cours comm. par Satellite 2012.pptx
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1
Introduction aux communications par
satellites
Mohammed BENLAMLIH Eng. [email protected]
ENSA TangerAU 2011-2012
Pr. Mohammed Benlamlih 2
Organisation du cours
4 h présentation PPT sur les communications par satellite
Livre de référence: Satellite communications Rody Dennis Mc Graw Hill 3rd edition
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 3ENSAT
Contenu
Histoire de la communication par satellite Développements Techniques Orbites des Satellites
LEO, MEO GEO (Orbite Géostationnaire)
Services par Satellite
Pr. Mohammed Benlamlih 4ENSAT
Contenu - suite
Comment localiser les satellites GEO? Fréquences de fonctionnement des Satellites Transpondeurs
Structure Physique Notion de recule de puissance (Back OFF)
Chaine de réception typique (LNB)
Pr. Mohammed Benlamlih 5ENSAT
Contenu - suite
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
Pr. Mohammed Benlamlih 6ENSAT
Commençons!
Histoire de la communications par satellite Développements Techniques Orbites des Satellites
LEO, MEO GEO (Orbite Géostationnaire)
Services par Satellite
Pr. Mohammed Benlamlih 7
Histoire
Arthur C. Clarke(1917- 2008)
Inventeur et Ecrivain de science
fiction Britannique
ENSAT
Octobre 1945
Pr. Mohammed Benlamlih 8
Deux stations terrestres veulent communiquer par ondes radiofréquences (téléphone, TV, radio, données…) .
Quelles bandes de fréquences utiliser? Quels modes de propagation
Histoire – Relais Terrestres
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 9
Histoire - Relais Terrestres (1d)
Terre est sphérique
F<3MHzEn bandes VLF, LF, et MF, les ondes radio suivent la courbure de la terreDmax=150km
(3-30MHz) En bande HF, les ondes se réfléchissent sur l’ionosphèreDmax=8000km
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 10
Ref:http://e-learning.mfu.ac.th/mflu/1502231/main2/c4/Tran_1.htm
ENSAT 2011-2012
Pr. Mohammed Benlamlih 11
Histoire - Relais Terrestres (1d)
F>30MHzEn bande VHF et plus, les ondes radio traversent l’ionosphère. Visibilité directe: Dmax= 40km
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 12
Beaucoup de répéteurs (stations relais) seront nécessaires pour convoyer un signal a longue distance(5 relais entre Tanger et Rabat)
Solution couteuse!-Equipment -Maintenance
Rabat
Histoire - Relais Terrestres ( 2d)
Tanger
40km
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 13
Idée de Clarke
Peux-t-on concevoir un système qui peut émettre au globe entier sans faire appel à beaucoup de répéteurs?
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 14
Histoire- Proposition de Clarke
Nouveaux Relais extra-terrestres
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 15
Histoire- Proposition de Clarke
Trois satellites peuvent couvrir le monde!
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 16
Rappel: Définition satellite
Corps céleste qui tourne autour d’un autre corps de masse nettement supérieure
Exemples: Terre-lune Soleil-Terre Soleil-comette Terre-Satellite
Avantage: Pas d’énergie externe nécessaire pour le satellite rester sur orbite et en mouvement!
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 17
Satellite sur orbite
ENSAT 2011-2012
Equilibre des forces:Gravitation Fg
Centrifuge Fc causée par le mouvement de rotation
r
vmmaFc
2
2
.
r
mMGFg
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 18
Satellite sur orbite
ENSAT 2011-2012
Période du SAT: Où μ=GM=398 600 km3/s2
Constante de Kepler
r
MGv
.
v
rT
2
33
2.
2r
MG
rT
r
vmmaFc
2
2
.
r
mMGFg
)6400(
10.4 5
dvVitesse du SAT: [km/s] avec d altitude en km
Pr. Mohammed Benlamlih 19
Histoire – Satellites naturels/artificiels
La lune est un satellite de la terre Distance = 384000km Révolution = 29.5 jours (lever, coucher)
La terre est un satellite du soleil Distance = 145 Millions km Révolution = 365.25 jours
Le satellite GEO est un satellite de la terre Distance = 36000 km Révolution = 23h 56mn 04s
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 20
Histoire- Proposition de Clarke
~42000 km à partir du centre
~36000 km à partir de la surface
Distance de la terre42000km
Vitesse Satellite:3km/s
Révolution: 24 heures (Pas de coucher ni lever)
(Pas d’énergie nécessaire pour se maintenir sur orbite)(Pure science fiction) (1945)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 21
Histoire
Etat de l’art de la technologie (1945) : Amplificateurs à tubes Avions à hélices!
