ITU-R F 1569 FRENCH-2002 Technical and operational characteristics for the fixed service using high altitude platform stations in the bands 27 5-28 35 GHz and 31-31 3 GHz《使用工作在27 5.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1569 1 RECOMMANDATION UIT-R F.1569 Caractristiques techniques et dexploitation du service fixe utilisant des stations places sur des plates-formes haute altitude dans les bandes 27,5-28,35 GHz et 31-31,3 GHz (Question UIT-R 212/9) (2002) LAssemble des radiocommunications de lUIT, consi

2、drant a) que de nouvelles techniques faisant intervenir des stations places sur des plates-formes haute altitude (HAPS) dans la stratosphre sont en cours de mise au point; b) que la Confrence mondiale des radiocommunications (Genve, 1997) (CMR-97) a prvu des dispositions en vue du fonctionnement des

3、 systmes HAPS dans le cadre du service fixe dans les bandes 47,2-47,5 GHz et 47,9-48,2 GHz; c) que, tant donn la plus grande sensibilit des bandes de 47 GHz au phnomne daffaiblissement d la pluie dans les pays numrs aux numros 5.537A et 5.543A du Rglement des radiocommunications (RR), la gamme de fr

4、quences 18-32 GHz a t tudie par lUIT afin dy identifier ventuellement des ressources radiolectriques supplmentaires; d) que la Confrence mondiale des radiocommunications (Istanbul, 2000) (CMR-2000) a adopt une disposition en vue de lutilisation de stations HAPS du service fixe dans les bandes 27,5-2

5、8,35 GHz et 31-31,3 GHz dans certains pays, condition quelles ne causent pas de brouillage, ni ne demandent bnficier dune protection, cela afin de rgler les problmes daffaiblissement d la pluie associs aux bandes 47 GHz (numro 5.537A et 5.543A du RR), sous rserve que lutilisation de la bande 31-31,3

6、 GHz soit limite sa moiti infrieure (31-31,15 GHz) jusqu la tenue de la CMR-03; e) que la Rsolution 122 (Rv.CMR-2000) invite instamment tudier les questions techniques, de partage et de rglementation afin de dterminer les critres dexploitation des stations HAPS dans les bandes vises au considrant d)

7、 ci-dessus; f) que la bande 31,3-31,8 GHz est attribue au service de radioastronomie, dexploration de la Terre par satellite (passive) et de recherche spatiale (passive) et quil est ncessaire de protger de faon approprie ces services contre les rayonnements non dsirs des stations au sol HAPS exploit

8、es dans la bande 31-31,3 GHz, compte tenu du numro 5.340 du RR et des critres de brouillage indiqus dans les Recommandations UIT-R SA.1029 et UIT-R RA.769, notant a) que les rcepteurs des systmes sur HAPS exploits dans les bandes 27,5-28,35 GHz et 31-31,3 GHz sont conus pour fonctionner en prsence d

9、un brouillage composite maximum dun niveau atteignant 10% du bruit thermique du systme rcepteur au niveau des plates-formes et des stations au sol HAPS, 2 Rec. UIT-R F.1569 recommande 1 que les systmes HAPS utilisant les bandes 27,5-28,35 GHz et 31-31,3 GHz soient exploits entre les altitudes de 20

10、et 25 km; 2 que le facteur de rutilisation des frquences de la cellule illumine par les faisceaux ponctuels de lantenne HAPS soit au moins gal 4 dans les bandes 27,5-28,35 GHz et 31-31,3 GHz (voir la Note 1); 3 que laffaiblissement du signal d leffet dcran de la coque mtallise du dirigeable dans la

11、bande de frquences 18-32 GHz soit calcul sur la base des relations suivantes: 180120pourdB1512090pourdB)90(5,0900pourdB0avec langle sparant la direction considre du nadir du systme HAPS; 4 quune technique de rgulation automatique de la puissance dmission (RAPE) puisse tre utilise pour contribuer rdu

