ITU-R S 1325-3 SPANISH-2003 Simulation methodologies for determining statistics of short-term interference between co-frequency codirectional non-geostationary-satellite orbit fixes a.pdf

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1、 Rec. UIT-R S.1325-3 1 RECOMENDACIN UIT-R S.1325-3 Metodologas de simulacin para determinar estadsticas de interferencia a corto plazo entre los sistemas de satlites no geoestacionarios del servicio fijo por satlite codireccionales de la misma frecuencia en rbitas circulares y otros sistemas o redes

2、 del servicio fijo por satlite geoestacionario o no geoestacionario en rbitas circulares (Cuestiones UIT-R 206/4 y UIT-R 231/4) (1997-2000-2001-2003) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que las emisiones procedentes de las estaciones terrenas as como de estaciones espaciale

3、s de una red de satlites (SFS OSG; SFS no OSG y enlaces de conexin del servicio mvil por satlite (SMS) no OSG) del SFS pueden provocar interferencia a otra red de satlites cuando ambas redes funcionan en las mismas bandas; b) que es conveniente establecer una metodologa de simulacin comn para evalua

4、r la interferencia entre sistemas con enlaces de conexin con la misma frecuencia y codireccionales cuando uno de los sistemas es no OSG; c) que es posible introducir algunas hiptesis simplificadoras para estos sistemas; d) que las simplificaciones introducidas en el considerando c) no deben afectar

5、negativamente los resultados; e) que sera conveniente contar con un conjunto comn de parmetros de entrada para cada uno de los dos sistemas de comunicaciones; f) que es preciso que la metodologa considere el tipo de compensacin del desvanecimiento para contrarrestar el desvanecimiento de la seal, ta

6、l como el control adaptativo de potencia; g) que la metodologa debe poder calcular con precisin la dependencia en el tiempo de un solo fenmeno de interferencia para evaluar con mayor exactitud la influencia sobre el sistema interferido; h) que la gran mayora de los sistemas del SFS no OSG estn en rb

7、itas circulares; j) que en las fuentes de la UIT no se dispone normalmente de informacin sobre el nmero de estaciones terrenas ni sobre su ubicacin precisa, recomienda 1 que la metodologa indicada en el Anexo 1 se utilice para obtener los valores estadsticos de la probabilidad acumulativa a fin de e

8、valuar la interferencia a corto plazo entre sistemas con enlaces codireccionales y a la misma frecuencia con sistemas que utilizan enlaces de conexin del SMS no OSG o un sistema del SFS no OSG; 2 que los resultados se evalen comparndolos con un conjunto comn de valores estadsticos previamente acorda

9、dos; 2 Rec. UIT-R S.1325-3 3 que la metodologa indicada en el Anexo 2 se puede utilizar para calcular la interferencia combinada total producida por un sistema no OSG en una red de satlites OSG y se puede utilizar para calcular la funcin de densidad acumulativa de la densidad de flujo de potencia eq

10、uivalente (dfpe) para un determinado dimetro de antena de la estacin terrena OSG o la dfpe del sistema no OSG en el sentido del enlace ascendente; 4 que se utilice la metodologa del Anexo 2 para calcular la dfpeproducida por un sistema no OSG en una estacin terrena operativa de un sistema OSG, a los

11、 efectos de evaluar el cumplimiento con los lmites operacionales adicionales que figuran en el Artculo 22 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR); 5 que las Notas siguientes se consideren parte de la presente Recomendacin: NOTA 1 La interferencia a corto plazo se refiere a la distribucin de proba

12、bilidad acumulativa en las proporciones de bits errneos (o valores de la relacin C/N) calculados para el 1% del tiempo o menos. NOTA 2 La metodologa del Anexo 1 tambin puede utilizarse para evaluar si la interferencia durante un solo fenmeno casi en lnea depende del tiempo. NOTA 3 El Anexo 2 indica

