ITU-R INFORME M 760-3 SPANISH-2004 Link power budgets for a maritime mobile-satellite service《海上移动卫星业务的链路功率预算》.pdf

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1、 I. UIT-R M.760-3 1 INFORME UIT-R M.760-3 Balances de potencia de enlace para el servicio mvil martimo por satlite (1978-1982-1990-2004) 1 Introduccin Tiene este Informe dos finalidades fundamentales: enumerar los parmetros que hay que tener en cuenta al hacer los balances de potencia en los enlaces

2、 para un sistema futuro del servicio mvil martimo por satlite, y las condiciones en que se aplican esos parmetros, y presentar ejemplos de balances de potencia en enlaces para ilustrar la aplicacin de dichos parmetros. Se necesitan balances de potencia en los enlaces para determinar las necesidades

3、probables de potencia y las caractersticas fsicas del sector espacial (satlite) y del sector terreno (estaciones terrenas costeras y estaciones terrenas de barco). El diseo general de los sistemas futuros tendr que basarse en gran medida en la experiencia adquirida durante la realizacin y la explota

4、cin de los sistemas martimos por satlite existentes y proyectados, por lo cual los sistemas INMARSAT y MARISAT Inmarsat, 1978; MARISAT, 1977 constituirn una gua til para la eleccin de los parmetros adecuados para los balances de potencia. Los ejemplos de balance de enlace que se indican en el presen

5、te Informe se refieren a sistemas analgicos con cobertura global mediante sistemas de satlite con haz conformado. Las normas de servicio mvil aplicadas se han tomado del sistema analgico INMARSAT - Norma A. En el Informe UIT-R M.921 se expone un ejemplo de balances de enlace para sistemas digitales.

6、 2 Principios fundamentales de los balances de potencia El principio fundamental adoptado en este Informe es la hiptesis de un sistema de referencia de cuya configuracin se podrn deducir los parmetros correspondientes a otras configuraciones. En lo que concierne a la propagacin, la calidad de los ca

7、nales obtenidos con un sistema martimo por satlite depender grandemente del ngulo de elevacin del satlite y, por ello, parece razonable adoptar el ngulo de elevacin como uno de los parmetros en que se ha de basar el sistema de referencia. Se supone aqu que la configuracin de referencia para los bala

8、nces de potencia se aplica a ngulos de elevacin del satlite de 5 para las estaciones terrenas costeras y 10 para las estaciones terrenas de barco. Luego se podrn deducir los parmetros correspondientes y las calidades de canal resultantes con otros ngulos de elevacin. Otro criterio aqu adoptado es el

9、 supuesto de que los parmetros para el sector terreno son los mismos que en los sistemas existentes o proyectados: en particular, se supone que las estaciones terrenas de barco se ajustan a la Norma A de INMARSAT. 3 Parmetros de los canales de telefona Se cree que la telefona ser el servicio predomi

10、nante en lo que a necesidades de potencia del sistema se refiere, y los balances de potencia se han basado, en consecuencia, en un canal de telefona. 2 I. UIT-R M.760-3 Para presentar como referencia ejemplos de balances de enlaces en este Informe, se ha partido del supuesto que debiera conseguirse

11、una relacin C/N0, total de 53 dB/Hz en los dos sentidos de transmisin, por lo menos durante el 80% del tiempo, con ngulos de elevacin en direccin del satlite de 5 en las estaciones terrenas costeras y de 10 en las estaciones terrenas de barco y sin desvanecimiento por trayectos mltiples en los enlac

12、es barco-satlite. Este objetivo se ha utilizado en la configuracin de referencia para los balances de potencia, como se ve en la ltima columna de la derecha en los Cuadros 1 y 2. El objetivo actual de calidad de los canales de telefona recomendado por el UIT-R para el servicio mvil martimo por satli

