ITU-R SM 1046-2 SPANISH-2006 Definition of spectrum use and efficiency of a radio system《无线电系统频谱使用和效率的定义 问题ITU-R 47 1》.pdf

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1、 Rec. UIT-R SM.1046-2 1 RECOMENDACIN UIT-R SM.1046-2 Definicin de la eficacia en la utilizacin del espectro por un sistema de radiocomunicaciones (Cuestin UIT-R 47/1) (1994-1997-2006) Cometido Con la revisin de esta Recomendacin se introduce una alternativa para determinar la eficacia de utilizacin

2、del espectro (EUE) para distintos sistemas de radiocomunicaciones (mvil, punto a punto, etc.). La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que el espectro es un recurso natural limitado de gran valor econmico y social; b) que la demanda de utilizacin del espectro est creciendo rpid

3、amente; c) que existen diversos factores, tales como utilizacin de distintas bandas de frecuencias para determinados servicios de radiocomunicaciones, mtodos de gestin del espectro pertinentes para las redes de dichos servicios, caractersticas tcnicas de los transmisores, receptores y antenas emplea

4、dos en los servicios, etc., que influyen de forma notable en la utilizacin eficaz del espectro y la optimizacin de dichos factores, especialmente mediante tecnologas nuevas o mejoradas, puede traducirse en importantes economas de espectro; d) que es necesario definir el grado y la eficacia de utiliz

5、acin del espectro (EUE) como mtodo de comparacin y anlisis para evaluar las ventajas obtenidas con el empleo de tecnologas nuevas o mejoradas, especialmente por las administraciones en la planificacin nacional a largo plazo de la utilizacin del espectro y el desarrollo de las radiocomunicaciones; e)

6、 que la comparacin de la utilizacin eficaz del espectro entre sistemas de radiocomunicaciones reales sera muy til a la hora de desarrollar tecnologas nuevas o mejoradas y de evaluar el comportamiento de los sistemas existentes, recomienda 1 que, como concepto bsico, se utilice el dominio combinado a

7、nchura de banda-espacio-tiempo como medida de la utilizacin del espectro, el factor de utilizacin del espectro, como se indica en el Anexo 1 para los equipos radioelctricos de transmisin y recepcin; 2 que la base para calcular la eficacia de utilizacin del espectro (EUE), o eficacia espectral para a

8、breviar, sea la determinacin del efecto til que consiguen los sistemas de radiocomunicacin mediante la utilizacin del espectro y el factor de utilizacin del espectro, como se indica en el Anexo 1. En el Anexo 2 aparecen algunos ejemplos de utilizacin de este concepto; 3 que, para comparar las eficac

9、ias espectrales entre diversos sistemas de radiocomunicaciones, se utilice el concepto bsico de eficacia relativa del espectro como se indica en el Anexo 1; 2 Rec. UIT-R SM.1046-2 4 que las comparaciones entre las eficacias espectrales se lleven a cabo nicamente entre tipos similares de sistemas rad

10、ioelctricos que proporcionan servicios de radiocomunicaciones idnticos, como se indica en el 4 del Anexo 1; 5 que para determinar la EUE se consideren las interacciones de diversos sistemas y redes de radiocomunicaciones dentro de un entorno electromagntico particular. Anexo 1 Criterios generales pa

11、ra evaluar el factor de utilizacin del espectro y grado de eficacia de utilizacin 1 Factor de utilizacin del espectro La utilizacin eficaz del espectro se logra (entre otros mtodos) mediante el aislamiento obtenido gracias a la directividad de la antena, la separacin geogrfica, la comparticin de fre

12、cuencias o la utilizacin de frecuencias ortogonales y la comparticin en el tiempo o divisin en el tiempo, reflejndose estas consideraciones en la definicin de utilizacin del espectro. Por consiguiente, la medida de utilizacin del espectro, factor de utilizacin del espectro, U, se define como el prod