12、ire la probabilit de brouillage inacceptable des autres services et amliorer la disponibilit de la liaison dans le systme HAPS; 5 que la limite suprieure du nombre de porteuses mettant simultanment au niveau de la station au sol du systme sur HAPS, dtermine par la largeur de bande disponible de la l

13、iaison montante et par la largeur de bande de chaque signal metteur, soit prise en considration dans les tudes de partage; 6 que le systme sur HAPS dcrit lAnnexe 1 soit utilis pour les tudes appropries ralises au sein de lUIT-R dans les bandes 27,5-28,35 GHz et 31-31,3 GHz. NOTE 1 Lexpression facteu

14、r de rutilisation des frquences employe au recommande 2 dsigne le nombre de sous-bandes de frquences obtenu en subdivisant la bande initiale, afin dassurer lefficacit dutilisation des frquences dans un systme de communication configuration cellulaire. Par exemple, si le facteur de rutilisation des f

15、rquences est gal 4, lune des sous-bandes de la bande de frquences divise est utilise nouveau dans une cellule sur quatre. ANNEXE 1 Paramtres techniques types pour le service fixe utilisant des HAPS dans les bandes 27,5-28,35 GHz et 31-31,3 GHz 1 Introduction Cette Annexe dfinit des caractristiques t

16、echniques types pour le service fixe utilisant des stations HAPS dans la gamme de frquences 18-32 GHz et principalement dans les bandes 27,5-28,35 GHz et 31-31,3 GHz susceptibles dtre utilises dans les tudes appropries. Rec. UIT-R F.1569 3 2 Description dun exemple type de systme sur HAPS Un exemple

17、 type de systme sur HAPS fonctionnant dans la gamme de frquences 18-32 GHz peut prsenter les caractristiques suivantes: station HAPS installe sur un dirigeable rgl pour conserver un emplacement nominal fixe une altitude de 20 25 km; alimentation lectrique du dirigeable suffisante pour assurer la mai

18、ntenance du systme et lexcution des oprations de tlcommunication partir des batteries solaires installes sur la surface suprieure du dirigeable et des batteries secondaires recharges dans la journe en vue de leur utilisation nocturne; dirigeable quip dune antenne multifaisceaux sa partie infrieure,

19、assurant des liaisons daccs vers les stations au sol, selon un certain angle dlvation minimum; chaque faisceau produit par lantenne multifaisceaux correspond une cellule au sol, comportant un facteur de rutilisation des frquences au moins gal quatre; le gaz du dirigeable est contenu dans une envelop

20、pe en matriau stratifi, comportant une couche mtallique, par exemple en aluminium, cense arrter les ondes lectromagntiques aux frquences voisines de 18-32 GHz ou suprieures; le dploiement de plusieurs dirigeables permet de couvrir une vaste tendue au sol et les stations embarques sont connectes entr

21、e elles par des liaisons sans fil, par exemple des liaisons par onde optique, de faon constituer un rseau maill entirement sans fil. La Fig. 1 reprsente un systme de tlcommunication utilisant des stations HAPS. Deux exemples correspondant des angles dlvation minimaux de 20 et 40 sont reprsents. 1569

22、-01110 km (48 km)20 (40) 20kmFIGURE 1Systme de tlcommunication utilisant des stations HAPSLiaison optiqueentre plates-formesHAPSFormation defaisceaux multiplesZone desservie367 faisceaux(70 faisceaux)4 Rec. UIT-R F.1569 3 Altitude des stations HAPS Le numro 1.66A du RR dfinit pour les stations HAPS

23、une altitude comprise entre 20 et 50 km. La couverture en visibilit directe dune station HAPS augmente en fonction de laltitude. Toutefois la densit atmosphrique diminue notablement aux altitudes plus importantes. Le Tableau 1 indique la densit et la pression atmosphriques en fonction de laltitude.