Développement rapide de l’électronique 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)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 22
Histoire
1961-1962 vrai satellite de communication Telestar I & II
1964 Syncom II. First GEO satellite 7.4/1.8 GHz Un canal TV Ou plusieurs lignes téléphoniques
1987 TVSAT. 1ere Emission directe par satellite (DBS) à usage publique
Telestar
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 23
Contenu
Histoire de la communications par satellite Mécanique des orbites (à voir séparément) Développements Techniques Orbites des Satellites
LEO, MEO GEO (Orbite Géostationnaire)
Services par Satellite
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 24
Développements Techniques
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 25
L’évolution de la communications par satellite est liée au développement des lanceurs
1980 1985 1990 1995 2000 2005
1
.0 2
.0 3
.0 4
.0 5
.0 6
.0
S
ep
ara
tion
mass T
on
s
12
2
0 3
2 5
2 7
2
96
A
cti
ve
tran
sp
on
ders
ARIANE 4 DUAL 3750 MM ENVELOPE
ARIANE 44LSINGLE 4.8 TONS
ARIANE 3ATLAS 2.1 TONS
ARIANE 1 DUAL
ARIANE 5 3 to 9.5 tons
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 26
Coût et durée de vie des satellites
-1000
-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
Year
$M
Capital Op Ex Income
Costs are up-front; revenues are down-stream.
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 27
Durée de vie d’un satellite
Ressources finies:
Carburant: Stabilisation sur orbite Batteries: Cycle de charge décharge Panneaux solaires: Rendement diminue
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 28
Contenu
Histoire de la communication par satellite Développements Techniques Orbites des Satellites
LEO, MEO GEO (Orbite Géostationnaire)
Services par Satellite
ENSAT
Classification des orbites
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 30
Orbites des Satellites
Trajectoires des satellites peuvent être équatorial Polaire tout angle entre les deux
Formes des trajectoires: Circulaires elliptiques
Un Satellite sur orbite à une altitude h (en km) doit avoir la vitesse v pour rester sur orbite
)(/)14.6378(
10.4 5
kmenhavecskmh
v
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 31
Orbites des satellites - distance
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 32
Orbite LEO
LEO Avantages
Petits satellites, pas cher Facile à lancer: faible altitude Production de masse possible
Inconvénients: Nécessite d’un réseau de satellites pour une couverture
continue Nécessite un système de suivi (période=90min à qq
heures) Suivie sur le ciel pendant 10 à 15 minutes Effet Doppler
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 33
Orbite LEO
LEO
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 34
Iridium
66 satellites en 6 orbites LEO chacun à 750km d’altitude
Iridium est conçu pour une couverture mondiale en voix et données en utilisant des outils de communication portables similaire aux téléphone cellulaire mais pour une couverture mondiale
ENSAT
Medium Earth Orbit (MEO) Un satellite MEO est sur orbite à une altitude entre 8,000 km et
18,000 km Les satellites MEO ont la même fonctionnalité que les satellites
LEO. Les satellites MEO sont visibles pour des périodes plus longues,
généralement entre 2 et 8 heures. Les satellites MEO ont une couverture plus larges que les
satellites LEO
ENSAT
Avantages: Durée de visibilité plus longue Couverture plus large Besoin de moins de satellites (par rapport au
LEO) pour faire un réseau Inconvénients:
Haute altitude donc délai des signaux plus grands et signal plus faible. Mais moins que GEO satellite.
