Budget des liaisons par satellite : pluie, absorption et disponibilité

Pourquoi les liaisons satellites supérieures à 10 GHz sont différentes

Un saut hertzien terrestre entre deux pylônes est presque ennuyeux une fois que la perte de trajectoire est connue : ajoutez quelques dB de marge de pluie et le tour est joué. Une liaison descendante par satellite supérieure à 10 GHz ne l'est pas. Le signal traverse l'ensemble de la troposphère de manière inclinée, l'atténuation de la pluie augmente fortement avec la fréquence, et l'objectif de disponibilité, disons 99,9 % de l'année, ce qui permet toujours 8,76 heures de panne, est fixé en fonction des pires heures météorologiques à un endroit donné.

Ce dernier point est plus important que tout autre. La pluie, les nuages et la vapeur d'eau sont des propriétés du site, et non de la bande de latitude dans laquelle il se trouve. Cette procédure pas à pas permet de concevoir une liaison descendante directe en bande Ka pour une antenne parabolique de 60 cm à Londres et affiche tous les chiffres que Satellite Link Budget Analyzer utilise en cours de route.

Ce que l'outil calcule

L'analyseur lit le climat du site à partir des cartes numériques de l'UIT-R et exécute les méthodes de prévision de l'UIT-R sur celui-ci :

L'implémentation est un portage de la bibliothèque open source ITU-RPy et correspond à celle-ci à 0,001 % près sur douze sites de test. La scintillation troposphérique n'est pas incluse — P.618 a besoin du diamètre et de l'efficacité de l'antenne de réception pour cela — et le résultat l'indique.

L'exemple : liaison descendante directe vers le domicile en bande Ka

Trois de ces chiffres sont dérivés, et cela vaut la peine de les faire une fois à la main. Portée inclinée. Un satellite GEO situé à 35 786 km au-dessus de l'équateur est plus éloigné que son altitude de n'importe où sauf du point sous-satellite. Avec un rayon de la Terre $R_E$ = 6378 km et un rayon d'orbite $r$ = 42 164 km : G/T. Une antenne parabolique de 0,60 m à 65 % d'efficacité génère un gain de $10\log_{10}\left(0.65\,(\pi D f/c)^2\right)$ = 40,1 dBi à 20 GHz. Avec une température de système de 150 K (21,8 dBK), G/T = 18,4 dB/K. Eb/N0. L'ETSI EN 302 307-1 donne un Es/N0 idéal de 7,91 dB pour 8PSK 3/4. Chaque symbole contient 3 × 0,75 = 2,25 bits d'information, soit $E_b/N_0 = 7.91 - 10\log_{10}(2.25) = 4.4$ dB.

Le climat du site

Avant de calculer toute atténuation, l'outil lit le climat à 51,5° N, 0,1° W et répertorie toutes les valeurs utilisées :

La même analyse à Singapour indique $R_{0.01}$ = 100 mm/h. À Madrid, il indique 25,1 mm/h, soit presque le chiffre de Londres, mais avec une hauteur de pluie, un climat nuageux et un angle d'élévation suffisamment différents pour modifier la réponse, comme nous le verrons.

Le budget à 99,9 %

Le lien ne se ferme pas à 99,9 %. La pluie est le terme atmosphérique le plus utilisé, mais pas autant que le suggère le folklore : le gaz et les nuages ajoutent 1,94 dB supplémentaires entre eux.

Pourquoi prélève-t-on le gaz et les nuages à 1 % alors que l'objectif est de 0,1 % ? Parce que la section 2.5 du P.618-13 le dit. Le gaz et les nuages ne se développent pas de la même manière que la pluie dans les périodes les plus rares. Par conséquent, en dessous de 1 % de dépassement, la méthode les maintient à leurs valeurs de 1 % et les combine avec l'atténuation de la pluie à la probabilité cible :

avec $A_S$ = 0 ici car la scintillation n'est pas modélisée.

La courbe de disponibilité

L'outil évalue l'ensemble du budget à chaque disponibilité, et pas seulement la cible :

Ce terminal de 60 cm ferme à environ 99,66 % de l'année. Le fait de passer de 99,9 % à 99,99 % entraîne une atténuation supplémentaire de 8,1 dB de la pluie. Chaque filtre supplémentaire coûte beaucoup plus cher que le précédent.

