ITU-R S 1559 SPANISH-2002 Methodology for computing the geographical distribution of maximum downlink equivalent power flux-density levels generated by non- geostationary fixed-sat由圆.pdf

1、 Rec. UIT-R S.1559 1 RECOMENDACIN UIT-R S.1559 Metodologa para el clculo de la distribucin geogrfica de los niveles de la densidad de flujo de potencia equivalente de enlace descendente mximos generados por sistemas del servicio fijo por satlite no geoestacionario que utilizan rbitas circulares (Cue

2、stin UIT-R 236/4) (2002) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que la interferencia a redes geoestacionarias (OSG) por sistemas no OSG probablemente tengan variaciones significativas tanto geogrficas como temporales; b) que las distribuciones geogrficas de niveles de interfer

3、encia causados por sistemas no OSG varan con la carga de trfico, disposicin de las clulas y configuracin de las constelaciones; c) que la interferencia a redes OSG por sistemas no OSG pueden variar con los algoritmos de programacin de haz del sistema no OSG; d) que los algoritmos de haces programado

4、s no OSG pueden ser ajustados para satisfacer las variaciones de carga de trfico y otros factores; e) que los niveles de interferencia no OSG dependen de la ubicacin geogrfica de la estacin terrena OSG y de la ubicacin del satlite OSG; f) que la informacin sobre la distribucin geogrfica de los nivel

5、es de densidad de flujo de potencia equivalente de enlace descendente (dfpe) mximos generados por sistemas no OSG puede ser til para los diseadores de sistemas OSG para que puedan determinar el nivel esperado de interferencia no OSG, recomienda 1 que se utilice el mtodo descrito en el Anexo 1 para d

6、eterminar las distribuciones geogrficas de niveles dfpemximos generados dentro de una zona de cobertura de satlite OSG por un sistema no OSG que utiliza rbitas circulares; 2 que las administraciones incluyendo los operadores de redes OSG del servicio fijo por satlite (SFS) utilicen el Anexo 1 como o

7、rientacin para el diseo de enlaces para una determinada ubicacin geogrfica de acuerdo con las siguientes Notas: NOTA 1 Se ha especificado un soporte lgico de validacin para verificar la conformidad de un sistema no OSG con los lmites de la dfpecontenidos en el Artculo 22 del Reglamento de Radiocomun

8、icaciones (vase la Recomendacin UIT-R S.1503). Este soporte lgico genera niveles de dfpeque significa una envolvente absoluta y no son representativos de lo que generara un sistema no OSG del SFS en funcionamiento a travs del tiempo. NOTA 2 Si se aplica la metodologa que figura en el Anexo 1 emplean

9、do las hiptesis y el mtodo de mscara de dfp del satlite como se define en la Recomendacin UIT-R S.1503, se obtendr una distribucin geogrfica de la envolvente de la dfpe absoluta mxima. En el caso en que se aplique el mtodo del Anexo 1 a modelos de simulacin ms representativos de la operacin no OSG,

10、los mapas generados pueden variar durante la vida til del sistema no OSG mientras que los parmetros de operacin cambiarn. 2 Rec. UIT-R S.1559 ANEXO 1 Algoritmo para calcular la distribucin geogrfica de los niveles de interferencia de la dfpemxima causados por sistemas no OSG 1 Introduccin Teniendo e

11、n cuenta que la interferencia de un sistema no OSG variar en forma geogrfica sera til para las administraciones poder cuantificar esta interferencia utilizando un soporte lgico que pueda estimar la distribucin geogrfica y temporal de la interferencia del SFS no OSG. El anlisis representar la interfe

12、rencia mxima esperada durante la vida til del sistema no OSG. Los anlisis de escenarios tpicos proporcionan escaso valor pues los niveles de interferencia pueden tener variaciones considerablemente grandes. La metodologa presentada en este Anexo podra ser til para generar mapas que indican niveles r

13、epresentativos de potencia de interferencia no OSG mxima que se podran recibir en cualquier zona terrestre. Los mapas proporcionarn directrices para el diseo de enlaces por los operadores de sistemas OSG. Estos mapas permitirn a los operadores de sistemas OSG tener mayor conocimiento de los lugares

