CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Analysis of Solar Scintillation Effects on Frequency Modulation Schemes for Deep Space Communications

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: RUIZ BOQUÉ, SÍLVIA

Departament: TSC

Títol: Analysis of Solar Scintillation Effects on Frequency Modulation Schemes for Deep Space Communications

Data inici oferta: 03-02-2025     Data finalització oferta: 03-10-2025


Estudis d'assignació del projecte:
    DG ENG AERO/SIS TEL
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: Fora UPC    
 
        Supervisor/a extern: Xavier Mestre
        Institució/Empresa: CTTC
        Titulació del Director/a: Enginyer
 
Paraules clau:
Deep-Space communications, Solar scintillation, MFSK, SMFSK
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
Les comunicacions en l'espai profund estan subjectes a diverses limitacions desafiadores, que van des de llargues latències de transmissió i grans pèrdues de propagació fins a una severa distorsió del senyal i efectes de dispersió d'ones causats per la propagació a través d'entorns turbulents. Aquest és precisament el cas del centelleig solar, un fenomen de distorsió causat per la propagació electromagnètica a través del plasma coronal durant una conjunció solar superior, quan la Terra, el Sol i la nau espacial s'alineen. L'efecte sobre el senyal rebut es manifesta en fluctuacions d'amplitud i fase, que distorsionen greument el senyal i sovint provoquen una interrupció total de l'enllaç de comunicacions. Per evitar aquests errors, és extremament important comprendre les capacitats de comunicació quan la transmissió està subjecta a aquest tipus de distorsió, especialment quan l'angle Sol-Terra-Sonda (SEP) és petit i, per tant, el Sol està a prop d'obstruir la línia de visió entre el transmissor i el receptor.
S'ha dut a terme molta investigació sobre la caracterització i modelització del canal de comunicació sota l'efecte del centelleig solar. L'objectiu d'aquest treball és estudiar l'efecte del centelleig solar en la recepció de senyals de modulacions en freqüència mitjançant demoduladors no coherents. En particular, s'estudiaran els dos tipus de modulacions més utilitats en aquest tipus d'aplicació: MFSK i SMFSK. Per a això, estudiarem una descripció analítica precisa de la taxa d'error de símbol quan el senyal sota l'efecte d'un canal de centelleig amb estadística de Rice. L'estudi analític ens permetrà dur a terme una anàlisi exhaustiva de possibles configuracions del senyal i del receptor per optimitzar el rendiment de l'enllaç en cada escenari. El pla de treball és el següent:
1. Repàs de la bibliografia
2. Implementació en Matlab de les dues modulacions i testeig amb demodulador no coherent.
3. Implementació en Matlab del canal de centelleig i simulacions.
4. Estudi de la taxa d'error teòrica.
5. Anàlisi asimptòtic d'aquesta taxa d'error.
6. Conclusions sobre l'ús d'aquestes dues modulacions.
 
Overview (resum en anglès):
This thesis explores the effects of solar scintillation on frequency modulation schemes used in deep-space communications. As spacecraft travel farther from Earth, maintaining reliable communication links becomes increasingly challenging due to disturbances caused by the turbulent solar wind. These fluctuations, known as solar scintillation, introduce random amplitude and phase variations that can severely distort radio signals transmitted through the interplanetary medium.

The work focuses on the analysis and comparison of two digital modulation schemes-Multiple Frequency Shift Keying (MFSK) and Special Multiple Frequency Shift Keying (SMFSK)-to assess their suitability for communication systems affected by solar scintillation. A theoretical and computational framework was developed to model signal transmission, non-coherent reception, and the influence of a stochastic scintillation channel characterized by a variable scintillation index.

In addition to the analytical and simulation-based study, the thesis first examines the asymptotic behaviour of the Symbol Error Rate (SER) in high signal-to-noise ratio scenarios, and subsequently develops models aimed at recreating the expected SER trends for theoretical performance evaluation.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC