ITU-R P 1412 FRENCH-1999 Propagation Data for the Evaluation of Coordination between Earth Stations Working in the Bidirectionally Allocated Frequency Bands《工作于双向频段分配的地球站之间协调评估的数据传.pdf

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1、 Rec. UIT-R P.1412 1 RECOMMANDATION UIT-R P.1412 DONNES DE PROPAGATION UTILISER POUR VALUER LA NCESSIT DE LA COORDINATION ENTRE STATIONS TERRIENNES FONCTIONNANT DANS DES BANDES DE FRQUENCES ATTRIBUES POUR UNE UTILISATION BIDIRECTIONNELLE (1999) Rec. UIT-R P.1412 LAssemble des radiocommunications de

2、lUIT, considrant a) quaux termes du Rglement des radiocommunications, certaines bandes de frquences sont attribues aux systmes Terre-espace pour une utilisation bidirectionnelle; b) quil convient de tenir compte des diffrents trajets de propagation pour valuer la ncessit dune coordination entre deux

3、 stations terriennes fonctionnant en mode bidirectionnel; c) que des tudes ont t entreprises par la Commission dtudes 1 des radiocommunications sur la dtermination de la zone de coordination autour dune station terrienne dans les bandes de frquences comprises entre 0,1 GHz et 105 GHz, recommande 1 d

4、e tenir compte des informations et des exemples donns dans lAnnexe 1 pour examiner sil est ncessaire deffectuer une coordination entre stations terriennes fonctionnant dans les deux sens de transmission. ANNEXE 1 1 Introduction Les conditions dans lesquelles il est possible dexploiter des stations t

5、erriennes dans des bandes de frquences attribues pour une utilisation bidirectionnelle posent un certain nombre de problmes dont il convient de faire la synthse pour dmontrer que le partage est possible dans de nombreux cas. La prsente Annexe montre que ce partage est possible puis analyse certaines

6、 configurations o lexploitation de telles stations doit tre examine de plus prs. Lvaluation des risques de brouillage lintrieur de la zone de coordination dtermine conformment aux dispositions de la Recom-mandation UIT-R IS.848 multipliera les possibilits dexploitation de ces stations. Il sagit ici

7、de dfinir une mthode simplifie qui sapplique des configurations gomtriques reprsentatives et qui permette avant tout dvaluer les consquences de la diffusion par la pluie lors dune coordination bidirectionnelle. 2 Scnarios de brouillage Trois scnarios de brouillage sont examins: brouillage entre deux

8、 (importantes) stations terriennes, lmetteur et le rcepteur fonctionnant chacun avec un satellite gostationnaire distinct; brouillage entre une station situe sur lorbite des satellites gostationnaires (OSG) et une liaison de connexion pour un satellite non OSG du service mobile par satellite (par ex

9、emple station terrienne avec une grande antenne); brouillage entre une station OSG et un nombre important de stations non OSG du service fixe par satellite (SFS) (petites antennes). 2 Rec. UIT-R P.1412 Pour les deux premires de ces trois configurations (antennes gain moyen ou lev) on peut utiliser l

10、approximation du faisceau troit de lquation radar bistatique. Pour la troisime configuration (antenne gain moyen ou lev et grand nombre de petites stations terriennes avec antennes large faisceau), on peut utiliser lapproximation du faisceau troit pour le brouillage que le lobe principal de lantenne

11、 gain lev cause au lobe latral de lantenne large faisceau. Dans ce cas, on suppose que les angles dlvation des petites stations terriennes peuvent tre limits aux angles suprieurs 40; pour des angles dlvation descendant jusqu 15, il faudra peut-tre une mthode diffrente, par exemple la mthode des cont

12、ours auxiliaires. 3 Base de la mthode 3.1 Mode (1), propagation par temps clair Dans le mode (1), le brouillage dans le plan du grand cercle contenant laxe de vise sera rduit dau moins 22 dB lorsque langle dlvation de lantenne de la station terrienne augmente et passe de 5 au moins 40. Pour dautres

