ITU-R SA 364-5 SPANISH-1992 PREFERRED FREQUENCIES AND BANDWIDTHS FOR MANNED AND UNMANNED NEAR-EARTH RESEARCH SATELLITES《有人驾驶和无人驾驶的近地研究卫星的首选频率和带宽-第2E部分 空间研究》.pdf

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1、 Rec. UIT-R SA.364-5 1 RECOMENDACIN UIT-R SA.364-5*ANCHURAS DE BANDA Y FRECUENCIAS PREFERIDAS PARA SATLITES DE INVESTIGACIN ESPACIAL PRXIMOS A LA TIERRA, TRIPULADOS O NO TRIPULADOS (Cuestin 132/7) (1963-1966-1970-1978-1986-1992) Rec. UIT-R SA.364-5 El CCIR, considerando a) que las frecuencias de exp

2、lotacin adecuadas y la anchura de las bandas en radiofrecuencias requeridas en las misiones de investigacin espacial cerca de la Tierra estn determinadas por factores de propagacin y por consideraciones tcnicas; b) que numerosos satlites prximos a la Tierra necesitan comunicacin en ambos sentidos y

3、que sta es vital en el caso de satlites tripulados; c) que es preciso satisfacer la fiabilidad de las comunicaciones durante los periodos en que se experimentan condiciones atmosfricas adversas; d) que es prctico y aconsejable efectuar las funciones de telecomunicacin con un solo enlace; e) que para

4、 conseguir un seguimiento de precisin es aconsejable utilizar un par de frecuencias Tierra-espacio y espacio-Tierra coherentemente relacionadas; f) que para el funcionamiento simultneo en transmisin/recepcin con una sola antena, las frecuencias Tierra-espacio y espacio-Tierra apareadas deben tener u

5、na diferencia mnima del 7%; g) que las telecomunicaciones espacio-espacio y Tierra-espacio de los satlites de retransmisin son necesarias para acomodar el crecimiento y desarrollo de las investigaciones espaciales cerca de la Tierra en el marco del servicio de investigacin espacial; h) que se pueden

6、 necesitar tcnicas especiales de modulacin y de codificacin para ciertos enlaces con objeto de no exceder los lmites de densidad de flujo de potencia o como proteccin contra los efectos de interferencia o de la propagacin por trayectos mltiples, recomienda 1. que las bandas de frecuencias para misio

7、nes cercanas a la Tierra del servicio de investigacin espacial estn situadas, teniendo debidamente en cuenta la fiabilidad del enlace y la posibilidad de comparticin, en las gamas de frecuencias preferidas que figuran en el cuadro 1 del anexo 1; 2. que la anchura de cada una de las bandas atribuidas

8、 en las frecuencias preferidas satisfaga la condicin de anchura de banda del enlace concreto enumeradas en el cuadro 2 del anexo 1 para dar cabida a las telecomunicaciones prximas a la Tierra, presentes y futuras, en los sistemas multisatlite y multimisin del servicio de investigacin espacial. _ *Es

9、ta Recomendacin debe sealarse a la atencin de las Comisiones de Estudio 1, 4, 7, 8, 9, 10 y 11. 2 Rec. UIT-R SA.364-5 ANEXO 1*Procedimiento para la seleccin de las bandas de frecuencia preferidas para la transmisin hacia y desde vehculos espaciales tripulados y no tripulados de investigacin espacial

10、 cerca de la Tierra 1. Generalidades Efectos de propagacin En este anexo se examina el procedimiento utilizado para la seleccin de las frecuencias preferidas para misiones cerca de la Tierra sobre la base de consideraciones tcnicas y de propagacin en la gama de 100 MHz-350 GHz. La calidad de funcion

11、amiento del enlace depende de manera crtica de las condiciones de propagacin, que vienen determinadas ante todo por los gases atmosfricos y las precipitaciones. Los parmetros utilizados para modelar estos efectos proceden de los textos de la Comisin de Estudio 5. Se han obtenido valores tpicos de at

