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International audience; Les nouvelles bandes de fréquences pour les systèmes de télécommunications par satellite L. Castanet (ONERA) Comment le satellite peut-il rester un complément des solutions terrestres afin de fournir un accès global aux infrastructures de communications et ainsi éviter les zones blanches et résorber la fracture numérique ? Historique Le premier satellite artificiel, Spoutnik, a été lancé par l'URSS en 1957 et a été suivi par un certain nombre d'envois de satellites expérimentaux au début des années soixante. Les premiers services commerciaux de télécommunications par satellite sont apparus à la fin de cette décennie sous l'égide de l'opérateur Intelsat. A cette époque, le satellite était considéré comme un moyen alternatif aux liaisons par câbles sous-marins ou aux liaisons par faisceaux hertziens. Ces premiers systèmes utilisaient un satellite en orbite géostationnaire de quelques dizaines de kilogrammes et quelques dizaines de Watts de puissance embarquée et se caractérisaient par une durée de vie très courte (moins de deux ans), une fable capacité (moins de 500 canaux téléphoniques) et un coût d'opération par canal qui serait aujourd'hui considéré comme exorbitant. Ils permettaient d'acheminer des communications intercontinentales en point à point. Depuis cette époque, les progrès techniques ont permis d'allonger la durée de vie des satellites pour atteindre 15 ans aujourd'hui, avec des satellites dépassant les 10 tonnes pour des puissances électriques de 20 kW. Ces satellites permettent de desservir de larges zones de couverture, avec une capacité de diffusion à des centaines de milliers d'utilisateurs en même temps.

L'objectif de ce travail de recherche est d'analyser l'intérêt de concevoir et d'introduire des techniques de compensation des affaiblissements de propagation pour améliorer les performances des systèmes de télécommunications par satellite fonctionnant aux fréquences supérieures à 20 GHz et fournir une disponibilité de service suffisante du point de vue de l'utilisateur. Pour atteindre cet objectif, une nouvelle méthodologie est développée afin d'optimiser la conception de ces techniques de compensation en prenant en compte la dynamique du canal de propagation grâce à l'introduction de séries temporelles de propagation. Dans un premier temps, un recensement des caractéristiques du canal de propagation dans les bandes de fréquence Ka et V est réalisé. En particulier, les propriétés statistiques de la dynamique du canal dans ces bandes de fréquences sont décrites : vitesses de variation, durée des affaiblissements et similitude en fréquence. Ensuite, un état de l'art des techniques de compensation des affaiblissements adaptées aux systèmes de télécommunication par satellite est réalisé : d'une part par un recensement des méthodes envisageables et d'autre part par l'étude de l'implémentation de ces techniques au niveau de terminaux utilisateurs. L'influence sur les couches réseau est étudiée, de même que sur les différents types de service. La mise en place de ces techniques est alors étudiée via la conception et la mise au point d'une boucle de contrôle qui doit assurer trois fonctions différentes : la détection de l'état du canal, la prédiction temps réel de l'évolution de son état au cours du temps et la décision de lancer ou non une technique de compensation. L'architecture d'une boucle de contrôle de FMT incluant une méthode de compensation de la scintillation est proposée, résultat d'un processus d'optimisation des différents paramètres internes de la boucle. Enfin, l'influence du canal de propagation en bande Ka est étudiée sur l'interface-air du concept de système GEOCAST. Après avoir défini les techniques de compensation utilisables pour GEOCAST, des prédictions sont réalisées à l'aide de modèles statistiques conventionnels de manière à estimer la disponibilité due au canal de propagation. Les performances du système sont alors évaluées en terme de disponibilité, de nombre de commutations entre états du système ou de capacité, à travers l'introduction de séries temporelles de propagation mesurées lors de la campagne Olympus. The objective of this research activity is to analyse the interest of designing and implementing Fade Mitigation Techniques to improve the performances of satellite communications systems operating at frequency above 20 GHz and to provide the range seryice availability required by the end-user. To reach this objective, a new methodology is developed in order to optimise the design of FMT taking into account the dynamics of the propagation channel thanks to the introduction of propagation time series. First of all, an overview of the characteristics of the propagation channel forSatCom services planned to operate at Ka and V bands is given. in particular. the statistical properties of the propagation channel dynamics in these frequency bands are described : distributions of fade and interfade duration. fade slope, and frequency scaling. Afterwards, an overview of adaptive Fade Mitigation Techniques (FMT) suitable for high frequency band GEO satellite communication systems is carried out 1 firstly an overview of the basic principles of F MT and afterwards operational issues for systems deployed at these frequencies. Access and network characteristics as well as type of services are addressed too. Then, the interest is focused on the practical implementation of Fade t\/litigation Techniques. Outlines are given concerning the design of a FMT control loop and the three main functions to be carried out are described : detection, prediction and decision functions. Finally, a FMT control loop architecture including a scintillation controller is proposed, as the result of an optimisation process. Finally, the last part aims at studying the influence of the Ka-band propagation channel on the air interface of a Ka-band satellite system : called GEOCAST. After having defined FMT suitable for GEOCAST, predictions are performed with conventional statistical models in order to estimate channel availability. Then, the performances of the system are studied (in term of link availability or number of switches and system capacity) through the introduction of propagation time series.