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DIRECTION DE L’ENSEIGNEMENT UNIVERSITAIRE Année Universitaire : 2019-2020 COURS

DIRECTION DE L’ENSEIGNEMENT UNIVERSITAIRE Année Universitaire : 2019-2020 COURS Propagation radio mobile Module : Classe : TEL 11 Enseignante : Faïza Tabbana Date : Mars 2020 ACADEMIE MILITAIRE FONDOUK JEDID Présenté par : Mme Faïza Tabbana La propagation radio mobile 2 Plan du cours • Chapitre 1 : Généralités sur la propagation • Chapitre 2 : Mécanismes de Propagation Radio • Chapitre 3 : Les modèles de prédiction de propagation Chapitre1 : Généralités sur la propagation Introduction Fréquences mises en jeu Polarisation Modes de propagation 3 4 Introduction (1) – La propagation des ondes électromagnétiques dépend de deux paramètres fondamentaux : • La longueur d’onde utilisée • La topographie de la zone géographique sur la quelle s’effectue la transmission. – Les propriétés électriques des matériaux dépendent de façon étroite de la longueur d’onde utilisée. – Le comportement des obstacles vis-à-vis d’un signal électromagnétique sera guidée par le rapport des dimensions de cet obstacle vis-à-vis de la longueur d’onde. 5 • Le domaine des fréquences des ondes radio s’étend de 3 Khz à 3000 Ghz. • La puissance du signal est en fonction de la distance séparant l’émetteur et le récepteur. • Deux nœuds communiquent s’ils sont l’un à la portée de l’autre. • Tenir compte des interférences dues à l’environnement. • La propagation des ondes radio obéit à des règles complexes surtout lorsqu’il y a obstacles entre l’émetteur et le récepteur. – Réflexion – Diffraction – Plusieurs chemins parallèles décalées dans le temps : multi trajets. Introduction (2) 6 Bandes de fréquences utilisées pour les communications sans fil (1) f est la fréquence et λ la longueur d’onde dans le vide) Introduction (3) 7 Bandes de fréquences utilisées pour les communications sans fil (2) • VLF : Very Low frequency • MF : Medium Frequency • LF : Low frequency • HF : High frequency • VHF : Very High frequency • UHF : Ultra High frequency • SHF : Super High frequency • EHF : Extra High Frequency  La bande UHF est un choix naturel pour les communications mobiles du fait :  De la bande de fréquence élevées associée au débit important que requièrent les services mobiles actuels et futurs.  De la miniaturisation possible liée à la taille réduite de l’antenne (nécessairement omnidirectionnelle).  Des mécanismes de propagation compatibles avec les environnement urbains présentant rarement une liaison dégagée entre la station de base et le mobile. Introduction (3) 8 • Définition de la polarisation – La polarisation d’une onde électromagnétique se définit comme l’orientation du vecteur champ électrique – Dans le cas général, la polarisation verticale est utilisée car elle permet d’obtenir un niveau de champ plus important qu’en polarisation horizontale. Introduction (4) Modes de propagation • Onde de surface • Par l’ionosphère • Vue directe 9 Modes de propagation 10 Fréquences du canal radio (1) 11 Fréquences du canal radio (2) 12 Pertes additionnelles 13 Chapitre 2 : Mécanismes de Propagation Radio 14 . • Affaiblissement de parcours • Propagation en espace libre : affaiblissement en espace libre 15 La chaîne de transmission radio : Notion de canal radio Notion de canal radio Propagation guidée Propagation guidée Propagation espace libre émetteur RF récepteur RF num/analog analog/num • Les « boîtiers » contenant l’électronique sont reliés aux antennes via des lignes ou câbles (feeders). • D’un point de vue traitement du signal, l’ensemble des déformations de l’onde engendrées par la propagation guidée+libre forme le canal radio. 16 Où se perd l’énergie ? Où se perd l’énergie ? atténuation, dispersion bruit des composants désadaptation désadaptation Milieu de propagation atténuation, dispersion bruit des composants Réflexions, diffractions, trajets multiples, obstacles, diffusion, évanouissement,, conditions météos... Et tous ces paramètres varient en fonction de la fréquence, du temps et même de la polarisation de l’onde. 17 Rappels de propagation • La propagation – en espace libre – en espace réel (sol-sol) – en zone urbaine – en zone rurale – en indoor – en outdoor 18 Contraintes de propagation • Affaiblissement de parcours • Évanouissement • Effet de masque • Brouillage dus aux interférences • Dispersion de retard • Décalage en fréquence : Effet Doppler 19 Affaiblissement de parcours (1) • On appelle Path Loss L le rapport entre la puissance transmise PTX et la puissance reçue PRX : • Notons que le path loss est parfois défini de façon indépendante des gains des Antennes d’émission