IPBC ou la numérisation des bandes MF/HF Radio maritimes

IPBC OU
La numérisation des bandes MF/HF
RADIO MARITIMES
IPBC ou la numérisation des bandes MF/HF Radio
maritimes
Les communications entre navires en mer ou entre les navires et la terre sont une
composante indispensable de la sécurité en mer.
Le SMDSM est basé sur l’usage de cette composante radio.
Les systèmes utilisés
On peut distinguer :
A) Les bandes radio MF de 1.6 à 3.5 MHz utilisées pour des portées de l’ordre de 150/200
MN
B) Les bandes radio HF de 4 à 30 MHz utilisées pour des portées mondiales.
C) Les bandes radio VHF de 156 à 162 MHz utilisées pour des couvertures côtières.
D) Les bandes satellitaires (Inmasat /Irridium, etc…) couverture mondiale sauf les pôles.
Hormis les communications satellitaires, qui utilisent des codages numériques, les autres bandes
radio sont toujours basées sur l’utilisation de signaux analogiques.
Modes de fonctionnement et de trafic
On distingue deux modes de fonctionnement :
-
Phonie : Transmission de la voix
-
Datas : Système télex ou ASN basé sur l’envoi de tonalités audio analogique avec un
débit lent (50 bds en MF/HF et 1200 bds en VHF)
Le trafic peut être :
Navire → Navire
Navire → Station côtière
→Navire
Dans ce dernier cas, les communications peuvent être de sécurité, gestion du trafic avec les
MRCC et VTS ou commerciales avec des stations dédiées à terre (bandes HF en particulier).
La démocratisation des moyens satellitaires a, cependant, considérablement réduit le besoin
d’utiliser les bandes radio HF pour les liaisons avec la terre, en phonie ou par télex, à des fins
commerciales.
De ce fait, la quasi-totalité des stations terriennes commerciales a disparu.
En conséquence, les bandes radio maritimes MF/HF sont aujourd’hui peu utilisées et
peuvent susciter les convoitises d’autres utilisateurs potentiels.
La société KENTA Electronic a proposé en 2006 d’étudier la possibilité d’utiliser les bandes
radio maritimes MF/HF en mode numérique.
Outre le challenge technologique, il était aussi nécessaire de faire évoluer les
standardisations actuelles.
En effet, l’utilisation des bandes de fréquences est régie par les états sur les bases des
accords internationaux.
La bande MF, à portée réduite, est gérée par chaque état excepté les fréquences affectées
au SMDSM.
Les bandes HF, à portée mondiale, sont affectées à des usages précis : phonie, télex, CW,
SMDSM et sont harmonisées entre états.
L’appendice 17 est le document de référence pour l’usage des bandes HF.
Il convenait donc de faire évoluer cet appendice 17 pour qu’il inclut la possibilité d’utiliser la
transmission numérique et de ré-affecter les bandes télégraphie (CW) qui ne sont plus exploitées
dans ce mode.
C’est L’ANFR qui, avec Mr. RISSONE son représentant à l’UIT, a proposé l’évolution de
l’appendice 17 incluant des bandes réservées pour :
-
La phonie simplex
2
-
La phonie duplex
Le SMDSM
Les transmissions numériques telles que IPBC.
En parallèle, KENTA Electronic a donc pu développer le concept IPBC : Internet Protocol for
Boats Communications basé sur une modulation OFDM large bande de 5 à 10 kHz pour les bandes
MF/HF et 25 à 100 kHz pour les bandes VHF.
Dans les bandes MF/HF cette modulation OFDM associée à une correction d’erreur, permet des
débits supérieurs à 20/25 kbs selon le degré de robustesse retenu.
L’objectif premier de IPBC consistait à couvrir le plateau continental où naviguent la majorité des
navires de 12 à 30 mètres intéressés par des communications avec les réseaux terrestres à des
coûts inférieurs à ceux du satellite.
Pour atteindre cet objectif, les expérimentations ont eu lieu dans les bandes 4 et 8 MHz en
favorisant la propagation en onde de surface.