13、una metodologa para calcular la dfpey la dfpede un sistema no OSG. El Anexo 3 indica los planteamientos para relacionar la metodologa del Anexo 1 para calcular la dfpey la dfpede un sistema no OSG. NOTA 4 Debe suponerse que el ruido es de naturaleza trmica y se expresa con referencia a la potencia d

14、e ruido total del sistema, incluido el ruido trmico de la antena a la entrada del demodulador. NOTA 5 Es necesario elaborar una metodologa para caracterizar y calcular la interferencia a largo plazo entre sistemas del SFS no OSG y redes del SFS OSG. NOTA 6 En el Anexo 3 figura una descripcin y un ej

15、emplo de la metodologa de clculo. NOTA 7 El Anexo 4 proporciona una lista de temas para continuar los trabajos sobre esta Recomendacin. NOTA 8 La Oficina de Radiocomunicaciones puede utilizar el soporte lgico que se adapte a la Recomendacin UIT-R S.1503 para validar el cumplimiento de los lmites de

16、la dfpe del Artculo 22 del RR. NOTA 9 Los Anexos a esta Recomendacin se aplican a los sistemas no OSG con rbita circular. Anexo 1 Metodologa para determinar estadsticas de interferencia a corto plazo entre los sistemas de satlites no OSG del SFS codireccionales de la misma frecuencia en rbitas circu

17、lares y otros sistemas o redes del SFS no OSG u OSG en rbitas circulares 1 Descripcin del mtodo y del enfoque de simulacin El objeto de esta metodologa es establecer un modelo de sistemas de satlites en sus rbitas y permitir a cada estacin espacial y estacin terrena realizar un seguimiento de sus or

18、ientaciones respectivas teniendo en cuenta a la vez la rotacin de la Tierra. A lo largo de un periodo de tiempo se toman muestras de los resultados de la simulacin a un ritmo relativamente elevado. Para cada muestra se calcula el producto de las ganancias en funcin de la distancia. Los datos sin pro

19、cesar Rec. UIT-R S.1325-3 3 constituyen una historia temporal del nivel de interferencia en funcin del tiempo. Puede demostrarse que si no se utiliza control de potencia en los sistemas, el producto de las ganancias en funcin de la distancia (definido en la ecuacin (2) puede relacionarse directament

20、e con el nivel de interferencia. Los datos sin procesar pueden evaluarse para calcular el porcentaje de tiempo por encima del cual el valor de dicho producto para todos los trayectos de interferencia se encuentra por encima de un cierto nivel. En la Fig. 1 se representa la geometra de la interferenc

21、ia. Los trayectos de interferencia considerados son los siguientes: 1325-0112Estacin espacial(Constelacin 2)Estacin espacial(Constelacin 1)Trayectos de la seal deseadaTrayectos de la seal interferenteFIGURA 1Geometra de la interferenciaPara determinar la relacin interferencia/ruido, I0/N0, puede uti

22、lizarse la siguiente ecuacin: 2212221004)()(114114)()(irtptxtpirttxtRGGLTkBWPLTkRGGBWPNI=(1) siendo: Pt: potencia de transmisin disponible (W) BWtx: anchura de banda de transmisin (Hz) Gt(1) : ganancia de transmisin (intensidad relativa) (relacin numrica) Gr(2) : ganancia del receptor (intensidad re

23、lativa) (relacin numrica) 1: ngulo con respecto al eje de puntera del transmisor en direccin del receptor (grados) 2: ngulo con respecto al eje de puntera del receptor en direccin del transmisor (grados) Estacin espacial (Constelacin 1) Estacin terrena (Constelacin 1) Estacin espacial (Constelacin 2

24、) Ninguna Enlace ascendente1 Enlace ascendente2Enlace descendente2 Enlace descendente1Estacin terrena (Constelacin 2) Enlace descendente1 Enlace descendente2Enlace ascendente2 Enlace ascendente1Ninguna 4 Rec. UIT-R S.1325-3 : longitud de onda del transmisor (m) Ri: longitud del trayecto interferente