13、te corresponde a una relacin global C/N0de 52 a 53 dB/Hz aproximadamente (vase la Recomendacin UIT-R M.547). Adems de la configuracin de referencia, en los Cuadros 1 y 2 se muestran ejemplos de balances de potencia para ngulos de elevacin de las antenas del barco de 5 y 10, cuando se producen desvan

14、ecimientos por trayectos mltiples en los enlaces barco-satlite. Se supone que los parmetros de desvanecimiento son aplicables a condiciones que duran por lo menos el 99% del tiempo. Sin embargo, no se dispone de datos experimentales suficientes para establecer de manera fiable los mrgenes de desvane

15、cimiento requeridos para cualquier nivel de confianza. Se prev para la telefona la explotacin en el modo de un solo canal por portadora (SCPC) con acceso mltiple por distribucin de frecuencia, con modulacin de frecuencia de banda estrecha y tratamiento de la seal vocal (por ejemplo, compresin-expans

16、in silbica 2:1). Con una relacin C/N0 de 53 dB/Hz a la entrada del demodulador, la anchura de banda de ruido adecuada en el receptor sera de 30 kHz con 50 kHz de separacin entre canales; la relacin C/N correspondiente sera de unos 8 dB. Se necesitaran demoduladores de extensin de umbral, con un umbr

17、al nominal de unos 50 dB/Hz, para obtener una degradacin aceptable de la calidad de la palabra con un nivel de seal reducido. 4 Parmetros del sector espacial La configuracin del sector espacial aqu supuesta est basada en una cobertura mundial en las dos direcciones de transmisin: costera-barco y bar

18、co-costera. A continuacin se resumen los supuestos relativos a las caractersticas de la antena para 1,5/1,6 GHz y del ruido de intermodulacin en los transpondedores. 4.1 Antena para 1,5/1,6 GHz El trayecto de transmisin crtico con respecto a las necesidades de potencia del satlite, es la direccin sa

19、tlite-barco, en 1,5 GHz. Se puede aprovechar bien la potencia disponible en el satlite para la cobertura global de la Tierra con una antena de haz conformado Wood y Boswell, 1974; Lancrenon y otros, 1976. Una solucin de compromiso entre la ganancia de esta antena en el centro y en los bordes del haz

20、, proporciona una densidad de flujo recibido casi constante en la superficie de la Tierra con todos los ngulos de elevacin, lo que optimiza la calidad de funcionamiento del sistema con las estaciones terrenas de barco que se encuentran en los lmites de la zona de servicio donde los efectos de propag

21、acin son los ms graves. Puede obtenerse tambin una compensacin semejante en el trayecto ascendente en 1,6 GHz. 4.2 Comportamiento respecto al ruido de intermodulacin En el Cuadro 1, la relacin C/I0(portadora/densidad de ruido de intermodulacin) del amplificador del satlite para el enlace costera-bar

22、co se muestra como un factor limitador para determinar la C/N0resultante y, por tanto, debe optimizarse con respecto a la potencia de salida del amplificador. Con amplificadores tpicos y planes de frecuencia adecuados que minimicen el ruido de intermodulacin en los canales ocupados, se puede obtener

23、 razonablemente un valor de C/I de unos 19 dB en una I. UIT-R M.760-3 3 anchura de banda de 30 kHz con carga considerable en el amplificador del satlite. Esto da como resultado el valor supuesto de C/I0de 63,8 dB/Hz para el sentido costera-barco. Como se indica en el Cuadro 2, en el sentido barco-co

24、stera, se ha supuesto un valor de C/I0de 70 dB/Hz, pues no se prev que el amplificador del satlite est tan limitado en potencia como en el sentido costera-barco. 5 Parmetros del sector terreno Se han adoptado como base para los balances de potencia, las siguientes caractersticas RF de la estacin ter

25、rena de barco y la estacin terrena costera: G/T de la estacin terrena de barco: 4 dB(K1) (Norma A) p.i.r.e. de la estacin terrena de barco: 37 dBW G/T de la estacin terrena costera: 32 dB(K1) p.i.r.e. de la estacin terrena costera: 60 dBW. 5.1 Estacin terrena de barco El valor G/T de 4 dB(K1) supues

