figure III.7 : Schéma synoptique d'un émetteur
L'émetteur comprendra donc:
 Un amplificateur du mélangeur émission AME
 Un mélangeur émission ME
 Un oscillateur local émission
 Un amplificateur hyperfréquences
 Des filtres en hyperfréquences
1.3.2. Récepteur





Figure III.8 : Schéma synoptique d'un récepteur
MR : mélangeur réception
OLR : Oscillateur local réception
PAFI : préamplificateur FI
AFI : Ampli FI CTPG : Correction de temps de propagation de groupe
CAG : Contrôle automatique du gain.
La plupart des équipements FHN à faible et moyen débit utilise une modulation directe en émission,
mais en réception, le processus de démodulation passe toujours par fréquence intermédiaire. Le
principe de fonctionnement de ces émetteurs et récepteurs est le même qu'en analogique.
1.4. Liaison des émetteurs/récepteurs avec les antennes
Les émetteurs/récepteurs sont reliés aux antennes par des lignes de transmission et des éléments de
branchement, qui permettent de regrouper tous les émetteurs/récepteurs sur un ou deux antennes
selon le plan de fréquence choisi. Comme lignes de branchement, on a les guides d'onde ou des
câbles coaxiaux, et comme éléments de branchement couramment utilisés, on peut citer les filtres
d'aiguillage, les calculateurs, les coupleurs directifs, etc.
54
1.4.1. Antennes
Les antennes peuvent être classées en deux grandes familles : les fils rayonnants et les surfaces
rayonnantes. Dans le domaine des FH de fréquence supérieure à 1 GHz on utilise comme antennes
des surfaces rayonnantes.
Pour les antennes à surfaces rayonnantes, l’antenne réelle est placée au foyer optique d’une
parabole qui réfléchit les ondes en un faisceau très concentré (limitant ainsi la dispersion de
l’énergie radioélectrique).
Pour diminuer la puissance d’émission, la technique des faisceaux hertziens utilise des antennes
très directives.
Il est possible de jouer sur le plan de fréquence proprement dit, mais aussi sur l'utilisation des
polarisations V (verticale) ou H (horizontale) en utilisant les découplages d'antenne pour augmenter
la capacité des liaisons.
Pour réduire les brouillages, il faut :
 Alternance des fréquences des émissions et des réceptions de ces antennes d'un relais à un
autre et les croisements des polarisations dans chaque cas.
Figure III.9 : Croisements des polarisations
 On peut aussi employer des antennes très directives et ayant des lobes latéraux suffisamment
bas ou utilisation de 2 canaux différents pour la séparation des demi-bandes
émission/réception : pour une antenne unique, 2 guides d'onde et un duplexeur.
Figure III.10 : Eloignement des canaux
 Chaque station d'une part regroupe tous les canaux servant à l'émission et d'autre part ceux
servant à la réception
 Ces 2 groupes doivent être éloignés pour qu'ils puissent être séparés par filtrage.
 Il faut une antenne et deux guides d'ondes par station.
Parfois on alterne des polarisations verticales et horizontales dans chaque groupe, cette liaison doit
avoir 2 antennes et 4 guides d'onde par station et par direction (chaque guide d'onde n'achemine
qu'un seul sens de transmission).
Figure III.11 : Alternance des polarisations dans chaque groupe
55
1.5. Expression de la puissance reçue [3]
On définit le rapport entre la puissance reçue �� et celle émise
comme étant l'affaiblissement de
liaison en espace libre sans perte � . En pratique, dans une liaison, tant du côté de l'émetteur que
du côté du récepteur ou dans le canal entre les antennes, il existe des pertes supplémentaires.
Figure III.12 : Schéma simplifié d'une liaison
La figure III.12 montre un schéma simplifié d'une liaison. En utilisant les concepts du gain plutôt
que directivité, on tient compte de l'efficacité des antennes. Pour les autres pertes (désadaptation,
dépolarisation, câbles, duplexeurs ou ailleurs), il vaut mieux réécrire l'équation de Friis et de
travailler en dB.
On obtient alors l'équation de Friis généralisée qui donne différents termes de l'affaiblissement
total de la liaison :
� [
Avec :







]=� [
� [��]
=
]+� [
� (
]+� [
��
) =
�
.
+
]+� [
� � [
]+� [
]+
]+� [
�
]
[ � ]
� , est l'affaiblissement total de la liaison ;
� , l'affaiblissement de parcours (ou pertes par étalement) entre antennes isotropes ;
� , pertes de polarisation
� , les pertes d'émission entre l'émetteur et l'antenne d'émission ;
� , les pertes de réception entre l'antenne de réception et le récepteur ;
� , affaiblissement supplémentaire dû au dépointage éventuel des antennes ;
� , les pertes supplémentaires de toutes sortes provoquées par le canal de transmission,
selon le mode de propagation utilisée.
Il faut toujours être conscient de la présence de ces pertes donc chercher à les diminuer autant que
possible. Le coût de production d'une puissance microonde déjà très élevé monte très rapidement
pour gagner chaque dB de plus. Par exemple, il vaut mieux raccourcir la distance séparant
l'équipement des antennes et bien adapter les différents composants pour limiter les pertes � ou
� car ce sont les seuls facilement modifiables.
