ITU-R P 619-1 FRENCH-1992 PROPAGATION DATA REQUIRED FOR THE EVALUATION OF INTERFERENCE BETWEEN STATIONS IN SPACE AND THOSE ON THE SURFACE OF THE EARTH《空间站和地球表面站之间干扰评估所要求的传播数据》.pdf

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1、 Rec. UIT-R P.619-1 1 RECOMMANDATION UIT-R P.619-1*DONNES SUR LA PROPAGATION NCESSAIRES LVALUATION DES BROUILLAGES ENTRE DES STATIONS DANS LESPACE ET DES STATIONS SITUES LA SURFACE DE LA TERRE (Question UIT-R 208/3) (1986-1990-1992) Rec 619-1 LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a)

2、que, pour valuer convenablement des brouillages entre des stations dans lespace et des stations situes la surface de la Terre, il est ncessaire de possder des donnes appropries sur la propagation, qui soient fondes sur les facteurs dinfluence du terrain et des conditions atmosphriques; b) que les do

3、nnes disponibles jusqu prsent ne permettent pas de mettre au point des mthodes de prvision fiables et suffisamment prcises pour toutes les rgions du monde; c) quil existe cependant plusieurs mthodes qui offrent une prcision suffisante, du moins dans certaines rgions, recommande que, pour valuer les

4、brouillages entre des stations dans lespace et des stations situes la surface de la Terre, les administrations utilisent les mthodes de calcul de la propagation exposes dans lAnnexe 1. ANNEXE 1 1. Introduction Le brouillage entre stations de Terre et stations spatiales, entre stations spatiales dun

5、mme systme et entre stations spatiales de systmes distincts peut emprunter des trajets divers. On peut les rsumer comme suit: 1.1 Brouillages entres stations spatiales et stations terriennes de systmes distincts Mode B1: mission dune station spatiale dun systme spatial, brouillant la rception dans u

6、ne station terrienne dun autre systme. Mode B2: mission dune station terrienne dun systme spatial, brouillant la rception dans une station spatiale dun autre systme. 1.2 Brouillages entre stations spatiales et stations de Terre Mode C1: mission dune station spatiale, brouillant la rception dans une

7、station de Terre. Mode C2: mission dune station de Terre, brouillant la rception dans une station spatiale. Les dgradations sont dues trois principaux mcanismes qui crent des trajets de brouillage: la propagation en atmosphre claire, la diffusion par les prcipitations et laffaiblissement diffrentiel

8、 sur des trajets Terre-espace adjacents. Ils sont examins ci-aprs. Les effets de lionosphre sur la propagation entre la Terre et lespace sont examins dans la Recommandation UIT-R P.531. Ces effets, qui dpendent de la frquence, comprennent la scintillation (scintillation quatoriale, scintillation aux

9、 latitudes moyennes et scintillation aux latitudes leves), labsorption (absorption aurorale, absorption dans la calotte polaire), les variations de la direction darrive, le temps de propagation, la variation de frquence et la rotation de Faraday. _ *La Commission dtudes 3 des radiocommunications a a

10、pport des modifications rdactionnelles cette Recommandation en 2000 conformment aux dispositions de la Rsolution UIT-R 44. 2 Rec. UIT-R P.619-1 2. Propagation en atmosphre claire Un certain nombre de mcanismes qui affectent la propagation peuvent faire varier laffaiblissement de propagation en atmos

11、phre claire. En gnral, ces mcanismes agissent individuellement avec dautant plus de gravit que langle dlvation du trajet Terre-espace est plus petit. Les phnomnes en atmosphre claire qui concernent les trajets Terre-espace faible angle dlvation comprennent: absorption par les gaz, affaiblissement pa

12、r les nuages, affaiblissement par couche de fusion, scintillations troposphriques, vanouissements sous angles faibles, courbure des rayons, diminution du gain dantenne, dfocalisation (ou talement du faisceau), conduits, rflexions sur le sol ou les immeubles. La Recommandation UIT-R P.452 donne, pour

13、 les systmes de Terre, des mthodes de prvision permettant de calculer la propagation en visibilit directe, la diffraction, la diffusion troposphrique et les effets de conduit par rflexion sur les couches. Parmi les phnomnes ci-dessus, seuls les scintillations troposphriques, les vanouissements sous

14、angles faibles et la courbure des rayons font varier lintensit des brouillages entre systmes. Un systme Terre-espace bien conu ne doit pas prsenter de rflexions sur le sol; on ne sait gnralement prvoir lamplitude et la phase des rflexions sur les immeubles quau moyen de modles dterministes qui suppo

15、sent une connaissance approfondie de lenvironnement urbain. Avant dvaluer des brouillages variables, on calcule dhabitude laffaiblissement de propagation Lbsur un trajet de brouillage potentiel. 2.1 Affaiblissement de propagation Laffaiblissement de propagation Lbpeut sexprimer comme suit: Lb= 92,5

