Telecoms Par Satellite (1)

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    02-Dec-2015

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  • Les Tlcommunications par satellites

    Prsent par : Soufiane RIFAOUI

  • Sommaire

    Introduction et historique

    Architecture dun systme de communication par satellite

    Orbites et position des satellites

    Bilan de liaison

    Application et services

    Conclusion

  • Introduction

    Cest quoi un satellite?

    -> Un satellite est un objet qui orbite autour d'un autre objet

    Diffrents types de satellite :

    - satellites scientifiques

    - satellites mtorologiques

    - satellites de tlcommunication

    - satellites de navigation

    - satellites militaires

  • Introduction

    Station Spatiale Internationale (ISS) : Station spatiale caractre scientifique place en orbite basse

    (environ 370 km)

    Occupe en permanence par des quipages internationaux depuis sa construction dmarre en 1998 et acheve en 2011 (fin de mission en 2020).

    Sa construction : NASA (USA), FKA (Russie), les agences spatiale europenne (ESA) et japonaise (JAXA).

    le plus grand objet artificiel en orbite (420 tonnes, 110*74*30 m)

    La station spatiale se dplace en orbite une vitesse de 27700Km/h (7.7Km/s) => 15 tour autour de la terre en 24h

  • Introduction

    Le tlescope Spatial Hubble: Lanc en 1990

    Orbite : Elliptique basse

    Altitude : 590km

    Priode 97min

  • Introduction : Objectif des tlcommunications par satellite

    Lutilisation des satellites sont laboutissement dune recherche pour raliser plusieurs objectifs :

    Des ports plus grandes

    Couverture de grande zone gographique

    Broadcasting

    Dploiement rapide des services

    Offrir les services telecom dans des zones isols

    Offrir une grande capacit de trafic

    Cout de communication indpendant de la distance

  • Introduction : Objectif des tlcommunications par satellite

    Exemple : Nortis INWI : rseau de backhauling GSM par satellite. Le rseau

    dmarre avec 22 sites BTS.

    Meditel : pour la maintenance de leur ancienne et unique liaison de transmission internationale 34 Mb/s (VSAT), entre Casablanca et Madrid

    ONA : liaisons internationales dinterconnexion de leur mines en Afrique au rseau tlphonique mondiale et Backbone Internet.

    B2B : Medi1, Georges Washington Academy, LEconomiste, Hit Radio et Cap Radio

    Grand public : Internet par satellite trs haut dbit en bande KA, pour les particuliers et les entreprises. Internet partir de 8 Mbps et partir de 390dh/mois.

  • Historique

    le 4 octobre 1957 : SPOUTNIK 1. (signifie "satellite" en russe)

    Diamtre 58 cm.

    83,5 kg.

    Quatre antennes dpliables.

    La priode de rvolution 96 minutes.

    Apoge 945 km.

    Prige 225 km.

  • Historique

    Le 3 novembre 1957 : SPOUTNIK 2 avec son bord la chienne Laka

    le 15 mai 1958 : SPOUTNIK 3

    En 1962 : TELSTAR 1 et RELAY

    Le 6 avril 1965, le lancement d'EARLY BIRD par INTELSAT

    le 18 dcembre 1958 les Etats Unis placent sur orbite le satellite SCORE

  • Historique : Course l'espace Le 12 avril 1961 : Youri Gagarine le premier homme voyager dans

    l'espace et le premier homme effectuer une orbite autour de la Terre.

    Le 5 mai 1961, Alan Shepard est le premier Amricain s'lever dans l'espace.

    Le 20 fvrier 1962, John Glenn mis en orbite pendant cinq heures bord de Friendship-7.

    16 juin 1963. Valentina Terechkova premire femme dans lespace.

    Le 18 mars 1965, Alexei Leonov effectue la premire sortie extra-vhiculaire dans l'espace.

    Le 21 juillet 1969: Apollo XI et le petit pas de Neil Armstrong sur la lune.