56
Il faut bien comprendre que le niveau du signal reçu joue sur l'efficacité du système de transmission
via :
 la sensibilité du récepteur
 le niveau du bruit (température d'antenne, figure de bruit du récepteur, etc.)
Pour déterminer la puissance reçue par le récepteur, il suffit en partant de
les sources d’atténuation du signal et d’ajouter les gains d’antenne.
de retrancher toutes
On obtient ainsi :
Le terme
[
]+
[
[
] = ⏟[
]+
[
]+
[
]−� [
]
]correspond à la PIRE, au niveau de l’antenne d’émission.
1.6.Sensibilité d’un récepteur [10]
La sensibilité d'un récepteur est l'amplitude du signal qu'il faut appliquer à son entrée pour obtenir
à la sortie du démodulateur un rapport signal/bruit déterminé (transmission analogique) ou un taux
d’erreur donné en transmission numérique.
Pour décrire le principe, il est plus simple d'employer le langage numérique. A un certain rapport
signal-à-bruit qui fixe un seuil, on assure une fiabilité d'un maximum de x erreurs par bloc de bits.
Si le signal est plus fort, le rapport signal-à-bruit augmente et le taux d'erreurs diminue par le fait
même d'où une meilleure fiabilité. A l'opposé, un signal reçu plus faible provoque plus d'erreurs à
la sortie du récepteur. Parallèlement, si le niveau du signal descend en dessous du seuil de quelques
dB sur un pourcentage du temps faible, le peu d'erreurs supplémentaires entraineront une
dégradation légère du taux d'erreurs alors qu'un niveau inférieur de plusieurs dB sur une longue
période fait apparaître des salves d'erreurs souvent incorrigibles. Il faut donc bien estimer le niveau
du signal moyen et sa variation temporelle (connaître à la fois les statistiques en amplitude et en
temps du signal reçu) pour avoir la meilleure estimation de l'efficacité du système. C'est à ce niveau
que le rôle de l'ingénieur est primordial.
1.7. Condition de bon fonctionnement d’une liaison hertzienne [7]
Pour qu’une liaison hertzienne fonctionne correctement, il faut que la puissance reçue soit
supérieure à la sensibilité du récepteur. De plus, on prendra généralement une marge (on essayera
d’avoir des dB en plus) pour tenir compte des atténuations supplémentaires qui peuvent être dues
à des réflexions multiples ou à la météo (pluie, neige, brouillard, etc.).
le pouvoir transmissif doit être supérieur ou égal à l'affaiblissement de champ total, � . Ce dernier
inclut les pertes par dispersion, le bruit atmosphérique, le bruit interne, etc. Ainsi, on tient compte
des caractéristiques de l'antenne de réception et du récepteur lui-même (facteur de bruit).
Pour une transmission numérique, il existe un organe dit de décision qui à partir d'une valeur seuil
> �a���. L'organe de décision
(marge) peut décider de la valeur du bit (1 ou 0) tant que
n'étant plus le démodulateur.
� ��
57
2. Etude proprement dite d’une liaison hertzienne avec l’équipement ZTE
ZXMW NR8250 (digital microwave transmission system). [11]
Le système de transmission microwave hybride à base de radio logicielle SDR (Software Radio ou
Software Defined Radio SDR) de ZTE peut être déployé pour le réseau de backhaul mobile
2G/3G/LTE. Le matériel de hauteur 2U qui supporte jusqu'à 6 directions radio a 8 emplacements
qui supportent les cartes d'échange à chaud.
En outre, les unités de base et les cartes tributaires soutiennent une configuration flexible. NR8250
est appliqué non seulement au réseau hybride (2G et 3G), mais aussi au réseau LTE de paquets.
Elle couvre la plage de fréquence de 6 à 38 GHz, correspondant à un éventail de conditions de
propagation et de configurations de réseaux.
Les distances typiquement couvertes sont de l’ordre de quelques kilomètres à 50 km.
Avantages
 Services de transmission de haute qualité
- Technologies ACM et ATPC pour améliorer la disponibilité du service ;
- Mécanisme intelligent de QoS pour la gestion des services ;
- Protection des réseaux et des équipements ;
- Double capacité avec XPIC ;
- Plate-forme hybride et native ;
- Promouvoir le débit avec la technique de compression de l'en-tête de trame ;
 Faible TCO (Coût Total de Possession, Total Cost of Ownership en anglais)
- Solution Nodale Numérique
- Méthodes de synchronisation diversifiées sans besoin de GPS
- La technologie ACM réduit le TCO
Afin de sauvegarder l'investissement et d'améliorer l'efficacité de la maintenance, ZTE fournit un
système unifié de gestion du réseau, qui pourrait gérer universellement les équipements
microondes, RAN et autres équipements ZTE.
58
2.1. Composition du matériel
Le système numérique de transmission microonde ZTE ZXMW NR8250 est composé :
Figure III.13 : composition de l’équipement ZTE ZXMW NR8250
 Indoor Unit(IDU)
C’est l’unité centrale de contrôle. Il permet l’accès au service des données à travers l’interface de
service, il implémente le service de commutation et de traitement et fournit les fonctions de gestion
du système.
