Diseño de un sistema de comunicaciones para satélite de órbita baja basado en modulaciones de fase contínua

Abstract

Los pequeños satélites han estado presentes desde los comienzos de la era espacial. Pero ahora, los avances en la microelectrónica, en especial los microprocesadores, y el menor coste de lanzamiento que los satélites geoestacionarios (GEO) tradicionales, han hecho que los pequeños satélites de órbita baja [LEO) sean una alternativa viable y atractiva. No sólo desarrollos científicos y militares, sino además aplicaciones comerciales en el campo de las comunicaciones personales y móviles basadas en estos sistemas son ahora una realidad. Las ventajas que supone el uso de este tipo de satélites se pueden resumir con el eslogan "más rápido, mejor, más pequeño y más barato". El gran desarrollo que han sufrido en los últimos años los sistemas de comunicaciones basados en pequeños satélites de órbita baja ha provocado el aumento tanto del número de proyectos orientados ai lanzamiento de constelaciones de satélites que proporcionen comunicaciones globales a lo largo de la Tierra como del número de servicios ofrecidos por estos satélites, uno de los cuales es el de mensajería diferida. Así, se han concedido licencias para constelaciones que ofrecerán comunicaciones que no son en tiempo real, llamadas "pequeños sistemas LEO', en las bandas VHFy UHF, y que planean proporcionar una variedad de servicios adecuados para satélites pequeños y baratos. Fruto del interés por estos sistemas surge esta tesis, centrada fundamentalmente en el diseño e implementación eficiente de un módem para un sistema de comunicaciones por satélite de órbita baja. Actualmente, y gracias a la rápida evolución de los procesadores digitales de señal {DSPs), la tendencia es la de implementar de forma digital todos los algoritmos que deben llevarse a cabo en un módem. Es el punto de vista conocido como "software radio", consistente en reducir los componentes analógicos en la medida de lo posible y acercar las técnicas digitales lo más posible a la antena. La implementación eficiente de algoritmos software para modems, reduce al máximo el número de funciones que se realizan de forma analógica. Esto supone conocer en profundidad los aspectos teóricos que rodean al conjunto de funciones implementadas en el módem. Es necesario, en primer lugar, el estudio del canal de comunicaciones, lo que nos permitirá conocer qué clases de efectos, interferencias y perturbaciones se producirán sobre la señal transmitida y elegir los esquemas de transmisión y recuperación de datos más adecuados en el demodulador. En nuestro caso, se realiza un análisis de las modulaciones de fase continua CPM, así como de los algoritmos empleados en el receptor para demodular la señal, incluyendo la recuperación de los sinaonismos dé bit y portadora. El uso de técnicas de procesado digital de señal permite una gran versatilidad en el diseño de algoritmos óptimos que realicen las funciones del módem. La importancia que han adquirido los diseños hardware cuyo corazón es un: procesador digital de señales (DSPs) hace necesario el conocimiento de la metodología existente para la realización de este tipo de desarrollos software-hardware basados en el procesado digital de señales. Así, se presenta un prototipo hardware del módem de comunicaciones en el que se han reducido al máximo el coste y el consumo de cada uno de los componentes, de acuerdo siempre con la tendencia actual en las comunicaciones por satélite. La tesis finaliza con la evaluación experimental de los estudios realizados sobre la simulación y la plataforma hardware implementada. Se trata de evaluar el sistema en tiempo real, introduciendo los algoritmos en el procesador digital de señal y efectuando un conjunto de pruebas al módem digital para verificar su funcionamiento. Este ha sido otro de los objetivos fundamentales de la tesis, el verificar que los algoritmos estudiados son válidos y son capaces de adaptarse a las condiciones del canal de comunicaciones de forma eficiente y verificando las especificaciones.