Faisceaux hertziens numériques – 1996

454 Pages·2009·13.29 MB·French

U I T
NION NTERNATIONALE DES ÉLÉCOMMUNICATIONS
MANUEL
6
FAISCEAUX HERTZIENS NUMÉRIQUES
9
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1

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M
*7020*
B R
UREAU DES ADIOCOMMUNICATIONS
Imprimé en Suisse
Genève, 2009
Genève, 1996
ISBN 92-61-06282-2
SECTEUR DES RADIOCOMMUNICATIONS DE L’UIT
Le rôle du Secteur des radiocommunications est d’assurer l’utilisation rationnelle,
équitable, efficace et économique du spectre radioélectrique par tous les services de
radiocommunication, y compris les services par satellite et de procéder à des études pour
toutes les gammes de fréquences, à partir desquelles les Recommandations seront élaborées et
adoptées.
Les fonctions réglementaires et politiques du Secteur des radiocommunications sont
remplies par les Conférences mondiales et régionales des radiocommunications et par les
Assemblées des radiocommunications assistées par les Commissions d’études.

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- iii -
SOMMAIRE
Page
CHAPITRE 1 – INTRODUCTION.................................................................................. 1
1.1 OBJET DU MANUEL............................................................................................... 1
1.2 ÉVOLUTION DES FAISCEAUX HERTZIENS NUMÉRIQUES........................... 2
1.3 LES FAISCEAUX HERTZIENS NUMÉRIQUES EN TANT QU'ÉLÉMENTS DES
RÉSEAUX À TRANSMISSION NUMÉRIQUE..................................................... 4
1.4 APERÇU GÉNÉRAL DU MANUEL........................................................................ 5
1.5 PLAN GÉNÉRAL DU MANUEL............................................................................. 6
CHAPITRE 2 – PRINCIPES DE BASE......................................................................... 9
2.1 SIGNAUX NUMÉRIQUES, CODAGE DE LA SOURCE, HIÉRARCHIES
NUMÉRIQUES ET MULTIPLEXAGE.................................................................... 9
2.1.1 Numérisation (conversion analogique/numérique) des signaux vocaux
analogiques................................................................................................................. 9
2.1.2 Numérisation des signaux vidéo................................................................................. 10
2.1.3 Services non téléphoniques, RNIS et signaux de données......................................... 10
2.1.4 Multiplexage des voies à 64 kbit/s............................................................................. 10
2.1.5 Multiplexeurs d'ordre plus élevé, hiérarchie numérique plésiochrone (PDH)........... 11
2.1.6 Autres multiplexeurs.................................................................................................. 11
2.1.7 Multiplexage synchrone, hiérarchie numérique synchrone (SDH)............................ 14
2.1.7.1 Principes généraux...................................................................................................... 14
2.1.7.2 Plan de multiplexage synchrone................................................................................. 15
2.1.7.3 Fonctions des préfixes................................................................................................ 18
2.1.7.4 Le format de signal sous-STM-1................................................................................ 19
2.1.7.5 Transport ATM à l'intérieur du transport SDH et transport SDH
par signaux PDH......................................................................................................... 21
2.1.8 Interconnexion en bande de base et caractéristiques des interfaces physiques.......... 21
2.1.9 Gigue et dérapage, rythme et synchronisation........................................................... 22
2.2 NOTIONS FONDAMENTALES SUR LES FAISCEAUX HERTZIENS
NUMÉRIQUES (FHN) DANS LES SERVICES DE TERRE.................................. 23
2.2.1 Architecture des faisceaux hertziens numériques...................................................... 24
2.2.1.1 Émetteur numérique................................................................................................... 25
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Page
2.2.1.2 Récepteur numérique.................................................................................................. 27
2.2.1.3 Émetteur et récepteur radioélectriques....................................................................... 29
2.2.1.4 Combinaison des canaux et considérations sur les antennes...................................... 31
2.2.1.5 Section de commutation en radiofréquences.............................................................. 32
Références des Chapitres 1 et 2............................................................................................... 35
CHAPITRE 3 – CONCEPTION DES LIAISONS........................................................ 37
3.1 APPLICATIONS DES FAISCEAUX HERTZIENS NUMÉRIQUES...................... 37
3.1.1 Généralités.................................................................................................................. 37
3.1.2 Bandes de fréquences disponibles.............................................................................. 38
3.1.3 Coexistence des faisceaux hertziens analogiques et numériques............................... 42
3.1.4 Capacité en canaux numériques................................................................................. 42
3.1.5 Réseaux numériques................................................................................................... 45
3.1.5.1 Faisceaux hertziens numériques à grande distance.................................................... 45
3.1.5.2 Faisceaux hertziens numériques à courte distance..................................................... 45
3.1.5.3 Réseaux d'accès aux radiocommunications numériques............................................ 46
3.1.6 Réseaux locaux hertziens (RLAN)............................................................................. 46
3.1.6.1 Généralités.................................................................................................................. 46