Figure III.14 : vue de face de l’IDU
59
 Outdoor Unit (ODU)
Il est connecté à l’IDU par le câble IF (Intermediary frequency). Il assure les fonctions de
conversion en émission/réception des données et la transmission radio fréquence(RF).
Figure III.15 : Vue externes des ODUs
 Antenne
Elle est directionnelle, transmet et reçoit le signal à ondes électromagnétiques par un réflecteur
parabolique.
 En émission, les signaux venant de l’ODU par le guide d’onde sont polarisés et rayonnés.
 En réception, les ondes électromagnétiques reçues par l’antenne sont polarisées et converties
en énergie électromagnétique et transmises vers l’ODU.
60
 Local Maintenance Terminal (LMT)
C’est une application implémentée dans l’IDU, l’administrateur peut accéder dans les
configurations de l’IDU par le navigateur web installé sur son ordinateur et gérer l’IDU.
 Elément Management System (EMS)
Le système NetNumen U31 connu comme le système de gestion du réseau, communique avec
l’IDU par le protocole SNMP (Simple Network Management Protocol) et gère les différents
éléments du réseau.
2.2. Fonctionnalités
Le système numérique de transmission microonde ZTE ZXMW NR8250 comprend différentes
fonctions qui sont :
 Six-direction aggregation node
Le système ZXMW NR8250 peut fonctionner comme un nœud convergent et supporter au
maximum six directions de transmission.
La fonction de commutation de service Ethernet et de multiplexage hiérarchie numérique
synchrone (SDH) sont incrustés, facilitant la commutation de service.
 ACM (Adaptive Coding and Modulation)
C’est une technologie qui permet d’ajuster automatiquement le codage et le mode de modulation
conformément à la qualité du canal de transmission.
Lors que la qualité du canal de transmission est bonne, la fonction ACM améliore l’efficacité du
système de transmission et l’utilisation du spectre de fréquence. Quand la qualité du canal est
détériorée, ACM assure la fiabilité du lien des services prioritaires.
 ATPC (Automatic Transmission Power Control)
Cette fonction permet d’ajuster automatiquement la puissance d’émission en fonction de la qualité
de la liaison. Elle permet de réduire les interférences des systèmes voisins et réduire le taux d’erreur
résiduel.
 XPIC (Cross-Polarization Interference Cancellation)
Cette technologie permet de transmettre 2 canaux de différents signaux sur la même fréquence
porteuse en utilisant une double polarisation de l’antenne. Ainsi on double la capacité du canal et
on diminue l’utilisation du spectre de fréquence.
La fonction XPIC est appliquée à la réception pour éliminer les interférences et améliorer
l’immunité du système.
61
 Compression d’entête de trame Ethernet sur l’interface air
Avec cette fonction, les contenus qui sont inchangés, mais qui sont transmis à plusieurs reprises
dans la trame de données Ethernet tel que l’adresse MAC et l’entête IP, sont remplacés par des
bytes courts à l’émission. Cette fonction augmente le débit de transmission pour une bande passante
fixe.
2.3. Architecture logique du système
Figure III.16 : Architecture logique de ZXMW NR8250
62
 IDU (Indoor Unit)
Il est composé des différentes cartes placées dans des slots, les cartes radio peuvent être retirées à
chaud :
 RCU (Radio Core Unit) :
C’est la carte mère, elle assure le contrôle du système, implémente l’horloge de
synchronisation, service de cross connexion TDM (Time Division Multiplexing), et service
de commutation Ethernet.
 RTU (Radio Traffic Unit) :
C’est la carte qui gère le trafic. Elle donne accès aux ports GE/FE, et services E1 et STM1/4.
 RMU (Radio Modem Unit) :
C’est la carte radio. Elle encode les signaux bande de base venus de la RCU, elle les module
en fréquence intermédiaire (IF) et les envoie à l’ODU(s) via l’interface IF à l’émission, et
reçoit les signaux IF venant de l’ODU(s), les démodule et décode et les envoie vers la RCU
à la réception.
 PM (Power Module) : il assure l’alimentation en énergie électrique de l’IDU.
 RPU (Radio Power Unit) : C’est le module d’alimentation de l’ODU.
 RFA (Radio Fan Asset) : C’est le ventilateur de l’IDU.
 ODU (Outdoor Unit)
Elle est placée à l’extérieur, ensemble avec une antenne, assure l’émission et la réception des
signaux RF.
2.4. Architecture physique
2.4.1. Architecture physique de l’IDU
Le tableau ci-dessous donne le rapport entre les cartes et les slots correspondants :
Tableau III.1 : Relation entre les différentes cartes et leurs slots correspondants
Type de carte
Slots possibles
Carte
RCU
1-2
RCUB, RCUA
RTU
2-8
RTUA, RTUB, RTUC, RTUNO, RTUNE,
RTUHO, RTUHE
RMU
3-8
RMUC, RMUD, RMUM, RMUB
RPU
13
RPUA
PM
14,15
RFA
16
MP3
RFAB, RFAA
63
La figure suivante donne l’architecture physique de l’IDU.