  • Architecture dun systme de communication par satellite

    Secteur spatial

    Secteur terrien

  • Architecture : Secteur Spatial

    Le secteur spatial comporte :

    Le satellite

    Lensemble des moyens de control situes au sol : Lensemble des stations de poursuite, de tlmesure et de tlcommande ( TT&C Tracking,

    Telemetry and Command)

    le centre de contrle du satellite, o sont dcides toutes les oprations lies au maintien poste et de vrification des fonctions vitales du satellite

  • Architecture : Secteur Spatial Secteur spatial : Le satellite

    Le satellite est constitu : - dune charge utile - dune plate forme La charge utile comporte les antennes de rceptions & mission et lensemble des quipements lectroniques assurant la transmission des signaux. La plate forme comporte lensemble des sous-systmes permettant la charge utile de fonctionner : - la structure - lalimentation lectrique - le contrle thermique - le contrle daltitude et dorbite - les quipements de propulsion - les quipements de poursuite, de tlmesures et de tlcommande (TT&C)

  • Architecture : Secteur Terrien

    Le secteur terrien est constitu par lensemble des stations terrienne, le plus souvent raccordes aux terminaux des usagers par :

    un rseau terrestre.

    directement dans le cas de petites stations et des stations mobiles.

  • Angle du site : Langle de site , aussi appel hauteur, est calcul par

    Azimut : Lazimut de lantenne est langle quelle doit faire avec le sud, il est calcul par

    Avec: r = rayon de la terre (6378 km)

    d0 = altitude du satellite (35786 km gostationnaire)

    r+d0 = distance centre de la terre - satellite (42164 km si gostationnaire)

    d = distance station - satellite calcul par la formule :

    Positionnement des antennes

    Architecture : Secteur Terrien

  • Exemple dapplication : On dsire pointer Eutelsat (hot bird) (13 Est) Casablanca (longitude = 737'48.55 Ouest et latitude = 3334'16.20 Nord).

    Calculer lazimut et langle du site.

    Positionnement des antennes

    Architecture : Secteur Terrien

  • Bande de frquence

  • Bande de frquence

    La bande L : rserve aux communications mobiles. Celle-ci tant la moins sujette aux perturbations atmosphriques, elle est donc utilise par de petites stations terrestres mobiles telles que les bateaux, les avions et les vhicules terrestres

    La bande S : est surtout utilise par les radars mtorologiques et quelques satellites de communication, spcialement ceux que la NASA emploie pour communiquer avec leurs navettes spatiales et la Station spatiale internationale.

    La bande C : est la premire bande utilise pour le applications commerciales. Elle est trs employe par les centaines de satellites actifs aujourdhui en orbite. De ce fait, elle se retrouve donc sature

    La bande X et EHF : est rserve aux applications militaires.

    La bande Ku : La bande Ku est la plus employe de toutes les bandes de frquences. Elle est attribue au service de radiodiffusion par satellite (services de tlvision, de radio et donnes informatiques). Cette bande est la plus rpandue en Europe, du fait de la petite taille des paraboles ncessaires sa rception.

    La bande Ka : est gnralement utilise pour l'accs Internet haut dbit par satellite.

  • Les orbites

    Plusieurs orbites sont envisageables pour des missions de tlcommunications.

    Avant de prsenter leurs caractristiques et de les comparer, il est ncessaire dtablir quels sont les paramtres qui caractrisent une orbite.

  • Les orbites : Paramtres orbitaux

    Lorbite dun satellite rpond la loi de gravitation de Newton : Deux corps de masses respectives m et M sattirent avec une force F donne par :

    avec : - d la distance sparant les deux corps

    - G la constante de gravitation

    Pour un satellite artificiel de la Terre, la masse M est celle de la Terre:

    - soit M = 5.97361024 kg

    - le produit GM a pour valeur : = 3.986 101432

  • Les orbites : Paramtres orbitaux

    Lois de Kepler :

    Les plantes dcrivent des ellipses dont le centre du soleil occupe l'un des deux foyers.

    Au cours du mouvement, le rayon vecteur joignant le centre du soleil la plante balaie des aires gales dans des temps gaux.

