ITU-R S 1557 FRENCH-2002 Operational requirements and characteristics of fixed-satellite service systems operating in the 50 40 GHz bands for use in sharing studies between the fix0 4.pdf

1、 Rec. UIT-R S.1557 1 RECOMMANDATION UIT-R S.1557 Caractristiques et prescriptions oprationnelles relatives aux systmes du service fixe par satellite fonctionnant dans les bandes 50/40 GHz utiliser pour les tudes de partage entre le service fixe par satellite et le service fixe*(Question UIT-R 250-1/

2、4) (2002) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que la bande 37,5-42,5 GHz est attribue au service fixe et au service fixe par satellite (SFS) (espace vers Terre) titre coprimaire; b) que dans certains systmes du SFS, il est prvu doffrir des dbits de donnes allant du mode de trans

3、fert synchrone 1 (STM-1) dix STM-4; c) que pour la plupart des systmes du SFS, il est propos dutiliser des stations terriennes quipes de petites antennes de diamtre infrieur 1 m pour les liaisons dutilisateur, pour offrir une disponibilit de liaison de bout en bout de 99,7% au minimum; d) que, pour

4、les liaisons de connexion, il peut tre ncessaire pour les systmes du SFS dutiliser des stations terriennes quipes dantennes plus grandes (jusqu 3 m de diamtre), individuellement coordonnes et places en des centres pivots ou en des points daccs aux fibres optiques gographiquement disperss et que ces

5、applications ncessiteront une disponibilit de liaison de bout en bout de 99,9% au minimum; e) quil reste savoir sil est possible dutiliser de plus grandes antennes dont le diamtre est suprieur 2,4 m (D/ 300), compte tenu des effets de la dformation du rflecteur principal, des irrgularits de surface,

6、 de laffaiblissement d au radme et des moyens dauto poursuite susceptibles de minimiser laffaiblissement de pointage dans cette bande; f) que dans certains systmes en projet du SFS fonctionnant dans cette bande on utilise des rpteurs avec traitement bord pour desservir des mini-stations terriennes d

7、utilisateur et des rpteurs transparents pour les liaisons de connexion ou les liaisons vers des stations pivot/point daccs aux fibres optiques; g) que les dgradations dues la propagation sont trs importantes dans cette plage de frquence; h) que pour la plupart des systmes du SFS, il est prvu doffrir

8、 un taux derreur binaire (TEB) par temps clair compris entre 1 107et 1 1010;j)que les systmes du SFS actuellement en projet utilisent la modulation par quadrature de phase (MDP-4) et que les futurs systmes utiliseront peut-tre des schmas de modulation dordre plus lev tels que la modulation par dplac

9、ement de phase 8 tats (MDP-8) et la modulation damplitude en quadrature, MAQ-16, _ *La prsente Recommandation doit tre porte lattention des Commissions dtudes 7, 8 et 9 et du Groupe de travail mixte 4-9S des radiocommunications. 2 Rec. UIT-R S.1557 recommande 1 de tenir compte, lors de la conception

10、 des systmes du SFS et des tudes de partage dans la bande 37,5-42,5 GHz, des prescriptions oprationnelles exposes dans les Annexes 1 et 2; 2 de tenir compte, lors des tudes de partage entre les services du SFS 50/40 GHz et les autres services cofrquences et coprimaires, des informations techniques s

11、ur certains systmes du SFS fonctionnant dans la bande 37,5-42,5 GHz contenus dans les Annexes 3 6; 3 aux administrations qui envisagent dapporter des modifications ces systmes ou qui proposent de futurs rseaux satellite dans la bande 50/40 GHz, de soumettre les caractristiques techniques des rseaux

12、du SFS lUIT-R afin dactualiser les annexes. ANNEXE 1 Valeurs prescrites des paramtres de liaison descendante pour les systmes du SFS fonctionnant dans la bande 37,5-42,5 GHz 1 Introduction La prsente Annexe contient des donnes relatives la puissance surfacique minimale respecter pour les liaisons de

