ITU-R RAPPORT M 760-3 FRENCH-2004 Link power budgets for a maritime mobile-satellite service《海上移动卫星业务的链路功率预算》.pdf

1、 Rap. UIT-R M.760-3 1 RAPPORT UIT-R M.760-3 Bilans de puissance des liaisons dun systme du service mobile maritime par satellite (1978-1982-1990-2004) 1 Introduction Lobjet du prsent Rapport est fondamentalement double: tablir la liste des paramtres dont il faut tenir compte lorsque lon tablit les b

2、ilans de puissance des liaisons dun futur systme du service mobile maritime par satellite, ainsi que les conditions dans lesquelles ces paramtres sappliquent; donner des exemples de bilans de puissance de liaisons afin dillustrer lapplication de ces paramtres. Des bilans de puissance de liaisons son

3、t requis pour dterminer les besoins vraisemblables en puissance et les caractristiques physiques du secteur spatial (satellite) et du secteur de Terre (stations terriennes ctires et stations terriennes de navire). La conception densemble dun futur systme reposera dans une large mesure sur lexprience

4、 acquise dans la ralisation et lexploitation des systmes maritimes satellites, existants ou en projet; par consquent, un bon nombre de directives sur le choix de paramtres de bilan de puissance peuvent tre obtenues si lon se rfre aux systmes INMARSAT et MARISAT Inmarsat, 1978; MARISAT, 1977. Les exe

5、mples de bilans de liaison qui sont donns dans le prsent Rapport sappliquent aux systmes analogiques dont la couverture globale est assure par un systme satellites utilisant un faisceau model. Les exemples de normes utilises pour ces systmes mobiles sont tirs des normes qui sappliquent au systme ana

6、logique INMARSAT de norme A. On trouvera des exemples de bilans de liaison applicables aux systmes numriques dans le Rapport UIT-R M.921. 2 Principe dun bilan de puissance Le principe adopt dans le prsent Rapport consiste supposer une configuration dun systme de rfrence do lon puisse dduire les para

7、mtres utiliser pour dautres configurations. Du point de vue de la propagation, la qualit de voie obtenue avec un systme maritime satellites dpendra fortement de langle dlvation du satellite; il semblerait donc raisonnable dadopter langle dlvation comme lun des paramtres sur lesquels fonder le systme

8、 de rfrence. La configuration de rfrence pour les bilans de puissance est suppose ici sappliquer des angles dlvation du satellite de 5 pour les stations terriennes ctires et de 10 pour les stations terriennes de navire; on peut alors en dduire des paramtres correspondants et des qualits de voie en c

9、onsquence pour des angles dlvation autres que ceux-ci. Un autre critre adopt ici consiste supposer que les paramtres pour le secteur de Terre sont les mmes que pour les systmes existants ou en projet. On suppose en particulier une station terrienne de navire INMARSAT de norme A. 3 Paramtres des voie

10、s tlphoniques La tlphonie sera probablement le service dominant en termes de besoins de puissance du systme; les bilans de puissance sont donc fonds sur le cas dune voie tlphonique. 2 Rap. UIT-R M.760-3 Afin de donner dans le prsent Rapport, titre de rfrence, des renseignements sur des exemples de b

11、ilans de puissance, nous avons suppos quil convient dobtenir un rapport global de densit de puissance porteuse/bruit, C/N0, de 53 dB/Hz pendant au moins 80% du temps dans les deux sens de transmission, langle dlvation du satellite tant de 5 aux stations terriennes ctires et de 10 aux stations terrie

12、nnes de navire, sans vanouissements dus aux trajets multiples sur les liaisons navire/satellite. Cet objectif a t utilis comme configuration de rfrence pour les bilans de puissance, ainsi que le montre la colonne dextrme droite de chacun des Tableaux 1 et 2. Lobjectif de qualit dune voie tlphonique

13、actuellement prconis par lUIT-R pour les voies du service mobile maritime par satellite correspond un C/N0 global denviron 52 53 dB/Hz (voir la Recommandation UIT-R M.547). En plus de la configuration de rfrence, les Tableaux 1 et 2 contiennent des exemples de bilans de puissance pour des angles dlv

14、ation de 5 et 10 en cas dvanouissements par trajets multiples sur les liaisons navire/satellite. Les paramtres dvanouissement sont supposs sappliquer des conditions obtenues pendant au moins 99% du temps. Les donnes exprimentales disponibles ne suffisent cependant pas tablir fiablement, pour un nive

15、au de confiance quelconque, les marges de protection contre les vanouissements prvoir. Le fonctionnement une seule porteuse par voie dans laccs multiple par rpartition en frquence (AMRF) est envisag pour la tlphonie, avec modulation de frquence bande troite et traitement de la parole (par exemple, c

16、ompression-extension syllabique 2:1). Avec un rapport C/N0de 53 dB/Hz lentre du dmodulateur, une largeur de bande de bruit du rcepteur qui conviendrait serait de 30 kHz avec un espacement de 50 kHz entre les voies. Le rapport C/N correspondant serait denviron 8 dB. Des dmodulateurs extension de seui

