ITU-R S 1529 FRENCH-2001 Analytical method for determining the statistics of interference between non-geostationary-satellite orbit fixed-satellite service systems and other non-geervi.pdf

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1、 Rec. UIT-R S.1529 1 RECOMMANDATION UIT-R S.1529 Mthode analytique de dtermination des statistiques de brouillage entre systmes du service fixe par satellite non gostationnaire et autres systmes du service fixe par satellite non gostationnaire ou rseaux du service fixe par satellite gostationnaire (

2、Question UIT-R 231/4) (2001) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les missions des stations terriennes ainsi que des stations spatiales de systmes satellites (service fixe par satellite (SFS) gostationnaire (OSG), SFS non OSG, liaisons de connexion de services mobiles satelli

3、tes (SMS) non OSG) du SFS peuvent causer des brouillages un autre systme du mme type lorsque les deux systmes exploitent les mmes bandes de frquences; b) que, lorsque des systmes satellites non OSG sont concerns, le comportement statistique du brouillage, notamment celui li aux vnements court terme,

4、 constitue un facteur important pour des tudes dvaluation du brouillage; c) quil est souhaitable de disposer doutils fiables et prcis pour dterminer le comportement statistique de brouillage entre systmes qui sont dots de liaisons cofrquence lorsque lenvironnement de brouillage comprend des systmes

5、satellites non OSG; d) que des mthodes de simulation par ordinateur (voir la Recommandation UIT-R S.1325) peuvent ncessiter un temps de calcul excessivement long pour sassurer que tous les vnements de brouillage sont pris en compte et quen consquence, des rsultats statistiquement significatifs sont

6、obtenus, recommande 1 que la mthode analytique prsente lAnnexe 1 soit considre comme une mthode pouvant tre utilise pour obtenir des distributions de probabilit cumulative de brouillage cumulatif pour valuer le brouillage entre systmes dots de liaisons cofrquence lorsque lenvironnement de brouillage

7、 comprend des systmes satellites non OSG. ANNEXE 1 Mthode analytique dvaluation du brouillage dans des environnements de brouillage impliquant des systmes satellites non OSG 1 Introduction La plupart des mthodes existantes visant valuer un brouillage impliquant des systmes satellites non OSG sappuie

8、nt sur une simulation directe par ordinateur. Ces mthodes sont gnralement longues et ncessitent un nouveau cycle de simulation prolong chaque fois quune modification est apporte lun des systmes ou des paramtres systme. De plus, dans des 2 Rec. UIT-R S.1529 situations complexes, impliquant un grand n

9、ombre de stations terriennes et de satellites non OSG, ces mthodes peuvent ncessiter un temps de calcul trs long pour produire des rsultats statistiquement significatifs. La prsente Annexe dcrit une mthode analytique qui peut tre mise en uvre au moyen de techniques numriques et qui permet deffectuer

10、 une valuation de la sensibilit au brouillage de systmes et de paramtres systme sans avoir recourir des cycles de simulation par ordinateur prolongs. En outre, linverse des rsultats obtenus par simulation, les rsultats obtenus par cette approche analytique correspondent un nombre illimit de jours si

11、muls et, par consquent, ne prsentent pas, sur ce plan, la ncessit de cycles de calcul prolongs, comme peuvent lexiger des mthodes de simulation par ordinateur lorsquelles cherchent garantir des rsultats statistiquement significatifs. Cette mthode sappuie sur la connaissance de la fonction de densit

12、de probabilit de la position dun satellite unique plac sur une orbite prsentant une inclinaison arbitraire. Pour illustrer la capacit dapplication de la mthode propose des environnements de brouillage complexes, les rsultats de quelques situations spcifiques sont prsents. Des comparaisons entre les

13、rsultats obtenus au moyen de la mthode propose et ceux produits par un logiciel de simulation du commerce largement utilis ont indiqu que la mthode propose est susceptible de gnrer des rsultats fiables et prcis tout en ncessitant un temps de calcul moindre. 2 Mthode Soit un environnement de brouilla

14、ge impliquant n systmes non OSG. Lapproche utilise dans la prsente Recommandation pour valuer le brouillage dans un tel environnement prend en compte le fait que, une fois que la position dun satellite donn (appel ici satellite de rfrence) dans chaque constellation est connue, les niveaux de brouill

15、age cumulatif affectant les rcepteurs de tout systme brouill dans lenvironnement (si lon considre que tous les paramtres systme sont fournis) peuvent tre dtermins de manire univoque. Cette approche fait en outre lhypothse que les positions de ces satellites de rfrence sont caractrises par des vecteu

16、rs alatoires statistiquement indpendants. A partir de ces hypothses, les niveaux de puissance de signal utile et brouilleur peuvent tre considrs comme des variables alatoires qui sont des fonctions dterministes des positions des satellites de rfrence, et, en consquence, leurs fonctions de densit de

