Prediction model for the effective operation of earth-space links using up-link power control

The increasing use of satellites and the large amount of data required in modern communication systems have led to the need to exploit high frequency bands (e.g. Ka band, Q band and V band). Consequently new technological solutions are investigated towards the aim that these higher frequencies, giving access to wider bandwidths, can be used by the next generations of satellites. However, high frequencies suffer more from tropospheric impairments, especially due to rain, that can cause link interference and outage. In this context, this thesis aims at developing a rain rate prediction model using forecasting algorithms for the effective operation of Earth-space Links using Up-Link Power Control. Specifically, an ARIMA model is used to forecast in real time the rain rate and this model is then embedded in an already existing rain attenuation prediction model, thus allowing to have a real time rain attenuation method. A frequency scaling approach is then considered to test the effectiveness in applying Up-Link Power Control in real systems. The results indicate that the rain rate prediction model allows for accurate rain attenuation prediction and can thus be used for the effective operation of Earth-space links using Up-Link Power Control.

Il crescente impiego dei satelliti e l'ingente quantità di dati richiesta dai moderni sistemi di comunicazione hanno portato alla necessità di sfruttare le bande ad alta frequenza (ad esempio le bande Ka, Q e V). Di conseguenza, nuove tecnologie sono in fase di sviluppo allo scopo di poter utilizzare tali bande nei sistemi via satellite di prossima generazione, vista la ampie bande che esse mettono a disposizione. Tuttavia, le alte frequenze sono più soggette agli effetti troposferici, soprattutto a quelli dovuti alla pioggia, che possono causare interferenza e fuori servizio. In questo contesto, questa tesi punta a sviluppare un modello per la predizione dell'intensità di precipitazione per permettere un'efficace utilizzo della tecnica di Up-Link Power Control nei collegamenti terra-spazio. Più in dettaglio, un modello ARIMA è utilizzato per predire l'intensità di precipitazione in tempo reale e tale modello è integrato all'interno di un modello per la predizione dell'attenuazione da pioggia già esistente in letteratura; ciò permette di ottenere un metodo per la predizione dell'attenuazione da pioggia in tempo reale. La tesi presenta poi un approccio per il frequency scaling per valutare l'efficacia dell'implementazione della tecnica di Up-Link Power Control. I risultati indicano che il modello di predizione dell'intensità di precipitazione permette di predire accuratamente l'attenuazione da pioggia ad alta frequenza e che può dunque essere impiegato per permettere un'efficace utilizzo della tecnica di Up-Link Power Control nei collegamenti terra-spazio.