13、scendantes dans la bande 37,5-42,5 GHz ncessaire afin de pouvoir exploiter des systmes dans cette bande avec des stations terriennes dotes dantennes de diffrentes tailles. Cette tude est fonde sur le SFS en projet exploit dans les bandes 50/40 GHz. Daprs les fiches de notification de lUIT, un nombre

14、 considrable de systmes du SFS prvus pour tre exploits dans les bandes 37,5-42,5 GHz et 47,2-50,2 GHz a t reu. Ces services devraient offrir des dbits de donnes allant de la qualit vidoconfrence la transmission de dix STM-1 en passant par la transmission STM-1 (155 Mbit/s) trs haut dbit, avec des ta

15、illes dantennes de stations terriennes comprises entre 1 et 3 m. Pour la plupart des systmes du SFS, il est propos dutiliser de petites stations terriennes quipes dantennes dun diamtre infrieur 1 m, offrant une disponibilit de liaison de 99,7% et des stations quipes dantennes plus grandes (1,5 3 m)

16、pour des applications passerelle-passerelle ou station pivot-station pivot, lesquelles exigent une disponibilit de liaison suprieure. En raison de la gravit particulire des dgradations dues la propagation dans les bandes 40/50 GHz, la plupart des systmes en projet assureront des services des angles

17、dlvation minimum suprieurs ceux des systmes du SFS fonctionnant dans les bandes infrieures 30 GHz. A 40/50 GHz, langle dlvation est de 20; toutefois, pour certains systmes dont le systme OSG SV, il est prvu dassurer ce service avec un angle dlvation minimal de 15. Les caractristiques techniques de p

18、lusieurs systmes du SFS en projet devant tre exploits dans ces bandes ont t incluses dans la Recommandation UIT-R S.1328. La prsente Annexe a pour objet de dfinir des caractristiques techniques additionnelles des systmes du SFS fonctionnant dans les bandes 40/50 GHz utiliser par lUIT-R pour les futu

19、res tudes de partage. Rec. UIT-R S.1557 3 2 Taille dantenne de station terrienne requise en fonction de la puissance surfacique de la liaison descendante La prsente section contient les calculs des niveaux de puissance surfacique des liaisons descendantes ncessaire pour pouvoir exploiter des rseaux

20、satellite du SFS fonctionnant dans la bande 40/50 GHz avec diverses tailles dantennes de stations terriennes et diffrents taux de disponibilits de liaisons spcifis. On peut montrer que la puissance surfacique de la surface de la Terre est donne par la relation: =+=spsBWfGSpfdSrxE1log10)(log2045,21/d

21、ans laquelle: pfd : puissance surfacique (dB(W/(m2.MHz) S : intensit du signal reu (dBW) BW : largeur de bande lmission (largeur de bande ncessaire) (MHz) sps : dbit de symbole (Msymbole/s) f : frquence (GHz) GrxE/S: gain de la station terrienne rceptrice dans laxe (dBi). On peut calculer le rapport

22、 Eb/(N0+ I0) au niveau du rcepteur au moyen de la formule suivante: )log(10)(0000sbpINSINEb+=+et )()(log10)(log20)(log204,20()(00/0000INfDGSINSINSSrxE+=+=+et +=+101000001010log10)(ININ o: N0= 228,6 + 10 log(T) (dB(W/Hz), densit de puissance de bruit thermique T : temprature de bruit du rcepteur de l

23、a station terrienne + augmentation de la temprature de bruit due la pluie (K) I0: autobrouillage et brouillage causs par dautres systmes du SFS exploits dans la mme bande (dB(W/Hz) D : diamtre de lantenne de la station terrienne (m) f : frquence (GHz) : efficacit de lantenne de la station terrienne

24、bps : dbit binaire. 4 Rec. UIT-R S.1557 Il est important de noter que pour les liaisons descendantes du SFS, il faut respecter les limites de puissance surfacique pour toutes les fourchettes dobliquit et tous les angles dlvation, tandis que le rapport Eb/N0qui intresse le concepteur, doit tre minima

