Model to investigate the interference induced by NGSO constellations on GSO system ground stations

In this thesis, a model to investigate how a NGSO constellation impacts on the communication between a ground station and a GSO satellite is presented. Initially, a simulator is built with the purpose of thoroughly analysing the yearly evolution of the fixed-satellite service for a specific site, given the orbital data of the NGSO constellation interfering with the GSO communications. The rain attenuation, the major atmospheric impairment for the high frequency bands considered such as Ka, Q and V, is also accounted for by examining 200 km × 200 km rain maps produced by the rain field generator ST-MultiEXCELL for events lasting one full year. The simulated data are thus stored and investigated, allowing to define the long-term statistics of the system parameters. The statistical distributions for each parameter are then exploited in order to build a statistical model capable of generating new samples of the parameters of interest. Additionally, the relationships among the parameters, such as the rain attenuation concurrently affecting the links towards the GSO and NGSO satellites and the avoidance angle, defined to reduce the interference induced by the NGSO satellites on the GSO ones, are also presented and discussed. Finally, the model shows how the system design can be greatly facilitated once the simulated data are collected and stored, allowing to easily evaluate how the system performance changes by tuning some of the system parameters, for example the avoidance angle threshold α and the number of NGSO satellites interfering with the GSO communication.

In questa tesi viene affrontato il problema relativo all'interferenza causata da costellazioni NGSO su comunicazioni attive tra una stazione di terra ed un satellite GSO. Viene dunque presentato un modello per analizzare suddetto scenario e comprendere quanto significativo possa essere l'impatto dell'interferenza causata dai satelliti NGSO sul sistema di comunicazione GSO. Inizialmente, viene descritta l'implementazione di un simulatore realizzato con lo scopo di analizzare l'evoluzione del sistema satellitare per un sito specifico, considerando i dati orbitali della costellazione NGSO interferente con le comunicazioni relative al satellite GSO. A causa delle alte frequenze a cui lavorano questi sistemi, principalmente nelle bande Ka, V e Q, è necessario anche tener conto dell'attenuazione dovuta alla pioggia, principale responsabile di attenuazione atmosferica per frequenze oltre i 10 GHz. L'attenuazione da pioggia viene calcolata esaminando le mappe di pioggia generate dal software ST-MultiEXCELL, le quali descrivono l'andamento del rain rate per un'area geografica di dimensioni 200 km × 200 km. Quindi, i dati ottenuti tramite simulazioni vengono conservati, in questo modo è possibile, analizzando l'evoluzione del sistema per un periodo sufficientemente lungo, esaminare le statistiche dei parametri caratterizzanti del sistema. Inoltre, è possibile utilizzare le distribuzioni statistiche dei vari parametri per implementare un modello statistico capace di generare nuovi valori per i suddetti parametri senza il bisogno di ricorrere nuovamente a lunghe e complesse simulazioni. L'analisi statistica dei dati ottenuti, rende anche possibile evidenziare eventuali correlazioni tra i parametri d'interesse. Infine, il modello presentato dimostra come la fase di progettazione del sistema possa essere significativamente facilitata sfruttando le informazioni ottenute durante la fase di simulazione. È infatti possibile osservare come varino le prestazioni del sistema modificando alcuni dei parametri, come ad esempio il numero di satelliti della costellazione interferenti o l'angolo minimo che deve essere rispettato tra la direzione di puntamento dell'antenna di un satellite NGSO e la congiungente tra la stazione di terra e il satellite GSO con cui sta comunicando.