Détection et estimation de la pluie

Les faisceaux hertziens en visibilités directe

Ce sont ceux dans lesquels le transfert radio électrique entre les deux stations terminales est suffisamment dégagé de tout obstacle sans encombrement. Les ondes ultracourtes se propagent en ligne droite comme les ondes lumineuses nécessitent une visibilité directe entre les antennes d’émission et de réception. Le phénomène de diffraction dans ce cas a une influence négligeable sur le réseau du signal vécu, la distance entre station est composé entre 50 et 60 km. Les dimensions des antennes doivent être grandes par rapport à la longueur d’onde (c’est-à-dire le diamètre plus élevé que la longueur d’onde).
Toute fois les faisceaux hertziens en visibilités directe présentent plusieurs avantages : la transmission simultanée de plusieurs milliers des voies à la possibilité de transmettre les canaux de télécommunication, mais le nombre élevé des stations relais tous les 50 km constituent un inconvénient pour les faisceaux hertziens à visibilité direct. Cette condition limite la portée des liaisons hertziennes sans relais.

Les faisceaux hertziens transhorizon ou troposphériques

Un faisceau dit transhorizon lorsqu’elle va au-delà de l’horizon. On réalise une diversité d’espace et des fréquences pour améliorer la qualité de la liaison contrairement au précèdent, la distance entre station n’étant pas limitée par condition de visibilité. On peut placer des stations relais à proximité des agglomérations que l’on veut desservir.
Les faisceaux hertziens transhorizon nécessitent les puissances tellement plus grandes avec un nombre de voies assez réduit ne dépassent pas 10 voies téléphoniques. Les faisceaux hertziens transhorizon utilisent la diffusion et la diffraction des ondes électriques dans la zone turbulente de la troposphère pour établir la liaison entre les antennes.

Caractéristiques d’un faisceau hertzien

Les faisceaux hertziens présentent certaines caractéristiques tels que :
La sécurité : la liaison par faisceau hertzien doit donner une sécurité, c’est ainsi qu’on l’équipe de station avec des matériels radios de très grandes fiabilité c’est-à-dire de très hautes fréquence et on utilise des antennes extrêmement directives à des gains qui peuvent atteindre plusieurs dizaine de dB,
Le duplex : La transmission se fait dans les deux sens, donc elle suppose l’emploi de deux fréquences distinctes dans les deux sens,
La succession de stations relai ayant pour chaque sens de transmission des émetteurs, des récepteurs et des antennes,
Le rapport signal bruit(S/B) élevé.
Le réglage se fait à l’aide des appareils de mesure appropriés avec une procédure bien établie [4].

Choix de la fréquence

Le domaine de fréquence des faisceaux hertzien s’étend de 250 MHz à environ 22 GHz. Dans ce domaine, seules certaines bandes de fréquences bien définies ont été attribuées aux faisceaux hertziens terrestres. La partie inferieur du domaine n’offre que des bandes relativement étroites et ne convient qu’a des systèmes de faibles capacités. La plupart des faisceaux hertziens se situe au-dessus de 17 GHz. Toutefois, à partir de 12 GHz, l’absorption due à la pluie conduit à un affaiblissement croissant. Ce domaine ne convient pratiquement qu’à des faisceaux numériques. Par convention internationale (UIT-R), les bandes attribuées ont été divisées en canaux pour les deux sens de transmissions de chaque bond de faisceau hertzien dans un réseau dense (plan de fréquence) est une opération qui doit tenir compte :
Les couplages parasites possibles entre antennes situés sur le même support ; d’interface entre faisceaux voisin due à l’imparfaite directivité des antennes,
La possibilité d’altérer la polarisation (horizontale ou verticale) dans les canaux adjacents,
La sélectivité des récepteurs,
Le souci d’utilisation optimale du domaine fréquentiel disponible [5].

Description du système Faisceaux hertzienne

Le faisceau hertzien est un système de type pseudo-4-fils fréquentiel car les deux sens de transmission sont portée par des fréquentes différentes.
La structure générale d’une liaison hertzienne (analogique ou numérique) sous forme simplifier est [6].
Une liaison hertzienne comprend deux stations terminales et des stations relais, elle est composée de plusieurs bonds [6].
L’organisation représentée par le schéma ci-dessus est essentiellement celles des FH terrestres qui sont bidirectionnels.
Afin de se propager correctement, les signaux doivent être modulés sur leur fréquence porteuse. On retrouve donc, à l’entrée de la liaison, un modulateur auquel correspond un démodulateur à la sortie de la liaison.
On trouve ensuite l’émetteur qui transpose le signal en hyperfréquence et l’amplifie. IL lui correspond un récepteur qui amplifie et égalise le signal reçue, le transpose en fréquence intermédiaire. L’émetteur et les récepteurs sont reliés aux antennes par des guides ondes, et des câbles RF. L’antenne a un rôle très important dans les liaisons hertziennes : elle assure l’interface entre le circuit électrique et le milieu de propagation.
Dans les stations relais, peut être amplifié en fréquence intermédiaire sans retour en base bande. Une transposition de fréquence permet alors de passer de la fréquence reçue à la fréquence FI puis une autre de la FI à la fréquence réémise.

La transmission

Lorsque l’onde traverse un milieu elle subit une atténuation qui dépend de ce milieu de transmission, une partie de l’onde pénètre à l’intérieur de l’objet. L’énergie de l’onde incidente est divisée entre l’onde transmise et l’onde réfléchie.
Plus le milieu de propagation comprend d’obstacles, plus l’exposant d’atténuation va être élevé et l’atténuation de l’onde en fonction de la distance sera d’autant plus importante.
La figure 2 permet d’expliquer le phénomène de propagation de la liaison sans fil de l’onde à l’intérieur d’un objet.
Figure 3 : Schématisation des défauts de propagations de l’onde
Aussi appeler liaison point -à- point, la liaison LOS directionnelle utilise des émetteurs à faisceaux étroits et des récepteurs à faible FOV (Fiel of View). Elle maximise l’efficacité énergétique et minimise la consommation, car l’émetteur est focalisé sur l’objet direct. Elle simplifie également l’utilisation des concentrateurs sur le récepteur grâce à la minimisation de la dépendance à l’angle de réception, et réduit le niveau de puissance du bruit optique reçu.
Ce type de liaison ne souffre pas à la dispersion due aux multi-trajets car les contributions en puissance des réflexions sont souvent relativement très faibles par rapport à la puissance reçue du trajet direct.
Néanmoins une liaison LOS directionnelle nécessite une alimentation parfaite entre l’émetteur et le récepteur. Par conséquent, en cas de blocage de la liaison par l’indisponibilité de la visibilité directe entre l’émetteur et le récepteur, la communication est interrompue. Cela représente un frein pour les applications avec des terminaux mobiles.

Approche des travaux de RainCell

RainCell (Rain measurement from Cellular phone networks), est une nouvelle méthode qui a vu le jour il y a aujourd’hui plus d’une décennie. Elle s’appuie sur le constat que la pluie affecte les signaux des réseaux sans fil [7]. Ceci peut s’expliquer de façon simple par les phénomènes de diffusion et d’absorption de l’onde par les gouttes d’eau. En effet, depuis 2006, les travaux sur RainCell n’ont cessé de progresser.