Medium Earth Orbit (MEO)
ENSAT
Satellites MEO, applications
Le GPS est une constellation de 24 satellites distribués uniformément sur six orbites MEO circulaires
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 38
Satellites GEO GEO
Avantages Bonne couverture (jusqu’a 1/3 du globe) Pas de système de suivi au niveau de la station terrestre Pas de variation de délai de propagation Doppler shift minimale
Inconvénients Distance terre -Satellite élevée (200 dB atténuation) Eclipse Solaire Délais de propagation (pour les services interactives)
(420ms) Faible angle d’élévation en hautes latitudes (81° latitude
max) Lancement et conception onéreux
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 39
Contents
Histoire de la communication par satellite Développements Techniques Orbites des Satellites
LEO, MEO GEO (Orbite Géostationnaire)
Services par Satellite
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 40
Services
Téléphonie Fixe (GEO, appels internationaux) Mobile (avion, mer et sur terre (désert…)
Télévision par satellite 60% du secteur spatial
analogique numérique DVB-S
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 41
Services (suite)
Transmission de données Réseaux entreprises VSAT (D<2.4m) Internet Météorologie Cartographie terrestre GPS
Vidéoconférences Radio amateur (LEO, VHF, UHF)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 42
Services - Applications
Téléphones par satellite
Récepteur GPS par satellite
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 43
Services - Applications
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 44
Contents
Comment localiser les satellites GEO? Fréquences de fonctionnement des Satellites Transpondeurs
Structure Physique Techniques d’accès (TDMA, FDMA, CDMA)
Chaine de réception typique (LNB)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 45
Comment localiser les satellites GEO?
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 46
Comment localiser les satellites GEO?
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 47
Pointage des paraboles
INPUTS:
Site coordinates (Lat, Long)
Satellite position
OUTPUTS:
α Azimuth
ε Elevation
d distance satellite – earth station
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 48
Pointage des paraboles
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 49ENSAT 2011-2012
Pointage des paraboles
Il existe des applications sur internet:
ENTREE:
Site coordinates (Lat, Long)
Satellite position
SORTIES:
α Azimuth
ε Elevation
d distance satellite – earth station
Pr. Mohammed Benlamlih 50
Pointage des paraboles
ceinture de Clarke
Produit par Gorbtrack pour le site de Tanger
Pr. Mohammed Benlamlih 51
Pointage des paraboles
Seychelles earth stationLatitude: 4°35´ SouthLongitude: 55°45 East
Pr. Mohammed Benlamlih 52
Contents
Comment localiser les satellites GEO? Fréquences de fonctionnement des Satellites Transpondeurs
Structure Physique Techniques d’accès (TDMA, FDMA, CDMA)
Chaine de réception typique (LNB)
Pr. Mohammed Benlamlih 53
Fréquences de fonctionnement des Satellites
Déterminée par
Absorption Atmosphérique Dimensions d’antenne Règlements Internationaux
Pr. Mohammed Benlamlih 54ENSAT
Absorption Atmosphérique
Pr. Mohammed Benlamlih 55ENSAT
Dimensions d’antenne
Pr. Mohammed Benlamlih 56ENSAT
Dimensions d’antenne
Basses Fréquences Grande Longueur d’onde λ donc petit gain Atténuation Atmosphérique faible Antennes de grandes dimensions
Hautes Fréquences Petite longueur d’onde λ donc grand gain Atténuation Atmosphérique élevée Antennes de petite dimension
Choix de fréquence est un compromis!
