Совместное использование частот в полосе 15,4–15,7 ггц фидерными линиями подвижной спутниковой службы в направлении космос–земля и воздушной радионавигационной службой и защита радиоастрономической службы в полосе 15,35–15,4 ггц

Rec. ITU-R S.1341

a) что Резолюция 116 (ВКР-95) Всемирной административной радиоконференции (Женева, 1995 г.) предусматривает проведение Сектором МСЭ-R исследований возможности и условий совместного использования частот в полосе 15,4–15,7 ГГц фидерными линиями (космос–Земля) подвижной спутниковой службы (ПСС) и воздушной радионавигационной службой;

b) что полоса 15,4–15,7 ГГц распределена воздушной радионавигационной службе на первичной основе и что применяется п. 953 (S4.10) Регламента радиосвязи (РР);

c) что ВКР-95 дополнительно распределила частоты в этой полосе фиксированной спутниковой службе (ФСС) для фидерных линий негеостационарных (НГСО) спутниковых сетей ПСС в направлении космос–Земля;

d) что в данной полосе необходимо разместить фидерные линии (космос–Земля) НГСО спутников ПСС;

e) что излучения спутников могут создавать недопустимые помехи работе станций воздушной радионавигационной службы;

f) что были определены пределы плотности потока мощности (п.п.м.) излучений негеостационарных космических станций, необходимые для защиты воздушной радионавигационной службы в соответствии с п. S5.511A Регламента радиосвязи (РР), который пересматривается Сектором МСЭ-R;

g) что считается непрактичным проводить координацию спутниковых передач со станциями воздушной радионавигации;

h) что сигналы станций воздушной радионавигации, распространяющиеся вдоль земной поверхности, могут создать вредные помехи земным станциям фидерных линий;

j) что требуется разработать методику определения координационных расстояний и дистанций разноса между земными станциями фидерных линий и станциями воздушной радионавигации, обеспечивающих защиту земных станций фидерных линий;

k) что в соответствии с п. S5.511B РР станциям, расположенным на воздушных судах, не позволено вести передачи в полосе 15,45–15,65 ГГц;

l) что эта полоса достаточно широко используется станциями воздушной радионавигационной службы, расположенными на воздушных судах, на земной поверхности и в океане;

m) что технические и эксплуатационные характеристики станций воздушной радионавигационной службы достаточно хорошо известны;

n) что технические и эксплуатационные характеристики фидерных линий точно не определены;

o) что спутниковые системы в этом диапазоне частот, как правило, не работают с малыми углами места земных станций;

p) что по вопросу, поставленному в § o, были проведены исследования;

q) что соседняя полоса 15,35–15,4 ГГц распределена радиоастрономической службе и другим пассивным службам и что требуется обеспечить их защиту от вредных помех, создаваемых излучениями космических станций (см. п. S5.511A РР);

r) что в соответствии с п. S5.340 РР запрещены все излучения в полосе 15,35–15,4 ГГц, за исключением тех, что перечислены в п. S5.341 РР;

s) что в Рекомендации МСЭ-R RA.769 указаны пороговые уровни вредных помех радиоастрономической службе,

_;

– 150 км от наземного сегмента для систем посадки самолетов (ALS);

– 600 км от бортовых радаров общего назначения воздушных судов;

– 60 км от места посадки самолетов для радиолокационных датчиков и измерительных систем;

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Полоса частот, указанная в п. 1 раздела рекомендует, меньше, чем полоса, распределенная

ПРИМЕЧАНИЕ 2. – Возможность разработки и эксплуатации фидерных линий в направлении космос–Земля с временными предельными значениями, указанными в п. 2.1 раздела рекомендует, пока еще не изучена. Более того, временные значения п.п.м., указанные в п. 2.1 раздела рекомендует, должны быть пересмотрены для обеспечения защиты ВРНС.

ПРИМЕЧАНИЕ 3. – В ходе проектирования на параметры фидерных линий ПСС в направлении Земля–космос могут быть наложены дополнительные ограничения, для того чтобы учесть пороговые уровни для защиты радиоастрономической службы, указанные в Рекомендации МСЭ-R RA.769, в соответствии с п. 7 раздела рекомендует.

- 318 -

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

1 Наземные радары (SBR)

1.1 Диаграммы направленности антенн

0,35° горизонтальная;

– Диапазон частот: 15,65–16,7 ГГц;

– Поляризация: круговая;

– Коэффициент усиления: 43 дБи;

– Максимальный уровень боковых лепестков: на 25 дБ ниже пикового усиления;

– Максимальный уровень лепестка обратного направления: на 35 дБ ниже пикового усиления;

– Возможное отклонение по вертикали: ±1,5°;

– Максимальный диапазон горизонтального сканирования: 360°.

1.1.1 Огибающая диаграммы направленности антенны по углу места

_.

