ITU-R SA 1805 SPANISH-2007 Technical and operational characteristics of space-to-space telecommunication systems operating around 354 THz and 366 THz《运行在354 THz和366 THz范围内空对空电信系统的技.pdf

1、 Rec. UIT-R SA.1805 1 RECOMENDACIN UIT-R SA.1805 Caractersticas tcnicas y operativas de los sistemas de telecomunicaciones espacio-espacio que funcionan en torno a 354 THz*y 366 THz*(Cuestin UIT-R 235/7) (2007) Cometido Esta Recomendacin especifica los parmetros tcnicos (frecuencias, sentido de los

2、enlaces, caractersticas de seales y datos, parmetros de antena, etc.) y las caractersticas operativas de los sistemas de telecomunicaciones espacio-espacio que funcionan en torno a 354 THz y 366 THz que han de utilizarse en los estudios de comparticin. La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, c

3、onsiderando a) que se est planificando la utilizacin de enlaces de telecomunicaciones en algunos sistemas de satlite para telecomunicaciones entre rbitas en frecuencias prximas a 354 THz y 366 THz; b) que utilizando los desarrollos tecnolgicos recientes, los astrnomos estn realizando una labor conce

4、rtada para construir telescopios y efectuar observaciones en este tramo del espectro; c) que este tramo del espectro se est tambin utilizando para otros servicios terrenales y espaciales; d) que este tramo del espectro se est utilizando tambin para fines cientficos e industriales distintos de los de

5、 radiocomunicacin, recomienda 1 que en los estudios de comparticin en los que se consideren los satlites de investigacin espacial que funcionan en el sentido espacio-espacio en torno a 354 THz y 366 THz, se tengan en cuenta los parmetros tcnicos y operativos presentados en el Anexo 1. Anexo 1 1 Intr

6、oduccin Al aumentar la necesidad de la utilizacin del espectro electromagntico y con el avance de la tecnologa, se est prestando ms atencin a la utilizacin de frecuencias por encima de 3 000 GHz para las telecomunicaciones en el espacio libre. La telecomunicacin en el espacio libre en frecuencias po

7、r encima de 3 000 GHz ofrece la posibilidad de incluir velocidades de datos superiores con menos masa que la de los sistemas tradicionales de radiofrecuencia, as como de cumplir ciertos requisitos de ganancia y directividad con los haces utilizados para las aplicaciones espacio-espacio. *1 THz = 1 0

8、00 GHz. *La presente Recomendacin se seala a la atencin de la Comisin de Estudio 1 de Radiocomunicaciones. 2 Rec. UIT-R SA.1805 1.1 Consideraciones sobre la frecuencia Actualmente, el mayor inters en los enlaces de radiocomunicaciones de espacio libre por encima de 3 000 GHz se centra en frecuencias

9、 prximas a 200, 283, 311 y 353 THz, cuyas longitudes de onda correspondientes son 1,5, 1,06, 0,965 y 0,850 m. Estas frecuencias son las mismas que las que se utilizan ampliamente para las telecomunicaciones por fibra ptica. Para las telecomunicaciones entre rbitas, la atencin se ha centrado en la ut

10、ilizacin de lseres semiconductores de elevada potencia que funcionan en torno a 0,850 m o de un haz lser semiconductor amplificado por un amplificador de fibra ptica estimulada por erbio (EDFA) a la longitud de onda de 1,5 m. El sistema con lseres semiconductores que funciona en torno a 0,85 m es su

11、perior al del EDFA en fiabilidad y consumo de potencia con respecto a aplicaciones con velocidades de datos relativamente bajas que no exigen una elevada potencia del transmisor. 1.2 Parmetros de misin genrica Los parmetros tcnicos adecuados para los anlisis de interferencia deben basarse en enlaces

12、 de telecomunicaciones entre rbitas genricos prximos a la Tierra. Por consiguiente, la distancia del enlace variar entre algunos y varios centenares de miles de km. En el Cuadro 1 se ofrece un resumen de los parmetros tcnicos fundamentales de un enlace de telecomunicaciones entre rbitas prximo a la