14、de dfpe mxima. Este Anexo proporciona un mtodo para calcular la distribucin geogrfica de niveles de la dfpe mxima para sistemas no OSG con rbitas circulares que utilizan un ngulo de exclusin para la reduccin de la interferencia de sistemas OSG. Para estos sistemas no OSG los niveles de interferencia

15、 de la dfpemxima (para estaciones terrenas OSG con antenas de 3 m de dimetro o mayores) se produce cuando el vehculo espacial no OSG est en lnea, o cercana a ella, entre la estacin terrena OSG y el vehculo espacial OSG. Para sistemas no OSG en el que ste no sea el caso, no se aplica el presente mtod

16、o. La dfpemxima se calcula mediante simulacin informtica del sistema no OSG. Sin embargo, como el valor est cercano a una situacin en lnea, slo es necesario simular una pequea cantidad de puntos en el tiempo para determinar la dfpemxima. Slo es necesario considerar los puntos que estn dentro de la a

17、nchura del haz de 10 dB de la estacin terrena OSG pues en estos tipos de ubicaciones de sistemas no OSG fuera de la anchura del haz de 10 dB estarn casi seguramente 10 dB como mnimo por debajo del valor de dfpemxima que se encuentra en la superficie de la Tierra. Puesto que la mayora de los sistemas

18、 no OSG tienen caractersticas nicas, el mtodo propuesto no describe cmo simular un determinado sistema no OSG. En cambio, calcula los periodos de tiempo que es necesario simular. Una resolucin de 1 de longitud por 1 de latitud es suficiente para mostrar las variaciones generales en los niveles de in

19、terferencia; sin embargo, para estudios ms detallados puede ser necesario una resolucin ms fina, especialmente en el caso de grandes antenas. Se observa que los sistemas no OSG con trazas del satlite de repeticin continua tendrn variaciones de la dfpemxima sobre una superficie mucho ms pequea. 2 Esq

20、uema del algoritmo El mtodo dado se puede utilizar para calcular periodos de tiempo durante una simulacin de sistema no OSG cuando un vehculo espacial pasa a travs de una determinada anchura de haz de una antena terrestre OSG. Se calcula primero una aproximacin lineal por segmentos rectilneos a la R

21、ec. UIT-R S.1559 3 interseccin del haz de antena terrestre OSG con la esfera no OSG. Para cada punto de la interseccin, se calculan los parmetros orbitales exactos de un vehculo espacial no OSG de modo tal que ste interceptar el punto en la rbita siguiente. Comparando los parmetros orbitales de un v

22、ehculo espacial determinado con los parmetros orbitales en cada punto, se pueden determinar los tiempos exactos en que el satlite pasa a travs de la antena. 3 Smbolos utilizados ER: Coordenadas rotacionales de la Tierra. Sistema de coordenadas ortogonales de tres dimensiones dirigido al centro de la

23、 Tierra. El eje z del ER pasa por el Polo Norte y el eje x pasa a travs del punto longitud 0 latitud 0 GT: Ubicacin tridimensional de la estacin terrena OSG en coordenadas ER G: Ubicacin tridimensional del satlite OSG en coordenadas ER Gx: Componente x del vector G Gy: Componente y del vector G Gz:

24、Componente z del vector G : Normaliza un vector (es decir V es equivalente a V / |V| ) : Operador de producto punto : Operador de producto cruz Mn(Qi): Determina el valor mnimo de Qipara toda i Mx(Qi): Determina el valor mximo de Qipara toda i Ax: Eje x de puntera del sistema de coordenadas de la es

25、tacin terrena OSG a la OSG Ay: Eje y de puntera del sistema de coordenadas de la estacin terrena OSG a la OSG Az: Eje z de puntera del sistema de coordenadas de la estacin terrena OSG a la OSG : Media anchura de banda de 3 dB de la antena de estacin terrena OSG Vi: Vectores que forman un cono con el

26、 ngulo medio y el centro apuntando en direccin z Wi: Vectores que forman un cono con la mitad del ngulo y el centro apuntando en direccin OSG Qi: Ubicaciones sobre la esfera no OSG que intercepta vectores Wi0: Anomala media = 0 0: Argumento de perigeo en un momento inicial r: Velocidad de precesin d