Monte-Carlo : incertitude autour du budget nominal

Avec un compte payant, l'outil propose 100 000 essais dans les limites du budget nominal (10 000 sur le niveau gratuit). Il fait varier l'EIRP et G/T (σ = 0,3 dB chacun), ajoute une perte de pointage (exponentielle, moyenne de 0,2 dB), échelonne l'atténuation de la pluie selon un écart log-normal du taux de pluie (σ = 0,5) et ajoute un terme de décoloration (|normal|, σ = 0,4 dB). Il s'agit d'un modèle d'incertitude que l'outil applique autour du résultat de l'UIT-R ; il ne s'agit pas en soi d'une méthode UIT-R.

Pour le design de 60 cm à 99,9 % :

La médiane se situe en dessous de la valeur nominale de −2,09 dB car le pointage et la décoloration ne font que soustraire. La queue p5 est longue car l'écart entre les taux de pluie multiplie une atténuation qui est déjà de 4,2 dB : une année plus pluvieuse que prévu fait bien plus mal qu'une année plus sèche.

Fermeture du lien

Une parabole de 90 cm ou une descente à QPSK 3/4 ferme le lien nominalement. Ni l'un ni l'autre ne rend la marge p5 positive. S'il faut 95 % des terminaux pour atteindre 99,9 % au cours d'une année plus humide que la moyenne, il en faut encore plus. Le codage et la modulation adaptatifs, pris en charge par le DVB-S2, existent exactement pour cela : exécutez 8PSK dans un ciel dégagé et revenez à QPSK en mode fondu.

Et 99,99 % ? Même la parabole de 90 cm y manque 6,68 dB, avec 12,29 dB de pluie.

Le site compte plus que la latitude

Utilisez la même borne 8PSK 3/4 de 60 cm ailleurs (chaque site à sa propre altitude GEO) :

Madrid et Londres ont presque le même $R_{0.01}$, mais l'altitude plus élevée et le climat nuageux plus sec de Madrid lui donnent 2,15 dB d'avance. Singapour, avec un satellite presque au-dessus de sa tête, manque encore de 19 dB : les liaisons tropicales en bande Ka nécessitent une conception complètement différente.

Mode terrestre

Passez du type de liaison à terrestre et l'outil cesse de traiter la trajectoire comme une inclinaison à travers la couche de pluie. La pluie suit la méthode de réduction de trajectoire UIT-R P.530-17 sur toute la longueur du trajet, et le gaz est la durée d'atténuation spécifique au niveau du sol sur cette longueur. Pour un saut de 15 km à 23 GHz sur le même site de Londres :

L'absorption gazeuse ajoute 5,1 dB sur les 15 km : 23 GHz se situe juste à côté de la ligne de vapeur d'eau 22,2 GHz. Le résultat terrestre indique également ce qu'il n'inclut pas : l'évanouissement par trajets multiples, que P.530 prédit à partir de données géoclimatiques et de terrain dont l'outil ne dispose pas.

Ce que cela signifie sur le plan opérationnel

Pour un service de diffusion, 99,9 % (8,76 h/an de panne) sont typiques et 99,7 % sont souvent acceptés en bande Ka. Les liaisons aériennes ou financières nécessitent 99,99 % (52,6 min/an) ou mieux, et à Londres, cela signifie 8,1 dB supplémentaires de perte atmosphérique à 20 GHz au-delà de la conception de 99,9 %.

Exécutez le scénario pour votre propre site avant de dimensionner un plat. Une latitude et une « zone » de pluie ne suffisent pas : les valeurs climatiques répertoriées dans les outils sont celles qui définissent les heures de panne.

Mis à jour 2026-09-19. Une version antérieure de cet article utilisait le climat des zones pluviales, une ancienne table de coefficients P.838 et un budget de ciel dégagé qui ne correspondait pas à l'outil. Chaque chiffre ci-dessus provient désormais de l'analyseur corrigé. Analyseur de budget par liaison satellite