ITU-R P 1623-1 FRENCH-2005 Prediction method of fade dynamics on Earth-space paths《地对空路径上的衰减动力学的预测方法(问题ITU-R 201 3)》.pdf

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1、 Rec. UIT-R P.1623-1 1 RECOMMANDATION UIT-R P.1623-1 Mthode de prvision de la dynamique des vanouissements sur les trajets Terre vers espace (Question UIT-R 201/3) (2003-2005) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que pour divers services de radiocommunication, il faut obtenir des

2、 renseignements sur la dynamique des vnements dinterruption pour satisfaire certains objectifs nominaux; b) que, pour valuer les paramtres associs au risque de panne qui sont ncessaires pour assurer une certaine qualit et fiabilit du service, il faut connatre la probabilit doccurrence des vanouissem

3、ents en fonction de leur dure; c) que, pour valuer les paramtres internes dune boucle de commande de la technique de rduction des vanouissements (FMT, fade mitigation technique) (qui est utilise pour amliorer la qualit et la fiabilit du service), il faut connatre la probabilit doccurrence de la pent

4、e dvanouissement correspondant un seuil daffaiblissement donn; d) quil est ncessaire de fournir des renseignements dingnierie pour le calcul des statistiques de la dure des vanouissements, de lintervalle inter-vanouissements et de la pente des vanouissements, recommande 1 dappliquer les mthodes dcri

5、tes au 2.2 de lAnnexe 1 pour calculer les statistiques de la dure des vanouissements dus aux effets combins de laffaiblissement (gaz, nuages et pluie) et de la scintillation sur les trajets Terre vers espace; 2 dappliquer les mthodes dcrites au 3.2 de lAnnexe 1 pour calculer les statistiques de la p

6、ente des vanouissements dus laffaiblissement sur les trajets Terre vers espace. Annexe 1 1 Introduction Lorsquon conoit divers systmes de tlcommunication, les caractristiques dynamiques des vanouissements ds la propagation atmosphrique sont importantes pour optimiser la capacit du systme et satisfai

7、re aux critres de qualit et de fiabilit. On peut citer titre dexemple les rseaux fixes comprenant un segment spatial et les systmes qui utilisent des FMT ou de partage des ressources. Plusieurs chelles de temps peuvent tre dfinies et il est utile dobtenir des renseignements statistiques sur la pente

8、 dvanouissement, la dure des vanouissements et lintervalle inter-vanouissements pour un niveau daffaiblissement donn (voir la Fig. 1). On dfinit la dure des vanouissements comme tant lintervalle de temps pendant lequel laffaiblissement dpasse un seuil donn, lintervalle inter-vanouissements tant lint

9、ervalle de temps pendant lequel laffaiblissement est infrieur ce mme seuil. La pente dvanouissement correspond la vitesse de laffaiblissement en fonction du temps. 2 Rec. UIT-R P.1623-1 La distinction entre les vanouissements de dure infrieure ou suprieure 10 s prsente un intrt particulier dans le c

10、ontexte des critres de disponibilit. Par ailleurs, il est indispensable de connatre la distribution des dures dvanouissement en fonction de la profondeur dvanouissement pour pouvoir appliquer les concepts de prvision des risques la fourniture de services de tlcommunication. En outre, il est essentie

11、l de disposer de donnes sur la pente dvanouissement prvue pour valuer la vitesse de poursuite minimale que doit avoir un systme de rduction des vanouissements. 2 Dure des vanouissements et des intervalles inter-vanouissements 2.1 Prescriptions relatives la dure des vanouissements La dure des vanouis

12、sements est un paramtre important dont il faut tenir compte lors de la conception dun systme, et ce pour plusieurs raisons: interruptions et indisponibilit du systme: les statistiques sur la dure des vanouissements donnent des indications sur le nombre et la dure des interruptions et sur lindisponib

13、ilit du systme rsultant de la propagation sur une liaison et pour un service donns; partage des ressources du systme: il est important, pour un oprateur, davoir une ide de la dure statistique dun vnement afin dattribuer la ressource dautres utilisateurs; FMT: la dure des vanouissements est important

14、e pour dfinir la dure statistique de maintien dun systme en mode de compensation avant son retour en mode nominal; codage et modulation du systme: la dure des vanouissements et un paramtre cl dans le choix des codes de correction derreur directe et du systme de modulation le mieux adapt. Dans le cas

15、 dun systme de tlcommunication par satellite, le canal de propagation ne gnre pas des erreurs indpendantes, mais des blocs derreurs. La dure des vanouissements influe directement sur le choix du systme de codage (taille du mot de code des codes complets, entrelacement des codes concatns, etc.). 2.2

16、Mthode de prvision de la dure des vanouissements Deux fonctions de distribution cumulative permettent de dcrire la dure des vanouissements: 1 P(d D|a A): probabilit doccurrence dvanouissements de dure d suprieure D (s), pour un affaiblissement a suprieur A (dB). On peut estimer cette probabilit en u