13、ucto de la anchura de banda de frecuencia por el espacio geomtrico (geogrfico) y por el tiempo denegado a otros usuarios potenciales: U = B S T (1) siendo: B : anchura de banda de frecuencia S : espacio geomtrico (normalmente una superficie) T : tiempo. El espacio geomtrico de inters tambin puede se

14、r un volumen, una lnea (por ejemplo, la rbita de los satlites geoestacionarios) o un sector angular alrededor de un punto. La cantidad de espacio denegada depende de la densidad espectral de potencia. En muchas aplicaciones, la dimensin del tiempo puede ignorarse puesto que el servicio funciona de m

15、anera continua. Pero en algunos servicios, por ejemplo, radiodifusin y servicio mvil por un solo canal, es importante compartir el factor tiempo y los tres factores deben considerarse de forma simultnea y optimizarse. La medida del espectro puede calcularse multiplicando la anchura de banda que limi

16、ta la emisin (por ejemplo, la anchura de banda ocupada) por su zona de interferencia, o puede tener en cuenta la forma real de la densidad espectral de potencia de la emisin y las caractersticas de radiacin de la antena. Tradicionalmente, se han considerado a los transmisores radioelctricos como los

17、 usuarios del recurso espectro. Utilizan el espectro-espacio llenando parte del mismo con potencia radioelctrica; tanta potencia, en algunos casos, que los receptores de otros sistemas no pueden funcionar en ciertas ubicaciones, horas y frecuencias debido a la aparicin de interferencia inaceptable.

18、Cabe sealar que los transmisores niegan el espacio nicamente a los receptores. El simple hecho de que en el espacio haya potencia no impide en modo alguno a otro transmisor emitir potencia en la misma ubicacin; es decir, un transmisor no impide el funcionamiento de otro transmisor. Rec. UIT-R SM.104

19、6-2 3 Los receptores utilizan el espectro-espacio porque lo niegan a los transmisores. El simple funcionamiento fsico del receptor no provoca ninguna interferencia (salvo si acta de forma inopinada como transmisor o fuente de potencia). An en ese caso, el espacio utilizado fsicamente es relativament

20、e pequeo. Sin embargo, las autoridades niegan licencias de explotacin a los transmisores a fin de garantizar la recepcin libre de interferencias. La proteccin puede ser en espacio (distancia de separacin, distancia de coordinacin), en frecuencia (bandas de guarda) o incluso en tiempo (en Estados Uni

21、dos de Amrica, algunas estaciones de radiodifusin en ondas hectomtricas tienen limitado su funcionamiento en horas diurnas). Esta denegacin constituye la utilizacin del espacio por parte del receptor. Las bandas de radioastronoma son un ejemplo tpico de reconocimiento de utilizacin del espacio espec

22、tral por el receptor. Una forma de incorporar estas circunstancias a una unidad de medida del espectro-espacio es dividir el recurso en dos espacios, el espacio del transmisor y el espacio del receptor, y definir unidades duales para medir la utilizacin de cada uno de ellos. Cuando la sencillez sea

23、el factor ms importante, ambas unidades pueden recombinarse en una sola medida para utilizacin del sistema. En el Captulo 6 del Manual sobre Gestin nacional del espectro (Ginebra, 1995) aparece ms informacin relativa al mtodo general de clculo del factor de utilizacin del espectro. 2 Eficacia de uti

24、lizacin del espectro (EUE) De acuerdo con su definicin, la EUE (o eficacia espectral para abreviar) de un sistema de radiocomunicaciones viene dada por una expresin compleja: SUE = M, U=M, B S T (2) siendo: M: efecto til que se consigue con el sistema de telecomunicaciones considerado U: factor de u

25、tilizacin del espectro para ese sistema. Si fuera necesario, el indicador de eficacia espectral complejo puede reducirse a un indicador simple: la relacin entre el efecto til y el factor de utilizacin del espectro: TSBMUMSUE= (2) 3 Eficacia relativa de utilizacin del espectro (ERE) El concepto de ER

