Organisation du cours6 h prsentation PPT sur les communications par satellite 3 h de cours sur de Bruit 3 h de TDs 4 h de Travaux pratiques 2 h de control QCM+Problme Livre de rfrence:Satellite communications Rody Dennis Mc Graw Hill 3rd editionMohammed BENLAMLIH Eng. PhD. [email protected] ENSA Tanger 1 AU 2011-2012ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 2
Introduction aux communications par satellites
Contenu
Contenu - suite
Histoire de la communication par satellite Dveloppements Techniques Orbites des SatellitesLEO, MEO GEO (Orbite Gostationnaire)
Services par Satellite
Comment localiser les satellites GEO? Frquences de fonctionnement des Satellites Transpondeurs Structure Physique Notion de recule de puissance (Back OFF) Chaine de rception typique (LNB)
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Contenu - suiteBilan de liaison Qualit de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de latmosphre Norme DVB-S Procdure de bilan de liaison Exemple de calcul Interfrence avec le soleil Rfrences
Commenons!
Histoire de la communications par satellite Dveloppements Techniques Orbites des Satellites LEO, MEO GEO (Orbite Gostationnaire) Services par Satellite
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Histoire
Octobre 1945
Histoire Relais TerrestresDeux stations terrestres veulent communiquer par ondes radiofrquences (tlphone, TV, radio, donnes) .
Arthur C. Clarke (1917- 2008) Inventeur et Ecrivain de science fiction BritanniqueENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 7 ENSAT
Quelles bandes de frquences utiliser? Quels modes de propagationPr. Mohammed Benlamlih 8
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Histoire - Relais Terrestres (1d)Terre est sphrique F30MHzEn bande VHF et plus, les ondes radio traversent lionosphre. Visibilit directe: Dmax= 40km
(3-30MHz)En bande HF, les ondes se rflchissent sur lionosphre Dmax=8000kmENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 9
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Histoire - Relais Terrestres ( 2d)
Ide de Clarke
Beaucoup de rpteurs (stations relais) seront ncessaires pour convoyer un signal a longue distance (5 relais entre Tanger et Rabat) Solution couteuse! -Equipment -Maintenance
Tanger
Peux-t-on concevoir un systme qui peut mettre au globe entier sans faire appel beaucoup de rpteurs?40km
RabatENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 11 ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 12
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Histoire- Proposition de ClarkeNouveaux Relais extra-terrestres
Histoire- Proposition de Clarke
Trois satellites peuvent couvrir le monde!ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 13 ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 14
Rappel: Dfinition satelliteCorps cleste qui tourne autour dun autre corps de masse nettement suprieure Exemples:Terre-lune Soleil-Terre Soleil-comette Terre-Satellite
Satellite sur orbiteEquilibre des forces: Gravitation Fg Centrifuge Fc cause par le mouvement de rotationFg = G M .m r2v2 r
Avantage: Pas dnergie externe ncessaire pour le satellite rester sur orbite et en mouvement!
Fc = ma = m
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Satellite sur orbiteFg = G M .m r2Fc = ma = mT= 2r v3
Histoire Satellites naturels/artificielsv2 rLa lune est un satellite de la terre Distance = 384000km Rvolution = 29.5 jours (lever, coucher) La terre est un satellite du soleil Distance = 145 Millions km Rvolution = 365.25 jours Le satellite GEO est un satellite de la terre Distance = 36000 km Rvolution = 23h 56mn 04s
v=
G.M r3
Priode du SAT:
T = 2
r r O =GM=398 600 km3/s2 = 2 G.M Constante de Kepler
Vitesse du SAT:
v=
4.10 (d + 6400)
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[km/s] avec d altitude en km
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Histoire- Proposition de ClarkeDistance de la terre 42000km Vitesse Satellite:3km/s Rvolution: 24 heures (Pas de coucher ni lever) (Pas dnergie ncessaire pour se maintenir sur orbite) (Pure science fiction) (1945)~42000 km partir du centre ~36000 km partir de la surfaceENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 19 ENSAT
HistoireEtat de lart de la technologie (1945) :Amplificateurs tubes Avions hlices!