13、Tierra que funciona en torno a 354 THz y 366 THz. CUADRO 1 Parmetros tcnicos de un sistema de telecomunicaciones entre rbitas de referencia con funcionamiento en torno a 354 THz y 366 THz, en el sentido espacio-espacio Parmetro Enlace de ida Enlace de retorno Potencia del transmisor (mW) 10 40 Apert

14、ura del transmisor (cm) 25 26 Frecuencia del transmisor (longitud de onda) (THz) Comm: 366 (0,819 m) Radiofaro: 374 (0,801 m) 354 (0,847 m) Modulacin 2PPM NRZ Precisin de puntera (rad) 2,6 (3) Alcance en el espacio libre (km) hasta 40 000 Velocidad de datos (Mbit/s) 2,048 49,3724 Apertura del recept

15、or (cm) 26 25 Tipo de detector Detector APD Detector APD APD: plidodiodos de avalancha NRZ: sin retorno a cero PPM: partes por milln Rec. UIT-R SA.1805 3 2 Consideraciones sobre el enlace Se establecen enlaces entre rbitas entre un satlite de la rbita de satlites geoestacionarios (GEO) y un satlite

16、de la rbita terrestre baja (LEO) en el sentido espacio-espacio, que funcionan en torno a 366 THz en el enlace de ida y a 354 THz en el enlace de retorno. Se emite una seal de radiofaro a 374 THz para facilitar la puntera y el seguimiento del telescopio. 2.1 Calidad del enlace Al igual que un sistema

17、 de comunicacin espacio-espacio que funcione en el espectro de radiofrecuencias tradicional, la calidad de un enlace que funcione en 354 THz y 366 THz se mide en trminos de la velocidad de datos y de la proporcin de bits errneos (BER). La calidad se calcula en funcin de la potencia, la calidad del t

18、elescopio, las consideraciones de propagacin, el ruido y la sensibilidad del receptor. Cada uno de estos parmetros es funcin de otras variables. 2.1.1 BER Las tramas de datos deben tener una BER inferior a 106tras la correccin de errores, a fin de poder mantenerlas. Un enlace debe retener el 99% de

19、las tramas de datos. 2.1.2 Requisito de margen El requisito de margen tpico de un enlace entre satlites que funcione en 354 THz y 366 THz es del orden de 1 a 3 dB. 2.2 Modulacin Los enlaces de retorno que funcionan en torno a 354 THz utilizarn la NRZ. Los enlaces de ida que funcionan en torno a 366

20、THz utilizarn la 2PPM. Esta tcnica de modulacin permite la deteccin directa en el receptor, sin tener que implementar receptores coherentes. 2.3 Seal recibida El mtodo general para calcular el nivel de la seal recibida en 354 THz y 366 THz por la estacin espacio-espacio es el mismo que el utilizado

21、para los sistemas de radiofrecuencia tradicionales. SprtrttSLLLLGGPP += dBW (1) donde: PS: potencia de la seal del receptor (dBW) t: potencia media de salida del lser (dBW) Gt: ganancia de la antena del transmisor (dBi) r: ganancia de la antena de recepcin (dBi) Lt: prdidas del transmisor (dB) r: pr

22、didas del receptor (dB) Lp: prdidas de puntera (dB) s: prdidas en el espacio libre (dB). 4 Rec. UIT-R SA.1805 2.4 Prdidas del enlace Ltincluye los efectos de las prdidas de absorcin, de dispersin y de reflexin en el sistema ptico del transmisor; Lrincluye los efectos de las prdidas de absorcin, de d

23、ispersin y de reflexin en el tren ptico del receptor; Lpincluye los efectos de fluctuaciones en la antena o en el satlite y de prdida de puntera de la antena transmisora; Lsdebidas a la separacin fsica entre el transmisor y el receptor. Los valores de cada fuente de prdidas variarn segn el diseo del

24、 equipo, la edad de ste, los requisitos de la misin y la fase de la misin. El Cuadro 2 ofrece valores habituales de las prdidas que se han de utilizar en los anlisis genricos de interferencia. CUADRO 2 Prdidas del enlace en un sistema de telecomunicacin entre rbitas de referencia con funcionamiento