26、E puede utilizarse para comparar las eficacias espectrales de dos tipos similares de sistemas de radiocomunicaciones que proporcionen el mismo servicio. Esta eficacia relativa se define como la relacin entre dos eficacias espectrales, una de las cuales puede ser la eficacia de un sistema utilizado c

27、omo patrn de comparacin. Es decir, ERE = EUEr/ EUEp(3) siendo: ERE : eficacia relativa del espectro, es decir la relacin entre las EUE EUEp :eficacia de utilizacin del espectro de un sistema patrn EUEr : eficacia de utilizacin del espectro de un sistema real. 4 Rec. UIT-R SM.1046-2 Los candidatos ms

28、 adecuados para un sistema patrn son los siguientes: el sistema ms eficaz tericamente, un sistema que puede ser definido y comprendido fcilmente, un sistema ampliamente utilizado que constituya, de hecho, un patrn en la industria. La ERE ser un nmero positivo con valores entre cero e infinito. Si el

29、 sistema patrn elegido es el sistema ms eficaz tericamente, la ERE variar normalmente entre cero y uno. A modo de ejemplo, el sistema tericamente ms eficaz puede caracterizarse de acuerdo con los principios de la teora de la informacin. La capacidad de comunicacin de un canal de comunicaciones a tra

30、vs del cual un abonado o un oyente recibe la comunicacin deseada viene determinada por la relacin: C0= F0ln (1 + 0) siendo: F0: anchura de banda de la comunicacin deseada 0 : relacin seal ruido a la salida del receptor. Si esta relacin seal/ruido a la entrada del receptor es igual a la relacin de pr

31、oteccin, s, y la anchura de banda del canal de comunicaciones por el que se transmiten las seales es igual a Fm, la capacidad de comunicacin es Cp= Fmln (1 + s). Este ltimo valor debe ser mayor o igual a la capacidad de comunicacin del canal por el que el abonado recibe la comunicacin deseada, es de

32、cir Cp C0. Por consiguiente, el mnimo valor posible de la relacin de proteccin sa la que el abonado recibir una comunicacin con una relacin seal/ruido igual a 0se define como: s= (1 + 0)F0 /Fm 1 (4) La ventaja principal de calcular directamente la ERE consiste en que a menudo es mucho ms fcil de cal

33、cular que las EUE. Como los sistemas proporcionan el mismo servicio, normalmente tendrn muchos factores en comn (a veces, incluso componentes fsicos). Ello significa que muchos factores se cancelarn en el clculo antes de que deban calcularse realmente. A menudo, este hecho reduce en gran medida la c

34、omplejidad de los clculos. En el Anexo 2 siguiente y en el Captulo 6 del Manual sobre Gestin nacional del espectro (Ginebra, 1995) se presentan algunos ejemplos de clculos de la ERE. 4 Comparacin de las eficacias de utilizacin del espectro Como se ha descrito en los puntos anteriores, los valores de

35、 la EUE pueden calcularse para diversos sistemas y, a continuacin, compararse para obtener las eficacias relativas de dichos sistemas. Sin embargo, esas comparaciones deben realizarse con precaucin. Por ejemplo, las EUE calculadas para un sistema de radiocomunicaciones mviles terrestres y un sistema

36、 de radar son muy distintas. La velocidad de transferencia de informacin, los receptores y los transmisores de estos dos sistemas son tan diferentes que ambas EUE no son comparables y, por consiguiente, no sera especialmente til hacerlo. En consecuencia, la comparacin de la eficacia de utilizacin de

37、l espectro debe realizarse nicamente entre sistemas similares y que proporcionen servicios de radiocomunicaciones idnticos. Sera conveniente efectuar la comparacin de la eficacia o utilizacin del espectro del mismo sistema a lo largo del tiempo para observar si se produce alguna mejora en la zona es

