BT-7 — Renseignements sur l'évaluation des demandes de coordination transfrontalière pour les systèmes terrestres dans les gammes de fréquences VHF et UHF

1re édition, mai 2013
Bulletin technique

Affiché sur le site Web d'Industrie Canada :  le 30 mai 2013

Table des matières

  1. Introduction
  2. But
  3. Évaluation des demandes de coordination transfrontalière des fréquences
  4. Analyse initiale de la CEM
  5. Analyse approfondie des conflits possibles
  6. Considérations additionnelles

1. Introduction

Dans les bandes de fréquences UHF (406.1–430 MHz et 450–470 MHz) et VHF (138–144 MHz et 148–174 MHz) allouées au service mobile, les fréquences sont coordonnées selon le principe du premier arrivé, premier servi. Chaque année, Industrie Canada reçoit un grand nombre de demandes de coordination de la Federal Communications Commission et de la National Telecommunications and Information Administration. L'analyse de chaque demande s'appuie sur des critères techniques et sur le brouillage qui pourrait être causé aux stations canadiennes existantes qui se situent dans la région transfrontalière et dont les fréquences ont préalablement été coordonnées.

2. But

Le présent bulletin fournit une description du processus utilisé par Industrie Canada pour l'évaluation des demandes de coordination transfrontalière des fréquences terrestres VHF et UHF.

3. Évaluation des demandes de coordination transfrontalière des fréquences

L'évaluation des demandes de coordination transfrontalière des fréquences s'effectue selon un processus en deux étapes. L'analyse initiale de compatibilité électromagnétique mobile terrestre (CEM MT) est réalisée à l'aide du programme d'ordinateur CEM MT d'Industrie Canada; ce programme permet de déceler la présence de conflits possibles selon le pire des scénarios, c.–à–d. de grandes limites de sélection de distances et l'utilisation du modèle d'affaiblissement de trajet en espace libre.

Les limites de sélection par défaut de l'analyse des fréquences VHF et UHF utilisées par le programme CEM MT pour déceler les conflits possibles sont présentées dans le tableau 1 ci–dessous.

Tableau 1 — Limites de sélection de l'analyse des fréquences VHF et UHF
Distance (km) Espacement des fréquences (kHz)
240 ±35

La première étape fournit une vue d'ensemble de l'environnement radio canadien sur lequel la station proposée aux États–Unis peut avoir un impact. Grâce aux grandes limites de recherche, nous cernons toutes les situations exceptionnelles dans lesquelles des conflits peuvent être présents au–delà des distances typiques entre des stations utilisant le même canal. Ces situations peuvent inclure de vastes zones d'opérations pour les stations des États–Unis, du Canada ou des deux pays (compte tenu du fait que la distance est mesurée entre les centres d'opérations) et des conditions de visibilité directe sur le sommet d'une montagne. Chaque CEM est examinée manuellement, et nombre de conflits possibles répertoriés à de grandes distances peuvent être écartés rapidement compte tenu des caractéristiques techniques et opérationnelles des stations étudiées.

S'il ne reste aucun conflit possible après le premier examen, la demande de coordination sera alors approuvée, et aucune analyse subséquente ne sera requise, car l'analyse initiale repose sur de grandes limites de sélection de distances et sur le modèle d'affaiblissement de trajet en espace libre, représentant le pire scénario d'une éventualité de propagation.

Cependant, si des conflits sont découverts, la deuxième étape du processus comportera alors une analyse en profondeur de chacun des conflits possibles au moyen de paramètres plus précis pour déterminer si l'affaiblissement du signal qui atteint les récepteurs brouillés est supérieur à l'affaiblissement présumé lors de l'analyse initiale et s'il est suffisant pour permettre la coexistence des deux systèmes.

La section 4 du présent document décrit les paramètres utilisés dans l'analyse initiale CEM MT, tandis que la section 5 fournit des informations sur les paramètres utilisés dans l'analyse approfondie des divers conflits.

