ITU-R S 1256 SPANISH-1997 METHODOLOGY FOR DETERMINING THE MAXIMUM AGGREGATE POWER FLUX-DENSITY AT THE GEOSTATIONARY-SATELLITE ORBIT IN THE BAND 6 700-7 075 MHz FROM FEEDER LINKS OFOBIL.pdf

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1、Rec. UIT-R S.1256 1RECOMENDACIN UIT-R S.1256METODOLOGA PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE FLUJO DE POTENCIATOTAL MXIMA EN LA RBITA DE LOS SATLITES GEOESTACIONARIOS ENLA BANDA 6 700-7 075 MHz PRODUCIDA POR ENLACES DE CONEXIN DESISTEMAS DE SATLITES NO GEOESTACIONARIOS DEL SERVICIO MVILPOR SATLITE EN EL SE

2、NTIDO DE TRANSMISIN ESPACIO-TIERRA(Cuestin UIT-R 206/4)(1997)Rec. UIT-R S.1256La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT,considerandoa) que la banda 6 700-7 075 MHz est atribuida al servicio fijo por satlite (SFS), en el sentido espacio-Tierra,a ttulo primario, para utilizacin por enlaces de conex

3、in que funcionan con redes de satlites no geoestacionarios delservicio mvil por satlite (SMS);b) que la banda 6 700-7 075 MHz est atribuida tambin al SFS en el sentido Tierra-espacio, a ttulo primario, yla banda 6 725-7 025 MHz sujeta al Plan de Adjudicaciones del Apndice 30B del Reglamento de Radio

4、comunica-ciones (RR) para redes de satlites geoestacionarios;c) que, en virtud del nmero S22.5A del RR, la densidad de flujo de potencia (dfp) total mxima producidadentro de 5 de la rbita de los satlites geoestacionarios (OSG) por un sistema de satlites no geoestacionariosdel SFS no deber exceder de

5、 168 dB(W/m2) en cualquier banda de 4 kHz de anchura;d) que la Resolucin 115 de la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones (Ginebra, 1995) (CMR-95) invitaal UIT-R a elaborar una metodologa para determinar la densidad de flujo de potencia total mxima producida en la OSGpor una red de satlites no g

6、eoestacionarios;e) que las redes de satlites no geoestacionarios del SMS tienen parmetros de transmisin y planos orbitalesque caracterizan adecuadamente a estos sistemas segn se especifica en el A.3 vii) del Anexo 1 a la Resolucin 46(Rev.CMR-95),recomienda1 que para determinar el nivel mximo de dens

7、idad de flujo de potencia total (dB(W/m2) en cualquier anchura debanda de 4 kHz), en cualquier posicin dentro de 5 de inclinacin de la OSG, producidos por los enlaces de conexinde una red de satlites no geoestacionarios que funcionan en la banda 6 700-7 075 MHz, en el sentido espacio-Tierra, seutili

8、ce la metodologa que figura en el Anexo 1.ANEXO 1Metodologa1 Descripcin de la metodologaPara calcular la dfp total de una red de rbita de satlites no geoestacionarios (no OSG) en un solo emplazamiento deprueba en la OSG, es preciso establecer modelos de clculo por computador de toda la constelacin n

9、o OSG y unemplazamiento de prueba en la OSG.Al observar bsicamente que en una situacin ordinaria un satlite OSG recorrer la rbita en un periodo TOSG= 24 haproximadamente y que el periodo orbital de un satlite no OSG (Tno OSG ) no es necesariamente un submltiplode TOSG, pueden ser necesarias simulaci

10、ones estadsticas que emplean un tiempo considerable para determinar elescenario del caso ms desfavorable que conducira al nivel de dfp mximo en el emplazamiento OSG.2 Rec. UIT-R S.1256Para determinar la dfp mxima en cualquier posicin OSG se puede efectuar una simulacin simple que consume muchomenos

11、tiempo. En lugar de un verdadero satlite OSG en rbita, se considera un emplazamiento de prueba fijo enla OSG cuya posicin orbital est fija con respecto a un sistema cartesiano de referencia 0xyz (vase la Fig. 1) pero nocon respecto al sistema de referencia de la Tierra en rotacin. Teniendo esto pres

12、ente, pues los satlites no OSGtienen un periodo orbital Tno OSG, significa que la posicin de los satlite no OSG, vistos desde un emplazamiento deprueba OSG fijo (vase la Fig. 1), se repetir al menos una vez por periodo orbital Tno OSG. Adems, en el caso en quelos satlite no OSG estn uniformemente di

13、stribuidos en cada plano orbital, se repetir la misma disposicin geomtricade los satlites no OSG con un periodo igual a Tno OSG/Ns(donde Nses el nmero de satlites no OSG uniformementedistribuidos en un plano). Con estas consideraciones bsicas, la dfp total (integrada por la sumatoria de los satlites

