ITU-R P 1791 FRENCH-2007 Propagation prediction methods for assessment of the impact of ultra-wideband devices《超宽带设备影响评估的传播预测方法 1号研究组 问题ITU-R 211 3》.pdf

1、 Rec. UIT-R P.1791 1 RECOMMANDATION UIT-R P.1791*Mthodes de prvision de la propagation pour lvaluation de lincidence des dispositifs bande ultralarge (Question UIT-R 211/3) (2007) Domaine de comptence La prsente Recommandation fournit des mthodes applicables aux frquences comprises entre 1 et 10 GHz

2、 permettant de calculer laffaiblissement sur le trajet pour des signaux bande ultralarge (UWB, ultra-wideband) dans des environnements dexploitation en intrieur et en extrieur, dans le cas dun trajet en visibilit directe (LoS, line of sight) ou dun trajet avec occultation, et permettant dvaluer la p

3、uissance reue par un rcepteur bande troite traditionnel en provenance dun metteur UWB. LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que la technique bande ultralarge (UWB, ultra-wideband) est une technique hertzienne qui connat un essor rapide; b) que les dispositifs faisant appel la tec

4、hnique UWB utilisent plusieurs flux de dbit binaire lev et couvrent une grande largeur de bande; c) que, pour valuer lincidence des dispositifs UWB, il est indispensable de connatre les caractristiques de propagation; d) quil est ncessaire de disposer de modles empiriques gnraux (indpendants du site

5、) et davis en vue de lvaluation des brouillages, ainsi que de modles dterministes (ou adapts au site) en vue des prcisions dtailles de la propagation, notant a) que la Recommandation UIT-R P.525 dcrit le calcul de la propagation en espace libre; b) que la Recommandation UIT-R P.528 fournit les courb

6、es de propagation dans les bandes dondes mtriques, dcimtriques et centimtriques pour le service mobile aronautique et le service de radionavigation aronautique; c) que la Recommandation UIT-R P.618 fournit les donnes propagation et les mthodes de prvision pour les liaisons Terre vers espace; d) que

7、la Recommandation UIT-R P.452 dcrit la mthode dvaluation des brouillages hyperfrquences entre stations situes la surface de la Terre pour des frquences comprises entre 0,7 GHz et 30 GHz environ; e) que la Recommandation UIT-R P.1238 fournit des indications sur la propagation en intrieur pour des frq

8、uences comprises entre 900 MHz et 100 GHz; *La prsente Recommandation doit tre porte lattention de la Commission dtudes 1 des radiocommunications. 2 Rec. UIT-R P.1791 f) que la Recommandation UIT-R P.1411 fournit des mthodes de prvision de la propagation sur de courts trajets dans des environnements

9、 en extrieur, pour des frquences comprises entre 300 MHz et 100 GHz environ; g) que la Recommandation UIT-R P.1546 fournit des indications sur la propagation concernant des systmes dont la porte est de 1 km et plus et qui fonctionnent des frquences comprises entre 30 MHz et 3 GHz; h) que la Recomman

10、dation UIT-R P.530 fournit des donnes de propagation et des mthodes de prvision ncessaires pour la conception de faisceaux hertziens visibilit directe (LoS, line of sight) de Terre, recommande 1 dutiliser les informations et les mthodes figurant lAnnexe 1 pour calculer laffaiblissement sur le trajet

11、 pour des dispositifs UWB fonctionnant entre 1 GHz et 10 GHz; 2 dutiliser les informations figurant lAnnexe 2 pour valuer la puissance reue par un rcepteur bande troite traditionnel en provenance dun metteur UWB. Annexe 1 1 Introduction La dpendance en frquence de laffaiblissement de transmission Lo

12、S pour des dispositifs UWB est fonction des caractristiques de lantenne. Le modle traditionnel daffaiblissement sur le trajet gnralement utilis pour modliser la propagation de signaux bande troite est par consquent utile pour calculer laffaiblissement sur le trajet subi par les signaux UWB. Les trs

13、nombreuses tudes et expriences qui ont t effectues sur la propagation des signaux UWB dans des conditions trs varies permettent dtablir des modles de propagation de ces signaux ainsi que les paramtres correspondants. Il est prvu que les dispositifs UWB fonctionnent aussi bien dans des environnements

