ITU-R SA 1742 SPANISH-2006 Technical and operational characteristics of interplanetary and deep-space systems operating in the space-to-Earth direction around 283 THz《运行在空对地方向283 T.pdf

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1、 Rec. UIT-R SA.1742 1 RECOMENDACIN UIT-R SA.1742 Caractersticas tcnicas y operativas de los sistemas interplanetarios y de espacio lejano que funcionan en el sentido espacio-Tierra en torno a 283 THz (Cuestin UIT-R 235/7) (2006) Cometido Esta Recomendacin especifica los parmetros tcnicos (frecuencia

2、s, enlaces, caractersticas de seales y datos, parmetros de antena, etc.) y las caractersticas operativas de los sistemas interplanetarios y de espacio lejano que funcionan en el sentido espacio-Tierra en torno a 283 THz que han de utilizarse en los estudios de comparticin. La Asamblea de Radiocomuni

3、caciones de la UIT, considerando a) que se est planificando la utilizacin de enlaces de telecomunicaciones en algunos sistemas de satlite para comunicaciones de espacio lejano e interplanetarias en frecuencias prximas a 283 THz; b) que utilizando los desarrollos tecnolgicos recientes, los astrnomos

4、estn realizando una labor concertada para construir telescopios y efectuar observaciones en este tramo del espectro; c) que este tramo del espectro se est tambin utilizando para otros servicios terrenales y espaciales; d) que este tramo del espectro se est utilizando tambin para fines cientficos e i

5、ndustriales distintos de los de radiocomunicacin; e) que los mecanismos de interferencia entre satlites que funcionan en el espacio lejano y los sistemas pasivos tales como los de astronoma que funcionan por encima de 20 THz pueden diferir de los del tramo de radiofrecuencia del espectro, reconocien

6、do 1 que el nmero 78 del artculo 12 de la Constitucin de la UIT precisa una funcin del Sector de Radiocomunicaciones en el sentido de . realizando estudios sin limitacin de gamas de frecuencias y adoptando Recomendaciones .; 2 que, segn la Nota 2 del nmero 1005 del Anexo al Convenio de la UIT, las C

7、omisiones de Estudio pueden considerar que la radiocomunicacin incluye el espectro electromagntico por encima de 3 000 GHz propagado por el espacio sin gua artificial, al realizar sus estudios y en la creacin de los proyectos de nuevas Recomendaciones; 3 que la utilizacin y comparticin de este tramo

8、 del espectro no se ha estudiado detalladamente en el UIT-R, 2 Rec. UIT-R SA.1742 recomienda 1 que en los estudios de comparticin en los que se consideren los satlites de investigacin espacial que funcionan en el sentido espacio-Tierra en torno a 238 THz en el espacio lejano, se tengan en cuenta los

9、 parmetros tcnicos y operativos presentados en los Anexos 1 y 2. Anexo 1 1 Introduccin Al aumentar la necesidad de la utilizacin del espectro radioelctrico y con el avance de la tecnologa, se est prestando ms atencin a la utilizacin de frecuencias por encima de 3 000 GHz para las radiocomunicaciones

10、 en el espacio libre. Los enlaces de radiocomunicacin en las bandas de frecuencias por encima de 3 000 GHz se han convertido en realidad como resultado de mltiples desarrollos tecnolgicos recientes en materia de telecomunicacin por fibra ptica, especialmente en el rea de la tecnologa de lseres, modu

11、lacin y receptores. La radiocomunicacin en el espacio libre en frecuencias por encima de 3 000 GHz ofrece la posibilidad de incluir velocidades de datos superiores con menos masa que la de los sistemas tradicionales de radiofrecuencia, as como de cumplir ciertos requisitos de ganancia y directividad

12、 con los haces utilizados para las aplicaciones de espacio lejano. 1.1 Consideraciones sobre la frecuencia Actualmente, el mayor inters en los enlaces de radiocomunicaciones de espacio libre por encima de 3 000 GHz se centra en frecuencias prximas a 200, 283, 311 y 353 THz1, cuyas longitudes de onda

