ITU-R F 1108-4 FRENCH-2005 Determination of the criteria to protect fixed service receivers from the emissions of space stations operating in non-geostationary orbits in shared fre.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1108-4 1 RECOMMANDATION UIT-R F.1108-4 Dtermination des critres ncessaires la protection des rcepteurs du service fixe des missions de stations spatiales oprant sur des orbites non gostationnaires dans des bandes de frquences partages (Questions UIT-R 118/9 et UIT-R 113/9) (1994-1995-1

2、997-2002-2005) Domaine de comptence Cette Recommandation contient diffrentes mthodes permettant de dterminer les critres de protection des rcepteurs du service fixe vis-vis des missions de stations spatiales oprant sur des orbites non gostationnaires dans des bandes de frquences utilises en partage,

3、 y compris des orbites fortement elliptiques. LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que la Confrence administrative mondiale des radiocommunications charge dtudier les attributions de frquences dans certaines parties du spectre (Malaga-Torremolinos, 1992) (CAMR-92) a attribu des s

4、ervices par satellite, titre primaire avec galit des droits, des portions de spectre galement attribues au service fixe; b) que les exploitants des services par satellite souhaiteront peut-tre exploiter des stations spatiales sur des orbites non gostationnaires (non OSG); c) que les missions de stat

5、ions spatiales non OSG et partageant la mme portion de spectre risquent de brouiller les stations de rception du service fixe; d) qutant donn la grande visibilit gographique des missions produites par des stations spatiales non OSG, la coordination de lutilisation des frquences avec des stations du

6、service fixe risque de ne pas tre possible; e) que les systmes du service fixe doivent satisfaire aux exigences de qualit de fonctionnement dans les conditions du mois le plus dfavorable; f) que la dgradation de la qualit de fonctionnement dun systme du service fixe dpend de la somme des dgradations

7、 dues aux missions de toutes les stations spatiales qui sont visibles par lui; g) quil est possible dtudier la puissance surfacique la surface de la Terre des missions de stations spatiales non OSG en appliquant des mthodes statistiques aux rsultats de simulations par ordinateur, recommande 1 que le

8、s critres de partage de frquences applicables des systmes du service fixe partageant des portions de spectre avec des stations spatiales non OSG tiennent compte de la puissance surfacique totale des missions produites par lensemble des stations spatiales visibles des stations du service fixe en un q

9、uelconque point de la Terre; 2 Rec. UIT-R F.1108-4 1.1 que le niveau de brouillage tolrable soit dfini en termes de puissance surfacique (W/m2), dans une largeur de bande agre; 2 que des limites de puissance surfacique soient dtermines sur la base dune application statistique des principes noncs dan

10、s la Recommandation UIT-R F.758, dans le cas de systmes hertziens fixes (FWS, fixed wireless systems) numriques, et dans la Recommandation UIT-R SF.357, dans celui de FWS analogiques (mthode ltude); 3 quil soit dment tenu compte du fait que la Recommandation UIT-T G.826 (dont dcoulent les Recommanda

11、tions UIT-R F.1397 et UIT-R F.1491) impose des objectifs de performance derreur plus stricts pour les FWS numriques; 4 que les limites de la puissance surfacique tiennent compte des paramtres des orbites des stations spatiales utilisant la bande; 4.1 que les mthodes prsentes lAnnexe 1 puissent tre u

12、tilises pour dterminer les statistiques de visibilit des stations spatiales oprant sur des orbites circulaires; 4.2 que la dgradation de la qualit de fonctionnement des systmes analogiques due aux missions dune seule ou de plusieurs stations spatiales soit dtermine laide des mthodes dcrites lAnnexe

13、2; 4.3 que la dgradation de la qualit de fonctionnement des systmes numriques due aux missions dune seule ou de plusieurs stations spatiales soit dtermine laide des mthodes dcrites lAnnexe 3 (voir la Note 1); 4.4 que les mthodes dcrites dans lAnnexe 4 soient utilises pour dterminer les effets produi

14、ts par les missions dune seule ou de plusieurs stations spatiales sur les systmes numriques fonctionnant en mode diversit (voir la Note 2); 4.5 que les considrations dveloppes dans lAnnexe 5 soient prises en compte pour valuer la non-uniformit du brouillage au cours dun mois quelconque; 4.6 que la m

15、thodologie expose dans lAnnexe 6 soit applique pour dterminer la distribution cumulative du rapport de la puissance reue la somme des puissances du bruit et du brouillage, ainsi que la diminution correspondante de la marge de protection contre les vanouissements due aux missions dune seule ou de plu

16、sieurs stations spatiales (voir la Note 3); 4.7 que lAnnexe 7 fournit un exemple de mthode pouvant tre utilise pour valuer les brouillages causs une station du service fixe par une constellation de satellites non OSG oprant sur des orbites circulaires ou elliptiques, y compris des orbites fortement

17、elliptiques (HEO). NOTE 1 Le critre de dgradation relative de la qualit de fonctionnement (FDP), labor dans la prsente Recommandation, peut tre appliqu aux systmes du service fixe qui fonctionnent sur des frquences pour lesquelles la propagation par trajets multiples est la principale cause dvanouis