et de réception Les quotients de puissances comme L sont exprimés en décibels (dB) : Les puissance elles-mêmes sont généralement exprimées en dB par rapport à une puissance de référence, le milliWatt (on parle alors de dBm) : 20 • L en dB vaut alors la différence des puissances transmise et reçue exprimées indifféremment en dBm. Affaiblissement de parcours (2) Exemple 1.2 Une station de base GSM émet une puissance de 30 W, soit environ 45 dBm. La puissance minimale de réception par un téléphone portable est fixée à -102 dBm par la norme GSM. Le path loss maximal admissible dans cet exemple est donc de 147 dB. 21 Affaiblissement de parcours (3) Propagation en espace libre Soit un système constitué à l’émission par une antenne de gain Ge, alimentée par une puissance Pe et à la réception par une antenne de gain Gr, située à une distance d de l’antenne d’émission. La densité de puissance rayonnée à la distance d est : La puissance reçue est : Avec : • L’équation des télécommunication est alors : • On peut en déduire l’affaiblissement de la liaison : • et l’affaiblissement de propagation, ou encore les pertes en espace libre • Il est souvent plus pratique d’exprimer les pertes en décibels. On obtient alors : désigne les pertes ou path loss ou bien affaiblissement en espace libre exprimé en dB 22 Affaiblissement de parcours (3) Propagation en espace libre • Cette expression n’est valable que lorsque l’on se trouve en champ lointain. On utilise le critère de Fraunhoffer : • Avec : Le paramètre d est la distance entre les deux antennes D le diamètre de la surface équivalente de l’antenne λ la longueur d’onde utilisée. 23 Affaiblissement de parcours (3) Propagation en espace libre P (dBW) = 10. log 10 (P(W)/ (1W) ) P(dBm)=10. log 10 ( P(W)/(1mW)) PIRE= Pe.Ge Différentes unités... 24 0 20 40 60 80 100 70 80 90 100 110 120 130 140 km A (dB) affaiblissement en espace libre à 900MHz 0.1 1 10 100 70 80 90 100 110 120 130 140 km A (dB) affaiblissement en espace libre à 900MHz Remarque : la distance est divisée par 2, à chaque fois que l ’affaiblissement gagne 6 dB. Affaiblissement de parcours (5) Propagation en espace libre La pente est de 20dB par décade : à chaque décade, l’amplitude est divisée par 10. Rappel : la formule n’est valable qu ’en champ lointain et en espace libre). 25 • Exercice : Pour différentes distances fixes (100m, 1km 10km, 100km) comparez l’affaiblissement en fonction de la fréquence (pour les grandes ondes, la FM, les ondes radio GSM, les ondes ISM (WLAN), les hyperfréquences autour de 40-60GHz). • Tracez l’affaiblissement en fonction de la distance parcourue en espace libre, pour les différentes fréquences citées ci- dessus. • Concluez sur les choix à faire en terme de gamme de fréquence en fonction de l’application choisie. Affaiblissement de parcours (6) Propagation en espace libre 26 Evanouissements (1) • Pertes additionnelles • Réflexion : réflexion spéculaire et réflexion diffuse • Absorption par l’eau et par les gaz de l’atmosphère • Réfraction : milieux translucides • Diffraction : angles et des pointes • Diffusion : est le cas limite d’une réflexion pour la quelle aucune direction privilégiée ne peut être identifiée. 27 Le signal reçu par un mobile • Pour une communication établie entre une station de base et un mobile, le signal reçu par ce dernier présente des évanouissement (fading), régulièrement espacés : – Variation à large échelle (slow fading) • Décroissance naturelle : liée à l’éloignement croissant entre l’émetteur et le récepteur • L’effet de masque – Variation à petite échelle (fast fading) est le résultat de deux phénomènes physiques : • La propagation par trajet multiples • La variation dynamique des longueurs électriques des trajets (effet Doppler) 28 • Effet de maque (Shadowing) : traduit les pertes additionnelles, causés par les obstacles artificiels ou naturels dont la répartition peut être considérée aléatoire. • L’émetteur et le récepteur sont en condition : – Visibilité directe (In line of sight) : aucun obstacle n’est rencontré sur le trajet direct entre l’émetteur et le récepteur. – Non visibilité (non line of sight): il n’existe pas de trajet direct ne rencontrant pas d’obstacle entre l’émetteur et le récepteur • Remarque : l’effet de masque donne lieu à des évanouissement de signal qualifiés de slow fading car variant dans le temps et dans l’espace, contrairement aux évanouissement rapide (fast fading). Effet de masque 29 Atténuation due aux arbres • L’atténuation aux arbres varie en fonction de leurs hauteurs, forme et densité, de la saison, de l’humidité ambiante. • uploads/Geographie/ courspropagations-mobiles-tel11-2020.pdf