Bilan de liaison Satellite

7/21/2019 Bilan de liaison Satellite

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Bilan de liaison terre-satellite


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Bilan de liaison

Dans une liaison sans fil, le signal envoy par lmetteurest attnu

et la fraction arrivant au rcepteur est rduite, malgr les gains des

antennes et de lamplificateur. Le signal est donc dgrad.

En outre, divers lments introduisent une puissance de bruit qui va

galement dgrader les performances.

Dans une liaison sans fil, le signal envoy par lmetteurest attnu

et la fraction arrivant au rcepteur est rduite, malgr les gains des

antennes et de lamplificateur. Le signal est donc dgrad.

En outre, divers lments introduisent une puissance de bruit qui va

galement dgrader les performances.


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OBJECTIFS

Identifier et valuer tous les lments de gain ou de perte depuissance

Dterminer la taille des antennes d'mission et de rception

Dterminer la puissance d'mission

Dterminer le rapport signal bruit ncessaire pour pouvoir

effectuer la transmission avec la qualit requise

Prdire si un lien radio va fonctionner ou pas

Pouvoir ajuster les quipements en fonction des besoins de projet

BILAN DE LIAISON RADIO


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Etablir le bilan de liaison revient comparer le niveau de signal reu

l'entre du rcepteur satellite au bruit de l'installation de

rception.

Le bilan de liaison permet d'tablir une relation entre le rapport

signal bruit dans le canal de transmission et les caractristiques des

quipements en orbite et au sol.

Bilan de liaison


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En comparaison avec les FH terrestre, la transmission par satellite estEn comparaison avec les FH terrestre, la transmission par satellite est

confronte des conditions plus dfavorables.confronte des conditions plus dfavorables.

Longueur du bond deLongueur du bond de 36000 Km36000 Km 41000 Km41000 Kmau lieu d'environau lieu d'environ 50 Km50 Km;;

La puissance d'mission partir du satellite est limite;La puissance d'mission partir du satellite est limite;

Le gain de l'antenne satellite est modeste (Le gain de l'antenne satellite est modeste (20dB)20dB) pour couvrir toute la

partie visible de la terre.

Bilan de liaison


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6- LiaisonBilan de liaison

Dsadaptations

feeder feeder

LesLes pertespertes dede puissancepuissance parpar rflexionrflexion entreentre lele systmesystme etet lesles antennesantennes sontsont prendreprendre

enen comptecompte (particulirement(particulirement dansdans lesles systmessystmes largelarge bande)bande)..

A A

Milieu de propagation

Rflexions, diffractions, trajets multiples, obstacles, diffusion,

vanouissement, AEL, conditions mtos...

dsadaptation dsadaptation

attnuation, dispersion attnuation, dispersion

bruit des

composants

Et tous ces paramtres varient en fonction de la frquence, du temps et mme de la

polarisation de londe.


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7- Liaison

Bilan de liaison

laffaiblissement en espace libre;

des dsadaptations;au bruit;

aux rflexions multiples;

la diffraction;

au climat (pluie, brouillard) de la vgtation

Les pertes dans une telle liaison peuvent tre dues :

Sources de pertes


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8

UnUn rcepteurrcepteur placplac dansdans lele faisceaufaisceau reoitreoit uneune quantitquantit d'nergied'nergie identiqueidentique cellecelle qu'ilqu'il

recevraitrecevrait dansdans lele cascas oo l'antennel'antenne d'missiond'mission seraitserait uneune antenneantenne isotropeisotrope illumine parpar

uneune ondeonde dede puissancepuissance PEPE xx GEGE (>(> PE)PE)..

GEGE estest lele gaingain dede directivitdirectivit dede l'antennel'antenne dansdans lala directiondirection considreconsidre etet ilil estest maximalmaximal

dansdans l'axel'axe dudu diagrammediagramme dede rayonnementrayonnement..

Puissance Isotrope Rayonne Equivalente (PIRE)

Soit une antenne directive illumine par une onde de puissance PE.

