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

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1、 Rec. UIT-R SF.1602 1 RECOMENDACIN UIT-R SF.1602 Metodologa para determinar las estadsticas de la densidad de flujo de potencia que se utilizan en los estudios de comparticin entre sistemas inalmbricos fijos por satlite y satlites mltiples del servicio fijo (Cuestiones UIT-R 217/9-250/4 y UIT-R 206/

2、9-237/4) (2002) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que es necesario asegurar que las emisiones procedentes de los satlites no rebasen la interferencia admisible en sistemas inalmbricos fijos (FWS) en las bandas compartidas entre el servicio fijo y el SFS; b) que los FWS pu

3、eden protegerse adecuadamente contra las emisiones combinadas procedentes de mltiples satlites (constelaciones no OSG o arco de la OSG plenamente poblado) imponiendo lmites adecuados a la densidad de flujo de potencia (dfp) en una anchura de banda de referencia producida por cada uno de los satlites

4、 en la superficie de la Tierra; c) que toda limitacin de la dfp producida en la superficie de la Tierra no debe imponer restricciones indebidas al diseo de los sistemas del SFS con satlites OSG y no OSG; d) que las Recomendaciones UIT-R SF.1482 y UIT-R SF.1483 dan valores mximos admisibles de la dfp

5、 en la superficie de la Tierra producida por satlites no OSG del SFS para proteger al servicio fijo en las bandas de 10,7-12,75 GHz y 17,7-19,3 GHz, respectivamente; e) que los niveles de la dfp especificados en las Recomendaciones mencionadas en el considerando d) se elaboraron a partir de un anlis

6、is de contorno de la dfp utilizado para calcular las estadsticas de niveles de potencia combinada recibidos en una estacin del servicio fijo, aplicando los niveles de la dfp en consideracin a cada satlite visible de la constelacin del SFS no OSG; f) que al considerar un entorno de mltiples satlites,

7、 tal como el de una constelacin no OSG o de un arco OSG plenamente poblado, todos los satlites visibles pueden no radiar simultneamente el lmite mximo de la dfp en la direccin del sistema del servicio fijo en consideracin, recomienda 1 que se utilice la metodologa descrita en el Anexo 1 para determi

8、nar las estadsticas de la dfp que se utilizan en los estudios de comparticin entre los FWS y satlites mltiples del SFS, teniendo en cuenta las caractersticas de los sistemas de satlite. 2 Rec. UIT-R SF.1602 Anexo 1 1 Introduccin Este Anexo presenta una metodologa estadstica relativa al efecto de los

9、 satlites no OSG y OSG en los FWS. Tiene en cuenta caractersticas realistas de los satlites y se pretende su utilizacin como orientacin en los anlisis de comparticin entre los sistemas del servicio fijo y de los servicios por satlite. Debe tambin sealarse que las Recomendaciones UIT-R SF.1482 y UIT-

10、R SF.1483 que tratan de los valores mximos admisibles de la dfp en la superficie de la Tierra producidos por satlites no OSG del SFS para proteger al servicio fijo ofrecen unos antecedentes generales para esta metodologa. 2 Anlisis del contorno de la dfp La metodologa actual para evaluar el contorno

11、 de la dfp utilizado en los sistemas de satlite OSG o no OSG, tal como el de las mencionadas Recomendaciones UIT-R SF.1482 y UIT-R SF.1483, combina la interferencia procedente de todos los satlites visibles para el servicio fijo, utilizando un contorno de dfp reglamentario, tal como el que se define

12、 en el Artculo 21 del Reglamento de Radiocomunicaciones. En una aplicacin tpica de esta metodologa para el caso de satlites OSG, el arco OSG est lleno de un nmero determinado de satlites (por ejemplo, 1 cada 4) que producen interferencia permanente. La Fig. 1 muestra resultados representativos de la

