NGSO interference induced on GSO ground station: extension and application of a tool

This thesis explores different scenarios where NGSO constellations induce interference on a ground station of a legacy GSO system, when the two links share the same frequency bands. The prediction of the interference levels at the antenna receiver is a relevant piece of information to refine the mitigation strategies. The predictions embed the atmospheric impairments, notably rain attenuation, which is of high relevance for near future V-band systems. The results are produced by initializing a simplified model of the Starlink mega-constellation; indeed, it is to be expected that future works will require a customizable NGSO input scenario. In response to this demand, a novel software has been developed to extend the variability of the NGSO power budget simulation: real or user-defined Earth Keplerian orbits are propagated to obtain Geographical LLA (Latitude, Lon- gitude, Altitude), ECI, or ECEF coordinates of the satellites. The second part of the work focuses on comparing the annual statistics of the simulated Carrier-to- Interference ratio C/I, with those obtained from the simplified reference model published in the recent recommendation ITU-R S.2157. The latter does not take into proper account the rain attenuation affecting differently the NGSO and the GSO links, preventing a correct assessment of the GSO carrier signal degradation due to the NGSO interference. The last part of the work deals with some interference mitigation techniques, which include the arc avoidance angle α and "Maximum number of Concurrently active satellites transmitting at interfering Frequency" Max_co_freq , in the worst case geometry.

Questa tesi esplora diversi scenari in cui le costellazioni NGSO causano interferenze su una stazione terrestre di un sistema legacy GSO, quando i due segnali condividono le stesse bande di frequenza. La previsione dei livelli di interferenza rilevati dall’antenna ricevente è un’informazione importante per raffinare le strategie di mitigazione. Le previsioni integrano l’attenuazione atmosferica, in particolare quella causata dalla pioggia, che è di fondamentale rilevanza per le operazioni dei futuri sistemi a banda V. I risultati sono prodotti inizializzando un modello semplificato della mega-costellazione di Starlink; dunque, si prevede che futuri progressi necessitino di poter personalizzare lo scenario di NGSO. In risposta a questa esigenza, è stato sviluppato un nuovo software per estendere la variabilità della simulazione del bilancio di potenza della costellazione NGSO: orbite kepleriane terrestri, reali o definite dall’utente, vengono propagate per ottenere le coordinate geografiche LLA (Latitudine, Longitudine, Altitudine), ECI o ECEF dei satelliti. La seconda parte del lavoro si concentra sul confronto tra le statistiche annuali del rapporto "segnale desiderato di Carrier su Interferenza" C/I ottenute dalla simulazione, con quelle sviluppate dal modello di riferimento pubblicato nella nuova raccomandazione ITU-R S.2157. Quest’ultimo non tiene correttamente in conto la differenza tra le attenuazioni che agiscono sui segnali NGSO e GSO, impedendo una corretta valutazione della degradazione del segnale di carrier GSO dovuta all’interferenza NGSO. Infine, l’ultima parte del lavoro si occupa di alcune tecniche di mitigazione dell’interferenza, tra cui l’angolo di avoidance α e il "Massimo numero di satelliti NGSO attivi che trasmettono Contemporaneamente a Frequenza interferente" Max_co_freq , nel caso geometrico peggiore.