1.1.2 Огибающая диаграммы направленности антенны по азимуту

.

,

,

,

1.2 Другие характеристики

1.2.1 Передача

– Частота следования импульсов: 8192 Гц

– Длительность импульса: 0,04 мкс

– Ширина полосы импульса по уровню 3,5 дБ: 25 МГц.

1.2.2 Прием

– Типичный коэффициент шума: 6,2–6,9 дБ.

2 Системы посадки самолетов (ALS)

2.1 Диаграммы направленности антенн наземных станций

Дополнительная антенна в ALC состоит из антенны угла места и азимутальной антенны.

Часть антенны ALC, являющаяся антенной угла места, используется для передачи на воздушное судно данных о вертикальном угле.

– Номинальная ширина луча по уровню 3 дБ: 1,3° по вертикали

– Диапазон частот: 15,4–15,7 ГГц

– Поляризация: горизонтальная и вертикальная

– Коэффициент усиления: 28 дБи

– Максимальный уровень боковых лепестков: на 17 дБ ниже пикового усиления в обеих плоскостях

– Максимальный диапазон сканирования по вертикали: 0°–30°.

Часть антенны ALS, являющаяся антенной азимута, используется для передачи на воздушное судно данных об азимуте:

– Номинальная ширина луча по уровню 3 дБ: 2,0° по горизонтали

– Диаграмма направленности в вертикальной плоскости ухудшена для того, чтобы достичь усиления не менее 20 дБи при угле 20 градусов над горизонтом

– Диапазон частот: 15,4–15,7 ГГц

– Поляризация: горизонтальная и вертикальная

– Коэффициент усиления: 33 дБи

– Максимальный уровень боковых лепестков: на 17 дБ ниже пикового усиления в обеих плоскостях

– Максимальный диапазон сканирования по горизонтали: ±35°.

2.1.1 Диаграмма направленности по углу места комбинированной антенны

2.1.2 Диаграммы направленности антенн по азимуту

_.

Диаграмма направленности азимутальной антенны по азимуту определяется следующим образом, где φ – относительный угол азимута (градусы):

_.

2.2 Другие характеристики

2.2.1 Передача

– Частота следования импульсов: 3334 Гц

– Длительность импульса: 0,333 мкс

– Ширина полосы импульса по уровню 3,5 дБ: 3 МГц.

2.2.2 Прием

– Типичный коэффициент шума: 8 дБ.

3 Многофункциональные радары воздушных судов (MPR)

3.1 Диаграммы направленности антенн

– Номинальная ширина луча по уровню 3 дБ: 4,5°

– Диапазон частот: 15,4–15,7 ГГц

– Поляризация: вертикальная

– Коэффициент усиления: 30 дБи

– Максимальный диапазон сканирования по горизонтали ±45°

– Максимальный диапазон сканирования по вертикали ±20°.

Диаграмма направленности антенны определяется следующим образом, где φ – относительный угол азимута (градусы):

3.2 Другие характеристики

3.2.1 Передача

– Частота следования импульсов: 800 Гц

– Длительность импульса: 2 мкс

– Ширина полосы импульса по уровню 3,5 дБ: 0,5 МГц.

3.2.2 Прием

– Типичный коэффициент шума: 8 дБ.

4 Радиолокационная система датчиков и измерений (RSMS)

Системы, использующие эти методы, широко применяются в некоторых районах мира, где они значительно повышают безопасность эксплуатации воздушных судов. Измерение высоты и степени свободы земной поверхности является одним из наиболее критичных параметров эксплуатации воздушных судов, особенно, когда их результаты используются на оконечных этапах посадки. Высокая точность и работа при отсутствии помех являются жизненно важными для обеспечения и повышения безопасности.

Системы RSMS, в основном, используются для измерений на небольших высотах, в номинале, до 1500 м. В подавляющем большинстве приложений будут использоваться антенные установки, передающие и принимающие сигналы, распространяющиеся вертикально вниз. Для снижения рассеяния и других нежелательных влияний используется уменьшение мощности пропорционально высоте над поверхностью Земли.

4.1 Характеристики RSMS

4.1.1 Передатчик

– Пиковая мощность: 30 дБмВт

– Коэффициент усиления антенны: 13 дБи, задние лепестки <5 дБи

– PRF: 58 кГц

– длительность импульса (макс.): 500 нс

– Рабочий цикл (макс.): 3%

– Ширина полосы импульса по уровню 3,5 дБ: 2 МГц.