Pour un angle d’ouverture donné
Pr. Mohammed Benlamlih 57ENSAT
Règlements Internationaux
Pr. Mohammed Benlamlih 58ENSAT
Contents
Comment localiser les satellites GEO? Fréquences de fonctionnement des Satellites Transpondeurs
Structure Physique Techniques d’accès (TDMA, FDMA, CDMA)
Chaine de réception typique (LNB)
Pr. Mohammed Benlamlih 59ENSAT
Transpondeurs des satellites
Schéma d’un satellite à 5 Transpondeurs
Pr. Mohammed Benlamlih 60ENSAT
Transpondeurs
(11.257610 -11.219250) GHz =38.360 MHz
Largeur de bande nominal du transpondeur=36MHz
Pr. Mohammed Benlamlih 61ENSAT
8563A SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
Transpondeurs
Pr. Mohammed Benlamlih 62ENSAT
Hotbird 3 L band (IF) 38.5 MHz
per transponder
Transpondeurs
Pr. Mohammed Benlamlih 63ENSAT
Analog transmission
Transpondeurs
Pr. Mohammed Benlamlih 64ENSAT
DVB-S Channel Example
Pr. Mohammed Benlamlih 65ENSAT
Contents
Comment localiser les satellites GEO? Fréquences de fonctionnement des Satellites Transpondeurs
Structure Physique Techniques d’accès (TDMA, FDMA, CDMA)
Chaine de réception typique (LNB)
Pr. Mohammed Benlamlih 66ENSAT
Parabole offset
Pr. Mohammed Benlamlih 67ENSAT
Parabole offset
Pr. Mohammed Benlamlih 68ENSAT
Polarisations en bande Ku
Pr. Mohammed Benlamlih 69ENSAT
Polarisations en bande C
RHCP
LHCP
Pr. Mohammed Benlamlih 70ENSAT
Chaine de réception typique
RF (10.7-12.75 GHz)
IF (950- 2150 MHz)
Low Noise Block
Câble coaxiale 75 Ώ
Pr. Mohammed Benlamlih 71ENSAT
LNB Bloc Diagram
Low Noise Block
Pr. Mohammed Benlamlih 72ENSAT
LNB Bloc Diagram
13V Vertical polarization 17V Horizontal polarization
22kHz ON High band22kHz OFF Low Band
Pr. Mohammed Benlamlih 73ENSAT
LNB circuit imprimé
IF out
Pr. Mohammed Benlamlih 74ENSAT
LNB circuit imprimé
Pr. Mohammed Benlamlih 75ENSAT 2010-2011
Agenda- suite
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Procédure de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
Pr. Mohammed Benlamlih 76ENSAT
Bilan de liaison
Basic Satellite link
Pr. Mohammed Benlamlih 77ENSAT
Bilan de liaison
Objectif du bilan:
Le signal complète son trajet entre Emetteur et Récepteur
avec suffisamment de puissance à l’arrivée pour être décodé avec un minimum d’erreurs
Pr. Mohammed Benlamlih 78
Bilan de liaison - Qualité de liaison
Liaisons Analogiques (Analog links) C/N C = puissance porteuse (Carrier) N = puissance bruit (Noise)
Liaisons numériques (Digital links) TEB (Taux d’Erreurs Binaire) BER (Bit Error
Rate) Eb/No Eb = Energie par bit No = Densité de puissance de bruit
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 79ENSAT
Bilan de liaison - Qualité de liaison
Exemples:
Signaux Analogiques Qualité = C/N C/N 20dB acceptable pour une liaison TV
analogique Signaux Numériques
Qualité = TEB ou Eb/No Exemple TEB=10-5 ou Eb/No =8dB
Pr. Mohammed Benlamlih 80ENSAT
TEB (BER) – valeurs acceptables? La Qualité peut être différente pour:
Télédiffusion-Radiodiffusion Données financières
Comptes de banques Transfère d’argent Virement de salaires per EFT (Electronic Fund Transfer)
Exemple TEB=10-10 QEF (Quasi Error Free) Possible par utilisation de Error coding and détection techniques
Bilan de liaison - Qualité de liaison
Pr. Mohammed Benlamlih 81
Bilan de liaison- Effet de bruit
Ce qui cause les erreurs dans une liaison:
ENSAT
Erreurs dans le système de réception
Pr. Mohammed Benlamlih 82
BER en fonction de Eb/No
02
1
N
EerfcBER b
ENSAT
TEB pour une modulation type QPSK dans canal de bruit Gaussian (AWGN) en fonction de Eb/No
Rb
B
N
C
N
Eb
0
B bande de bruit
Rb débit binaireEb/No(dB)
TEB
QPSK
FEC+RS
FEC
Pr. Mohammed Benlamlih 83ENSAT
Exemple de calcul de TEB
Puissance porteuse Carrier =10W
Débit binaire R = 200 bits/s
Puissance de bruit Noise = 2W
Bande passante Bn=500Hz
Quel est le rapport Eb/No pour ce système de réception?
Pr. Mohammed Benlamlih 84ENSAT 2010-2011
Exemple de calcule du TEB
Eb= 10log(10W/200bits/s) = -16dBW
No = 10log(2W/500Hz) = -23.9dBW
Eb/No= -16-(-23.9) = 7.9dB
C/N = 10log(5/2) = 4dB
Quel taux d’erreurs peut on espérer si on utilise une modulation QPSK dans AWGN?