17、probabilit peuvent tre dtermines si les fonctions de densit de probabilit modlisant les positions de chacun des n satellites de rfrence sont connues. Considrons par exemple la situation illustre la Fig. 1. Cette Figure illustre deux systmes satellites non OSG ayant tous deux une orbite circulaire et

18、 des constellations de satellites arbitraires. Les satellites du Systme 1 se dplacent sur le plan E1 et les satellites du Systme 2 sur le plan E2. Des satellites de rfrence pour chacun des deux Systmes sont galement reprsents. Dans cet exemple, on considre le brouillage cumulatif en liaison descenda

19、nte mis par les satellites du Systme 1 et subi par une station terrienne donne du Systme 2. Compte tenu que le satellite de rfrence Sidu Systme i ( i = 1, 2) se situe la longitude iet la latitude i, les positions de tous les autres satellites des deux constellations peuvent tre dtermines de manire u

20、nique en fonction des deux vecteurs de localisation x1= (1,1)Tet x2= (2,2)T. En consquence, si lon considre, par exemple, que lantenne de la station terrienne pointe toujours vers le satellite le plus proche de la constellation de son systme et que tous les autres paramtres systme, tels que les diag

21、rammes de rayonnement de lantenne du satellite et de la station terrienne, la p.i.r.e., etc., sont connus, il est possible de calculer la fois le brouillage cumulatif sur la liaison descendante I et le niveau de signal utile C pour la station terrienne considre pour chaque paire de valeurs des vecte

22、urs 2,1o ,),( = La Fig. 5a illustre les rsultats obtenus pour les estimations de distribution de probabilit avec la mthode propose et au moyen dun cycle de simulation par ordinateur correspondant une priode de 58 jours simuls (6101 pas temporels avec un pas temporel de 5 s). Le temps de traitement m

23、achine ncessaire tait denviron 45 min pour les deux mthodes avec un ordinateur PC dune puissance de 200 MHz. Les Fig. 5b et 5c illustrent, sous la forme dun schma largi, les rgions de la Fig. 5a correspondant respectivement aux niveaux de brouillage infrieurs (brouillage du lobe latral) et aux nivea

24、ux de brouillage suprieurs (proches du brouillage avec alignement). On peut remarquer, partir de ces Figures, quune bonne corrlation entre les rsultats gnrs par les deux mthodes a t obtenue dans la zone des niveaux de brouillage infrieurs. Dans le cas des niveaux de brouillage suprieurs, qui se prod

25、uisent pendant un pourcentage de temps trs faible, nous avons remarqu que plusieurs valeurs de z, bien quelles prsentaient une probabilit positive selon la mthode propose, napparaissaient pas dans les rsultats de la simulation. Ceci semble indiquer quil peut tre ncessaire daugmenter le nombre de jou

26、rs simuls pour mieux prendre en compte toutes les possibilits de positionnement des satellites du systme. Ces diffrences sont galement prises en compte la Fig. 6 qui reprsente les courbes de distribution cumulative obtenues dans la zone des niveaux de brouillage suprieurs. Notez quune diffrence de 1

27、,5 dB peut tre observe pour les valeurs de Z correspondant des probabilits de lordre de .1014 16 Rec. UIT-R S.1529 1529-05a108106104110280 60 40 20Z (dB)Trait plein: mthode analytiqueTrait pointill: simulationProbabilitFIGURE 5aEstimations de la distribution de probabilit obtenue avec lapprochepropo

28、se et avec une simulation par ordinateur(58 jours simuls, pas temporel de 5 s)1529-05b80 75 70 60Z (dB)65Trait plein: mthode analytiqueTrait pointill: simulationProbabilitFIGURE 5bEstimations de la distribution de probabilit obtenue avec lapproche proposeet avec une simulation par ordinateur - Nivea

29、ux de brouillage infrieurs(58 jours simuls, pas temporel de 5 s)0,00010,00100,01000,1000Rec. UIT-R S.1529 17 1529-05c108106104110235 30 25 20Z (dB)Trait plein: mthode analytiqueTrait pointill: simulationProbabilitFIGURE 5cEstimations de la distribution de probabilit obtenue avec lapproche proposeet

30、avec une simulation par ordinateur - Niveaux de brouillage suprieurs(58 jours simuls, pas temporel de 5 s)1529-0610710610510410335 30 25 20Z (dB)P(z Z)Trait plein: mthode analytiqueTrait pointill: simulationFIGURE 6Estimations de la CDF obtenue avec lapproche propose et avec une simulationpar ordina

31、teur - Niveaux de brouillage suprieurs(58 jours simuls, pas temporel de 5 s)18 Rec. UIT-R S.1529 Pour les rsultats de la simulation illustrs la Fig. 7, le nombre de jours simuls a t port de 58 290 et le pas temporel rduit de 5 2 s, ce qui a donn lieu un temps de simulation par ordinateur denviron 9

32、h et 22 min sur un ordinateur PC dune puissance de 200 MHz. Il convient de noter lamlioration de la qualit des rsultats de la simulation. 1529-07108106104110235 30 25 20Z (dB)Trait plein: mthode analytiqueTrait pointill: simulationProbabilitFIGURE 7Estimations de la distribution de probabilit obtenu

