On-ground processing for spectral efficiency improvement in next generation satellite communications

Resumo

Actualmente existe una demanda cada vez mayor de conexiones de alta velocidad por parte de los usuarios. Esta demanda, sociada con el mayor consumo -y, también, con la mayor creación por parte del usuario- de contenidos multimedia, hace necesaria la existencia de estándares de comunicación capaces de proporcionar conectividad e interactividad IP incluso en entornos muy adversos. Con este fin, las comunicaciones vía satélite pueden ser usadas para llegar a aquellos lugares en los que el acceso mediante otras tecnologías sea más complicado, y también para ofrecer capacidad de difusión a bajo coste. Sin embargo, el requisito de interactividad existente en la actualidad requiere no solo la difusión rápida y eficiente de datos, sino también la existencia de un canal de retorno capaz de soportar tasas de transmisión altas. En un intento para resolver este problema, en los últimos años se han llevado a cabo varios estudios destinados a disminuír de forma drástica los costes por bit asociados a este tipo de comunicaciones. Una de las áreas más prometedoras es la de los denominados satélites multibeam. Los satélites multibeam constituyen una tecnología muy utilizado durante las últimas décadas. En esencia, la antena crea un patrón de múltiples haces, en lugar de un único lóbulo principal. Un problema con este tipo de sistemas es que los lóbulos secundarios de cada haz producen interferencais en los haces adyacentes (interbeam interference). Una práctica común para contrarrestar este efecto es la de dividir el espectro total disponible en varias bandas y asignar a áreas adyacentes bandas diferentes, de forma que ninguna zona se encuentre contigua a otra que opere sobre la misma porción del espectro. De esta forma, la interferencia entre haces puede llegar a reducirse drásticamente, pero a costa de reducir también el espectro disponible para la transmisión. Motivada por la creciente demanda de interactividad IP, en la acualidad se pretende avanzar cara a factores de reutilización de frecuencia cada vez más agresivos, y el obejtivo final es la reutilización de frecuencia total, es decir, que todos los haces operen sobre la totalidad del espectro disponible. Por lo tanto, se necesitan técnicas capaces de mitigar, de alguna forma, la interferencia que unos haces ejercen sobre otros"; esta mitigación debe llevarse a cabo además de forma que el segmento de espacio se modifique lo menos posible. Dentro de esta tesis, se realizará un estudio de las técnicas más prometedoras, y en particular de asuntos actualmente sin resolver como son el impacto de un procesado fijo en el satélite, la ausencia de información de canal perfecta en cualquiera de los dos extremos o el impacto de las condiciones del canal (atenuación por lluvia y otros) sobre las prestaciones. Si, además, el emisor/receptor terrestre se encuentra en movimiento, se necesitaría tener en cuenta otros problemas para asegurar unha transmisión y recepción en buenas condiciones: además del consabido efecto Doppler, en la actualidad se tiende a diseñar sistemas que adapten los parámetros de transmisión a las características puntuales del canal, en un intento por aumentar al máximo la eficiencia. Por desgracia, el enlace satélite presenta problemas adicionales a este tipo de técnicas. En el sentido satélite-tierra, los retardos de comunicación son tan largos que no se puede explotar ninguna información recibida con anterioridad para adaptar la transmisión; en el sentido Tierra-satélite, el contrario, es necesario conformarse con información “parcial” obtenida de la señal recibida. En esta tesis, se trabajará también en el diseño de técnicas que mitiguen estos problemas. Las líneas de trabajo previstas incluyen los códigos de canal superpuestos y el diseño de algoritmos basados en la predicción estadística del comportamiento del canal.Na actualidade, existe unha demanda cada vez maior de conexións de alta velocidade por parte dos usuarios. Esta demanda, asociada ó maior consumo -e tamén á maior creación por parte do usuario- de contidos multimedia, precisa de estándares capaces de dar interactividade e conectividade IP incluso naqueles entornos nos que as condicións son máis adversas. Con esta fin, as comunicacións via satélite poden ser empregadas para chegar a aqueles lugares nos que o acceso mediante outras tecnoloxías sexa máis complicado, e tamén para ofrecer capacidade de difusión a baixo custo. Sen embargo, o requisito de interactividade existente a día de hoxe require non só de difusión rápida e eficiente de datos, senón tamén da existencia dunha canle de retorno capaz de soportar taxas de transmisión altas. Nun intento por solventar este problema, nos últimos anos leváronse a cabo diversos estudos destinados a diminuír, dun xeito drástico, os custos por bit asociados a este tipo de comunicacións. Unha das áreas máis prometedoras é a dos denominados satélites multibeam. Os satélites multibeam veñen sendo unha tecnoloxía moi empregada durante as últimas décadas. En esencia, a antena crea un patrón de múltiples feixes, no canto de empregar un único lóbulo principal. Un problema deste tipo de sistemas é que os lóbulos secundarios de cada feixe producen interferencias nos feixes adxacentes (interbeam interference). Unha práctica común para contrarrestar este efecto é a de partir o espectro total dispoñible en varias bandas e asignar a áreas adxacentes bandas diferentes, de forma que ningunha zona se atope contigua a outra que opere sobre a mesma porción de espectro. Deste xeito, a interferencia entre feixes pode chegar a reducirse drasticamente, pero a costa de reducir tamén o espectro dispoñible para a transmisión. Motivada pola crecente demanda de interactividade e conectividade IP, na actualidade preténdese avanzar cara a factores de reutilización de frecuencia cada vez máis agresivos, e o obxectivo final é a reutilización de frecuencia total, é dicir, que tódolos beams operen sobre a totalidade do espectro dispoñible. Polo tanto, precísase de técnicas capaces de mitigar, dalgún xeito, a interferencia que uns beams exercen sobre outros; esta mitigación debe levarse a cabo, ademáis, de forma que o segmento de espazo se modifique o menos posible. Dentro desta tese, realizarase un estudo das técnicas máis prometedoras na actualidade, e en particular en asuntos actualmente sen resolver como son o impacto dun procesado fixo no satélite, a ausencia de información de canle perfecta en calquera dos dous estremos ou o impacto das condicións da canle (atenuación por chuvia e outros) sobre as prestacións. Se, a maiores, o emisor/receptor terrestre se atopa en movemento, precísase ter en conta outros problemas para asegurar unha transmisión e recepción en boas condicións: ademáis do coñecido efecto Doppler, na actualidade téndese a deseñar sistemas que adapten os parámetros de transmisión ás características puntuais da canle, nun intento por aumentar ao máximo a eficiencia. Por desgraza, o enlace satélite presenta problemas adicionais a este tipo de técnicas. No enlace satélite-terra, os retardos na comunicación son tan longos que non se pode aproveitar ningunha información recibida con anterioridade para adaptar a transmisión;" no sentido terra-satélite, pola contra, é preciso conformarse con información “parcial” obtida do sinal recibido. Nesta tese, traballarase tamén no deseño de técnicas que mitiguen estes problemas. As liñas de traballo previstas inclúen o uso de códigos de canle superpostos e o deseño de algoritmos baseados na predición estatística do comportamento da canle.