[pt] Este trabalho está relacionado ao problema do uso eficiente da órbita de satélite geoestacionário. A utilização eficiente da órbita é obtida através de um algoritmo de otimização que permite escolher as posições orbitais para os diversos sistemas de modo a reduzir ao máximo o percentual do arco orbital utilizado. Sendo assim, desenvolvido um modelo matemático que considerou além de aspectos de interferência, detalhes da geometria envolvida no problema (posições orbitais dos satélites, posições das estações terrenas, apontamento de antenas, etc.). Este modelo foi utilizado na definição de um problema de otimização com restrição cuja função objetivo se baseia na parcela do arco orbital utilizado. Neste problema de otimização com restrição foram consideradas restrições de níveis máximos de interferência (de entrada única e agregada) além de restrições de arcos orbitais, impostas por aspecto de propagação. O algoritmo de otimização utilizado requer o cálculo do Vetor Gradiente e da Matriz Hessiana. Para evitar erros de origem numéricos essas quantidades foram calculadas utilizando expressões analíticas desenvolvidas neste trabalho. O método matemático foi aplicado a situações específicas conduzindo a resultados que mostraram um uso eficiente da órbita de satélites geoestacionários através de soluções onde a parcela utilizada do arco é minimizada. / [en] This work is related to the efficient use of the geostationary satellite orbit. It presents and describes an optimization model which chooses the best orbital position for each satellite so that the length used orbital arc is minimized. A mathematical model considering aspects such as interference, geometry details (orbital position of the systems, earth station position, boresight of the antenna, etc) is proposed. This model was used in the definition of a constrained optimization problem in which the cost function is the length of the used orbital arc. Constrained imposed by propagation aspects (minimum elevation angle) and by the maximum allowable interference levels (aggregate and single-entry) are considered. The optimization algorithm requires the evaluation of the Gradient vector and the Hessian matrix. To avoid numeric problems, analytic expressions of these quantities were derived. Results of the application of this model to specific situations involving real data were also described and conducted to solutions where the length of the orbit used was minimized

Sharing a band of frequencies in the radio spectrum among multiple wireless systems has emerged as a viable solution for alleviating the severe capacity crunch in next-generation wireless mobile networks such as 5th generation mobile networks (5G). Spectrum sharing can be achieved by enabling multiple wireless systems to coexist in a single spectrum band. In this dissertation, we discuss the following coexistence problems in spectrum bands that have recently been raising notable research interest: 5G and Fixed Satellite Service (FSS) at 27.5-28.35 GHz (28 GHz); 5G and Fixed Service (FS) at 71-76 GHz (70 GHz); vehicular communications and Wi-Fi at 5.85-5.925 GHz (5.9 GHz); and mobile broadband communications and radar at 3.55-3.7 GHz (3.5 GHz). The results presented in each of the aforementioned parts show comprehensively that the coexistence methods help achieve spectrum sharing in each of the bands, and therefore contribute to achieve appreciable increase of bandwidth efficiency. The proposed techniques can contribute to making spectrum sharing a viable solution for the ever evolving capacity demands in the wireless communications landscape. / Ph. D.