4. Analyse initiale de la CEM

L'analyse initiale de la CEM est effectuée en calculant l'intensité du signal brouilleur qui atteint la station réceptrice brouillée et en la comparant avec l'intensité du signal minimal du récepteur et le rapport requis entre le signal utile et le signal brouilleur. L'intensité du signal brouilleur est calculée en utilisant l'équation suivante :

PIN = PAR – AFFT – EHV + GR – LR

où :

PIN = intensité du signal brouilleur au récepteur, en dBW
PAR = puissance apparente rayonnée de l’émetteur, en dBW
AFFT = affaiblissement de trajet en espace libre, en dB
EHV = élimination hors voie, en dB
GR = gain de l’antenne du récepteur, en dBd
LR = affaiblissements totaux de réception, en dB

L'équation de la PAR est :

PAR = PT + GT – LT

où :

PT = puissance d'émission, en dBW
GT = gain d'antenne de l'émetteur, en dBd
LT = affaiblissements totaux d'émission, en dB

Affaiblissement sur le trajet (AFFT)

L'affaiblissement de trajet en espace libre sert en général à déterminer l'intensité de l'affaiblissement du signal entre des antennes émettrice et réceptrice assez hautes (plus de 20 m ), à proximité (moins de 5 km) l'une de l'autre et dans un endroit où une zone dégagée à visibilité directe est prévue. Un affaiblissement de trajet en espace libre est cependant utilisé dans l'analyse initiale CEM MT pour toutes les distances puisqu'il représente l'affaiblissement minimum possible, et on considère que l'analyse est très conservatrice. Par conséquent, si aucun conflit n'est décelé au moyen de l'équation de propagation de l'affaiblissement de trajet en espace libre, il est peu probable qu'un conflit soit repéré à l'aide d'une analyse détaillée qui tient compte de facteurs supplémentaires d'atténuation du signal.

Le calcul de l'affaiblissement de trajet en espace libre repose sur l'équation suivante :

AFFT = 28,2 + 20 Log F + 20 log D

où :

F = fréquence de l'émetteur, en MHz
D = distance entre les stations émettrice et réceptrice, en km

Élimination hors voie (EHV)

Pendant la réalisation de l'analyse initiale CEM MT, le programme tient compte des valeurs de l'élimination hors voie (EHV). La valeur EHV est une intensité d'affaiblissement utilisée pour compenser la réduction de la puissance à un espacement des fréquences, ∆ƒ, entre les fréquences de l'émetteur brouilleur et du récepteur brouillé, car la puissance n'entrera pas toute dans le filtre du récepteur.

Parfois, l'EHV est aussi appelé puissance de couplage des canaux adjacents (PCCA) ou rejet en fonction de la fréquence (RFF).

Pour ∆ƒ ≤ 35 kHz, l'EHV est calculé selon l'équation suivante :

\[EHV (\Delta f)=10 log_{10} \left( \frac { \int\limits_{-\infty}^{\infty} P (f) df} { \int\limits_{-\infty}^{\infty} \bigg[ P(f) \times |H(f+\Delta f)|^{2} \bigg] df} \right) dB \]

où :

P(ƒ) = densité spectrale de puissance (PSD) de l'émetteur, en W/Hz
|H(ƒ)|2 = amplitude de la réponse en fréquence au carré du récepteur
∆ƒ = espacement des fréquences entre le récepteur brouillé et l'émetteur brouilleur.

Lorsqu'un récepteur (RX) et un émetteur (TX) utilisent un même canal (∆ƒ = 0), la majeure partie de la puissance de l'émetteur est reçue par le récepteur brouillé, si on suppose que les deux ont les mêmes largeurs de bande, comme le montre la figure 1. Lorsque cela se produit, l'EHV est de zéro.

Figure 1 : Exemple de PCCA dans un même canal
Exemple de PCCA dans un même canal [Description de la figure 1]

L'EHV n'est pris en considération qu'en présence d'un espacement des fréquences entre l'émetteur et le récepteur. Dans ces cas, le récepteur ne reçoit pas toute la puissance de l'émetteur en raison des propriétés des émissions transmises et de la réponse en fréquence du filtre du récepteur, comme le montre la figure 2.

Figure 2 : Exemple de PCCA hors canal
Exemple de PCCA hors canal [Description de la figure 2]

La PCCA devient le principal mécanisme de brouillage lorsque la puissance de la porteuse brouilleuse étalée par la modulation commence à entrer dans la bande passante du récepteur brouillé.