17、l seraient ncessaires, avec un seuil nominal denviron 50 dB/Hz, pour faire en sorte que la qualit de la parole ne se rduise que lentement en fonction de la rduction du niveau du signal. 4 Paramtres du secteur spatial La configuration du secteur spatial suppose ici est fonde sur une couverture global

18、e aussi bien dans le sens de transmission station ctire-station de navire que dans le sens station de navire-station ctire. Les hypothses concernant les caractristiques de lantenne 1,5/1,6 GHz et la qualit de fonctionnement des rpteurs du point de vue du bruit dintermodulation sont rsumes ci-aprs. 4

19、.1 Antenne 1,5/1,6 GHz Du point de vue des besoins en puissance du satellite, le trajet de transmission critique est le trajet satellite-station de navire la frquence de 1,5 GHz. On peut obtenir une utilisation efficace de la puissance dont dispose le satellite pour la couverture globale de la Terre

20、 en supposant que le faisceau de lantenne est model Wood et Boswell, 1974; Lancrenon et autres, 1976. Avec une telle antenne, le compromis entre les gains au centre et en bordure du faisceau procure une densit surfacique de puissance presque constante la surface de la Terre pour tous les angles dlva

21、tion et il rend ainsi optimale la qualit de fonctionnement du systme pour celles des stations terriennes de navire qui sont situes en bordure de la zone de couverture, l o les effets de propagation atteignent leur maximum de gravit. Une compensation similaire peut galement exister sur le trajet Terr

22、e-vers-espace la frquence de 1,6 GHz. Rap. UIT-R M.760-3 3 4.2 Qualit de fonctionnement du point de vue du bruit dintermodulation Le Tableau 1 montre que le rapport porteuse/densit de bruit dintermodulation, C/I0,de lamplificateur du satellite est le facteur limitatif dans la dtermination de la dgra

23、dation du rapport C/N0sur la liaison station ctire-station de navire, et quil faut par consquent le rendre optimal par rapport au niveau de la puissance de sortie de lamplificateur. Pour des amplificateurs types et des plans de frquences appropris qui aboutissent une diminution du bruit dintermodula

24、tion dans les voies en service, on peut raisonnablement prvoir, saturation, une valeur de C/I denviron 19 dB dans une bande large de 30 kHz avec une charge damplificateur de satellite considrable. Cest de la que dcoule la valeur de 63,8 dB/Hz du rapport C/I0, dans le sens station ctire-station de na

25、vire. Dans le sens station de navire-station ctire, on a admis, comme le montre le Tableau 2, un rapport C/I0de 70 dB/Hz, tant donn que lamplificateur de satellite ne sera probablement pas aussi limit en puissance que dans le sens station ctire-station de navire. 5 Paramtres du secteur de Terre Les

26、caractristiques frquence radiolectrique suivantes pour les stations terriennes de navire et les stations terriennes ctires ont t adoptes comme base des bilans de puissance: Rapport G/T de la station terrienne de navire: 4 dB(K1) (de norme A) p.i.r.e. de la station terrienne de navire: 37 dBW Rapport

27、 G/T de la station terrienne ctire: 32 dB(K1) p.i.r.e. de la station terrienne ctire: 60 dBW. 5.1 Station terrienne de navire La valeur 4 dB(K1) admise pour G/T est une valeur nette qui comporte des marges pour les pertes de puissance dues la prcision du pointage, aux dfauts dalignement des ellipses

28、 de polarisation, au diplexeur et au radme sec: une marge supplmentaire figure dans les budgets de liaison pour tenir compte des pertes dues a lhumidit du radme. Cette sensibilit peut tre obtenue avec une antenne dont le gain est 23 dBi et un amplificateur de rception transistrons tel que la temprat

29、ure totale de bruit du systme est 500 K. Une antenne approprie serait un parabolode de 1,2 m de diamtre, avec un rendement dclairage de 60% et un faisceau dmission denviron 10 douverture entre points 3 dB; une ellipticit denviron 2 dB a t admise. Aux fins du calcul du budget de la liaison, on a cons

30、idr sparment les affaiblissements dus au pointage et les affaiblissements dus la polarisation. Aucune marge na t introduite dans les bilans de puissance pour tenir compte des effets de blocage dus aux superstructures du navire; ces effets dpendent du navire en question et ils pourraient thoriquement

31、 tre limins par le choix dun emplacement dpourvu dobstacles environnants. 5.2 Station terrienne ctire Pour un rapport G/T par temps clair de 32 dB(Kl) un angle dlvation de 5, on a suppos une temprature totale de bruit du systme de 100 K pour calculer la dgradation de la temprature de bruit en prsenc

32、e dvanouissements. Les paramtres dvanouissements pour des liaisons 4/6 GHz sont supposs tre applicables aux conditions de propagation obtenues pour 99,99% du temps; la qualit de voie des liaisons globales entre stations terriennes ctires et stations terriennes de navire est donc essentiellement dter