14、no OSG visibles) en el emplazamiento de prueba OSG tendr valores que se repetirn en ese periodo.1256-01zyx, i,jdi,jiLnea de nodosPlano ecuatorialAriesPlano noOSGFIGURA 1Geometra de la constelacin OSG/no OSG para calcular la dfp: = 0No OSGOSGFIGURE 11256-01 = 11.5 cmSe puede calcular la dfp total par

15、a cada incremento de tiempo, y determinar la dfp total mxima, para el emplazamientode prueba OSG elegido, durante el periodo de simulacin de T0a T0+ Tno OSG /Ns.El valor hallado para el emplazamiento de prueba OSG en la Fig. 1 no es necesariamente el nivel mximo de dfp. Paraencontrar el nivel de dfp

16、 total mximo lo ms elevado posible, se debe repetir el mismo procedimiento a las otrasposiciones de prueba OSG incrementando el ngulo (vase la Fig. 2) entre el emplazamiento de prueba OSG yla lnea de nodos no OSG. Esta segunda iteracin se dar para ngulos de entre 0 y mx= 360/Np, donde Npesel nmero d

17、e planos orbitales de satlites no OSG. En los casos en que Npes par (como para LEO-F y LEO-D), mx= 180/Np.Este mtodo tambin se puede aplicar para cualquier constelacin no OSG que no satisface los requisitos orbitalesespecificados anteriormente (por ejemplo, distribucin de satlite no uniforme, rbitas

18、 elpticas). En tales casos lasimulacin de tiempo se efectuar para un periodo de tiempo igual al periodo de repetibilidad mnimo de laconfiguracin de la constelacin, que en muchos casos es igual al periodo de constelacin Tno OSG.En el 2 figuran todas las ecuaciones bsicas necesarias para llegar al niv

19、el de dfp total desde una red no OSGdeterminada a un determinado emplazamiento de prueba en la OSG, y la Fig. 3 muestra el diagrama de flujos para larealizacin del soporte lgico de la metodologa aqu descrita.Rec. UIT-R S.1256 31256-02zyx, i,jdi,jiLnea denodosPlano ecuatorialAriesPlano noOSGFIGURA 2G

20、eometra de la constelacin OSG/no OSG para calcular la dfp: 0No OSGOSGFIGURE 21256-02 = 11.5 cm4 Rec. UIT-R S.12561256-03FIGURA 3Diagrama de flujos de metodologaEntrada a sistema no OSGy parmetros posicinde prueba OSGInicializar parmetros y variablesde simulacin: = 0MXdfp = 9999,0 dBIniciar simulacin

21、t = 0dfpmx() = 9999,0 dBPara cada satlite no OSG calculard(t)i, jy (t)i, jcomo en losPasos 1, 2 y 3 del 2Calcular dfp(t) total segn losPasos 4 y 5 del 2dfp(t) dfpmx() dfpmx() = dfp(t)dfpmx() MXdfpMXdfp = dfpmx()SSNoNoSNoNoS = + = mxSalidaMXdfpFNPosicin OSGsiguientet = Tno OSG/Nst = t + tIncrementode

22、 tiemposiguienteFIGURE 31256-03 = 24 cm (page pleine)Rec. UIT-R S.1256 52 Pasos de simulacin bsicosPaso 1: Posicin orbital de los satlites no OSG1256-04RzSjaIyix, pSatlitePerigeoNodo ascendenteApogeoFIGURA 4rbita no OSG y sistemas de referenciaFIGURE 41256-04 = 12.5 cmLa Fig. 4 indica los diversos p

23、armetros que son necesarios para determinar plenamente y en todo instante la posicinde cualquier satlite no OSG en su rbita. Estos parmetros figuran en el A.3 vii) del Anexo 1 a la Resolucin 46(Rev.CMR-95):a : semieje mayor, en el caso de una rbita circular el semieje mayor es constante e igual al r

24、adio de la rbitaI : inclinacin de la rbita relativa al plano ecuatorialj: ascensin recta del nodo ascendente para el j-simo plano orbital, medido en el sentido contrario a las agujasdel reloj en el plano ecuatorial en la direccin del equinoccio vernal hacia el punto en que el satlite atraviesael pla

25、no ecuatorial de Sur a Norte (0 j 360)p: argumento del perigeo, para una rbita circular, el perigeo es igual al apogeo y as pse puede poner a 0i: ngulo de fase inicial para el i-simo satlite en su plano orbital en el tiempo de referencia t = 0, medido desdeel punto de nodo ascendente (0 i 360) : ano

26、mala verdadera del satlite.Para una constelacin de satlites no OSG que utilizan rbitas circulares, a e I sern constantes y pser igual a cero, lavariacin de la posicin de cada satlite estar definida entonces por y .6 Rec. UIT-R S.1256Para una rbita circular, la velocidad angular de un satlite es cons

