Desarrollo de un modulador PSK para transmisión de telemetría satelital.

• Autores: Llanes Reyes, Ivette
• Año de publicación: 2023
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Denk, Francisco; Tempone, Nicolás
• Materia: Ingeniería, Ciencia y Tecnología; Diagrama de constelaciones; Modulación digital; Satélite; Circuitos integrados programables - FPGAs; SWaP-C; PSK; TT&C; Constellation Diagram; Digital Modulation; Satelite; Programmable Integrated Circiuts - FPGAs; Ingeniería, Ciencia y Tecnología
• Institución: Universidad Nacional de Río Negro

Fil: Llanes Reyes, Ivette. Universidad Nacional de Río Negro, Sede Andina. Escuela de Producción, Tecnología y Medio Ambiente. Río Negro, Argentina.
Low-order digital modulations are the first choice in applications associated with satellite telemetry transmission. This preference stems from the ability of these schemes to provide link robustness, which is required to guarantee the controllability of the flight segment from the ground station. Furthermore, given the nature of the application, SWaP-C criteria also play a highly relevant role in the design of the systems that must implement these functionalities, which is even more important in the small satellite segment. The use of FPGAs is presented as an alternative to traditional digital systems, ensuring compliance with these criteria by resulting in less expensive, lighter, smaller, and lower-power solutions. Furthermore, this technology allows for implementation changes without requiring hardware modifications, which represents a significant advantage in terms of flexibility and adaptability for satellites once they have been launched into orbit. This work develops a configurable, FPGA-based digital PSK modulator for TT&C applications in satellite communications. In addition to the modulators, the design includes several auxiliary blocks typically used in this type of application, dedicated to data conditioning and formatting. These include randomization, convolutional coding, timing mark introduction, and storage structures. The data to be modulated, as well as some configuration parameters, are introduced into the design through standard AMBA, AHB, and APB interfaces, allowing easy integration of the modulator into more complex designs. Testbenches are implemented for the different modulation system configurations, allowing simulations to be run to verify their correct operation. In the analog field, LTSpice is used to perform circuit simulations that generate in-phase and quadrature signals from the modulated signals. These are used to obtain the constellation and vector diagrams for each of the modulations, thus providing another alternative for checking the operation of the modulators.
Las modulaciones digitales de bajo orden son la primera opción en aplicaciones asociadas a la transmisión de telemetría satelital. Esta preferencia radica en la capacidad que tienen estos esquemas de proveer robustez al enlace, lo cual es requerido para garantizar la capacidad de control del segmento de vuelo desde la estación terrena. Así mismo, dada la naturaleza de la aplicación, los criterios de SWaP-C también juegan un rol de gran relevancia a la hora del diseño de los sistemas que deberán implementar estas funcionalidades, lo cual se potencia aún más en el segmento de satélites pequeños. El uso de FPGAs se presenta como una alternativa a los sistemas digitales tradicionales, yendo en pos de garantizar el cumplimiento de estos criterios al dar como resultado soluciones menos costosas, más livianas, más pequeñas y que consumen menor cantidad de energía. Además, esta tecnología permite realizar cambios en la implementación sin necesidad de modificar el hardware, lo que representa una gran ventaja en lo que respecta a la flexibilidad y adaptabilidad en los satélites una vez que han sido puestos en órbita. En este trabajo se desarrolla un modulador digital PSK configurable, basado en FPGA para aplicaciones de TT&C en comunicaciones satelitales. Además de los moduladores, en el diseño se incluyen una serie de bloques auxiliares, típicamente utilizados en esta clase de aplicaciones, dedicados al acondicionamiento y formateo de los datos, los cuales incluyen: randomización, codificación convolucional, introducción de marcas de sincronismo y estructuras de almacenamiento. Los datos a modular, así como algunos parámetros de configuración son introducidos al diseño a través de interfaces estándar AMBA AHB y APB, lo que permite la fácil integración del modulador en diseños más complejos. Se implementan testbenches para las diferentes configuraciones del sistema de modulación, los que permiten ejecutar simulaciones por medio de las cuales se realiza la verificación del correcto funcionamiento de los mismos. En el campo analógico, se utiliza el programa LTSpice para realizar simulaciones de circuitos que permiten generar las señales en fase y cuadratura de las señales moduladas. Las mismas se utilizan para obtener los diagramas de constelaciones y de vectores de cada una de las modulaciones, proveyendo así otra alternativa de comprobación del funcionamiento de los moduladores.