ITU-R M 1315 FRENCH-1997 METHODOLOGY FOR EVALUATING INTERFERENCE FROM NARROW-BAND MOBILE-SATELLITE NETWORKS TO SPREAD-SPECTRUM DIRECT-SEQUENCE MOBILE-SATELLITE NETWORKS OPERATING WUENC.pdf

1、Rec. UIT-R M.1315 1RECOMMANDATION UIT-R M.1315MTHODOLOGIE DVALUATION DU BROUILLAGE DES RSEAUX MOBILES SATELLITE TALEMENT DU SPECTRE EN SQUENCE DIRECTEUTILISANT DES STATIONS SPATIALES SUR ORBITE TERRESTREBASSE PAR LES RSEAUX MOBILES SATELLITE BANDETROITE DES FRQUENCES INFRIEURES 1 GHz(Question UIT-R

2、83/8)(1997)Rec. UIT-R M.1315RsumLes effets des signaux brouilleurs spectre troit sur les voies de communication talement du spectre peuvent trevalus suivant des mthodologies simplifies et dtailles dont la description est donne ci-dessous. Ces mthodologiespermettent de comparer rapidement les effets

3、des modifications apportes aux paramtres des signaux utiles et dessignaux brouilleurs, tels que niveau de puissance, largeur de bande, et dcalage de frquence, et de faciliter le partageentre rseaux mobiles satellite bande troite et talement du spectre.LAssemble des radiocommunications de lUIT,consid

4、ranta) que les niveaux admissibles de brouillage des rseaux talement du spectre en squence directe, du servicemobile par satellite (SMS) sur orbite terrestre basse (LEO low Earth orbit) doivent reposer sur les objectifs de qualitde fonctionnement relatifs ce service;b) que les rseaux du SMS LEO dont

5、 lexploitation est propose dans des bandes de frquences partages doiventtre conus pour ne subir quun brouillage restreint des systmes fonctionnant dans les mmes bandes, notamment desautres rseaux du SMS LEO ( talement du spectre, comme bande troite),recommande1 dutiliser la mthodologie danalyse dtai

6、lle prsente lAnnexe 1 pour valuer compltement la dgradationde la qualit de fonctionnement des rseaux du SMS LEO talement du spectre en squence directe due desmissions du SMS LEO bande troite;2 dutiliser la mthodologie simplifie prsente lAnnexe 2 pour dterminer sil y a une situation potentielle debro

7、uillage entre les metteurs dun rseau bande troite du SMS LEO et les rcepteurs dun rseau talement duspectre en squence directe du SMS LEO.ANNEXE 1Mthodologie dtaille dvaluation du brouillage1 IntroductionUne dgradation de la qualit de fonctionnement dun rseau talement du spectre du SMS LEO peut tre c

8、onstate encas dutilisation simultane dmetteurs bande troite dans la mme bande de frquences. Il est certes gnralementutile de calculer le rapport nergie par lment binaire sur densit spectrale de bruit, Eb/N0, afin destimer le brouillagedune liaison de communication particulire, mais il suffit frquemm

9、ent de calculer le rapport porteuse sur densit de2 Rec. UIT-R M.1315bruit, CND, lentre du rcepteur. En fait, sans connatre de faon dtaille un systme rcepteur particulier, il estparfois difficile, sinon impossible, de calculer le rapport Eb/N0, tandis que le rapport CND est relativement facile obteni

10、r. Leffet des sources de bruit extrieures au rseau est facile exprimer en tant que variation du rapport CND, cequi simplifie la comparaison des diffrentes conceptions et des arrangements de partage des frquences.Les effets de brouillage exprims sous forme de variations du rapport CND sont donc calcu

11、ls, dune part dans le cas leplus dfavorable dun metteur brouilleur situ dans le lobe principal dune antenne de poursuite et dautre part, dans lecas le plus frquent dun metteur brouilleur situ dans un lobe latral de lantenne de poursuite.2 Plan de la procdure de calculEtape A: recueil des paramtres d

12、u rseau: paramtres orbitaux (altitude, description de la constellation de satellites); paramtres radiolectriques de la station spatiale (puissance, largeur de bande, diagramme dantenne,polarisation); paramtres radiolectriques de station terrienne (antenne, G/T).Etape B: calcul du rapport CND du rsea

