Earth-space Satellite Communication systems have been progressively moving towards higher frequency bands to satisfy the ever increasing demand for high data rates. Currently, the frequency spectrum used for satellite communications is limited to the Ka-band for both feeder and user links, but the need for new broadband and interactive services is pushing towards even higher carrier frequencies. The optical band represents an attractive solution for feeder links thanks to the significant increase in the available bandwidth. On other hand clouds have extreme detrimental impact on optical links. The existing methods used to assess the impact of clouds on system operating at optical frequencies (FSO-Free Space Optics) do not include the contribution of ice clouds. This work focus on modeling ice clouds field in order to reproduce the full cloud environment. Specifically this work addresses the investigation and modeling of ice cloud profiles starting from the data collected by the Cloud Profiling Radar (CPR) onboard the CloudSat satellite. The results are integrated into a model for the generation of horizontal clouds field to obtain three-Dimensional (3-D) fields of ice water content. The last part of this work is devoted to assessing the impact of ice and liquid clouds on a SatCom system by taking advantage of a network of FSO gateways defining a Site Diversity scheme.
I sistemi di comunicazione Terra-satellite si stanno progressivamente orientando nell’uso di bande di frequenza più elevate in modo da soddisfare la richiesta di aumento della velocità di trasferimento dei dati. Attualmente lo spettro di frequenza utilizzato per le comunicazioni satellitari è limitato alla banda Ka sia per il feeder link che per lo user link; però la necessità di banda larga e servizi interattivi sta orientando i sistemi di comunicazione verso frequenze portanti ancora più elevate. La banda ottica rappresenta una soluzione attraente per il feeder link grazie alla larghezza spettrale che dispone. Dall’altra parte però le nuvole hanno un’impatto estremamente negativo sui collegamenti ottici. Attualmente i metodi utilizzati per valutare l’impatto delle nubi su sistemi che lavorano a frequenze ottiche (FSO) non includono il contributo delle nuvole di ghiaccio. Questo lavoro si focalizza sulla modellazione dei campi nuvolosi di ghiaccio al fine di riprodurre l’ambiente nuvoloso completo. Specificatamente questo lavoro af- fronta l’indagine e la modellazione dei profili delle nuvole di ghiaccio partendo dai dati raccolti dal Cloud Profiling Radar (CPR) installato bordo del satellite Cloud- Sat. I risultati sono integrati in un modello per la generazione dei campi nuvolosi orizzontali in modo da ottenere campi tridimensionali di nuvole di ghiaccio. L’ultima parte di questo lavoro è dedicata alla valutazione dell’impatto delle nuvole composte da liquido e ghiaccio su un sistema di comunicazione Terra-satellite approfittando di una rete di gateway FSO che definiscono uno schema di diversità di sito.
Modeling ice clouds to investigate next generation earth-satellite communication systems operating at optical wavelength
QUADRI, ANDREA
2015/2016
Abstract
Earth-space Satellite Communication systems have been progressively moving towards higher frequency bands to satisfy the ever increasing demand for high data rates. Currently, the frequency spectrum used for satellite communications is limited to the Ka-band for both feeder and user links, but the need for new broadband and interactive services is pushing towards even higher carrier frequencies. The optical band represents an attractive solution for feeder links thanks to the significant increase in the available bandwidth. On other hand clouds have extreme detrimental impact on optical links. The existing methods used to assess the impact of clouds on system operating at optical frequencies (FSO-Free Space Optics) do not include the contribution of ice clouds. This work focus on modeling ice clouds field in order to reproduce the full cloud environment. Specifically this work addresses the investigation and modeling of ice cloud profiles starting from the data collected by the Cloud Profiling Radar (CPR) onboard the CloudSat satellite. The results are integrated into a model for the generation of horizontal clouds field to obtain three-Dimensional (3-D) fields of ice water content. The last part of this work is devoted to assessing the impact of ice and liquid clouds on a SatCom system by taking advantage of a network of FSO gateways defining a Site Diversity scheme.File | Dimensione | Formato | |
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Descrizione: Tesi_Andrea_Quadri_04_2017
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