[pt] O compartilhamento de frequências entre sistemas de comunicações por satélite e sistemas terrestres tem sido objeto de estudos desde o aparecimento dos primeiros sistemas comerciais de comunicações por satélite. Esta dissertação analisa a proteção de receptores do Serviço Fixo Terrestre (FS - Fixed Service) contra a interferência agregada produzida pela transmissão de múltiplos satélites geoestacionários do Serviço Fixo por Satélite (FSS - Fixed Satellite Service) na faixa de 7 GHz. Estudos recentes, realizados no âmbito do Setor de Radicomunicações da União Internacional de Telecomunicações (ITU-R), consideraram modelos matemáticos determinísticos conservadores. Este trabalho desenvolve uma análise probabilística dessa interferência agregada, baseada em um modelo matemático no qual as densidades de fluxo de potência produzidas pelos satélites na superfície da Terra e os ganhos nos lóbulos laterais da antena receptora do FS são caracterizados como variáveis aleatórias. O modelo matemático proposto foi aplicado a alguns cenários específicos e os resultados obtidos foram comparados àqueles resultantes do cálculo determinístico. / [en] The sharing of frequencies between satellite communication systems and terrestrial systems have been studied since the appearance of the first commercial satellite comunicacacoes. This dissertation analyzes the protection of Fixed Service (FS) receivers from the aggregate interference produced by the transmissions of multiple Fixed Satellite Service (FSS) geostationary satellites in the 7 GHz band. Recent studies within the Radiocommunication Sector of the International Telecommunication Union (ITU-R) have considered conservative deterministic mathematical models. This work develops a probabilistic analysis of this aggregate interference, based on a mathematical model in which the power flux density produced by the the satellites on the Earth surface and the FS receiving antenna side-lobe gains are characterized as random variables. The proposed mathematical model was applied to some specific scenarios and the obtained results were compared to those resulted from the deterministic calculation.

[pt] O compartilhamento de frequências entre sistemas de comunicações por satélite e sistemas terrestres tem sido objeto de estudos desde o aparecimento dos primeiros sistemas comerciais de comunicações por satélite. Um caso particular que tem despertado o interesse dos operadores de sistemas terrestres diz respeito à interferência produzida pelos enlaces descendentes de sistemas de satélite que utilizam orbitas elípticas altamente inclinadas (Highly Elliptical Orbit - HEO) nos receptores do Serviço Fixo Terrestre (Fixed Service - FS). Os trabalhos encontrados na literatura, envolvendo este tipo de interferência, apresentam análises que consideram a hipótese simplificadora de que todos os receptores vítima do Serviço Fixo Terrestre têm suas antenas receptoras com elevação zero graus. No presente trabalho é feita uma análise probabilística da interferência agregada produzida por satélites de múltiplos sistemas HEO sobre receptores do Serviço Fixo Terrestre na faixa de 18 GHz, na qual o ângulo de elevação da antena receptora dos sistemas FS considerados é modelado por uma variável aleatória com função densidade de probabilidade conhecida. A modelagem matemática desenvolvida é aplicada a dois cenários envolvendo múltiplos sistemas HEO interferentes. Mais especificamente, um dos cenários considera três sistemas HEO com satélites operando apenas no hemisfério norte e o outro, três sistemas HEO com satélites operando tanto no hemisfério norte quanto no sul. Os resultados obtidos são comparados àqueles que utilizam a hipótese de que as antenas receptoras de todos os sistemas FS considerados têm angulo de elevação zero. / [en] Frequency sharing between satellite systems and terrestrial fixed service (FS) systems has been object of studies since the onset of commercial satellite communication systems. A particular case of interest refers to the interference produced by the downlink of highly elliptical orbit satellite systems (HEO) into fixed service receivers. In the literature, studies involving this type of interference have presented analyzes that consider the simplifying assumption that all victim fixed service receivers have their receiving antennas with zero degree elevation angle. In this work a probabilistic analysis is used to evaluate the aggregate interference produced by the satellites of multiple highly elliptical orbit satellite systems into fixed service receivers operating in the 18 GHz frequency band. The FS receiving antenna elevation angle is modeled as a random variable with known probability density function. The proposed mathematical model is applied to two scenarios involving multiple interfering HEO systems. More specifically, the first scenario considers three interfering HEO systems having satellites that operate only in the northern hemisphere. In the second scenario, three HEO systems with satellites that operate in both the northern and southern hemisphere are considered. The obtained results are compared to those resulting from analyses that use the hypothesis that the receiving antennas of all the FS victim systems have a zero degree elevation angle.

