ITU-R RAPPORT SM 2028-1 FRENCH-2002 Monte Carlo simulation methodology for the use in sharing and compatibility studies between different radio services or systems《用蒙特卡洛模拟方法研究不同的无线.pdf

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1、 Rap. UIT-R SM.2028-1 1 RAPPORT UIT-R SM.2028-1 Mthode de simulation de Monte Carlo pour lutilisation en partage et les tudes de compatibilit entre diffrents services ou systmes radiolectriques (Question UIT-R 211/1) (2001-2002) TABLE DES MATIRES Page Rsum. 2 1 Gnralits 2 2 Aperu de la mthode de sim

2、ulation de Monte Carlo 3 3 Conditions relatives larchitecture 6 Annexe 1 Liste des paramtres dentre 10 Annexe 2 Module de gnration dvnements 13 Appendice 1 lAnnexe 2: Modle de propagation 24 Appendice 2 lAnnexe 2: Fonction de commande de puissance 42 Appendice 3 lAnnexe 2: Dfinitions des distributio

3、ns . 43 Appendice 4 lAnnexe 2: Gnration dun nombre pseudo-alatoire. 44 Appendice 5 lAnnexe 2: Diagramme de calcul de dRSS . 46 Appendice 6 lAnnexe 2: iRSS relatifs aux rayonnements non essentiels et aux calculs de blocage. 47 Appendice 7 lAnnexe 2: Blocage du rcepteur. 48 Appendice 8 lAnnexe 2: iRSS

4、 dus lintermodulation . 50 Appendice 9 lAnnexe 2: Intermodulation au niveau du rcepteur 51 Appendice 10 lAnnexe 2: Influence des diffrentes largeurs de bande 53 Appendice 11 lAnnexe 2: Taille dune cellule radiolectrique dans un rseau peu bruit. 57 Appendice 12 lAnnexe 2: Diagramme dantenne symtrique

5、. 58 Annexe 3 Module destimation de la distribution . 59 Appendice 1 lAnnexe 3: Test de conformit du 2. 61 Appendice 2 lAnnexe 3: Test de stabilit de Kolmogorov-Smirnov 63 Annexe 4 Module de calcul des brouillages . 63 2 Rap. UIT-R SM.2028-1 Rsum On trouvera dans le prsent Rapport des informations g

6、nrales relatives la mthode de simulation de Monte Carlo. Outre ces informations gnrales, ce texte fournit galement les spcifications relatives la premire gnration du logiciel SEAMCAT (spectrum engineering advanced Monte Carlo analysis tool) (qui met en uvre la mthode de Monte Carlo applique aux scna

7、rios de radiocommunications. Gnralits Le problme des rayonnements non dsirs, facteur important qui affecte lefficacit dutilisation du spectre radiolectrique, est trait en profondeur dans diverses instances, internes et externes, de la Confrence europenne des administrations des postes et tlcommunica

8、tions (CEPT). La ncessit de rvaluer les limites des rayonnements non dsirs dans le cadre de lAppendice 3 du Rglement des radiocommunications (RR) se faisant jour, il apparat clairement quil est souhaitable de disposer cet effet dune mthode gnrique. La capacit a priori des mthodes gnriques prendre en

9、 compte les nouveaux systmes de communication et les nouvelles technologies mesure de leur mergence constitue lune des nombreuses raisons du choix privilgi dont elles font lobjet. De plus, seule une mthode gnrique peut prtendre servir de base un outil danalyse largement reconnu. Loutil de simulation

10、 radiolectrique de Monte Carlo dcrit dans le prsent Rapport a t labor partir des considrations susmentionnes, dans le cadre du processus conduit par le Comit europen des radiocommunications (CER). SEAMCAT Loutil danalyse SEAMCAT correspond la mise en uvre dun modle de simulation radio-lectrique de M

11、onte Carlo labor par le Groupe des administrations CEPT, des membres de lInstitut europen des normes de tlcommunication (ETSI) et des organismes scientifiques internationaux. SEAMCAT est un logiciel public en code objet distribu par le Bureau europen des radiocommunications (BER) de la CEPT, situ Co

12、penhague. On trouvera des informations relatives ce logiciel sur le site: http:/www.ero.dk Ce logiciel se trouve galement dans la bibliothque de logiciels de lUIT-R. On peut obtenir de plus amples dtails auprs du BER ladresse e-mail suivante: eroero.dk. 1 Gnralits Afin de rvaluer les limites des ray

13、onnements non dsirs dans le cadre des dispositions de lAppendice 3 du RR, il est souhaitable de disposer dun outil danalyse permettant dvaluer le niveau des brouillages subis par certains rcepteurs reprsentatifs. Il a t convenu au sein de lUIT-R dexprimer le niveau de brouillage par la probabilit de

14、 dgradation de la capacit de rception du rcepteur considr du fait de la prsence dun brouilleur. Il est ncessaire, pour exprimer cette probabilit, de procder une modlisation statistique des scnarios de brouillage. Le prsent rapport dcrit cette mthode et propose une architecture pour cet outil de simu