Rb
CEb
B
NN 0
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 85
Exemple de calcule de TEB
ENSAT 2011-2012
02
1
N
EerfcBER b
Eb/No(dB)
TEB
QPSK
FEC+RS
FEC
410.2 TEB
8
Pr. Mohammed Benlamlih 86
Calcul de Eb/No à partir de mesure C/N
Rb
B
N
C
N
Eb
0
Sur analyseur de spectre, on ne mesure pas Eb/No mais on mesure C/N
B = Noise bandwidth
Rb = bit rate
C/N = 22dB
B=36 MHz
Rb=27.5 Ms/s
dBN
Eb 17.230
Rb
B
N
C
N
Eb
0
Pr. Mohammed Benlamlih 87ENSAT
Agenda- suite
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
Pr. Mohammed Benlamlih 88ENSAT
Equation de liaison
Composantes d’une liaison? Emetteur Milieu de propagation Récepteur
Que calculer? C/N C=Puissance signal reçu N=Puissance bruit
collecté
Pr. Mohammed Benlamlih 89ENSAT
Equation de liaison – Porteuse?
224 m
W
R
PGP ttd
WPGEIRP tt
Densité de puissance
Pr. Mohammed Benlamlih 90ENSAT
ttPGPIRE
Equation de liaison – PIRE?
Couverture Nilesat
PIRE vue de Tanger : 48.1 dBW
Pr. Mohammed Benlamlih 91
Equation de liaison – PIRE?
ENSAT
Couverture Hotbird
PIRE vue de Tanger : 50 dBWttPGPIRE
Pr. Mohammed Benlamlih 92
Equation de liaison – Porteuse?
ENSAT
Gain d’antenne
Puissance reçue effdR APP .
2
.4
eff
R
AG
2
4
RGEIRPP RR
Puissance reçue
Pr. Mohammed Benlamlih 93
Equation de liaison – Porteuse?
ENSAT
Pertes en espace libre (Free Space Loss) FSL
FSL
GEIRPP RR
.Puissance reçue
24
R
FSL
Pr. Mohammed Benlamlih 94ENSAT
Besoin de correction pour toutes les pertes
[Lother]dB = [RFL]dB + [AML]dB + [PL]dB RFL = Pertes de la ligne de transmission
(feeder) AML = Pertes d’alignement d’antenne PL= Pertes de polarisation
other
RR LFSL
GEIRPCP
.
.
Equation de liaison – Porteuse?
Pr. Mohammed Benlamlih 95ENSAT
Pertes d’alignement
Pr. Mohammed Benlamlih 96ENSAT
Bilan de liaison : Bruit?
Le bruit en réception est spécifié par la Température de bruit du système Ts. C’est la contribution de trois éléments:
• Température d’antenne TA, • Pertes du feeder L, et • Température de bruit du LNA
Pr. Mohammed Benlamlih 97ENSAT
Bilan de liaison : Température d’antenne
Pr. Mohammed Benlamlih 98ENSAT
Puissance disponible de bruit:
Densité spectrale de bruit:
NSN BkTP
SN
N kTB
PN 0
NSN BkTPN
Link Equation- Noise?
Pr. Mohammed Benlamlih 99ENSAT
Nsother
R
BTkLFSL
GEIRP
N
C
..
1.
.
.
other
RR LFSL
GEIRPPC
.
. NSN BkTPN
dBBkPertesT
GEIRP
N
CN
S
R ][][][][][
Equation de liaison _ rapport C/N?
otherLFSLpertesavec
Pr. Mohammed Benlamlih 100ENSAT
][][][][][ NSYS
R BkPertesT
GEIRP
N
C
Link Equation- C/N?
][EIRP
][SYS
R
T
G
][Pertes
][k
][ NB
Emetteur (dBW)
Récepteur (dB/deg K)
Pertes espace libre et autres (dB)
Constante de Boltzman 1.3810-23J/K
Bande passante su système (Hz)
Pr. Mohammed Benlamlih 101ENSAT
Rapport C/N liaison montante + descendante
Pr. Mohammed Benlamlih 102ENSAT
Agenda- suite
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
Pr. Mohammed Benlamlih 103
Equation de liaison – Effet de l’Atmosphère
Jusqu'à présent: Supposition propagation en Espace libre.