Figure : III.17 : Architecture physique de l’IDU
2.4.2. Architecture physique de l’ODU
 SRU ODU
Figure III.18 : SRU ODU
64
 A400 ODU (6 GHz–11 GHz)
Figure III.19 : A400 ODU (6 GHz -11 GHz)
 A400 ODU (13GHz–38 GHz)
Figure III.20 : A400 ODU (13 GHz – 38 GHz)
65
2.5. Principe d’alimentation électrique
2.5.1. Connexion
Le système ZXMW NR8250 utilise le standard de communication -48 V d’alimentation en courant.
L’IDU et les ODU correspondants utilisent différentes sources d’alimentation.
 L’IDU reçoit le courant de -48 V de module d’alimentation (PM Power Module), qui
supporte la fonction de résilience 1+1 et a un maximum de 300 W de puissance.
 Un ODU reçoit le courant de l’interface IF de la carte RMU, qui prend son énergie à partir
de la carte RPUA. La puissance maximale d’un RPUA est de 210 W, et un RPUA peut
fournir l’énergie à 6 ODUs au maximum.
2.5.2. Distribution
Le module d’alimentation (PM) fournit la tension de 12 V à toutes les cartes. La carte RPUA fournit
la tension de -48 V aux cartes des slots 3 à 6. La figure suivante montre la distribution de courant
de ZXMW NR8250.
Figure III.21 : Distribution en courant
2.6. Principe d’exploitation et de maintenance
2.6.1. Modes de configuration
Le NR8250 fournit différentes méthodes d’entrer dans le système et différentes méthodes de
configuration et de gestion pour faciliter la maintenance d'équipement. Les utilisateurs peuvent
choisir les modes de configuration appropriés en fonction des conditions travail.
 Mode de configuration WEB
Avec ce mode de configuration, l’utilisateur gère les équipements à travers le protocole
HTTP. Après avoir entré l’adresse IP d’un NR8250 dans un navigateur WEB, l’utilisateur
peut se connecter au système LMT et gérer l’équipement.
66
 Mode de configuration EMS
Le serveur de gestion du réseau travaille comme le serveur SNMP (Simple Network
Management Protocol), et le NR8250 opère comme le client SNMP. Ils partagent la même
base de données de gestion et la gestion d’équipement est implémentée à travers le système
de gestion du réseau. Ce mode de configuration de connexion aide effectivement l’utilisateur
à gérer et à configurer les équipements à travers le système de gestion du réseau.
2.6.2. Gestion de sécurité
Le module de gestion de sécurité aide l’utilisateur à maintenir le droit d’exploitation, incluant droits
de demander, d’ajouter, d’effacer, de paramétrer et de mots de passe pour les utilisateurs.
La fonction de droit d’hiérarchies des utilisateurs est utilisée pour gérer les commandes d’opération
d’équipement. Les droits de configuration et de regarder sont disponibles pour les utilisateurs. Ceux
qui ont seulement le droit de regarder peuvent seulement accéder à la fenêtre de configuration mais
ne peuvent pas les modifier.
Au plus 10 utilisateurs peuvent être ajoutés dans le module de gestion de sécurité. Il existe 3
niveaux de gestion : administrateur, opérateur et utilisateur de surveillance.
 L’administrateur peut exécuter toutes les opérations de demandes et de configuration, et
ajouter ou effacer les utilisateurs ;
 Un opérateur peut exécuter les opérations de demandes et de configuration ;
 Un utilisateur de surveillance peut seulement exécuter les opérations de demande.
Tous les utilisateurs peuvent modifier leurs propres mots de passe.
2.6.3. Gestion d’alarme
Le module de gestion d’alarme est l’un des modules de sous-système d’exploitation,
d’administration et de maintenance. Il fournit les fonctions suivantes :
 Surveille la situation d’exploitation de chaque module dans le système et collecte les
messages de situation, messages d’alarme ;
 Analyse ces messages et les envoie au serveur de gestion après un traitement approprié, il
permet au serveur de surveiller les opérations du système entier en temps réel ;
 Avertit les applications pertinentes du système pour localiser une panne en conformité avec
la portée d’influence d’alarme ;
 Reflète la situation d’opération en temps réel d’équipement, application, environnement et
localise une unité défectueuse en temps réel ;
 Fournit les causes possibles de défaut, les solutions de réparation et suggestion.
67
2.6.4. Surveillance et maintenance
Le module de surveillance et maintenance permet à l’utilisateur non seulement de trouver tous les
défauts d’équipement, mais aussi à les localiser dans un temps record. Il garantit le bon
fonctionnement des équipements.
2.6.4.1. Surveillance d’équipement
 Le terminal de maintenance fournit toutes les informations d’alarme des équipements et
surveille la situation et opération des équipements en temps réel. Il manipule toutes les
alarmes anormales qui affectent le fonctionnement des équipements pour s’assurer que les
équipements travaillent correctement.
 Les alarmes sont subdivisées en 4 niveaux :
 Critique ;
 Majeur ;
 Mineur ;
 Avertissement.