17、tilisant le rapport entre le nombre dvanouissements de dure suprieure D et le nombre total dvanouissements observs daffaiblissement suprieur au seuil A. Rec. UIT-R P.1623-1 3 2 F(d D|a A): probabilit cumulative de dpassement, ou encore fraction totale (entre 0 et 1) du temps dvanouissement conscutif

18、 des dures dvanouissement d suprieures D (s), lorsque laffaiblissement a est suprieur A (dB). On peut estimer cette probabilit partir du rapport entre le temps dvanouissement total conscutif des dures dvanouissement suprieures D lorsquil y a dpassement du seuil A et le laps de temps total pendant le

19、quel le seuil est dpass. Pour une priode de rfrence donne, on estime le nombre dvanouissements dune dure suprieure D en multipliant la probabilit doccurrence P(d D|a A) par le nombre total dvanouissements dpassant le seuil Ntot(A). De mme, on estime la dure totale de dpassement rsultant dvanouisseme

20、nts de dure suprieure D en multipliant la fraction de temps F(d D|a A) par le laps de temps total pendant lequel le seuil est dpass, Ttot(A). Le modle deux composantes prsent ici comprend une fonction de distribution log-normale pour les vanouissements de longue dure et une fonction de distribution

21、assimilable une loi en puissance pour les vanouissements de courte dure. La limite entre ces deux types dvanouissements est donne par la dure de seuil Dtcalcule pour ce modle. Le modle de loi en puissance sapplique aux dures dvanouissement suprieures 1 s. La contribution des vanouissements de plus c

22、ourte dure au temps total dinterruption est ngligeable. On trouvera ci-aprs une estimation des paramtres dfinir pour le modle et une dfinition du modle deux composantes pour les deux fonctions de distribution, cest-dire la probabilit doccurrence P et la probabilit de dpassement (ou fraction du temps

23、) F. Ce modle sapplique en principe des dures dvanouissement suprieures 1 s. Ses paramtres dentre sont les suivants: f : frquence (GHz): 10-50 GHz : angle dlvation (degrs): 5-60 A : seuil daffaiblissement (dB). Le calcul pas pas de la distribution des dures dvanouissements se fait de la faon suivant

24、e: Etape 1: La dure moyenne D0de la distribution log-normale de la fraction du temps dvanouissement conscutif des vanouissements de longue dure, lorsque laffaiblissement est suprieur A est donne par la formule suivante: s8039,04,14,00AfD = (1) Etape 2: Lcart type de la distribution log-normale de la

25、 fraction du temps dvanouissement conscutif des vanouissements de longue dure, est exprim par la formule suivante: 027,005,085,1 Af= (2) Etape 3: Lexposant de la distribution assimilable une loi en puissance de la fraction du temps dvanouissement conscutif des vanouissements de courte dure est donn

26、par la formule suivante: 003,065,0055,0 Af= (3) Etape 4: La limite Dtentre les vanouissements de courte dure et les vanouissements de longue dure est donne par la formule: se39,00221+=pptDD (4) 4 Rec. UIT-R P.1623-1 o: 814,0885,01=p (5) 61,123,205,122+=p (6) Etape 5: La dure moyenne D2de la distribu

27、tion log-normale de la probabilit doccurrence dvanouissements de longue dure est donne par la formule: se202= DD (7) Etape 6: La fraction de temps k rsultant daffaiblissements de dure infrieure Dtest exprime par la formule: 12020)ln()ln()ln()ln()1(1+=DDQDDDQDDkttt(8) o: Q : fonction de distribution

28、cumulative type dune variable distribution normale: xzQxzde21)(221= (9) Etape 7: La probabilit doccurrence dun vanouissement de dure d suprieure D pour un affaiblissement a suprieur A est donne par la formule: =)|(1Pour DAaDdPDDt(10) =)ln()ln()ln()ln()|(Pour22DDQDDQDAaDdPDDttt(11) Etape 8: La probab

29、ilit cumulative de dpassement, cest-dire la fraction totale du temps dvanouissement conscutive des vanouissements de dure d suprieure D est exprime par la formule: =11)|(1PourttDDkAaDdFDD (12) =)ln()ln()ln()ln()1()|(Pour00DDQDDQkAaDdFDDtt(13) Rec. UIT-R P.1623-1 5 Etape 9: Le cas chant, on peut calc

30、uler le nombre total dvanouissements de dure d suprieure D pour un seuil A donn, laide de la formule suivante: )()|(),( ANAaDdPADNtot= (14) De mme, le temps total dvanouissement rsultant dvanouissements de dure d suprieure D pour le seuil A est donn par la formule suivante: s)()|()|( ATAaDdFAaDdTtot

31、= (15) pour la priode de rfrence considre, o Ttot(A) est le laps de temps total pendant lequel le seuil A est dpass et Ntot(A) est le nombre total dvanouissements dont la dure dpasse la dure minimale de 1 s. On obtient ces paramtres de la faon suivante: Ttot(A) doit tre obtenu partir de donnes local