25、 (m) k : constante de Boltzmann (1,38 1023W/(Hz K) T : temperatura de ruido (K) Lp: factor de aislamiento por polarizacin (relacin numrica 1). Si no se utiliza control de potencia con compensacin de distancia en los enlaces entre la estacin espacial y la estacin terrena, los nicos elementos de la ec

26、uacin (1) que son variables dependientes para la simulacin variable en el tiempo son el ngulo de ganancia del receptor, el ngulo de ganancia del transmisor y la distancia entre el transmisor y el receptor. Para calcular I0/N0 puede multiplicarse el producto de las ganancias en funcin de la distancia

27、 por la constante: ptxtLTkBWP 1142Por ejemplo, el producto de las ganancias en funcin de la distancia para el enlace descendente de la estacin espacial 1 al enlace descendente de la estacin terrena 2 (vase la Fig. 1) se determina de la forma siguiente: 2214)()(irtRGG (2) Para la evaluacin de interfe

28、rencias provenientes de redes de satlites con mltiples terminales terrenos, la interferencia proveniente de todos los terminales terrenos (en caso del enlace ascendente) o de todas las estaciones espaciales (en el caso del enlace descendente) debe combinarse para determinar la interferencia total. L

29、os datos de interferencia se pueden combinar en cada intervalo de tiempo durante la simulacin, o combinando los datos a partir de un conjunto de simulaciones individuales. En ambos casos se debe considerar la discriminacin de la antena receptora del satlite en cada terminal terreno, cuando se calcul

30、a la interferencia total del enlace ascendente, dfpe y debe considerarse la discriminacin de la antena de la estacin terrena receptora en la direccin de cada estacin espacial no OSG cuando se calcula la dfpetotal de la interferencia del enlace descendente. La dfpe se define como la suma de las densi

31、dades de flujo de potencia producidas en una estacin receptora de sistema interferido, en la superficie de la Tierra o en una rbita, segn sea el caso, por todas las estaciones transmisoras que se encuentren dentro del sistema interferente, teniendo en cuenta la discriminacin fuera del eje de una ant

32、ena receptora de referencia que supuestamente apunta a su direccin nominal. = mxaiririitNiiPGGRGfped)(4)(10log10221110/10(2a) donde: Na: nmero de estaciones transmisoras del sistema de satlite interferente visibles desde la estacin receptora del sistema de satlite interferido, la cual se considera q

33、ue est en la superficie de la Tierra o en una rbita, segn el caso i : ndice de la estacin transmisora considerada en el sistema de satlite interferente Pi:potencia de RF a la entrada de la antena de la estacin transmisora, del sistema del satlite no OSG (dBW) Rec. UIT-R S.1325-3 5 )(1itG : ganancia

34、de la antena transmisora de la estacin considerada del sistema de satlite no OSG en la direccin de la estacin receptora (intensidad relativa, relacin numrica) )(2irG : ganancia de la antena receptora de la estacin receptora en la direccin de la estacin transmisora i-sima considerada del sistema de s

35、atlite no OSG (intensidad relativa, relacin numrica) mxrG : ganancia mxima de la antena de la estacin receptora (relacin numrica) 1: ngulo fuera del eje de puntera de la estacin transmisora considerada del sistema de satlite no OSG en la direccin de la estacin receptora 2: ngulo fuera del eje de pun

36、tera de la estacin receptora en la direccin de la estacin transmisora i-sima considerada en el sistema de satlite no OSG Ri: distancia entre la estacin transmisora considerada del sistema del satlite no OSG y la estacin receptora (m). En trminos de la relacin I0/N0, la dfpese puede expresar como: (W

37、/BW)Hz),(dB(W/(m)(4)(10222110/irritiidfpePdfpeGGRGPmxii=(2b) )W(Hz),(dB(W/(m)(4)(10222110/iiiitirrittxtdfpePdfpeGGRGBWPmx=(2c) =iprrpittxtdfpeLTkGGLTkRGBWPmxiii114)(1144)(102222110/(2d) donde dfpese expresa en dB(W/(m2 Hz), Ptien W, y BWtxes la anchura de banda de transmisin en Hz. Introduciendo I0/