13、u talement du spectre, sans brouillage extrieur.Etape C: calcul du rapport CND rsultant du brouillage extrieur dans le lobe principal comme dans les lobes latrauxpour chacun des signaux brouilleurs reus simultanment, compte tenu des effets du dcalage de frquence.Etape D: calcul du rapport CND global

14、 (C/N0+ I0) relatif chaque signal brouilleur et du taux de dgradation du CND.Etape E: calcul du taux de la dgradation du CND global due au brouillage multivoies et simultan.3 Etapes de calcul (daprs le plan ci-dessus)Etape A Recueil des paramtres du rseauAfin dillustrer les tapes de calcul proposes,

15、 considrons deux rseaux du SMS LEO utilisant les mmes frquences deliaison descendante, caractriss par les paramtres indiqus au Tableau 1. Supposons que les antennes de la stationspatiale soient conues pour compenser les fluctuations de laffaiblissement de transmission de base de la liaisonTerre-espa

16、ce, lors de lascension du satellite, de sa traverse de lionosphre, et enfin de sa mise en place sur orbite. Ensupposant un couplage dans le faisceau principal de la station terrienne, le calcul peut tre effectu indpendamment dugain dantenne du rcepteur. Dans le cas dun signal brouilleur provenant du

17、ne direction autre que celle du faisceauprincipal, la diffrence de gain (ou le pouvoir discriminateur) entre lobe principal et lobes latraux doit tre calcule (ilfaut sinon supposer une valeur type).Dans cet exemple, la station terrienne mobile talement du spectre (terminal utilisateur) se caractrise

18、 par un angledlvation minimum de 10 et un angle dlvation moyen de 25 par rapport sa station spatiale, et la liaison deconnexion (passerelle) de la station terrienne fonctionne avec un angle dlvation minimum de 5.Pour les metteurs brouilleurs du rseau bande troite, il faut connatre laffaiblissement d

19、e propagation relatif langledlvation minimum, ainsi qu langle dlvation correspondant au signal brouilleur maximum.Etape B Calcul du rapport CND du rseau talement du spectre, sans brouillage extrieurLe rapport CND global dun rseau de communication dot dun simple rpteur de transposition en frquence es

20、t gal linverse de la somme des valeurs inverses des rapports CND relatifs aux liaisons montantes et descendantes. Dans le casdun rseau talement du spectre multi-utilisateurs, le bruit supplmentaire subi par une liaison dun usager particulierse manifeste sous la forme des signaux de porteuse des (n 1

21、) autres utilisateurs. Les rapports CND relatifs aux liaisonsentrantes (terminal utilisateur vers satellite et satellite vers station terrienne passerelle) sont calculs, ainsi que le rapportporteuse sur autobrouillage (CNDs). Ces deux valeurs doivent tre combines pour constituer une valeur durapport

22、 CND utilisable comme base de comparaison des valeurs dtermines en prsence dun brouillage dorigineextrieure au rseau.Rec. UIT-R M.1315 3TABLEAU 1Paramtres types de rseaux du SMS non OSG fonctionnant au-dessous de 1 GHzLes variables figurant dans les quations ci-dessous sont dfinies comme suit:n : no

23、mbre dutilisateurs simultansC : puissance de la porteuse (dBW)N : puissance de bruit (dBW)N0:densit de bruit (dB(W/Hz)I : puissance de brouillage (dBW)I0: densit de brouillage (dB(W/Hz)BW : largeur de bandeX : dcouplage de polarisation (dB)p.i.r.e.: puissance isotrope rayonne quivalente (dBW)G : gai

24、n (dB)Gdiff: diffrence de gain entre les antennes utile et brouilleuse (dB)T : temprature de bruit (dBK)RseauRseau talementdu spectre (SS spread spectrum)Rseau bande troite(NB narrow-band)Paramtres orbitaux Altitude (km) Nombre de satellites Nombre dorbites (satellites/orbite) Espacement angulaire e

