ITU-R M 1456 FRENCH-2000 MINIMUM PERFORMANCE CHARACTERISTICS AND OPERATIONAL CONDITIONS FOR HIGH ALTITUDE PLATFORM STATIONS PROVIDING IMT-2000 IN THE BANDS 1 885-1 980 MHz 2 010-2 3 A.pdf

1、 Rec. UIT-R M.1456 1 RECOMMANDATION UIT-R M.1456*,*Caractristiques minimales de fonctionnement et conditions dexploitation des stations places sur des plates-formes haute altitude assurant les services IMT-2000 dans les bandes 1 885-1 980 MHz, 2 010-2 025 MHz et 2 110-2 170 MHz dans les Rgions 1 et

2、3 et 1 885-1 980 MHz et 2 110-2 160 MHz en Rgion 2* (2000) Domaine dapplication La prsente Recommandation traite des caractristiques minimales de fonctionnement et des conditions dexploitation des stations places sur des plates-formes haute altitude (HAPS) fonctionnant comme stations de base IMT-200

3、0 dans les bandes de frquences au voisinage de 2 GHz identifies comme pouvant tre utilises, lchelle mondiale, par les administrations souhaitant mettre en oeuvre les IMT-2000. Une mthode permettant dvaluer le niveau de brouillage cocanal caus par des stations HAPS fonctionnant comme stations de base

4、 IMT-2000 est dcrite et des critres de fonctionnement sont recommands pour les diagrammes dantenne des stations HAPS en vue dassurer la protection des autres stations dans le mme canal. La Recommandation prcise les limites de puissance surfacique que doivent respecter les stations de base HAPS en ce

5、 qui concerne le brouillage cocanal et le brouillage hors bande. LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les stations places sur des stations sur plates-formes haute altitude (HAPS, high altitude platform stations)*peuvent offrir un accs hertzien IMT-2000 mobile ou fixe en utili

6、sant les technologies et les protocoles de transmission radiolectrique des composantes de Terre IMT-2000; *La prsente Recommandation doit tre porte lattention des Commissions dtudes 4 et 9 des radiocommunications. *La Commission dtudes 5 des radiocommunications a apport des modifications rdactionnel

7、les la prsente Recommandation en 2009, conformment la Rsolution UIT-R 44. *Lutilisation des systmes HAPS dans ces bandes est facultative pour les administrations. Chaque administration a toute autorit pour ce qui est des questions techniques et rglementaires relatives au partage, la coordination et

8、la mise en uvre des systmes HAPS dans ces bandes. *Les stations HAPS sont dfinies au numro S1.66A du RR comme tant une station installe sur un objet plac une altitude comprise entre 20 et 50 km et en un point spcifi, nominal, fixe par rapport la Terre. Un systme HAPS se compose dune station HAPS, de

9、 plusieurs stations au sol et de nombreuses stations dabonn mobiles ou fixes. Chaque station HAPS comporte une antenne multifaisceaux capable de rayonner de nombreux faisceaux ponctuels dans sa zone de couverture. Les stations dabonn mobiles ou fixes HAPS sont identiques celles utilises avec les sys

10、tmes tour IMT-2000. Les liaisons entre deux stations HAPS et les liaisons entre une station HAPS et des stations au sol HAPS nutilisent pas les bandes attribues aux IMT-2000 et utiliseront des frquences non attribues aux systmes IMT-2000. Lutilisation de toute frquence propose par les HAPS pour ces

11、liaisons devra faire lobjet dune tude et dune coordination. 2 Rec. UIT-R M.1456 b) que chaque station HAPS est quipe dune antenne rseau dphaseur permettant de produire plusieurs centaines de faisceaux ponctuels en vue dassurer des services de tlcommunication dans des zones de couverture de taille di

12、verse allant des grandes villes aux zones tendues; c) que pour les systmes de Terre non HAPS, tels les systmes tour, lillumination de zones en dehors des zones oprationnelles nominales dpend des caractristiques de lantenne monte sur une tour et de laffaiblissement de propagation alors que pour les H