12、enuacin y de ruido celeste para condiciones de cielo despejado y para intensidades de lluvia de 20, 50, 100 y 140 mm/h con ngulos de elevacin de 5 y 20. Se producen efectos ionosfricos a causa de la interaccin entre la onda radioelctrica transmitida, la densidad de electrones libres en la Tierra, qu

13、e vara en funcin de la latitud geomagntica, el ciclo diurno, el ciclo anual y solar, etc., y los campos magnticos de la Tierra. Por encima de 10 GHz, los efectos ionosfricos son generalmente pequeos y no se consideran significativos. En ausencia de precipitaciones, es poco probable que los efectos t

14、roposfricos produzcan desvanecimientos importantes en los sistemas de telecomunicaciones espaciales a frecuencias inferiores a 10 GHz. La atenuacin de la seal debida, por un lado, a la absorcin por el oxgeno molecular y el vapor de agua, y por otro, a la absorcin y la dispersin por la lluvia, puede

15、afectar seriamente la calidad de funcionamiento del enlace y, por consiguiente, a la seleccin de frecuencias. 2. Consideraciones tcnicas y operacionales Las consideraciones tcnicas pueden dividirse en dos categoras: exigencias de la misin y factores relativos al equipo. 2.1 Exigencias relativas a la

16、 frecuencia de apoyo a la misin 2.1.1 Telemando y telemedida de mantenimiento La exigencia fundamental de cualquier misin es la seguridad y el xito de la misma. Para que se cumpla tal exigencia, el enlace de telemando y de telemedida de mantenimiento deben funcionar cualquiera que sea la orientacin

17、del vehculo espacial. Como esto slo puede conseguirse mediante el uso de una antena de haz ancho, omnidireccional, a bordo del vehculo espacial, habr que tener en cuenta el empleo de ese tipo de antenas al escoger las frecuencias. Para la mayora de las misiones sern adecuadas anchuras de banda de te

18、lemando de 10 a 50 kHz, si bien los vehculos espaciales ms perfeccionados es posible que precisen anchuras de banda del enlace del orden de 500 kHz o ms. Las anchuras de banda de enlace de telemedida de mantenimiento varan desde varios kHz a varios cientos de kHz. 2.1.2 Telemedida de la misin La tel

19、emedida, en la mayora de las misiones, se recoge y almacena para su retransmisin hacia la Tierra. En el caso de algunas misiones, es posible que el vehculo espacial tenga una sola oportunidad de transmitir los datos registrados por lo que esta retransmisin deber funcionar cualesquiera que sean las c

20、ondiciones meteorolgicas. Para las misiones en las que no sea necesario satisfacer tal exigencia, se podr elegir una frecuencia con la que pueda emplearse la mxima velocidad de transmisin de datos en condiciones de atmsfera despejada. Las anchuras de banda del enlace dependen del grado de complejida

21、d y de perfeccionamiento del vehculo espacial. Para enlaces directos entre el vehculo espacial y la estacin terrena habr que prever anchuras de banda del orden de 100 kHz a 100 MHz. Las anchuras de banda para los enlaces espacio-Tierra va satlite retransmisor varan en la actualidad desde 225 MHz a 6

22、50 MHz. No obstante, est previsto que aumente esa banda de frecuencias por encima de 1 GHz para poder satisfacer futuras exigencias. _ *Nota del Director del CCIR Este anexo es una versin abreviada del Informe 984 ( Dsseldorf, 1990). Rec. UIT-R SA.364-5 3 Las anchuras de banda de los enlaces espacio

23、-espacio varan actualmente de 5 a 225 MHz en el caso de comunicaciones directas entre satlite de usuario y satlite relevador. Las anchuras de banda de los enlaces entre satlites relevadores habrn de ser notablemente ms anchas, posiblemente superiores a 1 GHz. 2.1.3 Seguimiento El servicio de investi

