ITU-R F 1569 SPANISH-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 .pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1569 1 RECOMENDACIN UIT-R F.1569 Caractersticas tcnicas y operacionales para el servicio fijo que utiliza estaciones situadas en plataformas a gran altitud en las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz (Cuestin UIT-R 212/9) (2002) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando

2、 a) que se est desarrollando una nueva tecnologa en la que se utilizan estaciones situadas en plataformas a gran altitud (HAPS), en la estratosfera; b) que la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones (Ginebra, 1997) (CMR-97) adopt disposiciones para la explotacin de las HAPS en el servicio fijo, e

3、n las bandas 47,2-47,5 GHz y 47,9-48,2 GHz; c) que como las bandas de 47 GHz son ms susceptibles a la atenuacin debida a la lluvia en los pases enumerados en los nmeros 5.537A y 5.543A, del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) el UIT-R ha estudiado la gama de frecuencias 18-32 GHz para la posible

4、identificacin de espectro adicional; d) que la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones (Estambul, 2000) (CMR-2000) adopt una disposicin para la utilizacin de las HAPS en el servicio fijo, en las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz en ciertos pases, sobre una base de ausencia de interferencia y de

5、 proteccin, a fin de abordar los aspectos de la atenuacin debida a la lluvia asociados a las bandas de 47 GHz (vanse los nmeros 5.537A y 5.543A del RR), a condicin de que la utilizacin de la banda 31-31,3 GHz se limite a la mitad inferior de dicha banda (31-31,15 GHz) hasta la CMR-03; e) que la Reso

6、lucin 122 (Rev.CMR-2000) solicita la realizacin urgente de estudios sobre los temas tcnicos, de comparticin y reglamentarios, a fin de determinar criterios para la explotacin de las HAPS en las bandas a las que se refiere el considerando d) anterior; f) que la banda 31,3-31,8 GHz est atribuida a la

7、radioastronoma, al servicio de explotacin de la Tierra por satlite (SETS) (pasivo) y al servicio de investigacin espacial (pasivo), y que es necesario proteger adecuadamente estos servicios de las emisiones no deseadas procedentes de las estaciones HAPS en el suelo que funcionan en la banda 31-31,3

8、GHz, teniendo en cuenta el nmero 5.340 del RR y los criterios de interferencia que figuran en las Recomenda-ciones UIT-R SA.1029 y UIT-R RA.769, observando a) que los receptores de los sistemas basados en las HAPS en las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz estn diseados para funcionar sometidos a la

9、 interferencia mxima combinada del 10% del ruido trmico del sistema receptor en las plataformas HAPS y en las estaciones del sistema HAPS situadas en el suelo, 2 Rec. UIT-R F.1569 recomienda 1 que las HAPS que utilizan las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz funcionen a una altitud comprendida entre

10、 20 y 25 km; 2 que el factor de reutilizacin de frecuencias de la clula iluminada por los haces puntuales de las antenas HAPS sea igual o superior a cuatro en las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz (vase la Nota 1); 3 que la atenuacin de la potencia de la seal debida al efecto de apantallamiento de

11、l cuerpo de la nave area con recubrimiento metlico en la gama de frecuencias 18-32 GHz se calcule mediante las ecuaciones siguientes: 180120paradB1512090paradB)90(5,0900paradB0donde es el ngulo de separacin entre la direccin de inters y la del nadir de la HAPS; 4 que se utilice la tcnica de control

12、automtico de la potencia de transmisin (ATPC) para reducir la probabilidad de causar interferencia inaceptable a otros servicios y para aumentar la disponibilidad del enlace en el sistema basado en la HAPS; 5 que para el estudio de comparticin se tenga en cuenta el lmite superior del nmero de portad

13、oras que transmiten simultneamente a la estacin HAPS situada en el suelo, y que viene determinado por la anchura de banda disponible en el enlace ascendente y la anchura de banda de cada seal de transmisin; 6 que para los estudios pertinentes del UIT-R en las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz se u

