| dc.description.abstract | RESUMEN:
El constante crecimiento en la demanda de servicios ha implicado un constante
incremento en la cantidad de información que se requiere transmitir desde un satélite,
situación que ha conllevado a incursionar en nuevas tecnologías para la transmisión de
la información. Las comunicaciones ópticas satelitales han permitido dar solución a este
problema, permitiendo incrementar la tasa de transferencia entre la estación terrena y
un satélite, exponencialmente. Sin embargo, a pesar de que dicha tecnología ofrece un
gran número de ventajas, como lo son mayor ancho de banda, menor consumo de
energía, ancho de haz más estrecho, así como mayor simplicidad de desarrollo, ya que
opera bajo un espectro no regulado, es sumamente dependiente de las condiciones
atmosféricas, puesto que la potencia óptica transmitida se ve seriamente afectada por
efectos absorción y dispersión a causa de partículas presentes en la atmósfera, así como
por variaciones del índice de refracción de la atmósfera debido a las variaciones de
temperatura.
Con el fin de impulsar el desarrollo tecnológico en materia aeroespacial, el Instituto
Politécnico Nacional, en apoyo del Centro de Desarrollo Aeroespacial han propuesto el
desarrollo de un nano-satélite, denominado CubeSat. El cual contará con una carga útil
secundaria que consistirá en un fotodetector con el cual se busca establecer un enlace
óptico entre una estación terrena y el IPN-SAT I, mismo. El siguiente proyecto de
investigación tiene como fin determinar las principales fuentes de mitigación óptica, así
como determinar el esquema de modulación adecuado que permita el establecimiento
del enlace óptico.
Una vez identificado que la principal fuente de atenuación óptica es la variación del
índice de refracción debido a las variaciones de temperatura de las diversas capas de la
atmósfera, lo cual ocasiona fluctuaciones de potencia óptica en el fotodetector. Se
establece que dicha fluctuación de irradiancia óptica se puede modelar mediante el
modelo de turbulencia óptica: Gamma-Gamma. Mismo que permite llevar a cabo la
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evaluación del desempeño óptico de los diversos esquemas de modulación. Para dicha
evaluación mediante el modelo mencionado, se establecen condiciones de turbulencia
fuerte acorde a la teoría de turbulencia de Rytov, considerando pérdidas tanto por
apuntamiento como pérdidas por Jitter para un enlace óptico ascendente. Finalmente,
se hace la evaluación del desempeño de los esquemas de modulación BPSK y OOK en
sus esquemas con retorno a cero y no retorno a cero para condiciones con variaciones
de altura del satélite, ángulo de apuntamiento y condiciones locales de la estación
terrena, como lo es la velocidad del viento, entre otras.
Palabras clave: Comunicaciones ópticas satelitales, desempeño de esquemas de
modulación, enlace óptico ascendente, turbulencia óptica, varianza de Rytov.
ABSTRACT:
The constant growth in the demand for services has involved a constant increase in the
amount of information that is required to be transmitted from a satellite, a situation
that has led to new technologies for the transmission of information. The optical satellite
communications have allowed to solve this problem, allowing to increase the transfer
rate between the earth station and a satellite, exponentially. However, despite the fact
that this technology offers a large number of advantages, such as greater bandwidth,
lower energy consumption, narrower beam width, and greater simplicity of
development, since it operates under an unregulated spectrum , is highly dependent on
atmospheric conditions, since the transmitted optical power is seriously affected by
absorption and dispersion effects due to particles present in the atmosphere, as well as
variations in the refractive index of the atmosphere due to temperature variations .
In order to promote technological development in aerospace, the National Polytechnic
Institute, in support of the Aerospace Development Center, has proposed the
development of a nano-satellite, called CubeSat. Which will have a secondary payload
that will consist of a photodetector with which it is sought to establish an optical link
between an earth station and the IPN-SAT I, itself. The following research project aims
to determine the main sources of optical mitigation, as well as to determine the
appropriate modulation scheme that allows the establishment of the optical link.
Once identified that the main source of optical attenuation is the variation of the
refractive index due to temperature variations of the various layers of the atmosphere,
which causes fluctuations in optical power in the photodetector. It is established that
said fluctuation of optical irradiance can be modeled by the optical turbulence model:
Gamma-Gamma. Same that allows to carry out the evaluation of the optical
performance of the various modulation schemes. For this evaluation by means of the
aforementioned model, conditions of strong turbulence are established according to
Rytov's turbulence theory, considering losses both by pointing and Jitter losses for an
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ascending optical link. Finally, the evaluation of the performance of the BPSK and OOK
modulation schemes is made in their schemes with zero return and non-zero return for
conditions with variations in satellite height, pointing angle and local conditions of the
earth station, such as is the wind speed, among others.
Keywords: Satellite optical communications, performance of modulation schemes,
optical uplink, optical turbulence, Rytov variance | |
