Development of a simulator of low Earth orbit satellite communication networks to analyze interference problems

García Martí, Ainoa (2018). Development of a simulator of low Earth orbit satellite communication networks to analyze interference problems. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Development of a simulator of low Earth orbit satellite communication networks to analyze interference problems
Author/s:
  • García Martí, Ainoa
Contributor/s:
  • Riihonen, Taneli
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación
Date: 28 May 2018
Subjects:
Freetext Keywords: Comunicaciones en órbita baja
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Otro
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las comunicaciones en órbita baja (LEO) son el futuro de los servicios de comunicación. Lo que empezó como algo destinado a científicos y estudiantes, se ha convertido en una atractiva solución para las comunicaciones comerciales. La masiva competencia del mercado y el elevado coste de desarrollo, construcción y lanzamiento de los satélites convencionales, así como la necesidad de cobertura global, ha forzado a la industria de las telecomunicaciones a buscar otras alternativas y, gracias a los avances en nano y microtecnología, las comunicaciones LEO es una de ellas. El creciente interés en las comunicaciones LEO es la principal razón por la cual se ha escrito esta tesis. Los trabajos previos se han limitado principalmente a analizar y resolver los problemas de interferencia de las redes LEO con las geoestacionarias (GEO). Los satélites en órbitas LEO no son geoestacionarias. Además,su área de cobertura es menor debido a la baja altitud. Estos dos hechos, obligan a establecer grandes constelaciones de satélites para garantizar una cobertura global y continua. Por ello, los problemas de interferencia no solo ocurren con los satélites GEO, sino que también se dan en las estaciones terrenas, y aque el número de satélites visibles es normalmente mayor que uno. Esta tesis comienza con un resumen del funcionamiento de las comunicaciones por satélite: las variables interfieren en un enlace satelital, las fórmulas que se emplean para conocer la posición y el movimiento de los satélites y los tipos de órbitas. Más tarde, se focaliza en las comunicaciones por satélite en órbita baja, ofreciendo información sobre los satélites empleados en ellas, los pequeños satélites o también conocidos como SmallSats; y sobre el diseño de constelaciones satelitales, concretamente los parámetros que las definen y el método empleado para diseñarlas. Una vez definido el funcionamiento de una comunicación satelital y el diseño de una constelación de satélites de órbita baja, se presentan los resultados obtenidos a partir del simulador. La parte práctica de esta tesis está destinada a analizar la relación señal a ruido interferencia de las constelaciones polares, y a que son aquellas que garantizan una cobertura global. El parámetro que se analiza es la relación señal a ruido interferencia (SINR). Los resultados muestran que la SINR adquiere valores muy bajos en las regiones polares debido a la gran concentración de satélites encima de los polos. Con el fin de solucionar este problema, en un primer momento, se opta por disminuir la inclinación orbital, solución que es descartarda puesto que traslada los bajos valores de SINR a otras latitudes terrestres. La segunda solución propuesta es el uso de antenas terrenas directivas. Aplicando esta modificación en el simulador, se obtiene un ligero aumento de la SINR. Por ello, se llega a la conclusión de que el uso de antenas terrenas muy directivas podría aumentar el valor de la SINR en las regiones polares para constelaciones polares en órbitas LEO. Abstract: Low Earth orbit (LEO) communication networks are the near future of the communication services. What started off as something merely for scientists and students has become an attractive solution for commercial communication. The massive market competition and the huge cost of developing, building and launching conventional satellites, as well as the need of global coverage, have forced the communication industry to look for alternatives and, thanks to the developments in nanotechnology and microtechnology, LEO communication networks are a promising one, since LEO are the closest orbits to the Earth, allowing the setting up of polar orbits and the use of smaller satellites, known as small satellites or SmallSats. The increasing interest in LEO communication systems is the main reason to write this thesis. Previous work has mainly been limited to analyzing and solving the interference of LEO networks with the geostationary ones. However, LEO are not stationary orbits, which means that satellites are not fixed. This fact, together with the small coverage area due to the low altitude, forces us to set up large satellite constellations. The big amount of satellites also causes interference to occur within the system itself, since the number of visible satellites at a point on Earth is often greater than one. The parameter intended to analyze this issue is the signal-to interference- plus-noise ratio (SINR). This thesis offers an overview of satellite communication, focusing on low orbit communication networks further on. Then, a simulator is developed to analyze the SINR of a polar satellite constellation. The results show a significant decrease of SINR at polar regions. In order to improve SINR value, we decrease the inclination but it does not solve the problem as the low SINR values move to different Earth latitudes. Finally, we simulate the polar constellation using dipoles as ground antennas, obtained a light but promising increase of SINR at the conflict regions.

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Item ID: 53623
DC Identifier: http://oa.upm.es/53623/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:53623
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 16 Jan 2019 07:50
Last Modified: 16 Jan 2019 07:50
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