Enhancement of Communication Quality in the X-Band Downlink Channel for Leo Earth Observation Satellites

В. Магро; С. Плаксін

doi:10.15407/scine21.05.076

Автор(и)

В. Магро Національний технічний університет «Дніпровська політехніка» https://orcid.org/0000-0003-4238-6733
С. Плаксін Інститут транспортних систем та технологій Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-8302-0186

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine21.05.076

Ключові слова:

супутниковий зв'язок, дистанційне зондування Землі, DVB-S2X, запас зв'язку

Анотація

Вступ. Дистанційне зондування Землі суттєво сприяє розвитку багатьох галузей економіки нашої країни. Для вищої результативності технології важливо оптимізувати канал передачі відеоданих з точки зору визначення кута положення супутника.
Проблематика. Використання різних форм сигналів передбачає різні значення запасу каналу. З іншого боку, зміна кута спостереження супутника відносно наземної станції змінює довжину маршруту, яким проходить сигнал, і, відповідно, змінює енергетичні характеристики лінії зв’язку. Для малих супутників CubeSat з обмеженим запасом живлення можливість передачі інформаційного сигналу від супутника Землі до наземної станції стеження протягом короткого сеансу зв’язку, залежно від обраного режиму генерації сигналу, не була достатньо досліджена.
Мета. Удосконалення системи дистанційного зондування Землі.

Матеріали й методи. Теорія радіозв’язку в мікрохвильовому діапазоні, розрахунок запасу енергії лінії зв’язку при використанні функції ACM в DVB-S2 для додаткової адаптивної модуляції, кодування (MODCOD) та схеми живлення при різних положеннях малого супутника відносно земної станції.
Результати. Розраховано запас енергії низхідного супутникового радіозв’язку, що дозволяє оцінити можливість використання стандарту DVB-S2X для потреб передачі відеоінформації із супутника дистанційного зондування Землі. Показано, що при малих значеннях кута положення супутника можливо встановити з’єднання в найнижчому режимі QPSK 1/4, що забезпечує швидкість передачі 38 Мбіт/с. Тільки коли кут положення супутника становить 50 градусів, можна використовувати швидший режим 32APSK 9/10, який забезпечує швидкість передачі 384 Мбіт/с.
Висновки. Використання стандарту DVB-S2(X) для малих супутників дозволяє ефективніше використовувати
супутниковий канал, зокрема, забезпечує більш гнучку та ефективну передачу відеоданих для певних кутів спостереження супутників.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Waydo, S., Henry, D., Campbell, M. (2002). CubeSat design for LEO-based Earth science missions. IEEE Aerospace Conference (AERO), 1—11. https://doi.org/10.1109/aero.2002.1036863

Aslan, A. R., Yağcı, H. B., Umit, M. E., Sofyalı, A., Bas, M. E., Uludag, M. S., …, Dengiz, T. (2013). Development of a LEO communication CubeSat. 6th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST), 1—5. https://doi.org/10.1109/rast.2013.6581288

Kovar, P., Sommer, M., Matthiae, D., Reitz, G. (2020). Measurement of cosmic radiation in LEO by 1U CubeSat. Radiation Measurements, 139, 106471. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2020.106471

Abele, E., Altunc, S., Kegege, O., Azimi, B., Lynaugh, K., Ekin, S., O’Hara, J. (2022). S-band network analysis and strategies for LEO multi-CubeSat science missions. IEEE Aerospace Conference (AERO), 1—10. https://doi.org/10.1109/AERO53065.2022.9843539

Kim, D., Kim, G., Kim, H., Park, E., Ha, N., Hwang, M., Kim, S. (2023). SWARM CubeSat: smart mmwave active radio module on a 2U CubeSat platform for ground-space LEO communication networks. 17th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 1—4. https://doi.org/10.23919/EuCAP57121.2023.10133259

Saliy, O., Hol, V., Divitskyi, A., Khakhlyuk, O. (2023). A complete solution for anti-jamming radio datalink of an unmanned aerial vehicle. Collection Information technology and security, 11(2), 251—265. https://doi.org/10.20535/2411- 1031.2023.11.2.293939

Shrestha, S., Choi, D.-Y. (2016). Study of rain attenuation in Ka band for satellite communication in South Korea. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 148, 53—63. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.08.008

García-Rubia, J. M., Riera, J. M., García-del-Pino, P., Benarroch, A. (2011). Propagation in the Ka band: experimental characterization for satellite applications. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 54(2), 65—76. https://doi.org/10. 1109/MAP.2011.5949328

