Partie II : Propagation

1
Partie II Propagation

• 1- Principes

2
Le dimensionnement
3
La couverture
4
Rappels de propagation

• La propagation
• en espace libre
• en espace réel (sol-sol)
• en zone urbaine
• en indoor

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Bilan de liaison
Antenne isotrope puissance rayonnée
R
G1
6
Bilan de liaison
Directivité dantenne
densité de puissance
R
Unité log dBi
7
Bilan de liaison

• Bilan de liaison
• antenne en réception
• bilan de puissance

8
Canal radio
Fonction de transfert du canal radio
9
La propagation

• Propagation en espace libre
• propagation
• effets naturels
• sources de bruit

10
La propagation en espace libre
Objectif déterminer le gain /
l affaiblissement / les pertes
P (dBW) 10.log10(P(W)/ (1W) )
Différentes unités...
P(dBm)10.log10( P(mW)/(1mW))
PIRE Pe.Go
11
La propagation en espace libre
Fonction de transfert de propagation en espace
libre
Affaiblissement correspondant
21.98
12
La propagation en espace libre

• 8 Pour différentes distances fixes (100m, 1km
  10km, 100km) comparez laffaiblissement 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 laffaiblissement 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 lapplication
  choisie.

13
La propagation en espace libre
8 Soit une antenne GSM omnidirectionnelle en zone
rurale (censée couvrir une cellule circulaire de
quelques kilomètres). Sachant que la fréquence
est de 900MHz et que la PIRE est de 40dBm.
Prenons, en réception, le cas d 1 antenne 1/2
onde symétrique. - Calculez la distance pour
laquelle la puissance reçue est de 0dBm, -40dBm,
-80dBm. - Quels sont les niveaux de tension
respectifs à lentrée du récepteur en fonction de
la distance? Conclusions.
14
Remarque l amplitude du signal est divisée par
2, à chaque fois que l affaiblissement gagne
6dB.
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).
15
La propagation en espace libre
8 On veut couvrir une certaine zone rurale de
diamètre 100km. On suppose que les antennes
(omnidirectionnelles de type 1/2onde) sont
placées à 25m de hauteur et délivrent une
puissance PIRE de 10W. On veut garantir un lien
radio en tout point du plan avec au moins une des
antennes, cest à dire un niveau de signal
supérieur à -40dBm proposez un quadrillage de la
zone avec un nombre minimal dantennes. Délimitez
les zones dites de recouvrement et les zones
dites de brouillage (SNRlt20dB).
16
8 Pourcentage de zone couverte???
17
La propagation en espace libre

• Les effets naturels
• Absorption
• Réfraction
• Diffusion

18
La propagation en espace libre

• Le bruit en radio

bruit
19
La propagation en espace libre

• Les sources de bruit
• Bruit galactique (15MHz,100GHz)
• Bruit thermique (Johnson)
• bruit blanc jusquaux infrarouges...
• Bruit artificiel
• évolutif, non prédictible...

20
Niveau de bruit relatif au bruit thermique
21
Exemple de brouillage cellulaire
-120dBm
-90dBm
22

• Propagation en environnement réel
• réflexions
• diffraction
• effets par blocs (clutter)

23
(No Transcript)
24
La propagation en env. réel
Réflexion
Plan d incidence
Le champ électrique, qui est orthogonal à la
direction de propagation, peut être dans le plan
d incidence, ou orthogonal (ondes TE ou TM)
25
Réflexion

• Onde TE (polarisation E, ou horizontale)

Propagation et réflexion sur une interface
trièdre direct E,H,v
Hi
Hr
Impédance donde
Ei
Er
qi
qr
qt
Ht
Et
26
Réflexion

• Interface entre 2 diélectriques

A l interface entre 2 diélectriques (µ0, e1),
(µ0, e2), on a - continuité des
composantes tangentielles - loi de
Snell-Descartes
Hi
Hr
Ei
Er
qi
qr
qt
Ht
Et
27
Réflexion

• Interface air-sol parfait
• En incidence rasante
• q -gt0 G -gt -1

E1
E2
E2
28
Réflexion

• Interface avec un plan conducteur

A l interface avec un conducteur parfait, on a
- composante tangentielle de E nulle
- loi de Snell-Descartes
Hi
Hr
Ei
Er
qi
qr
principe de l antenne image, cf. TD1
29
Réflexion

• Onde TM (polarisation H, ou verticale)

Propagation et réflexion sur une interface
trièdre direct E,H,v
Ei
Er
Impédance donde
Hi
Hr
qi
qr
qt
Et
Ht
30
Réflexion

• Interface entre 2 diélectriques

A l interface entre 2 diélectriques (µ0, e1),
(µ0, e2), on a - continuité des
composantes tangentielles - loi de
Snell-Descartes
Ei
Er
Hi
Hr
qi
qr
qt
Et
Ht
31
Réflexion

• Interface air-sol parfait
• En incidence rasante
• q -gt0 G -gt -1

E1
E2
E2
32
Réflexion

• Interface avec un plan conducteur

A l interface avec un conducteur parfait, on a
- composante tangentielle de E nulle
- loi de Snell-Descartes
Ei
Er
Hi
Hr
qi
qr
principe de l antenne image, cf. TD2
33
Réflexion sur le sol
34
Réflexion sur le sol
d
ht-hr
ELOS
ht
d
EGND
hr
hthr
ht
pour dgtgt ht,hr
Amplitude du champ
35
Exemple ht30m, hr1.5m
36
Réflexion sur le sol
Si
Alors la fonction de transfert devient
37
Exemple ht30m, hr1.5m
38
Réflexion sur le sol
8 pour 1 antenne à 30m de hauteur, et le
récepteur à 2m du sol A partir de quelle
distance lexpression approchée est valable.
Tracez en fonction de la distance, la courbe
réelle et approchée de la puissance reçue.
Conclusions 8 reprendre le problème de
dimensionnement, (slide23). Quel est la
conséquence de la réflexion au sol sur le
dimensionnement ? Conclusions sur limportance
ou non de prendre en compte ce facteur.
39
La propagation en env. réel
Diffraction
Diffraction
40
10,3 dB
250
250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0
km
0
1
2
3
4
5
6
7
41
Diffraction
?
42
La propagation en env. réel
Diffraction
Paramètre de Fresnel
43
Diffraction
Principe d Huygens
44
Diffraction
Zones de Fresnel
45
Diffraction
Ensemble des points correspondant à un même
déphasage
Ellipsoïde de Fresnel
46
Diffraction
rn3
rn1
rn-1
47
Diffraction
Exemple de recherche sur un profil
11,5 dB
700
700
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
0
km
0
5
10
15
48
Diffraction
49
La propagation en env. réel

• Effets particuliers (forêts, mer, montagne

50
La propagation en milieu urbain

• Milieu urbain
• - réflexions multiples
• - diffractions multiples
• - géométrie 3D
• - influence de la polarisation

51
(No Transcript)
52
La propagation en milieu urbain

• Milieu indoor mêmes remarques
• - réflexions multiples
• - diffractions multiples
• - géométrie 3D
• - influence de la polarisation
• à une échelle plus petite...

53
(No Transcript)
54
Propagation synthèse

• Affablissement (profile)
• libre 20dB/dec (en fréquence et en distance)
• (sol) 40dB/dec (gt3km, en distance)
• arbres, mesures expérimentales...
• Diffraction
• modifications de la couverture
• approximation

55
(No Transcript)