3.1.6.2 Bandes de fréquences................................................................................................. 47
3.1.6.3 Accès multiple et modulation..................................................................................... 48
3.1.6.4 Configuration des systèmes........................................................................................ 48
3.1.6.5 Exemples de RLAN.................................................................................................... 49
3.2 OBJECTIFS DE QUALITÉ DE FONCTIONNEMENT ET DE DISPONIBILITÉ. 50
3.2.1 Connexion, conduit et section fictifs numériques...................................................... 50
3.2.2 Paramètres et objectifs de caractéristiques d'erreurs.................................................. 51
3.2.2.1 Paramètres et objectifs de caractéristiques d'erreurs par référence
à la Recommandation UIT-T G.821........................................................................... 51
3.2.2.2 Paramètres et objectifs de caractéristiques d'erreurs par référence
à la Recommandation UIT-T G.826........................................................................... 53
3.2.3 Paramètres et objectifs de disponibilité...................................................................... 59
3.2.4 Mise en service et maintenance.................................................................................. 62
3.2.4.1 Relations entre les limites et les objectifs de qualité de fonctionnement................... 63
3.2.4.2 Limites de qualité de fonctionnement pour la mise en service.................................. 65
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Page
3.3 AMÉLIORATIONS OBTENUES GRÂCE AU PASSAGE DES FAISCEAUX
HERTZIENS ANALOGIQUES AUX FAISCEAUX HERTZIENS NUMÉRIQUES 65
3.3.1 Avantages d'un nouveau système numérique hyperfréquence................................... 66
3.3.2 Caractéristiques des systèmes hyperfréquence analogiques existants....................... 67
3.3.3 Trajets hyperfréquence numériques posant des problèmes........................................ 68
3.3.4 Illuminateurs d'antennes............................................................................................. 68
3.3.5 Systèmes hyperfréquence numériques de recouvrement............................................ 69
3.3.6 Configurations de couplage RF entre systèmes analogiques et systèmes
numériques................................................................................................................. 69
3.3.7 Liaisons secondaires analogiques............................................................................... 70
3.3.8 Conversion d'un circuit analogique en un circuit numérique..................................... 70
3.3.9 Conversion du circuit................................................................................................. 70
3.4 DISPOSITION DES CANAUX RADIOÉLECTRIQUES........................................ 71
3.4.1 Introduction................................................................................................................ 71
3.4.2 Paramètres liés au spectre........................................................................................... 71
3.4.3 Types de dispositions des canaux............................................................................... 73
3.4.4 Structures homogènes et subdivision des canaux....................................................... 76
3.4.5 Critères de brouillage à l'intérieur d'un système et entre systèmes............................ 77
3.5 PARTAGE DES BANDES DE FRÉQUENCES AVEC D'AUTRES SERVICES... 79
3.5.1 Évaluation des brouillages causés par d'autres services............................................. 80
3.5.1.1 Généralités.................................................................................................................. 80
3.5.1.2 Dégradation de la qualité de fonctionnement en matière d'erreur
et de la disponibilité................................................................................................... 81
3.5.1.3 Évaluation des effets globaux des brouillages causés par diverses sources............... 83
3.5.2 Paramètres fondamentaux pour le partage des bandes de fréquences........................ 86
3.5.2.1 Côté récepteur............................................................................................................. 86
3.5.2.2 Côté émetteur.............................................................................................................. 88
3.5.3 État d'avancement des travaux de la Commission d'études 9 des
radiocommunications sur le partage des fréquences.................................................. 90
Références du Chapitre 3 ....................................................................................................... 91
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Page
CHAPITRE 4 – PARAMÈTRES DE CONCEPTION.................................................. 95
4.1 CONDITIONS DE PROPAGATION........................................................................ 95
4.1.1 Notion d'affaiblissement en espace libre.................................................................... 95
4.1.2 Visibilité..................................................................................................................... 96
4.1.2.1 Réfraction................................................................................................................... 96
4.1.2.2 Profils des trajets, dégagement et obstacles............................................................... 100
4.1.2.3 Diffraction.................................................................................................................. 102
4.1.3 Réflexion en surface................................................................................................... 108
4.1.3.1 Introduction................................................................................................................ 108
4.1.3.2 Réflexion spéculaire sur une surface terrestre plane................................................ 108
4.1.3.3 Réflexion spéculaire sur une surface terrestre sphérique régulière.......................... 108