32、es. Si des donnes statistiques long terme ne sont pas disponibles, on peut faire une estimation daprs la Recommandation UIT-R P.618. En pareil cas, la procdure consiste calculer la fonction de distribution cumulative de laffaiblissement total et le pourcentage de temps pendant lequel le seuil daffai

33、blissement A considr est dpass, ainsi que la dure totale de dpassement associe Ttot(A), pour la priode de rfrence considre. Une fois obtenue la valeur de Ttot(A), on calcule Ntot(A) comme suit: =11)()(ttottotDkATAN (16) Cette mthode a t teste par rapport la banque de donnes sur les dures dvanouissem

34、ent de la Commission dtudes 3 des radiocommunications aux frquences comprises entre 11 et 50 GHz pour des angles dlvation compris entre 6 et 60. On a obtenu une moyenne arithmtique de lerreur logarithmique (rapport entre la dure dvanouissement prvue et la dure dvanouissement mesure pour un mme nivea

35、u de probabilit) de 30% pour les dures dvanouissement infrieures 10 s et une moyenne comprise entre 25% et 80% pour les dures dvanouissement suprieures 10 s. On a constat que lcart type variait entre 80% et 150%, ce qui atteste de la forte variabilit naturelle de ce paramtre. 2.3 Intervalles inter-v

36、anouissements En plus des statistiques sur la dure des vanouissements, il est galement utile de caractriser lintervalle de temps sparant deux vanouissements conscutifs, appel intervalle inter-vanouis-sements. Lorsque le niveau du signal reu devient infrieur au seuil marginal la suite dune interrupti

37、on, il est essentiel pour loprateur de savoir, au sens statistique, quand se produira la prochaine interruption. Les rsultats exprimentaux montrent que les intervalles inter-vanouissements peuvent suivre une distribution statistique log-normale. Nanmoins, les intervalles inter-vanouissements de cour

38、te dure dus aux scintillations troposphriques devraient suivre une distribution assimilable une loi en puissance, comme pour les vanouissements de courte dure. 3 Pente dvanouissement 3.1 Renseignements obtenir concernant la pente dvanouissement Il est important de pouvoir quantifier la pente dvanoui

39、ssement pour les systmes de tlcommunication par satellite susceptibles dutiliser des techniques de rduction des vanouissements. Il est utile de connatre la pente dvanouissement du signal reu pour concevoir 6 Rec. UIT-R P.1623-1 une boucle de commande capable de suivre les variations de ce signal, ou

40、 de permettre une meilleure prvision court terme des conditions de propagation. Dans les deux cas, linformation obtenir est la pente de la composante variation lente du signal, ce qui suppose le filtrage de la scintillation et des variations rapides de laffaiblissement d la pluie. 3.2 Mthode de prvi

41、sion de la pente dvanouissement La distribution de probabilit de la pente dvanouissement dpend de paramtres climatiques, de la distribution de la dimension des gouttes et, par consquent, du type de pluie. La vitesse horizontale du vent perpendiculaire au trajet est un autre paramtre climatique impor

42、tant qui dtermine la vitesse laquelle le profil horizontal de pluie traverse le trajet de propagation. Par ailleurs, il est prvoir que la pente dvanouissement pour un niveau daffaiblissement donn diminuera avec laugmentation de la longueur de trajet, en raison de leffet de lissage d la sommation des

43、 diffrentes contributions de pluie et que, par consquent, la pente augmentera mesure que langle dlvation sur un trajet Terre vers espace augmente. De plus, les paramtres dynamiques (ou constantes de temps) du systme de rception ont une incidence sur la pente dvanouissement mesure. Si on augmente le

44、temps dintgration dun rcepteur, les variations instantanes des vanouissements diminuent et se rpartissent sur une dure plus longue. La distribution prvue de la pente dvanouissement dpend du niveau daffaiblissement A(t) et de la longueur de lintervalle de temps t. Elle dpend galement de la frquence d

45、e coupure 3 dB du filtre passe-bas utilise pour liminer du signal les scintillations troposphriques et les variations rapides de laffaiblissement d la pluie. Les rsultats exprimentaux montrent quune frquence de coupure 3 dB de 0,02 Hz permet de filtrer correctement les scintillations et les variatio

46、ns rapides de laffaiblissement d la pluie. En labsence de filtrage, le signal prsentera de fortes fluctuations et le modle ne permettra de prvoir que les fluctuations conscutives laffaiblissement d la pluie. En pareil cas, la frquence de coupure requise en entre est la frquence dchantillonnage. Dans le modle, la pente dvanouissement un instant donn est dfinie partir des donnes filtres au moyen de la formule suivante: dB/s2121)(tttAttAt+= (17) Le modle est valable pour les gammes de valeurs suivantes des paramtres: frquences comprises entre 10 et 30 GHz angles dlvation compris en