tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2024-10-2-48-56FAKNHQtuzsut-568Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONSСтруктура телеметрической радиолинии с расширением спектра для низкоорбитального малого космического аппаратаStructure of Spread Spectrum Telemetry Radio Link for LEO Small Satellitehttps://orcid.org/0009-0007-2818-6491КараваевД. А.KaravaevD.

инженер кафедры радиосистем и обработки сигналов 

karavaev.da@sut.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4148-3208ГлушанковЕ. И.GlushankovE.

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры радиосистем и обработки сигналов 

glushankov.ei@sut.ruСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-БруевичаРоссияThe Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of TelecommunicationsRussian Federation2024040520241024856Copyright © Караваев Д.А., Глушанков Е.И., 20242024Караваев Д.А., Глушанков Е.И.Karavaev D., Glushankov E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/568

В работе рассматривается вопрос создания телеметрической радиолинии для малых космических аппаратов, в частности формата CubeSat. Существенным ограничением аппаратов данного формата являются габариты антенных элементов и мощность передающей аппаратуры, что приводит к низкой энергодоступности сигнала на наземном приемном пункте. Предложена структура информационного кадра физического уровня радиолинии, построенного на основе сигнально-кодовой конструкции с прямым расширением спектра, что позволяет добиться усиления сигнала для достижения необходимого уровня помехозащищенности. Реализация усиления подобным образом позволяет осуществлять адаптивное управление пропускной способностью канала в зависимости от изменения отношения сигнал-шум при изменении дальности от аппарата до пункта приема. С учетом предложенной структуры информационного кадра проведен анализ объема получаемой телеметрической информации в течение сеанса связи в зависимости от максимального угла места наблюдения аппарата. Также предложен вариант структуры взаимодействия узлов системы связи на канальном уровне.

The paper considers the design of telemetry radio link for low Earth orbit (LEO) satellites, particularly based on CubeSat format. A significant limitation of such spacecrafts are the available dimensions for antennas and the transmitting power, which leads to low energy level at the ground receiving point of transmitted signal. The article presents the physical level structure for data frame based on direct sequence spread spectrum technique, which allows for additional signal gain to achieve the required level of link performance. Using such principle also make possible to implement adaptive data rate control depending on dynamics in signal-to-noise ratio when the distance from the satellite to the ground point changes. For proposed data frame structure, an analysis of received information size during a communication session was carried out, which is parameterized on the maximum observable elevation angle of the satellite. The issue of datalink layer interaction between devices is also considered.

