ITU-R M 1315 SPANISH-1997 METHODOLOGY FOR EVALUATING INTERFERENCE FROM NARROW-BAND MOBILE-SATELLITE NETWORKS TO SPREAD-SPECTRUM DIRECT-SEQUENCE MOBILE-SATELLITE NETWORKS OPERATING QUEN.pdf

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1、Rec. UIT-R M.1315 1RECOMENDACIN UIT-R M.1315METODOLOGA PARA LA EVALUACIN DE INTERFERENCIAS CAUSADAS POR LASREDES MVILES DE SATLITE DE BANDA ESTRECHA A REDES MVILESDE SATLITE DE SECUENCIA DIRECTA Y ESPECTRO ENSANCHADOQUE FUNCIONAN CON ESTACIONES ESPACIALES EN RBITATERRESTRE BAJA EN FRECUENCIAS INFERI

2、ORES A 1 GHz(Cuestin UIT-R 83/8)(1997)Rec. UIT-R M.1315ResumenEn esta Recomendacin se presentan una metodologa simplificada y otra detallada para evaluar el efecto de las sealesinterferentes de banda estrecha en canales de comunicacin de espectro ensanchado. Estas metodologas permiten unarpida compa

3、racin de los efectos relativos de los cambios en los parmetros de las seales deseada e interferente, talescomo el nivel de potencia, la anchura de banda y la desviacin de frecuencias, que pueden examinarse para facilitar lacomparticin entre redes mviles de satlite de banda estrecha y de espectro ens

4、anchado.La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT,considerandoa) que los niveles de interferencia permitidos para redes de secuencia directa y espectro ensanchado quefuncionan en el servicio mvil por satlite (SMS) en rbita terrestre baja (LEO low-Earth orbit) deben basarse en losobjetivos de cali

5、dad de funcionamiento aplicables a dicho servicio;b) que las redes SMS LEO propuestas para que funcionen en bandas de frecuencias compartidas deben disearsede modo que se admitan interferencias limitadas causadas por sistemas que funcionan en las mismas bandas, incluidasotras redes SMS LEO (tanto de

6、 espectro ensanchado como de banda estrecha),recomienda1 que se utilice la metodologa de anlisis detallada que figura en el Anexo 1 para una evaluacin completa de ladegradacin de la calidad de funcionamiento de las redes SMS LEO de espectro ensanchado y secuencia directa causadapor transmisiones SMS

7、 LEO de banda estrecha;2 que se utilice la metodologa simplificada que figura en el Anexo 2 para determinar si existe una posiblesituacin de interferencia entre transmisores de una red SMS LEO de banda estrecha y receptores de una red SMS LEOde espectro ensanchado y secuencia directa.ANEXO 1Metodolo

8、ga detallada para la evaluacin de interferencias1 IntroduccinLa calidad de funcionamiento de una red SMS LEO de espectro ensanchado puede degradarse debido al funcionamientosimultneo de transmisores de banda estrecha en la misma banda de frecuencias. Aunque resulta de inters generalcalcular la relac

9、in energa por bit/densidad de ruido, Eb/N0, para estimar la interferencia causada a un determinadoenlace de comunicacin, suele ser suficiente calcular la relacin portadora/densidad de ruido (CND) en la entrada del2 Rec. UIT-R M.1315receptor. En realidad, sin un conocimiento detallado de un sistema d

10、e recepcin concreto, puede ser difcil o imposiblecalcular la relacin Eb/N0, mientras que la relacin CND es relativamente fcil de calcular. El efecto de las fuentes deruido fuera de la red se expresa fcilmente como un cambio en la CND, lo que permite una comparacin ms fcil entrediseos alternativos y

11、disposiciones de comparticin de frecuencias.Los efectos de la interferencia expresados como cambios en la CND se calculan tanto para el caso ms desfavorable deun transmisor interferente situado dentro del lbulo principal de una antena de seguimiento como para el caso msfrecuente de transmisor interf

12、erente situado en un lbulo lateral de la antena de seguimiento.2 Resumen del procedimiento de clculoPaso A: Recopilacin de los parmetros de red: parmetros orbitales (altitud, descripcin de la constelacin), parmetros radioelctricos del vehculo espacial (potencia, anchura de banda, diagrama de gananci