27、tante, la posicin angular de un satlite es entoncesigual a su anomala verdadera y viene dada por la siguiente expresin:(),tTtij ij=+360(1)Para i = 1 a Nsy j = 1 a Np, donde Nses el nmero de satlites en cada plano orbital, Npes el nmero de planos orbitalesy T es el periodo orbital en segundos dado po

28、r:Ta=23pi (2)donde es la constante gravitacional geocntrica que es igual a 3,986 E14(m3s 2).Los diversos valores de jdependern de la geometra de la constelacin y se darn en el conjunto de elementos quefiguran en el A.3 vii) del Anexo 1 a la Resolucin 46 (Rev.CMR-95). El mismo principio se aplica a l

29、os valoresde i , j.Conociendo la anomala verdadera i , j(t) de cada satlite y la ascensin recta de su nodo ascendente j, sus coordenadasgeocntricas se calculan mediante las siguientes expresiones:( ) ( ) ( )xt a t I tijjijjij, ,cos cos cos=sen sen (3)( ) ( ) ( )yt a t I tijjijjij, ,cos cos=+sen cos

30、sen (4)( ) ( )zt a I tij ij,=sen sen (5)La posicin del emplazamiento de prueba OSG con respecto a la lnea de nodos de la constelacin no OSG se determinapor (vase el 1). En consecuencia, en las ecuaciones (3), (4) y (5), j= j, 0+ , donde vara de 0 a mx(vase el 1) y j, 0= jpara = 0.Paso 2: Distancia e

31、ntre el satlite no OSG y el emplazamiento de prueba en el OSGxOSG, yOSGy zOSGson las coordenadas geocntricas del emplazamiento de prueba OSG expresado por:xa IOSG OSG OSG=cos (6)yOSG= 0 (7)za IOSG OSG OSG=sen (8)donde:aOSG: semieje principal de la rbita geoestacionaria (42 164 km)IOSG: inclinacin de

32、 la rbita geoestacionaria ( 5 IOSG 5).Estas ecuaciones permanecen constantes durante la simulacin dado que es ms simple variar jen las ecuaciones (3),(4) y (5) incrementando el desplazamiento .La distancia entre un satlite no geoestacionario y el emplazamiento de prueba OSG se puede calcular mediant

33、e elteorema de Pitgoras:( ) ( )dt x xt yt z ztij OSG ij ij OSG ij() () () (),=+222(9)Rec. UIT-R S.1256 7Paso 3: Clculo del ngulo fuera del eje de la antena no OSG con respecto al emplazamiento de prueba en la OSGLa Fig. 5 muestra la geometra, representada en un diagrama bidimensional, del ngulo fuer

34、a del eje de un satliteno OSG con respecto al emplazamiento de prueba en la OSG.1256-05di,ji,jRNaaLEOOSGaOSGTierramnFIGURA 5Clculo de i, jFIGURE 51256-05 = 8 cmEl ngulo fuera del eje de la antena no OSG se puede determinar utilizando el teorema de Carnot (tambin conocidocomo teorema del coseno):() c

35、os()(),tadt aad tijij OSGij=+arc2222(10)Paso 4: Clculo de la ganancia de antena fuera del eje no OSG con respecto al emplazamiento de prueba en la OSGTomando el valor del ngulo fuera del eje calculado mediante la ecuacin (10), es posible calcular la ganancia de antenafuera del eje G(t)i , j ) para c

36、ada satlite visible. Sin embargo, como se ve en la Fig. 5 esto slo es necesario si (t)i , jesmayor que un valor mnimo de mndado por:( )mnRa=arc sen / (11)Paso 5: Clculo del nivel de dfp total radiada hacia el emplazamiento de prueba OSGEl nivel de dfp total se puede expresar mediante la siguiente ec

37、uacin:( )( )( )( )( )( )dfp tPGtdttcresta kHz ijijij Ntijmnv=, ,4214piapara (12)donde:Pcresta,4 kHz: potencia de cresta en la banda de 4 kHz ms desfavorable a la entrada de la antena de satliteno OSG, suponiendo constante e igual para todos los satlites no OSGN(t)v: nmero de satlites no OSG visibles

38、 desde el emplazamiento de prueba OSG en el tiempo t.8 Rec. UIT-R S.12563 Nmero total de pasos e incrementos por paso para la simulacinPara calcular la dfp total mxima en direccin de la OSG desde una red no OSG son necesarios dos pasos de simulacin,el paso de incremento de tiempo t y el paso de incr

39、emento de ascensin recta .Considerando que no hay interferencia directa en lnea producida por los satlites no OSG (utilizan antenas de bajaganancia e isoflujo o bien la interferencia procede de los lbulos laterales de la antena transmisora), diversassimulaciones (para LEO-D y LEO-F) han mostrado que un incremento angular no mayor que 0,5 es suficiente paraobtener resultados vlidos. Los incrementos sern entonces:tT=() ,s05360 = 0,5El tiempo de simulacin total para cada emplazamiento de prueba OSG y el nmero total de emplazamientos deprueba OSG figuran en el 1._