25、l sur toutes les fourchettes dobliquit, angles dlvation et positions lintrieur dun faisceau. Il faut ajouter que la puissance surfacique est calcule la surface de la Terre dans des conditions de propagation en espace libre. On peut montrer que le rapport Eb/N0au niveau du rcepteur du SFS est donn pa

26、r la formule: systemfadepscinatmbMMEOCLLINDbpsspspfdINE05,61)()log(10)log(20log10/0000+=+o: Latm/scin: affaiblissement atmosphrique et affaiblissement de scintillation. Dans cette bande, ces affaiblissements sont denviron 1,2 dB Lp: paramtre dpendant de la taille de lantenne (dB) EOC : limite type d

27、e couverture, en gnral 3,5 dB Mfade: marge dvanouissement due la pluie requise pour obtenir la disponibilit de liaison souhaite (dB) Msystem: marge pour le systme (2 dB). On peut montrer partir des quations prcdentes que la taille de lantenne de la station terrienne de rception (m) est gale : =+syst

28、emfadepscinatmbMMEOCLLINbpsspspfdINED/000005,61)()log(10log1020110 2.1 Valeur du rapport Eb/(N0+ I0) pour les liaisons descendantes La valeur du rapport Eb/(N0+ I0) la rception respecter, dpend de la modulation (MDP-4, MDP-8, MAQ-16, etc.), du TEB, du codage et de laffaiblissement de mise en oeuvre.

29、 La plupart des systmes en projet dans ces bandes devraient utiliser la modulation MDP-4 et offrir un TEB compris entre 1 107et 1 109. La valeur du rapport Eb/(N0+ I0) requise, affaiblissement de mise en oeuvre inclus, est comprise entre 7 et 9 dB selon le codage. Si lon utilise des modulations dord

30、re suprieur (MDP-8, MAQ-16, etc.), le rapport Eb/(N0+ I0) requis est nettement plus lev. Dans la prsente tude on a utilis les modulations MDP-4 et MDP-8. Le rapport Eb/(N0+ I0) requis sur la liaison descendante dpend si la charge utile du satellite est constitue par un rpteur avec traitement bord ou

31、 un rpteur transparent (tuyau coud). Dans le cas dun rcepteur avec traitement bord, le rapport Eb/(N0+ I0) sur la liaison descendante est le mme que celui requis pour obtenir le TEB souhait. Lorsque la charge utile du satellite est un rpteur transparent, ce rapport est donn par la relation: =+0000)1

32、,0()1,0(001010log10INEINEbbbrequiredINERec. UIT-R S.1557 5 Dans cette tude, on suppose que ce rapport pour la liaison descendante est le mme que celui pour la liaison montante. Par consquent, ce rapport pour la liaison descendante est suprieur de 3 dB celui requis pour la rception. 2.2 Densit de bru

33、it thermique, N0, et densit de bruit de brouillage, I0On peut montrer que la densit de bruit thermique, N0, est donne par la formule suivante: N0= 228,6 + 10 log(Trx+ Train) dB(W/Hz) o: Trx: temprature de bruit du systme de rception de la station terrienne (K). La temprature type du systme dantenne

34、au sol est de 800 K (temprature de bruit de lantenne = 70 K; facteur de bruit la rception = 4,5 dB; filtre/ duplexeur = 0,7 dB; affaiblissement dans le cble de liaison = 0,3 dB) Trainpeut tre calcul comme suit: Train= 280 (1 100,1 (marge pour les vanouissements dus la pluie) Par exemple, si la marge

35、 pour les vanouissements dus la pluie est de 18 dB, laugmentation de la temprature de bruit due la pluie est de 275 K. Densit de bruit de brouillage, I0: la densit de bruit de brouillage calcule doit inclure la densit de bruit intrasystme et la densit de bruit intersystmes. Dans la prsente tude, on

36、attribue 1,5 dB au brouillage intrasystme. Le brouillage inter-systmes calcul caus par dautres systmes du SFS fonctionnant dans la mme bande de frquences dpend de la dcroissance du diagramme dantenne de la station terrienne et de la puissance surfacique sur les liaisons descendantes des autres systm