24、gacin espacial en las proximidades de la Tierra emplea diversos mtodos para obtener la informacin orbital del vehculo espacial. En el caso de seguimiento por interfermetro, la presencia de factores tales como una antena omnidireccional de buena calidad en el vehculo espacial, la eficacia del transmi

25、sor y la anchura del haz de la antena de la estacin terrena, favorecen por lo general el empleo de una frecuencia por debajo de 1 GHz. Se han fabricado interfermetros de antena mvil ms elaborados para frecuencias superiores a 5 GHz, pero la atenuacin atmosfrica y el ruido limitan por lo general su c

26、alidad de funcionamiento a frecuencias superiores a 6 GHz. Las anchuras de banda caractersticas varan desde varios cientos de Hz a varios kHz. Los sistemas de medida de distancia y de variacin de distancia cuya explotacin exige un mnimo de perturbaciones debidas a los efectos ionosfrico y transatmos

27、frico, emplean la banda de 1 a 8 GHz en el seguimiento de precisin. El principal factor determinante de la anchura de banda mxima necesaria por canal unidireccional es la gama de resolucin que se precisa. Pueden conseguirse gamas de resolucin de algunos metros utilizando modulacin adecuada con anchu

28、ras de banda de aproximadamente 1 a 3 MHz. Tambin se emplea el seguimiento por radar, si bien la atenuacin atmosfrica limita normalmente el uso de frecuencias por debajo de unos 6 GHz para el seguimiento mediante sistemas de radar primario. Para muchos de estos sistemas, basta normalmente una anchur

29、a de banda de 1 a 10 MHz. La determinacin bilateral de la distancia permite obtener informacin precisa sobre la ubicacin del satlite retransmisor, de modo tal que su movimiento pueda ser tenido en cuenta al determinar los parmetros orbitales del vehculo espacial del usuario a travs del satlite retra

30、nsmisor. Los enlaces tpicos deben ser independientes de las condiciones meteorolgicas, y han de tener anchuras de banda de aproximadamente 5 a 6 MHz. 2.2 Factores relativos al equipo Los factores relativos al equipo que influyen en la calidad de funcionamiento del enlace y cuyas caractersticas depen

31、den en cierta medida de la frecuencia, son la potencia del transmisor, la ganancia de la antena y la temperatura de ruido del receptor. De estos tres factores, la ganancia de la antena es funcin directa del cuadrado de la frecuencia mientras que la potencia del transmisor y el ruido del receptor dep

32、enden de manera indirecta de la frecuencia de explotacin. Es por ello por lo que se considera la calidad de funcionamiento del equipo uniforme en una amplia gama de frecuencias. Tambin deben tenerse en consideracin los sistemas y equipos espaciales existentes y experimentados al seleccionar las band

33、as de frecuencias, a fin de lograr conseguir una explotacin coherente. Debido a limitaciones de tipo prctico de los diplexores, los pares de bandas de frecuencias Tierra-espacio y espacio-Tierra deben estar separados por lo menos un 7% para que sea posible el funcionamiento simultneo en transmisin y

34、 recepcin utilizando la misma antena. 3. Calidad de funcionamiento del enlace En el presente anexo se ha tenido en cuenta la influencia de los efectos de propagacin en la intensidad de seal y en el ruido del sistema en la ecuacin fundamental del enlace, establecindose como criterio de seleccin de fr

35、ecuencia un indicador de la calidad de funcionamiento del enlace determinado por el cociente entre la potencia de la seal recibida y la densidad espectral de ruido (Pr/ N0). Los anlisis de enlaces presentados a continuacin se basan en un dimetro fijo de la antena de la estacin terrena y consideran t

36、anto un dimetro fijo, como una anchura de haz fija para la antena de la estacin espacial. Se incluye la antena de la estacin espacial de dimetro fijo para tener en cuenta el caso en que se utiliza en el vehculo espacial una antena grande y no existen limitaciones de puntera. El caso de anchura de ha

37、z fija se incluye para tener en cuenta las situaciones en que la precisin de la puntera de antena determina la anchura de haz mnima, o cuando una antena debe proporcionar una cobertura lo suficientemente ancha como para permitir la comunicacin con independencia de la orientacin del vehculo espacial,