Arneson, V., Bråten, L. E., Sander, J., Mjelde, T. M. O., Olsen, Ø. (2017). Land-mobile X-band satellite measurements in Norway, experiment description and first results. 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), 2351—2355. https://doi.org/10.23919/EuCAP.2017.7928368

Shrestha, S., Nadeem, I., Ghimire, J., Kim, S.-W., Yu, H. G., Choi, D.-Y. (2017). Seasonal and diurnal variations of rain attenuation measured with the Koreasat 6 at 20.73 GHz. International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC), 935—940. https://doi.org/10.1109/ICTC.2017.8190818

Luini, L., Emiliani, L., Boulanger, X., Riva, C., Jeannin, N. (2017). Rainfall rate prediction for propagation applications: model performance at regional level over Ireland. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 65(11), 6185—6189. https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2754448

Singh, R., Acharya, R. (2018). Development of a new global model for estimating one-minute rainfall rate. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 56(11), 6462—6468. https://doi.org/10.1109/TGRS.2018.2839024

Kokkoniemi, J., Jornet, J. M., Petrov, V., Koucheryavy, Y., Juntti, M. (2021). Channel modeling and performance analysis of airplane-satellite terahertz band communications. IEEE Transactions on Venicular Technology, 70(3), 2047—2061. https://doi.org/10.1109/TVT.2021.3058581

Lin, L., Chen, X., Hu, R., Zhao, Z. (2020). The refraction correction of elevation angle for the mean annual global reference atmosphere. International Journal of Antennas and Propagation, 1—7. https://doi.org/10.1155/2020/2438515

Weinmann, F., Dostert, K. (2006). Verification of background noise in the short wave frequency range according to recom mendation ITU-R P.372. International Journal of Electronics and Communications, 60(3), 208—216. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2005.03.005

Landa, I., Velez, M., Arrinda, A., Angueira, P., Eizmendi, I. (2012). Revision of the methodology for processing radio noise measurements in the medium-wave band. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 54(6), 214—226. https://doi.org/10.1109/MAP.2012.6387824

Fockens, T. W. H., Zwamborn, A. P. M., Leferink, F. (2019). Measurement methodology and results of measurements of the man-made noise floor on HF in the Netherlands. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 61(2), 337—343. https://doi.org/10.1109/TEMC.2018.2830512

Magro, V. I., Panfilov, O. G. (2024). Research of the features digital formation in satellite communication lines. Radio Electronics Computer Science, Control, 68(1), 28—40. https://doi.org/10.15588/1607-3274-2024-1-3

Recommendation CCSDS 401.0-B-32. (2021). Radio Frequency and Modulation Systems — Part 1: Earth Stations and Spacecraft. Blue book. URL: https://public.ccsds.org/Pubs/401x0b32.pdf (Last accessed: 20.05.2024).

Ippolito, L. J. (2008). Satellite communications systems engineering: atmospheric effects, satellite link design, and system performance. John Wiley & Son. https://doi.org/10.1002/9780470754443.fmatter

Geudtner, D., Zink, M., Gierull, C., Shaffer, S. (2002). Interferometric alignment of the X-SAR antenna system on the space shuttle radar topography mission. IEEE Transactions on Geoscience and Remote sensing, 40(5), 995—1006. https://doi.org/10.1109/TGRS.2002.1010887

Bahadori, N., Namvar, N., Kelleyy, B., Homaifar, A. (2019). Device-to-device communications in millimeter wave band: impact of beam alignment error. Wireless Telecommunications Symposium (WTS), 1—6. https://doi.org/10.1109/WTS.2019.8715520

Capela, C. J. R. (2012). Protocol of communications for VORSat satellite. URL: https://paginas.fe.up.pt/~ee97054/ PDI_final_CarlosCapela.pdf (Last accessed: 20.05.2024)

Proakis, J. G., Salehi, M. (2008). Digital communications. 5th Edition, N.Y.: McGraw-Hill, 1170 p. URL: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/5636847/mod_resource/content/1/digital%20commun%205th%20-%20proakis%2C%20 salehi.pdf (Last accessed: 20.05.2024).

Araujo, R., Silva, L., Santos, W., Souza, M. (2023). Cognitive radio strategy combined with MODCOD technique to mitigate interference on low-orbit satellite downlinks. Sensors, 23, 7234. https://doi.org/10.3390/s23167234