PIRE=PExGE

On exprime souvent la PIRE en dBW

PIRE (dBW)=10log(PE)+10logGE

dBW

dB


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La densit de flux de puissance traversant une surface de 1m2 place uneLa densit de flux de puissance traversant une surface de 1m2 place une

distance d de l'antenne est gale :distance d de l'antenne est gale :

Densit du flux reue au sol

En pratique, ce flux est exprim enEn pratique, ce flux est exprim en dBWdBW/m/m22et est affect par l'affaiblissementet est affect par l'affaiblissement

atmosphriqueatmosphrique

24 d

PIRE

Bilan de liaison

AdPIRE )4log(10 2

dBW dBW/m2 dBm2


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TI

T

TT P

L

GPEIRP

PuissancePuissance isotropeisotrope rayonnerayonne effectiveeffective -- EffectiveEffective isotropicisotropic radiatedradiated powerpower

EIRPEIRP::

Puissance isotrope effective reue:

R

RRRI

G

LPP

Pertes despace ou canal:

RR

R

RI

TI

LP

GEIRP

P

PL log10log10

puissance envoye

dans le canal

puissance en sortie

du canal

EIRP


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Pour un satellite situ sur l'orbite gostationnaire, d est approximativement

de 36000Km. Mais il faut tenir compte du fait que d augmente au fur et

mesure que le lieu de rception se dplace de l'quateur vers l'un desples.

Distance TerreDistance Terre--Satellite (d)Satellite (d)

d2d2

d1d1

d1


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Bilan de liaison

Les courbes ci-aprs permettent de dterminer avec prcision le facteur

d'talement (10 log 4d2) en fonction de la latitude du lieu de rception et

de la longitude relative (diffrence entre la longitude au satellite et celle du

lieu de rception).


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13

La grandeur intressante pour lvaluationde bilan de liaison est le

rapport signal bruit S/N. La probabilit derreursur les symboles

binaires reus doit tre raisonnable, compte tenu de lensembledes

dgradations.

Lvaluationdu rapport S/N au rcepteur se fait laidedu bilan de

liaison qui recense lensembledes dgradations aux divers endroits

de la liaison.

La grandeur intressante pour lvaluationde bilan de liaison est le

rapport signal bruit S/N. La probabilit derreursur les symboles

binaires reus doit tre raisonnable, compte tenu de lensembledes

dgradations.

Lvaluationdu rapport S/N au rcepteur se fait laidedu bilan de

liaison qui recense lensembledes dgradations aux divers endroits

de la liaison.

Bilan de liaison

RRapportapport signal bruit S/Nsignal bruit S/N


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RAPPORT SIGNAL A BRUIT (C/N) AVANT DEMODULATIONRAPPORT SIGNAL A BRUIT (C/N) AVANT DEMODULATION

Puissance disponible lentre de l'antenne : C (Carrier)

C =. Se

avec

4

2GSe

4

2GC

Connaissant donc C et N, on dduit :

Rapport C/N avant dmodulation

kBT

G

N

C

4

2

, et B sont des paramtres donns par les caractristiquesdu canal de transmission et par le lieu de rception.


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15- Liaison. Bilan de liaison

Rflexions multiples

Emetteur

Rcepteur

Obstacle : mur,

btiment,sol

E1 E2

20021

211 Lj

jtotal eLEeRe

LEEEE

Lj

Selon les valeurs des coefficients de rflexion et des distances relatives,

le champ peut tre soit renforc soit attnu. De plus, les trajets peuvent

seffectuer dans des milieux dindices diffrents.


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16- Liaison. Bilan de liaison

Diffraction

Le point dunearte frapp par un rayon de champ devient source de

plusieurs rayons (principe de Huyghens). Cela va galement modifier les

amplitudes des champs rayonns ainsi que leur direction.


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17

Modlisation de la propagation des ondes EM

Pertes de propagation en espace libreFormule de Friis

La formule de Friis donne la puissance lectrique reue par une antenne de gain Gr.

224

.