25、en torno a 354 THz y 366 THz, en el sentido espacio-espacio Mecanismos de prdida Valor tpico Perdidas del transmisor, Lt0,63 (= 2 dB) Prdidas del receptor, Lr0,5 (= 3 dB) Prdidas de puntera, Lp0,5 (= 3 dB) Las prdidas en el espacio libre, Ls, se calculan en torno a 354 THz y 366 THz de la misma mane

26、ra que en los sistemas de radiofrecuencia tradicionales: 2244=fRcRLs(2) siendo: R: distancia entre el transmisor y el receptor (m) : longitud de onda (m) f: frecuencia ptica (Hz) c: velocidad de la luz (m/s). 2.5 Parmetros del telescopio de transmisin/recepcin Los enlaces de telecomunicacin con func

27、ionamiento en torno a 354 THz y 366 THz utilizan telescopios como antenas de transmisin y de recepcin. Los diagramas de la antena del transmisor y del receptor son tambin distintos, pues la ptica del transmisor suele alimentarse mediante un haz de distribucin gaussiana, mientras que la ptica del rec

28、eptor tiene un detector plano. En el Anexo 2 de la Recomendacin UIT-R SA.1742 se describe una envolvente de diagramas de ganancia de antena de transmisin y de recepcin con funcionamiento en torno a 354 THz y 366 THz. En la Recomendacin UIT-R SA.1742 tambin se describe un diagrama de ganancia de ante

29、na para sistemas pticos espacio-Tierra que funcionan en torno a 283 THz. Este diagrama se aplica adems a los sistemas espacio-espacio que funcionan en torno a 354 THz y 366 THz. Rec. UIT-R SA.1805 5 2.5.1 Dimetro A los efectos de los anlisis de interferencia, debe suponerse que el dimetro de la ante

30、na ptica ser de 26/25 cm. La apertura no tendr obstrucciones o una obstruccin de 5 cm. 2.5.2 Diagrama de ganancia de transmisin El transmisor utiliza un telescopio alimentado por un lser. Dichos lseres funcionan normalmente slo en el modo de cavidad inferior, TEM00, que se traduce en un haz con una

31、distribucin de energa gaussiana, la cual presenta un mximo de intensidad a lo largo de su eje de transmisin. El diagrama del haz se conforma de manera que la intensidad del haz decaiga en amplitud con la separacin angular respecto al eje de transmisin y no se desperdicie ms de un pequeo porcentaje d

32、e la potencia del haz. Dos puntos de referencia son los ngulos en los que la amplitud del haz decae el 37% o el 13% de la amplitud en el eje. Estos puntos se denominan puntos 1/e y 1/e2, respectivamente, y se hace referencia a ellos frecuentemente en la caracterizacin de los diagramas de energa emit

33、ida por el lser. La apertura total del haz en el punto 1/e2es aproximadamente de: D=42e/1rad (3) siendo: 2e/1 : anchura angular del haz en el punto 1/e2(rad) D: dimetro de la apertura (m). En el caso de un haz gaussiano en 354 THz transmitido desde una apertura de 26 cm, la apertura del haz del punt

34、o 1/e2es aproximadamente de 4,1 106rad. En el terminal de transmisin, pueden utilizarse las ecuaciones siguientes para calcular el diagrama de radiacin de campo lejano de un lser con una onda plana de amplitud gaussiana que alimenta un telescopio. En la utilizacin de estas ecuaciones se formulan las

35、 hiptesis bsicas siguientes: la fuente lser se caracteriza como emisin gaussiana monomodo; los diagramas de ganancia de antena se miden en el campo lejano; la apertura es circular. El diagrama de ganancia de un telescopio transmisor de radio a, alimentado con una onda plana de amplitud gaussiana y c

36、on un radio de contorno, , donde es la distancia desde el eje central del sistema ptico al punto de intensidad 1/e2, y con una obstruccin central de radio b, se calcula mediante la ecuacin (4). El trmino, G0, es el lmite superior de la ganancia de antena que se obtiene para una apertura circular uni