Les niveaux d’alarme permettent à l’utilisateur de traiter les alarmes critiques dès que
possible.
 les indicateurs (LEDs) sont affichés sur le module power, carte mère et sur chaque carte
contrôlée. La couleur et la fréquence de clignotement de chaque indicateur reflète la
situation de fonctionnement de carte correspondante, si celle-ci a une alarme et le niveau
d’alarme.
 Lorsqu’on démarre l’équipement, le système donne un son rapide, indiquant si l’équipement
est bien alimenté.
 Le système utilise la configuration active/standby. Lorsque l’équipement actif tombe en
panne, le système exécute automatiquement le changement d’équipement pour assurer le
bon fonctionnement du système.
2.6.4.2. Maintenance d’équipement
 Le mode d’exploitation multi-utilisateurs est implémenté à travers la hiérarchie des droits
d’utilisateur.
 Pendant le fonctionnement des équipements, toutes les informations d’alarmes sont
enregistrées. Quand un défaut se produit, l’utilisateur peut trouver les causes de ce
disfonctionnement à travers le registre d’alarme et remédier au défaut dans un temps
raisonnable.
 Quand l’équipement s’éteint ou redémarre, le système fournit une alarme spéciale pour
assurer que l’information d’alarme originale ne sera pas perdue après que l’équipement ait
été allumé ou redémarré.
 Dans le système LMT, l’utilisateur vérifie l’état de fonction de l’équipement.
68
2.7. Principe de protection
2.7.1. Protection matérielle
Le système NR8250 utilise le plan de redondance pour assurer la protection du matériel.
 Protection en énergie
L’IDU et les ODUs utilisent différentes sources d’alimentations, et tous les modules
d’alimentation supportent la protection 1+1.
 Protection active/standby
Le système supporte la protection active/standby pour la carte mère et l’horloge. Lors que
la carte active devient défectueuse, la carte de réserve est automatiquement activée pour
fonctionner comme la carte active. Pendant le changement active/standby, une interruption
de service instantanée est autorisée.
 Protection de l’interface air
Le système supporte 3 modes de protection : 1+1 hot backup protection, 1+1 space diversity
protection, et 1+1 frequency diversity protection.
2.8. Configurations de protections radio
2.8.1. 1+0 configuration sans protection
Le système NR8250 sans protection (1+0) se compose des éléments suivants :
 un ODU (Outdoor Unit) qui comporte l’émetteur récepteur complet et une antenne intégrée
ou séparée.
 un IDU (Indoor Unit) qui assure le traitement en bande de base et offre des interfaces aux
affluents ainsi que des voies de service et de supervision.
Ces deux équipements sont reliés par un câble coaxial (IF câble). L’IDU est indépendant de la
fréquence, de la configuration et du débit.
Dans ce mode de configuration, la liaison microwave n’a qu’un canal opérationnel et n’a pas de
secours. Le tableau ci-dessous nous montre les éléments d’une liaison dans ce mode de
configuration :
Tableau III.2 : 1+0 no-protection configuration
Composants
Indoor Unit (IDU)
Outdoor Unit (ODU)
Antenne
Quantité et slots disponibles
2
2(chaque IDU est configuré avec un RMU) inséré dans
n’importe quel slot de 3 à 8
2
2
Intermediate Frequency (IF) cable
2
Radio Modem Unit (RMU)
69
Figure III.22 : Illustration de la configuration 1+0
Figure III.23: Diagramme block 1+0 no-protection
2.8.2. Configuration avec protection
Deux types de problème peuvent affecter la disponibilité d’une liaison hertzienne : des défauts
d’équipement et des problèmes de propagation.
Les configurations de protection 1+1 permettent d’augmenter la disponibilité de la liaison par
rapport à la configuration 1+0, en ajoutant des fonctions redondantes à l’IDU et à l’ODU afin :
 d’améliorer les performances de propagation des équipements (dans certaines
configurations du coffret ODU seulement).
 de sécuriser la liaison en cas de défaut fugitif (alarme provisoire) ou définitif (panne
d’équipement).
Les configurations 1+1 prévoient le basculement automatique sans erreur des équipements. Si la
liaison est protégée, le trafic auxiliaire et les voies auxiliaires sont automatiquement protégés aussi.
Différentes configurations de protection sont disponibles :
70
2.8.2.1. 1+1 Hot Standby (HSB) protection configuration
Dans ce mode de configuration, 1+1 protection à chaux est implémentée pour les RMUs et les
ODUs.
Tableau III.3 : 1+1 HSB protection configuration
Composants
Quantité et slots disponibles
IDU
2
RMU
4(chaque IDU est configuré avec 2 RMUs), insérés dans les slots 3 et 4, 5 et 6, 7 et 8)
ODU
4
Antenne
2
IF Cable
4
Combineur
2
La figure suivante montre l’allocation des slots pour les RMUs dans le mode de configuration
1+1 HSB.
Figure III.24 : Allocation des slots pour RMUs dans la configuration 1+1 HSB
Les slots suivants sont protégés mutuellement :
 Slots 3 et 4
 Slots 5 et 6
 Slots 7 et 8
Remarque : l’allocation de slot pour la configuration 1+1 Space Diversity (SD) et la configuration
1+1 Frequency Diversity (FD) sont les même comme celle de la configuration 1+1 HSB.