4

fdc

GPIRE

d

GGPP rreer

2

0

4),(

fd

cfdL

MHzfkmddBL log20log204.32)(

0

Free space Path Loss:

La transmission en espace libre conduit un affaiblissement gomtrique dpendant

uniquement de la frquence et de la distance

Bil d li i


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18

Pour compenser ces effort, la puissance d'mission de la station

terrienne est importante et le gain des son antenne est d'environ 60 dB. En

plus le rpteur satellite assure une amplification de l'ordre de 100 dB.

satellite

Bilan de liaison

Bil d li i


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19

Bilan de liaison

Bil d li i


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20

pssreer

AAAgGGGGPP

1.

.

1....

21

2100

avec: Pe : puissance d'mission de la station terrienne;

Ge, Gr : gains des antennes terriennes l'mission et la rception;GS1 , GS2: gains des satellites abord du satellite l'mission et la rception;

gg : gain du rpteur ( amplificateur);: gain du rpteur ( amplificateur);

21 00 ,AA : Affaiblissement en espace libre pour les deux trajets montant ( lafrquence fpm) et descendant ( la frquence fpd);

Ap : pertes dans les feeders;

Pr : puissance reue par la stationterrienne

Bilan de liaison

OU


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BILAN DE LIAISON RADIO PUISSANCE RECUE

Satellite

Liaison montante Liaison descendante

Station de base en transmission Station de base en rception

Gain

Perte de Propagation Perte de Propagation

uL dL

sGsuG

sdG

tG rG

taL raL

daLuaL

Satellite

Liaison montante Liaison descendante

Station de base en transmission Station de base en rception

Gain

Perte de Propagation Perte de Propagation

uL dL

sGsuG

sdG

tG rG

taL raL

daLuaL

rarddasdsuausutattr LGLLGGLLGLGPP

OU encore


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22

GGtt: Gain de lantenne de la station de base de transmission relative une antenne isotrope: Gain de lantenne de la station de base de transmission relative une antenne isotrope

LLtt: Perte du guide donde dalimentation (feeder), perte dune dsadaptation de la polarisation: Perte du guide donde dalimentation (feeder), perte dune dsadaptation de la polarisationde lantenne de la station de base de transmission.de lantenne de la station de base de transmission.

LLtt :: PertePerte dede lala propagationpropagation dede lala liaisonliaison montantemontante incluantincluant lesles pertespertes dansdans lespacelespace libre,libre,

labsorptionlabsorptionatmosphrique,atmosphrique, etet lattnuationlattnuationparpar lala pluiepluie..

GsuGsu,, GsdGsd: Gain de lantenne de rception et de transmission du satellite: Gain de lantenne de rception et de transmission du satellite






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PERTES ESPACE LIBRE

2

0

4),(

fd

cfdL


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PERTES ESPACE LIBRE

LESLES PERTESPERTES DEDE PROPAGATIONPROPAGATION DANSDANS LESPACELESPACELIBRELIBRE AA 55 GHzGHz DUNDUNLIENLIEN ENTREENTRE

UNUN SATELITTESATELITTE ETET UNEUNE STATIONSTATION DEDE BASEBASE SEPARESSEPARES PARPAR UNEUNE DISTANCEDISTANCE EGALEEGALE

AA 3650036500 kmkm SONTSONT EGALESEGALES AA ::

197.71 dB


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PERTES ESPACE LIBRE


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PERTE PAR ABSORPTION ATMOSPHRIQUE

OXYGENE

VAPEUR DEAU

PARTICULES DE GLACE

GOUTTELETTES DEAU

Les molcules gazeuses sont les principaux facteurs de lattnuation desondes radio sous forme de dispersion et dabsorption par Rsonance :


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PERTE PAR ABSORPTION ATMOSPHRIQUE


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29- Liaison

Bil d li i


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29 Liaison

Bilan de liaison

Le bruit

A feeder Afeeder

bruitbruit d lenvironnement (bruit atmosphrique, bruitd lenvironnement (bruit atmosphrique, bruit

cosmique, parasites dus aux appareillages lectriques);cosmique, parasites dus aux appareillages lectriques);

bruitbruit d au systme (interfrences, bruit des amplis).d au systme (interfrences, bruit des amplis).