13、APS, cette illumination dpend davantage des caractristiques des antennes montes sur les stations HAPS et en particulier des caractristiques de lobes secondaires et de la prcision de pointage. Les exigences en matire de caractristiques dantenne augmentent avec la taille de la zone de couverture des s

14、tations HAPS; d) que les caractristiques de partage cocanal et de coordination entre systmes HAPS et dautres systmes IMT-2000 dpendent des caractristiques des antennes HAPS, de linterface radiolectrique IMT-2000 utilise par les stations HAPS et de la zone de couverture des systmes HAPS; e) que les n

15、iveaux des brouillages hors bande ayant pour origine les stations HAPS et reus par des stations terriennes mobiles, des stations du service fixe, des stations des services scientifiques spatiaux et des stations mobiles fonctionnant dans les canaux adjacents peuvent tre abaisss grce lutilisation par

16、les HAPS de filtres et de bandes de garde limitant les niveaux dmission hors bande; f) que les bandes 1 885-1 980 MHz, 2 010-2 025 MHz et 2 110-2 170 MHz sont attribues titre primaire lchelle mondiale au service fixe et au service mobile; g) que les bandes 1 980-2 010 MHz et 2 170-2 200 MHz sont att

17、ribues titre primaire lchelle mondiale au SMS, que la bande 2 160-2 170 MHz est attribue titre primaire au SMS en Rgion 2 et que la bande 2 010-2 025 MHz est, de plus, attribue titre primaire avec galit des droits en Rgion 2 au service mobile par satellite (SMS) (Terre vers espace); h) que le numro

18、S5.388 du RR stipule que les bandes 1 885-2 025 MHz et 2 110-2 200 MHz sont destines tre utilises, lchelle mondiale, par les administrations qui souhaitent mettre en uvre les tlcommunications mobiles internationales-2000 (IMT-2000). Cette utilisation nexclut pas lutilisation de ces bandes par dautre

19、s services auxquels elles sont attribues. Les bandes devraient tre mises la disposition des IMT-2000 conformment aux dispositions de la Rsolution 212 (Rv.CMR-97); j) que nanmoins dans ces bandes, les administrations peuvent utiliser des systmes non IMT-2000 dans le service mobile, recommande 1 de fa

20、ire en sorte que les interfaces radiolectriques des stations HAPS assurant des services IMT-2000 dans les bandes 1 885-1 980 MHz, 2 010-2 025 MHz et 2 110-2 170 MHz en Rgions 1 et 3, et 1 885-1 980 MHz et 2 110-2 160 MHz en Rgion 2 soient conformes la Recommandation UIT-R M.1457; 2 de faire en sorte

21、 que pour protger les stations exploites dans les administrations voisines contre les brouillages cocanal, les administrations utilisant des stations HAPS comme station de base pour assurer des IMT-2000 les quipent dantennes conformes au diagramme de rayonnement suivant: G() = Gm 3 (/b)2dBi pour 0 1

22、 (1) G() = Gm+ LNdBi pour 17,3 = 0,1 F, condition pour que le niveau cumulatif dans les lobes latraux soit dominant dans la dtermination de la distance de coordination. Lquation (11) nest valable que pour une couverture HAPS trs troite. Dans la limite oppose, o, en raison de laffaiblissement rapide

23、dans les lobes latraux, le brouillage est domin par un seul faisceau, le rapport puissance de brouillage/bruit thermique pour le rcepteur du portable brouill est donn approximativement par la formule: (Ireue/N) = (Ireue/N)centre+ G( 0) FSL() (12) Rec. UIT-R M.1456 9 o: (Ireue/N)centre: rapport puiss

24、ance du brouillage cumulatif reue/bruit mesur sur laxe de vise du faisceau HAPS le plus loign 0: angle dinclinaison du dernier faisceau HAPS : angle dinclinaison du portable brouill par rapport la station HAPS G( 0) = G( 0) Gm: gain diffrentiel dantenne FSL() = 20 log(cos(0) 20 log(cos(): affaibliss