Figure III.25 :Illustration de la configuration 1+1 HSB
71
Figure III.26 : Diagramme du système 1+1 HSB configuration
 En émission : les signaux sont transmis au RMU actif et RMU inactif. Normalement l’ODU
actif transmet les signaux RF à l’antenne alors que l’ODU inactif ne transmet pas le signal.
Quand le RMU ou l’ODU actif tombe en panne, l’ODU actif arrête de transmettre et l’ODU
inactif commence à transmettre les signaux.
 En réception : le système choisie un canal de service avec la meilleure qualité du signal
parmi les 2 signaux transmis par les active/standby ODUs.
2.8.2.2. Configuration 1+1 Space Diversity (SD)
Dans ce mode de configuration, la protection 1+1 backup est implémentée pour les canaux. Deux
antennes séparées sont utilisées pour recevoir le même signal. Le système sélectionne le signal
optimal parmi ces deux reçus.
Tableau III.4 : 1+1 SD protection configuration
Composants
IDU
RMU
ODU
Antenne
IF Cable
Quantité et slots disponibles
2
4(chaque IDU est configuré avec 2 RMUs),
insérés dans les slots 3 et 4, 5 et 6, 7 et 8
4
4
4
72
Les figures ci-dessous illustrent la configuration de protection 1+1 diversité spatiale.
Figure III.27 : Illustration du mode de configuration 1+1 SD
Figure III.28 : Diagramme du mode de configuration 1+1 SD
2.8.2.3. La configuration 1+1 Frequency Diversity (FD)
La protection est implémentée pour les canaux. 2 canaux sont utilisés sur la même antenne avec un certain
espacement de fréquence pour l’émission et la réception du même signal. Le système choisie le signal
optimal parmi les 2 signaux reçus.
Tableau III.5 : 1+1 FD protection configuration
Composants
Quantité et slots disponibles
IDU
2
RMU
4(chaque IDU est configuré avec 2 RMUs), insérés dans les slots 3 et 4, 5 et 6, 7 et 8
ODU
4
Antenne
2 ou 4
IF Cable
4
Combineur
2
73
Figure III.29 : Illustration de la configuration 1+1 FD
Figure III.30 : Diagramme de la configuration 1+1 FD
 En émission : les signaux sont transmis au RMU actif et au RMU inactif. L’ODU actif
transmet les signaux RF avec la fréquence F1 à l’antenne, et l’ODU inactif transmet les
signaux RF avec la fréquence F2 à l’antenne.
 A la réception : l’ODU actif et l’ODU inactif extraient respectivement les signaux RF de
fréquence F1 et F2 à partir des signaux reçus par l’antenne. Le système choisie le signal de
meilleure qualité.
74
2.9. Modes d’interconnexion
Le système NR8250 supporte plusieurs modes d’interconnexion pour assurer différentes
applications requises. Il est principalement appliqué comme un nœud d’ensemble et dans un réseau
en anneau.
Figure III.31 : Diagramme d’interconnexion du système NR8250
1. Interconnexion point-à-point
Le système NR8250 supporte le mode d’interconnexion point-à-point. Dans un réseau point-àpoint, les services entre 2 nœuds sont transmis directement à travers une liaison microonde.
Figure III.32 : Interconnexion point-à-point
2. Interconnexion en chaine
Dans ce mode d’interconnexion, tous les nœuds de transmission sont connectés un à un comme les
vertèbres de l’épine dorsale, le premier et dernier nœud de la chaine sont ouverts.
Figure III.33 : Mode d’interconnexion chainé
75
3. Interconnexion en arbre
Le système NR8250 supporte le mode d’interconnexion en arbre. Dans ce mode d’interconnexion,
plusieurs topologies en chaines sont connectées à travers certains éléments de nœuds du réseau, et
il n’y a pas de boucles dans le réseau.
Figure III.34 :Iinterconnexion en arbre
4. Interconnexion en anneau
NR8250s peut former un réseau en anneau (boucle) à travers des liaisons microondes et permettre
au réseau d’avoir des liaisons redondantes.
Figure III.35 : Interconnexion en anneau
76
2.10. Solution d’exploitation et de maintenance
Le système NR8250 supporte les 2 solutions d’exploitation et maintenance qui sont :
 Local Maintenance Terminal (LMT)
 Système centralisé de gestion du réseau NetNumen U31
2.10.1.
1. Fonctions
Local Maintenance Terminal (LMT)
LMT est un outil de maintenance local basé sur le protocole http, il est intégré dans l’IDU.
L’utilisateur peut utiliser un navigateur Web sur un ordinateur personnel pour entrer dans le
système et gérer un élément du réseau sans l’installation d’une autre application.
LMT fournit les fonctions de gestion suivantes:
 Gestion d’alarme
 Gestion de configuration
 Gestion de performance
 Gestion de maintenance
 Gestion de sécurité
2. Interconnexion
Après avoir connecté un PC à l’IDU par un câble Ethernet, l’utilisateur peut accéder à l’équipement
à travers un navigateur Web sur le PC.