спутниковая радиолинияметод расширения спектра прямой последовательностьюнизкоорбитальный космический аппаратадаптивное управление пропускной способностьюsatellite radio linkdirect sequence spread spectrumlow Earth orbit satelliteadaptive data rateReferencesCappelletti C., Battistini S., Malphrus B.K. CubeSat Handbook: From Mission Design to Operations. Elsevier, 2021. 469 p.Cappelletti C., Battistini S., Malphrus B.K. CubeSat Handbook: From Mission Design to Operations. Elsevier; 2021. 469 p.Sagari S., Baysting S., Saha D., Seskar I., Trappe W., Raychaudhuri D. Coordinated dynamic spectrum management of LTE-U and Wi-Fi networks // Proceedings of the International Symposium on Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN, Stockholm, Sweden, 29 September 2015). IEEE, 2015. PP. 209‒220. DOI:10.1109/DySPAN.2015.7343904Sagari S., Baysting S., Saha D., Seskar I., Trappe W., Raychaudhuri D. Coordinated dynamic spectrum management of LTE-U and Wi-Fi networks. Proceedings of the International Symposium on Dynamic Spectrum Access Networks, DySPAN, 29 September 2015, Stockholm, Sweden. IEEE; 2015. p.209‒220. DOI:10.1109/DySPAN.2015.7343904Maral G., Bousquet M., Sun Z. Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology. Wiley, 2020. 800 p.Maral G., Bousquet M., Sun Z. Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology. Wiley; 2020. 800 p.Рекомендация МСЭ-R P.618-13 (12/2017) Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для проектирования систем связи Земля-космос.Rec. ITU-R P.618-13 Propagation data and prediction methods required for the design of Earth-space telecommunication systems. December 2017.Ali I., Al-Dhahir N., Hershey J.E. Doppler characterization for LEO satellites // IEEE Transactions on Communications. 1998. Vol. 46. Iss. 3. PP. 309‒313. DOI:10.1109/26.662636Ali I., Al-Dhahir N., Hershey J.E. Doppler characterization for LEO satellites. IEEE Transactions on Communications. 1998;46(3):309‒313. DOI:10.1109/26.662636Blümm C., Heller C., Fourestie B., Weigel R. Air-to-ground channel characterization for OFDM communication in C-Band // Proceedings of the 7th International Conference on Signal Processing and Communication Systems, ICSPCS, Carrara, Australia, 16‒18 December 2013). IEEE, 2013. PP. 1‒8. DOI:10.1109/ICSPCS.2013.6723935Blümm C., Heller C., Fourestie B., Weigel R. Air-to-ground channel characterization for OFDM communication in C-Band. Proceedings of the 7th International Conference on Signal Processing and Communication Systems, ICSPCS, 16‒18 December 2013, Carrara, Australia. IEEE; 2013. p.1‒8. DOI:10.1109/ICSPCS.2013.6723935Cid E.L., Sanchez M.G., Alejos A.V. Wideband Analysis of the Satellite Communication Channel at Ku- and X-Bands // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2016. Vol. 65. Iss. 4. PP. 2787‒2790. DOI:10.1109/TVT.2015.2425037Cid E.L., Sanchez M.G., Alejos A.V. Wideband Analysis of the Satellite Communication Channel at Ku- and X-Bands. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2016;65(4):2787‒2790. DOI:10.1109/TVT.2015.2425037Triple Feed Patch antenna // Maarten Baert's website. 2019. URL: https://www.maartenbaert.be/quadcopters/antennas/triple-feed-patch-antenna (дата обращения 20.01.2024)Maarten Baert's website. Triple Feed Patch antenna. 2019. URL: https://www.maartenbaert.be/quadcopters/antennas/triple-feed-patch-antenna [Accessed 20.01.2024]Torrieri D. Principles of Spread-Spectrum Communication Systems. Cham: Springer, 2018. 727 p. DOI:10.1007/978-3-319-70569-9Torrieri D. Principles of Spread-Spectrum Communication Systems. Cham: Springer; 2018. 727 p. DOI:10.1007/978-3-319-70569-9ГОСТ Р 55947–2014. Телевидение вещательное цифровое. Приемники для эфирного цифрового телевизионного вещания DVB-T2. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений и испытаний. М.: Стандартинформ, 2014. 27 с.GOST Р 55947–2014. Digital Video Broadcasting. The receivers for terrestrial digital TV broadcasting DVB-T2. The basic parameters. Technical requirements. Measuring and test methods. Moscow: Standardinform Publ.; 2014. 27 p.Tsatsaragkos I., Paliouras V. A Reconfigurable LDPC Decoder Optimized for 802.11n/ac Applications // IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems. 2018. Vol. 26. Iss. 1. PP. 182‒195. DOI:10.1109/TVLSI.2017.2752086Tsatsaragkos I., Paliouras V. A Reconfigurable LDPC Decoder Optimized for 802.11n/ac Applications. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems. 2018;26(1):182‒195. DOI:10.1109/TVLSI.2017.2752086Richards М.A. Fundamentals of Radar Signal Processing. McGraw-Hill, 2005. 513 p.Richards М.A. Fundamentals of Radar Signal Processing. McGraw-Hill; 2005. 513 p.Stein S. Algorithms for ambiguity function processing // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. 1981. Vol. 29. Iss. 3. PP. 588‒599. DOI:10.1109/TASSP.1981.1163621Stein S. Algorithms for ambiguity function processing. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. 1981;29(3):588‒599. DOI:10.1109/TASSP.1981.1163621Hamkins J., Marvin K.S. Autonomous Software‐Defined Radio Receivers for Deep Space Applications. Wiley, 2006. 464 p.Hamkins J., Marvin K.S. Autonomous Software‐Defined Radio Receivers for Deep Space Applications. Wiley; 2006. 464 p.Noels N., Steendam H., Moeneclaey M., Bruneel H. Carrier phase and frequency estimation for pilot-symbol assisted transmission: bounds and algorithms // IEEE Transactions on Signal Processing. 2005. Vol. 53. Iss. 12. PP. 4578‒4587. DOI:10.1109/TSP.2005.859318Noels N., Steendam H., Moeneclaey M., Bruneel H. Carrier phase and frequency estimation for pilot-symbol assisted transmission: bounds and algorithms. IEEE Transactions on Signal Processing. 2005;53(12):4578‒4587. DOI:10.1109/TSP.2005.859318

The authors declare that there are no conflicts of interest present.