    La priode de rvolution T(s) du satellite sur son orbite est :

    = 2 (3

    )

    La vitesse du satellite :

  • Application des lois de Kepler:

    Calculer la priode de rvolution de la lune autour de la terre

    => Distance Terre Lune : ~ 384400 km

    Calculer la priode qua mis Youri Gagarine pour faire un tour complet autour de la terre et sa vitesse { lapoge.

    => Paramtres de lorbite : apoge 327 km et prige : 180 km

    Les orbites : Paramtres orbitaux

  • Les orbites : Paramtres orbitaux

    Cinq paramtres sont ncessaires pour dterminer une orbite elliptique unique.

    Trois paramtres qui dfinissent l'orientation du plan dans l'espace :

    L'inclinaison : de l'orbite qui est l'angle entre le plan quatorial et le plan orbital.

    la ligne des nuds : est la droite passant par les deux points o se croisent le plan d'orbite du satellite et le plan quatorial.

    L'argument du prige : c'est l'angle form par la ligne des noeuds et la direction du prige.

    Deux paramtres qui dfinissent la trajectoire dans un plan:

    Le demi-grand axe : moiti du grand axe de l'ellipse qui dcrit l'orbite de la plante autour du Soleil.

    L'excentricit : une ellipse est forme avec deux foyers, l'excentricit est le rapport de la distance entre un foyer et le centre de l'ellipse sur le demi-grand-axe. = /

  • Les orbites : Classification des orbites

    Lorbite circulaire la plus rpondue est celle du satellite gostationnaire :

    elle correspond la trajectoire dun satellite dans le plan quatorial de la terre

    anim dune vitesse et angulaire gale celle de la terre et dans le mme sens.

    le satellite apparait comme immobile.

    Cela impose une valeur du rayon de lorbite gale 35786km (~ 36000km)

    Lorbite Circulaire

  • Les orbites : Classification des orbites

    Orbite terrestre basse (LEO) : C'est une zone d'orbite qui a une altitude de 0 2000 km.

    Orbite terrestre moyenne (MEO) : C'est une zone d'orbite qui a une altitude entre 2000 km et 36000km, elle est donc comprise entre l'orbite basse et l'orbite gostationnaire.

    Lorbite Circulaire

  • Un satellite plac dans une orbite de ce type dcrit une trajectoire en forme dellipse autour de la terre.

    Exemple : Orbite de Molniya

    Son apoge est proche de 40000 km et son prige proche de 1000 km

    Calculer :

    La priode dun satellite en orbite de Molniya

    La vitesse lapoge et au prige

    Les orbites : Classification des orbites

  • Bilan de liaison

    Dans une liaison sans fil, le signal envoy par l metteur est attnu et la fraction arrivant au rcepteur est rduite, malgr les gains des antennes et de lamplificateur. Le signal est donc dgrad. En outre, divers lments introduisent une puissance de bruit qui va galement dgrader les performances.

  • Bilan de liaison

    Emetteur Recepteur

    GT GR

    L PT PR

    RT

    RTTR

    LLL

    GGPP

    LT LR

    O PR est la puissance au rcepteur PT est la puissance lmetteur GT est le gain de lantenne mettrice (dBi) GR est le gain de lantenne rceptrice (dBi) L sont les pertes despace LT,R sont les pertes du feeder (metteur, rcepteur)

  • Bilan de liaison

    Les satellites de nouvelle gnration sont rgnratifs (ou OBP= On Board Processing); le satellite NG:

    dmodule le signal

    amplifie le signal

    le transpose dans une autre gamme de Frquences

    remodule le signal downlink

  • Bilan de liaison

    Caractristique dune antenne : Gain G:

    Rendement de lantenne (estim { 0.6).

    Ouverture 3dB:

  • Bilan de liaison

    Caractristique dune antenne :

  • Bilan de liaison

    Caractristique dune antenne :

  • Bilan de liaison

    Perte en espace libre :

    = 20log (4

    )

    Avec :

    - longueur donde

    - R distance satellite-terre

    Exercice : On considre un satellite gostationnaire avec une frquence porteuse

    de 14 GHz.

    => Quelle est la perte en espace libre?