13、azimuts, diffrents de celui de laxe de vise, la rduction sera moins importante mais partira dune valeur initiale plus faible du gain dantenne dans cette direction. 3.2 Mode (2), diffusion par les hydromtores Pour le mode (2), les calculs sont plus complexes mais on peut penser qualitativement que le

14、 couplage sera plus faible en raison de la rduction du volume commun dans latmosphre rsultant de laugmentation de langle dlvation de la station terrienne qui passera de 5 au moins 40. La gomtrie adopte pour la mthode est illustre la Fig. 1 o T est lmetteur et R le rcepteur. On suppose au dpart que l

15、e faisceau provenant de T est la verticale ou presque dune cellule de pluie isole, situe de telle faon quelle remplit tout le faisceau (situation du cas le plus dfavorable). En appliquant la formule gnrale de la diffusion bistatique un lment d V du faisceau comme indiqu la Fig. 1, on obtient: ( )( )

16、( )plpd hp= 4/4/4/222rttrGxVyGPP (1) o: x : distance entre d V et R y : distance entre d V et T Gt: gain dantenne de lmetteur Gr : gain dantenne du rcepteur h : section efficace moyenne par unit de volume l : longueur donde; on suppose quil ny a aucun affaiblissement en dehors du faisceau provenant

17、de T. Supposons que d, distance de sparation entre T et R, soit sensiblement plus grande que la hauteur de pluie h. Ds lors, si le faisceau provenant de R est dirig en azimut et en lvation de telle faon quil se trouve au moins 45 dune partie quelconque de la cellule de pluie dans le faisceau provena

18、nt de T, on obtient une expression simple pour le gain des lobes latraux de R dans la direction de la pluie. Par ailleurs, la plus grande partie du volume de pluie dans le faisceau provenant de T contribuera la diffusion (en supposant quil ny a pas deffet dcran important du terrain) jusqu ce que d s

19、oit bien suprieure , disons, 100 km. Mme lorsque d = 200 km, 80% du volume de pluie dans le faisceau continuera dagir en prenant pour hypothse une hauteur de pluie h de 4 km et un modle avec 4/3 du rayon terrestre. En remplaant d V par son expression en fonction de Gt, et en intgrant sur le volume t

20、otal, on peut aisment dmontrer que le rapport puissance reue/puissance mise est donn par: ( )22256/ dhGPPrtrlh (2) pour les conditions supposes, Grtant le gain des lobes latraux (suppos uniforme) comme dans la Fig. 1, et le faisceau provenant de T ayant une direction verticale ou presque. Rec. UIT-R

21、 P.1412 3 1412-01d VqAR ThBdA: couplage des lobes latrauxB: cellule de pluieFIGURE 1Gomtrie de diffusion bidirectionnelleFIGURE 1 1412-01 Lvaluation de laffaiblissement supplmentaire d laffaiblissement en dehors du volume commun est un problme complexe de variabilit statistique du taux de prcipitati

22、on et de la taille de la cellule de pluie. Cela tant, tout en reconnaissant quune estimation prudente est ncessaire lors de la coordination, on peut poser en principe lexistence dune cellule de pluie isole. Laffaiblissement supplmentaire dpendra, pour une frquence donne, de la taille de la cellule e

23、t de son emplacement. Si elle est situe de telle sorte quune partie apprciable se trouve entre T et R, laffaiblis-sement supplmentaire peut tre important. Si le centre de la cellule se trouve de lautre ct de T par rapport R (tout en remplissant le faisceau T), laffaiblissement supplmentaire sera fai

24、ble. On a montr quen raison des effets de compensation rsultant de la diminution du diamtre de la cellule et de laccroissement du taux daffaiblissement (dB/km) au fur et mesure que le taux de prcipitation augmente, laffaiblissement supplmentaire dpend beaucoup moins du taux de prcipitation: pour des