18、-sement des signaux. Un complment dtude est ncessaire pour les trajets sur lesquels la cause principale est laffaiblissement d la pluie. Lvaluation des effets du brouillage de courte dure (voir le 4 de lAnnexe 3) ncessite galement un complment dtude. NOTE 2 La diversit nest gnralement pas utilise au

19、x frquences infrieures 3 GHz. On y a recours le plus frquemment aux frquences pour lesquelles il y a prdominance des vanouis-sements dus la propagation par trajets multiples. NOTE 3 La mthodologie expose dans lAnnexe 6 peut tre applique dans les ngociations bilatrales, pour valuer le brouillage de c

20、ourte dure ou la probabilit de brouillage. Rec. UIT-R F.1108-4 3 Annexe 1 Dtermination de la statistique de visibilit, depuis une station de Terre, de stations spatiales oprant sur des orbites circulaires non gosynchrones 1 Introduction Pour laborer des critres de partage entre des satellites en orb

21、ite terrestre basse (LEO) et des systmes du service fixe, il est ncessaire de dterminer, dune part, selon quelle frquence un satellite sera visible, quelle que soit la direction, dune station de Terre particulire ou dune position donne et, dautre part, quelle sera lintensit du brouillage reu de ce s

22、atellite. Lobjet de la prsente Annexe est dlaborer les quations ncessaires pour simuler le fonctionnement dun satellite LEO et donc les statistiques indispensables. Ce travail est suffisamment gnral pour que les rsultats puissent tre appliqus soit un modle alatoire, soit un modle volutif dans le tem

23、ps. Le 2 de la prsente Annexe est consacr une laboration des quations de mouvement dun satellite, sur une orbite circulaire, dans un systme de coordonnes inertielles. Au 3, ces quations sont transformes dans un systme de coordonnes fixes sur Terre. Lazimut et la distance du point subsatellite par ra

24、pport un point la surface de la Terre sont dtermins au 4. Le 5 donne les expressions des angles dlvation et de dpointage du satellite ainsi quun critre simple pour tester la visibilit dun satellite qui est au-dessus dun point particulier de la Terre. Un systme de coordonnes sphriques droit, gocentr

25、(r, , ) est utilis tout au long de la prsente Annexe comme repre, o r est la distance depuis lorigine, est la distance angulaire depuis le ple Nord et langle par rapport au ple. 2 Le satellite dans le cadre inertiel Pour dterminer la position du satellite dans le cadre inertiel, il faut commencer pa

26、r dterminer sa position dans le plan orbital. Pour un corps en orbite circulaire autour de la Terre, cette opration fait intervenir les quatre paramtres orbitaux de Kepler suivants: Rs : rayon de lorbite, soit la distance du centre de la Terre au satellite I : angle dinclinaison (rad), soit langle c

27、ompris entre le plan orbital et le plan quatorial de la Terre. Il mesure de 0 et est infrieur /2 si le satellite est orient vers lest au moment o il coupe le plan quatorial du sud au nord, et est suprieur /2 si le satellite est orient vers louest au moment o il coupe le plan quatorial du sud au nord

28、 s: distance angulaire (rad) le long du plan quatorial comprise entre la rfrence zro et la position du nud ascendant, soit lintersection o le plan du satellite coupe le plan quatorial du sud au nord M : anomalie moyenne (rad), soit larc angulaire dans le plan orbital du satellite mesur entre le nud

29、ascendant et la position du satellite. Pour dterminer les coordonnes du satellite dans le systme de coordonnes sphriques inertielles, il faut tout dabord dterminer la position du satellite par rapport au rfrentiel 0ainsi que la position angulaire ou longitude du nud ascendant, mesures lest du premie

30、r point du Blier. La position du point subsatellite est repre par set 0. 4 Rec. UIT-R F.1108-4 Ces coordonnes peuvent tre dtermines par une gomtrie sphrique (voir la Fig. 1). En appliquant la loi des cosinus larc son obtient cos s= sin M sin I, tant dfini dans lintervalle (0, ): s= arccos (sin M sin

31、 I ) (1) 1108-01M0s/2/2 IPle nordPoint subsatelliteNoeud ascendantFIGURE 1Triangle sphrique du satellite dans le cadre inertielDe mme, en appliquant la loi des cosinus larc M, on obtient cos M = sin scos 0. Lquation suivante donne les valeurs de 0pour toute la fourchette (, 2): RE/ Rs= (13) En utili

32、sant ensemble les quations (13) et (9), il est possible dlaborer une expression de la gamme des longitudes se trouvant lintrieur de ce cercle de visibilit pour une valeur particulire de la latitude du point subsatellite ou de lanomalie moyenne. Les quations (10), (11) et (12) doivent donc tre values