26、to es un valor neto que comprende mrgenes para las prdidas de potencia debidas a la imprecisin de puntera, al alineamiento defectuoso de las elipses de polarizacin, al diplexor y a un radomo seco; en los presupuestos de enlace se deja un margen adicional para la prdida debida al radomo cuando est hm

27、edo. Se puede lograr esa sensibilidad con una ganancia de antena de 23 dBi y un amplificador transistorizado en el receptor de una temperatura de ruido total del sistema de 500 K. La antena apropiada sera un paraboloide de 1,2 m de dimetro, con un rendimiento de iluminacin del 60% y una anchura de h

28、az aproximada de 10 en los puntos a 3 dB; se ha supuesto una relacin axial de unos 2 dB. Para los clculos de los balances de potencia del enlace se han considerado separadamente las prdidas debidas a la puntera y a la polarizacin. No se ha previsto ningn margen en los balances de potencia para los e

29、fectos de bloqueo debido a la superestructura de los barcos, que dependern del barco que sea y que tericamente pueden eliminarse eligiendo una ubicacin sin obstrucciones. 5.2 Estacin terrena costera Para un G/T con cielo despejado de 32 dB(K1) a 5 de elevacin, se ha supuesto una temperatura de ruido

30、 total del sistema de 100 K con cielo despejado, para calcular la degradacin de la temperatura de ruido en condiciones de desvanecimiento. Se supone que los parmetros de desvanecimiento, para enlaces de 4/6 GHz, son aplicables a las condiciones de propagacin que duran el 99,99% del tiempo: as pues,

31、la calidad de canal de los enlaces totales entre estaciones terrenas costeras y estaciones terrenas de barco, se determina principalmente por los parmetros de atenuacin en los enlaces barco-satlite en 1,5/1,6 GHz. Un dimetro apropiado de la antena de la estacin terrena costera sera de 13 m, suponien

32、do un rendimiento de iluminacin del 60%. Se ha supuesto que la relacin axial de la antena es de 0,5 dB; a los efectos de calcular los balances del enlace, se han examinado por separado las prdidas de polarizacin y de puntera. Se ha supuesto que el ruido de intermodulacin del enlace ascendente proced

33、ente de todos los amplificadores de transmisin de las estaciones terrenas costeras d como resultado una relacin C/I total del enlace ascendente superior a 30 dB en una anchura de banda de 30 kHz. Esta hiptesis concuerda con el actual Documento de Caractersticas Tcnicas de Estaciones Terrenas Costera

34、s de 4 I. UIT-R M.760-3 Inmarsat y la calidad de funcionamiento prevista en los planes de frecuencia tpicos que podran emplearse. Esto da el valor de la relacin C/I0de 75 dB/Hz utilizado en el Cuadro 1. 6 Clculo de los mrgenes para los enlaces Los mrgenes necesarios para conseguir los objetivos de c

35、alidad deseados en los enlaces por satlite dependen de numerosos factores que comprenden las caractersticas del satlite y de las estaciones terrenas de barco y de las estaciones terrenas costeras, la situacin meteorolgica, el estado del mar y los ngulos de elevacin del satlite. Al disear el sistema

36、se deben incluir mrgenes para los enlaces en armona con los siguientes factores: ngulo mnimo de elevacin considerado para el servicio; degradacin de calidad tolerable con ngulos de elevacin inferiores al punto mnimo previsto en el diseo. La eleccin de mrgenes para los enlaces en relacin con el ngulo

37、 de elevacin () y el diseo del sistema, influir en el comportamiento de la totalidad del sistema (como ocurre en la red terrenal). Un sistema diseado para una calidad determinada durante cierto porcentaje de tiempo, con mrgenes para las degradaciones que ocurren para ngulos de elevacin pequeos, alca