25、 taux de prcipitation compris entre 10 et 60 mm/h, il sera approximativement de 4 dB 18 GHz, denviron 2 dB 12 GHz et ngligeable 4 GHz. Bien que la gomtrie soit quelque peu diffrente, on pourrait prendre pour hypothse les mmes valeurs pour laffaiblissement en dehors du volume de diffusion par la plui

26、e. Avec cette adjonction et moyennant une lgre correction pour tenir compte, le cas chant, de labsorption gazeuse, on peut calculer laffaiblissement de transmission en fonction de la distance, de la frquence et de la rflectivit (cest-dire taux de prcipitation). Il y a lieu de prendre pour hypothse u

27、ne valeur de 4 km pour la hauteur de pluie h, valeur qui est reprsentative dun pourcentage de temps denviron 0,01% pour des latitudes comprises entre 0 et 55. Pour la troisime configuration, mentionne au 2, on utilisera la Recommandation UIT-R P.620 comme base de calcul si langle dlvation de lantenn

28、e large faisceau descend au-dessous de 30. 4 Application de la mthode aux trois configurations: illustrations 4.1 Calculs de diffusion bistatique pour systmes du SFS OSG On a effectu des intgrations numriques en utilisant lquation radar bistatique pour le couplage lobe principal lobes latraux entre

29、deux stations fonctionnant en mode bidirectionnel. Des calculs ont t faits en supposant que lmetteur et le rcepteur avaient un gain identique et gal 57,5 dB, le diagramme rayonnement des lobes latraux tant donn par la formule: )(log2532)(10j=jG (3) Langle dlvation de lmetteur a t fix 30. On a suppos

30、 que le rcepteur ne pointait pas dans la direction de lmetteur, cest-dire quil avait un angle dlvation de plus de 90. La gomtrie est illustre la Fig. 2. 4 Rec. UIT-R P.1412 Des calculs ont t faits pour une frquence de 18 GHz et quatre taux de prcipitation (2, 8, 28 et 78 mm/h), ce qui correspond au

31、Climat F pour des pourcentages de temps de 1%, 0,1%, 0,01% et 0,001%. La valeur de laffaiblissement par la pluie entre les deux faisceaux a t fixe arbitrairement 4 dB, pour une frquence de 18 GHz, quel que soit le taux de prcipitation. Laffaiblissement linique sera vraisemblablement plus important l

32、orsque les taux de prcipitation sont levs mais les prcipitations seront peut-tre plus tales dans le temps pour des taux de prcipitation plus faibles, ce qui fait que laffaiblissement sur le trajet est similaire pour des variations impor-tantes du taux de prcipitation. Il sagit dune approximation bru

33、te mais utile. Les rsultats sont illustrs la Fig. 3. 1412-02FIGURE 2Gomtrie avec un metteur et un rcepteur fixesAngle dlvationdu rcepteur30Rcepteur EmetteurFIGURE 2 1412-02 1412-0315016017018019010 20 50 100FIGURE 3Variation de laffaiblissement de transmission en fonction de la distanceAngle dlvatio

34、n de lmetteur = 30Angle dlvation du rcepteur 90Frquence = 18 GHz0,001%0,01%0,1%1%Affaiblissementdetransmission(dB)Distance (km)FIGURE 3 1412-03 Rec. UIT-R P.1412 5 4.2 Dpendance vis-vis de langle dlvation pour la diffusion bistatique: couplage entre un rcepteur large faisceau et un metteur faisceau

35、troit 4.2.1 Poursuite par une antenne large faisceau pour une vaste gamme dangles dlvation Langle dlvation de lmetteur a t fix 30 et celui du rcepteur se situe entre 5 et 155 comme le montre la Fig. 4. 1412-04305155FIGURE 4Gomtrie lorsque langle dlvation de lmetteur est fixe et celui du rcepteur est

36、 variable Rcepteur(Angle dlvation variable)Emetteur(Angle dlvation fixe)FIGURE 4 1412-04 Les valeurs de laffaiblissement de transmission ont t calcules pour trois distances diffrentes entre lemplacement de lmetteur et celui du rcepteur (voir la Fig. 5). Les rsultats montrent que lorsque langle dlvat