27、e argumento de perigeo : Longitud inicial r: Velocidad de precesin de longitud de nodo ascendente e: Velocidad de rotacin de la Tierra 4 Rec. UIT-R S.1559 k: k-sima longitud que cruza un vehculo espacial no OSG S: Semieje mayor Tia: Nmero de veces durante una rbita ascendente en el que el vehculo es

28、pacial de prueba pasa a travs de QiTid: Nmero de veces durante una rbita descendente en el que el vehculo espacial de prueba pasa a travs de Qiia: Longitud inicial de rbitas que cruzan el punto Qimientras asciende en latitud id: Longitud inicial de rbitas que cruzan el punto Qimientras desciende en

29、latitud tk: Cantidad de veces en las que un satlite no OSG asciende a travs del plano ecuatorial n: Nmero de vectores en el cono. 4 Clculo de la interseccin del haz de antena terminal terrestre OSG con la esfera no OSG En la Fig. 1, Videfine un conjunto de vectores que barre una configuracin cnica c

30、entrada en el origen con la mitad de la anchura de banda de 3 dB de . El centro del cono apunta hacia el eje z del sistema de coordenadas ER. Vi= (cos(i) sen(), sen(i) sen(), cos() (1) donde: i = 0, ., n i= 2i/(n) = ngulo entre dos vectores adyacentes cualesquiera en la Fig. 1 (2) : media anchura de

31、 banda de 3 dB. 1559-01zyxV0V5V1V2V4V3FIGURA 1Representacin visual del vector ViMedia anchura de bandaRec. UIT-R S.1559 5 Se calcula entonces un sistema de coordenadas ortogonales Ax, Ay, Azde modo tal que el eje Azapunta del terminal terrestre OSG hacia la rbita OSG. Az= (G GT) (3) T = (0, 0, 1) (4

32、) Ax= (T Az) (5) Ay= Az Ax(6) En la Fig. 2 se muestra el cono cuyos vectores Wiapuntan hacia la rbita de los satlites OSG. Esto se efecta utilizando una transformacin de coordenadas simple. Wi= Ax(Vix) + Ay(Viy) + Az(Viz) (7) 1559-02GzyxW5W1W4W3W2W0AzAyAxSatlite OSGEstacin terrena OSGGTFIGURA 2Repre

33、sentacin visual del vector WiLos vectores Wise extienden desde el punto GT al punto G, utilizando los mtodos definidos en las ecuaciones (8) a (14), hasta que interceptan la esfera no OSG en los puntos Qicomo se muestra en la Fig. 3. Lien la ecuacin (8), representa una lnea que comienza en el punto

34、GT y se extiende en el sentido de los vectores Wi. Esta lnea interceptar la esfera no OSG cuando | Li| es igual al semieje mayor no OSG. Las ecuaciones (10) a (13) resuelven la ecuacin cuadrtica que se expresa en la ecuacin (9) para hallar el punto de interseccin Qi. 6 Rec. UIT-R S.1559 Li= Wi+ GT (

35、8) Li Li= S2(9) ai= Wi Wi(10) bi= 2 Wi GT (11) ci= GT GT S2(12) i= (bi+ (bi2 2 aici)0,5) / (2 ai) (13) Qi= iWi+ G (14) 1559-03Q0Q5Q1Q4Q2Q3Esfera con radio igual alradio de la rbita no OSGSatlite OSGEstacin terrena OSGGTCentro de la TierraFIGURA 3Interseccin del vector Wicon la esfera no OSGRec. UIT-

36、R S.1559 7 5 Clculo de los parmetros orbitales no OSG y los tiempos en que el satlite y los puntos de interseccin del haz (Qi) estn coubicados Se elige un vehculo espacial de prueba con los parmetros orbitales de un satlite no OSG y una anomala media de cero, de modo que intercepte Qien la rbita sig