Réalité: les ondes traversent atmosphère et pluie!
D’ou besoin de calcul des pertes additionnels:
Rain attenuation in (ITU-R P.618-8) Attenuation by atmospheric gases (ITU-R P.676-6 Annex 2) Rain attenuation model (ITU-R P.838-3) Rain height model (ITU-R P.839-3) Clouds attenuation in dB (ITU-R P. 840-3)
Modèles disponibles sur: ( http://www.itu.int/pub/R-REC)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 104
Equation de liaison – Effet de pluie
Effets de pluie:
1- Atténuation de la porteuse par diffusion et absorption des ondes
2- Augmentation du bruit
3- Atténuation par changement de polarisation
Attenuation de pluie en dB (ITU-R P.618-8)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 105
Equation de liaison – Effet de pluie
ENSAT
Données de chutes moyennes de de pluie disponibles dans des
tables par région
Pr. Mohammed Benlamlih 106
Taux de précipitation de pluie Maroc/Tanger
ENSAT
1 année = 8760 hrs.
0.01% correspond à 52 minutes
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 107
Atténuation de pluie: Méthode de calcul
ENSAT 2011-2012
Le calcul de l’atténuation de pluie consiste à suivre les étapes suivantes:
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 108ENSAT 2011-2012
Atténuation de pluie: Méthode de calcul
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 109ENSAT 2011-2012
Atténuation de pluie: Méthode de calcul
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 110ENSAT 2011-2012
Atténuation de pluie: Méthode de calcul
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 111ENSAT 2011-2012
Atténuation de pluie: Méthode de calcul
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 112ENSAT 2011-2012
Atténuation de pluie: Exemple de calcul
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 113
Effet significatif d’évanouissement en bande C et plus spécialement en bande Ku.
ENSAT 2011-2012
Pr. Mohammed Benlamlih 114
Disponibilité du système
Objectifs de qualité sont atteint durant un pourcentage de temps.
Ceci nécessite que le rapport C/No soit égale ou plus grand que une valeur pour le pourcentage de temps défini.
ENSAT
99.00% 01:27:36
99.99% 00:57:00
99.999% 00:00:08
Pr. Mohammed Benlamlih 115
Disponibilité de système
ENSAT
LA PLUIE peut réduire le rapport C/N0 et causer un disfonctionnement du système.
UNE GRANDE MARGE conduit à une plus GRANDE DISPONOBILITE
C/N0 sera en dessous du seuil pendant une plus courte durée
Pr. Mohammed Benlamlih 116
Coût de disponibilité de système
Coût de system croît rapidement en fonction de la disponibilité voulue
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 117
Agenda- suite
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de calcul de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 118
DVB-S standard
Digital Video Broadcasting Satellite (DVB-S)
Développé en 1987 par L’organisation européenne des standards de télécommunications (partie de l’ IUT )
Conçue pour assurer un service QEF service TEB=10-10
(1 erreur toutes les 10 heures de fonctionnement)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 119
DVB-S standard
QPSK modulation (One Symbol equal Two bits)
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 120
DVB-S standard
Utilisation des codes correcteurs d’erreur
Viterbi FEC (variable mais 3/4 en général pour le grand public)
BER: 10-2 -> 10-4 Reed Solomon (188/208)
BER 10-4 -> 10-10
Largeur de bande du transpondeur 33-36 MHz
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 121
DVB-S standard
ENSAT
Pr. Mohammed Benlamlih 122
DVB-S Standard
Transpondeur Numérique typique Débit des symboles (Symbol Rate) SR=27.5 MS/s, Modulation QPSK FEC=3/4 RS (188,208) 36MHz Bandwidth
Débit Binaire effectif = 27,5.2.¾.188/208 = 38.015 Mbits/s
Que peut-on transmettre dans un débit de 38.015 Mbits/s?