16、+ 20 log f + 20 log d + Ag+ AD GSmmmmmmdB (1) o: : frquence (GHz) d : longueur du trajet (km) Ag : affaiblissement (dB) d aux gaz de latmosphre AD : affaiblissement (dB) d ltalement du faisceau GS : gain (dB) d la scintillation. Laffaiblissement Agd aux gaz de latmosphre est dcrit dans la Recommanda

17、tion UIT-R P.676. Il est fonction de la concentration en vapeur deau au sol , du rayon terrestre quivalent Re= 106(157 N)1et, un moindre degr, de la temprature de lair prs du sol. Les valeurs saisonnires et annuelles de la concentration en vapeur deau la surface de la Terre sont reprsentes sur les F

18、ig. 1 5 de la Recommandation UIT-R P.836. En premire approximation, on peut supposer que les donnes statistiques des variations temporelles de ont une distribution gaussienne avec un cart type , gal environ 0,25 fois la valeur moyenne de . Par exemple, lhumidit absolue probablement dpasse pendant 99

19、% du temps serait de 1 (0,25 2,4) = 0,4 fois la valeur moyenne. De mme, la valeur dpasse pendant 99,99% du temps serait de 1 (0,25 3,8) = 0,05 fois la valeur moyenne. N est la dcroissance moyenne (gradient) du condice dans une couche dune paisseur de 1 km partir de la surface de la Terre. Les cartes

20、 mondiales des valeurs de la dcroissance moyenne mensuelle de N sont reprsentes aux Fig. 3 6 de la Recommandation UIT-R P.453. Rec. UIT-R P.619-1 3 Le gain de scintillation, GS, est fonction de la frquence, du diamtre de lantenne de la station terrienne, de langle dlvation et du climat local; on peu

21、t le calculer partir de lintensit de la scintillation troposphrique prvue. Il ressort de lapplication des mthodes de prvision exposes dans la Recommandation UIT-R P.530 que dans quelques rgions du monde, les effets combins des vanouissements uniformes profonds par atmosphre claire et des vanouisseme

22、nts par trajets multiples sur le signal dsir ( des profondeurs dvanouissements denviron 25 dB) peuvent tre au moins aussi importants 23 GHz environ que laffaiblissement d la pluie, mme sur des trajets natteignant que 10 km. Il sagit de rgions dans lesquelles les conduits sont trs rpandus mais qui on

23、t aussi des rgimes hydromtorologiques modrs (cest-dire, rgions chaudes ou rgions dsertiques de type arctique). La plupart des autres rgions dans lesquelles les conduits sont trs rpandus sont des rgions humides galement sujettes de graves affaiblissements dus la pluie, qui devraient tre la cause la p

24、lus importante dinterruption du signal dsir pour des marges denviron 25 dB. LEst-Anglie, au Royaume-Uni, est une rgion, dans les latitudes tempres, o lvanouis-sement par trajets multiples du signal dsir survient pendant le mme pourcentage de temps que laffaiblissement d la pluie sur un trajet de 10

25、km. 2.2 Scintillation troposphrique La Recommandation UIT-R P.618 donne une mthode de prvision de la scintillation troposphrique dont la validit descend jusqu des angles dlvation de 4. Cette mthode permet de calculer lintensit de la scintillation et la distribution cumulative des vanouissements effe

26、ctifs. La scintillation troposphrique provoque aussi des renforcements du signal qui donnent des valeurs daffaiblissement de transmission infrieures celles que lon obtient en espace libre. Il est possible davoir des niveaux notables de scintillation troposphrique pendant des pourcentages de temps bi

27、en suprieurs 1% de lanne. Sur les trajets trs faible angle dlvation, des modifications localises de lindice de rfraction associes des mouvements quasi ondulatoires de latmosphre peuvent donner de svres vanouissements sous angles faibles. 2.3 Evanouissements sous angles faibles Pour des angles dlvati

28、on infrieurs 5 et de faibles pourcentages du temps, on peut observer de substantiels renforcements et vanouissements du signal. Des mesures effectues 7 GHz ont rvl des renforcements du signal qui atteignaient 6 dB des angles dlvation compris entre 1 et 2, tandis que, pour un angle dlvation du trajet

29、 de 3,3 on a mesur des renforcements qui atteignent 8 dB et des vanouissements dune profondeur de 16 dB par atmosphre pratiquement claire. On na pas encore recommand de modle pour prvoir ces niveaux dvanouissement sous angles faibles. 2.4 Courbure des rayons La courbure des rayons provient des varia

30、tions de lindice de rfraction le long du trajet. Ces variations ne sont dhabitude sensibles que dans le sens vertical car toute altitude la basse atmosphre est gnralement assez bien stratifie. Un faisceau dantenne nest pas infiniment mince et par consquent ses portions infrieures et suprieures seron