Comme le montre la figure suivante, l’utilisateur peut accéder de l’IDU1 à l’IDU6 à travers
l’application LMT intégré dans chaque IDU et peut effectuer les différentes fonctions de gestion.
Figure III.36 : Diagramme d’interconnexion LMT.
2.10.2.
Système NetNumen U31
1. Fonctions
Le système NetNumen U31 est un élément de système de gestion de réseau. L’utilisateur peut
accéder au serveur NetNumen U31 à travers un client NetNumen U31 pour gérer tous les éléments
du réseau.
Le système NetNumen U31 fournit les fonctions de gestion suivantes :
 Gestion de topologie
 Gestion d’alarme
 Gestion de sécurité
 Gestion de configuration
 Gestion de performance
77
2. Interconnexion
Tableau III.6 : Diagrammes d’interconnexion du système NetNumen U31
 Mode d’interconnexion locale
 Mode d’interconnexion distant
 Mode d’interconnexion hybride
Dans ce mode d’interconnexion, le serveur
NetNumen U31, les clients et les IDUs sont
tous dans le même réseau local et sont
connectés entre eux.
Dans ce mode d’interconnexion, les
clients, les éléments du réseau sont
localisés séparément. La figure suivante
montre un exemple
de mode
d’interconnexion distant.
Le mode d’interconnexion hybride est la
combinaison de mode d’interconnexion locale
et distant.
78
2.11. Indexes techniques
2.11.1. Indexes du système
Tableau III.7: Index techniques de l’équipement
Index
Frequency stability
Protection switchover time
Specification
±5 ppm (guaranteed value)
Ethernet ring network (ERPS G.8032): 50 ms
E1 SNCP: 50 ms
SDH SNCP: 50 ms
1+1: 300 ms
RSTP: 1 s-2 s
STP: 50 s
Upper limit of receive level
-20 dBm (no error bit)
RSSI
-20 dBm to -90 dBm
Modulation Mode
QPSK/16QAM/32QAM/64QAM/128QAM/256QAM
Operating environment
IDU:-20 ℃ to +55 ℃
Temperature
ODU: -33 ℃ to +55 ℃
Operating environment humidity IDU: < 95% (35 ℃)
ODU: < 100%
Transportation and storage
ODU and IDU: -40 ℃ to +70 ℃
environment temperature
2.11.2. Fréquence radio
a) Espacement de canal
Tableau III.8: Espacement de canal
Frequency
All frequency bands
Modulation Mode
QPSK/16QAM/32QAM/64QAM/128
QAM/256QAM
Channel Spacing (MHz)
7/14/28/40/50/56
79
3. Etablissement d’une liaison microwave
La conception d’un réseau de transmission microwave peut être une tâche complexe et parfois
intimidante. C’est pourquoi les ingénieurs et les techniciens travaillant sur la planification du réseau
de transport microonde utilisent des outils logiciels tels que Pathloss pour assurer une approche
méthodique et approfondie de leur travail.
Le programme Pathloss est un outil de conception de trajectoires complet ultramoderne pour les
liaisons radio fonctionnant dans la gamme de fréquences de 30 MHz à 100 GHz.
Conçu pour être utilisé dans le monde entier avec divers équipements et de vastes conditions
atmosphériques, Pathloss utilise une variété de terrains et les bases de données différentes, les
fichiers d'équipement et les fichiers météo locaux.
Le logiciel est organisé en modules, couvrant tous les aspects de la conception de réseau de
communication hyperfréquences. Ceux-ci incluent cinq modules de conception de chemin. Le
module de réseau, qui intègre les chemins radio et plusieurs opérations qui peuvent être effectuées
sur un réseau donné incluant: analyse d'interférence, génération et conception de lien automatique,
études de couverture locale et de zone.
3.1. Bilan de liaison
Avant d’installer un système de radiocommunication ou une liaison hertzienne, il est nécessaire
d’effectuer le calcul du bilan de liaison. En effet, ce calcul permet de déterminer si le niveau de la
puissance reçue par le récepteur sera suffisant pour que la liaison fonctionne correctement.
Le bilan de liaison se présente sous la forme d’un tableau avec 3 lignes principales :
 Les caractéristiques de l’émetteur
 Les caractéristiques du récepteur
 Les pertes de propagation
Il s’agit de faire la somme de tous les gains et toutes les pertes pour déterminer la puissance émise
par l’antenne, la puissance reçue minimale (à partir de la sensibilité du récepteur), puis d’en déduire
la perte de propagation maximale et la marge de propagation pour s’assurer d’une certaine garantie.
80
Le tableau suivant donne un exemple de bilan de liaison fait avec le logiciel Pathloss par la société
de télécommunication Vodacom Congo Rdc, sur une liaison microwave entre les sites Ihusi et Mont
Goma.