Les valeurs de l'EHV utilisées par le programme CEM MT reposent sur un ensemble de courbes et représentent seulement la source de brouillage dominant à des espacements de fréquences précis. À l'intérieur des espacements des fréquences de 35 kHz, le brouillage dominant est attribuable à la puissance de couplage des canaux adjacents. Diverses courbes existent selon la nature tant du signal émis que du signal prévu au récepteur, comme :

  1. un signal analogique par rapport à un signal numérique;
  2. des largeurs de bande des canaux de 30 kHz, 25 kHz, 15 kHz, 12,5 kHz, 7,5 kHz et 6,25 kHz.

Les courbes EHV proviennent de mesures physiques réelles effectuées par Industrie Canada qui sont généralement harmonisées avec les valeurs fournies dans le Telecommunications Systems Bulletin TSB–88–BNote de bas de page 1, Wireless Communications Systems — Performance in Noise and Interference — Limited Situations — Recommended Methods for Technology — Independent Modeling, Simulation, and Verification. Les courbes EHV sont valides pour des signaux dont les largeurs de bande nécessaires sont d'au plus 16 kHzNote de bas de page 2.

Seuil de brouillage (PSeuil)

L'intensité du signal brouilleur au récepteur (PIN), calculée au moyen de l'équation susmentionnée, est ensuite comparée au seuil de brouillage (PSeuil). Le seuil de brouillage est la puissance maximale de brouillage qui peut atteindre le récepteur sans être préjudiciable. Il tient compte du bruit ambiant et du rapport entre le signal utile et le signal brouilleur (D/U) d'une source de brouillage unique, et il peut être calculé selon l'équation suivante :

PSeuil = Pmin – D/U

où :

PSeuil = seuil de brouillage, en dBW
Pmin = intensité du signal utile minimal, en dBW (en fonction du bruit ambiant)
D/U = rapport entre le signal utile et le signal brouilleur, en dB

Bruit ambiant

Selon l'emplacement du récepteur et de son bruit ambiant, l'intensité du signal utile minimal (Pmin), ou l'intensité du signal de travail du récepteur, sera réglée selon l'intensité indiquée dans le tableau 2.

Tableau 2 — Intensité du signal utile minimal en fonction de l'emplacement du récepteur
Bande (MHz) Zone rurale (dBW) Zone suburbaine (dBW) Zone urbaine (dBW)
138 – 174 – 148 – 141 – 132
406 – 470 – 146 – 145 – 138

Les intensités du signal utile minimal indiquées au tableau 2 sont utilisées dans l'analyse initiale de la CEM lorsque l'affaiblissement sur le trajet est calculé en fonction du modèle de propagation en espace libre et qu'aucun autre affaiblissement de propagation n'est pris en considération. Par ailleurs, lorsqu'une analyse approfondie est réalisée, nous fondons l'évaluation sur le « signal brouilleur maximal » de –146 dBW, comme le précise la section 5.

Rapport entre le signal utile et le signal brouilleur

Le programme CEM MT utilise aussi les rapports entre le signal utile et le signal brouilleur (D/U) indiqués dans le tableau 3 ci–dessous.

Tableau 3 — Rapport D/U utilisés par le programme CEM pour les bandes VHF et UHF
Caractéristiques du signal Rapport D/U (dB)
Analogique à large bande 5
Analogique à bande étroite 7
Numérique à bande étroite 7

Les rapports D/U pour les émetteurs analogiques reposent sur les valeurs moyennes D/U enregistrées pendant les essais EHV pour divers types de conflits, tandis que le rapport D/U pour les émetteurs numériques est établi en fonction de la valeur trouvée dans le TSB–88–B.

Conflit

L'analyse CEM MT initiale signale un conflit possible si l'intensité du signal brouilleur au récepteur (PIN) calculée est supérieure au seuil de brouillage (PSeuil), c.–à–d. si PIN > PSeuil. Dans de tels cas, une analyse approfondie peut être nécessaire.

5. Analyse approfondie des conflits possibles

Lorsque l'analyse initiale CEM MT révèle un ou plusieurs conflits possibles, une analyse approfondie de chaque conflit possible est réalisée à l'aide de paramètres plus précis. Industrie Canada a développé, un outil informatique sur la plateforme MapInfoNote de bas de page 3 qui permet à l'utilisateur de prédire avec une précision accrue un affaiblissement sur le trajet aux fréquences VHF et UHF en tenant compte de facteurs supplémentaires. Son principal élément comprend une base de données topographique qui tient compte du terrain entre deux points.