31、t courbes de faon diffrente car elles ont un angle dlvation diffrent dans la basse atmosphre. La courbure diffrentielle des rayons aura donc pour effet dtaler le faisceau. La Fig. 1 prsente ltalement du faisceau dans un plan vertical. 3. Diffusion par les prcipitations Il peut y avoir brouillage qua

32、nd lnergie que rayonne un systme est diffuse par les prcipitations et pntre dans le faisceau dantenne dun autre systme. Cela ne se produit que si les faisceaux principaux des deux systmes se coupent dans une portion de latmosphre o il y a des hydromtores. Dans ces conditions, il apparat un volume co

33、mmun o les hydromtores sont prsents pendant une dure apprciable et il peut en rsulter des niveaux de signal non dsir renforcs. Bien que de tels brouillages puissent tre notables, ils ne sont en gnral pas assez gnants pour limiter la qualit du systme et on peut normalement les viter tout fait en choi

34、sissant les trajets de faon judicieuse pour viter le risque quapparaissent des volumes communs. La mthode de calcul de la diffusion par les prcipitations est expose dans la Recommandation UIT-R P.452. 4 Rec. UIT-R P.619-1 D01-scFigure 1 D01 = 13.5 cm 528% Le brouillage caus par un satellite dnergie

35、solaire soulve de graves difficults dans ce contexte. A laide des donnes dont on dispose sur le contenu probable dharmoniques, on peut montrer que, mme sur le quatrime harmonique, le niveau du signal brouilleur, une distance de 50 km de la cellule de pluie, est comparable au niveau du signal reu dan

36、s le service fixe par satellite. A la frquence fondamentale, cependant, le rayonnement direct des lobes latraux du satellite dnergie solaire en direction de la station de Terre dpassera probablement le signal provenant de la diffusion par les prcipitations. 4. Affaiblissement diffrentiel sur des tra

37、jets adjacents 4.1 Influence de la pluie Si deux stations spatiales fonctionnant la mme frquence sont spares lune de lautre par un petit angle, il peut arriver que laffaiblissement d la pluie sur le trajet partir dune station spatiale diminue suffisamment la puissance du signal pour quune station sp

38、atiale voisine puisse causer un brouillage la station terrienne de rception. Dans ce cas, il est indispensable dtudier les effets combins de laffaiblissement d la pluie Acdu signal dsir et de laffaiblissement d la pluie Aidu signal brouilleur. Rec. UIT-R P.619-1 5 Il convient, pour les calculs du br

39、ouillage, dutiliser les distributions conditionnelles de A = Ac Aiet Ac. Comme base pour lobtention de statistiques de dpassement total pour diverses rgions, dans lesquelles les statistiques daffaiblissement sur un trajet unique sont diffrentes, on a calcul les statistiques A dpasses pour 1% du temp

40、s avec la condition: 0,5 dB Ac Am, o Amest laffaiblissement maximal admissible du signal dsir. On a constat que les rsultats obtenus par la formule empirique: A(1%) = 0,036 (0,45 f + cosec ) loge( + 1) loge( Am+ 1)1,15mmmmmmdB (2) o: : frquence (GHz): 11 30 GHz : angle dlvation de la station terrien

41、ne (degrs): 5 30 : sparation angulaire en azimut (degrs) des deux trajets: 0 10 concordaient assez bien avec les donnes enregistres dans les gammes des valeurs des paramtres considres. Afin de dterminer le pourcentage de temps pendant lequel une valeur particulire de A est dpasse pour une valeur don

42、ne de Am, il convient de multiplier le chiffre de 1% par la valeur de probabilit pour que 0,5 dB Ac Am. On peut obtenir cette dernire partir dune distribution cumulative mesure ou prvue pour un trajet unique (voir la Recommandation UIT-R P.618). Il reste vrifier la validit de la formule (2) pour des

43、 valeurs de la frquence et de langle dlvation stendant sur un vaste intervalle. Nanmoins, les rsultats obtenus pour des azimuts assez fortement diffrents (31,5) semblent bien concorder avec ce que laisse prvoir la formule (2). En consquence, laffaiblissement diffrentiel d la pluie sur des trajets Te

44、rre-espace distincts ne semble pas devoir causer de brouillages inacceptables. 4.2 Influence de la scintillation Des mesures effectues en diversit daltitude un angle dlvation de 3,3 et sur la frquence 11,198 GHz ont montr quavec un espacement de 15,1 m les scintillations qui affectaient les deux ant

45、ennes ntaient pas du tout corrles. Cela signifie qu un angle dlvation de 3,3, il suffit dun cart angulaire dlvation de 0,1 entre deux trajets Terre-espace pour que les scintillations ne soient pas corrles. Avec des satellites trs voisins, et mme avec ceux qui occupent la mme position, on peut avoir une scintillation tout fait dcorrle et il faudra valuer avec soin les risques de brouillage entre de tels systmes, surtout si une rgulation de puissance est applique la liaison montante.