Deux types de bruits :Deux types de bruits :

Bilan de liaison


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Bilan de liaison

LeLe bruitbruit thermiquethermique estest dd auau mouvementmouvement desdes lectronslectrons dansdans lesles

conducteursconducteurs.. DansDans lesles systmessystmes dede communication,communication, onon considreconsidre lele bruitbruit

commecomme blanc,blanc, additifadditif etet GaussienGaussien (AWGN)(AWGN)..

LeLe bruitbruit thermiquethermique fournifourni parpar uneune rsistancersistance scrit,scrit, dansdans lele cascas oo lalafrquencefrquence obitobit ((hfhf


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31

Temprature de bruit dune antenne (TA)

LantenneLantenne captecapte lesles signauxsignaux parasitesparasites provenantprovenant dudu cielciel maismais aussiaussi etet

surtoutsurtout dede lala surfacesurface dudu solsol

Ce bruit thermique est d lagitation des molcules. Cest le mouvement

Brownien. Il est nul 0 K (-273 C) et augmente avec la temprature. La

puissance de bruit gnre ou reue est donne par la relation :N= k TB

avec N : puissance de bruit en wattsavec N : puissance de bruit en watts

k = constante de Boltzmann (k = 1,38.10k = constante de Boltzmann (k = 1,38.10--2323WHzWHz--11KK--11))

T : temprature absolue en degrs KelvinT : temprature absolue en degrs KelvinB : bande passante en HertzB : bande passante en Hertz


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BILAN DE LIAISONBILAN DE LIAISON

Pour terminer le bilan de liaison il faut prendre en compte lebruit additif du canal et du rcepteur No :

No = K T

La puissance de bruit dans une bande de frquence F estalors gale :

PB= No * F

En introduisant l'nergie par bit Ebdans la bande de rceptionet le dbit binaire Dbil vient :

Pr = Eb * Dr


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BILAN DE LIAISON

Le rapport est alors gal :

Pour obtenir un taux d'erreurs spcifi lors de ladmodulation, il est ncessaire d'avoir un rapport

NoDbNo

Eb Pr1


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BILAN DE LIAISON

Il faut donc ajuster la puissance dmission et les tailles des

antennes afin que :

req

oo NDb

N)P(P

rr


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BILAN DE LIAISON


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EXEMPLE

Considrons un satellite Gostationnaire :

Puissance dmission : 100 Watts (20 dBW).

Frquence porteuse : 4 GHz

Gain dantenne d'mission : 20 dB. PIRE : 40 dBW.

Gain dantenne de station terrienne : 40dB

Perte en espace libre est gale : 196 dB

On suppose qu'il n'y a ici aucune autre perte atmosphrique prendre

en compte

Puissance reue: Pr

= 20 + 20196 + 40 = - 116 dBW


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EXEMPLE

La temprature de bruit du rcepteur est gale 300K, la

densit de bruit est alors :

Do :

dBHzNo

9.879.203116Pr


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EXEMPLE

10 dB 20 dB 30 dB 40 dB

Dbitmaximum 61.6Mbit/s6.1Mbit/s

616Kbit/s

61.6Kbit/s

OPTIMISATION DE LA CAPACITE


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N COMM N CA ON A SA


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BRUIT D UNE COMMUNICATION PAR SATELLITE


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T DE BRUIT DUN RECEPTEUR


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T DE BRUIT DUN RECEPTEUR

La puissance du bruit thermique par unit de largeur debande No: No = K T

K dsigne la constante de Boltzmann

T dsigne la temprature de bruit


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TEMPERATURE DE BRUIT DE LANTENNE

On utilise souvent la temprature quivalente de bruit (T) pourcaractriser le bruit des antennes.

