ITU-R SF 1602 FRENCH-2002 Methodology for determining power flux-density statistics for use in sharing studies between fixed wireless systems and multiple fixed-satellite service s.pdf

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1、 Rec. UIT-R SF.1602 1 RECOMMANDATION UIT-R SF.1602 Mthode de dtermination des statistiques de puissance surfacique utiliser dans les tudes de partage entre systmes hertziens fixes et plusieurs satellites du service fixe par satellite (Questions UIT-R 217/9-250/4 et UIT-R 206/9-237/4) (2002) LAssembl

2、e des radiocommunications de lUIT, considrant a) quil est ncessaire de faire en sorte que les niveaux des brouillages causs aux systmes hertziens fixes (FWS, fixed wireless systems) par les missions en provenance de satellites, ne dpassent pas les niveaux admissibles dans les bandes utilises en part

3、age par le service fixe et le SFS; b) quil est possible de protger convenablement les FWS contre les missions cumules de plusieurs satellites (constellations non OSG ou arc OSG totalement occup) en fixant pour chaque satellite des limites adquates de puissance surfacique rayonne dans une largeur de

4、bande de rfrence la surface de la Terre; c) que toute limitation de puissance surfacique la surface de la Terre ne devrait pas imposer de restrictions injustifies la conception de systmes du SFS OSG ou non OSG; d) que les Recommandations UIT-R SF.1482 et UIT-R SF.1483 spcifient les valeurs maximales

5、 admissibles de la puissance surfacique produite la surface de la Terre par des satellites non OSG du SFS pour protger le service fixe dans les bandes 10,7-12,75 GHz et 17,7-19,3 GHz respectivement; e) que les niveaux de puissance surfacique spcifis dans les Recommandations mentionnes au considrant

6、d) ont t dfinis partir dune analyse utilisant des gabarits de puissance surfacique pour calculer les statistiques des niveaux de puissance cumulatifs reus par une station du service fixe en appliquant les niveaux de puissance surfacique tudis chaque satellite visible de la constellation du SFS non O

7、SG; f) que dans une configuration multisatellite, telle une constellation non OSG ou un arc OSG totalement occup, il est possible que la puissance surfacique rayonne par chacun des satellites visibles ne soit pas simultanment maximale dans la direction du systme du service fixe tudi, recommande 1 qu

8、e la mthode dcrite dans lAnnexe 1 pourra tre utilise afin de calculer les statistiques de puissance surfacique utiliser pour les tudes de partage entre les FWS et plusieurs satellites du SFS, en tenant compte des caractristiques des systmes satellites. 2 Rec. UIT-R SF.1602 Annexe 1 1 Introduction Ce

9、tte Annexe prsente une mthode statistique permettant de dterminer les effets des satellites non OSG et OSG sur les FWS. Cette mthode tient compte de caractristiques ralistes de satellites et procure des lments utiles aux tudes de partage entre le service fixe et les services satellites. Il convient

10、de noter que les Recommandations UIT-R SF.1482 et UIT-R SF.1483, traitant des valeurs maximales admissibles de la puissance surfacique produite la surface de la Terre par des satellites non OSG du SFS propre protger le service fixe, donnent des lments gnraux relatifs cette mthode. 2 Description de l

11、analyse par gabarit de puissance surfacique Avec la mthode existante dvaluation du gabarit de puissance surfacique utiliser pour les systmes satellites OSG ou les satellites non OSG, telle que celle qui figure dans les Recommandations UIT-R SF.1482 et UIT-R SF.1483 prcites, on calcule le brouillage

12、cumulatif produit par tous les satellites visibles par le service fixe en utilisant un gabarit de puissance surfacique dfini dans des dispositions rglementaires tel que dans lArticle 21 du Rglement des radiocommunications. Lorsquon applique cette mthode des satellites OSG, on suppose gnralement que

