1、ITU-R F.1820建議書為保護47.2-47.5 GHz和47.9-482 GHz頻段鄰國的固定業務,提供無線固定接入業務的咼空平臺電臺在國際邊界處的功率通量密度值ITU-R 212/9 號課題(2007年)范圍為了保護47.2-47.5 GHz和47.9-48.2 GHz頻段鄰國主管部門的傳統固定業務電臺，本建議書提供 了高空平臺電臺HAPS同信道干擾的功率通量密度pfd值。首字母縮拼詞UAC 城區覆蓋SAC郊區覆蓋RAC農村地區覆蓋ITU無線電通信全會，考慮到a使用同溫層高空平臺電臺HAPS的新技術正在得到開發；b1997年世界無線電通信大會WRC-97設計將47.2-47.5 GH

2、z和 47.9-48.2 GHz頻段用 于HAPS部署的同為主要業務的固定業務；cITU-R F.1500建議書含有在47.2-47.5 GHz和48.2-48.5 GHz頻段方案將用于 HAPS的固 定業務系統的特性；d盡管部署HAPS的決定可以在國家的根底上做出，但是這種部署可能會影響到鄰國主 管部門，特別是對小國而言，做出建議1為保護47.2-47.5 GHz和47.9-48.2 GHz頻段鄰國主管部門的傳統固定業務電臺不受同信道干擾，根據附近1中所述方法，在47.2-47.5 GHz和47.9-48.2 GHz頻段工作的HAPS不得在 一主管部門邊界以外的地表超過以下功率通量密度值，除

3、非受影響的主管部門在通知HAPS時已經提供了明確的同意意見：在0 - -3時，：為-1412dB(W/(m2 MHz)在3二乞13 時，：為-141 2.0C- 3)2dB(W/(m MHz)在13 < -90 時，：為-1212dB(W/(m MHz)其中二為地球水平面上方的到達角附件1為保護47.2-47.5 GHz和47.9-482 GHz頻段鄰國的固定業務,確定提供無線固定接入業務的高空平臺電臺在國際邊界處的功率通量密度值的方法1 引言本附件描述為保護47.2-47.5 GHz和47.9-48.2 GHz頻段鄰國主管部門的傳統固定業務電臺而制定的在國際邊界處利用 HAPS提供無線

4、固定業務的功率通量密度(pfd )值，同時根據ITU-R F.1500建議書中的特性，描述了國際邊界處 HAPS的功率通量密度(pfd)值。2 系統特性2.1高空平臺系統此分析中使用的參數見ITU-R F.1500建議書及以下內容：表1HAPS覆蓋區覆蓋區域仰度 (度)地面距離(21公里處的平臺)(公里)UAC90-300-36SAC30-1536-76.5RAC15-576.5-203表2平臺電臺發射機參數與下述各處的通信發射機功率(dBW)天線增益(dBi)(1)UAC1.330SAC1.330RAC3.538(UAC)關口站035(SAC)關口站9.738最大天線增益。2.2 天線輻射圖

5、平臺天線的天線輻射圖符合ITU-R S.672建議書。2.3 大氣衰減大氣衰減公式出自ITU-R F.1501建議書。就干擾分析而言，只有最小衰減公式相關，因 此，選擇了 47.2 GHz高空區域的公式來提供最差情況分析。Ah h, ®= 46.70/11 +0.6872 B + 0.03637 O2 -0.001105+0.8087x 10? 94h0.24720.1819 O h2 0.048580.03221 O當二度為地面電臺相對于HAPS平臺的仰角，h 公里為海平面上方地面站的高度時， 公式對于0 < h < 3 km和0； 90的情形有效。對于0以下的實際仰角

6、而言，應采用 0的衰減。2.4 干擾情形假設干擾情形如圖1所示。在此情況下，接收HAPS發射的干擾信號的一相鄰主管部門的 固定業務電臺位于HAPS覆蓋范圍內或超出其邊緣。對發自 HAPS所載的所有發射機的HAPS 集總干擾信號都予以計算，以提供一個 pfd限制。圖1干擾情形i、.g：iUAC、SAC和RAC分別描述了 HAPS對城區、郊區和農村地區的覆蓋。預計在地面站接收機處收到的pfd可由ITU-R SF.1481-1建議書中使用的等式2計算：2 2fdr 二 P Gt -Ltf -La -Lp -10 log B -10 log 4二d2 -60 dBW/m2 MHz其中：2fdr： 為預

