ITU-R M 1456 SPANISH-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 .pdf

1、 Rec. UIT-R M.1456 1 RECOMENDACIN UIT-R M.1456*, *Caractersticas mnimas de calidad y condiciones de funcionamiento para las estaciones en plataformas a gran altitud que proporcionan IMT-2000 en las bandas 1 885-1 980 MHz, 2 010-2 025 MHz y 2 110-2 170 MHz en las Regiones 1 y 3 y 1 885-1 980 MHz y 2

2、110-2 160 MHz en la Regin 2*(2000) Cometido Esta Recomendacin aborda las caractersticas mnimas de calidad y condiciones de funcionamiento para las estaciones en plataformas a gran altitud (HAPS, high altitude platform stations) que funcionan como estaciones de base para las IMT-2000 en bandas de fre

3、cuencias en torno a 2 GHz identificadas para su utilizacin, en todo el mundo, por administraciones que desean implementar las IMT-2000. Se describe un mtodo para evaluar el nivel de interferencia cocanal procedente de las HAPS que funcionan como estaciones de base de las IMT-2000 y se recomienda un

4、criterio de calidad para los diagramas de antena de las HAPS a fin de proporcionar proteccin cocanal a otras estaciones. La Recomendacin contiene los lmites de dfp para las estaciones de base de las HAPS con referencia a la interferencia cocanal y a la interferencia fuera de banda. La Asamblea de Ra

5、diocomunicaciones de la UIT, considerando a) que las estaciones en plataformas a gran altitud (HAPS, high altitude platform stations)*tienen la posibilidad de suministrar acceso inalmbrico mvil y fijo a la IMT-2000 utilizando las tecnologas y protocolos de transmisin radioelctrica del segmento terre

6、nal de la IMT-2000; *Esta Recomendacin debe sealarse a la atencin de las Comisiones de Estudio 4 y 9 de Radiocomunicaciones. *La Comisin de Estudio 5 de Radiocomunicaciones introdujo modificaciones redaccionales a esta Recomendacin en 2009, de conformidad con la Resolucin UIT-R 44. *La utilizacin de

7、 sistemas HAPS en estas bandas ser facultativa de las administraciones. Cada administracin deber mantener su autoridad individual sobre los asuntos tcnicos y reglamentarios que ataen a la comparticin, coordinacin y realizacin de sistemas HAPS en las bandas sealadas. *La HAPS se define en el nmero S1

8、.66A del RR como una estacin situada sobre un objeto a una altitud de 20 a 50 km y en un punto nominal, fijo y especificado con respecto a la Tierra. El sistema de HAPS comprende una HAPS, varias estaciones terrestres y numerosas estaciones de abonado mviles y fijas. En cada HAPS se asienta una ante

9、na multihaz capaz de proyectar numerosos haces puntuales dentro de su zona de cobertura. Las estaciones de abonado mviles y fijas del sistema HAPS son idnticas a las utilizadas con los sistemas terrenales de antenas de torre, tradicionales de la IMT-2000. Los enlaces entre dos HAPS y los enlaces ent

10、re una HAPS y las estaciones terrestres del sistema HAPS no se establecern en bandas designadas para las IMT-2000 y utilizarn frecuencias que no son propias de las IMT-2000. La utilizacin por la HAPS de cualquier frecuencia propuesta para tales enlaces necesita ser estudiada y coordinada. Los sistem

11、as HAPS sern de naturaleza mundial pero nacionales en cuanto a la prestacin de servicios. Cada HAPS estar situada por encima del espacio areo comercial, a una altitud suficiente para dar servicio a una zona extensa pero lo bastante baja como para proporcionar una cobertura densa. Las HAPS ofrecern u

12、n nuevo medio de proporcionar IMT-2000 con una mnima estructura de red terrestre. 2 Rec. UIT-R M.1456 b) que cada HAPS utiliza una antena de elementos en fase para proyectar cientos de haces puntuales que han de proporcionar servicios de telecomunicacin a zonas de cobertura que van desde reas metrop