25、ntre satellites (degrs)1 000246 (4 satellites)90775324 (8 satellites)45Paramtres dexploitationLiaison entrante (utilisateur-satellite): Dsignation de lmission Frquence (MHz) Dbit dlments dinformation (kHz) p.i.r.e. maximum (dBW) Nombre dutilisateurs Rapport G/T du rcepteur (dB(K1) Affaiblissement de

26、 propagation pourliaison suivant langle minimal (dB) Affaiblissement de propagation pourliaison suivant langle moyen (dB)905KG1D148,4245614,43,51230144,7 (angle dlvation minimal de 10)141,1 (angle dlvation moyen de 25)Sans objet (les deux rseaux choisis titre dexemple utilisent des frquencesdiffrent

27、es pour les liaisons montantes)Liaison entrante (satellitepasserelle): Dsignation de lmission Frquence (MHz) p.i.r.e. maximum (dBW) Affaiblissement de propagation pour liaison suivant langle minimal (dB) Affaiblissement de propagation pour liaison suivant langle moyen (dB) Affaiblissement de propaga

28、tion pourpuissance surfacique maximum (dB) Espacement des canaux (kHz) Gain dantenne (dB) Gain lobe latral (dB) Polarisation Rapport G/T du rcepteur (dB(K1)905KG1D137,514145,3 (angle dlvation de 5)140,7 (angle dlvation de 25)139,5 (angle dlvation de 32)161Circulaire lvogyre19,25K00G1D137-1387143,9 (

29、angle dlvation de 5)140,4 (angle dlvation de 19)136 (angle dlvation de 42)10Circulaire dextrogyreOSG: orbite des satellites gostationnaires.4 Rec. UIT-R M.1315G/T = 10 log (g/t)avec g et t respectivement gaux 100,1Get 100,1T(dB(K1)CNDu: rapport porteuse sur densit de bruit relatif la liaison montant

30、e louverture dantenne (dB(Hz)CNDd: rapport porteuse sur densit de bruit relatif la liaison descendante louverture dantenne (dB(Hz)CNDs: rapport porteuse sur densit de bruit relatif lautobrouillage du rseau louverture dantenne (dB(Hz)CNDo: rapport porteuse sur densit de bruit global (dB(Hz)L(angle) :

31、 affaiblissement (L (angle) = 10 log4pi d (angle)2)d(angle) : champ dessais sur trajet oblique dun satellite suivant un angle dlvation spcifi (km).A des fins dillustration, supposons que lanalyse concerne lincidence de (n 1) utilisateurs moyens, suivant un angledlvation de 25, sur un utilisateur uti

32、le suivant un angle minimum dlvation de la liaison gal 5.Pour la liaison montante (utilisateur utile):CNDu= p.i.r.e. L(10) + G/T (228,6) (1)= 3,5 144,7 + (30) (228,6)= 57,4 dB(Hz)Pour la liaison descendante:CNDd= p.i.r.e. L(5) + G/T (228,6) (2)= 14 145,3 + (19,2) (228,6)= 50,1 dB(Hz)Pour lautobrouil

33、lage sur la liaison montante:CNDs= p.i.r.e. L(10) (p.i.r.e. + 10 log(n 1) L(25) 10 log BW) (3)= 3,5 144,7 (3,5 + 10,4 141,1 59,6)= 45,6 dB(Hz)Le rapport CND global relatif un rseau fonctionnant avec n utilisateurs et sans brouillage extrieur est gal linversede la somme des inverses de ces trois vale

34、urs:CNDo= 10 log(100,1CNDu+ 100,1CNDd+ 100,1CNDs)= 10 log(1,82 106+ 9,77 106+ 2,78 105)= 44,1 dB(Hz)Lorsque ce rseau type de communication talement de spectre fonctionne, il prsente donc un rapport CND gal 44 dB(Hz). Si ce niveau de bruit, il y a une marge de fonctionnement de 5 dB, tout brouillage

35、supplmentaire ayantpour effet de rduire le rapport CND global au-dessous de 39 dB(Hz), provoquera une dgradation du fonctionnementdu rseau.Etape C Calcul du rapport CND rsultant du brouillage, compte tenu des effets du dcalage de frquenceLorsque les satellites utile et brouilleur slvent, traversent