13、larc OSG est occup par un certain nombre de satellites (par exemple, un satellite tous les 4) qui produisent un brouillage permanent. La Fig. 1 donne des rsultats reprsentatifs rsultant de lapplication de cette mthode des satellites OSG pour tous les azimuts du service fixe. 1602-010 50 100 150 200

14、250 300 35025 75 125 175 225 275 3252116116149141924FIGURE 1Brouillages produits par un satellite OSGAzimut du service fixe (degrs)Elvation 20 Elvation 10I/N(dB)Rec. UIT-R SF.1602 3 Dans le cas de systmes non OSG, on calcule partir des caractristiques de chaque constellation (nombre de satellites, n

15、ombre de plans, inclinaison(s), altitude, etc.) les statistiques des niveaux thoriques de puissance cumulative reus par une station du service fixe en appliquant des limites de puissance surfacique pertinentes chaque satellite visible de la constellation du SFS non OSG (voir la Recommandation UIT-R

16、F.1108). Lorsquon applique cette mthode des satellites non OSG, on calcule la distribution des brouillages pour lazimut de la station du service fixe (et pour un seul angle dlvation) qui correspond au cas le plus dfavorable de la constellation et on obtient ainsi une distribution du niveau des broui

17、llages en fonction du pourcentage de temps (voir la Fig. 2). 1602-0255 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 501510 20100101101102FIGURE 2Distribution des brouillages produits par un systme non OSGI/N (dB)Pourcentage doccurrenceElvation 20 Elvation 10 Cette mthode a servi en gnral de base aux tudes de partag

18、e interservices. Elle prsente lavantage dtre simple mais elle conduit une surestimation des brouillages rels susceptibles dtre causs aux stations du service fixe. En ce qui concerne les caractristiques du SFS, lanalyse suppose que la puissance surfacique produite par chacun des satellites visibles e

19、st maximale dans la direction du systme du service fixe considr. Cette hypothse ne tient pas compte des diagrammes des antennes relles de satellite, des limitations de puissance de chaque satellite ou des restrictions que le brouillage intrasystme (rsultant de la rutilisation de frquence) impose un

20、systme du SFS ainsi que des contraintes dexploitation fondamentales des systmes du SFS. La mthode dcrite au 3 utilise une approche statistique qui permet dintgrer les caractristiques dexploitation du SFS. 3 Analyse de la puissance surfacique et modles de satellite Cette mthode prend en compte des di

21、agrammes ralistes dantenne de satellite, les limitations de puissance de chaque satellite et des restrictions imposes par le brouillage intrasystme un systme non OSG du SFS, ainsi que des contraintes dexploitation fondamentales des systmes non OSG du SFS. Pour cette mthode, on suppose que, dans un c

22、ontexte multisatellite, tous les satellites visibles depuis un point donn de la Terre ne produisent pas simultanment la puissance surfacique maximale autorise par un gabarit. 4 Rec. UIT-R SF.1602 En gnral, on trouvera dans la documentation de lUIT-R les paramtres ncessaires la modlisation prcise de

23、la puissance surfacique produite par un satellite (puissance maximale, nombre de faisceaux, gain dantenne et diagramme dantenne). Il est donn ci-dessous un modle analytique de certains paramtres possibles dun systme OSG du SFS et dun systme non OSG du SFS. Les valeurs de ces paramtres dpendent de la

24、 bande de frquences et du type de satellite (OSG ou non OSG) considrs. Il est toutefois possible dobtenir une quation gnrale liant ces paramtres. La puissance mise dans le lobe principal dun satellite couverture par faisceau unique, tel que pouvant fonctionner dans certaines bandes de frquences, de

25、manire produire la puissance surfacique maximale, est donne par lquation: )4(log102dGpfdPsms+= (1) dans laquelle: Ps: densit de puissance du satellite (dB(W/MHz) pfdm: valeur maximale du gabarit de puissance surfacique Gs: gain de lantenne du satellite (dBi) d : distance entre le satellite et son po