Programme CRC–Predict

Industrie Canada utilise le modèle de propagation CRC–Predict pour modéliser l'affaiblissement sur le trajetNote de bas de page 4. Cet affaiblissement de base est établi à l'aide du modèle de propagation en espace libre. Puis, l'affaiblissement causé par la variation du terrain est ajouté. Pour ce faire, le programme CRC–Predict calcule à la fois l'affaiblissement de diffraction et l'affaiblissement par diffusion troposphérique entre deux points. La valeur la plus grande des deux types d'affaiblissement est ensuite ajoutée à la valeur de l'affaiblissement en espace libre. Ensuite, le facteur K (afin de prendre en compte la réfraction), la variabilité temporelle et la variabilité spatiale sont inclus dans les calculs.

Le programme CRC–Predict v3.2.1 est la version utilisée par les agents de gestion du spectre.

Données de terrain

On utilise la base de données topographique Données numériques d'élévation du Canada (DNEC) pour déterminer les variations d'élévation terrestre entre l'émetteur et le récepteur, en utilisant le niveau moyen de la mer comme référence. Les données sont compatibles avec les Digital Terrain Elevation Data (DTED) des États–Unis. Les coordonnées reposent sur les données de référence horizontale du Système de référence nord–américain de 1983 (NAD83).

La nature du terrain, p. ex. sol nu, forêt, marais, marécage, arbres et eau, de même que le développement urbain en général, est aussi incluse dans le profil de terrain et prise en considération dans les calculs d'affaiblissement sur le trajet.

Au Canada, et jusqu’à 400 km de la frontière sur le territoire des États–Unis, le logiciel d'Industrie Canada utilise une résolution de grille de 100 m pour les données de terrain. De plus, au Canada, pour des latitudes allant jusqu'à 56°, on peut aussi obtenir des données de terrain dont la résolution de grille est de 30 m. Par contre, au fil des améliorations technologiques constantes et de la disponibilité des versions révisées des bases de données ayant une meilleure résolution, on prévoit que des données plus précises seront incorporées dans les prochaines versions du programme CRC–Predict.

Variabilité temporelle et spatiale et facteur K

La variabilité temporelle est à l'origine des variations de la réfraction et des perturbations atmosphériques. Pour des distances de séparation émetteur/récepteur supérieures à 50 km, la variabilité temporelle est importante. Pour l'analyse de brouillage, la variabilité temporelle est fixée à 10 %.

Le facteur K, qui dépend aussi des conditions atmosphériques, est le rapport du rayon terrestre apparent par rapport au rayon terrestre réel. Le facteur K généralement utilisé dans la propagation est 4/3, et il repose sur la réfraction atmosphérique normale. Le facteur K standard de 4/3 est utilisé dans l'analyse de brouillage effectuée par le programme CRC–Predict.

La variabilité spatiale tient compte des variations de l'affaiblissement sur le trajet d'une cible mobile. Comme la plupart des demandes de coordination portent sur le profil de propagation entre deux stations de base à des emplacements fixes, la valeur médiane de 50 % est utilisée dans l'analyse.

Signal brouilleur maximal

Une intensité maximale permissible du signal brouilleur reçue de –146 dBW est utilisée pour l'analyse des conflits possibles à l'aide du programme CRC–Predict. Par contre, lorsque l'analyse effectuée par le programme d'Industrie Canada indique encore la présence d'un conflit de brouillage possible, d'autres facteurs peuvent être examinés, notamment une zone urbaine par rapport à une zone suburbaine et un système de sécurité publique par rapport à un système de téléappel.