25、ement diffrentiel sur le trajet en espace libre (FSL, free space path loss) entre les metteurs HAPS et le portable brouill relativement laffaiblissement sur le trajet en espace libre sur laxe de vise du dernier faisceau. Etant donn que la puissance brouilleuse reue par le portable brouill lintrieur

26、du lobe principal de lmission HAPS est en gnral trop importante pour tre admissible, seule la partie en puissance sixime inverse du diagramme de rayonnement de lantenne sera vise par la prsente discussion. De ce fait, on peut exprimer G( 0) en posant 0= 2 + 2, comme suit: G( 0) = LN 60 log(1 + ) = L

27、N 60 y dB (13) o: y = log(1 + ) LN: gain relatif dans les lobes latraux proches par rapport au gain crte (dB) nominalement spcifi pour le systme. Dans la prsente tude, LNsera gal 32 dB. Pour les rayons de couverture principale infrieurs 132 km, laffaiblissement sur le trajet en espace libre varie bi

28、en plus lentement en fonction de langle dinclinaison quen fonction du gain dantenne. Par consquent, une bonne approximation consiste remplacer le terme affaiblissement diffrentiel en espace libre par les deux premiers termes de son dveloppement en srie de Taylor, en utilisant 0= 0+ (1 + )2= 0+ 10y2.

29、 FSL() = 20 log(cos(0) 20 log(cos(0+ 10 y2) 20 log(cos(0) 20 log(cos(0+ 2) + 20 2tg(0+ 2) y (14) = 20 log(cos(0) 20 log(cos(0+ 2) + 20 2tg(0+ 2) y Soit D = (Ireue/N)centre Seuil LN, la distance de coordination peut tre obtenue partir dune solution pour y dans laquelle Seuil = 10 dB est le seuil du r

30、apport I/N admissible pour un systme HAPS brouillant des stations mobiles. y = D 20 log(cos(0) + 20 log(cos (0+ 2)/60 + 20 2tg(0+ 2) (15) La distance de coordination requise (par rapport au nadir de la station HAPS) est donne par la relation: Rcoordination= tg (0+ 10y2)h km (16) 10 Rec. UIT-R M.1456

31、 Une formule empirique obtenue partir de lquation (16) qui prend en considration le niveau de brouillage cumulatif dans lquation (11) est donne ci-aprs: Rcoordination= tg (0+ 10y2)h + (1 h/(158 cos (0)(Num 107,3+B 1)1/2h km (17) La mthode dapproximation conduit des rsultats assez exacts lorsquon les

32、 compare avec ceux obtenus avec un calcul rel multifaisceaux. Comme on peut le constater dans la Fig. 3: 1456-03820 3814 26 32 44 50 56 62 68 74 80 86 92 98 104 110 116 122 128 134 140 146 152 1581 00096092088084080076072068064060056052048044040036032028024020016012080400Rayon de couverture HAPS (km

33、)Calcul multifaisceauxFormule approximativeDistancede coordinationrequise(km)FIGURE 3Comparaison des rsultats obtenus avec la formule approximative et le calcul multifaisceaux(HAPS utilisant le format AMRC)On constate la Fig. 3 que la formule approximative conduit des rsultats qui se trouvent dans u

34、ne fourchette de 1% par rapport ceux obtenus au moyen dun calcul multifaisceaux explicite pour des rayons de couverture allant jusqu 132 km. Il convient de noter que si une station mobile se trouve au-del de lhorizon, elle ne doit pas recevoir de brouillage en provenance du systme HAPS compte tenu d

35、es contraintes de visibilit. Ainsi, lorsque le systme HAPS se trouve 22 km daltitude, son horizon est denviron 600 km mesur depuis le nadir. Compte tenu du fort affaiblissement par le fouillis, lhorizon visible et lhorizon radiolectrique doivent tre pratiquement les mmes. Rec. UIT-R M.1456 11 2.1 Br