(1-)T0: la temprature de bruit Thermique

Le bruit (Ts) associ a lantenne en provenance du ciel

AC N AM C


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FACTEUR DE BRUIT DUN AMPLIFICTEUR

F = (S/B)in/ (S/B)out

TEMPERATURE DE BRUIT EQUIVALENTE A LENTREE DUN


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TEMPERATURE DE BRUIT EQUIVALENTE A L ENTREE D UN

CIRCUIT PASSIF


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TEMPERATURE DETEMPERATURE DE BRUIT DUNBRUIT DUN RECEPTEURRECEPTEUR

SiSi GG11(gain(gain dudu premierpremier amplificateur)amplificateur) estest levlev lexpressionlexpressiondede TTsspeutpeut

sese simplifiersimplifier.. LeLe premierpremier amplificateuramplificateur estest appelappel LowLow NoiseNoise

AmplificatorAmplificator (LNA)(LNA)..

LNAfeed

feed

aGL

as TLTL

T

TTL

T

T )11(0111


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Figure de mrite G/T

feedLNAfeedoa

a

s

feeda

s

s

LT)1L(TT

G

T

L/G

T

G

GainGain incluantincluant lala perteperte dansdans lele circuitcircuit dalimentationdalimentation..

IIndicendice dede performanceperformance dede lala rceptionrception auau niveauniveau dede lala stationstation dede

basebase

Q litQ lit dd li d i ti t llitli d i ti t llit


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QualitQualitddun lien de communication par satelliteun lien de communication par satellite

Qualit dun lien de communication par satelliteQualit dun lien de communication par satellite


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LiaisonLiaison montantemontante

dBHz6.228LTGLEIRP

kTLGLGLPN/C

s,feeds,ss,rfb

s,ss,feeds,rfb,tb,feedb,outUo

Qualit d un lien de communication par satelliteQualit d un lien de communication par satellite

dBHz6.228TLGLEIRP

kTLGLGLPN/C

b,sb,feedb,rfs

b,sb,feedb,rfs,ts,feeds,outDo

LiaisonLiaison descendantedescendante

Q lit d li d i ti t llitQ lit d li d i ti t llit


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sfeedL ,

EIRPb

60.7 dB

Pertes de propagation ( 6 GHz, d=37270 km) 199.4 dB

Gain de lantenne du satellite 21.7 dBi

Pertes de lalimentation 3.0 dB

Temprature de bruit quivalente lentre

de lamplificateur faible bruit du satellite

300 K

dBLGLEIRPC sfeedsrfb 0.12037.214.1997.60,, HzdBTkN sso /.)log(.)log()log( , 82033001062281010

dBHzNC Uo 8.838.2030.120)/(


ExempleExemple

Q lit d li d i ti t llitQ lit d li d i ti t llit


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bfeedL ,

EIRP du satellite 30.5 dB

Pertes de propagation ( 1.5 GHz, d=41.097 km) 199.4 dB

Gain de lantennedu AESS 14.0 dBi

Pertes de lalimentation 3.0 dB

Temprature de bruit quivalente lentrede

lamplificateurfaible bruit de la station de base

300 K

dBLGLEIRPC bfeedbrfb 0.14830.145.1885.30,, HzdBTkN bso /.)log(.)log()log( , 82033001062281010

dBHzNC Do 8.558.2030.148)/(


ExempleExemple



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dBHzNCNC

NCDoUo

To 7.55790.379587

10

1

10

111

1

10

8.55

10

8.83

1


ExempleExemple

dBHzNC Do 8.558.2030.148)/(

dBHzNC Uo 8.838.2030.120)/( Terme

dominant


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Conversions dB, dBm, dBV

Annexes.

1

0.1

0.010.001

Volts

60

40

20

0

80

100

120

dBV

1

0.1

0.01

0.001

10

100

1000

mW

0

-10

-20

-30

10

20

30

dBm

0.0001

0.00001

0.000001

0

log20x

xdBX 20 log

1

VV dBV

V

W

PdBWP

1log10

120120log2010

log201

log206

dBVVVV

V

VV

V

VVdBVV

3030log1010

log101

log103

dBWPWP

W

WP

mW

mWPdBmP

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Bilan de liaison Satellite