14、 en intrieur que dans des environnements en extrieur. Des informations dtailles sur le site en intrieur considr, notamment sur la gomtrie, les matriaux, le mobilier, etc., sont ncessaires pour effectuer des tudes de propagation. Pour calculer la propagation en extrieur, il est indispensable de dispo

15、ser dinformations sur les btiments et les arbres. Ces facteurs se traduisent gnralement par des trajets multiples, ce quun rcepteur UWB est capable de prendre en charge. Un modle de propagation de signaux UWB devrait par consquent tenir compte la fois de laffaiblissement sur le trajet et des caractr

16、istiques de propagation par trajets multiples de lenvironnement type o il est prvu dexploiter des dispositifs UWB. Les modles qui reprsentent dune faon gnrale les caractristiques de propagation dans lenvironnement sont les plus adapts pour atteindre cet objectif, car ils nobligent gnralement pas lut

17、ilisateur entrer un grand nombre de donnes pour effectuer les calculs. La prsente Recommandation dfinit des environnements dexploitation ainsi que des catgories daffaiblissement sur le trajet et fournit des mthodes destimation de laffaiblissement sur le trajet pour des dispositifs UWB dans ces envir

18、onnements. Elle devra tre utilise pour dfinir le bilan de liaison UWB. Rec. UIT-R P.1791 3 2 Environnements physiques dexploitation Les environnements dcrits dans la prsente Recommandation sont classs uniquement du point de vue de la propagation des ondes radiolectriques. On a ainsi dtermin deux env

19、ironnements pour la propagation en intrieur et un environnement pour la propagation en extrieur. Ces environnements sont considrs comme les plus reprsentatifs. Le Tableau 1 prsente ces trois environnements. Etant donn la grande diversit des environnements existant lintrieur de chaque catgorie, il ne

20、st pas prvu de modliser chaque cas possible, mais dtablir des modles de propagation qui soient reprsentatifs des environnements les plus frquents. TABLEAU 1 Environnements physiques dexploitation Environnement Description Rsidentiel en intrieur Maison en ville, meuble, murs en placopltre ou bton Ind

21、ustriel en intrieur Bureau/laboratoire (couloirs, salles de confrence) avec murs et plafonds en pltre/bton, sols en pltre/bton/parquet, meubl (armoires en mtal, bureaux, siges, instruments lectroniques, etc.) et pices vides En extrieur Environnements gnraux et ruraux avec feuillage et arbres 3 Catgo

22、ries de trajet Lanalyse des situations de propagation possibles entre lmetteur UWB et le rcepteur permet de dfinir deux catgories diffrentes de trajet: les trajets LoS et les trajets sans visibilit directe (NLoS, non-line-of-sight). En raison de loccultation par des obstacles, une situation LoS exis

23、te rarement dans des environnements dexploitation en intrieur, o le signal est reu par des trajets multiples. En outre, en fonction du degr doccultation entre lmetteur et le rcepteur, on distingue deux sous-catgories de trajet dans lenvironnement de propagation en intrieur: les trajets NLoS avec fai

24、ble occultation (Soft-NLoS) et les trajets NLoS avec forte occultation (Hard-NLoS). Dans le premier cas, un obstacle ordinaire ou, au moins, un mur en placopltre se trouve entre lmetteur et le rcepteur. Dans le second cas, le rcepteur est spar de lmetteur par un certain nombre dobstacles ou par, au

25、moins, un mur en bton. 4 Modles et paramtres daffaiblissement sur le trajet On peut estimer laffaiblissement sur le trajet entre lmetteur UWB et le rcepteur UWB soit au moyen de modles gnraux (indpendants du site) soit au moyen de modles adapts au site. Lorsque lon applique des modles daffaiblisseme

26、nt de transmission dans un environnement en intrieur, on part du principe que lmetteur et le rcepteur se situent lintrieur du mme btiment. 4.1 Modles gnraux (indpendants du site) On considre que les modles dcrits dans le prsent paragraphe sont des modles gnraux (indpendants du site), car ils exigent

27、 peu de donnes relatives au trajet ou au site. Les coefficients daffaiblissement de puissance en fonction de la distance indiqus ci-aprs comportent une tolrance implicite pour la transmission travers les murs et les obstacles et pour dautres mcanismes daffaiblissement, comme la propagation par traje