Paramètres de l'antenne et du système

Le programme d'Industrie Canada permet à l'utilisateur d'entrer la hauteur, le gain et la polarisation des antennes de l'émetteur et du récepteur, ainsi que la puissance d'émission et les affaiblissements du système, de façon à prendre en considération ces paramètres lors de la réalisation d'une analyse de brouillage. Dans le programme, les gains d'antenne sont fondés sur des sources isotropes; par conséquent, une conversion en unité dBi peut être nécessaire. Il est à noter que les gains d'antenne indiqués tant dans la base de données d'Industrie Canada que dans celle de la Federal Communications Commission (FCC) sont en dBd pour des fréquences inférieures à 960 MHz et en dBi pour des fréquences d'au moins 960 MHz. En revanche, les gains d'antenne indiqués dans la base de données de la National Telecommunications and Information Administration (NTIA) sont en dBi pour toutes les fréquences. Les gains d'antenne exprimés en unité dBd sont fondés sur l'utilisation d'antennes dipolaires. Afin de convertir un gain d'antenne en dBd à un gain d'antenne en dBi, il faut ajouter 2.15 dB à la valeur en dBd.

Point à point plutôt que point à zone

Le programme d'Industrie Canada permet à l'utilisateur d'effectuer une analyse de l'affaiblissement sur le trajet soit point à point, soit point à zone. Lorsque l'on tient compte de deux stations fixes, l'analyse point à point devrait être effectuée. Par contre, pour une analyse de l'impact d'une station fixe sur une station mobile, l'analyse point à zone devrait être effectuée pour l'évaluation de l'impact de la nouvelle station fixe sur l'ensemble de la zone d'opérations de la station mobile.

Modèles de propagation

Le programme CRC–Predict est le modèle de propagation de référence utilisé pour l'analyse de brouillage. Toutefois, les agents de gestion du spectre ont aussi accès à d'autres modèles, comme le modèle de Longley–Rice et le modèle Okumura–Hata–Davidson. Ces modèles de propagation sont disponibles par le biais du programme d'Industrie Canada, dans MapInfo.

On a constaté, à Industrie Canada, que les États–Unis utilisaient le modèle de propagation de Longley–Rice, qui est fondé sur un terrain onduleux. Par ailleurs, le programme CRC–Predict est fondé sur un modèle de propagation de la diffraction sur une arête en forme de lame de couteau. La différence entre les deux modèles de propagation peut expliquer les petites variations entre les résultats des analyses de brouillage effectuées au moyen du modèle de Longley–Rice par rapport au programme CRC–Predict.

6. Considérations additionnelles

Industrie Canada tient compte de divers facteurs pour effectuer l'analyse de brouillage lors de l'évaluation des demandes de coordination transfrontalière des fréquences pour les systèmes terrestres dans les gammes de fréquences UHF et VHF. En plus des facteurs étudiés dans le présent document, Industrie Canada tiendra aussi compte de tout autre facteur pertinent, fourni soit par la NTIA, soit par la FCC, qui pourrait influer sur l'analyse de brouillage. Par exemple, le diagramme d'une antenne très directive pourrait être pris en compte, s'il était fourni.

Enfin, Industrie Canada travaille à améliorer nos outils en vue d'accroître la précision de l'analyse de brouillage.

Le directeur général,
Génie de la planification et des normes



space to insert signature
MARC DUPUIS


Notes de bas de page

Note de bas de page 1

TSB–88 est un standard de la TIA. Pour information sur les standards de la TIA, se rendre à l'adresse suivante :  http://www.tiaonline.org/standards/buy-tia-standards (en anglais seulement).

Retour à la référence de la note de bas de page 1

Note de bas de page 2

Au Canada, un signal analogique comportant une largeur de bande nécessaire de 16 kHz est utilisé en fonction d'une désignation d'émission 16F3E. Ceci est équivalent à la largeur de bande autorisée de 20 kHz utilisée aux États–Unis pour un signal analogique avec une émission 20F3E. Le signal des États–Unis comportant une largeur de bande autorisée de 20 kHz aurait une largeur de bande nécessaire d'environ 16 kHz.

Retour à la référence de la note de bas de page 2

Note de bas de page 3

MapInfo est un logiciel commercial qui comprend des applications de cartographie et d'analyse géographique qui reposent sur Microsoft® Windows®. Pour de l'information sur MapInfo, se rendre à l'adresse suivante : http://www.pb.com/mapinfo/ (en anglais seulement).

Retour à la référence de la note de bas de page 3

Note de bas de page 4

Pour information sur le modèle de propagation CRC–Predict, voir le document suivant :  Physical Optics and Field–Strength Predictions for Wireless Systems (en anglais seulement).

Retour à la référence de la note de bas de page 4

Date de modification :