Evaluación de modelos de intensidad de lluvia para su aplicación en sistemas de comunicaciones por satélite

El uso cada vez más frecuente de las bandas de altas frecuencias tanto para sistemas terrestres como por satélite hace necesario el estudio y mejora de los modelos predictivos que caracterizan las condiciones de propagación en dichos enlaces con el objetivo de avanzar en el desarrollo de sistemas actuales y futuros. En estos momentos las comunicaciones se están estableciendo en banda Ka y las investigaciones avanzan hacia el uso de bandas Q/V, con frecuencias que llegan hasta los 75 GHz. Este proceso es tan importante debido a las grandes ventajas que supone transmitir información a frecuencias mayores, como es la mayor disponibilidad de ancho de banda. Sin embargo, la atenuación producida por el medio de transmisión también aumenta, en este caso la atmósfera, con lo que se hace imprescindible caracterizar los fenómenos meteorológicos que ocurren en ella. La lluvia es el fenómeno que más puede afectar al comportamiento de un enlace. Se ha hecho un repaso de todos los factores meteorológicos que influyen en la propagación de ondas radioeléctricas centrándose en la precipitación por hidrometeoros. La lluvia se define a través de ciertas variables que se analizan a la hora de planificar un enlace. Éstas se han obtenido a través de bases de datos meteorológicas, registros experimentales en estaciones meteorológicas propias y con modelos matemáticos de predicción. Las distintas fuentes de información también han permitido una comparativa entre los distintos métodos de obtención de una misma variable. Se han realizado diagramas de dispersión que, por ejemplo, han demostrado una cierta sobreestimación en los resultados dados por el modelo de la Recomendación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) para la intensidad de lluvia. Respecto a variables de lluvia, este PFG ha estudiado, por orden de obtención: cantidad de lluvia, probabilidad de lluvia, intensidad de lluvia condicionada por temperatura, intensidad de lluvia y finalmente atenuación. Todas ellas, medidas de forma mensual o anual según convenga y para diversos emplazamientos repartidos por toda la Península. Se ha podido comprobar que presentan una fuerte variabilidad climática según el observatorio. Como fuentes de datos meteorológicas, se ha trabajado con la Guía del Clima de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET); ERA-40 perteneciente al Centro Europeo de Predicción Meteorológica a Plazo Medio (CEPMPM) que emplea la UIT en algunas de sus Recomendaciones; y registros pluviométricos cedidos por el Grupo de investigación de Radiocomunicaciones (GRC) de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación (ETSIT) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Se ha observado una tendencia de ciertas bases de datos a registrar los valores más altos o más bajos para algunas variables. Por ejemplo, para los datos experimentales de las series de pluviómetro se han obtenido los registros más bajos en cuanto a cantidad y probabilidad de lluvia anual. Respecto a los modelos matemáticos de predicción, se ha trabajado con las numerosas Recomendaciones que provee la UIT, que son estándares para el correcto funcionamiento de cualquier tecnología. Además, se ha estudiado un nuevo modelo de predicción de la intensidad de lluvia. En general, el nuevo modelo ha sido el que mejor se ha ajustado a los datos experimentales en cálculos de intensidad de lluvia o atenuación, aunque también se han obtenido resultados a través de la UIT que lo han mejorado. Finalmente se ha simulado un enlace satélite-estación terrena para poner en práctica en una aplicación real todo el procesado de parámetros llevado a cabo a lo largo del PFG. ABSTRACT. The use of high frequency bands for both terrestrial and satellite systems is becoming increasingly frequent. As such, it is necessary to study and improve the predictive models that characterize propagation conditions on these links, in order to advance the development of existing and future systems. At present, communications are being established in Ka-band and researches are moving towards the use of Q / V bands, with frequencies up to 75 GHz. This process is very important because of the great advantages of transmitting information at higher frequencies, for example, the greater availability of bandwidth. However, the attenuation caused by the transmission environment, in this case the atmosphere, also increases, so it is essential to understand the possible weather events and how they may affect propagation. Rain is the phenomenon that most affects the behavior of a connection. A review has been made of all meteorological factors that have an impact on radio wave propagation, with a focus on hydrometeors rainfall. When planning a link, rain is analyzed using certain variables. In this case, the variables were obtained through meteorological databases, experimental records from weather stations and using mathematical predictive models. Different sources of information have also allowed a comparison between the different methods of obtaining the same variable. The scatter plots that have been made, for example, have shown some overestimation in the results given by the Recommendation Model of the International Telecommunication Union (ITU) for the rain rate parameter. Regarding rain variables, this PFG has studied, by order of collection of data: amount of rainfall, chance of rain, conditional rain rate by temperature, rain rate and finally attenuation. All of these have been measured in various sites throughout the Peninsula, monthly or annually, as appropriate. It was found that these variables differed greatly, depending on the climate of the observatory where they were collected. In order to collect weather data, the PFG worked with the Climate Guide of the Meteorological State Agency (AEMET); ERA-40, the database belonging to the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), which is also used by the ITU in some of its Recommendation Models; and rainfall records transferred by the Radio Research Group (GRC) of the Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación (ETSIT) of the Universidad Politécnica de Madrid (UPM). There has been a tendency of certain databases to record the highest or lowest values for some variables. For example, using the experimental data series, the PFG found the lowest records in amount and probability of annual rainfall. In reference to the predictive mathematical models, the PFG has worked with the many of the Recommendation Models provided by the ITU, which are standards for the proper functioning of any technology. A new model of rain prediction was also studied. In general, the new model had the highest rates of correspondence to the experimental data regarding rain rate or attenuation calculations, although in a small number of cases, better matching results were obtained through the ITU. Finally, the PFG simulated a satellite-earth station link, in order to implement all data processing performed in a real-world situation