Synthesis of tropospheric attenuation time series for moving terminal-space paths

The development of always more advanced services provided via satellite communication and the resulting increase of data rates, led to adopt higher radio frequencies, up to the regions of SHF and EHF . At this frequencies, the impact of tropospheric phenomena becomes more severe, especially the components induced by rain and clouds. The analysis of these effects becomes essential to design an Earth-satellite link capable to guarantee the expected performances in terms of availability and power efficiency. To overcome this request without resorting to demanding propagation measurement campaign, ITU-R provides a collection of models capable to synthesize a time series that simulate attenuation due to tropospheric phenomena. Nonetheless, these models have the constraint that the earth terminal is stationary. This thesis work aims to extend the models to moving terminals, free to change altitude and location. Particular attention has been focused on vehicles capable to reach clouds altitude (i.e. scheduled flights) and their interaction with the vertical development of rain and clouds. The final outcome has been validated with RAPIDS II, an atmospheric propagation prediction tool provided by ESA.

Lo sviluppo di servizi forniti tramite comunicazioni satellitari sempre più avanzati e la conseguente crescita della velocità di trasmissione richiesta, ha portato ad adottare radio frequenze sempre più elevate, fino a spingersi nella regioni delle SHF e EHF. A queste frequenze l’impatto dei fenomeni troposferici può portare a effetti limitanti nelle performance del collegamento, specialmente per quanto riguarda pioggia e nuvole. L’analisi di tali effetti è essenziale per poter dimensionare efficacemente un collegamento satellitare. Per far fronte a tale richiesta, senza dover ricorrere a esigenti campagne di misurazione, L’ITU-R presenta una collezione di modelli in grado di sintetizzare una serie temporale che riproduca l’attenuazione dovuta ai fenomeni troposferici. Tali modelli, però, sono limitati dal fatto che il terminale terrestre può assumere solo una posizione fissa. Basandosi sui modelli ITU-R, il lavoro descritto in questa tesi si prefigge l’obiettivo di estendere l'utilizzo a terminali mobili, in grado di cambiare liberamente altitudine e coordinate. Particolare attenzione è stata posta a veicoli in grado di raggiungere l’altezza tipica delle nubi (ad esempio i voli di linea) e alla loro interazione con lo sviluppo verticale di pioggia e nuvole. I risultato ottenuto è stato poi validato con RAPIDS II, un strumento di predizione di propagazione atmosferica fornito da ESA.