26、int subsatellite (m). Toutefois, dans les bandes de frquences suprieures telles les bandes 20/30 GHz ou 40/50 GHz, la plupart des satellites utiliseront des faisceaux multiples avec des gains dantenne plus levs, et mettront sur plusieurs canaux. La densit de puissance de chaque faisceau est alors do

27、nne par la relation: =tottottottotffdsBWNPNBWNNPBWPP log10log10log10 (2) dans laquelle: Pds: densit de puissance par faisceau de satellite (dB(W/MHz) Pf: puissance par faisceau (W) BWf: largeur de bande du faisceau (MHz) Ptot: puissance totale rayonne disponible sur le satellite (W) BWtot: largeur d

28、e bande totale du satellite (MHz) N: nombre de canaux de frquences contenus dans BWtotN : nombre de faisceaux cofrquence. A partir des quations (1) et (2), on obtient la relation gnrale suivante: )4(log10)(log102dBWNPpfdGtottotmb+= qui donne: )4(log10)(log10)(log10)(log102dBWNPpfdGtottotmb+= (3) Rec

29、. UIT-R SF.1602 5 o: Gb: gain dantenne du faisceau (dBi) pfdm: valeur maximale du gabarit de puissance surfacique (dB(W/(m2 MHz) Ptot: puissance totale rayonne disponible sur le satellite (W) N : nombre de faisceaux cofrquence BWtot: largeur de bande totale du satellite (MHz) d : distance entre le s

30、atellite et le centre de sa zone de pointage (m). Par consquent, partir de lquation (3) et en utilisant les valeurs types existantes que lon peut gnralement trouver dans les textes de lUIT-R, il est possible de dfinir des modles de satellite simples qui peuvent tre utiliss dans les tudes de partage

31、entre le SFS et les services de Terre. Ainsi, afin de faciliter la comprhension et lapplication de la mthode statistique prsente dans cette Annexe, les modles de satellite ci-dessous, supposs tre compatibles avec lquation (3) (avec un niveau de puissance surfacique aux angles des lvations levs gal 1

32、05 dB(W/(m2 MHz) ont t pris en considration: Satellites OSG: Modle GEO1: gain dantenne pour chaque faisceau: 60 dBi nombre de faisceaux cofrquence: 6 puissance totale dmission (pour tous les faisceaux): 3,5 kW largeur de bande totale: environ 1 000 MHz Modle GEO2: gain dantenne pour chaque faisceau:

33、 55 dBi nombre de faisceaux cofrquence: 4 puissance totale dmission (pour tous les faisceaux): 3,5 kW largeur de bande totale: environ 500 MHz Satellites non OSG (altitude prise pour hypothse: 10 000 km): Modle MEO1: gain dantenne pour chaque faisceau: 50 dBi nombre de faisceaux cofrquence: 4 puissa

34、nce totale dmission (pour tous les faisceaux): 1,1 kW largeur de bande totale: environ 700 MHz Modle MEO2: gain dantenne pour chaque faisceau: 45 dBi nombre de faisceaux cofrquence: 3 puissance totale dmission (pour tous les faisceaux): 1,1 kW largeur de bande totale: environ 300 MHz 6 Rec. UIT-R SF

35、.1602 4 Distribution de la puissance surfacique 4.1 Principes Comme prcdemment indiqu, la puissance surfacique produite par un satellite donn, en un point quelconque de la surface de la Terre dpend de la puissance dmission, du gain dantenne et du diagramme dantenne. De plus, comme le montre la Fig.