14、tilice el sistema basado en las HAPS del Anexo 1. NOTA 1 La expresin factor de reutilizacin de frecuencias del recomienda 2 se refiere al nmero de subbandas de frecuencia para la utilizacin eficaz de las frecuencias en el sistema de comunicaciones con configuracin celular. Por ejemplo, cuando el fac

15、tor de reutilizacin de frecuencias es cuatro, se utiliza repetidamente una de las subbandas de frecuencias cada cuatro clulas. ANEXO 1 Parmetros tcnicos tpicos para el servicio fijo que utiliza HAPS en las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz 1 Introduccin Este Anexo ofrece las caractersticas tcnicas

16、 tpicas para el servicio fijo que utiliza HAPS en la gama de frecuencias de 18-32 GHz, centrndose en las bandas 27,5-28,35 GHz y 31-31,3 GHz que pueden utilizarse en los estudios pertinentes. Rec. UIT-R F.1569 3 2 Descripcin de un sistema tpico basado en las HAPS Un sistema HAPS tpico con funcionami

17、ento en la gama de frecuencias 18-32 GHz puede presentar los aspectos siguientes: una HAPS se monta en una nave area controlada que se sita en un punto nominal fijo a una altitud comprendida entre 20 y 25 km; la nave area se alimenta con la energa elctrica necesaria para el mantenimiento del sistema

18、 y el funcionamiento de la misin de comunicaciones, a partir de bateras solares que van en la superficie superior de la nave area y con bateras secundarias que se cargan para la utilizacin nocturna; la nave area va equipada con una antena de haz multi-puntual en su parte inferior que establece los e

19、nlaces de acceso a las estaciones situadas en el suelo con un cierto ngulo de elevacin mnimo; cada haz formado por la antena de haz multi-puntual corresponde a una clula en el suelo, con una reutilizacin de frecuencias de al menos cuatro veces; el recinto para el gas de la nave area es una pelcula d

20、e un metal, tal como el aluminio con el que se pretende bloquear las ondas electromagnticas en la gama de frecuencias de 18-32 GHz o superior; se despliegan mltiples naves areas para abarcar una amplia zona en el suelo y las estaciones en ella se conectan mediante enlaces inalmbricos, tales como los

21、 enlaces pticos, constituyendo una red inalmbrica en malla. La Fig. 1 ilustra un sistema de comunicaciones que utiliza las HAPS. En la Fig. 1 se muestran dos ejemplos de ngulo de elevacin mnimo de 20 y de 40. 1569-01110 km (48 km)20 (40) 20kmFIGURA 1Sistema de comunicaciones que utiliza las HAPSEnla

22、ce pticoentre plataformasHAPSFormacin delhaz mltipleZona de cobertura367 haces(70 haces)4 Rec. UIT-R F.1569 3 Altitud de la HAPS En el nmero 1.66A del RR se define que la altitud de la HAPS debe estar comprendida entre 20 y 50 km. La cobertura con visibilidad directa desde una HAPS es mayor desde al

23、titudes superiores. No obstante, la densidad atmosfrica disminuye significativamente al aumentar la altitud. El Cuadro 1 muestra la densidad y la presin atmosfricas en diversas altitudes. La densidad atmosfrica a una altitud de 50 km es muy inferior a la de la altitud de 20 km, en una relacin aproxi

24、mada de 1/90. Esto significa que la nave area situada a 50 km de altitud necesita 90 veces ms de gas helio que la situada a 20 km y requiere una longitud de la estructura 4,5 veces mayor. Suponiendo que a una altitud de 20 km se necesita una nave de 200 m de longitud para aguantar un cierto peso, a

25、una altitud de 50 km se requiere una nave de 900 m de longitud para el mismo peso. Es absolutamente imposible construir una nave area tan enorme con la tecnologa actual y la de un futuro prximo. CUADRO 1 Densidad y presin atmosfrica en la estratosfera La Fig. 2 muestra un perfil medio del viento en