13、a de antena,polarizacin), parmetros radioelctricos de la estacin terrena (antena, G/T).Paso B: Clculo de la CND de la red de espectro ensanchado sin interferencia externa.Paso C: Clculo de la CND debida a la interferencia externa tanto en el haz principal como en los lbulos laterales paracada seal i

14、nterferente recibida simultneamente, incluido el efecto de desviacin de frecuencia.Paso D: Clculo de la CND total (C/(N0+ I0) para cada seal interferente y de degradacin causada a la CND.Paso E: Clculo de la degradacin total de la CND debida a las entradas de interferencias en multicanales y simultn

15、eas.3 Pasos del clculo (tal como se definen en el resumen citado)Paso A: Recopilacin de los parmetros de redPara ilustrar los pasos del clculo, se supone que dos redes SMS LEO con las mismas frecuencias de enlace descendentetienen los parmetros indicados en el Cuadro 1. Se supone tambin que las ante

16、nas de la estacin espacial estndiseadas para compensar la prdida de transmisin bsica Tierra-espacio cambiante a medida que el vehculo espacialsube, atraviesa el cielo y fija su posicin. Si se supone que hay acoplamiento en el haz principal de la estacin terrena,puede efectuarse el clculo independien

17、temente de la ganancia de antena del receptor. En el caso de las interferenciasprovenientes de direcciones distintas a la del haz principal, puede obtenerse la diferencia de ganancia (o discriminacin)entre el lbulo principal y el lbulo lateral (o debe suponerse un valor tpico).En este ejemplo, la es

18、tacin terrena mvil de espectro ensanchado (terminal de usuario) tiene un ngulo de elevacinmnimo de 10 y un ngulo de elevacin medio de 25 en relacin con su estacin espacial, y la estacin terrena deenlace de conexin (cabecera) funciona con un ngulo de elevacin mnimo de 5.Para los transmisores interfer

19、entes en la red de banda estrecha, se requieren valores de prdida de trayecto en el ngulode elevacin mnimo y el ngulo de elevacin que produce la seal interferente mxima.Paso B: Clculo de la CND de la red de espectro ensanchado sin interferencia externaLa relacin CND total de una red de comunicacin c

20、on un transpondedor-convertidor de frecuencias simple, es lainversa de la suma de las inversas de los valores de la CND para el enlace ascendente y el enlace descendente. En el casode una red de espectro ensanchado de mltiples usuarios de n usuarios, el ruido adicional en un enlace de usuario deter-

21、minado se presenta en forma de seales de portadora de los otros (n 1) usuarios. Se calcula la CND para ambos enlacesde llegada (terminal de usuario-satlite y satlite-estacin terrena cabecera) y se calcula tambin la relacin portadora/autointerferencia (CNDs). Estos clculos se combinarn para formar un

22、 valor CND que puede utilizarse como base decomparacin con valores determinados cuando exista una interferencia fuera de la red.Rec. UIT-R M.1315 3CUADRO 1Parmetros tpicos de un ejemplo de redes SMS no OSG que funcionan por debajo de 1 GHzEn las ecuaciones que figuran a continuacin, se definen las v

23、ariables como sigue:n : nmero de usuarios simultneosC : potencia de la portadora (dBW)N : potencia de ruido (dBW)N0: densidad de ruido (dB(W/Hz)I : potencia de interferencia (dBW)I0: densidad de interferencia (dB(W/Hz)BW : anchura de bandaX : aislamiento de la polarizacinp.i.r.e.: potencia istropa r

24、adiada equivalente (dBW)G : ganancia (dB)Gdif: diferencia de ganancia entre las antenas deseada e interferente (dB)T : temperatura de ruido (dBK)Red Red de espectro ensanchado (SS) Red de banda estrecha (BE)Parmetros orbitales Altitud (km) Nmero de satlites Nmero de rbitas (satlites/rbita) Separacin

25、 entre satlites (grados)1 000246 (4 satlites)90775324 (8 satlites)45Parmetros de funcionamientoEnlace de llegada (usuariosatlite): Designacin de emisin Frecuencia (MHz) Frecuencia de segmentos (kHz) p.i.r.e. mxima (dBW) Nmero de usuarios G/T del receptor (dB(K1) Prdida de trayecto para enlace mnimo