Sharing a band of frequencies in the radio spectrum among multiple wireless systems has emerged as a viable solution for alleviating the severe capacity crunch in next-generation wireless mobile networks such as 5th generation mobile networks (5G). Spectrum sharing can be achieved by enabling multiple wireless systems to coexist in a single spectrum band. In this dissertation, we discuss the following coexistence problems in spectrum bands that have recently been raising notable research interest: 5G and Fixed Satellite Service (FSS) at 27.5-28.35 GHz (28 GHz); 5G and Fixed Service (FS) at 71-76 GHz (70 GHz); vehicular communications and Wi-Fi at 5.85-5.925 GHz (5.9 GHz); and mobile broadband communications and radar at 3.55-3.7 GHz (3.5 GHz). The results presented in each of the aforementioned parts show comprehensively that the coexistence methods help achieve spectrum sharing in each of the bands, and therefore contribute to achieve appreciable increase of bandwidth efficiency. The proposed techniques can contribute to making spectrum sharing a viable solution for the ever evolving capacity demands in the wireless communications landscape. / Ph. D.

[pt] A prestação de serviços de comunicação utilizando plataformas móveis é realizada tradicionalmente por sistemas via satélite do Serviço Móvel por Satélite (MSS) em faixas de frequência relativamente baixas. O crescimento elevado no número de conectividades de banda larga tornou claro que o espectro do Serviço Móvel por Satélite não é suficiente para atender às novas necessidades. Este fato motivou a Conferência Mundial de Radiocomunicações 2015 (WRC-15) a solicitar, em sua Resolução 158, que Setor de Radiocomunicações da União Internacional de Telecomunicações realizasse estudos envolvendo o compartilhamento de frequências e a compatibilidade entre estações terrenas em movimento (ESIMs) operando na faixas alocadas ao Serviço Fixo por Satélite (FSS) e outros serviços. Como consequência, o assunto foi também incluído na agenda da WRC-19. O presente trabalho, aborda a proteção de receptores do Serviço Fixo Terrestre contra interferência produzidas por ESIMs e propõe, inicialmente, uma metodologia para determinar a Áreas de Coordenação em torno da área de serviço de ESIMs operando no FSS na faixa 27,5-29,5 GHz. Conforme evidenciado no trabalho, as áreas de coordenação obtidas são normalmente complexas e inadequadas para utilização em um texto regulamentar. Assim, é também proposta uma metodologia para a determinação de uma Área de Coordenação Alternativa baseada numa distância D pré estabelecida. Na metodologia, a escolha da distância D adequada é feita com base em curvas do tipo ROC (Receiver Operating Chracteristics), usualmente utilizadas em problemas de detecção. Finalmente, é feita uma análise da redução de potência de transmissão das ESIMs (redução que depende de sua localização na área de serviço) necessária para garantir a proteção dos receptores do Fixo Terrestre fora da Área de Coordenação Alternativa proposta. / [en] The provision of communication services to mobile platforms has traditionally been accomplished by Mobile-Satellite Service (MSS) satellite systems using relatively low frequency bands. The high growth in connectivity requirements has made it clear that the spectrum allocated to the MSS is not enough to meet these new needs. This fact has motivated the World Radiocommunication Conference in 2015 (WRC-15) to invite, in its Resolution 158, Radiommunications Sector of the International Telecommunication Union (ITU-R) to carry out studies involving the frequency sharing and the compatibility between earth stations in motion (ESIM) operating within geostationary FSS allocations and other services. As a consequence, the issue was also included in the WRC-19 agenda. This paper deals with the protection of Fixed Service receivers against interference produced by ESIMs and proposes, initially, a methodology to determine the Coordination Areas around the service area of the ESIMs operating in the FSS in the range 27.5-29.5 GHz. As evidenced in the paper, the obtained coordination areas are usually complex and unsuitable for use in a regulatory text. Thus, a methodology is also proposed for the determination of an Alternative Coordination Area based on a predetermined distance D. In the methodology, the choice of the proper distance D is made based on ROC type curves (Receiver Operating Characteristics), usually used in detection problems. Finally, an analysis of the ESIMs transmission power reduction (reduction that depends on their location in the service area) necessary to guarantee the protection of the Fixed Service receivers outside the proposed Alternative Coordination Area.