37、es du SFS. Dans la prsente tude, on a suppos que tous les systmes du SFS fonctionnaient avec la mme puissance surfacique et que lorbite des satellites gostationnaires (OSG) tait occup par des engins spatiaux placs 4 dintervalle. Ainsi, si tous les systmes OSG du SFS fonctionnent avec une puissance s

38、urfacique de liaison descendante de 105 dB (W/(m2 MHz), la densit de bruit de brouillage reu sur une station terrienne quipe dune antenne de 1 m de diamtre fonctionnant dans la bande des 40 GHz est de 203,44 dB (W/Hz). 2.3 Marge requise pour les vanouissement dus aux prcipitations Comme indiqu prcde

39、mment, pour la plupart des systmes en projet, il est prvu doffrir une disponibilit de liaison de 99,7% aux utilisateurs des microstations terriennes (VSAT) et une disponibilit de liaison plus leve pour les utilisateurs de configurations passerelle-passerelle ou station centrale-station centrale. La

40、marge exige pour les vanouissements dus la pluie est indique la Fig. 1. Dans les calculs, on a suppos une disponibilit de liaison de 99,7% et un angle dlvation de 25. La Fig. 2 illustre la disponibilit de liaison pour des systmes du SFS fonctionnant dans la bande des 40 GHz avec une marge pour les v

41、anouissements dus la pluie de 18 dB. La Fig. 2 montre quune marge pour les vanouissements dus la pluie de 18 dB ne permettra pas dobtenir la disponibilit souhaite de liaison de 99,7% pour la plupart des points du monde. En outre, pour les systmes qui sont prvus pour offrir des services des angles dl

42、vation infrieurs 25, il faudra pour obtenir la disponibilit de liaison souhaite, utiliser des techniques de compensation, savoir: dbits de donnes variables, diversit demplacement, diversit de frquence, codage lourd, etc. 6 Rec. UIT-R S.1557 1557-01180 140 100 60 20 20 60 100 140 180906030030609060 d

43、B50 dB40 dB30 dB20 dB10 dB0 dBFIGURE 1Marge exige pour les vanouissements dus la pluie(Bande de frquences = 40 GHz; angle dlvation = 25; disponibilit de liaison = 99,7%)1557-02180 140 100 60 20 20 60 100 140 1809060300306090FIGURE 2Disponibilit de liaison(Bande de frquences = 40 GHz; angle dlvation

44、= 25;marge pour les vanouissements dus aux prcipitations = 18 dB)99,0%99,1%99,2%99,3%99,4%99,5%99,6%99,7%99,8%99,9%99,95%2.4 Affaiblissement de pointage Laffaiblissement de pointage hors axe de lantenne (dB) pour une ouverture circulaire parfaitement et uniformment illumine peut tre dtermin partir d

45、e loptique physique au moyen de la formule suivante: 21)(2log10=xxJementAffaibliss Rec. UIT-R S.1557 7 dans laquelle: )sin(=cDfx et f : frquence D : antenne du diamtre c : vitesse de la lumire : angle hors-axe J1(x) : fonction de Bessel de premier ordre. La Fig. 3 reprsente laffaiblissement de point

46、age en fonction de la taille de lantenne de la station terrienne pour un angle hors-axe de 0,1. Dans cette tude, on a attribu 0,7 dB laffaiblissement de pointage de lantenne de la station terrienne. 1557-031201234567FIGURE 3Affaiblissement de pointage de lantenne en fonction de sa taille(angle hors

47、axe = 0,1)Taille de lantenne (m)0,5 0,75 1,25 1,5 1,75 2,25 2,5 2,75Affaiblissement(dB)2.5 Rsultats La Fig. 4 montre la taille requise de lantenne de la station terrienne en fonction de la puissance surfacique sur la liaison descendante. Le calcul repose sur les hypothses suivantes: Marge pour les vanouissements dus la pluie = 18 dB Temprature de bruit la rception de la station terrienne