13、olitanas a superficies ms extensas; c) que para los sistemas terrenales ajenos a las HAPS, como son los de torres de antena, la iluminacin de las zonas exteriores a la zona operacional deseada depende de las caractersticas de la antena montada en la torre y de la atenuacin de la propagacin. Para las

14、 HAPS, depende ms bien de las caractersticas de la antena montada en HAPS, especialmente el comportamiento de los lbulos laterales y la precisin de la puntera. A medida que crece la zona de cobertura de una HAPS, las caractersticas de la antena se hacen ms exigentes; d) que las caractersticas de la

15、comparticin y la coordinacin cocanal entre los sistemas HAPS y otros sistemas IMT-2000 vienen determinadas por la calidad de funcionamiento de las antenas HAPS, la interfaz radioelctrica utilizada por la HAPS y la zona de cobertura de la HAPS; e) que los niveles de interferencia fuera de banda produ

16、cida por la HAPS en estaciones terrenas mviles receptoras, estaciones fijas, estaciones de ciencia espacial y estaciones mviles que operan en canales adyacentes pueden ser reducidos mediante la utilizacin de filtros o bandas de guarda en las HAPS para limitar los niveles de emisin fuera de banda (Oo

17、B, out-of-band); f) que las bandas 1 885-1 980 MHz, 2 010-2 025 MHz y 2 110-2 170 MHz estn atribuidas a ttulo primario en todo el mundo al servicio fijo y al servicio mvil; g) que las bandas 1 980-2 010 MHz y 2 170-2 200 MHz estn atribuidas a ttulo primario en todo el mundo al SMS, que la banda 2 16

18、0-2 170 MHz est atribuida a ttulo primario al SMS en la Regin 2 y que la banda 2 010-2 025 MHz est tambin atribuida a ttulo primario en la Regin 2 al SMS (Tierra a espacio); h) que en el nmero S5.388 del RR se seala que las bandas 1 885-2 025 MHz y 2 110-2-200 MHz estn destinadas a su utilizacin, a

19、nivel mundial, por las administraciones que desean introducir las telecomunicaciones mviles internacionales-2000 (IMT-2000). Dicha utilizacin no excluye el uso de estas bandas por otros servicios a los que estn atribuidas. Las bandas de frecuencias debern ponerse a disposicin de las IMT-2000 de acue

20、rdo con lo dispuesto en la Resolucin 212 (Rev.CMR-97); j) que, no obstante, las administraciones pueden utilizar para el servicio mvil en esas bandas sistemas ajenos a la IMT-2000, recomienda 1 que las interfaces radioelctricas de las HAPS que proporcionen las IMT-2000 en las bandas 1 885-1 980 MHz,

21、 2 010-2 025 MHz y 2 110-2 170 MHz en las Regiones 1 y 3, y las bandas 1 885-1 980 MHz y 2 110-2 160 MHz en la Regin 2 deben cumplir la Recomendacin UIT-R M.1457; 2 que con miras a proteger de la interferencia cocanal las estaciones explotadas por las administraciones vecinas, las administraciones q

22、ue utilicen las HAPS como estaciones de base para proporcionar las IMT-2000 deben emplear antenas que cumplan con el siguiente diagrama de radiacin: G() = Gm 3 (/b)2dBi para 0 1 (1) G() = Gm+ LNdBi para 17,3 = 0,1 F, condicin para que predomine el nivel combinado de lbulos laterales lejanos en la de

23、terminacin de la distancia de coordinacin. La ecuacin (11) solamente es vlida para coberturas de HAPS muy estrechas. En el extremo opuesto, debido a la rpida atenuacin de los lbulos laterales la interferencia est dominada por un haz nico y la relacin de potencia de interferencia a ruido trmico del r

24、eceptor de microtelfono afectado es, aproximadamente: (Irecibida/N) = (Irecibida/N)centro+ G( 0) FSL() (12) donde: (Irecibida/N)centro: relacin de la potencia de interferencia combinada recibida al ruido, medida en el eje de puntera del haz de HAPS ms exterior 0: ngulo de inclinacin del ltimo haz de

