Projeto de um Subsistema de Telecomunicações para Nanossatélite em LEO

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Autor

Elton Ferreira Broering

Orientador

Prof. Ramon Mayor Martins

Curso

Engenharia de Telecomunicações

Resumo

Este trabalho tem o objetivo de projetar um subsistema de comunicação embarcado em um nanossatélites. Neste escopo são definidas as características do projeto e os cálculos do Link Budget do sistema acomodados em uma planilha de parâmetros. Utilizando o software de simulação System Tool Kit (STK) foi possível inserir os parâmetros calculados e analisar o desempenho do sistema.

O sistema projetado é de um nanossatélite operando em Low Earth Orbit - Órbita Terrestre Baixa (LEO) com uma altitude de 800 km, que utiliza antenas dipolos tanto no satélite quanto na estação terrena, com modulação Frequency Shift Keying - Chaveamento de Frequência (FSK), operando nas frequências 434,500 MHz para Downlink e 145,45 MHz para Uplink, ambas na faixa de Frequência Amadora, de acordo com a Resolução 452 da Anatel.

A partir dos cálculos realizados e da simulação é possível analisar o desempenho do sistema de comunicação projetado. Dentre os resultados encontrados estão a relação Carry to Noise Ratio - Relação Portadora Ruído (CNR) chegando a 55dB no DownLink e 44 dB no UpLink e a Energy per Bit to Noise Power Spectral Density Ratio - Energia de Bit sobre a Densidade de Ruído Espectral (Eb /N0) a 58 dB no DownLink e 54 dB no UpLink. O resultado final é um sistema projetado para, no pior cenário previsto, ter um desempenho eficiente com uma boa relação CNR e Eb /N0.

Em termos de simulação, a eficiência do sistema pôde ser analisada de forma mais conclusiva, com uma análise da Bit Error Rate - Taxa de Erro de Bits (BER) do sistema. Nos períodos de comunicação a BER tende a zero, garantindo assim um link de comunicação de dados com baixa taxa de erros. No intervalo de um dia houveram em torno de 7 períodos com cobertura do satélite na região de interesse, com oportunidade de aproximadamente 10 a 15 minutos em cada um desses períodos para estabelecer conexão com o nanossatélite.

Palavras chave

Subsistema de comunicação, Nanossatélites, Low Earth Orbit - Órbita Terrestre Baixa.

Abstract

This work has the objective of designing a communication subsystem embedded in a nanosatellite. In this scope, the design characteristics and calculations of the Link Budget of the system are defined in a parameter worksheet. Using the simulation software STK it was possible to enter the calculated parameters and analyze the performance of the system.

The projected system is a nanosatellite operating at 800 km altitude LEO, which uses diploid antennas on both the satellite and the earth station, modulation FSK, operating at frequencies 434,500 MHz for Downlink and 145.45 MHz for Uplink, both in the Amateur Frequency range, in accordance with Anatel Resolution 452.

From the calculations performed and the simulation it is possible to analyze the performance of the projected communication system. Among the results found are the ratio CNR reaching 55dB in the Downlink and 44dB in the UpLink and the 58dB Eb/N0 in the DownLink and 54dB in the UpLink. The end result is a system designed to, in the worst case scenario, perform efficiently with a good relation CNR and Eb /N0.

In terms of simulation, the efficiency of the system could be analyzed more conclusively, with an analysis of the system BER. In the communication periods, the BER tends to zero, thus guaranteeing a low error rate data communication link. In the interval of one day there were around 7 periods with coverage of the satellite in the region of interest, with an opportunity of approximately 10 to 15 minutes in each of these periods to establish connection with the nanosatellite.

Keywords

Satellite Communication Subsystem, Nanosatellite, LEO.

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