7、計接收載波的pfd (dB(W/(m MHz)P：發射輸出功率(dBW)B：發射輸出帶寬(dBMHz)Gt:發射天線增益(dBi)Ltf:天線饋線損耗(dB)Gr:接收天線增益(dBi)La： 一特定仰角的大氣吸收(dB)Lp:因其它傳播影響造成的衰減(dB):波長(m)d: HAPS與地面接收機之間的距離(km)。固定業務電臺的容許pfd水平可從固定業務電臺的典型特性推斷出來，如表3所示(ITU-R F.758-4建議書，表 27)：表3FS接收機參數最大天線增益(dBi)46天線直徑(m)0.9接收機噪聲系數(dB)5調制256 QAM頻段(GHz)接收機IF帶寬(MHz)50標稱長期干擾

8、(dBW)-132推算的干擾標準(dB(W/MHz)-149圖3中的干擾標準主要反映了接收機溫度噪聲負 10 dB標準，該標準確保對技術等信噪比 不得高于0.4 dB。為估算pfd限值起見，應計算擁有同樣天線增益的理想天線的有效孔徑。將 公式用于理想天線：D有效= - 100.05GfsJI其中D為理想天線有效孔徑的直徑，Gfs為最大實際天線增益，/為發射的RF的波長。HAPS平臺波束中心干擾的pfd限值可確定為：PFD限值=(干擾_標準)-10log二D有效4=(干擾 _ 標準)-Gfs 10 log2=-140.02 dB(W/(m2 MHz)為計算HAPS平臺的集總干擾水平起見，首先必須

9、計算天線陣排列因數，以便取得公式 5中的有效發射天線增益Gt。計算天線陣排列因數時，假定 HAPS天線的陣排列為半球外表的六角網絡，同時考慮到，既使最小仰角為零度，天線陣排列仍不能覆蓋整個半球，因此這種計算與pfd限制的上限相符合。一個更為簡單的假設為，利用增益更低的 SAC天線來取代所有其它RAC天線，除 直接朝向受干擾的地面接收機的天線以外。這一假設增加了相鄰同信道波束耦合，因為有更 低增益的天線有更高的旁瓣。根據ITU-R F.1500建議書，采用了 7頻段再使用方案。圖2和圖3利用表3中的參數，顯示了 HAPS平臺天線陣排列因數計算之例，但例外情況 是，UAC和SAC天線增益被允許不同

10、于以下的10 dB，表3中所列的值可以沒有變化。天線總數顯然取決于單個天線的波束寬度；波束越寬數目越小。這一點在圖2中有所顯示。天線陣排列中的天線數目在計算中由單個天線的波束寬度確定，因為波束之間有-3 dB的波束寬度間隔，以取得最理想的統一覆蓋。因此單天線增益越低，天線數目越少。如果天線陣排列中的所有天線的增益相同，那么大約：天線數1 -sinr仰角1 cos其中角為天線陣排列的最小仰角，板束寬度為單個天線的-3 dBi波束寬度。可以看到，單個天線增益越大，半波束寬度越小，因此需要更多的天線數目來提供-3 dB覆蓋。如果使用的天線較少，那么在-3 dBi水平以下時相鄰波束將進行截取，從而造成

11、邊緣覆蓋較差。圖2中的數目來自于實際模擬，因此與上述公式略有不同。在計算圖3中的天線陣排列因素時，除了指向固定業務地面電臺的天線的波束中心發射 量外，將其它天線旁瓣的所有發射量全部相加，之后用波束中心天線的增益去除。使用了天 線陣排列因素后，可以通過由天線增益替代單天線增益來計算單天線等式5的pfd,再乘以天線陣排列因素得出。由于計算出的天線陣排列因素約為1.1,這意味著有效單天線增益應約為11 000,或為40.4 dBi。更具體而言：無3化天線陣排列因數=°-G°0其中，G00與直接指向固定業務電臺的 HAPS天線的波束中心增益相對應，而剩余的n覆蓋了所有其它同信道天線

12、。同信道天線的天線增益在適當角度為旁瓣增益。8(H)° 20/一圖2天線數量與單天線增益6004002()0222426單天線埋苔K2O-r»2.O920廠/、'/A/2224262S30lftM-05圖3天線陣排列因數與單天線增益1.105圖2反映出這樣一個事實，隨著UAC/SAC天線增益的增加，其波束寬度減少，因此波束 總數亦相應增加，平臺網絡能力隨之提高。在圖3中，計算出的天線陣排列因素均群集在 1.1周圍，無論單天線增益如何。這是合理 的，因為天線陣排列的7:1頻率再使用安排減少了來自相鄰同信道天線的同信道干擾。在等 式(5)中，天線陣排列因數將發射天線增益