25、 HAPS Rec. UIT-R M.1456 9 : ngulo de inclinacin del microtelfono afectado con relacin a la HAPS G( 0) = G( 0) Gm: ganancia de antena diferencial FSL() = 20 log(cos(0) 20 log(cos() : prdida de trayecto diferencial en el espacio libre (FSL) entre los transmisores de HAPS y el microtelfono que sufre in

26、terferencia, con respecto a la prdida de trayecto en el espacio libre medida en el eje de puntera del ltimo haz. Puesto que la potencia de interferencia recibida por el microtelfono afectado en el interior del lbulo principal de emisin de la HAPS es habitualmente demasiado grande para poder ser admi

27、tida, en este anlisis solamente se tendr en cuenta el rgimen de ley exponencial inversa de sexto grado para el diagrama de radiacin de antena. En el rgimen de ley exponencial inversa de sexto grado, haciendo 0= 2 + 2, G( 0) puede expresarse por: G( 0) = LN 60 log(1 + ) = LN 60 y dB (13) donde: y = l

28、og(1 + ) LN: nivel de lbulo lateral prximo con relacin a la ganancia de cresta (dB) que requiere el diseo del sistema. Para los fines de este estudio se toma 32 dB como valor de LN. Para radios de cobertura principal menores de 132 km, la prdida de trayecto en el espacio libre es una funcin del ngul

29、o de inclinacin mucho ms lenta que la variacin de la ganancia de antena. De ah que sea una buena aproximacin sustituir el trmino relativo a la prdida de trayecto diferencial en el espacio libre por los dos primeros trminos solamente de su desarrollo en serie de Taylor, utilizando = 0+ (1 + )2= 0+ 10

30、 y2. 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 Si se hace D = (Irecibida/N)centro Umbral LN, la distancia de coordinacin puede obtenerse a partir de la solucin obtenida para y, siendo Umbral = 10

31、dB el umbral de I/N admisible para las HAPS que interfieren a estaciones mviles. y = D 20 log(cos(0) + 20 log(cos(0+ 2)/60 + 20 2tg(0+ 2) (15) La distancia de coordinacin requerida (con relacin al nadir de la HAPS) se obtiene de la relacin siguiente: ncoordinaciR = tg(0+ 10 y2)h km (16) A continuaci

32、n se da una frmula emprica deducida de (16) que tiene en cuenta el nivel de interferencia combinada incluido en (11): ncoordinaciR = tg(0+ 10 y2)h + (1 h/(158 cos(0)(Num 107,3+B 1)1/2h km (17) El mtodo de aproximacin proporciona resultados bastante exactos cuando se le compara con el clculo real bas

33、ado en haces mltiples. Esto queda expuesto en la Fig. 3. 10 Rec. UIT-R M.1456 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 00096092088084080076072068064060056052048044040036032028024020016012080400Radio de cobertura de HAPS (km)Clculo multihazFrmula ap

34、roximadaDistanciadecoordinacin requerida(km)FIGURA 3Comparacin del clculo aproximado con el clculo multihaz (HAPS que utilizan formato AMDC)Como se aprecia en la Fig. 3, la frmula aproximada da resultados que no se apartan en ms del 1% de los obtenidos del clculo multihaz explcito para radios de cob

35、ertura de hasta 132 km. Advirtase que si la estacin mvil est situada ms all del horizonte, no deber sufrir interferencia de la HAPS a causa de la restriccin de visibilidad. Si la HAPS se coloca a 22 km de altitud, su horizonte ser de unos 600 km medidos desde el nadir. Al existir una fuerte atenuaci

36、n por ecos parsitos, el horizonte visible y el horizonte radioelctrico sern aproximadamente coincidentes. 2.1 Interferencia de HAPS al servicio fijo La interferencia causada en un servicio fijo punto a punto (P-P) por las HAPS que funcionan en las mismas bandas que el servicio fijo exigir establecer

37、 una distancia de coordinacin entre el nadir de la HAPS y la antena del servicio fijo que sea una funcin de la ganancia de la antena del servicio fijo, del ngulo de su eje de puntera con relacin a HAPS, y del radio de cobertura de la HAPS. Dicho servicio P-P utiliza habitualmente antenas con directi