24、A une altitude de 50 km, la densit atmosphrique est trs infrieure celle observe 20 km, puisque le rapport des densits correspondantes est denviron 1/90. Autrement dit un dirigeable plac une altitude de 50 km a besoin de 90 fois plus dhlium qu une altitude de 20 km, ce qui exige une longueur de coque

25、 multiplie par 4,5 (airship body). Sil faut un dirigeable de 200 m de long plac une altitude de 20 km pour transporter un certain poids, pour transporter le mme poids une altitude de 50 km il faut un dirigeable de 900 m de long. Or, les technologies disponibles tant actuellement que dans un proche a

26、venir ne permettent absolument pas de construire un dirigeable aussi gigantesque. TABLEAU 1 Densit et pression atmosphriques dans la stratosphre La Fig. 2 reprsente un profil du vent moyen dans la haute atmosphre. Au voisinage des altitudes comprises entre 20 et 25 km, la vitesse du vent passe par u

27、n minimum local; elle augmente ensuite au-del de 25 km et atteint une altitude de 50 km une valeur quatre fois suprieure celle observe 20 km. Le maintien en position du dirigeable contre le vent, en un point fixe nominal, exige une puissance de propulsion nettement plus leve, laquelle exige son tour

28、 des batteries plus lourdes pour assurer lexploitation nocturne. De ce point de vue, lexploitation dun dirigeable une altitude infrieure 25 km se justifie dans ltat actuel de la technologie. Il ressort des considrations ci-dessus que laltitude dune station HAPS ne dpasse pas environ 25 km pour des r

29、aisons techniques. 4 Valeur minimum de langle dlvation oprationnel La valeur minimum de langle dlvation oprationnel dtermine la zone desservie par une station HAPS donne. La zone desservie est dautant plus tendue que langle dlvation minimum suppos est plus petit; toutefois, le trajet expos aux vanou

30、issements dus la pluie est allong et la p.i.r.e. requise augmente, puisquil faut augmenter la marge de protection correspondante. Altitude (km) Densit atmosphrique (kg/m3) Pression (hpa) 0 1,22 1 013 15 0,195 121 20 0,0889 55,3 25 0,0401 25,5 30 0,0184 12 50 0,00103 0,798 Rec. UIT-R F.1569 5 La vale

31、ur minimum type de langle dlvation oprationnel pour un systme sur HAPS utilisant les bandes 28/31 GHz peut dpasser 20. Une station exploite selon un angle dlvation plus petit doit tre dote dune p.i.r.e. plus leve pour les liaisons montantes et descendantes, en raison de la longueur accrue du trajet

32、de propagation et de lintensification de lattnuation due la pluie. Il pourrait en outre en rsulter des difficults de partage des frquences entre le systme sur HAPS et dautres systmes, notamment des systmes satellites, des systmes du service fixe, des services scientifiques spatiaux, etc. De plus, le

33、s zones dombre cres par les btiments ou le relief altrent la disponibilit locale aux angles dlvation rduits dans les zones urbaines ou les rgions montagneuses. Des angles dlvation infrieurs 20 peuvent tre utiliss si les conditions suivantes sont observes: les p.i.r.e. des liaisons montantes et desce

34、ndantes selon un angle dlvation suprieur 20 sont maintenues des valeurs constantes et peuvent tre renforces uniquement pour les liaisons utilisant un angle dlvation plus petit; la dtermination dune valeur minimum de langle dlvation adapte aux conditions dexploitation doit observer les critres de par

35、tage avec les autres services prsents dans chaque zone; et une RAPE est utilise de faon approprie sur les liaisons montantes et descendantes. Lutilisation dune plus grande valeur de langle dlvation minimum, par exemple 40, est galement possible afin de limiter le brouillage caus /par dautres service

36、s et de faon amliorer la disponibilit de lemplacement eu gard aux zones dombre cres par les btiments ou le relief. Plus langle dlvation minimum est important, plus il faudra de stations HAPS pour couvrir une certaine zone au sol, tandis que le nombre total de faisceaux ponctuels pour lensemble des s