37、ion du rcepteur est infrieur 30, il y aura intersection entre les faisceaux principaux, ce qui donne un couplage lev. Pour des angles de plus de 30, il y aura couplage uniquement entre le lobe principal de lmetteur et les lobes secondaires du rcepteur, couplage qui est alors indpendant de langle dlv

38、ation. On obtient des rsultats analogues pour toutes les distances, bien quavec des niveaux daffaiblissement de transmission diffrents. 1412-05100120140160180204060801012014016010 km20 km30 kmFIGURE 5Variation de laffaiblissement de transmission en fonctionde langle dlvation dun rcepteur large faisc

39、eauAffaiblissementdetransmission(dB)Espacement angulaire le long du trajet du grand cercle (degrs)Angle dlvation de lmetteur = 30FIGURE 5 1412-05 6 Rec. UIT-R P.1412 On a effectu dautres calculs pour trois frquences (5, 15 et 30 GHz), avec un angle dlvation fixe de 30 pour lmetteur et un angle dlvat

40、ion variant entre 0 et 60 pour le rcepteur large faisceau, en supposant lexistence dune cellule de pluie de forte intensit de 60 mm/h dans le volume commun. Les valeurs de laffaiblissement dans le volume commun pour chaque frquence sont donnes dans le Tableau 1. TABLEAU 1 Affaiblissement suppos pour

41、 chaque frquence Les rsultats sont illustrs la Fig. 6. Ils montrent que laffaiblissement de transmission est, en premire approximation, indpendant de la frquence. Pour une distance de sparation de 5 km entre lmetteur et le rcepteur, laffaiblissement de transmission minimal est denviron 98 dB. Ce rsu

42、ltat peut tre transpos pour dautres distances D en utilisant la relation: () 1pour7,0log1598 += DDL (4) 4.2.2 Poursuite par une antenne faisceau troit pour divers angles dlvation La Fig. 7 illustre la deuxime gomtrie considre, savoir un angle dlvation du rcepteur de 30; laffaiblissement a t calcul p

43、our divers angles dlvation de lmetteur faisceau troit. Les rsultats sont illustrs la Fig. 8. Pour une distance de 10 km, le couplage entre les deux systmes est trs faible pour les angles dlvation de lmetteur infrieurs 60 mais au-del de cette valeur, le couplage augmente rapidement au fur et mesure q

44、ue le faisceau de lmetteur entre dans le faisceau principal du rcepteur. Cest ce qui se produit une hauteur de 10 km. Pour des distances de sparation plus importantes, les angles sont proportionnellement plus grands. Les rsultats illustrs la Fig. 5 ont montr que pour des angles dlvation du rcepteur

45、de plus de 30, laffaiblissement est pour ainsi dire indpendant de langle dlvation. La Fig. 9 illustre donc la dpendance de laffaiblissement vis-vis de la distance, pour une frquence de 18 GHz, un angle dlvation de lmetteur de 30, un angle dlvation du rcepteur de 80, et deux taux de prcipitation (30

46、et 60 mm/h). Frquence (GHz) Affaiblissement (dB) 5 0 15 4 30 12 Rec. UIT-R P.1412 7 1412-0690100110120130140150160102030405060709010011012013014015016017010203040506070100110120130140150160170102030405060705 GHz 30 GHz 15 GHz Espacement angulaire le long du trajet du grand cercle (degrs)Affaiblissem

47、entdetransmission(dB)a) Distance de 5 km entre lmetteur et le rcepteurEspacement angulaire le long du trajet du grand cercle (degrs)Affaiblissementdetransmission(dB)b) Distance de 10 km entre lmetteur et le rcepteurEspacement angulaire le long du trajet du grand cercle (degrs)Affaiblissementdetransmission(dB)c) Distance de 20 km entre lmetteur et le rcepteurFIGURE 6Variation de laffaiblissement de transmission en fonctionde langle dlvation dun rcepteur large faiscea