Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 1 Circuits et Systèmes de Communication Micro-ondes Chap.1: Les bases de la communication.

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1 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 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 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 2 Plan I. Introduction II. Principaux paramètres d’une liaison III.Bilan de puissance d’un lien par satellite IV. Éléments de conception d’un récepteur V. Qualité d’un lien de communication par satellite

3 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 3 I. Introduction  Micro-ondes: 3GHz-30GHz  Disciplines necessaries pour les concepteurs de circuits micro-ondes: Génie Micro-ondes Théorie des Micro-ondes Théorie des communications Signaux aléatoires Architecture des transmetteurs et récepteurs Outils de CAO (CAD Tools) Propagation du signal Standard des communications sans fils

4 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4 Plan I. Introduction II. Principaux paramètres d’une liaison III.Bilan de puissance d’un lien par satellite IV. Éléments de conception d’un récepteur V. Qualité d’un lien de communication par satellite

5 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 5 II. Principaux paramètres d’une liaison  Liaisons d’une communication par satellite

6 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 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 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 7 II. Principaux paramètres d’une liaison  Pertes dans l’espace libre Puissance transmise selon une sphère de rayon d La puissance reçue est Avec Équation de Friis

8 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 8 II. Principaux paramètres d’une liaison  Pertes par absorption atmosphérique

9 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 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 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 10 II. Principaux paramètres d’une liaison  Température équivalente de bruit de l’antenne Rendement d’ouverture de l’antenne Température ambiante en Kelvin Température de bruit due aux ions de l’atmosphère, à la foudre, absorption atmosphérique… 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 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 11 II. Principaux paramètres d’une liaison  Facteur de bruit (ou Figure de bruit)

12 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 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 T i : Température équivalente de bruit à l’entrée

13 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 13 II. Principaux paramètres d’une liaison  Facteur de bruit

14 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 14 II. Principaux paramètres d’une liaison  Température équivalente de bruit Circuit amplificateur Circuit passif Pertes du circuit

15 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 15 II. Principaux paramètres d’une liaison  EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) Courbes de niveau constant du EIRP typiques - Permet d’évaluer la capacité de transmission d’un émetteur - Puissance rayonnée de manière isotrope

16 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 16 Plan I. Introduction II. Principaux paramètres d’une liaison III.Bilan de puissance d’un lien par satellite IV. Éléments de conception d’un récepteur V. Qualité d’un lien de communication par satellite

17 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 17 III. Bilan de puissance d’un lien par satellite (en dB)

18 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 18 Plan I. Introduction II. Principaux paramètres d’une liaison III.Bilan de puissance d’un lien par satellite IV. Éléments de conception d’un récepteur V. Qualité d’un lien de communication par satellite

19 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 19 III. Éléments de conception d’un récepteur 2  Température de bruit d’un récepteur  Température de bruit d’un récepteur

20 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 20 III. Éléments de conception d’un récepteur  Température de bruit d’un récepteur  Température de bruit d’un récepteur Si G 1 (gain du premier amplificateur) est élevé l’expression de T s peut se simplifier. Le premier amplificateur est appelé Low Noise Amplificator (LNA).

21 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 21 III. Éléments de conception d’un récepteur  Figure de mérite G/T  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 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 22 Plan I. Introduction II. Principaux paramètres d’une liaison III.Bilan de puissance d’un lien par satellite IV. Éléments de conception d’un récepteur V. Qualité d’un lien de communication par satellite

23 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 23 IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

24 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 24 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 négligeable par 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 thermique terrestre. 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. IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

25 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 25 IV. Qualité d’un lien de communication par satellite  Rapport signal à bruit d’un lien satellite  Rapport signal à bruit d’un lien satellite

26 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 26  Rapport signal à bruit d’un lien satellite  Rapport signal à bruit d’un lien satellite IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

27 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 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 base24.8 dBk (300K) Pertes d’alimentation3 dB  Exemple IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

28 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 28 IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

29 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 29  Liaison montante IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

30 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 30  Liaison descendante IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

31 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 31  Rapport signal à bruit total Bruit d’interférences générés par les autres systèmes Liaison montante Liaison descendante IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

32 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 32  Rapport signal à bruit total Le rapport signal à bruit total est dominé par le rapport signal à bruit le plus mauvais IV. Qualité d’un lien de communication par satellite

33 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 33 EIRP b du GES60.7 dB Pertes de propagation ( 6 GHz, d=37270 km)199.4 dB Gain de l’antenne du satellite21.7 dBi Pertes de l’alimentation3.0 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 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 34 EIRP du satellite30.5 dB Pertes de propagation ( 1.5 GHz, d=41.097 km)199.4 dB Gain de l’antenne du AESS14.0 dBi Pertes de l’alimentation3.0 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 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 35 IV. Qualité d’un lien de communication par satellite  Exemple Terme dominant

36 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 36  Facteurs de perturbation de la qualité d’un lien satellite Requis Calculé Théoriquement Dégradation fixe de la liaison Interférence Amélioration par codage numérique (ex. Viterbi) IV. Qualité d’un lien de communication par satellite