26、(dB) Prdida de trayecto para enlace medio (dB)905KG1D148,4245614,43,51230144,7 (ngulo de elevacin mnimo de 10)141,1 (ngulo de elevacin medio de 25)No se aplica (en los ejemplos deambas redes se utilizan distintasfrecuencias de enlace ascendente)Enlace de llegada (satlitecabecera): Designacin de emis

27、in Frecuencia (MHz) p.i.r.e. mxima (dBW) Prdida de trayecto para enlace mnimo (dB) Prdida de trayecto para enlace medio (dB)Prdida de trayecto para la dfp mxima (dB) Separacin entre canales (kHz) Ganancia de antena (dB) Ganancia de lbulo lateral (dB) Polarizacin G/T del receptor (dB(K1)905KG1D137,51

28、4145,3 (ngulo de elevacin de 5)140,7 (ngulo de elevacin de 25)139,5 (ngulo de elevacin de 32)161Circular levgira19,25K00G1D137-1387143,9 (ngulo de elevacin de 5)140,4 (ngulo de elevacin de 19)136 (ngulo de elevacin de 42)10Circular dextrgiraOSG: rbita de los satlites geoestacionarios.4 Rec. UIT-R M.

29、1315G/T : 10 log (g/t),donde g y t son 100,1Gy 100,1T(dB(K1)CNDu: portadora de enlace ascendente/densidad de ruido en la apertura de la antena (dB(Hz)CNDd: portadora de enlace descendente/densidad de ruido en la apertura de la antena (dB(Hz)CNDs: portadora/densidad de ruido de la autointerferencia d

30、e red en la apertura de la antena (dB(Hz)CNDo: portadora total, densidad de ruido (dB(Hz)L(ngulo) : prdida (L (ngulo) = 10 log(4 pi d(ngulo)2)d(ngulo) : distancia oblicua de un vehculo espacial en un ngulo de elevacin determinado (km).A ttulo de ejemplo, se supone que analizamos el efecto de (n 1) u

31、suarios promedio en una elevacin de 25 sobreun usuario deseado en una elevacin de enlace mnimo de 5.Para el enlace ascendente (usuario deseado):CNDu= p.i.r.e. L(10) + G/T (228,6) (1)= 3,5 144,7 + (30) (228,6)= 57,4 dB(Hz)Para el enlace descendente:CNDd= p.i.r.e. L(5) + G/T (228,6) (2)= 14 145,3 + (1

32、9,2) (228,6)= 50,1 dB(Hz)Para la autointerferencia en el enlace ascendente:CNDs= p.i.r.e. L(10) (p.i.r.e. + 10 log(n 1) L(25) 10 log BW) (3)= 3,5 144,7 (3,5 + 10,4 141,1 59,6)= 45,6 dB(Hz)La CND total para la red que funciona con n usuarios y sin interferencia externa es la inversa de la suma de las

33、 inversasde estos tres valores:CNDo= 10 log (100,1CNDu+ 100,1CNDd+ 100,1CNDs)= 10 log (1,82 106+ 9,77 106+ 2,78 105)= 44,1 dB(Hz)Por lo tanto, cuando esta red de comunicacin de espectro ensanchado indicada a ttulo de ejemplo funciona, tiene unarelacin CND de 44 dB(Hz). Si con este nivel de ruido hay

34、 un margen de funcionamiento de 5 dB, cualquier inter-ferencia adicional que reduzca la relacin CND total por debajo de 39 dB(Hz) har que la red funcione de formadegradada.Paso C: Clculo de la CND debida a la interferencia externa, tanto en el haz principal como en los lbulos lateralespara cada seal

35、 interferente recibida simultneamente, incluido el efecto de desviacin de frecuenciaCuando el vehculo espacial deseado e interferente suben, atraviesan el cielo y fijan su posicin, estarn a veces en lamisma direccin vistos desde la antena de la estacin terrena del enlace de conexin (es decir, ambos

36、en el hazprincipal). Con mayor frecuencia, el satlite interferente radiar su seal hacia un lbulo lateral de la antena de laestacin terrena del enlace de conexin. La CNDi, la contribucin de la interferencia a la relacin CND total, se calculapara ambos casos. En el caso de redes con interferencia cont

37、rapolar y deseada, se supone que habr mrgenes de 13 dBpara el aislamiento de la polarizacin en la direccin del haz principal de la antena de la estacin terrena del enlace deconexin interferido y de 8 dB en otras direcciones. En el Cuadro 1 puede observarse que existe una diferencia deganancia de 15