38、 tal como en el caso de un enlace de telemando o de telemedida de emergencia. 4 Rec. UIT-R SA.364-5 En estos anlisis, se toman en consideracin los efectos de las precipitaciones slo para frecuencias por debajo de aproximadamente 22 GHz. Los efectos de las precipitaciones por encima de esta frecuenci

39、a no se tienen en cuenta porque incluso para intensidades de lluvia bajas, los efectos de las precipitaciones pueden degradar notablemente las comunicaciones en los enlaces transatmosfricos. Por consiguiente, slo se supone su uso en tiempo claro por encima de 22 GHz. Los resultados se aplican a un n

40、gulo de elevacin de 5, que representa una situacin de caso ms desfavorable. La capacidad mxima de transmisin de datos se obtiene utilizando bandas de frecuencias en las que el cociente Pr/ N0tiene el valor mximo para las condiciones meteorolgicas y las limitaciones de la antena de la estacin espacia

41、l consideradas. En el cuadro 1 se presentan de manera concisa las bandas de frecuencia preferidas obtenidas a partir de las curvas Pr/ N0normalizadas que figuran en esta Recomendacin. La anchura general de las bandas se determin tomando las frecuencias correspondientes a los niveles situados aproxim

42、adamente 1 dB por debajo de las crestas de las curvas. Al determinar en el cuadro 1 la anchura de las bandas de frecuencias para cualesquiera condiciones meteorolgicas, se supuso una elevada intensidad de lluvia, a fin de que los resultados fuesen aplicables en todo el mundo. Las bandas situadas fue

43、ra de esa gama pueden ser adecuadas para zonas con intensidades de lluvia inferiores. 3.1 Clculo de la calidad de funcionamiento del enlace en funcin de la frecuencia El indicador de la calidad de funcionamiento del enlace, relacin entre potencia recibida y densidad espectral de ruido, viene dado po

44、r la ecuacin fundamental del enlace: Error!mmmmmmdBdonde: Pr: potencia recibida (W) N0: densidad espectral de ruido (W/Hz) Pt : potencia del transmisor (W) Gt: ganancia de la antena transmisora Ls: prdida en el espacio libre La: prdida de transmisin debida a la atenuacin atmosfrica con atmsfera desp

45、ejada Lr: prdida de transmisin debida a la atenuacin producida por la lluvia Gr: ganancia de la antena receptora (dBi) k : constante de Boltzmann (J/K) T : temperatura de ruido total del sistema (K). Suponiendo que no hay prdida en los guiaondas, T viene dada por: donde: Tr: temperatura de ruido del

46、 receptor (K) Ts: contribucin del cielo (debida a los efectos de la atmsfera y de las precipitaciones) a la temperatura de ruido de la antena (K) Tg: contribucin del terreno a la temperatura de ruido de la antena (K). Aislando los trminos dependientes de frecuencia en la ecuacin (1), dicha ecuacin p

47、uede escribirse como a continuacin se indica para una separacin fija entre estaciones espacial y terrena: Caso 1: Dimetros fijos de las antenas de las estaciones espacial y terrena: Error!mmmmmmdBRec. UIT-R SA.364-5 5 Caso 2: Dimetro fijo de la antena de la estacin terrena y abertura angular fija de

48、l haz de la antena de la estacin espacial: Error!mmmmmmdBEn las ecuaciones (2) y (3) C y C1expresadas en dB, son constantes, y los trminos que figuran entre llaves son los trminos dependientes de la frecuencia. Cualquier modificacin en el valor de la constante aumentar o disminuir simplemente el val

49、or de la relacin Pr/ N0de las curvas, permaneciendo inalterada la forma de las mismas. 3.2 Aplicacin en misiones de investigacin espacial cerca de la Tierra En las figs. 1 y 2 se muestran, respectivamente, las temperaturas de ruido supuestas del sistema y del receptor para las estaciones espacial y terrena. Las tempera