37、formemente iluminada y sin obstrucciones. El segundo trmino, gt(, , X), es un trmino de eficiencia de la ganancia que tiene en cuenta los efectos de obstruccin, truncamiento, intensidad fuera del eje y desenfoque. () ()XgGXGtt,0= (4) siendo: 22024=aAG (5) 6 Rec. UIT-R SA.1805 () ()2102de2,22uuXJXgut

38、= (6) ab= (7) A: superficie de la apertura del telescopio (m2) a: radio del espejo del telescopio (m) b: radio del espejo secundario (m) gt: eficacia de la ganancia J0: funcin de Bessel de orden cero de primera clase : relacin, / : relacin de obstruccin u: variable de la integracin X: ()sen2a : ngul

39、o respecto al eje ptico (rad). Para el eje directo, X = 0 y el trmino de eficacia de la ganancia de la ecuacin (6) se hace: ()=22222ee20,tg (8) La ganancia mxima en el eje del haz principal de la ecuacin (4) se hace entonces: ()=222222ee240,AGt(9) Toda obstruccin (b) reducir la ganancia del haz prin

40、cipal, llenar los nulos y har aumentar los lbulos laterales. 2.5.3 Diagrama de la ganancia de recepcin El tamao del campo de visin est relacionado con el tamao fsico del detector y con la longitud focal del telescopio. Puede determinarse por la ecuacin: Fd= (10) siendo: : campo de visin del detector

41、 (rad) d: dimetro del detector (m) (tpicamente comprendido entre 104y 103m) F: longitud focal del telescopio (m). Rec. UIT-R SA.1805 7 El diagrama de la antena de recepcin se suele ajustar al detector. El detector se asla de la energa no deseada utilizando barreras de campo y exponindolo nicamente a

42、 la parte del haz principal interior a radianes respecto al eje del haz principal. Por tanto, la energa no deseada recibida en los lbulos laterales del diagrama de la antena de recepcin no llega al detector y puede despreciarse en los anlisis de interferencia. Suponiendo que la apertura de recepcin

43、est en el campo lejano de la antena transmisora, la energa recibida se trata normalmente como si fuese una onda plana. El sistema de recepcin puede utilizar una apertura comn o separada del sistema de transmisin. La anchura del haz de la apertura de recepcin tambin se mide generalmente en trminos de

44、 su punto 1/e2. La ganancia mxima en el eje de una antena de recepcin, GR, viene dada por: ()+=221log104log10AGRdBi (11) siendo: A: superficie de la apertura del telescopio (m2) : longitud de onda (m) : prdidas debidas al desbordamiento de energa por el borde del detector (dB) y ab= (12) siendo: a:

45、radio del espejo del telescopio (m) b: radio del espejo secundario (m). La ganancia calculada en la ecuacin (11) representa la cantidad de energa incidente al detector. El trmino GRsupone que la antena de recepcin est situada en el campo lejano del transmisor y que la apertura y el detector son redo

46、ndos. El primer trmino de la ecuacin (11) es la ganancia de la antena clsica obtenida mediante una antena no obstruida de superficie A. El segundo trmino comprende las prdidas debidas a la obstruccin que introduce el espejo secundario de un sistema Cassegrain. En el caso de sistemas sin espejos secu

47、ndarios, el valor de b de la ecuacin (12) se hace cero y el segundo trmino de la ecuacin (11) puede despreciarse. El tercer trmino, , de la ecuacin (11) comprende las prdidas (dB), debidas al desbordamiento de la energa de la seal por el extremo del detector. Para los sistemas de deteccin directa ta

48、les como los PPM, se reduce a medida que aumenta la relacin entre el tamao del detector y la longitud focal del telescopio. Para la mayora de los valores prcticos, no ser superior a 0,5 dB. 2.6 Puntera y seguimiento La estrechez de la apertura del haz y la gran distancia de los enlaces espacio-espacio, con funcionamiento en torno a 354 THz y 366 THz imponen requisitos estrictos al sistema en cuanto a puntera y seguimiento.