13、 correspondientes son 1,5, 1,06, 0,965 y 0,850 m. Estas frecuencias son las mismas que las que se utilizan ampliamente para las telecomunicaciones por fibra ptica. Para la radiocomunicacin interplanetaria y de espacio lejano en el sentido espacio-Tierra, la atencin se ha centrado en la utilizacin de

14、l amplificador de fibra ptica dopado con yterbio (Yb) en 1,06 m en una configuracin de amplificador de potencia/oscilador mster (MOPA, master oscillator-power amplifier) con conmutacin Q y lseres neodimio (granate de aluminio itrio (Nd:YAG) o neodimio (vanadato de ytrio (Nd:YVO4) que funcionan en to

15、rno a 283 THz (1,06 m), aunque, dependiendo de los requisitos de la misin, son posibles otras frecuencias. La utilizacin de los amplificadores Yb, Nd:YAG y Nd:YVO4es la principal debido a su disponibilidad y fiabilidad. 1.2 Parmetros de misin genrica Los parmetros tcnicos adecuados para los anlisis

16、de interferencia deben basarse en misiones interplanetarias genricas a Marte y Jpiter. Para minimizar el peso y el consumo de potencia, los enlaces deben atender a los requisitos de radiocomunicacin poco despus del lanzamiento y continuar a lo largo de la duracin de la misin, subrayando con ello la

17、necesidad de sistemas adicionales de radiocomunicacin. De esta manera, las distancias del enlace variarn entre algunos miles de km y varias unidades astronmicas (UA)2. Las distancias entre la Tierra y Marte o Jpiter varan entre 0,5 y 6,2 UA. En el Cuadro 1 se ofrece un resumen de los parmetros tcnic

18、os 11 THz = 1 000 GHz. 21 UA 149 597 870 km. Rec. UIT-R SA.1742 3 fundamentales de un enlace de espacio lejano en 283 THz con funcionamiento en el sentido espacio-Tierra. CUADRO 1 Parmetros tcnicos de dos misiones de espacio lejano de referencia con funcionamiento en 283 THz, en el sentido espacio-T

19、ierra Parmetro Marte Jpiter Potencia del transmisor 5 W (promedio) Apertura del transmisor 30 cm Frecuencia del transmisor (longitud de onda) 283 THz (1,06 m) Modulacin Modulacin por posicin del impulso (PPM) (M = 64 a 256) con codificacin concatenada Precisin de puntera 0,35 rad Alcance 0,5 a 2,5 U

20、A 4,2 a 6,2 UA Velocidad de datos (durante el da en el terminal terreno)(1)3 a 30 Mbit/s (terminal terreno de 4,2 m) 1,5 a 3 Mbit/s (terminal de 10 m) Apertura del receptor 4,2 a 10 m de tamao equivalente Tipo de detector Sistema de fotodiodos de avalancha InGaAsP/InP en modo Geiger Margen requerido

21、 del enlace 2 a 3 dB (1)Las velocidades de datos durante la noche en Tierra son aproximadamente 30% (1,13 dB) superiores. 2 Consideraciones sobre el enlace Los enlaces de espacio lejano que funcionan en 283 THz en el sentido espacio-Tierra pueden utilizar lseres Yb, Nd:YAG o Nd:YVO4. El haz se trans

22、mite desde un telescopio de 30 cm a bordo de un vehculo espacial y se recibe en un telescopio situado en Tierra con un dimetro efectivo de 4,2 m a 10 m.32.1 Calidad del enlace Al igual que un sistema de espacio lejano que funcione en el espectro de radiofrecuencias tradicional, la calidad de un enla

23、ce que funcione en 283 THz se mide en trminos de la velocidad de datos y de la proporcin de bits errneos (BER). La calidad se calcula en funcin de la potencia, la calidad del telescopio, las consideraciones de propagacin, el ruido y la sensibilidad del receptor. Cada uno de estos parmetros es funcin

24、 de otras variables. 3A los efectos de la telecomunicacin por el espacio libre a unos 283 THz, un telescopio es de hecho una antena. 4 Rec. UIT-R SA.1742 2.1.1 Velocidad de datos A diferencia de un sistema de espacio lejano que funcione en el espectro tradicional de radiofrecuencias, cuando todos lo