  • Bilan de liaison

    Perte en espace libre :

  • Bilan de liaison

    Principes et notations

    Le bilan de liaison consiste { comptabiliser lensemble des pertes et des gains le long du trajet de la porteuse de la station terrienne dmission la station terrienne de rception.

    Cela fournit la puissance de la porteuse CD { lentre du rcepteur de la liaison considre.

    La connaissance de cette puissance CD ne suffit pas dterminer la qualit du signal fourni { lusager.

    = > La qualit du signal reu ??

  • Bilan de liaison

    Principes et notations

    La qualit du signal reu dpend du rapport (C/N0)T entre la puissance C de la porteuse reue et la densit spectacle de puissance du bruit N0.

    Il faut donc galement comptabiliser les contributions de bruit.

    Cette comptabilit est effectue sparment pour la liaison montante et la liaison descendante.

    Le trajet de londe porteuse pour :

    - La liaison montante concerne le trajet depuis la sortie de lamplificateur dmission de la station terrienne mettrice jusqu{ lentre du rcepteur du satellite : (C/N0)U.

    - La liaison descendante concerne le trajet depuis la sortie de lamplificateur dmission du satellite jusqu{ lentre du rcepteur de la station terrienne rceptrice : (C/N0)D

  • Bilan de liaison

    Principes et notations

    Le bruit dune liaison radiolectrique a plusieurs origines :

    Le bruit thermique

    Le bruit de brouillage

    Le bruit dintermodulation.

    --------------------------------------------------------------------------------------

    Le bruit thermique cest la rsultante :

    Du bruit qui sintroduit par lantenne de rception en raison du rayonnement naturel des objets se trouvant dans son champs daction.

    Du bruit de lemetteur.

  • Bilan de liaison

    Principes et notations

    Le bruit brouillage : il sagit de la puissance de porteuse non dsires dans la bande de la porteuse utile. Elle rsulte :

    Du brouillage externe, produit par des liaisons appartenant dautres systmes de tlcommunications oprant dans la bande de la porteuse utile.

    Du brouillage interne, caus par la porteuse de frquence voisine de celle de la porteuse utile.

    Le bruit dintermodulation : il sagit de la puissance gnre dans la bande de la porteuse utile par les produits dintermodulation.

    Les produits dintermodulation rsultent de lamplification simultan de plusieurs porteuses utile par un amplificateur non linaire.

  • Bilan de liaison

    Principes et notations

    Nature du bruit Notation

    Bruit thermique de la liaison montante CU/N0U

    Bruit thermique de la liaison descendante CD/N0D

    Bruit de brouillage de la liaison montante CU/N0IU

    Bruit de brouillage de la liaison descendante CD/N0ID

    Bruit dintermodulation GxProd *CU/N0IM

    On note : GxProd : Gain damplification au niveau du satellite GD : Gain entre la sortie de lamplification dmission du satellite et lentre du rcepteur de la station terrien rceptrice. GTE = GxProd * GD Gain entre lentre du rcepteur du satellite et lentre du rcepteur de la station terrien.

  • Bilan de liaison

  • Bilan de liaison

    Qualit de la liaison totale

    La qualit de la liaison radiolectrique totale (de station station) est dfinie par le rapport (C/N0)T :

    (C/N0)T = CD/N0T

    O N0T = N0i est le bruit total, cest--dire la rsultante de lensemble des contributions de bruit sur la liaison.

    On a alors :

    0

    1 = (N0T/CD)= N0i /CD

    0

    1= (GTENOU + GTENOIU)/CD + GDNOIM/CD + N0D/CD+ N0ID/CD

    Comme CD= GTE *CU = GxProd * GD * CU

    il vient alors

    0

    1=

    0

    1+

    0

    1+

    0

    1+

    0

    1+

    0

    1

  • Bilan de liaison

    Le bilan de liaison est tabli dans le cas le plus dfavorable, c'est--dire pour une station terrienne situe en bordure de la zone de couverture, dfinie par un contour gain constant de l'antenne de rception du satellite (par exemple - 3 dB par rapport au gain maximal)

    Liaison montante

  • Bilan de liaison

    Les quations permettant...