38、vidad suficiente para optimizar comunicaciones de largo alcance. Suponiendo que la antena del servicio fijo apunte aproximadamente en direccin horizontal, la potencia de interferencia procedente de la HAPS que recibe la antena del servicio fijo puede expresarse como sigue: (Irecibida/N) = NPrecibida

39、/)( + Gafectada(, r) (18) Rec. UIT-R M.1456 11 en la que: )(recibidaP : potencia recibida en la superficie terrestre en funcin del ngulo de inclinacin r : distancia desde el nadir del haz de HAPS ms prximo Gafectada(, r) : ganancia de la antena del servicio fijo en funcin tanto del ngulo del eje de

40、puntera con respecto al nadir de la HAPS como de la distancia desde el nadir al servicio fijo. Esta ltima puede expresarse en funcin del ngulo del eje de puntera, , definido por: = cos12/122cos( ) +/( hrr (19) Debido a los elevados valores de dfp que alcanzan los sistemas HAPS en condiciones de plen

41、a carga dentro de sus zonas de cobertura primaria, es claramente imposible la comparticin cocanal dentro de la zona de cobertura de una HAPS, y esto se confirma mediante un clculo multihaz explcito aplicado a la situacin descrita. En el exterior de la zona de cobertura principal de la HAPS es vlida

42、la ecuacin (20): (Irecibida/N) = (Irecibida/N)centro+ G( 0) FSL() + GFS(, r) (20) en la que G( 0) y FSL() ya se han definido, y GFS(, r) = Gafectada(, r). De ah se deducen las ecuaciones (21) y (22): y = D(0, ) 20 log(cos(0) + 20 log(cos(0+ 2)/60 + 20 2tg(0+ 2) (21) ncoordinaciR = tg(0+ 10 y2)h + (1

43、 h/(158 cos(0) (Num ) ,(7,3010+B 1)1/2h km (22) siendo: D(0, ) = (Irecibida/N)centro+ Gafectada(/2 0, ) Umbral LN B(0, ) = 0,1(Irecibida/N)centro+ Gafectada(/2 0, ) Umbral. La Fig. 4 proporciona las distancias de coordinacin requeridas en funcin cosenoidal del ngulo que forma el eje de puntera de la

44、 antena del servicio fijo con el nadir de la HAPS para coberturas de la HAPS de 8, 37, 87, 110 y 158 km, respectivamente. Se supone que la antena del servicio fijo tiene una ganancia de 31 dBi y un diagrama de directividad con arreglo a la Recomendacin UIT-R F.699. Los diagramas de radiacin de refer

45、encia para las antenas de las plataformas HAPS se dan en el Apndice 1, al Anexo 1. El mtodo de aproximacin solamente arroja resultados exactos cuando el radio de cobertura es pequeo ( 60 km). Esto puede apreciarse en la Fig. 5. 12 Rec. UIT-R M.1456 1456-0442036030024018012060048001020304050607080901

46、00110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Radio de cobertura 158 kmCobertura 110 kmCobertura 87 kmCobertura 37 km Cobertura 8 kmFIGURA 4Distancia de coordinacin en funcin del acimut y del radio de cobertura(HAPS que utilizan formato AMDT)Rec. UIT-R M.1456 13 1456-0

47、521018015012090603002400102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350FIGURA 5Distancia de coordinacin en funcin del acimut y del radio de coberturaComparacin de los resultados exactos y aproximados(HAPS que utilizan formato AMDC)Radio de cobertura 8

48、7 km Cobertura 37 km Cobertura 8 km Cobertura (aproximadamente) 87 km Cobertura (aproximadamente) 37 kmCobertura (aproximadamente) 8 km14 Rec. UIT-R M.1456 2.2 Interferencia de las HAPS que utilizan formato AMDC IMT-2000 en las estaciones mviles IMT-2000 Se aplicar el criterio de interferencia de I/N = 10 dB. El que la estacin mvil interferida utilice o no un formato AMDC o AMDT de IMT-