25、s dems parmetros se mantienen constantes, la velocidad de datos no es exactamente inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de propagacin; no obstante, es una aproximacin muy buena para enlaces que funcionan desde las proximidades de Marte y Jpiter y por tanto constituye una buena regla

26、prctica. Las velocidades de datos desde Marte variarn dependiendo de mltiples parmetros, que incluyen la distancia y la geometra del enlace en relacin con el Sol. Las velocidades de datos desde Marte sern generalmente de un orden de magnitud superior a las velocidades desde Jpiter. 2.1.2 BER Las tra

27、mas de datos deben tener una BER inferior a 106tras la correccin de errores, a fin de poder mantenerlas. Un enlace debe retener el 99% de las tramas de datos. 2.1.3 Requisito de margen El requisito de margen tpico de un enlace de espacio lejano o interplanetario que funcione en 283 THz en el sentido

28、 espacio-Tierra es del orden de 2 a 3 dB. Las condiciones dependen de factores que incluyen entre otros la meteorologa, la hora del da y el ngulo de elevacin. 2.2 Modulacin Los enlaces de espacio lejano e interplanetarios que funcionan en torno a 283 THz utilizarn la PPM. Esta tcnica de modulacin pe

29、rmite la deteccin directa (especficamente, la de cmputo de fotones) en el receptor, sin tener que implementar receptores coherentes. La seal PPM se codifica con un cdigo concatenado. La PPM utiliza un nico impulso de energa en el intervalo de una palabra. Pueden transmitirse M bits de datos en un ni

30、co impulso de energa, situado temporalmente dentro de los 2Mintervalos de tiempo de una palabra. Una parte del tiempo total de la palabra se utiliza para recargar el lser y nunca contendr un impulso. Este tiempo de recarga o muerto suele suponer la mayor parte del tiempo de la palabra en velocidades

31、 de datos reducidas, pero es un factor menor en velocidades de datos superiores. En la Fig. 1 se ilustran las caractersticas temporales de una seal PPM y sus mediciones pertinentes. Rec. UIT-R SA.1742 5 2.3 Potencia disponible El transmisor Yb, con conmutacin Q, Nd:YAG o Nd:YVO4, producir generalmen

32、te 5 W de potencia media. La potencia de cresta variar con la velocidad de datos, pero puede ser del orden de 30 a 40 dBW. Mediante el procedimiento indicado a continuacin se calcula la potencia de cresta, Ppeak, de un transmisor PPM. Se necesitan los parmetros siguientes: M: ndice de modulacin Pave

33、: potencia media del transmisor (W) td: tiempo muerto (s) p: tiempo del impulso del transmisor (s) ts: tiempo del intervalo (s). Paso 1: Se calcula el tiempo de la palabra, tw: dswttMt += s (1) Paso 2: Se calcula la energa por palabra Eword: wavewordtPE =J (2) NOTA 1 Como slo se produce un impulso d

34、urante cada tiempo de la palabra, la energa por impulso es equivalente a la energa por palabra (es decir, Epulse= Eword). Paso 3: Se calcula la potencia de cresta del transmisor, Ppeak: ppulsepeaktEP = W (3) 6 Rec. UIT-R SA.1742 2.4 Seal recibida El mtodo general para calcular el nivel de la seal re

35、cibida en 283 THz por la estacin terrena es el mismo que el utilizado para los sistemas de radiofrecuencia tradicionales. saprtrttSLLLLLGGPP += dBW (4) donde: PS: potencia de la seal del receptor t: potencia media de salida del lser (el valor tpico est comprendido entre 4,7 y 7,0 dBW) Gt: ganancia d

36、e la antena del transmisor (el valor tpico es 119 dB) que se analiza con detalle en el 2.6.2 Gr: ganancia de la antena de recepcin (el valor tpico est comprendido entre 129 y 149 dB) que se analiza con detalle en el 2.6.3 Lt: prdidas del transmisor r: prdidas del receptor Lp: prdidas de puntera a: p

37、rdidas atmosfricas a lo largo del enlace espacio-Tierra Ls: prdidas en el espacio libre. 2.5 Prdidas del enlace Hay cinco fuentes principales de prdidas del enlace: prdidas internas del transmisor, Lt, que incluyen los efectos de las prdidas de absorcin, de dispersin y de reflexin en el tren ptico d

