321- Liaison

1
321- Liaison
II. ETABLISSEMENT DUNE LIAISON
2
322- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
II.1.a. Bande de fréquence
Dans les communications guidées, différents
utilisateurs peuvent transmettre des données sur
la même bande de fréquence dans des câbles isolés.
Pour les communications sans fils, lespace libre
devient le medium commun. Deux émissions
utilisant la même fréquence peuvent alors se
perturber.
Le spectre de fréquence est donc découpé en
bandes, et chaque norme de communication possède
sa bande allouée.
3
323- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
4
324- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Le choix dune bande de fréquences dépend
essentiellement
des distances de couverture souhaitées
du débit nécessaire
du mode de propagation privilégié
de la congestion du spectre EM
5
325- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
ONU
http//www.itu.int
- Europe,Afrique,Moyen-Orient -
Amérique,Groenland - Asie, Océanie
ITU
ITU-D
- WTSC - normalisations
ITU-T (ex CCITT)
- radiocoms - organise WRC - technique -
réglementation
ITU-R
TSB
IFRB
- gardien du spectre - enregistre les fr.radio -
liens avec admin locales
GCNT
6
326- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
CEPT
http//www.etsi.org
...
...
France (ART)
- Rapports -Recommandations -Décisions
...
...
TC
ETSI
administration
STC
STC
...
opérateurs
constructeurs
- standards (ETS) - rapports (ETR)
7
327- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
II.1.b. Modes de propagation
Le principaux modes de propagation utilisés son
les ondes de sol
la réfraction troposphérique
la réflexion ionosphérique
la réfraction ionosphérique
la visibilité directe
8
328- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Les ondes de sol
ou ondes de surface
L'onde de surface suit la courbure de la terre.
Sa portée dépend de la nature du sol rencontré,
de la fréquence et, bien sûr, de la puissance de
l'émission. Une partie de l'énergie de l'onde
de surface est absorbée par le sol et y provoque
des courants induits l'absorption d'énergie est
beaucoup plus importante en polarisation
horizontale et c'est pourquoi les émissions
s'effectueront en polarisation verticale.
9
329- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Le sol est un milieu dissipatif de permittivité
équivalente
La conductivité du sol influe sur la portée des
ondes de surface pour une même puissance
d'émission, la portée est beaucoup plus grande en
mer qu'en terrain agricole ou qu'en terrain
aride. Les conductivités de divers sols sont
représentés dans le tableau suivant
Conductivité du sol (en S/m) Mer
5 Région forestière 8 x 10-3 Région
aride ou sablonneuse 2 x 10-3 Villes 1 x
10-3
10
330- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Les émissions en onde de sol sont atténuées avec
la fréquence l'on peut atteindre une portée de
plusieurs milliers de kilomètres en très basses
fréquences (VLF) de quelques centaines de
kilomètres en fréquences moyennes (MF) et
quelques dizaines de kilomètres en hautes
fréquences (HF).
Une fréquence de transition est donnée par la
formule suivante
Cette valeur correspond au passage dun
comportement conducteur à un comportement
diélectrique
ex. 675 kHz pour leau douce, 1,2 MHz pour un
sol moyennement sec, 900 MHz pour leau de mer.
11
331- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Latmosphère
400 km
faible densité
ionosphère
gaz ionisés
densité moyenne
stratosphère
50 km
T uniforme
troposphère
gaz denses
10 km
T avec h
12
332- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Quand une onde passe dun milieu à un autre de
permittivité proche, il y a réfraction
Cas E parallèle Cas E orthogonal au plan
dincidence
13
333- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
ou basse atmosphère
La troposphère
Cest la région située entre le niveau de la mer
et au-dessus des plus hautes montagnes. Cest
dans cette couche quont lieu tous les phénomènes
météorologiques. On trouve donc de fortes
variations de pression, de température ou
dhumidité, à lorigine de changements de
lindice de réfraction de lair.
Loi de variation de lindice
altitude
indice au niveau de la mer
avec B formule de Booker
14
334- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Simplification on considère
Atmosphère standard conditions moyennes
Atmosphère de référence définie par les
organismes internationaux
15
335- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
La réfraction troposphérique
Si on considère la formule la basse atmosphère
est un milieu à stratification sphérique de
variation régulière dindice.
variation continue
variation par strates
terre
terre
16
336- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
dicte le comportement des ondes par rapport à la
surface de la terre
infraréfraction
(atmosphère standard)
supraréfraction
(suivi du sol)
terre
guidage
17
337- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Cas dun feuillet atmosphérique
terre
guidage ou super-réfraction
Ce phénomène se produit dans de rares cas où une
fine couche datmosphère présente une variation
importante de température. Survient
essentiellement au-dessus des mers ou des plaines
au lever ou coucher du soleil. Il est plutôt
pénalisant car non contrôlable et crée des champs
intenses ou nuls. Remèdes diversité spatiale ou
de fréquence.