[pt] Neste trabalho, limites para a densidade de fluxo de potência equivalente produzida pelos lances de descida de sistemas de satélites nãogeoestacionários (não-GEO), operando na faixa de 3,7-4,2 GHz, são analisados. Estes limites visam proteger os receptores do Serviço Fixo por Satélite (FSS) das interferências produzidas por sistemas de satélites não geoestacionários, quando ambos operam na faixa de frequências considerada. A analise destes limites foi motivada pela Resolução 157 da Conferência Mundial de Radiocomunicações de 2015 (WRC-15), que ressalta a necessidade de estudos envolvendo aspectos técnicos e operacionais relativos à operação de sistemas não-GEO operando na faixa de frequências de 3,7 - 4,2 GHz de modo a permitir que esses sistemas possam operar nestas faixas de frequências assegurando, ao mesmo tempo, que os serviços primários existentes, entre eles o FSS, continuem protegidos. A importância do assunto fez com que este tópico fosse incluído na agenda da WRC-19. No trabalho, é inicialmente desenvolvida uma metodologia para a determinação de máscaras limitantes para a densidade de fluxo de potência equivalente produzida pelos lances de descida (epfd(descida)) de sistemas de satélites não-GEO. Esta metodologia foi utilizada na obtenção de duas máscaras baseadas, respectivamente, nos critérios de proteção das recomendações ITU-R S.1323 e ITU-R F.1495. Uma análise comparativa das máscaras de epfd(descida) obtidas foi feita considerando-se cinco constelações de satélites não-GEO do tipo Walker Delta, escolhidas adequadamente para cobrir um amplo conjunto de possibilidades. A análise utilizou, como base, o comportamento estatístico das margens associadas a cada uma das máscaras de epfd(descida) propostas. / [en] In this work, the limits for the equivalent power-flux density produced by the down-links of non-geostationary satellite systems (non-GSO), operating in the 3,7-4,2 GHz band are analyzed. These limits aim the protection of Fixed-Satellite Service (FSS) receivers, from the interferences produced by non-geostationary satellite systems, operating in the same frequency band. The analysis of these limits was motivated by Resolution 157 of the 2015 World Radiocommunication Conference (WRC-15), that recognized the need for studies on technical and operational aspects related to the operation of non-GSO systems operating in the 3,7-4,2 GHz frequency band, so that these systems can adequately operate in these frequency band while ensuring, at the same time, that the existing primary services, among them the FSS, remain protected. Due to its importance the topic was included in the agenda of the WRC-19. In this work, a methodology for the determination of limiting masks for the equivalent power-flux density generated by the down-links (epfd(down)) of non-GSO satellite systems is initially developed. This methodology was used to obtain two mask based, respectively, on the protection criteria of the ITU-R S.1323 and ITU-R F.1495 recommendations. A comparative analysis of the two obtained epfd(down) masks was made considering five Walker Delta type non-GSO satellite constellation, appropriately chosen to cover a wide set of possibilities. The analysis used, as a basis, the statistic behavior of the margins associated to each of the proposed epfd(down) masks.

[pt] A prestação de serviços de comunicação utilizando plataformas móveis é realizada tradicionalmente por sistemas via satélite do Serviço Móvel por Satélite (MSS) em faixas de frequência relativamente baixas. O crescimento elevado no número de conectividades de banda larga tornou claro que o espectro do Serviço Móvel por Satélite não é suficiente para atender às novas necessidades. Este fato motivou a Conferência Mundial de Radiocomunicações 2015 (WRC-15) a solicitar, em sua Resolução 158, que Setor de Radiocomunicações da União Internacional de Telecomunicações realizasse estudos envolvendo o compartilhamento de frequências e a compatibilidade entre estações terrenas em movimento (ESIMs) operando na faixas alocadas ao Serviço Fixo por Satélite (FSS) e outros serviços. Como consequência, o assunto foi também incluído na agenda da WRC-19. O presente trabalho, aborda a proteção de receptores do Serviço Fixo Terrestre contra interferência produzidas por ESIMs e propõe, inicialmente, uma metodologia para determinar a Áreas de Coordenação em torno da área de serviço de ESIMs operando no FSS na faixa 27,5-29,5 GHz. Conforme evidenciado no trabalho, as áreas de coordenação obtidas são normalmente complexas e inadequadas para utilização em um texto regulamentar. Assim, é também proposta uma metodologia para a determinação de uma Área de Coordenação Alternativa baseada numa distância D pré estabelecida. Na metodologia, a escolha da distância D adequada é feita com base em curvas do tipo ROC (Receiver Operating Chracteristics), usualmente utilizadas em problemas de detecção. Finalmente, é feita uma análise da redução de potência de transmissão das ESIMs (redução que depende de sua localização na área de serviço) necessária para garantir a proteção dos receptores do Fixo Terrestre fora da Área de Coordenação Alternativa proposta. / [en] The provision of communication services to mobile platforms has traditionally been accomplished by Mobile-Satellite Service (MSS) satellite systems using relatively low frequency bands. The high growth in connectivity requirements has made it clear that the spectrum allocated to the MSS is not enough to meet these new needs. This fact has motivated the World Radiocommunication Conference in 2015 (WRC-15) to invite, in its Resolution 158, Radiommunications Sector of the International Telecommunication Union (ITU-R) to carry out studies involving the frequency sharing and the compatibility between earth stations in motion (ESIM) operating within geostationary FSS allocations and other services. As a consequence, the issue was also included in the WRC-19 agenda. This paper deals with the protection of Fixed Service receivers against interference produced by ESIMs and proposes, initially, a methodology to determine the Coordination Areas around the service area of the ESIMs operating in the FSS in the range 27.5-29.5 GHz. As evidenced in the paper, the obtained coordination areas are usually complex and unsuitable for use in a regulatory text. Thus, a methodology is also proposed for the determination of an Alternative Coordination Area based on a predetermined distance D. In the methodology, the choice of the proper distance D is made based on ROC type curves (Receiver Operating Characteristics), usually used in detection problems. Finally, an analysis of the ESIMs transmission power reduction (reduction that depends on their location in the service area) necessary to guarantee the protection of the Fixed Service receivers outside the proposed Alternative Coordination Area.