37、tations HAPS demeure inchang. 5 Antenne multifaisceaux embarque Le choix dune antenne faisceaux multiples (antenne multifaisceaux) est prfrable pour pouvoir couvrir un grand nombre de stations au sol dabonns au moyen dune seule station HAPS avec un rendement lev de rutilisation des frquences. La Fig

38、. 3 reprsente un exemple type de zone desservie par une antenne multifaisceaux, lorsque langle dlvation minimum est de 20. Le nombre de faisceaux ponctuels est gal 367. Chaque faisceau individuel dessert en loccurrence une zone dtendue identique (jusqu 6 km de diamtre). Il suffit cet effet dattribue

39、r chaque faisceau ponctuel un gain dantenne diffrent en fonction de son angle dlvation (Tableau 2) et dutiliser des diagrammes de faisceau elliptiques. Cette conception multifaisceaux rduit le brouillage caus /par dautres services sur les trajets aux faibles angles dlvation, puisque les faisceaux la

40、 limite de la zone de couverture et petit angle dlvation se caractrisent par un gain lev, une ouverture plus troite et une plus faible valeur des lobes latraux par comparaison aux faisceaux voisins du centre de la zone desservie. Le bilan de la liaison suppose un gain de 3 dB au bord du faisceau pon

41、ctuel. La Fig. 4 reprsente un exemple de diagramme de faisceau elliptique relatif au faisceau ponctuel (angles dlvation de 20 et 90). Le diagramme de rayonnement relatif au faisceau ponctuel dont langle dlvation est de 90 est indiqu dans la Recommandation UIT-R F.1245 qui correspond un faisceau circ

42、ulaire. Les diagrammes elliptiques relatifs aux faisceaux ponctuels, dont langle dlvation est infrieur 90, sont obtenus par modification des diagrammes de rayonnement de rfrence indiqus dans la6 Rec. UIT-R F.1569 Recommandation UIT-R F.1245. Il sagit de deux diagrammes de la Recommandation UIT-R F.1

43、245 relatifs au grand axe et au petit axe de lellipse. Pour les tudes de partage utilisant la valeur du lobe latral de ce diagramme elliptique, il est prfrable des fins de scurit de considrer le lobe latral du grand axe, mme sil sagit de celui du petit axe (trait plein de la Fig. 4). Le diagramme de

44、 la Recommandation UIT-R F.1245 est galement applicable sans modification lantenne de la station au sol HAPS. 1569-02020406080120100806040200FIGURE 2Profil de vent moyen dans la haute atmosphreRgions de tempratureThermosphreMsosphreStratosphreTroposphreMinimumMaximumMinimumIntensit gnrale des vents

45、zonaux dans la haute atmosphre - rpartition verticale 45 N en janvier (Atmosphre de rfrence internationale du Comit de la recherchespatiale, Akademie-Verlag, 1972)Vent zonal, W E (m/s)Msosphrestratosphresystmededtection desventsHauteur(km)1569-03FIGURE 3Exemple de zone desservie illumine par une ant

46、enne multifaisceaux embarque bord dune station HAPS, exploite dans les bandes 28/31 GHz(Faisceaux ponctuels desservant des zones identiques)Rec. UIT-R F.1569 7 TABLEAU 2 Exemple de valeurs de gain attribues aux faisceaux ponctuels 1569-040 102030405040302010010Angle hors axe (degrs)Gain(dB)Courbe de

47、 rfrence grand axe, angle dlvation = 20Courbe ajuste petit axe, angle dlvation = 20Courbe de rfrence petit axe/grand axe, angle dlvation = 90FIGURE 4Gabarit elliptique type dun faisceau ponctuel(angle dlvation = 20 et 90)Le facteur de rutilisation des frquences des faisceaux ponctuels est suppos gal quatre pour les tudes de partage, puisque la liaison descendante de la station HAPS risque alors de causer le niveau de brouillage global le plus prjudiciable dautres services coprimaires. Il peut savrer d