Cours Comm. Par Satellite 2012

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1

Introduction aux communications par

satellites

Mohammed BENLAMLIH Eng. PhD.benlamlih@gmail.com

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

ENSAT 2010-2011

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

ENSAT 2010-2011

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!

ENSAT 2010-2011

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

11:10:03

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

11:11:50

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