18
338- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
La réflexion ionosphérique
Dans lionosphère, les rayons cosmiques ionisent
les molécules de gaz formant ainsi une couche
conductrice pouvant servir de réflecteur aux
ondes EM. Les caractéristiques dépendent
essentiellement de la fréquence considérée, de
laltitude et varient entre jour et nuit.
Réflexion simple
Réflexion double
19
339- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
On divise lionosphère en différentes couches
la couche D (70 km) réfléchie VLF et LF,
absorbe partiellement les MF et laisse passer les
HF la couche E (80 à 140 km) ne laisse passer
que des ondes de fréquence gt25 MHz et réfléchit
les HF le jour la couche F (200 à 400 km)
divisée en F1 et F2 qui se combinent la nuit,
permet des transmissions éloignées en HF
20
340- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Plus on utilise une fréquence haute (donc une
onde courte), plus on augmente la portée. Mais
au-delà de la fréquence critique de 30 MHz, les
ondes ne sont plus réfléchies.
f30 MHz fréquence critique
f20 MHz
f5 MHz
f3 MHz
terre
21
341- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
Quand on veut effectuer une transmission via un
satellite, il faut alors dépasser cette fréquence
critique pour que les ondes ne soient pas
réfléchie. En pratique, on prend fgt100MHz. De
plus, pour des considération dabsorption, on
reste la plupart du temps avec flt12 GHz. Par
contre, il y a toujours phénomène de réfraction
qui produit des changements de trajectoire à
prendre en compte (plus problème de polarisation).
terre
22
342- Liaison
II.1. Phénomènes pris en compte
La visibilité directe
Dans la plupart des télécommunications modernes,
gourmandes en débit, on utilise des fréquences
hautes avec une propagation en onde despace (ou
visibilité directe). Dans ces systèmes, les
portées sont relativement faibles et les sources
de pertes importantes.
Divers systèmes point à point, point-multipoint
ou multipoint-multipoint.
23
343- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Quand on cherche à effectuer une transmission
sans fils, on veut pouvoir évaluer la puissance
captée par un récepteur en fonction de la
puissance envoyée par un émetteur à une distance
donnée. Cest le but de léquation du bilan de
liaison. Ce bilan tient compte de la puissance
fournie, du gain des antennes, de la distance et
des pertes.
24
344- Liaison
II.2. Bilan de liaison
II.2.a. Gain dune antenne
Une antenne est un dispositif permettant de
transformé une énergie guidée en une onde EM
rayonnée en espace libre. Suivant sa forme et son
mode de fonctionnement, lénergie est rayonnée
dans certaines directions privilégiées de
lespace. La représentation de ces directions
dans tout lespace est appelée diagramme de
rayonnement.
Rq une antenne est réciproque en
émission/réception
25
345- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Le gain dune antenne est défini comme le rapport
entre lintensité du champ rayonnée dans une
direction donnée et lintensité rayonnée par une
antenne isotrope recevant la même puissance.
26
346- Liaison
II.2. Bilan de liaison
II.2.b. Bilan de liaison
Pr puissance reçue par le récepteur
Pe puissance envoyée par lémetteur
Ge gain de lantenne démission
Gr gain de lantenne de réception
r distance émetteur/récepteur
27
347- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Bilan de liaison en dBm PdBm10 log(PmW)
Pr(dBm)Pe(dBm)Ge(dB)Gr(dB)ap(dB) ap(dB)
-92.5 - 20logRkm-20logFGHz
SER
Equation du radar
28
348- Liaison
II.2. Bilan de liaison
II.2.c. Sources de pertes
Les pertes dans une telle liaison peuvent être
dues à laffaiblissement en espace libre à
des désadaptations au bruit aux réflexions
multiples à la diffraction au climat
(pluie, brouillard) à de la végétation
29
349- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Affaiblissement en espace libre
30
350- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Désadaptations
feeder
feeder
A
A
Les pertes de puissance par réflexion entre le
système et les antennes sont à prendre en compte
(particulièrement dans les systèmes large bande).
31
351- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Le bruit
feeder
feeder
A
A
Deux types de bruits bruit dû à
lenvironnement (bruit atmosphérique, bruit
cosmique, parasites dus aux appareillages
électriques) bruit dû au système
(interférences, bruit des amplis).
32
352- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Réflexions multiples
Obstacle mur, bâtiment,sol
E2
E1
Selon les valeurs des coefficients de réflexion
et des distances relatives, le champ peut être
soit renforcé soit atténué. De plus, les trajets
peuvent seffectuer dans des milieux dindices
différents.
33
353- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Exemple dune transmission BLR à 40 GHz
Système LMDS de distribution de haut débit sans
fils fixe (portée de plusieurs km)
Couverture cellulaire
34
354- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Nette influence de la hauteur des stations sur
limpact des multitrajets.
35
355- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Diffraction
Le point dune arête frappé par un rayon de champ
devient source de plusieurs rayons (principe de
Huyghens). Cela va également modifier les
amplitudes des champs rayonnés ainsi que leur
direction.
