Avances de MIMO masivo para comunicaciones por satélite y análisis con GMAT

Abstract

La finalidad de los sistemas de comunicaciones por satélites es proporcionar una cobertura inalámbrica que permita completar y ampliar las redes de comunicaciones terrestres para alcanzar cobertura global. Uno de los objetivos a alcanzar en los próximos años es la integración de los satélites con redes 5G para proporcionar acceso inalámbrico con velocidades de datos mejoradas. Una de las técnicas de capa física utilizadas por 5G es el Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) masivo. Aunque esta tecnología es utilizada ampliamente en los sistemas de comunicaciones terrestres, su carácter masivo hace aún compleja su integración en sistemas de comunicaciones por satélite. En este trabajo se propone estudiar las oportunidades de análisis del segmento espacio y del segmento terrestre. En el segmento espacio se utilizará una herramienta de diseño como General Mission Analysis Tool (GMAT) para simular las órbitas de las constelaciones de satélites LEO. En el segmento terrestre se plantea analizar las oportunidades de integración de MIMO masivo en satélites y proponer una solución viable desde el punto de vista de sistemas. Las técnicas de MIMO masivo que se van analizar consisten en los algoritmos adaptativos y las comunicaciones no coherentes. Los algoritmos adaptativos en beamforming realizan apuntamientos a las direcciones deseada eliminando las interferencias y mejorando la comunicación, ayudando al desarrollo de las tecnologías de quinta generación, la cuales utilizarán el MIMO masivo. Por otro lado, la comunicación no coherente se propone como una alternativa a los inconvenientes que tiene el MIMO masivo en los sistemas coherente. Para el estudio de ambas técnicas se utilizará la herramienta MATLAB.

La finalitat dels sistemes de comunicacions per satèl·lits és proporcionar una cobertura sense fil que permeti completar i ampliar les xarxes de comunicacions terrestres per a aconseguir cobertura global. Un dels objectius a aconseguir en els pròxims anys és la integració dels satèl·lits amb xarxes 5G per a proporcionar accés sense fil amb velocitats de dades millorades. Una de les tècniques de capa física utilitzades per 5G és el Multiple-Input Multiple-Output (MANYAGA) massiu. Encara que aquesta tecnologia és utilitzada àmpliament en els sistemes de comunicacions terrestres, el seu caràcter massiu fa encara complexa la seva integració en sistemes de comunicacions per satèl·lit. En aquest treball es proposa estudiar les oportunitats d'anàlisis del segment espai i del segment terrestre. En el segment espai s'utilitzarà una eina de disseny com a General Mission Analysis Tool (GMAT) per a simular les òrbites de les constel·lacions de satèl·lits LEO. En el segment terrestre es planteja analitzar les oportunitats d'integració de MANYAGA massiva en satèl·lits i proposar una solució viable des del punt de vista de sistemes. Les tècniques de MANYAGA massiva que es van analitzar consisteixen en els algorismes adaptatius i les comunicacions no coherents. Els algorismes adaptatius en beamforming realitzen apuntamientos a les direccions desitjada eliminant les interferències i millorant la comunicació, ajudant al desenvolupament de les tecnologies de cinquena generació, la quals utilitzaran la MANYAGA massiva. D'altra banda, la comunicació no coherent es proposa com una alternativa als inconvenients que té la MANYAGA massiva en els sistemes coherent. Per a l'estudi de totes dues tècniques s'utilitzarà l'eina MATLAB.

The purpose of satellite communications systems is to provide wireless coverage to complement and extend terrestrial communications networks to achieve global coverage. One of the goals to be achieved in the coming years is the integration of satellites with 5G networks to provide wireless access with improved data rates. One of the physical layer techniques used by 5G is Massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO). Although this technology is widely used in terrestrial communications systems, its massive nature still makes its integration in satellite communications systems complex. In this work we propose to study the opportunities for analysis of the space segment and the terrestrial segment. In the space segment, a design tool such as the General Mission Analysis Tool (GMAT) will be used to simulate the orbits of LEO satellite constellations. In the terrestrial segment, we plan to analyze the opportunities for integration of massive MIMO in satellites and propose a viable solution from a systems point of view. The massive MIMO techniques to be analyzed are adaptive algorithms and non-coherent communications. Adaptive algorithms in beamforming perform pointing to the desired directions eliminating interference and improving communication, helping the development of fifth generation technologies, which will use massive MIMO. On the other hand, non-coherent communication is proposed as an alternative to the drawbacks of massive MIMO in coherent systems. MATLAB will be used to study both techniques.