Rain attenuation prediction for the effective operation of Satcom systems using up-link power control and site diversity switching

Ka and Q Band satellites are gaining a high level of interest to face the increasing demand for higher data transmission rates. The available bandwidth is about 4 times larger than for satellite communication in conventional C-Band and Ku-Band. However, high frequencies suffer more from tropospheric impairments, especially due to rain, which can decrease the link quality and even cause link outage. In order to counteract such deep fades, Fade Mitigation Techniques are required. In this context, this work aims at developing a rain rate forecast model for the effective operation of Earth-space Links using Up-Link Power Control (ULPC) and Site Diversity Switching (SDS). Particularly, an ARIMA model is used to forecast in real time the rain rate and this model is then embedded in two different rain attenuation prediction techniques, ESST and ITU-R P.618-13. A frequency scaling approach is then considered for each technique to test the applicability and effectiveness of ULPC and SDS. The results indicate that the rain rate forecast model allows for accurate rain attenuation prediction using both techniques, ESST and ITU-R P.618-13, and can thus be used for the effective operation of Earth-space SatCom systems implementing Up-Link Power Control and Site Diversity Switching.

I satelliti Ka e Q Band stanno guadagnando un alto livello di interesse per far fronte alla crescente domanda di velocità di trasmissione dati più elevate. La larghezza di banda disponibile è circa 4 volte maggiore rispetto alla comunicazione satellitare in banda C e banda Ku convenzionali. Tuttavia, le alte frequenze soffrono maggiormente di danni troposferici, soprattutto a causa della pioggia, che può ridurre la qualità del collegamento e persino causare l'interruzione del collegamento. Per contrastare dissolvenze così profonde, sono necessarie le tecniche di mitigazione della dissolvenza. In questo contesto, questo lavoro mira a sviluppare un modello di previsione del tasso di pioggia per l'efficace funzionamento dei collegamenti Terra-spazio utilizzando Up-Link Power Control (ULPC) e Site Diversity Switching (SDS). In particolare, viene utilizzato un modello ARIMA per prevedere in tempo reale il tasso di pioggia e questo modello è quindi incorporato in due diverse tecniche di previsione dell'attenuazione della pioggia, ESST e ITU-R P.618-13. Viene quindi preso in considerazione un approccio di scalatura della frequenza per ciascuna tecnica per testare l'applicabilità e l'efficacia di ULPC e SDS. I risultati indicano che il modello di previsione del tasso di pioggia consente una previsione accurata dell'attenuazione della pioggia utilizzando entrambe le tecniche, ESST e ITU-R P.618-13, e può quindi essere utilizzato per il funzionamento efficace dei sistemi SatCom Terra-spazio che implementano Up-Link Power Controllo e commutazione della diversità dei siti.