38、N0(ecuacin (1): =iprdfpeLTkGNImxi1141020010/(2e) con lo que: =iprLTkGNIdfpemxi114log10200(2f) )()( HzmW/dBlog106,2284log10log102200+=priLTGNIdfpemxi(2g) 6 Rec. UIT-R S.1325-3 2 Hiptesis de simulacin 2.1 Modelo orbital El modelo orbital para simular las estaciones espaciales en sus rbitas es aplicabl

39、e a rbitas circulares donde se tiene en cuenta nicamente la precesin de la lnea de nodos en el plano ecuatorial debida a la no esfericidad de la Tierra. 2.1.1 Discusin El modelo orbital representa el movimiento de un satlite en un sistema geocntrico inercial de coordenadas, como el representado en l

40、a Fig. 2. El origen de este sistema inercial se encuentra en el centro de la Tierra. El eje x apunta al primer punto de la constelacin Aries (es decir, al equinoccio de primavera), el eje z es el eje de rotacin medio de la Tierra y el eje y se determina como el producto cruzado de los vectores unita

41、rios en direccin z y x; es decir, xzyrrr= . El modelo orbital se basa en la ecuacin del movimiento de Newton para un satlite que gira en una rbita circular en torno a una tierra perfectamente esfrica. La caracterstica principal de este movimiento que facilita su representacin mediante un modelo es q

42、ue el radio orbital y la velocidad del satlite son constantes. Estos parmetros estn relacionados por la segunda ley de Newton. La ecuacin del movimiento es: 22rmMGrvmsvesv= (3) siendo: msv: masa de la estacin espacial v : velocidad constante de la estacin espacial G : constante gravitacional de Newt

43、on (6,673 1011N m2/kg2) r : radio de la rbita Me: masa de la Tierra (5,974 1024kg). 1325-02yzIEPlano de la rbitaPlano del EcuadorCentro de la Tierrax, (equinoccio de primavera)FIGURA 2Representacin de los elementos orbitales keplerianosNodoRec. UIT-R S.1325-3 7 La ecuacin (3) puede describirse de la

44、 forma: rRRMGrMGveeee222= (4) siendo Reel radio de una Tierra perfectamente esfrica (6 378 km). Como en la superficie de la Tierra: 2eeRmMGgm = (5) donde g es la aceleracin debida a la gravedad en la superficie de la Tierra expresada por la ecuacin: 22s/m 806,9=eeRMGg (6) la ecuacin (4) puede descri

45、birse: rRgve22= (7) o: rgRve= (8) El periodo de la rbita, T, viene dado por la expresin: grRvrTe322 = (9) Estas ecuaciones describen completamente la dinmica de un movimiento en rbita circular en torno a una Tierra perfectamente esfrica. La descripcin de este movimiento en el sistema de coordenadas

46、geocntrico representado en la Fig. 2 se basa en la especificacin de la posicin del satlite utilizando los parmetros orbitales keplerianos. Estas variables se definen de la forma siguiente: : ascensin recta del nodo ascendente (RAAN) de la rbita. Es el ngulo medido a partir del eje x en el plano ecua

47、torial (plano x-y) I : inclinacin de la rbita. Es el ngulo medido desde el plano ecuatorial al plano orbital de la estacin espacial E : argumento de latitud (anomala verdadera). Es el ngulo medido desde la lnea de nodos al vector radio en la posicin del vehculo espacial. Cabe sealar que la anomala v

48、erdadera es funcin de la posicin angular de la estacin espacial en el instante t0y de la velocidad angular de la estacin espacial. Puede expresarse como: tEE +=0(10) donde: E0: posicin angular de la estacin espacial en el instante t0(rad) : velocidad angular de la estacin espacial (rad/s) = v/r. 8 Rec. UIT-R S.1325-3 Para tener en cuenta la precesin orbital, la RAAN de la rbita tambin es funcin de la RAAN en e