4.1.2 Приемник

– Коэффициент шума: 6 дБ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

1 Характеристики систем воздушной радионавигации

2 Анализ

2.1 Пределы п.п.м. для наихудшего случая

п.п.м. £ –217,6 + 10 log B – 20 log l – G/T + I/N               дБ(Вт/м²) в B, (1)

где:

B : ширина полосы частот (Гц)

G/T : усиление антенны/шумовая температура (дБ)

I/N : допустимые помехи/шум (дБ)

Так как эти системы эксплуатируются в ВРНС, и считаются системами безопасности, требования к их защите могут быть более жесткими, чем для других служб. Предполагая, что предел для I/N равен –10 дБ, в результате решения уравнения (1) для параметров SBR, указанных в Приложении 1, получаем предел п.п.м., равный –146 дБ (Вт/м²) в 1 МГц. В результате решения уравнения (1) для параметров системы, указанных в Приложении 1, получаем предел п.п.м., равный –111 дБ (Вт/м²) в 1 МГц для ALS и RSMS, и равный  133 дБ (Вт/м²) в 1 МГц для MPR. Эти значения получены для максимальных значений усиления антенны рассматриваемых систем.

Предел п.п.м., равный –146 дБ (Вт/м²) в 1 МГц, предполагает использование очень больших антенн земных станций
(с диаметром более 15 м), что не может считаться практичным (см. § 2.3). Однако, наземные радары (SBR) могут работать в полосе 15,63–15,7 ГГц и это снимает ограничения с фидерных линий в полосе 15,43–15,63 ГГц.

Основная область использования MPR располагается над океанами, которые в большинстве случаев находятся за пределами координационных зон земных станций фидерных линий, и, следовательно, не будут требовать координации с земными станциями фидерных линий. Следовательно, эксплуатация MPR в полосе 15,4–15,7 ГГц будет допустима даже в том случае, когда накладываются географические ограничения (см. Приложение 3).

Система RSMS не накладывает существенных ограничений на значения п.п.м., но могут использоваться географические ограничения.

- 323 -

Предел п.п.м., равный –133 дБ (Вт/м²) в 1 МГц при низких углах места, может чрезмерно ограничить использование земных станций фидерных линий ПСС. При п.п.м., равной –127 дБ (Вт/м²) в 1 МГц, диаметры антенн земных станций могут быть вполовину меньше, чем для п.п.м. = –133 дБ (Вт/м²) в 1 МГц (см. § 2.3.) Так как MPR использует сканирующую антенну с узким лучом, помехи будут возникать в течение коротких периодов времени, когда главный луч антенны направлен на спутник. Кроме того, нормальная работа MPR не должна рассматриваться как работа

службы безопасности. Следовательно, для коротких промежутков времени может быть допустимым увеличение шума в системе на величину до 40 процентов, в результате чего получаем предел п.п.м. = –127 дБ (Вт/м²) в 1 МГц.

2.2 Пределы п.п.м. в зависимости от угла прихода сигнала

Объединив значения п.п.м., указанные в § 2.1, с функциями усиления антенны, приведенными в разделах 2 и 3 Приложения 1, получим показанные ниже пределы п.п.м., изображенные на рисунке 1, где j выражен в градусах, т. е.:

_.

FIGURE 1/S.1341...[D01] = 3 CM

2.3 Воздействие на параметры фидерной линии

где:

k : постоянная Больцмана

T : шумовая температура приемной системы (K)

B : ширина полосы (Гц), используемая для определения п.п.м.

M : запас

h : эффективность использования апертуры антенны.

Земные станции фидерных линий ПСС, как правило, проектируются так, чтобы обеспечить готовность линии связи порядка 99,99%. Для работы при углах места менее 20° (в зависимости от климатической зоны дождей, где она эксплуатируется) требования по допуску на замирания в дожде, объединенные с необходимостью поддерживать предел п.п.м. –127 дБ (Вт/м²) в 1 МГц, могут ограничить использование земных станций фидерных линий ПСС в полосе частот 15,43–15,63 ГГц.

Подставив в уравнение (2) значения (C/N)_t = 12 дБ, T = 24 дБ(K), a h = 0,6 и значения п.п.м. = –127 дБ (Вт/м²) в 1 МГц, п.п.м. = –133 дБ (Вт/м²) в 1 МГц и п.п.м. = –146 дБ (Вт/м²) в 1 МГц, получим следующие значения D:

2.4 Помехи от НГСО спутников радиоастрономическим приемникам в полосе 15,35–15,4 ГГц

В Рекомендации МСЭ-R RA.769 указаны пороговые уровни вредных помех радиоастрономической службе, работающей на первичной основе в полосе 15,35–15,4 ГГц. Это следующие уровни –156 дБ (Вт/м²) в 1 МГц и

Уровни внеполосных излучений фидерных линий должны учитывать потребности радиоастрономической службы, работающей в полосе 15,35–15,4 ГГц.