38、dB entre los lbulos principal y lateral de la antena interferida.Rec. UIT-R M.1315 5Adems, es necesario efectuar el clculo completo por lo menos para dos frecuencias de portadora de la red de bandaestrecha, ya que la contribucin de relacin CND de una seal de banda estrecha en una red de espectro ens

39、anchado desecuencia directa est relacionada con la desviacin relativa de la portadora de banda estrecha con respecto a lafrecuencia central del espectro ensanchado. La relacin de esta desviacin viene dada por la inversa del factor deforma de la seal de espectro ensanchado y en la Fig. 1 aparece el g

40、rfico de dicho factor para el ejemplo de la sealdel espectro ensanchado.1315-014060801001201/S( f ) (dB)137 137,2 137,4 137,6 137,8 138FIGURA 1Valor inverso del factor de forma para modulacin del espectroensanchado por desplazamiento mnimoFrecuencia (MHz)FIGURE 1/M.1315 = 7 CMLa contribucin de relac

41、in portadora/densidad de ruido de una seal interferente de banda estrecha a un canal deespectro ensanchado de secuencia directa es proporcional al cociente entre potencias totales de la seal deseada y laseal interferente, e inversamente proporcional al factor de forma de la seal del espectro ensanch

42、ado. Por lo tanto,para un cdigo de ensanchamiento de modulacin por desplazamiento mnimo de frecuencia de segmentos Rc, larelacin CNDide una seal interferente que tiene una desviacin de frecuencias (f f0) viene dada por la ecuacin (4):CNDi= 10 log PPSffsj10()(4)donde:CNDi: portadora/densidad de inter

43、ferencia en la apertura de la antena (dB(Hz)Ps: potencia de la seal deseada en la apertura de la antenaPj: potencia de la seal interferente, incluidos los efectos de polarizacin, en la apertura de la antenaS(f 0) : factor de forma para la seal del espectro ensanchado de frecuencia de segmentos Rc:S(

44、f 0) = ( )( )162116202022pipiRcff Rcff Rc cos( ( ) / )( ) / )(5)donde:f : frecuencia (Hz)f0: frecuencia central (Hz)Rc : frecuencia de segmentos del espectro ensanchado (Hz).6 Rec. UIT-R M.1315El cuadro de factores de forma del ejemplo siguiente se calcula a partir de la ecuacin (5) y su grfico apar

45、ece en laFig. 1. La frecuencia central es de 137,5 MHz y la frecuencia de segmentos es de 614,4 kHz.En este ejemplo, los valores de la CND siguientes de una sola seal de enlace descendente interferente se calculan paradesviaciones de frecuencia de cero y 250 kHz (aproximadamente la cuarta parte de l

46、a anchura de banda de ensan-chamiento).La CND de interferencia en el haz principal de la antena receptora de espectro ensanchado es:Para (f f0) = 0:CNDprincipaldB= SSpotenciadB BEpotenciadB 10 log S(0)= (p.i.r.e.S L(5) (p.i.r.e.I L(5) X) 10 log S(0) (6)= (14 145,3) (7 143,9 13) + 55,8= 46,4 dB(Hz)Pa

47、ra (f 0) = BW/4:CNDprincipaldB= SSpotenciadB BEpotenciadB 10 log S(BW/4)= (p.i.r.e.S L(5) (p.i.r.e.I L(5) X) 10 log S(250000) (7)= (14 145,3) (7 143,9 13) + 61,7= 52,3 dB(Hz)La CND de interferencia causada por una seal interferente que incide en un lbulo lateral de la antena receptora deespectro ens

48、anchado es (suponiendo que la fuente de interferencia est produciendo su densidad de flujo de potenciamxima):Para (f f0) = 0:CNDlateraldB= SSpotenciadB BEpotenciadB 10 log S(0)= (p.i.r.e.S L(5) (p.i.r.e.I L(42) X) Gdif 10 log S(0) (8)= (14 145,3) (7 136 8 15) + 55,8= 48,5 dB(Hz)Para (f 0) = BW/4:CNDlateraldB= SSpotenciadB BEpotenciadB 10 log S(BW/4)= (p.i.r.e.S L(5) (p.i.r.e.I