A total attenuation time series synthesizer for non-geostationary satellite links

The development of space communications is increasingly dependent on the direct knowledge (satellite experiments) and on the output of ad-hoc developed tools (prediction methods) that enable to understand and quantify the main impairments affecting wave propagation. In recent times, the high frequency bands (Ku and Ka) are extensively used in commercial and military applications while the Q/V bands are expected to be used in the next future. It follows that the knowledge and the study of the propagation problems at such very broad range have become a critical issue. Moreover, the Low Earth Orbit (LEO) and Middle Earth Orbit (MEO) satellites, widely used in remote sensing and Earth Observation (EO) applications, are nowadays becoming more and more interesting also for television broadcasting and direct-to-user communications due to the fact of being closer to the Earth surface. These satellite configurations have shorter orbital periods with respect to GEO and lower signal propagation delays. Also, since the signal propagation paths are shorter, the requested transmission power is also smaller, which allows building small and low-cost satellites (although in a larger number). While in the geostationary satellites (GEO) applications the position (geometrical parameters) of the link remains static and only the weather presents variability, in non-GEO (NGEO) satellites applications, in addition to the meteorological changes, it is necessary to consider that the satellite in the short orbital period is seen from the ground station at variable values of azimuth and elevation thus making the modelling task very challenging. This thesis presents a model of a Total Attenuation Time Series Synthesizer for NGEO satellite links. The development of time series synthesizers allows the simulation of the time varying condition of the channel and represents the today most advanced propagation prediction tool. In fact, a time series synthesizer is the basic instrument for the development and testing of the Propagation Impairment Mitigation Techniques (PIMTs), which represent the best approach for an effective design of a satellite communication system operating at microwave frequencies.

Lo sviluppo delle comunicazioni spaziali dipende sempre più dalla conoscenza diretta (esperimenti via satellite) e dalla produzione di strumenti sviluppati ad hoc (metodi di predizione) che consentono di comprendere e quantificare i principali deficit che influenzano la propagazione delle onde. In tempi recenti, le bande ad alta frequenza (Ku e Ka) sono ampiamente utilizzate in applicazioni commerciali e militari, mentre le bande Q / V dovrebbero essere utilizzate nel prossimo futuro. Ne consegue che la conoscenza e lo studio dei problemi di propagazione a un raggio così ampio sono diventati un problema critico. Inoltre, i satelliti Low Earth Orbit (LEO) e Middle Earth Orbit (MEO), ampiamente utilizzati nelle applicazioni di telerilevamento e osservazione terrestre (EO), stanno diventando sempre più interessanti anche per le trasmissioni televisive e le comunicazioni dirette all'utente al fatto di essere più vicini alla superficie terrestre. Queste configurazioni satellitari hanno periodi orbitali più brevi rispetto a GEO e minori ritardi nella propagazione del segnale. Inoltre, poiché i percorsi di propagazione del segnale sono più brevi, anche la potenza di trasmissione richiesta è inferiore, il che consente di costruire satelliti di piccole dimensioni ea basso costo (sebbene in un numero maggiore). Mentre nelle applicazioni di satelliti geostazionari (GEO) la posizione (parametri geometrici) del collegamento rimane statica e solo il tempo presenta variabilità, nelle applicazioni di satelliti non GEO (NGEO), oltre ai cambiamenti meteorologici, è necessario considerare che il satellite nel breve periodo orbitale è visto dalla stazione di terra a valori variabili di azimut ed elevazione, rendendo così il compito di modellizzazione molto impegnativo. Questa tesi presenta un modello di sintetizzatore di serie temporali di attenuazione totale per collegamenti satellitari NGEO. Lo sviluppo di sintetizzatori di serie temporali consente la simulazione delle condizioni variabili nel tempo del canale e rappresenta lo strumento di previsione della propagazione più avanzato oggi. In effetti, un sintetizzatore di serie temporali è lo strumento di base per lo sviluppo e il collaudo delle tecniche di mitigazione delle alterazioni della propagazione (PIMT), che rappresentano l'approccio migliore per una progettazione efficace di un sistema di comunicazione satellitare che funziona a frequenze di microonde.