15、lation. La mthode de simulation dcrite ici et utilise pour llaboration de loutil est mieux connue sous le nom de technique de Monte Carlo. Le terme Monte Carlo a t adopt par von Neumann et Ulan durant la seconde guerre mondiale et a servi de nom de code aux travaux secrets entrepris pour la Rap. UIT

16、-R SM.2028-1 3 rsolution de problmes statistiques relatifs la conception de la bombe atomique. Depuis lors, la mthode de Monte Carlo a t utilise pour la simulation de processus alatoires, en se fondant sur le principe dchantillonnage de variables alatoires partir de leur fonction de probabilit dfini

17、e. On peut la considrer comme la mthode la plus puissante et la plus largement utilise pour lanalyse de problmes statistiques complexes. On considre galement quil nexiste pas dautres mthodes permettant danalyser les brouillages causs par des rayonnements non dsirs. La mthode de Monte Carlo est: gnri

18、que: un modle unique permet de traiter divers scnarios de brouillage possibles. flexible: trs flexible, cette mthode peut tre utilise pour grer des scnarios de brouillage composites. 2 Aperu de la mthode de simulation de Monte Carlo Il convient dutiliser cette mthode pour traiter les thmes suivants

19、relatifs lingnierie du spectre: Etudes de partage ou de compatibilit entre diffrents systmes radiolectriques fonctionnant dans la mme bande ou dans des bandes de frquences adjacentes. Evaluation des gabarits dmission et de rception. Evaluation des limites relatives des paramtres tels que les niveaux

20、 de rayonnements non dsirs (rayonnements non essentiels, missions hors bande), de blocage ou dinter-modulation. La mthode de Monte Carlo permet en principe de traiter tous les scnarios de brouillage radiolectrique. La manire dont les paramtres du systme sont dfinis confre la mthode sa flexibilit. Ch

21、aque variable dentre (gain dantenne, puissance mise, trajet de propagation, ) est modlise par sa fonction de distribution statistique. Il est ainsi possible de modliser des situations mmes trs complexes par des fonctions lmentaires relativement simples. De nombreux systmes diffrents peuvent faire lo

22、bjet de cette mthode, parmi lesquels: les systmes de radiodiffusion (de Terre ou par satellite); les systmes mobiles (de Terre ou par satellite); les systmes point point; les systmes point multipoint, etc. On comprendra mieux le principe de la mthode grce lexemple suivant, dans lequel les rayonnemen

23、ts non essentiels sont les seuls signaux brouilleurs. En gnral, la mthode de Monte Carlo traite aussi dautres effets que lon trouve dans le milieu radiolectrique, tels que les missions hors bande, le blocage du rcepteur ou lintermodulation. Citons certains exemples dapplication de cette mthode: comp

24、atibilit entre un rseau de radiocommunications mobiles prives (PMR, private mobile radio) (TETRA) numrique et un rseau du systme mondial de communications mobiles (GSM, global system for mobile communication) 915 MHz; tude de partage entre le service fixe et le SFS; tude de partage entre les disposi

25、tifs courte distance (Bluetooth) et les rseaux locaux hertziens (RLAN) dans la bande des applications industrielles, scientifiques et mdicaux (ISM) 2,4 GHz; 4 Rap. UIT-R SM.2028-1 tude de compatibilit entre les tlcommunications mobiles internationales-2000 (IMT-2000) et les systmes PCS1900 autour de

26、 1,9 GHz; tude de compatibilit entre des systmes bande ultralarge et dautres systmes radiolectriques fonctionnant dans ces bandes de frquences. 2.1 Exemple illustratif (seuls sont considrs les rayonnements non essentiels, qui constituent les signaux brouilleurs prpondrants) Pour se placer dans le ca

27、s de brouillage, on a suppos que les brouillages surviennent lorsque la valeur minimale du rapport porteuse/brouillage, C/I, ntait pas atteinte lentre du rcepteur. Pour calculer le rapport C/I au niveau du rcepteur, il est ncessaire de dterminer les statistiques des niveaux tant du signal utile que

28、des signaux brouilleurs. On suppose dans cette simulation que les rayonnements non dsirs manent dmetteurs actifs. En outre, seuls les rayonnements non dsirs mis dans la largeur de bande du rcepteur ont t pris en compte dans lestimation du brouillage. La Fig. 1 donne un exemple dun scnario dans leque

29、l le brouillage est caus un rcepteur fixe par des metteurs mobiles. Rap 2028-01Portable enmode derceptionPortable en mode dappelPortable en modedappel et causantdes brouillages dansla largeur de bandedu rcepteurPortable en mode dappelet causant des brouillagesdans la largeur de bandedu rcepteur avec

30、 les pertesde couplage les plus faiblesRcepteurbrouillSignalutileFIGURE 1Exemple dun scnario de brouillage dun rcepteur de tlvision par des portablesRap. UIT-R SM.2028-1 5 Plusieurs metteurs mobiles susceptibles de causer des brouillages sont reprsents sur cette figure. Seuls quelques metteurs sont

31、actifs et un nombre plus rduit met encore de lnergie brouilleuse dans la largeur de bande du rcepteur brouill. On suppose que les brouillages sont causs par les rayonnements non dsirs provenant de lmetteur prpondrant dont laffaiblissement de trajet est le plus faible (affaiblissement de propagation

