Simulador de comunicación satelital con sistema QKD

Abstract

La comunicación cuántica se encuentra actualmente en auge debido a su potencial para conseguir mayor seguridad en las comunicaciones y con ello complementar los sistemas actuales de telecomunicación para toda aplicación que así lo requiera. Dicha seguridad se consigue con la distribución de claves cuánticas, Quantum Key Distribution (QKD), la cual permite que los datos cifrados que se envíen puedan descifrarse mediante claves que han sido codificadas y transmitidas en un estado cuántico. Uno de los escenarios en el que se prevé la aplicación de la comunicación cuántica es en las comunicaciones satelitales, y por este motivo el propósito del presente trabajo es desarrollar un simulador capaz de analizar las prestaciones de la comunicación en un escenario básico, estableciendo el enlace de comunicación en espacio libre entre una estación terrena y un satélite. El objetivo es que dicho simulador pueda ser utilizado en el ámbito educacional para el estudio y análisis de este tipo de comunicaciones. Para el desarrollo del simulador se ha considerado necesario introducir primero el marco teórico ligado a la comunicación satelital tradicional (canal de comunicación clásico) y a los sistemas QKD (canal cuántico). Luego se ha presentado el desarrollo del simulador, realizado con MATLAB, que permite configurar diferentes parámetros del escenario para simular cómo sería la comunicación en cada caso. Por último, se presentan los resultados obtenidos tras la simulación de ciertas configuraciones del escenario, analizando y comparando resultados. Así, el simulador desarrollado permite analizar las prestaciones del enlace de comunicación bajo determinadas configuraciones del escenario.

Quantum communication is currently booming due to its potential to achieve greater security in communications and thus complement current telecommunication systems for any application that requires it. That security is achieved using Quantum Key Distribution (QKD), which allows the encrypted data that is sent to be decrypted by keys that have been encoded and transmitted in a quantum state.A scenario in which the application of quantum communication is foreseen is in satellite communications, and for this reason the purpose of this work is to develop a simulator capable of analyzing the performance of communication in a basic scenario, establishing the link communication in free space between an earth station and a satellite. The objective is this simulator can be used in the educational field for the study and analysis of this type of communications. For the simulator development, it has been considered necessary to first introduce the theoretical framework linked to traditional satellite communication (classical communication channel) and QKD systems (quantum channel). Then, the simulator has been presented, developed using MATLAB, which allows configuring different parameters of the scenario to simulate how the communication would be in each case. Finally, the obtained results after simulating certain scenario configurations are presented, analyzing and comparing results. Thus, the developed simulator allows analyzing the performance of the communication link under certain scenario configurations.