33、 uniquement dans des conditions pouvant tre prdtermines. Annexe 2 Simulation des brouillages causs par des satellites LEO sur des trajets hertziens fixes analogiques 1 Introduction La prsente Annexe dcrit un programme machine mettant en uvre les relations mathmatiques exposes lAnnexe 1. Ce programme

34、 peut tre utilis comme outil danalyse pour examiner les brouillages subis par des rseaux fixes hertziens analogiques simuls partageant des portions de spectre avec des satellites LEO reprsentatifs de ceux susceptibles dtre exploits dans des bandes au-dessous de 3 GHz. Un certain nombre dexemples de

35、scnarios de partage sont prsents, accompagns de leurs rsultats. 8 Rec. UIT-R F.1108-4 2 Description du modle Le programme simule mathmatiquement le trajet dune constellation de satellites LEO en tenant compte de la rotation de la Terre et des effets de prcession de lorbite. On calcule les brouillage

36、s causs, pour chaque mouvement de 1/2 du satellite dans la constellation, chaque rcepteur fixe hertzien dune concentration de trajets hertziens fixes distribus alatoirement. Le programme accumule des donnes de densit de brouillages pour chaque trajet hertzien fixe pendant la dure de la simulation. I

37、l convertit ensuite ces donnes en une distribution de probabilits correspondant chaque trajet afin de permettre den analyser sparment la qualit de fonctionnement. Les rsultats des exemples de scnarios dcrits ici sont enfin compars avec les exigences de qualit de fonctionnement de rfrence tablies dan

38、s la Fig. 1 de la Recommandation UIT-R SF.357. Celle-ci propose des critres de partage de rfrence en cas de brouillages uniquement pour des systmes analogiques. 2.1 Entres La simulation permet loprateur de slectionner les paramtres suivants: frquence; latitude et longitude du centre des trajets hert

39、ziens fixes (droites quivalentes); gain dantenne de rception du systme hertzien fixe; nombre de trajets radiolectriques analyser; altitude de lorbite du satellite (identique pour chaque satellite); nombre de plans orbitaux satellitaires; longitude du nud ascendant pour chaque plan; inclinaison de lo

40、rbite (identique pour chaque plan); nombre de satellites par plan (identique pour chaque plan); niveau de puissance surfacique pour de grands angles dincidence; niveau de puissance surfacique pour de petits angles dincidence; dure (jours) de la simulation. Le modle tient compte des hypothses suivant

41、es: en ce qui concerne le systme hertzien fixe: 50 bonds, trajet de 2 500 km, les directions des bonds sont slectionnes selon des mthodes Monte Carlo. Temprature du bruit du rcepteur = 1 750 K. Le bruit thermique dans la bande de base de 4 kHz est de 25 pW par bond. Caractristiques de lantenne de rc

42、eption selon la Recommandation UIT-R F.699. Pertes (alimentation, conversion) de 3 dB. en ce qui concerne le systme satellites: Orbite circulaire uniquement. Puissance surfacique (pfd) limite au gabarit suivant: pfdlowpour 0 5 pfd = pfdlow+ 0,05 (pfdhi pfdlow) ( 5) pour 5 Brouillage (pW0p)Frquence =

43、 1,5 GHzFrquence = 2,0 GHzFrquence = 2,5 GHzFIGURE 5Niveaux de brouillage du service fixe en fonction de la frquence (800 km,faisceaux de 50 bonds, gain dantenne = 33 dB, latitude 40,puissance surfacique = 154/144 dB(W/(m2 4 kHz)Rec. UIT-R F.1108-4 11 1108-0611025252525252510 110 210 310 410 5251101

44、0210310410525 25 25 2510FIGURE 6Niveaux de brouillage en fonction de laltitude et de la puissance surfacique(faisceaux hertziens de 50 bonds, latitude 40, 2 GHz)ProbabilitI Brouillage (pW0p)Puissance surfacique = 154/144 dB(W/(m2 4 kHz), altitude = 10 300 kmPuissance surfacique = 144/144 dB(W/(m2 4

45、kHz), altitude = 800 kmPuissance surfacique = 144/144 dB(W/(m2 4 kHz), altitude = 10 300 kmPuissance surfacique = 154/144 dB(W/(m2 4 kHz), altitude = 800 kmLe groupe des trois courbes infrieures de la Fig. 7 reprsente les distributions des brouillages reus des latitudes diffrentes de satellites isol

46、s placs sur des orbites forte inclinaison (80). Il est intressant dobserver ici que si le trac des courbes tait extrapol sur laxe des y pour X = 0, le rsultat reprsenterait approximativement la proportion du temps pendant laquelle les satellites taient visibles des systmes du service fixe aux latitu

47、des indiques. A contrario, linverse de ce nombre correspondrait approximativement au nombre de satellites ncessaires pour quun seul satellite soit visible en permanence. Il ressort dune observation approfondie du trac des courbes de la Fig. 7 quil faudrait disposer dun nombre moins grand de satellites pour illuminer en permanence des systmes situs des latitudes leves; en effet, il apparat que la distribution correspondant des trajets hertziens fixes situs la latitude de 65 coupe laxe des y en un point beaucoup plus