36、3, la puissance surfacique maximale disponible dans le faisceau principal dpend essentiellement de la limite de puissance surfacique fixe par la rglementation et du diagramme dantenne. Dans de nombreux cas, selon langle dlvation du satellite, la puissance surfacique dans le faisceau principal sera i

37、nfrieure celle donne dans le gabarit de puissance surfacique afin de rester dans les limites de ce gabarit pour les faibles angles dlvation (lvations a et c de la Fig. 3 par exemple). 1602-03FIGURE 3Elvation aElvation cElvation bDirectiondu faisceauprincipalElvation 0 De plus, comme le montrent les

38、Fig. 4 et 5, un satellite vu depuis un point donn A de la surface de la Terre avec un angle dlvation x, ne produit gnralement pas une puissance surfacique constante au point A. Le niveau de puissance surfacique reu en A varie en fonction de la direction de pointage du faisceau de liaison descendante

39、 du satellite et ventuellement en fonction de la charge de trafic. Toutefois, cette dernire caractristique nest pas prise en considration dans la prsente mthode. 1602-04AFIGURE 4Point subsatelliteDirection du faisceau principalElvation xRec. UIT-R SF.1602 7 1602-05AFIGURE 5Point subsatelliteDirectio

40、n du faisceau principalElvation xOn constate la Fig. 4, que la direction de pointage du faisceau du satellite est proche du point A et que langle de discrimination de lantenne est relativement faible. Par ailleurs, dans la Fig. 5, la direction de pointage du faisceau du satellite est diffrente et la

41、ngle de discrimination dantenne, , est suprieur . De plus, comme indiqu plus haut dans ces deux exemples, la puissance surfacique dans le faisceau principal peut tre diffrente. Par consquent, la puissance surfacique produite au point A peut tre diffrente mme si le satellite occupe exactement la mme

42、position. La puissance surfacique produite au point A peut tre facilement calcule laide de la formule suivante: AdiscrimaxmbmbALGGLpfdpfd += (4) dans laquelle: pfdA: puissance surfacique produite en A (dB(W/MHz) pfdmb: puissance surfacique produite dans le faisceau principal (dB(W/MHz) Lmb: affaibli

43、ssement en espace libre entre le satellite et le centre de son faisceau la surface de la Terre (dB) Gmax: gain maximal de lantenne du satellite (dBi) Gdiscri: gain relatif de lantenne dans la direction du point A (dBi) LA:affaiblissements en espace libre entre le satellite et le point A (dB). A part

44、ir de cette formule et en faisant varier la direction de pointage du satellite dans toutes les directions possibles depuis sa position, on peut dterminer la distribution des valeurs de puissance surfacique quun satellite peut produire pour un angle dlvation donn (voir la Fig. 6). 8 Rec. UIT-R SF.160

45、2 1602-06010100101001 000159 154 149 144 139 134 129 124 119 114 109 104FIGURE 6Distribution de la puissance surfacique produite pour un angle dlvation de 30 dans le cas du modle GEO1 (60 dBi, multifaisceau)Niveaux de puissance surfacique (dB(W/(m2 MHz)Pourcentage doccurrenceEn outre, en considrant

46、tous les angles dlvation correspondant un cas particulier (voir le calcul lAppendice 1), il est possible de tracer un gabarit de puissance surfacique correspondant au cas le plus dfavorable en combinant le maximum de chacune des distributions et en le comparant, avec le gabarit de puissance surfaciq

47、ue fix par la rglementation, comme cela est fait la Fig. 7. Il est galement possible, comme cela est fait la Fig. 7, de tracer similairement un gabarit combin de puissance surfacique reprsentant un pourcentage de temps donn (par exemple 99,9% et 99,5% des cas). 1602-070 10203040506070809010410711011

48、3116119122125128131134137140143FIGURE 7Gabarits combins de puissance surfacique correspondant au modle GEO1(60 dBi multifaisceau)Angle dlvation (degrs)Niveaude puissancesurfacique (dB(W/(m2 MHz)Gabarit rglementaireMaximum99,9%99,5%Rec. UIT-R SF.1602 9 4.2 Modles dantenne 4.2.1 Modles de satellites monofaisceaux P