Systèmes de communications par satellite - Architectures des liaisons

Un satellite est un système de communication autonome capable de recevoir des signaux de la Terre ou d’une autre source et de retransmettre ces signaux, soit vers la Terre, soit vers un autre satellite. À cet effet, tout satellite est équipé d'un récepteur et d’un émetteur de signaux radio, ensemble appelé « transpondeur ».

Les satellites ont pour vocation de constituer des liaisons longues, là où l’investissement en câbles s’avérerait difficile.

Le concept de communication par satellite a été proposé par différents auteurs. En 1929, dans « The Problem of Space Travel », le hongrois Herman Erman Potočnik  a énoncé le premier comment les conditions de l’espace pouvaient être mises à profit pour des applications scientifiques, pacifiques ou militaires. Plus tard, le russe Konstantin Tsiolkovsky, a rappelé, avant l’américain Clarke  dans la revue « Wireless World » en 1945, pourquoi un satellite placé à une altitude de 35 786 km au-dessus de la surface de la Terre et dans le plan équatorial, se déplaçait à la même vitesse par rapport à la Terre. Cette orbite, appelée « orbite géostationnaire » (ou « ceinture de Clarke »), est idéale, puisqu'elle permet à un équipement muni d’une antenne au sol de communiquer avec un satellite 24 heures sur 24 sans avoir à modifier sa position.

D’autres positions satellitaires sont réalisables, qui ont leurs contraintes, en fonction des buts recherchés. Les satellites peuvent porter des équipements de communications, des capteurs ou des imageurs, voire des télescopes, afin de retransmettre vers des stations terrestres dédiées les informations désirées, par exemple, des informations à caractère scientifique.

Un satellite doit supporter des contraintes fortes lors de son lancement, sur les plans mécanique et thermique, et pendant toute la durée de son exploitation estimée entre 5 et 25 ans. Il doit fonctionner avec une très grande fiabilité de plus de 99,9 % dans le vide spatial, en principe avec peu de perspective d'entretien ou de réparation.

Le premier satellite artificiel, Spoutnik 1, a été lancé par l'Union soviétique, le 4 octobre 1957 à des fins de démonstration. Le premier satellite à relayer les signaux vocaux fut celui du projet SCORE (Signal Communication by Orbite Relay Equipment) du gouvernement américain, le 19 décembre 1958. Le 6 avril 1965, le premier satellite Intelsat, Early Bird (appelé aussi Intelsat 1), a été construit par Hughes Aircraft Company. Early Bird a été le premier satellite commercial opérationnel à fournir des services réguliers de communication et de diffusion multimédia entre l'Amérique du Nord et l’Europe. En 2023, plusieurs constellations de petits satellites sont en projet ou en cours de réalisation sur des orbites non géostationnaires en couche basse pour répondre à de nouveaux objectifs.

Cet article se concentre sur les aspects relatifs au seul domaine commercial des satellites, bien que dans la pratique tout satellite puisse être impliqué pour d’autres finalités. Quelle que soit sa vocation, tout satellite, néanmoins, obéit aux mêmes contraintes techniques. Pour chacun d’eux, les objectifs de qualité de service, de fiabilité et de durabilité se posent de la même façon. Ils visent à réaliser des communications de capacités toujours plus grandes pour le bénéfice d’un plus grand nombre de citoyens à des coûts les plus faibles, face à la concurrence présentée par la fibre optique et les réseaux terrestres et sous-marins.

L’emploi du protocole IP dans les réseaux terrestres et mobiles conduit les exploitants à édifier des liaisons hybrides adaptant les contraintes de temps des protocoles à la latence propre des satellites. L’ensemble des solutions disponibles a créé un océan de complexités, assorti à des centaines d’options techniques et commerciales, de sorte que la réglementation des systèmes radioélectriques par satellite doit opérer des choix difficiles afin d’éviter d’éventuelles nuisances entre les systèmes anciennement agréés et les nouvelles propositions.