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 123
DVB-S
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 124
Agenda- suite
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de calcul de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 125
Procédure de calcul de bilan de liaison
Etape 1 – Où recevoir et quel satellite. Collecter les données (station terrestre + Satellite )
ENSAT 2010-2011
Etape 2 – Calculer les angles de vue (élévation et azimut) + distance satellite/Station terrestre (FSL)
Etape 3 – Calcul des Pertes en Espace Libre (FSL)
Etape 4 – Autres pertes Atmosphère Pluie Pertes du système (feeder, alignement)
Pr. Mohammed Benlamlih 126
Procédure de calcul de bilan de liaison
Etape 5 – Estimation du niveau de BRUIT reçu
ENSAT 2010-2011
Etape 6 – Calcul du rapport Signal/Bruit (C/N)
Etape 7 – Conversion C/N to Eb/No (signaux numériques)
Etape 8 – Conversion Eb/No to BER (signaux numériques)
Etape 9 – Evaluation du résultat:
Pr. Mohammed Benlamlih 127
Procédure de calcul de bilan de liaison
ENSAT 2010-2011
Si résultat satisfaisant, alors Félicitations mais! Peut on réduire un élément qui a été surdimensionné.
(exemple: le diamètre de parabole, LNB, qualité des câbles coaxiaux: antenne de rendement plus faible….?
Si résultat non satisfaisant, alors Augmenter diamètre de parabole gain plus grand (donc
plus cher) Choisir un meilleur LNB (Faible bruit donc plus cher) Augmenter la puissance du transpondeur (EIRP) IUT!! Réduire le débit binaire (débit faible mais meilleur
immunité au bruit)
Pr. Mohammed Benlamlih 128
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de calcul de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 129
Exemple de calcul pratique
Cahier des charges: On souhaite concevoir une station de réception par satellite qui sera utilisée comme source audio pour une station FM local pour retransmission en bande FM. Le La disponibilité du système doit être meilleur que 99.99%
Station terrestre: Tanger
Satellite: Nilesat
Chaine TV : Iqraa
Diamètre de parabole initiale: 1.2m
LNB : NF=0.6dB et Gain 55 dB
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 130ENSAT 2011-2012
Pr. Mohammed Benlamlih 131
Exemple de calcul pratique
Données station terrienne Coordonnés de la station terrestre Température de bruit et diamètre d’antenne Performance du LNB performance (NF, Gain et
impédance de sortie) Marge du récepteur (seuil de fonctionnement)
ENSAT 2010-2011
Données Satellite Coordonées du satellite (Latitude) Satellite EIRP (dBW) Frequence du canal et debit binaire (Symbol Rate) Forward Error Code (FEC)
Pr. Mohammed Benlamlih 132
Exemple de calcul pratique
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www.lyngsat.com
Pr. Mohammed Benlamlih 133
Exemple de calcul pratique
ENSAT 2010-2011
NileSat coverage map (EIRP)
Pr. Mohammed Benlamlih 134
Exemple de calcul pratique
Satellite/Channel Info Satellite Position – 7.0° W Satellite EIRP for Tangier – 48.1
dBW Channel Frequency – 12034 MHz Symbol Rate: SR=27.500Ms/s Polarization - Horizontal FEC – 3/4
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 135
Exemple de calcul pratique
Receiver site info: Tangier coordinates 35.8°N, 5.75°W Antenna diameter: 1.2 m
Antenna Gain Antenna Temperature
LNB: Noise temperature Gain Impedance
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 136
Exemple de calcul pratique
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G=41.8 dBi
T=24K
Pr. Mohammed Benlamlih 137
LNB specifications
ENSAT 2010-2011
G=60 dB
NF=0.6dB
Zs=75Ω
Pr. Mohammed Benlamlih 138
Entrées Bilan de Liaison(Satmaster software)
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 139
Entrées Bilan de Liaison
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 140
Entrées Bilan de Liaison
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 141
Résultat bilan de liaison Elévation, Azimut, Distance
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 142
Résultat bilan de liaison
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 143
Résultat bilan de liaison
1.2m
Climat
ENSAT 2010-2011
Rapport Eb/No en fonction du diamètre d’antenne et facteur de bruit du LNB
Seuil récepteur Eb/No = 5.5dB
0.3 dB NF 19.97 dB 7.44 dB
LNB
Diamètre
0.6 dB NF 18.36 dB 7.09 dB
Pr. Mohammed Benlamlih 144
Résultat bilan de liaison
Diameter
LNB 60 cm 90 cm 1.2 m
Climat
0.6dB 12.36 1.05 15.86 4.57 18.36 7.09
0.3dB 14.01 1.42 17.51 4.94 19.97 7.44
ENSAT 2010-2011
Rapport Eb/No en fonction du diamètre d’antenne et facteur de bruit du LNB
Seuil récepteur Eb/No = 5.5dB
Pr. Mohammed Benlamlih 145
Simulateurs gratuits et excellents!