4.1.3.4 Méthode pratique pour déterminer les réflexions spéculaires au sol......................... 112
4.1.4 Propagation par trajets multiples dans l'atmosphère.................................................. 113
4.1.4.1 Introduction................................................................................................................ 113
4.1.4.2 Évanouissements dus à la propagation par trajets multiples et à des
mécanismes connexes................................................................................................. 114
4.1.4.3 Modélisation des voies dans la propagation par trajets multiples
dans l'atmosphère........................................................................................................ 120
4.1.4.4 Méthodes de calcul des interruptions......................................................................... 127
4.1.5 Affaiblissement dû aux précipitations........................................................................ 131
4.1.6 Diffusion..................................................................................................................... 135
4.1.6.1 Diffusion par la pluie.................................................................................................. 135
4.1.6.2 Diffusion par le terrain............................................................................................... 135
4.1.7 Polarisation................................................................................................................. 135
4.1.7.1 Considérations générales............................................................................................ 135
4.1.7.2 Explication des mécanismes de dégradation de XPD................................................ 137
4.1.7.3 Calcul de la dégradation de la polarisation croisée.................................................... 138
4.1.8 Affaiblissement dû aux gaz........................................................................................ 140
4.2 ÉQUIPEMENTS........................................................................................................ 143
4.2.1 Traitement en bande de base...................................................................................... 143
4.2.1.1 Fonction générale de traitement en bande de base..................................................... 143
4.2.1.2 Fonctions spécifiques de traitement en radiofréquences pour les signaux
en bande de base......................................................................................................... 146
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Page
4.2.2 Modulation et démodulation....................................................................................... 148
4.2.2.1 Principes de base........................................................................................................ 148
4.2.2.2 Méthodes de modulation linéaire............................................................................... 149
4.2.2.3 Méthodes de modulation non linéaire........................................................................ 151
4.2.2.4 Modulation avec codage............................................................................................. 152
4.2.2.5 Mise en forme du spectre........................................................................................... 154
4.2.2.6 Probabilité d'erreur pour la voie transmettant un bruit blanc gaussien additif........... 160
4.2.2.7 Considérations sur le processus de démodulation...................................................... 164
4.2.2.8 Blocs fonctionnels d'un modem.................................................................................. 174
4.2.3 Émetteur..................................................................................................................... 183
4.2.3.1 Oscillateur local (LO)................................................................................................. 184
4.2.3.2 Changement de fréquence dans le mélangeur............................................................ 184
4.2.3.3 Puissance d'émission en fonction du facteur de crête et du format
de modulation («recul de puissance»), avec et sans linéarisation................................ 185
4.2.3.4 Amplificateur de puissance........................................................................................ 186
4.2.3.5 Rayonnements non essentiels (types et spécifications) (internes/externes)............... 190
4.2.3.6 Linéarisation (spécifications et techniques)............................................................... 190
4.2.3.7 Filtrage (RF/FI).......................................................................................................... 193
4.2.4 Récepteur.................................................................................................................... 193
4.2.4.1 Changement de fréquence.......................................................................................... 194
4.2.4.2 Filtrage........................................................................................................................ 194
4.2.4.3 Facteur de bruit........................................................................................................... 197
4.2.4.4 Largeur de bande requise............................................................................................ 198
4.2.4.5 Signature..................................................................................................................... 198
4.2.5 Commutation de secours en radiofréquences............................................................. 198
4.2.5.1 Généralités.................................................................................................................. 198
4.2.5.2 Types de dispositions de secours................................................................................ 199
4.2.5.3 Architecture de la commutation de secours en radiofréquences................................ 199
4.2.5.4 Commutation de secours par système en réserve....................................................... 200
4.2.5.5 Commutation multiligne............................................................................................. 201