36、ouillage du service fixe par une station HAPS Le brouillage caus au service fixe point point par une station HAPS fonctionnant dans les mmes bandes que le service fixe ncessitera la dfinition dune distance de coordination entre le nadir du systme HAPS et lantenne du service fixe qui est une fonction

37、 du gain dantenne du systme du service fixe, de son angle de vise par rapport au systme HAPS et du rayon de couverture du systme HAPS. Un tel service point point utilise en gnral des antennes prsentant une directivit suffisante pour optimiser les communications longue distance. En supposant que les

38、antennes du service fixe pointent approximativement dans la direction horizontale, la puissance brouilleuse reue par lantenne du service fixe en provenance du systme HAPS peut scrire comme suit: () ),(/)(/ rGNPNIvictimereuereue+= (18) o: Preue(): puissance reue au sol en fonction de langle dinclinai

39、son r : distance depuis le nadir du faisceau HAPS le plus proche Gvictime(, r) : gain dantenne de lantenne du service fixe brouill en fonction la fois de langle hors axe de vise par rapport au nadir du systme HAPS et de la distance de lantenne du service fixe par rapport au nadir. Ce dernier peut se

40、xprimer en fonction de langle hors axe de vise, , dfini par lexpression: 2/1221cos( cos ) +/(= hrr (19) Compte tenu des valeurs leves de la puissance surfacique rayonne par le systme HAPS pleine charge lintrieur de leur zone de couverture principale, le partage cocanal dans la zone de couverture HAP

41、S est lvidence impossible et ce que montre le calcul explicite multifaisceaux du scnario prcit. En dehors de la zone de couverture principale HAPS, on peut utiliser valablement lquation (20): (Ireue/N) = (Ireue/N)centre+ G( 0) FSL() + GFS(, r) (20) dans laquelle G( 0) et FSL() ont dj t dfinis, et GF

42、S(, r) = Gvictime (, r). On obtient donc les quations (21) et (22): y = D(0, ) 20 log(cos(0) + 20 log(cos (0+ 2)/60 + 20 2tg(0+ 2) (21) Rcoordination= tg (0+ 10y2) h + (1 h/(158 cos (0)(Num ) ,(7,3010+B 1)1/2h km (22) o: D(0, ) = (Ireue/N)centre+ Gvictime(/2 0, ) Seuil LNB(0, ) = 0,1(Ireue/N)centre+

43、 Gvictime(/2 0, ) Seuil. 12 Rec. UIT-R M.1456 La Fig. 4 donne les distances de coordination en fonction du cosinus de langle entre laxe de vise de lantenne du service fixe et le nadir de la station HAPS pour des rayons de couverture HAPS de 8, 37, 87, 110, 158 km. On suppose que lantenne du service

44、fixe prsente un gain de 31 dBi et un diagramme de directivit conforme la Recommandation UIT-R F.699. Les diagrammes de rfrence des antennes situes sur des plates-formes HAPS sont donns dans lAppendice 1 lAnnexe 1. La mthode dapproximation conduit des rsultats exacts seulement lorsque le rayon de cou

45、verture est faible ( 60 km). Ce que montre la Fig. 5. 1456-044203603002401801206004800102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350FIGURE 4Distance de coordination en fonction de lazimut et du rayon de couverture (HAPS utilisant le format AMRT)Rayon

46、 de couverture 158 kmCouverture 110 kmCouverture 87 kmCouverture 37 kmCouverture 8 kmRec. UIT-R M.1456 13 1456-0521018015012090603002400102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350FIGURE 5Comparaison entre les rsultats exacts et les rsultats approx

47、imatifs de la distancede coordination en fonction de lazimut et du rayon de couverture (HAPS utilisant le format AMRC)Rayon de couverture 87 kmCouverture 37 kmCouverture 8 kmCouverture 87 km (approximatif)Couverture 37 km (approximatif)Couverture 8 km (approximatif)14 Rec. UIT-R M.1456 2.2 Brouillage de stations mobiles IMT-2000 par un systme HAPS utilisant le format AMRC IMT-2000 On appliquera le critre de brouillage I/N = 10 dB. Il ny a pas de diffrence si la sta