A time series synthesizer of tropospheric impairments affecting satellite links developed in the framework of the Alphasat experiment

La crescente diffusione della connessione a internet a banda larga e lo sviluppo di Ultra High Definition TV (UHTV) ha richiesto l'impiego di sistemi di comunicazione via satellite in grado di fornire maggiore larghezza di banda facendo uso di portanti a radiofrequenza (Extremely High Frequency - EHF) fino a Q / V band. Alcuni fornitori di servizi satellitari, come ad esempio EUTELSAT, hanno iniziato ad utilizzare satelliti che operano in banda Ka, nonostante, a queste frequenze, il sistema debba fare i conti con la forte attenuazione introdotta dalle componenti troposferiche. Infatti, la fisica del canale e principalmente influenzata dalla frequenza di lavoro del sistema di trasmissione, e pertanto l'attenuazione percepita dal segnale trasmesso, aumenta con il crescere della frequenza. A questo proposito, sono stati sviluppati sistemi satellitari in grado di sfruttare l' uso di Propagation Impairment Mitigation Technique ( PIMT ) per ridurre gli effetti negativi del deterioramento causato da atmosfera . Lo sviluppo e la progettazione di questi sistemi devono essere supportate dall'utilizzo di modelli di canale troposferico e sintetizzatori in grado di caratterizzare il canale tempo variante, non solo in termini statistici. Per i sistemi satellitari operanti a queste frequenze la principale fonte di degradazione del segnale e rappresentato dalle precipitazioni. Tuttavia, anche se la pioggia influenza fortemente la potenza del segnale ricevuto, essa e abbastanza contenuta nel tempo e nello spazio. Per sistemi che impiegano l’utilizzo di frequenze da 50 a 70 GHz anche l’attenuazione da aria chiara dovuta alla componente atmosferiche quali gas, vapore acqueo, ossigeno e nuvole diventano rilevanti, in particolare per sistemi con ridotto margine di potenza . In questo lavoro ci siamo concentrati sullo studio e lo sviluppo di un sintetizzatore di serie temporali per le principali componenti troposferche ( vapore acqueo, nuvole, ossigeno e pioggia ) mediante un ampio database di misurazioni. L' idea di base e partire da misure reali raccolte durante la campagna ITALSAT e generare un consistente database di serie temporali per le principali componenti atmosferiche . L'utilizzo dei dati misurati nelle campagne di propagazione assicura una ricostruzione realistica dell’andamento di ogni componente. Il sintetizzatore prende in ingresso la statistica di lungo termine di attenuazione di pioggia, nuvole e vapore acqueo per una data posizione e resituisce, mediante una procedura di ottimizzazione, la serie temporale di attenuazione per ogni singola componente e dell'attenuazione totale che riproduce le statistiche di ingresso. Il sintetizzatore e in grado di modellizzare il canale trasmissivo per i siti che si trova in regioni temperate e con sistemi satellitari con frequenza di trasmissione compresa tra 5 e 70 GHz e angolo di elevazione tra 5 ° e 90 °.