L’émetteur était installé près de Brest et pouvait transmettre sur 4 ou 8 MHz avec une puissance de
1Kw PEP soit environ 150W RMS/OFDM.
L’antenne utilisée était un monopôle vertical de 16m complété par un plan de sol.
L’utilisation de la modulation OFDM implique les contraintes suivantes pour le site émission :
-
Linéarité des amplificateurs dans toute la bande des 10kHz, ce qui oblige à prendre en
compte un “ Crest Factor” de l’ordre de 7/8 dB.
-
Bande passante de l’antenne émission supérieure à 15kHz, ce qui n’est pas trop difficile
à atteindre dans les bandes HF mais devient plus complexe avec les bandes MF.
L’intérêt de la modulation OFDM associée à un codage d’erreur et de robustesse approprié pour
une propagation principalement en onde de surface mais marquée par une composante onde de
ciel variable, c’est qu’elle permet une démodulation avec des rapports signal à bruit faibles (de 12 à
15dB) pour des taux d’erreurs de 10-4.
Les résultats des expérimentations ont permis de vérifier l’adéquation des études théoriques avec la
réalité.
La recommandation UIT-R-M1798 qui décrit les transmissions numériques dans les bandes HF
avec IPBC a été validée en avril 2010 et sera présentée à la World Radio Conférence de 2012.
Il reste à industrialiser les équipements pour permettre une offre commerciale à cette échéance.
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Application de IPBC au 500 kHz
La fréquence radio maritime de 500 kHz était utilisée pour la détresse et la sécurité en mode
télégraphe (CW)
Elle a été abandonnée en 1997.
KENTA Electronic a proposé à l’UIT, à travers l’ANFR, un système de diffusion numérique dans la
bande 495/505 kHz basé sur la même modulation que IPBC.
Dans ce mode "broadcast", Terre
→Navire, les messages sont transmis avec un débit de l’ordre
de 15 à 25 kBs selon le codage retenu.
Ce projet français a recueilli l’adhésion massive des experts mondiaux à l’UIT avec, en particulier,
l’implication des USA par les Coast Guards.
Le projet de recommandation présenté en Mai 2010, mis à jour en novembre sera normalement
soumis à la World Radio Conférence de 2012.
De Mai 2010 à Fin Octobre 2010
KENTA Electronic a procédé à des essais réels en plaçant un émetteur 500 kHz près de Brest rayonnant 10W et un
récepteur de test sur le navire PONT AVEN de la Brittany Ferries afin de valider les hypothèses de couvertures et de débit
décrites dans le document préparatoire de l’UIT.
ANTENNE GPS
ANTENNE DE RECEPTION
500KHz
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Les résultats sont tout à fait conformes à ceux attendus malgré la faible puissance rayonnée
prouvant la robustesse de la modulation et de la démodulation.
Exemples de portées exploitables avec 10W rayonnée à
l’émission
RSSI > -85 dBm
RSSI ≤ -85 dBm
RSSI ≤ -90 dBm
RSSI ≤ -95 dBm
5
SNR > 10 dB
SNR ≤ 10 dB
SNR ≤ 5 dB
SNR ≤ 2 dB
6
19
0 NM
16
2 NM
Full Demodulation
Partial Demodulation
Signal
Unexploitable
Noise Only
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Dans le même temps, KENTA Electronic a proposé deux modes de fonctionnement du système :
-
Un mode séquentiel où chaque émetteur diffuse à une période précise programmée
Un mode permanent ou la bande 450/505 kHz est partagée en 2 canaux de
5 kHz, ce qui permet l’utilisation simultanée et permanente des émetteurs séparés de
l’ordre de 350 MN.
Ce mode offre l’avantage d’une diffusion permanente des messages avec un débit inférieur à celui
possible en mode séquentiel mais permettant une redondance de la diffusion des messages et donc
une plus grande fiabilité dans la réception à bord des navires.
Application à la numérisation des bandes VHF
Des études sont en cours pour permettre, à terme, l’exploitation de communications numériques,
soit :
-
Sur des canaux VHF existants en bande étroite
Sur des nouvelles bandes de fréquences VHF libérées à cet usage en bande large
L’appendice 18 sera modifié en conséquence.
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