3 Резюме

1 Характеристики системы воздушной радионавигации

2 Координационные расстояния

2.1 Анализ

D_c = D_fsl + D_oth + D_as               км, (3)

где:

D_fsl : общее расстояние радиопередачи прямой видимости (км)

D_as : расстояние от места посадки воздушного судна (км) (применимо для ALS и RSMS)

D_fsl = (2r h₁)^0,5 + (2r h₂)^0,5               км, (4)

где:

h₁ : высота станции ВРНС (км)

h₂ : высота земной станции фидерной линии (км)

- 326 -

L_oth = E_eff /MГц + 168,6 – L_fsl + G (j) – 10 logT – I/N         дБ, (5)

где:

L_oth : потери за счет распространения за горизонт, добавленные к величине L_fsl (дБ) (эта функция показана далее и на рисунке 2, полученном из 5%-х функций для 15 ГГц, приведенных в Рекомендации МСЭ-R P.528; т. е. для потерь, превышаемых в течение 95% времени)

L_fsl : потери в свободном пространстве, вычисленные для D_fsl (дБ)

G(j) : усиление антенны фидерной линии как функция угла j над горизонтом (дБи)

T : шумовая температура земной станции (K)

I/N : допустимое отношение помеха/шум для земной станции фидерной линии (дБ).

Значения D_oth для некоторых значений L_oth определяются из следующей таблицы 2:

Значения D_oth, соответствующие значениям L_oth, расположенным между указанными в таблице 2, определяются в результате интерполяции:

D_oth = D_ith + 25 [(L_oth – L_ith) / (L_jth – L_ith)]                км, (6)

где:

L_jth : ближайшее значение L_oth в таблице, относительно L_oth, определенного из уравнения (5)

2.2 Вычисленные координационные расстояния

Если горизонтальная плоскость совпадает с боковыми лепестками антенны земной станции, то:

L_oth (дБ) = 87,2 – 25 log j         для ALS (7)

L_oth (дБ) = 75,0 – 25 log j         для MBR.

Огибающая боковых лепестков диаграммы направленности считается равной 29 – 25 log j (дБи), где j выражается в градусах.

- 327 -

Результаты, полученные при использовании уравнения (7) для определения L_oth, при расчете соответствующих расстояний из уравнений (6) и (3), показаны в таблице 4 для ALS и MPR. Расстояния для RSMS лежат в пределах расстояния прямой видимости.

ТАБЛИЦА 3

Параметр	ALS	MBR	RSMS
h1 (км)	0,01	15	1,5
h2 ( км)	0,01	0,01	0,01
Dfsl (км)	26	518	25(1)
Das (км)	0	0	40
Lfsl (дБ)	145	171	Неприменимо
10 log T (дБ(K))	24	24	24
I/N (дБ)	–10	–10	–10
Eeff /MHz (дБВт)	48,2	62	–13,1
Loth (дБ)	69,7	57,4	0
Doth (км)	129	77	0
Dc (км)	155	595	65
(1) Эти результаты получены для распространения в свободном пространстве и для угла прихода луча на земную станцию = 3,2°.

ТАБЛИЦА 4

Основной режим работы MPR – над поверхностью океана, т. е. в большинстве случаев за пределами зоны 600 км от земных станций фидерных линий, и в этом случае координация не потребуется. Если бы земные станции фидерных линий располагались внутри этой зоны, области работы над поверхностью океана были бы расширены.

3 Факторы снижения уровня помех, позволяющие уменьшить расстояние разноса
в пределах координационного порогового расстояния

– Как правило, ширина луча антенны земной станции фидерной линии не превышает 1°, и эта антенна работает при углах места более 5°. Следовательно, может быть достигнута значительная развязка антенны земной станции относительно мешающих сигналов, создаваемых наземными станциями.

– Наземные станции воздушной радионавигации могут обеспечить дополнительную развязку антенны, зависящую от их эксплуатации. Это, в частности, верно для ALS, где в пределы сканирования по горизонтали не попадают азимуты на земные станции (см. Приложение 1).

– Использование искусственно сооружаемых насыпей, специально созданных вокруг антенн(ы) земной станции фидерной линии для обеспечения дополнительной развязки приемной системы земной станции фидерной линии.

– При выборе места расположения земной станции фидерной линии необходимо учитывать естественные препятствия рельефа местности, которые способны повысить потери на пути распространения.

FIGURE 2/S.1341...[D02] = 3 CM

4 Резюме

– Описанный выше метод может использоваться также в ходе координации совместно с другими методами для облегчения задачи минимизации расстояний разноса.

– При ограничении угла места значением 5°, при котором только боковые лепестки антенны земной станции фидерной линии направлены к горизонту, для ALS является приемлемым координационное расстояние, измеренное от посадочной поверхности, равное примерно 150 км, а для RSMS – 60 км.

– Радары MPR могут работать без координации на расстояниях более 600 км от земной станции фидерной линии (например, над морскими поверхностями).