4.2.5.6 Facteurs dont dépend le choix des critères de commutation...................................... 202
4.2.5.7 Calcul de l'indisponibilité des liaisons....................................................................... 203
4.2.6 Antennes et illuminateurs........................................................................................... 203
4.2.6.1 Notions fondamentales sur les antennes des faisceaux hertziens............................... 203
4.2.6.2 Antenne parabolique................................................................................................... 207
4.2.6.3 Antenne cornet à réflecteur........................................................................................ 211
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Page
4.2.6.4 Antenne à haute performance..................................................................................... 212
4.2.6.5 Notions fondamentales sur les illuminateurs.............................................................. 215
4.2.6.6 Filtre de multiplexage du système.............................................................................. 221
4.3 CONTRE-MESURES................................................................................................ 223
4.3.1 Généralités.................................................................................................................. 223
4.3.1.1 But des contre-mesures............................................................................................... 223
4.3.1.2 Classification des contre-mesures.............................................................................. 224
4.3.1.3 Évaluation des contre-mesures................................................................................... 226
4.3.2 Égalisation adaptative................................................................................................. 227
4.3.2.1 Principes de base........................................................................................................ 227
4.3.2.2 Structures d'égalisation............................................................................................... 228
4.3.2.3 Algorithmes d'adaptation............................................................................................ 229
4.3.3 Suppresseurs de brouillages....................................................................................... 233
4.3.3.1 Principes de base........................................................................................................ 233
4.3.3.2 Suppresseurs de brouillages causés par d'autres liaisons........................................... 234
4.3.3.3 Suppresseurs de brouillages contrapolaires................................................................ 235
4.3.4 Commande adaptative de puissance de l'émetteur..................................................... 238
4.3.4.1 Principes de base........................................................................................................ 238
4.3.4.2 Applications................................................................................................................ 239
4.3.5 Codage des données et correction d'erreur................................................................. 240
4.3.5.1 Correction d'erreur directe (CED).............................................................................. 240
4.3.5.2 Modulation avec codage............................................................................................. 241
4.3.6 Diversité d'espace....................................................................................................... 250
4.3.6.1 Principes de base........................................................................................................ 250
4.3.6.2 Moyens d'obtenir des signaux en diversité................................................................. 250
4.3.6.3 Méthodes avec commande par signaux...................................................................... 253
4.3.6.4 Améliorations obtenues.............................................................................................. 257
4.3.6.5 Diversité triple et quadruple....................................................................................... 266
4.3.7 Diversité angulaire..................................................................................................... 272
4.3.7.1 Principes de base........................................................................................................ 272
4.3.7.2 Applications................................................................................................................ 272
4.3.8 Diversité de polarisation............................................................................................. 277
4.3.9 Diversité de fréquence................................................................................................ 277
4.3.9.1 Principe de la diversité de fréquence.......................................................................... 277
4.3.9.2 Amélioration obtenue................................................................................................. 277
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Page
4.3.10 Effets synergétiques.................................................................................................... 279
4.3.10.1 Diversité d'espace et égaliseurs adaptatifs.................................................................. 279
4.3.10.2 Diversité d'espace et de fréquence (diversité mixte).................................................. 281
4.3.11 Transmission par porteuses multiples........................................................................ 282
Références du Chapitre 4 ....................................................................................................... 286
CHAPITRE 5 – INGÉNIERIE DES LIAISONS DE TRANSMISSION................... 295
5.1 CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES SUR LA CONCEPTION DES RÉSEAUX
ET DES LIAISONS DE TRANSMISSION............................................................... 295
5.1.1 Objectifs de qualité de fonctionnement et considération