38、el transmisor; prdidas internas del receptor, Lr, que incluyen los efectos de las prdidas de absorcin, de dispersin y de reflexin en el tren ptico del receptor; prdidas de puntera, Lp, que incluyen los efectos de fluctuaciones en la antena del vehculo espacial y de prdida de puntera de la antena tra

39、nsmisora; prdidas atmosfricas, La, que incluyen los efectos de la dispersin y la turbulencia atmosfrica; prdidas en el espacio libre, Ls, debidas a la separacin fsica entre el transmisor y el receptor. Los valores de cada fuente de prdidas variarn segn el diseo del equipo, la edad de ste, los requis

40、itos de la misin y la fase de la misin. El Cuadro 2 ofrece valores habituales de las prdidas que se han de utilizar en los anlisis genricos de interferencia. La propagacin atmosfrica en esta gama del espectro se ha tratado detalladamente en la Comisin de Estudio 3 de Radiocomunicaciones mediante las

41、 Recomendaciones UIT-R P.1621 y UIT-R P.1622. Rec. UIT-R SA.1742 7 CUADRO 2 Parmetros tcnicos de dos misiones de espacio lejano de referencia con funcionamiento en 283 THz, en el sentido espacio-Tierra Mecanismos de prdida Valor tpico Perdidas del transmisor, Lt0,63 (= 2 dB) Prdidas del receptor, Lr

42、0,63 (= 2 dB) Prdidas de puntera, Lp0,63 (= 2 dB) Prdidas atmosfricas, La0,89 (= 0,5 dB) a 90 0,56 (= 2,5 dB) a 30 Las prdidas en el espacio libre, Ls, se calculan en 283 THz de la misma manera que en los sistemas de radiofrecuencia tradicionales: 224 4=RfcRLs(5a) que, en 283 THz, se reduce a: 21510

43、 169,7RLs= (5b) siendo: R: distancia entre el transmisor y el receptor (m). 2.6 Parmetros del telescopio de transmisin/recepcin Los enlaces de radiocomunicacin de espacio lejano e interplanetario con funcionamiento en torno a 283 THz utilizarn telescopios como antenas de transmisin y de recepcin. Lo

44、s parmetros tpicos de los telescopios de transmisin y de recepcin diferirn considerablemente entre s. Estas diferencias determinarn el diagrama de ganancia de los respectivos telescopios. Los diagramas de la antena del transmisor y del receptor son tambin distintos, pues la ptica del transmisor suel

45、e alimentarse mediante un haz de distribucin gaussiana, mientras que la ptica del receptor tiene un detector plano. En el Anexo 2 se describe una envolvente de diagramas de ganancia de antena de transmisin y de recepcin con funcionamiento en torno a 283 THz. 2.6.1 Dimetro A los efectos de los anlisi

46、s de interferencia, debe suponerse que el dimetro de la antena de transmisin ser de 30 cm. La apertura de transmisin no tendr obstrucciones o una obstruccin de 3 cm. El dimetro efectivo de la antena de recepcin puede variar entre 1 y 10 m pero en la mayora de las aplicaciones ser al menos de 4,2 m.

47、A los efectos de los anlisis de interferencia, deben considerarse antenas de 1, 4,2 y 10 m. La apertura de recepcin primaria tendr una obstruccin secundaria de dimetro no superior al 20% del dimetro de la apertura ordinaria. 8 Rec. UIT-R SA.1742 2.6.2 Diagrama de ganancia de transmisin El transmisor

48、 utiliza un telescopio alimentado por un lser. Dichos lseres funcionan normalmente slo en el modo de cavidad inferior, TEM00, que se traduce en un haz con una distribucin de energa gaussiana, la cual presenta un mximo de intensidad a lo largo de su eje de transmisin. El diagrama del haz se conforma de manera que la intensidad del haz decaiga en amplitud con la separacin angular respecto al eje de transmisin y no se desperdicie ms de un pequeo porcentaje de la potencia del haz. Dos puntos de referencia son los ngulos