38、pecfica estudiada. Rec. UIT-R SM.1046-2 5 Cabe sealar igualmente que aunque la EUE es un factor importante, porque permite obtener la mxima cantidad de servicios a partir del espectro radioelctrico, no es el nico factor que debe considerarse. Entre otros factores que deben incluirse en la eleccin de

39、 una tecnologa o de un sistema cabe citar los costes, la disponibilidad de equipos, la compatibilidad con equipos y tcnicas existentes, la fiabilidad del sistema y las caractersticas de explotacin. Anexo 2 Ejemplos 1 Utilizacin del espectro por sistemas de radiocomunicaciones mviles terrestres 1.1 U

40、tilizacin eficaz del espectro en un sistema radioelctrico picocelular de interior En el caso de un sistema picocelular de interior en la banda de frecuencias entre 900 MHz y 60 GHz, la EUE puede obtenerse igualmente mediante la ecuacin (2). A partir de esta ecuacin, la EUE de un sistema radioelctric

41、o picocelular de interior puede definirse como: Erlangs / (anchura de banda superfice) (5) siendo Erlangs, el trfico vocal total cursado por el sistema picocelular, anchura de banda, la cantidad total de espectro utilizado por el sistema y superficie, el rea total de servicio cubierta por el sistema

42、. Como los sistemas picocelulares se implantan en edificios de gran altura, para calcular la eficacia del espectro se utiliza la superficie total de los pisos. Puede entonces determinarse el nmero de canales necesarios por celda basndose en las tablas de Erlang B para un nmero determinado de usuario

43、s en cada piso y un volumen de trfico concreto por usuario. 1.1.1 Sistema picocelular que cubre un edificio Para calcular la anchura de banda total necesaria para todo el edificio, se necesita conocer la distancia de reutilizacin vertical en trmino del nmero de pisos. Este parmetro depende de las pr

44、didas en los pisos y es distinto para diferentes tipos de edificios. Puede entonces calcularse el nmero total de canales semidplex necesarios para el edificio que es igual a: 2 N. de canales por celda N. de celdas por piso N. de pisos de separacin Es preciso incluir el factor 2 para reflejar el nmer

45、o de canales necesarios en las comunicaciones bidireccionales. La utilizacin eficaz del espectro, EUEedificio, del sistema que proporciona cobertura en el edificio puede calcularse mediante la ecuacin (5): pisos los de totalsuperficiecanal del banda de anchuracanales de totalN.edificio el en todo cu

46、rsado totalTrfico=edificioEUE (6) 6 Rec. UIT-R SM.1046-2 Ejemplo: Sistema de interior que funciona a 900 MHz: Anchura de banda de un canal (semidplex) 25 kHz N. de canales por celda 10 N. de celdas por piso 4 N. de pisos de separacin 3 N. total de canales necesarios 120 Para un grado de servicio del

47、 0,5%, el trfico cursado en un piso = Tf= 16 E o 2 Tfdebido a las estaciones base y mvil. pisos los de totalsuperficie025,0120pisosde N.16=edificioEUE (7) Si cada piso tiene 25 m 55 m, EUEedificio= 3 880 E/MHz/ km2. 1.1.2 Sistema picocelular que cubre un centro urbano De forma similar, la anchura de

48、 banda necesaria para cubrir toda la superficie de un centro urbano puede calcularse tambin si se conoce la distancia de reutilizacin horizontal. Tambin en este caso, dicho parmetro depende del material de los edificios y de las prdidas de propagacin de la seal en el interior y exterior de los mismos. Esta distancia de reutilizacin afecta directamente al nmero de edificios que pueden situarse en una agrupacin (o grupo de interferencia). En este caso, el nmero total de canales semidplex necesarios en todo el centro urbano a cubrir es igual a: 2 N. de canales por edificio N.