32、moyen dans le milieu + variation supplmentaire daffaiblissement + variation de la puissance mise) en direction du rcepteur. La Fig. 2 illustre un exemple de processus de simulation de Monte Carlo utilis pour calculer une probabilit de brouillages dus aux rayonnements non dsirs. Pour chaque test, un

33、tirage alatoire du niveau du signal utile est effectu partir de la distribution approprie. Pour un niveau de signal utile donn, le niveau maximal de brouillage admissible lentre du rcepteur est dduit du rapport C/I au niveau du rcepteur. Rap 2028-02Histogramme des niveauxde brouillage tolrables Prob

34、abilit de brouillageadmissible pour leservice Niveau de rayonnementsnon essentiels admissible Valeur utilise pour letest de Monte CarloNiveau desensibilit Affaiblissement de propagationmoyen pour la gamme des brouilleursprpondrants dans unenvironnement donn Puissance brouilleuse maximaleadmissible m

35、ise par les brouilleursprpondrants intervenantdans le test Distribution dusignal utileAffaiblissementsdivers par ex.pertes auniveau du mur Distribution desaffaiblissements oudistribution dessignaux brouilleursAffaiblissements decouverture dus dautres mcanismesC/I Niveau maximal debrouillage admissib

36、leau niveau du rcepteur Pertes auniveau delantenneFIGURE 2Exemple de prsentation du processus dvaluation de Monte CarloRcepteurBrouilleurPour chacun des brouilleurs entourant le rcepteur, on calcule lisolement d la position, laffai-blissement de propagation (en particulier toute variation ou perte a

37、dditionnelle) et la discrimination dantenne. Le niveau minimal disolement dtermine le niveau maximal de brouillage susceptible dtre rayonn par lun quelconque des metteurs durant le test. En sappuyant sur plusieurs tests, il est alors possible dtablir un histogramme des niveaux de brouillage, puis, p

38、our une probabilit de brouillage donne, de dterminer le niveau de brouillage correspondant. En faisant varier les valeurs des diffrents paramtres dentre du modle et en choisissant une densit de brouilleurs approprie, il est possible danalyser un grand nombre de scnarios de brouillage diffrents. 6 Ra

39、p. UIT-R SM.2028-1 3 Conditions relatives larchitecture Lune des principales conditions poses est le choix dun outil de simulation prsentant une structure architecturale suffisamment flexible pour permettre lanalyse de scnarios de brouillage diffrents dans lesquels plusieurs quipements radiolectriqu

40、es partageant le mme habitat et/ou subissant les mmes sources de brouillage (missions hors bande, rayonnements non essentiels, intermodulation par exemple, ) peuvent tre traits de manire simultane. Parmi les autres spcifications, il faut aussi que larchitecture propose soit modulaire et suffisam-men

41、t souple pour permettre le traitement de scnarios de brouillage multiples. La Fig. 3 illustre larchitecture de loutil de simulation de Monte Carlo propos qui respecte ces contraintes. Cette architecture est fondamentalement de type squentiel et se compose de quatre modules de traitement: un module d

42、e gnration dvnements; un module destimation de distribution; un module de calcul des brouillages; un module destimation des limites. La Fig. 3 donne la structure schmatique de lensemble de loutil de simulation. Rap 2028-03Estimation des limitesCalcul des brouillagesEstimation de distributionGnration

43、 dvnementsInterfaceGestion dusystmeFIGURE 3Architecture de loutil de simulationLa liste des paramtres de brouillage et leur rapport avec un ou plusieurs modules de traitement sont donns dans lAnnexe 1. 3.1 Module de gnration dvnements Le module de gnration dvnements (EGE, event generation engine) ut

44、ilise les paramtres appropris du scnario de brouillage considr et gnre des informations relatives lintensit du signal reu (RSS, received signal strength) tant pour le signal utile que pour chacun des signaux Rap. UIT-R SM.2028-1 7 brouilleurs intervenant dans le scnario de brouillage composite. On r

45、pte N fois ce processus, o N, nombre de tests, doit tre suffisamment grand pour que les rsultats soient valables dun point de vue statistique. Les chantillons gnrs du signal utile et de tous les signaux brouilleurs sont enregistrs dans des tableaux distincts donnes de longueur N. On effectue de mani

46、re simultane les tests relatifs aux paramtres communs aux trajets radio-lectriques utile et brouilleurs, afin dtablir une ventuelle corrlation entre le signal utile et les signaux brouilleurs. Seuls chapperont cette mise en uvre les cas peu frquents pour lesquels le brouillage est amplifi par un aut

47、re brouilleur (par exemple, lorsque les rayonnements non essentiels dun metteur puissant se combinent ceux dun second metteur pour produire des brouillages par intermodulation). Un diagramme et une description algorithmique dtaille du module EGE figurent dans lAnnexe 2. Liste des sources de brouillage possibles qui peuvent affecter un habitat radiolectrique: Brouillages causs par un metteur: rayonnements non dsirs, rayonnements non essentiels et missions hors bande; b