[pt] O crescente interesse em Sistemas de alta densidade do Serviço Fixo por Satélite (High Density Fixed-Satellite Services - HDFSS) deu origem a estudos na União Internacional de Telecomunicações (UIT) para que sua implantação siga recomendações no intuito de minimizar a interferência em outros serviços de telecomunicações. Tais sistemas são interessantes devido à sua flexibilidade na implantação ubíqua de terminais de pequeno porte, sem a necessidade de coordenação. Com o objetivo de regulamentar a implantação de tais sistemas, o Grupo de Estudos 4 do Setor de Radio comunicações da UIT, que trata do serviço fixo por satélite, tem desenvolvido e sugerido estudos visando à criação de uma recomendação contendo metodologias para o compartilhamento de frequências envolvendo estações terrenas (terminais) ubiquamente distribuídas. Assim, em 2003, na Conferência Mundial de Radio comunicações da UIT, foram identificadas faixas de frequências específicas para a operação de sistemas HDFSS, sendo que grande parte das faixas de frequência identificadas é compartilhada, em caráter primário, com os sistemas do Serviço Fixo Terrestre (FS) e, por este motivo, é importante que sejam desenvolvidos estudos para regulamentação e o controle deste compartilhamento. No âmbito da UIT a principal motivação desses estudos é a análise da interferência provocada por sistemas HDFSS implantados em um país em serviços que compartilham a mesma frequência em um país vizinho. É neste cenário que o presente trabalho propõe uma metodologia para avaliação da interferência produzida por terminais ubiquamente distribuídos em sistemas FS. Essa metodologia visa a determinação de uma região de coordenação, possibilitando, assim, que terminais sejam implantados livremente fora desta região, garantindo níveis adequados de interferência nos sistemas FS. / [en] The growing interest in High-Density Fixed Service Satellite systems (HDFSS) has led to studies at the International Telecommunication Union (ITU) aiming the development of a recommendation for guidance on its implementation in order to minimize interference affecting other telecommunications services. Such systems are of interest due to their flexibility in the ubiquitous deployment of small terminals, Without the need for coordination. In order to regulate the implementation of such systems, the Study Group 4 of the ITU Radiocommunication Sector, responsible for the fixed-satellite service, has developed and suggested studies aimed at creating a recommendation containing methodologies for frequency sharing involving earth stations (terminals) ubiquitously distributed. Thus, in 2003, at the World Radiocommunication Conference of the ITU, specific frequency bands for HDFSS systems operation have been addressed, and most of the frequency bands identified are shared, on a primary basis, With the terrestrial fixed service systems (FS) and, for this reason, such studies for regulation and control of this share has become important. The ITU main motivation for these studies is the analysis of the interference caused by the HDFSS systems deployed in a country, into the communication sevices of neighboring countries. In this scenario, this paper proposes a methodology for evaluating interference produced by a ubiquitously distributed terminals into FS systems. This method aims at determining a coordination region, thus enabling terminals to be freely deployed outside this region, without producing unacceptable levels of interference into the FS receivers.

This master’s thesis deals with satellite transponders. Firstly, satellite communication basics, satellite services definitions, frequency bands and satellite orbits are investigated. The second chapter forms the satellite transponders analysis. The transparent transponder and the transponder with on-board processing are described. Finally, a transponder model is designed and simulated in communication chain.