13、 aplicacin de esta metodologa, para todos los acimutes del servicio fijo. 1602-010 50 100 150 200 250 300 35025 75 125 175 225 275 3252116116149141924FIGURA 1Interferencia producida por un satlite OSGAcimut del servicio fijo (grados)20 de elevacin10 de elevacinI/N(dB)Rec. UIT-R SF.1602 3 Para el cas

14、o de sistemas no OSG, y sobre la base de las caractersticas de cada una de las constelaciones (nmero de satlites, nmero de planos, inclinacin(es), altitud, .), se calculan las estadsticas de los niveles tericos de la potencia combinada recibida en una estacin del servicio fijo, aplicando los lmites

15、de la dfp en consideracin a cada satlite visible de la constelacin del SFS no OSG (vase la Recomendacin UIT-R F.1108). En una aplicacin tpica de esta metodologa, se calcula la distribucin de la interferencia para el acimut del servicio fijo (y para un nico ngulo de elevacin) que representa el caso m

16、s desfavorable de constelacin, lo que se traduce en la distribucin del nivel de interferencia en funcin del porcentaje de tiempo, tal como la que se indica en la Fig. 2. 1602-0255 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 501510 20100101101102FIGURA 2Distribucin de la interferencia producida por un sistema no OS

17、GI/N (dB)Porcentajede aparicin20 de elevacin10 de elevacinEsta metodologa se ha utilizado generalmente como base de los estudios de comparticin entre servicios. Ofrece la ventaja de un clculo sencillo, aunque tambin sobreestima la interferencia real que pueden sufrir las estaciones del servicio fijo

18、. En relacin con las caractersticas del SFS, el anlisis supone que todos los satlites visibles radian simultneamente con los niveles mximos de la dfp en la direccin del sistema del servicio fijo en consideracin. Dicha hiptesis no tiene en cuenta los diagramas de antena de satlites reales, las limita

19、ciones de potencia de cada satlite o las restricciones que la autointerferencia (como resultado de la reutilizacin de frecuencias) impondr a un sistema del SFS, as como las restricciones operativas fundamentales de los sistemas del SFS). La metodologa descrita en el 3 ofrece un enfoque estadstico pa

20、ra acomodar las caractersticas operativas del SFS. 3 Anlisis de la dfp y modelos de satlite Esta metodologa tiene en cuenta diagramas realistas de antena de satlite, las limitaciones de potencia de cada satlite y las restricciones que la autointerferencia impondr a un sistema del SFS no OSG, as como

21、 las restricciones operativas fundamentales de los sistemas del SFS no OSG. Esta metodologa supone que, en un entorno de mltiples satlites, todos los satlites visibles desde un punto determinado sobre la Tierra no producen simultneamente el valor mximo de la dfp permitido por un contorno. 4 Rec. UIT

22、-R SF.1602 Los parmetros necesarios para establecer un modelo preciso de la dfp producida por un determinado satlite (potencia mxima, nmero de haces, ganancia de antena y diagrama de antena) figuran generalmente en los textos del UIT-R. A continuacin se ofrece un modelo analtico de alguno de los pos

23、ibles parmetros de un sistema del SFS OSG y de uno del SFS no OSG. Los valores de dichos parmetros dependen de la banda de frecuencias considerada y del tipo de satlite (OSG o no OSG). Es posible deducir una ecuacin general que los relacione entre s. En el haz principal, para satlites con cobertura

24、de haz nico que puede realizarse en ciertas bandas de frecuencia, la potencia radiada por el satlite necesaria para producir la dfp mxima en el haz principal es: )4log(102dGdfpPsms+= (1) siendo: Ps: densidad de potencia del satlite (dB(W/MHz) dfpm: valor mximo del contorno de la dfp Gs: ganancia de

25、la antena del satlite (dBi) d : distancia entre el satlite y su punto subsatelital (m). No obstante, en bandas de frecuencia elevada, tales como las de 20/30 GHz o 40/50 GHz, la mayora de los satlites desplegarn muy probablemente haces mltiples con ganancias de antena elevada, transmitiendo por vari