33、e avec lapproche proposeet avec une simulation par ordinateur - Niveaux de brouillage suprieurs(290 jours simuls, pas temporel de 2 s)Il convient de souligner ici que, contrairement aux rsultats gnrs par simulation, les rsultats obtenus au moyen de la mthode analytique propose correspondent un nombr

34、e infini de jours simuls, et, par consquent, de ce point de vue, ils ne prsentent pas le problme de fiabilit associ aux mthodes de simulation par ordinateur. Pour un environnement de brouillage donn, le temps de traitement ncessaire pour la mthode propose est fonction de la finesse de la quantificat

35、ion des plans - des satellites de rfrence (semblable la taille du pas temporel des mthodes de simulation par ordinateur). Une quantification plus fine exige plus de temps de traitement pour obtenir une prcision plus grande des rsultats numriques. Ce point est illustr la Fig. 8 qui reprsente les diff

36、rences entre les estimations de distribution de probabilit obtenues avec la mthode propose lorsque llment de grille utilis dans les rgions de brouillage sans alignement du plan - passe dun carr de 0,09 0,09 utilis dans lexemple prcdent un carr de 0,15 0,15, la mme dimension tant conserve pour les lm

37、ents de grille dans les rgions de brouillage avec alignement. Le temps de traitement correspondant a t ramene de 45 min 15 min environ. Rec. UIT-R S.1529 19 1529-081081061041021010180 60 40 20Z (dB)Trait plein:zone de brouillage avec alignement: grille de quantification = 0,01 0,01zone de brouillage

38、 sans alignement: grille de quantification = 0,09 0,09Trait pointill:zone de brouillage avec alignement: grille de quantification = 0,01 0,01zone de brouillage sans alignement: grille de quantification = 0,15 0,15ProbabilitFIGURE 8Estimations de distribution de probabilit obtenues avec lapproche pro

39、posepour des quantifications de grille diffrentesExemple 2 Soit deux systmes non OSG, LEO 1 et LEO 2. Le systme satellites LEO 1 possde la mme dynamique orbitale (inclinaison de lorbite, nombre de plans, nombre de satellites par plan, altitude, etc.) que le systme LEO D. Le systme satellites LEO 2 p

40、ossde la mme dynamique orbitale que le systme LEO F. Dans ce deuxime exemple, on considre le brouillage sur la liaison montante mis par les stations terriennes du LEO 1 et subi par un satellite du LEO 2. Cette situation est illustre la Fig. 9. Sur cette Figure, on suppose que chaque station terrienn

41、e possde quatre antennes (faisceaux) pointes vers les satellites du LEO 1 correspondant aux quatre angles dlvation les plus levs qui rpondent la contrainte dangle dlvation minimal (la constellation contient un total de 48 satellites). Si lon considre que toutes les stations terriennes de liaison de

42、connexion mettent la mme puissance, la puissance de brouillage cumulatif sur la liaison montante subie par un satellite du systme LEO 2 (par exemple le satellite i), situ en un point donn, est proportionnelle la quantit: Ge5Ge5=10102,)( )(eaNjNkijijkjeijisidGGz o: )(, ijisG : gain de lantenne de rce

43、ption du satellite i dans une direction dcale de ij(degrs) par rapport laxe du faisceau principal )(, ijkjeG : gain de lantenne dmission de la station terrienne dans une direction dcale de ijk(degrs) par rapport laxe du faisceau principal dij: distance entre le satellite i et la station terrienne j.

44、 20 Rec. UIT-R S.1529 Notez que la variable alatoire ziest une fonction de la position donne du satellite brouill du systme LEO 2 considr et de la position alatoire du satellite de rfrence du systme LEO 1. Dans lquation prcdente, Neet Na reprsentent, respectivement, le nombre de stations terriennes

45、et le nombre dantennes (par station terrienne) poursuivant un satellite du systme LEO 1 prsentant un angle dlvation suprieur la valeur minimale prescrite. 1529-09ijijijkEjij0ij0ijkEjFIGURE 9Configuration du brouillage sur la liaison montanteStation terriennedu systme LEO 1Station terriennedu systme

46、LEO 1Constellationde satellitesdu systme LEO 1imedu satellitedu systme LEO 2 Le diagramme de rayonnement de lantenne dmission de la station terrienne du systme LEO 1 tait le mme que celui de lexemple 1. On a considr que le diagramme de rayonnement de lantenne de rception du satellite du systme LEO 2

47、 avait la mme forme que celui donn dans lexemple 1 mais avec Gmax= 12 dBi et 0= 52. On a suppos que langle dlvation de fonctionnement minimal pour les stations terriennes du systme LEO 1 tait de 5. Concernant la stratgie de commutation de la station terrienne, on a suppos que chaque passerelle du systme LEO 1 contenait quatre antennes de station terrienne qui poursuivent des satellites du systme LEO 1 prsentant des angles dlvation suprieurs la valeur minimale prescrite (5). On a