26、la atmsfera superior. La velocidad del viento presenta un mnimo local alrededor de la altitud de 20-25 km. Se hace mayor a altitudes superiores a 25 km y es cuatro veces mayor en la altitud de 50 km respecto a la de 20 km. Para mantener la posicin de la nave area en un punto nominal fijo en condicio

27、nes de viento, se necesita una potencia de propulsin muy superior, lo que a su vez exige materias ms pesadas para el funcionamiento nocturno. Desde este punto de vista, el funcionamiento de una nave area a una altitud inferior a 25 km es razonable, aplicando la tecnologa actual. Teniendo en cuenta l

28、as consideraciones anteriores, puede determinarse que, desde un punto de vista tcnico, la altitud de una HAPS ser inferior a unos 25 km. 4 ngulo de elevacin mnimo operacional El ngulo de elevacin mnimo operacional determina la cobertura de la zona de servicio de una HAPS. Cuanto menor sea el ngulo d

29、e elevacin mnimo, mayor ser la cobertura de servicio obtenida. No obstante, el trayecto a travs de la lluvia es mayor y la p.i.r.e. requerida aumenta, pues se requiere un margen respecto a la lluvia superior. Altitud (km) Densidad atmosfrica (kg/m3) Presin (hpa) 0 1,22 1 013 15 0,195 121 20 0,0889 5

30、5,3 25 0,0401 25,5 30 0,0184 12 50 0,00103 0,798 Rec. UIT-R F.1569 5 El valor tpico del ngulo de elevacin mnimo operacional para el sistema HAPS en la banda 28/31 GHz puede ser mayor de 20. El funcionamiento con ngulos de elevacin menores exige valores superiores de la p.i.r.e. en los enlaces ascend

31、ente y descendente al aumentar el trayecto de propagacin y la atenuacin debida a la lluvia y puede dar lugar a dificultades en la situacin de comparticin entre el sistema HAPS y otros sistemas tales como los sistemas de satlite, los del servicio fijo, los de los servicios cientficos espaciales, etc.

32、 Adems, el efecto de ensombrecimiento creado por los edificios o montaas degradar la disponibilidad del emplazamiento para ngulos de elevacin inferiores en las zonas urbanas o montaosas. Pueden utilizarse ngulos de elevacin inferiores a 20 a condicin de que: la p.i.r.e. en los enlaces ascendente y d

33、escendente con el ngulo de elevacin superior a 20 se mantenga en valores constantes y puedan stos incrementarse nicamente para enlaces con ngulo de elevacin menor; se determine el ngulo mnimo de funcionamiento adecuado de conformidad con los requisitos de comparticin con otros servicios en cada zona

34、; y se utilice apropiadamente el ATPC en los enlaces ascendente y descendente. Tambin es posible adoptar un ngulo mnimo de elevacin mayor, por ejemplo de 40, a fin de reducir la interferencia causada a otros servicios y la procedente de stos y de aumentar la disponibilidad del emplazamiento que impi

35、de el ensombrecimiento causado por los edificios o montaas. Cuando mayor sea el ngulo mnimo de elevacin, mayor ser el nmero de HAPS necesarias para abarcar una cierta zona en el suelo, sin que cambie el nmero total de haces puntuales para todas las HAPS. 5 Antena multihaz a bordo A efectos de dar co

36、bertura a mltiples estaciones de abonado en el suelo mediante una sola HAPS con una gran eficacia de reutilizacin de frecuencias, es preferible emplear una antena de haz multi-puntual (antena multihaz). La Fig. 3 muestra una huella tpica de una antena multihaz para un ngulo de elevacin mnimo de 20.