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http://www.satellite-calculations.com
http://www.satellite-calculations.com/Satellite/Downlink.htm
Pr. Mohammed Benlamlih 146
Agenda
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de calcul de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 147
Interférence avec le soleil
ENSAT 2010-2011
configuration été (hémisphère nord)
Pr. Mohammed Benlamlih 148
Interférence avec le soleil
ENSAT 2010-2011
configuration automne ou printemps (hémisphère nord)
Pr. Mohammed Benlamlih 149
Interférence avec le soleil
ENSAT 2010-2011
Deux fois par an Pendant 3 à 4 jours
5 à 10 minutes par jour Soleil derrière le satellite
Pr. Mohammed Benlamlih 150
Interférence avec le soleil
ENSAT 2010-2011
Deux fois par an, 3 à 4 jours5 à 10 minutes de perte de signal
Pr. Mohammed Benlamlih 151
Interférence avec le soleil
Soleil: Corps de température très élevéeDonc source de bruit thermique No = kT ( T ~ 36,500 °K)
Diamètre apparent du soleil = 0.5 ° parabole de 1.8m: Ouverture a 3dB = 0.9° Augmentation de ≈20dB du niveau de bruit Donc diminution du rapport C/N de 20dB Perte de Signal !!!
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 152
Mesures pratiques VOA 2006
ENSAT 2010-2011
Pr. Mohammed Benlamlih 153ENSAT 2010-2011
10:00:48
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 154ENSAT 2010-2011
10:08:33
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 155
Mesures pratiques VOA 2006
ENSAT 2010-2011
10:57:25
Pr. Mohammed Benlamlih 156ENSAT 2010-2011
11:01:57
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 157ENSAT 2010-2011
11:05:03
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 158ENSAT 2010-2011
11:06:00
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 159ENSAT 2010-2011
11:06:30
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 160ENSAT 2010-2011
11:07:11
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 161ENSAT 2010-2011
11:07:32
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 162ENSAT 2010-2011
11:08:00
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 163ENSAT 2010-2011
11:09:00
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 164ENSAT 2010-2011
11:09:30
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 165ENSAT 2010-2011
11:09:47
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 166ENSAT 2010-2011
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Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 167ENSAT 2010-2011
11:10:26
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 168ENSAT 2010-2011
11:10:46
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 169ENSAT 2010-2011
11:11:05
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 170ENSAT 2010-2011
11:11:30
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 171ENSAT 2010-2011
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Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 172ENSAT 2010-2011
11:12:15
Mesures pratiques VOA 2006
Pr. Mohammed Benlamlih 173ENSAT 2010-2011
Prochaine éclipse Hotbird-Tanger
http://www.ips.gov.au/Satellite/3/1
Pr. Mohammed Benlamlih 174ENSAT 2010-2011
Photos de station de réception par satellite professionnelleIBB/VOA Tanger 1993-2008
Pr. Mohammed Benlamlih 175ENSAT 2010-2011
Agenda
Bilan de liaison Qualité de liaison Equation de liaison Effets de pluie et de l’atmosphère
Norme DVB-S Procédure de calcul de bilan de liaison Exemple de calcul Interférence avec le soleil Références
Pr. Mohammed Benlamlih 176ENSAT 2010-2011
Références
D. Roddy, Satellite Communications, 3rd Ed., 2001, The McGraw Hill Companies
Intelsat Earth station technology. Revision 5 1999
Tri T. Ha Digital satellite communications, 2nd Edition, 1990 McGraw Hill
Roger L. Freeman Radio System Design for Telecommunications. 3rd Edition, 2007 WILEY-INTERSCIENCE
Pr. Mohammed Benlamlih 177ENSAT 2010-2011
La fiction est meilleure que la non fiction dans la mesure où elle permet d’étirer les esprits des gens, les alertant ainsi des possibilités du futur, ce qui est très important à une époque où les choses changent rapidement
Pr. Mohammed Benlamlih PhD, Eng. 178
Couverture réelle
ENSAT 2011-2012