26、os canales. En este caso, la densidad de potencia de cada haz individual puede calcularse mediante la expresin: =tottottottotffdsBWNPNBWNNPBWPP log10log10log10 (2) siendo: Pds: densidad de potencia del satlite por haz (dB(W/MHz) Pf: potencia por haz (W) BWf: anchura de banda del haz (MHz) Ptot: pote

27、ncia total radiada disponible en el satlite (W) BWtot: anchura de banda total del satlite (MHz) N: nmero de canales de frecuencia en la BWtotN : nmero de haces cofrecuencia. Sobre esta base, las ecuaciones (1) y (2) permiten obtener la ecuacin general siguiente: )4(log10)(log102dBWNPdfpGtottotmb+= l

28、o cual da: )4log(10)log(10)log(10)log(102dBWNPdfpGtottotmb+= (3) Rec. UIT-R SF.1602 5 siendo: Gb: ganancia de antena del haz (dBi) dfpm: valor mximo del contorno de la dfp (dB(W/(m2 MHz) Ptot: potencia radiada total disponible en el satlite (W) N : nmero de haces cofrecuencia BWtot: anchura de banda

29、 total del satlite (MHz) d : distancia desde el satlite hasta el centro de su zona de puntera (m). Por tanto, basndose en esta ecuacin (3) y utilizando los valores tpicos existentes que figuran generalmente en los textos del UIT-R, es posible definir modelos simples de satlite que pueden utilizarse

30、en los estudios de comparticin entre el SFS y los servicios terrenales. Como ejemplo, y a fin de facilitar la comprensin de la metodologa presentada en este Anexo, se consideran los ejemplos de modelos de satlites indicados a continuacin, en los que se supone la congruencia con la ecuacin (3) (nivel

31、 de la dfp correspondiente a un ngulo de elevacin elevado de 105 dB (W/(m2 MHz): Satlites geoestacionarios: Modelo GEO1: ganancia de la antena del haz: 60 dBi nmero de haces cofrecuencia: 6 potencia total transmitida (para todos los haces): 3,5 kW anchura de banda total: unos 1 000 MHz Modelo GEO2:

32、ganancia de la antena del haz: 55 dBi nmero de haces cofrecuencia: 4 potencia total transmitida (para todos los haces): 3,5 kW anchura de banda total: unos 500 MHz Satlites no OSG (se supone una altitud de 10 000 km): Modelo MEO1: ganancia de la antena del haz: 50 dBi nmero de haces cofrecuencia: 4

33、potencia total transmitida (para todos los haces): 1,1 kW anchura de banda total: unos 700 MHz Modelo MEO2: ganancia de la antena del haz: 45 dBi nmero de haces cofrecuencia: 3 potencia total transmitida (para todos los haces): 1,1 kW anchura de banda total: unos 300 MHz 6 Rec. UIT-R SF.1602 4 Distr

34、ibucin de la dfp 4.1 Principios Como se ha sealado anteriormente la dfp producida por un satlite determinado en un punto cualquiera de la superficie de la Tierra depende de la potencia transmitida, de la ganancia de la antena y del diagrama de antena. Adems, tal como se representa en la Fig. 3, la d

35、fp mxima disponible en el haz principal est controlada principalmente por el lmite reglamentario de la dfp y el diagrama de antena. En muchos casos, dependiendo de la elevacin de la puntera del satlite, la dfp del haz principal es inferior a la que viene dada por el contorno de la dfp, a fin de qued

36、ar dentro del contorno para una elevacin inferior (tal como para las elevaciones a y c de la Fig. 3). 1602-03FIGURA 3Elevacin aElevacin cElevacin bDireccin del haz principalElevacin 0 Adems, tal como se describe en las Figs. 4 y 5, un satlite visto desde un punto determinado A en la Tierra con una e

37、levacin x, no produce generalmente un valor constante de la dfp en el punto A. El nivel de la dfp recibida en el punto A vara segn la direccin de puntera del haz del enlace descendente del satlite y puede tambin variar con la carga de trfico. No obstante, esta ltima caracterstica no se tiene en cuen