[pt] O crescente interesse em Sistemas de alta densidade do Serviço Fixo por Satélite (High Density Fixed-Satellite Services - HDFSS) deu origem a estudos na União Internacional de Telecomunicações (UIT) para que sua implantação siga recomendações no intuito de minimizar a interferência em outros serviços de telecomunicações. Tais sistemas são interessantes devido à sua flexibilidade na implantação ubíqua de terminais de pequeno porte, sem a necessidade de coordenação. Com o objetivo de regulamentar a implantação de tais sistemas, o Grupo de Estudos 4 do Setor de Radio comunicações da UIT, que trata do serviço fixo por satélite, tem desenvolvido e sugerido estudos visando à criação de uma recomendação contendo metodologias para o compartilhamento de frequências envolvendo estações terrenas (terminais) ubiquamente distribuídas. Assim, em 2003, na Conferência Mundial de Radio comunicações da UIT, foram identificadas faixas de frequências específicas para a operação de sistemas HDFSS, sendo que grande parte das faixas de frequência identificadas é compartilhada, em caráter primário, com os sistemas do Serviço Fixo Terrestre (FS) e, por este motivo, é importante que sejam desenvolvidos estudos para regulamentação e o controle deste compartilhamento. No âmbito da UIT a principal motivação desses estudos é a análise da interferência provocada por sistemas HDFSS implantados em um país em serviços que compartilham a mesma frequência em um país vizinho. É neste cenário que o presente trabalho propõe uma metodologia para avaliação da interferência produzida por terminais ubiquamente distribuídos em sistemas FS. Essa metodologia visa a determinação de uma região de coordenação, possibilitando, assim, que terminais sejam implantados livremente fora desta região, garantindo níveis adequados de interferência nos sistemas FS. / [en] The growing interest in High-Density Fixed Service Satellite systems (HDFSS) has led to studies at the International Telecommunication Union (ITU) aiming the development of a recommendation for guidance on its implementation in order to minimize interference affecting other telecommunications services. Such systems are of interest due to their flexibility in the ubiquitous deployment of small terminals, Without the need for coordination. In order to regulate the implementation of such systems, the Study Group 4 of the ITU Radiocommunication Sector, responsible for the fixed-satellite service, has developed and suggested studies aimed at creating a recommendation containing methodologies for frequency sharing involving earth stations (terminals) ubiquitously distributed. Thus, in 2003, at the World Radiocommunication Conference of the ITU, specific frequency bands for HDFSS systems operation have been addressed, and most of the frequency bands identified are shared, on a primary basis, With the terrestrial fixed service systems (FS) and, for this reason, such studies for regulation and control of this share has become important. The ITU main motivation for these studies is the analysis of the interference caused by the HDFSS systems deployed in a country, into the communication sevices of neighboring countries. In this scenario, this paper proposes a methodology for evaluating interference produced by a ubiquitously distributed terminals into FS systems. This method aims at determining a coordination region, thus enabling terminals to be freely deployed outside this region, without producing unacceptable levels of interference into the FS receivers.

[pt] Neste trabalho, os limites atuais de densidade de fluxo de potência do Artigo 21 do Regulamento de Radiocomunicações da UIT para sistemas não-GEO operando na banda 3.7-4.2 GHz são analizados. Estes limtes visam proteger os receptores do Serviço Fixo Terrestre, operando na mesma faixa de frequência, das interferências produzidas por sistemas de satélites não geoestacionários. A análise foi motivada pela Resolução 157 [1] da Conferência Mundial de Radiocomunicações de 2015, que reconheceu a necessidade de uma revisão do Artigo 21 para que sistemas não-GEO possam operar nestas faixas de frequências assegurando, ao mesmo tempo, que os serviços primários existentes continuem protegidos. Na análise, cinco estruturas de constelações de satélites não-GEO do tipo Walker Delta, adequadamente escolhidas, foram consideradas. Resultados mostraram que os atuais limtes de pfd podem impor restrições indevidas aos sistemas não-GEO operando nesta faixa. Assim, uma metodologia para investigar uma máscara limitante de pfd mais adequada é apresentada. A aplicação desta metodologia leva a uma máscara alternativa que se aproxima dos limites atuais de pfd para satélites geoestacionários quando o número de satélites no sistema interferente não-GEO é igual a um. Uma avaliação da máscara de pfd proposta mostra que ela não impõe restrições desnecessárias aos sistemas de satélites não-GEO. Isto, junto a outros fatos, indica que os limites de pfd propostos são, de fato, muito mais adequados do que os atuais. / [en] In this work, the current power-flux density limits in Article 21 of the ITU-R Radio Regulations for non-GSO systems operating in the 3.7-4.2 GHz band are analyzed. These limits aim the protection of Fixed Service receivers, operating in the same frequency band, from the interference produced by non-GSO satellite systems. The analysis was motivated by Resolution 157 [1] of the World Radiocommunication Conference 2015, that recognized the need for a revision of Article 21 with a view to enabling non-GSO systems to operate in these FSS frequency bands while ensuring that existing primary services are protected. In the analysis, five different Walker Delta type satellite constellation structures, adequately chosen, were considered. Results have shown that the current pfd limits may impose undue constraints to non-GSO systems operating in this band. Therefore, a methodology to investigate a more adequate pfd limiting mask is presented. The application of this methodology leads to an alternative mask that approaches the current pfd limits for the geostationary satellites when the number of satellites in the non-GSO interfering system is equal to one. An evaluation of the proposed pfd mask shows that it does not impose unnecessary constraints to the non-GSO satellite systems. This, along with other facts, indicates that the proposed pfd limits are, indeed, much more adequate than the current ones.