36
356- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Retour au LMDS
Exemple détude des champs rayonnés pour une
configuration urbaine
Emetteur
37
357- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Uniquement les rayons directs
38
358- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Uniquement les rayons réfléchis
39
359- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Uniquement les rayons diffractés
40
360- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Ensemble des rayons
41
361- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Pluie/brouillard/neige
La pluie entraîne des pertes par absorption et
par diffusion. Plus les ondes sont courtes, plus
ces pertes deviennent importantes (surtout la
diffusion). Pour les évaluer on utilise
généralement des données météo.
On calcule latténuation spécifique gR (dB/km)
pour la fréquence, la polarisation, et le taux de
précipitation gR kRa avec R taux de
précipitation   k et a sont donnés dans les
tables de recommandation et varient en fonction
de la polarisation et de langle délévation. Des
formules permettent dadapter ces
coefficients. k a
42
362- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Par exemple, pour le système LMDS, latténuation
de la pluie est de lordre de 5dB/km. Le
brouillard (0.5 dB/km) ou les nuages, composés de
particules plus fines donnent des pertes souvent
négligées. De même, la neige ou la grêle ont
très peu dinfluence sur les transmissions radio.
43
363- Liaison
II.2. Bilan de liaison
La végétation
La végétation est constituée en majorité de
molécules deau et présente de nombreuses arêtes,
son influence est donc non négligeable suivant la
fréquence considérée.
Les pertes dues à la végétation ont été
modélisées par Weissberger qui fait apparaître
une décroissance exponentielle. Il sapplique aux
fréquences comprises entre 230 MHz et 95 GHz
pour pour   Où L est la perte en dB,
F est la fréquence en GHz et d est la distance
parcourue par londe à travers les arbres en
mètres.
Par exemple, à la fréquence de 900 MHz (GSM) et
pour une haie darbres de 5 m de profondeur
située entre lémetteur et le récepteur,
latténuation de propagation sera de L900MHz
50.71 dB. A 41.5 GHz elle sera de L41.5GHz
150.5 dB.
44
364- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Influence de la saison
45
365- Liaison
II.2. Bilan de liaison
II.2.d. Modèles de prédiction
Quand un opérateur télécom veut effectuer un
déploiement, il utilise des outils de
planification donnant une prédiction de la
couverture des zones à desservir suivant le
placement des stations de base. Pour faire cette
prédiction, des modèles de propagation doivent
être utilisés pour tenir compte au mieux de la
réalité du terrain.
46
366- Liaison
II.2. Bilan de liaison
47
367- Liaison
II.2. Bilan de liaison
48
368- Liaison
II.2. Bilan de liaison
49
369- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Modèles statistiques
Afin de prendre en compte les conditions dans
lesquelles seffectuent les liaisons
radioélectriques, les modèles statistiques
apportent à la formule datténuation en espace
libre des facteurs de correction empiriques. Ces
facteurs sont déduits de lanalyse statistique
des résultats de nombreuses campagnes de mesures
effectuées dans des environnements typiques
(rural, urbain, ). Une formule donne alors la
variation du champ reçu en fonction de la
distance émetteur-récepteur mais également de la
fréquence, de la hauteur dantenne du mobile et
de coefficients correctifs liés à
lenvironnement. Le plus connu est le modèle
dOkumura-Hata.
50
370- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Le champ électrique est calculé de la manière
suivante      Tous les paramètres sont
exprimés en dB. -   P puissance apparente
rayonnée -   Er  champ reçu par une antenne
mobile située à 1.5 m au-dessus du sol -   An 
atténuation due aux obstacles de type
colline -   Az  atténuation due aux obstacles
proches (bâtiments) -   Ah  atténuation pour une
antenne située à une hauteur différente de 1.5 m
51
371- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Modèles semi-déterministes
Mélangent modèle statistique et prise en compte
de base de données géographiques (prise en compte
de la diffraction).
Il se base principalement sur les modèles de
Walfish et Bertoni ainsi que dIkegami   Il
estime les pertes de la façon suivante    Pert
es   Avec (paramètres en dB)  -         Lo 
pertes liées à la distance entre lémetteur et le
récepteur -         Ldiff  pertes par
diffractions multiples -         Lrus  pertes
liées à la dernière diffraction suivie de
réflexions dans la rue où se trouve le
véhicule récepteur -         Lre  pertes liées
aux reliefs
52
372- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Modèles déterministes
Prise en compte précise de lenvironnement avec
calcul de la propagation des champs.
Deux types analyse numérique asymptotiques
basés sur la résolution des équations de Maxwell
53
373- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Méthodes numériques discrétisation de lespace
et calcul différentiel ou intégrale des équations
de Maxwell (différences finies, éléments finis,
méthode des moments).
54
374- Liaison
II.2. Bilan de liaison
Méthodes asymptotiques développement
asymptotique des équations de Maxwell.Utilisent
lOptique Géométrique et la Théorie Uniforme de
la Diffraction (lancer de rayons, tracé de
rayons).