37、uiente. La ecuacin (15) calcula la ubicacin de la rbita del vehculo espacial de prueba en coordenadas ER. =)(sen)(sen)cos()cos()(sen)cos()(cos()cos()(sen)(sen)cos()(cos(iSiSiSzyx(15) donde: = 0+ 0+ (r+ 2/T) t = + (r e) t 0: anomala media = 0 0: argumento de perigeo en un momento inicial r: velocidad

38、 de precesin de argumento de perigeo : longitud inicial r: velocidad de precesin de longitud de nodo ascendente e: velocidad de rotacin de la Tierra S : semieje mayor i : ngulo de inclinacin. Para un punto Qicuya latitud es menor que el ngulo de inclinacin, habr dos rbitas nicas del vehculo espacial

39、 de prueba que intercepta el punto Qi. Uno se produce cuando el vehculo espacial est ascendiendo en latitud y la otra cuando el vehculo espacial est descendiendo. Para cada una de esas rbitas se calcula la longitud inicial (tiempo = 0) y los tiempos de interseccin con el punto Qi. Como la coordenada

40、 z del vehculo espacial de prueba es S sen()sen(i), puede tener dos solu-ciones posibles. Una de ellas es cuando el vehculo espacial asciende en latitud y la otra cuando el vehculo espacial desciende en latitud. i1= sen1(iz/(S sen(i) (16) i2= i1Tij, es decir los tiempos durante la rbita cuando el ve

41、hculo espacial de prueba pasa a travs del punto Qien una rbita, viene dado por: Tij= (ij 0) / (r+ 2/P) para j = 1, 2 (17) donde P representa el periodo orbital. A partir del valor Tijse calcula la longitud inicial resolviendo las ecuaciones simultneas para x e y en la ecuacin (15). ij= cos1(Qix+ Qiy

42、) / (R(cos2(ij) + sen2(ij) rTi eTi(18) donde R representa el radio de la rbita. 8 Rec. UIT-R S.1559 6 Clculo de los cruces de longitud para un determinado satlite simulado Las veces que un satlite cruza el plano ecuatorial se calcula con la siguiente expresin: tk= (2k 0 0) / (r+ 2/P) (19) donde: k =

43、 1, , M M : nmero de rbitas antes que se repita el satlite 0: anomala media = 0 0: argumento de perigeo en un momento inicial r: velocidad de precesin de argumento de perigeo P : periodo orbital. Los cruces de ascensin de longitud correspondientes vienen dados por la siguiente expresin: k= + (r e)tk

44、(20) 7 Determinacin de si una rbita cruza a travs del haz de la antena de estacin terrena OSG Si un cruce de longitud ascendente de satlite est entre el valor mnimo (ij) y el valor mximo (ij) para cualquier valor de j, el satlite cruzar el haz de la antena OSG en cualquier punto sobre la rbita sigui

45、ente. Es importante observar que al efectuar este clculo se tiene en cuenta el mdulo naturaleza de la longitud. 8 Determinacin del tiempo de simulacin de un vehculo espacial que cruza a travs del haz de la antena de estacin terrena OSG El tiempo simulado de una rbita que cruza un haz de antena se ca

46、lcula por medio de la interseccin de la rbita con los segmentos rectilneos de Qicomo se muestra en la Fig. 4. Si una longitud ascendente que cruza se encuentra entre el valor mnimo (ij) y el valor mximo (ij), la rbita cruzar el haz de la antena OSG. La rbita intersectar el punto Qien dos posiciones.

47、 Mediante la interpolacin de los valores de Tijcorrespondientes se pueden obtener los tiempos de interseccin aproximados. Sea: Ni= (i + 1) mod n (21) Para cualquier cruce de duracin distinta de cero habr un valor de i = i1 tal que ij k Nij.Adems, habr un valor de i = i2 tal que ij k Nij. NOTA 1 Los

48、puntos cercanos al Ecuador podran tener slo una interseccin dado que puede existir un cruce que comienza en una rbita y finaliza en la siguiente. Se puede obtener un valor aproximado del tiempo de interseccin correspondiente despus del cruce ecuatorial mediante la interpolacin lineal de los tiempos de interseccin, Ti, conocidos. Rec. UIT-R S.1559 9 Sea: 1= (k i1j) / (Ni1