Dveloppement rapide de llectronique 1947 invention du transistor 1957 1er satellite Sputnik-I (URSS)(porteuse sans modulation!) 1400 tours, 93j de vie
1957 Sputnik-II avec Laika (URSS) 1958 Explorer I (USA) 1961 Vostok I avec Juri Gagarin (URSS)
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Histoire
Contenu
1961-1962 vrai satellite de communication Telestar I & II 1964 Syncom II. First GEO satellite7.4/1.8 GHz Un canal TV Ou plusieurs lignes tlphoniques
Histoire de la communications par satellite Mcanique des orbites ( voir sparment) Dveloppements Techniques Orbites des SatellitesLEO, MEO GEO (Orbite Gostationnaire)
1987 TVSAT. 1ere Emission directe par satellite (DBS) usage publiqueTelestarENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 21
Services par Satellite
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Dveloppements Techniques
Lvolution de la communications par satellite est lie au dveloppement des lanceurs
Separation mass Tons
6.0
5.0
ARIANE 5 3 to 9.5 tons ARIANE 44L SINGLE 4.8 TONS
ARIANE 1 DUAL
1.0
1980
1985
1990
1995
2000
12
ARIANE 3 ATLAS 2.1 TONS
ARIANE 4 DUAL 3750 MM ENVELOPE
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Active transponders2005
4.0
3.0
2.0
32
52
72
96
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Cot et dure de vie des satellites1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Dure de vie dun satelliteRessources finies:Carburant: Stabilisation sur orbite Batteries: Cycle de charge dcharge Panneaux solaires: Rendement diminue
$M
YearCapital Op Ex Income
Costs are up-front; revenues are down-stream.ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 25 ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 26
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Classification des orbites
Histoire de la communication par satellite Dveloppements Techniques Orbites des SatellitesLEO, MEO GEO (Orbite Gostationnaire)
Services par Satellite
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Orbites des SatellitesTrajectoires des satellites peuvent trequatorial Polaire tout angle entre les deux
Orbites des satellites - distance
Formes des trajectoires:Circulaires elliptiques
Un Satellite sur orbite une altitude h (en km) doit avoir la vitesse v pour rester sur orbitev=ENSAT
4.105 km / s (avec h en km) (h + 6378.14)Pr. Mohammed Benlamlih 29 ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 30
Orbite LEOLEO Avantages Petits satellites, pas cher Facile lancer: faible altitude Production de masse possible Inconvnients: Ncessite dun rseau de satellites pour une couverture continue Ncessite un systme de suivi (priode=90min qq heures) Suivie sur le ciel pendant 10 15 minutes Effet DopplerENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 31 ENSAT
Orbite LEOLEO
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Iridium66 satellites en 6 orbites LEO chacun 750km daltitude
Medium Earth Orbit (MEO)Un satellite MEO est sur orbite une altitude entre 8,000 km et 18,000 km Les satellites MEO ont la mme fonctionnalit que les satellites LEO. Les satellites MEO sont visibles pour des priodes plus longues, gnralement entre 2 et 8 heures. Les satellites MEO ont une couverture plus larges que les satellites LEO
Iridium est conu pour une couverture mondiale en voix et donnes en utilisant des outils de communication portables similaire aux tlphone cellulaire mais pour une couverture mondiale
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Medium Earth Orbit (MEO)Avantages: Dure de visibilit plus longue Couverture plus large Besoin de moins de satellites (par rapport au LEO) pour faire un rseau Inconvnients: Haute altitude donc dlai des signaux plus grands et signal plus faible. Mais moins que GEO satellite.
Satellites MEO, applications
Le GPS est une constellation de 24 satellites distribus uniformment sur six orbites MEO circulaires
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Satellites GEOGEO Avantages Bonne couverture (jusqua 1/3 du globe) Pas de systme de suivi au niveau de la station terrestre Pas de variation de dlai de propagation Doppler shift minimale Inconvnients Distance terre -Satellite leve (200 dB attnuation) Eclipse Solaire Dlais de propagation (pour les services interactives) (420ms) Faible angle dlvation en hautes latitudes (81 latitude max) Lancement et conception onreuxENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 37
Contents
Histoire de la communication par satellite Dveloppements Techniques Orbites des SatellitesLEO, MEO GEO (Orbite Gostationnaire)
Services par Satellite
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Services
Services (suite)
TlphonieFixe (GEO, appels internationaux) Mobile (avion, mer et sur terre (dsert)
Transmission de donnesRseaux entreprises VSAT (D 20dB
Cas plusieurs porteuses
Puissance de sortie relativeENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 63 ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 64
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Satellite Transponders
Transpondeurs(11.257610 -11.219250) GHz =38.360 MHz Largeur de bande nominal du transpondeur=36MHz
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Transpondeurs
Transpondeurs
8563A
SPECTRUM ANALYZER
9 k Hz - 2 6 .5 GHz
Hotbird 3 L band (IF) 38.5 MHz per transponder
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Transpondeurs
DVB-S Channel Example
Analog transmission
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Contents
Parabole offset
Comment localiser les satellites GEO? Frquences de fonctionnement des Satellites TranspondeursStructure Physique Techniques daccs (TDMA, FDMA, CDMA)
Chaine de rception typique (LNB)
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Parabole offset
Polarisations
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Polarisations
Chaine de rception typique
RF (10.7-12.75 GHz)
Cble coaxiale 75
LHCP
Low Noise Block
IF (950- 2150 MHz) RHCPENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 75 ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 76
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LNB Bloc Diagram
LNB Bloc Diagram
Low Noise BlockENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 77
13V Vertical polarization 17V Horizontal polarizationENSAT
22kHz ON High band 22kHz OFF Low Band78
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LNB circuit imprim
LNB circuit imprim
IF out
14V Vertical polarization 18V Horizontal polarizationENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 79 ENSAT Pr. Mohammed Benlamlih 80
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