36、lionosphre et se stabilisent sur orbite, ils se trouvent parfoisorients dans la mme direction, vus depuis lantenne de la station terrienne de la liaison de connexion (cest-dire lun etlautre dans le faisceau principal). Plus frquemment, le satellite brouilleur mettra son signal dans un lobe latral de

37、lantenne de station terrienne de la liaison de connexion. Le rapport CNDi, exprimant la contribution du signal brouilleurau rapport CND global, est calcul dans les deux cas. Dans le cas de rseaux brouilleur et utile en polarisation croise,on suppose des marges de 13 dB pour le dcouplage de polarisat

38、ion dans la direction du faisceau principal de lantennede la station terrienne de la liaison de connexion brouille et de 8 dB dans les autres directions. Le Tableau 1 faitapparatre une diffrence de gain de 15 dB entre lobe principal et lobes latraux de lantenne brouille.Rec. UIT-R M.1315 5Il faut en

39、 outre effectuer le calcul complet pour au moins deux frquences porteuses du rseau bande troite, puisque lacontribution en termes de CND dun signal spectre troit dans un rseau talement du spectre en squence directe estlie au dcalage de la porteuse bande troite par rapport la frquence centrale du spe

40、ctre tal. Ce dcalage estexprim par linverse du facteur de forme du signal spectre tal; le diagramme de la Fig. 1 illustre cette relationcorrespondant au signal spectre tal considr titre dexemple.1315-014060801001201/S( f ) (dB)137 137,2 137,4 137,6 137,8 138FIGURE 1Facteur de forme inverse applicabl

41、e la modulation par dplacementde phase minimal talement du spectreFrquence (MHz)FIGURE 1/M.1315 = 7 CMLa contribution en termes de rapport CND dun signal brouilleur spectre troit affectant une voie talement du spectreen squence directe est proportionnelle au rapport des puissances totales des signau

42、x utile et brouilleur, et inversementproportionnelle au facteur de forme du signal spectre tal. Aussi pour un code dtalement de modulation pardplacement de phase minimal comportant un dbit Rc dlments dinformation, le rapport CNDidun signal brouilleurcaractris par un dcalage de frquence (f f0), est d

43、onn par lquation (4):CNDi= 10 log PPSffsj10()(4)avec:CNDi: rapport porteuse sur densit de brouillage louverture dantenne (dB(Hz)Ps: puissance du signal utile louverture dantennePj: puissance du signal brouilleur, compte tenu des effets de polarisation, louverture dantenneS(f 0) : facteur de forme re

44、latif au signal spectre tal comportant un dbit dlments dinformation Rc:S(f 0) = ( )( )162116202022pipiRcff Rcff Rc cos( ( ) / )( ) / )(5)o:f : frquence (Hz)f0: frquence centrale (Hz)Rc : dbit dlments dinformation du signal spectre tal (Hz).6 Rec. UIT-R M.1315Les valeurs des facteurs de forme cits ti

45、tre dexemple dans le Tableau 2 sont calcules au moyen de lquation (5) etreprsentes la Fig. 1. La frquence centrale est de 137,5 MHz et le dbit dlments dinformation est de 614,4 kHz.TABLEAU 2Dans cet exemple, les valeurs suivantes du rapport CND relatives un signal brouilleur unique de la liaison des

46、cendantesont calcules pour des dcalages de frquence de 0 et 250 kHz (soit 1/4 de la largeur de bande dtalement).Le rapport CND relatif au brouillage dans le faisceau principal de lantenne de rception talement du spectre estgal :pour (f 0) = 0:CNDglobaldB= SSpuissancedB NBpuissancedB 10 log S(0)= (p.

47、i.r.e.S L(5) (p.i.r.e.I L(5) X) 10 log S(0) (6)= (14 145,3) (7 143,9 13) + 55,8= 46,4 dB(Hz)pour (f 0) = BW/4:CNDglobaldB= SSpuissancedB NBpuissancedB 10 log S(BW/4)= (p.i.r.e.S L(5) (p.i.r.e.I L(5) X) 10 log S(250000) (7)= (14 145,3) (7 143,9 13) + 61,7= 52,3 dB(Hz)Le rapport CND relatif au brouillage d un signal brouilleur affectant le