Tableau III.9 : Exemple de calcul de bilan liaison hertzienne
Ihusi
Elevation (m)
Latitude
Longitude
True azimuth (°)
Vertical angle (°)
Antenna model
Antenna height (m)
Antenna gain ( �)
Frequency (MHz)
Polarization
Path length (km)
Free space loss( )
Atmospheric absorption loss ( )
Radio model
TX power (watts)
TX power (
)
EIRP 5
)
TX channels
RX threshold criteria
Rx threshold level (
)
RX signal (
Thermal fade margin ( )
Geoclimatic factor
Path inclination (mr)
Fade occurrence factor (Po)
Average annuel temperature (°C)
Worst month – multipath (%)
(sec)
Annual – multipath (%)
(sec)
(% - sec)
Rain region
0.01% rain rate (mm/hr)
Flat fade margin – rain (dB)
Rain rate (mm/hr)
Rain attenuation (dB)
Annual rain (%-sec)
Annual multipath + rain (%-sec)
Mont_Goma
1499.66
01 40 54.34 S
029 13 31.40 E
138.26
-0.87
1461.00
01 42 03.16 S
029 14 32.42 E
318.26
0.85
VHLO2 – 13
VHLO2 – 13
14.00
36.00
13000.00
Vertical
2.83
123.79
0.06
NR8000 13G28M 32QAM
0.08
19.00
55.00
13059.0000V
BER 10– 6
-74.00
18.00
36.00
NR8000 13G 28M 32QAM
0.08
19.00
55.00
12793.0000V
BER 10– 6
-74.00
-32.85
41.15
3.89E 06
15.06
7.59E-07
10.00
100.00000
1.53e-04
100.00000
4.59e-04
100.00000 – 0.00
ITU Region P
145.00
41.15
286.76
41.15
99.99955 – 140.62
99.99955 – 140.62
-32.85
41.15
100.00000
1.53e-04
100.00000
4.59e-04
81
CONCLUSION GENERALE
Ce projet a été l’étude des règles d’ingénierie de la mise en place d’un réseau de transport par
faisceaux hertziens numériques. Ce support devra en effet véhiculer les données entre différentes
entités dans un réseau de télécommunications.
Dans un premier temps nous avons commencé par faire une étude générale de la transmission par
onde radioélectrique, partie dans laquelle les principes d’émission et réception des signaux par les
antennes ont été élucidés.
Nous n’aurions pu aborder l’essentiel de notre travail sans pour autant relater les principes de
fonctionnement des antennes, indispensables à la mise en place du support hertzien et les divers
défauts de propagation dont il faut nécessairement prendre en compte lors de l’étude de
déploiement d’un site.
Puis enfin dans la dernière partie, l’étude de liaison hertzienne, la présentation de l’équipement
ZXMW NR8250 (le système de transmission microonde numérique), mais aussi la présentation des
paramètres nécessaires à l’établissement d’une liaison hertzienne et son bilan ont été faits.
Une étude préalable a permis de relever les différentes contraintes qui s’y attèlent : les sites liés
doivent être en vue directe et dégagés, une sensibilité à certains phénomènes météorologiques doit
être prise en compte dans les études et une sécurisation des liaisons est à prévoir.
En abordant un sujet pareil, notre objectif était d’analyser et de comprendre les principes de
fonctionnement d’un système de transmission par faisceaux hertziens et de l’équipement ZXMW
NR8250
Grâce à cette étude nous avons pu analyser les problèmes fondamentaux qu’un ingénieur en
transmissions pourrait rencontrer lors du déploiement d’un réseau de télécommunications.
A l’issu de ce travail, nous ne prétendons pas avoir épuisé le sujet, par ailleurs notre travail s’est
limité au niveau de la transmission par faisceaux hertziens, ainsi les autres peuvent traiter d’autres
moyens des transmissions tels que par fibre optique ou par satellite et leurs interconnections pour
la résilience (backup).
Pour terminer, nous souhaitons que d’autres chercheurs nous emboitent le pas dans le sens de nous
compléter.
I
BIBLIOGRAPHIE
I.
Ouvrages généraux
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Des Sciences Appliquées De Toulouse, France, 2011.
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Technologiques de Nabeul, Tunisie, 2014.
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Henri Poincaré Nancy 1, Année universitaire 2011-2012.
[5] Jean-Philippe MULLER, les modulations numériques dans les systèmes de communication,
2000.
[6] Mohamad HAJJ, Conception, réalisation et caractérisation de nouveaux types d’antennes
sectorielles à base de matériaux BIE métalliques pour télécommunications terrestres, Thèse de
doctorat, Université de Limoges, France, 2009.
[7] MSc. RUKERANDANGA Filston, propagation des ondes (support du cours), Institut Supérieur
des Technologies de Bujumbura, Burundi, Année Académique 2013-2014.
[8] Sami BARAKETI, Ingénierie des Réseaux Optiques SDH et WDM et Etude Multicouche
IP/MPLS sur OTN sur DWDM, Thèse de doctorat, Université de Toulouse, France, 2015.
[9] Yassine EL HARRAZ, Conception et déploiement d’un réseau NG-SDH Ericsson-Maroc
Telecom, mémoire de master, Université Sidi Mohammed Ben Abdellah, 2014.
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l’équipement Alcatel 9400UX, Université Henri Poincaré Nancy 1.
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2013–01–30 (Version: V2.00.03).
II.
Sites internet visités
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[13] http://www.mongosukulu.com (Généralité sur les faisceaux hertziens).
[14] http://www.efort.com (Réseau de Transmission : PDH, SDH, D-WDM)