38、nzar esa calidad durante porcentajes de tiempo mucho mayores en el caso de las llamadas dirigidas a todos los barcos o provenientes de ellos dentro de la zona de servicio. Los mrgenes requeridos para compensar prdidas distintas de las prdidas bsicas del trayecto en el espacio libre, se pueden agrupa

39、r en las categoras de prdidas de larga duracin (fijas y aleatorias) y de corta duracin. 6.1 Prdidas de larga duracin Son prdidas de larga duracin las que tienen tendencia a durar un minuto, como mnimo, cada vez que ocurren. 6.1.1 Prdidas fijas de larga duracin Las prdidas de larga duracin que ocurre

40、n con seguridad deberan incluirse en la prdida del trayecto para todos los clculos. El margen completo para esas prdidas (dB) es la suma de ellas; por ejemplo: =jjffLL,(1) 6.1.2 Prdidas aleatorias de larga duracin Hay varias prdidas de larga duracin que tienden a ocurrir aleatoriamente y que, por lo

41、 general, son independientes las unas de las otras. Se puede obtener la prdida media (lL ) y la varianza (2l ) acumulativas, sumando las medias y varianzas individuales. =jjllLL,(2) =jjll2,2(3) I. UIT-R M.760-3 5 6.2 Prdidas de corta duracin Se pueden definir las prdidas de corta duracin diciendo qu

42、e son aquellas que tienden a durar, cada vez que ocurren, menos de un minuto. Como un periodo importante de desvanecimiento de corta duracin puede ser raro e incierto o puede ocurrir slo a determinadas horas del da, al fijar los mrgenes contra el desvanecimiento es preciso consultar estadsticas de d

43、esvanecimiento. Las prdidas de corta duracin tienden a ser independientes entre s y a tener distribuciones estadsticas distintas. Los mrgenes acumulativos necesarios para esas prdidas pueden depender grandemente del ngulo de elevacin () porque las prdidas independientes del ngulo de elevacin son rel

44、ativamente pequeas o raramente ocurren. Los valores medios acumulativos de la prdida (sL ) y de la varianza (2s ) de las prdidas acumulativas de corta duracin se pueden obtener sumando las prdidas y las varianzas medias individuales. =jjssLL,(4) =jjss2,2(5) 6.3 Mrgenes acumulativos para todas las pr

45、didas Como las prdidas de larga y de corta duracin son razonablemente numerosas e independientes, las necesidades totales de margen se pueden evaluar aproximadamente mediante una distribucin de prdidas normal cuya media (dB) vendr dada por la siguiente frmula: slfLLLL +(6) y su desviacin tpica (dB)

46、sera: 22sl+ (7) En tal caso, el margen acumulativo apropiado (dB) correspondiente a porcentajes de tiempo del 80%, 99% y 99,99% sera: +=+=+=72,3 %)99,99(33,2 %)99(85,0 %)80(LMLMLM(8) 7 Mrgenes en las bandas de frecuencias en 1,5/1,6 GHz para los enlaces barco-satlite 7.1 Prdidas de larga duracin Las

47、 prdidas de larga duracin para las cuales se pueden necesitar mrgenes son las siguientes: La(): absorcin atmosfrica (dB), es funcin del ngulo de elevacin barco-satlite (); Le(): exceso de atenuacin (dB), rebasado durante no ms del 20% o del 1% del tiempo; se considera despreciable en 1,5/1,6 GHz; 6

48、I. UIT-R M.760-3 Lr: prdida debida al radomo (si lo hay) (dB); las prdidas debidas a un radomo seco (0,2 dB) pueden estar ya compensadas en la definicin de la ganancia de la antena de la estacin terrena de barco y en la sensibilidad del receptor (G/T), como aqu se supone; Lp: prdida de acoplamiento de polarizacin (dB); es funcin de las relaciones axiales de las antenas de la estacin terrena de barco y del satlite (2 dB y 3 dB, respectivamente); el caso ms desfavorable es el de elipses de polarizacin no alineadas; Lb: prdi