37、El nmero de haces puntuales es de 367. El tamao de todas las huellas de cada haz es igual (hasta de 6 km de dimetro) en este caso. Esto puede lograrse asignando las distintas ganancias de antena a cada haz puntual conforme a su ngulo de elevacin (vase el Cuadro 2) y utilizando diagramas de haz elpti

38、co. Se espera que este diseo multihaz d una interferencia menor en otros servicios y procedentes de stos con trayectos de ngulo de elevacin reducido, porque los haces prximos al extremo de la cobertura del servicio con pequeos ngulos de elevacin tienen mayor ganancia, apertura de haz ms estrecha y m

39、enor nivel de lbulos laterales que los de los haces prximos al centro de la cobertura de servicio. En el diseo de un balance de enlace, se supone que la ganancia en el extremo del haz puntual es de 3 dB. La Fig. 4 muestra un ejemplo del diagrama de haz elptico para el haz puntual (los ngulos de elev

40、acin estn comprendidos entre 20 y 90). El diagrama para el haz puntual con el ngulo de elevacin de 90 viene dado en la Reco-mendacin UIT-R F.1245 y es un haz circular. Los diagramas elpticos de los haces puntuales con ngulo de elevacin inferior a 90 estn modificados respecto al diagrama de referenci

41、a de la Reco-mendacin UIT-R F.1245. Constan de dos diagramas como los de dicha Recomendacin para6 Rec. UIT-R F.1569 los ejes mayor y menor del diagrama elptico. En los estudios de comparticin que utilizan el nivel de lbulos laterales de este diagrama elptico, es preferible, por razones de seguridad,

42、 utilizar el lbulo lateral del eje mayor, incluso para el del eje menor (curva de trazo continuo de la Fig. 4). Tambin se puede utilizar el diagrama de la Recomendacin UIT-R F.1245 sin modificacin para la antena de la estacin HAPS en el suelo. 1569-02020406080120100806040200FIGURA 2Perfil medio del

43、viento en la atmsfera superiorRegiones de temperaturaTermosferaMesosferaEstratosferaTroposferaMnimoMximoMnimoMagnitud general de los vientos de zona en la atmsfera superior, ilustrada por un perfil de altura a 45 N en enero (Comit de investigacin espacial (COSPAR)International Reference Atmosphere.

44、Akademie-Verlag, 1972)Viento zonal, W E (m/s)Sistema devientosMesosferaEstratosferaAltura(km)1569-03FIGURA 3Huella tpica que produce una antena multihaza bordo de una HAPS en 28/31 GHz(huella de haz puntual igual)Rec. UIT-R F.1569 7 CUADRO 2 Asignacin tpica de la ganancia a los haces puntuales 1569-

45、040 102030405040302010010ngulo fuera del eje (grados)Ejemplo de diagrama de antena HAPSCurva de referencia mayor, elevacin = 20Curva ajustada menor, elevacin = 20Curva de referencia, menor/mayor elevacin = 90Ganancia(dB)FIGURA 4Diagrama de contorno elptico tpico de un haz puntual (ngulo de elevacin

46、= 20 y 90)En los estudios de comparticin se supone que el factor de reutilizacin de frecuencias de los haces puntuales es de cuatro, porque ste puede dar la interferencia combinada ms desfavorable procedente del enlace descendente de la HAPS, en los otros servicios co-primarios. Puede ser difcil man

47、tener una aislamiento suficiente entre haces dentro de un nivel admisible con un factor de reutilizacin inferior a cuatro. ngulo de elevacin en el centro del haz (grados) 81 66 53,9 44,7 37,8 32,6 28,5 25,2 22,5 20,3 20 Ganancia de cresta del haz puntual (dBi) 19,5 19,7 20,8 22,4 24,2 25,9 27,6 29,1

48、 30,5 31,9 32,5 8 Rec. UIT-R F.1569 6 Efecto de apantallamiento de la nave area sobre la radiacin posterior La carcasa de la nave area HAPS estar recubierta de una pelcula metlica (normalmente de aluminio). Este recubrimiento bloquear la radiacin posterior de la antena a bordo instalada en la base de la nave area, porque el tamao de sta ser considerablemente grande en comparacin con la longitud de onda de la seal. A fin de obtener la atenuacin del efecto de apantallamiento, se considera el problema simple de dispersin bidimensional de la Fig. 5. La potenci