sur la planification des réseaux.................................................................................. 295
5.1.2 Objectifs en matière de configuration des liaisons et des bonds
de faisceaux hertziens................................................................................................. 295
5.2 SÉLECTION PRÉLIMINAIRE DES TRAJETS RADIOÉLECTRIQUES ET DES
EMPLACEMENTS.................................................................................................... 296
5.2.1 Introduction................................................................................................................ 296
5.2.2 Cartes avec courbes de niveau.................................................................................... 296
5.2.3 Identification des trajets possibles.............................................................................. 297
5.2.4 Utilisation des infrastructures existantes et partage des emplacements..................... 298
5.2.5 Profils préliminaires des trajets.................................................................................. 298
5.2.6 Calculs prévisionnels préliminaires de la qualité de fonctionnement........................ 298
5.2.7 Sélection entre les divers trajets possibles................................................................. 298
5.2.8 Évaluation des coûts................................................................................................... 298
5.2.9 Sélection des «meilleurs trajets possibles»................................................................ 299
5.2.10 Enquêtes sur le terrain................................................................................................ 299
5.2.10.1 But des enquêtes sur le terrain................................................................................. 299
5.2.10.2 Localisation des emplacements, des obstacles et des routes................................... 299
5.2.10.3 Caractéristiques géographiques des routes et des emplacements............................ 299
5.2.10.4 Enquête sur le terrain entre les sites........................................................................ 300
5.2.10.5 Problèmes supplémentaires concernant les enquêtes sur les stations existantes..... 300
5.2.10.6 Compte rendu d'enquête.......................................................................................... 301
5.2.11 Sélection finale du trajet radioélectrique et des emplacements.................................. 301
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5.3 PROCÉDURES POUR LA CONCEPTION DES LIAISONS.................................. 301
5.3.1 Introduction................................................................................................................ 301
5.3.2 Objectifs de qualité de fonctionnement en matière d'erreur et de disponibilité......... 302
5.3.3 Choix des bandes de fréquences et des canaux.......................................................... 305
5.3.3.1 Caractéristiques des bandes de fréquences................................................................. 305
5.3.3.2 Choix des bandes de fréquences et des canaux.......................................................... 305
5.3.4 Analyse technique des trajets..................................................................................... 306
5.3.4.1 Considérations générales............................................................................................ 306
5.3.4.2 Propagation en espace libre, seuil des récepteurs, gain du système
et marge de protection contre les évanouissements uniformes................................ 306
5.3.4.3 Prévision de la durée des interruptions dans le cas d'évanouissements
sur une seule fréquence par temps clair...................................................................... 307
5.3.5 Brouillages.................................................................................................................. 309
5.3.5.1 Gabarits spectraux et discrimination de polarisation (XPD)...................................... 309
5.3.5.2 Le rapport seuil/brouillage......................................................................................... 309
5.3.6 Prévision des interruptions dues à la pluie................................................................. 314
5.3.7 Guide de conception abrégé....................................................................................... 317
5.4 ANALYSE TECHNIQUE DE LA DISPONIBILITÉ DES LIAISONS.................... 319
5.4.1 Introduction................................................................................................................ 319
5.4.2 Facteurs dont dépend la disponibilité......................................................................... 319
5.4.3 Répartition des objectifs de disponibilité................................................................... 319
5.4.4 Contribution des équipements à l'indisponibilité....................................................... 319
5.4.5 Efficacité des opérations de maintenance................................................................... 320
5.4.6 Calcul de l'indisponibilité des équipements............................................................... 320
5.4.7 Contribution de la propagation par temps clair à l'indisponibilité............................. 321
5.4.8 Indisponibilité causée par la pluie.............................................................................. 321
5.4.9 Utilisation de la redondance pour améliorer la disponibilité d'une liaison................ 321
5.4.10 Calcul de l'indisponibilité d'une liaison...................................................................... 322
ANNEXES AU CHAPITRE 5 – MÉTHODES DE PRÉVISION DE LA QUALITÉ DE
FONCTIONNEMENT............................................................................................................. 323
Introduction.............................................................................................................................. 323
ANNEXE I au Chapitre 5 – Prévision de la qualité de fonctionnement, méthode 1
(méthode de la marge de protection contre les évanouissements)........................................ 324