38、ta en esta metodologa. 1602-04AFIGURA 4Punto subsatelitalDireccin del haz principalElevacin xRec. UIT-R SF.1602 7 1602-05AFIGURA 5Punto subsatelitalDireccin del haz principalElevacin xEn la Fig. 4, puede verse que la direccin de puntera del haz del satlite es prxima al punto A y que el ngulo de disc

39、riminacin de la antena, , es relativamente pequeo, por otro lado, en la Fig. 5, la direccin de puntera del haz del satlite es diferente y el ngulo de discriminacin de la antena, , es superior a . Adems, y como se ha explicado anteriormente, la dfp del haz principal de estos dos ejemplos puede ser di

40、stinta. Por tanto, la dfp producida en un punto A puede ser diferente, aun cuando el satlite est exactamente en la misma posicin. La dfp radiada en el punto A puede calcularse fcilmente de la siguiente manera: AdiscrimxmbmbALGGLdfpdfp += (4) siendo: dfpA: dfp radiada en el punto A (dB(W/MHz) dfpmb:

41、dfp radiada en el haz principal (dB(W/MHz) Lmb: prdidas en el espacio libre entre el satlite y el centro de su haz en la superficie de la Tierra (dB) Gmax: ganancia mxima de la antena de satlite (dBi) Gdiscri: ganancia relativa de la antena en la direccin del punto A (dBi) LA:prdidas en el espacio l

42、ibre entre el satlite y el punto A (dB). Sobre esta base, y variando la direccin de puntera del satlite en todas las direcciones posibles desde su posicin, es posible determinar la distribucin de los valores de la dfp que produce el satlite para una elevacin determinada, como se describe en la Fig.

43、6. 8 Rec. UIT-R SF.1602 1602-06010100101001 000159 154 149 144 139 134 129 124 119 114 109 104FIGURA 6Distribuciones de la dfp a 30 de elevacin para elmodelo GEO1 (haz mltiple de 60 dBi)Niveles de la dfp (dB(W/(m2 MHz)PorcentajedeaparicinAdems, considerando todos los ngulos de elevacin para un caso

44、determinado (vase el clculo en el Apndice 1), es posible establecer un contorno de la dfp del caso ms desfavorable combinando el mximo de cada distribucin y comparndolo, tal como se hace en la Fig. 7, con el contorno reglamentario de la dfp. Tambin es posible, como en la Fig. 7, trazar un contorno d

45、e la dfp combinada similar que represente un porcentaje determinado (por ejemplo, del 99,9% y del 99,5% de los casos). 1602-070 102030405060708090104107110113116119122125128131134137140143ngulo de elevacin (grados)Nivelde ladfp(dB(W/(m2 MHz)Contorno reglamentarioMximo99,9%99,5%FIGURA 7Contornos de l

46、a dfp combinada para el modelo GEO1 (haz mltiple de 60 dBi)Rec. UIT-R SF.1602 9 4.2 Modelos de antena 4.2.1 Modelos de satlite de haz nico Para un satlite de haz nico, las Figs. 4 y 5 anteriores ofrecen una representacin adecuada de la situacin, aunque la dfp resultante depende del diagrama de anten

47、a supuesto. La Recomendacin UIT-R S.672 ofrece diagramas de radiacin de antenas de satlite para utilizar como objetivo de diseo en el servicio fijo por satlite que emplea satlites geoestacionarios. Para los satlites no OSG, no hay una Recomendacin general de este tipo, si bien la Recomen-dacin UIT-R

48、 S.1528 ofrece diagramas para satlites no OSG por debajo de 30 GHz y orientaciones en el caso de las bandas por encima de 30 GHz. Hay que sealar que el modelo de satlite de haz nico puede no ser adecuado para todas las bandas de frecuencia. 4.2.2 Modelos de satlite de haz mltiple Para los modelos de satlite de haz mltiple, tales como los modelos GEO o MEO descritos en el 3 anterior, la representacin de la situacin es distinta, pues en es