13、增加了 0.4 dB。計算出的pfd限制見圖4。該pfd限制主要從等式(5)得出，方法為，用1中描述的有效單天 線增益取代單天線增益Gt。HAPS天線與固定業務地面電臺之間的距離利用適當的球面幾何 從最低點遠距離確定。、圖4Pfd限值與HAPS平臺最低點的距離-100-140501002 0030044)0500與屋低點的距離(舍動1能阿-160在上述計算中，假設有一個11 MHz的發射帶寬和5dB的組合電纜/饋線損耗。對于距最 2低點50公里至500公里的距離而言，計算出的pfd在-84 dB(W/(m MHz)和 -144.2 dB(W/(m2 MHz)的范圍內，較大的數字與距最低點 50

14、公里的距離相對應。當 HAPS RAC覆蓋的最大范圍大于470公里時，pfd限制就低于固定業務的pfd干擾限制。當距離大于 200公里時，pfd急劇減少，說明大氣衰減迅速增加。與 200公里距離相對應的最低點仰角約 為5°上述計算的根底為以下假設，即，受到干擾的固定業務地面電臺處于水平面。由于大 氣衰減的緣故，水平面以上的固定業務地面電臺收到的干擾將更高。方案用于RAC的HAPS包括一個20 dB的雨致衰減余量；因此可以通過在晴空條件下減少20 dB發射功率的方法來使用自動下行鏈路功率控制，以減少波束中心對固定業務電臺的干 擾，同時假設固定業務電臺指向 HAPS平臺。通過關閉直接指向

15、固定業務電臺的RAC波束，可以減少對波束中心另10 dB的干擾水平。這仍然要求固定業務電臺至 HAPS平臺最低點的距 離大于260公里。固定業務電臺亦可通過指向遠離 HAPS平臺來減少來自該平臺的干擾。如果 固定業務電臺天線波束寬度極小(> 1°，這可以實現，雖然HAPS平臺的平臺保持往往比GSO 衛星的平臺保持要寬松一些，如果固定業務天線指向與HAPS的標稱位置太近的話。但是，一固定業務天線通常水平地指向另一遠處的固定業務天線，而HAPS平臺天線的最小仰角約為4°因此進行干擾的HAPS天線仰角和固定業務天線仰角之間的差本身就可至少減少25 dB的干擾信號。對固定業務

16、天線的環境屏蔽亦可幫助進一步減少偏離波束中心的干擾。圖5中的實心曲線描述了計算出的pfd限制，這是從固定業務電臺角度看到的 HAPS平臺 的仰角的函數。虛線曲線顯示減去 20 dB雨致衰減余量后的相同限制。請注意，計算出的 pfd 限制(20 dB)對于13°以上的角度而言相對平緩，而在對3°以下的仰角會突然減少。-200一2 m ；r *tF«¥圖5Pfd限值與仰角-120-140-160-18005102C帕h呦圖6大氣衰減與仰角30201010203040 瑪 閃 7080 知仰世(度)1S2U-O6圖6描述了因47.2-48.2 GHz頻段的大氣

17、氣體而造成的最低傳播衰減差異，根據 ITU-R F.1501建議書，這是從固定業務電臺看到的HAPS平臺的仰角的函數。這說明，大氣衰減仍然不大90°時為0.57 dB, 22.5時為1.9 dB或最低點處為 50公里，直至仰角降至 13°以下衰減=3.4 dB，距最低點的距離為90公里，在此時，衰減幾乎呈指數增加，在 0.154處到達42.2 dB的值距最低點的距離約為 500公里。在3°處距最低點的距離為 280公里，大氣衰減為13.9 dB。請注意，隨地面電臺高度的增加，大氣衰減迅速減少。 在高度10公里以上時，在距最低點76公里至200公里處，大氣衰減的差異從 0.47 dB至1.22 dB 不等。3為保護固定業務而提出的國際邊界 HAPS pfd限值在此項研究的根底上，特提出建議：為保護 47.2-47.5 GHz和47.9-48.2 GHz頻段鄰國主管 部門的傳統固定業務電臺不受同信道干擾起見，在47.2-47.5 GHz和 47.9-48.2 GHz頻段工作的HAPS不得在一主管部門邊界以外的地表超過以下功率通量密度值，除非受影響的主管部門 在通知HAPS時