28、ts multiples, que lon observe trs souvent sur le canal de transmission de signaux UWB. Les modles adapts au site offrent en gnral la possibilit 4 Rec. UIT-R P.1791 de tenir compte explicitement de laffaiblissement individuel par obstacle travers et nincluent pas une valeur globale de laffaiblissemen

29、t en fonction de la distance. On obtient laffaiblissement de transmission de base, PL(d), que subissent les signaux UWB, au moyen du modle suivant: += XddndPLdPL000log10)()( dB (1) o: PL0(d0): affaiblissement de transmission de base (dB) la distance de rfrence d0 (o d0est gnralement gal 1 m) d: dist

30、ance (m) qui spare lmetteur UWB du rcepteur (o d 1 m) n: exposant relatif laffaiblissement sur le trajet X:vanouissement par occultation selon une distribution log-normale, cest-dire une variable alatoire gaussienne moyenne nulle avec cart type (dB). Si laffaiblissement de transmission de base la di

31、stance de rfrence peut tre approxim par la formule suivante: =3,04log20)(21000ffddPL dB (2) o f1 (GHz) et f2 (GHz) sont les frquences 10 dB du spectre rayonn UWB. Laffaiblissement de transmission de base variera grandement sur la largeur de bande UWB et la qualit de fonctionnement globale du systme

32、dpendra de lampleur de cette variation en fonction des caractristiques de lantenne. Les paramtres types, fonds sur diffrents rsultats de mesure, sont indiqus dans le Tableau 2. Il convient de les utiliser pour des distances de propagation allant jusqu 20 m. Pour des distances de propagation suprieur

33、es 20 m, les paramtres correspondant aux environnements en extrieur LoS et NLoS permettent dvaluer laffaiblissement de transmission de base entre lmetteur UWB et le rcepteur. On notera galement que la propagation en intrieur de type LoS est susceptible de se traduire par un renforcement de la propag

34、ation par trajets multiples, ce qui indique que dautres exposants relatifs laffaiblissement sur le trajet peuvent sappliquer dans certains cas. TABLEAU 2 Paramtres pour le calcul de laffaiblissement de transmission de base Environnement Catgorie de trajet n (dB) Rsidentiel en intrieurLoS NLoS avec f

35、aible occultationNLoS avec forte occultation 1,7 3,5-5 7 1,5 2,7-4 4 Industriel en intrieur LoS NLoS avec faible occultationNLoS avec forte occultation 1,5 2,1-4 4-7,5 0,3-4 0,19-4 4-4,75 En extrieur LoS NLoS 2 3-4 Rec. UIT-R P.1791 5 4.2 Modles adapts au site Lestimation dterministe de laffaiblisse

36、ment sur le trajet peut tre utile pour la planification approfondie dapplications UWB. Sagissant de la prvision du champ, on dispose de mthodes thoriques fondes sur la thorie uniforme de la diffraction (TUD). Pour calculer le champ, il est ncessaire de disposer dinformations dtailles sur la gomtrie

37、des obstacles et la structure des btiments (dans le cas dun environnement en intrieur). Dans le cadre de ces modles, on modlise la forme donde reue sous la forme dune superposition de rayons dterminants de canal, en tenant compte des effets de lantenne dmission, de la propagation par trajets multipl

38、es et de lantenne de rception. La rponse impulsionnelle de canal dun rayon donn tient compte non seulement de laffaiblissement, mais aussi de la dispersion due linteraction ainsi que de la rponse impulsionnelle de lantenne de rception dans la direction dincidence de ce rayon. Les rayons dterminants

39、ainsi que leur temps de propagation associ entre lmetteur et le rcepteur doivent tre dtermins au moyen de la technique de lancer de rayons. La fonction de transfert de canal associe chaque rayon est dtermine partir de la mthode TUD. En tenant compte des rayons rflchis et diffracts, on obtient une pr

40、vision de laffaiblissement sur le trajet beaucoup plus prcise. Annexe 2 Pour calculer la puissance reue par un rcepteur bande troite traditionnel en provenance dun metteur UWB, il est ncessaire de tenir compte de la largeur de bande du rcepteur. La puissance apparente rayonne prendre en considration

41、 est la densit spectrale de puissance UWB intgre sur la largeur de bande du rcepteur. Dans ce cas, on peut calculer la puissance reue au moyen de modles de propagation traditionnels et du gain de lantenne de rception. On pourra utiliser les Recommandations UIT-R de la srie P numres aux points a) g) du notant dans les limites de leurs domaines dapplication.