Circuits et Systèmes de Communication Micro-ondes Chap.1: Les bases de la communication par satellite

1. Circuits et Systèmes de Communication Micro-ondes Chap.1: Les bases de la communication par satellite Halim Boutayeb INRS, Montréal Phone: (514) 875-1266 ex. 3066 boutayeb@emt.inrs.ca

2. Plan • Introduction • Principaux paramètres d’une liaison • Bilan de puissance d’un lien par satellite • Éléments de conception d’un récepteur • Qualité d’un lien de communication par satellite

3. I. Introduction • Micro-ondes: 3GHz-30GHz • Disciplines necessaries pour les concepteurs de circuits micro-ondes: Théorie des communications Théorie des Micro-ondes Signaux aléatoires Génie Micro-ondes Propagation du signal Architecture des transmetteurs et récepteurs Standard des communications sans fils Outils de CAO (CAD Tools)

4. Plan • Introduction • Principaux paramètres d’une liaison • Bilan de puissance d’un lien par satellite • Éléments de conception d’un récepteur • Qualité d’un lien de communication par satellite

5. II. Principaux paramètres d’une liaison • Liaisons d’une communication par satellite

6. II. Principaux paramètres d’une liaison • Gain de l’antenne Puissance rayonnée dans la direction Puissance totale rayonnée Pour une antenne parabolique : D Diamètre de l’antenne  Efficacité d’ouverture : généralement entre 50% et 70%

7. II. Principaux paramètres d’une liaison • Pertes dans l’espace libre Puissance transmise selon une sphère de rayon d La puissance reçue est Équation de Friis Avec

8. II. Principaux paramètres d’une liaison • Pertes par absorption atmosphérique

9. II. Principaux paramètres d’une liaison • Température de bruit Bruit thermique Constante de Boltzmann Température de bruit en Kelvin Exemple: La densité de puissance du bruit généré par une résistance à une température de 27C est :

10. II. Principaux paramètres d’une liaison • Température équivalente de bruit de l’antenne Rendement d’ouverture de l’antenne Température de bruit due aux ions de l’atmosphère, à la foudre, absorption atmosphérique… Température ambiante en Kelvin La plus grande contribution à la température équivalente de bruit de l’antenne reste due aux lobes secondaires dans le diagramme de rayonnement, qui sont dirigés vers le sol.

11. II. Principaux paramètres d’une liaison • Facteur de bruit (ou Figure de bruit)

12. II. Principaux paramètres d’une liaison • Facteur de bruit Rapport signal à bruit au port d’entrée Rapport signal à bruit au port de sortie B: largeur de bande de la liaison G: Gain de sortie Ti: Température équivalente de bruit à l’entrée

13. II. Principaux paramètres d’une liaison • Facteur de bruit

14. II. Principaux paramètres d’une liaison • Température équivalente de bruit Circuit amplificateur Pertes du circuit Circuit passif

15. II. Principaux paramètres d’une liaison • EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) - Puissance rayonnée de manière isotrope - Permet d’évaluer la capacité de transmission d’un émetteur Courbes de niveau constant du EIRP typiques

16. Plan • Introduction • Principaux paramètres d’une liaison • Bilan de puissance d’un lien par satellite • Éléments de conception d’un récepteur • Qualité d’un lien de communication par satellite

17. III. Bilan de puissance d’un lien par satellite (en dB)

18. Plan • Introduction • Principaux paramètres d’une liaison • Bilan de puissance d’un lien par satellite • Éléments de conception d’un récepteur • Qualité d’un lien de communication par satellite

19. III. Éléments de conception d’un récepteur • Température de bruit d’un récepteur 2

20. III. Éléments de conception d’un récepteur • Température de bruit d’un récepteur Si G1 (gain du premier amplificateur) est élevé l’expression de Ts peut se simplifier. Le premier amplificateur est appelé Low Noise Amplificator (LNA).

21. III. Éléments de conception d’un récepteur • Figure de mérite G/T Gain incluant la perte dans le circuit d’alimentation.  Indice de performance de la réception au niveau de la station de base

22. Plan • Introduction • Principaux paramètres d’une liaison • Bilan de puissance d’un lien par satellite • Éléments de conception d’un récepteur • Qualité d’un lien de communication par satellite

23. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

24. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite Bruit 1 : bruit thermique généré par le modulateur, le mélangeur et l’amplificateur de puissance. Ce bruit est généralement suffisamment petit en comparaison avec la puissance du signal utile et il est négligeablepar rapport aux autres sources de bruit. Bruit 2 : bruit thermique issu de la terre et reçu par l’antenne du satellite (généralement à 300K). Bruit 3 : bruit thermique généré par le transpondeur du satellite. Il dépend principalement des performances du LNA du transpondeur. Bruit 4 : bruit reçu par l’antenne de la station de base en plus du signal issu du satellite incluant le bruit du ciel (bruit de fond galactique), le bruit thermique atmosphérique et le bruit thermiqueterrestre. Bruit 5: bruit thermique généré par le récepteur de la station de base et qui dépend des performances de l’amplificateur à faible bruit du premier étage d’amplification du récepteur. En plus de ces sources de bruit, un lien de communication par satellites est soumis à des interférences introduites par d’autres systèmes de communication par satellite.

25. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Rapport signal à bruit d’un lien satellite

26. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Rapport signal à bruit d’un lien satellite

27. Puissance transmise par le satellite  1 Watt (0 dBW) Gain de l’antenne du satellite (diamètre 100 cm) 21.7 dBi Pertes de propagation dans l’espace (d=36000 km) 187.2 dB Gain de l’antenne de la station (Diamètre 40 cm, =80%) 15.0 dBi Température de bruit du système de la station de base 24.8 dBk (300K) Pertes d’alimentation 3 dB IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Exemple

28. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

29. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Liaison montante

30. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Liaison descendante

31. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Rapport signal à bruit total Liaison montante Liaison descendante Bruit d’interférences générés par les autres systèmes

32. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Rapport signal à bruit total Le rapport signal à bruit total est dominé par le rapport signal à bruit le plus mauvais

33. EIRPb du GES 60.7 dB Pertes de propagation ( 6 GHz, d=37270 km) 199.4 dB Gain de l’antenne du satellite 21.7 dBi Pertes de l’alimentation 3.0 dB Température de bruit équivalente à l’entrée de l’amplificateur faible bruit du satellite 300 K IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Exemple

34. EIRP du satellite 30.5 dB Pertes de propagation ( 1.5 GHz, d=41.097 km) 199.4 dB Gain de l’antenne du AESS 14.0 dBi Pertes de l’alimentation 3.0 dB Température de bruit équivalente à l’entrée de l’amplificateur faible bruit de la station de base 300 K IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Exemple

35. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Exemple Terme dominant

36. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite • Facteurs de perturbation de la qualité d’un lien satellite Interférence Calculé Théoriquement Requis Amélioration par codage numérique (ex. Viterbi) Dégradation fixe de la liaison