33、mine par les paramtres daffaiblissement sur les liaisons navire, satellite 1,5/1,6 GHz. 4 Rap. UIT-R M.760-3 Une antenne de station terrienne ctire approprie serait une antenne de 13 m de diamtre dans lhypothse dun rendement dclairage de 60%. Une ellipticit de 0,5 dB a t admise. Aux fins du calcul d

34、u budget de la liaison, on a considr sparment les affaiblissements dus la polarisation et les affaiblissements dus au pointage. On a admis que le bruit dintermodulation sur le trajet montant, caus par tous les amplificateurs dmission des stations terriennes ctires, donne sur le trajet montant un rap

35、port C/I total de plus de 30 dB dans une largeur de bande de 30 kHz. Cette hypothse est conforme aux actuelles spcifications techniques des stations terriennes ctires dInmarsat et la performance attendue des plans de frquences types qui pourraient tre utiliss. Cest de l que dcoule la valeur de 75 dB

36、/Hz du rapport C/I0indiqu au Tableau 1. 6 Calcul des marges applicables aux liaisons Les marges ncessaires pour atteindre les objectifs de qualit dsirs pour les liaisons par satellite dpendent de bien des facteurs, y compris les caractristiques du satellite, les caractristiques de la station terrien

37、ne de navire et de la station terrienne ctire, les conditions mtorologiques, ltat de la mer et les emplacements gographiques du terminal de navire. Il convient que la conception globale du systme comporte des marges de liaison compatibles avec les facteurs suivants: angle dlvation minimal pris en co

38、nsidration pour le service; dgradation tolrable de la qualit de fonctionnement pour des angles dlvation plus petits que le point minimal prvu dans la conception. Le choix des marges de liaison en fonction de langle dlvation, , et la conception du systme influenceront la qualit de fonctionnement du s

39、ystme tout entier (tel quil est vu du rseau terrestre). Un systme conu pour obtenir une qualit de fonctionnement dtermine pendant un certain pourcentage de temps avec des marges prvues pour les dgradations se produisant aux faibles angles dlvation donnera cette qualit pendant des pourcentages de tem

40、ps beaucoup plus levs lorsquil sagit dappels tous les navires situs lintrieur de la zone de couverture. Les marges requises pour compenser des affaiblissements autres que laffaiblissement en espace libre sur le trajet peuvent tre groupes en catgories daffaiblissements de longue dure (fixes et alatoi

41、res) et de courte dure. 6.1 Affaiblissements de longue dure On petit dfinir les affaiblissements de longue dure comme tant ceux qui tendraient durer pendant une priode dau moins une minute par occurrence. 6.1.1 Affaiblissements fixes de longue dure Il convient, pour tous les calculs, dinclure dans l

42、affaiblissement sur le trajet les affaiblissements qui se produiront certainement. La marge composite (dB) pour ces affaiblissements est constitue par leur somme, par exemple: =jjffLL,(1) 6.1.2 Affaiblissements alatoires de longue dure Plusieurs des affaiblissements de longue dure ont tendance se pr

43、oduire au hasard et sont gnralement indpendants les uns des autres. On peut obtenir les valeurs cumulatives de Rap. UIT-R M.760-3 5 laffaiblissement moyen (lL ) et la variance (2l ) en faisant la somme des moyennes et des variances individuelles: =jjlLL,(2) =jjll2,2(3) 6.2 Affaiblissements de courte

44、 dure On peut dfinir les affaiblissements de courte dure comme tant ceux qui tendraient durer pendant une priode de moins dune minute par occurrence. Puisquil se peut que loccurrence dune priode de profond vanouissement de courte dure soit peu frquente et incertaine, ou bien quelle se produise uniqu

45、ement certains moments de la journe, il convient de prendre en considration les statistiques dvanouissement lorsquon tablit les marges dvanouissement. Les affaiblissements de courte dure ont tendance tre indpendants les uns des autres et avoir des distributions statistiques diffrentes. Les marges cu

46、mulatives ncessaires pour ces affaiblissements peuvent dpendre trs fortement de langle dlvation , puisque les affaiblissements indpendants de langle dlvation sont relativement faibles ou peu frquents. La moyenne cumulative de laffaiblissement (sL ) et la variance (2s ) pour les affaiblissements cumu

47、latifs de courte dure peuvent tre obtenues en faisant la somme des moyennes individuelles des affaiblissements et des variances: =jjssLL,(4) =jjss2,2(5) 6.3 Marges cumulatives pour tous les affaiblissements Puisque les affaiblissements de longue dure et de courte dure sont raisonnablement nombreux et indpendants, les besoins en marges totales peuvent tre calculs par approximation au moyen dune distribution normale des marges dont la moyenne est donne (dB) par: slfLLLL +(6) et lcart type (dB) est donn par: 22sl+ (7) La marge cumulative approprie (dB) correspondant des