Shuttle S-band communications technical concepts

Using the S-band communications system, shuttle orbiter can communicate directly with the Earth via the Ground Spaceflight Tracking and Data Network (GSTDN) or via the Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS). The S-band frequencies provide the primary links for direct Earth and TDRSS communications during all launch and entry/landing phases of shuttle missions. On orbit, S-band links are used when TDRSS Ku-band is not available, when conditions require orbiter attitudes unfavorable to Ku-band communications, or when the payload bay doors are closed. the S-band communications functional requirements, the orbiter hardware configuration, and the NASA S-band communications network are described. The requirements and implementation concepts which resulted in techniques for shuttle S-band hardware development discussed include: (1) digital voice delta modulation; (2) convolutional coding/Viterbi decoding; (3) critical modulation index for phase modulation using a Costas loop (phase-shift keying) receiver; (4) optimum digital data modulation parameters for continuous-wave frequency modulation; (5) intermodulation effects of subcarrier ranging and time-division multiplexing data channels; (6) radiofrequency coverage; and (7) despreading techniques under poor signal-to-noise conditions. Channel performance is reviewed

ATDRSS 300 MB/S modem program

The 300 Mbps modem was developed for direct application to the next generation high data rate Time Division Multiple Access (TDMA) communication system. This modem utilizes continuous phase modulation combined with a restricted range Reed-Solomon Codec to achieve a bandwidth efficiency of 3 bits/sec/hz. The constant envelope amplitude signal allows one to operate the power amplifier in its saturation mode without significant spectral regrowth or bit error rate degradation

Synchronization tracking in pulse position modulation receiver

A clock pulse generator for decoding pulse position modulation in an optical communication receiver is synchronized by a delay tracking loop which multiplies impulses of a data pulse by the square wave clock pulses from the generator to produce positive impulses when the clock pulse is of one level, and negative impulses when the clock pulse is of another level. A delay tracking loop integrates the impulses and produces an error signal that adjusts the delay so the clock pulses will be synchronized with data pulses. A dead-time tau sub d is provided between data pulses of an interval tau sub p in the data pulse period tau. When synchronized, the average number of positive impulses integrated will equal the average number of negative impulses over the continuous stream of data pulses

Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.he industrial narrowband land mobile radio (LMR) devices, as considered in this dissertation project, has been subject to European standard ETSI EN 300 113. The system operates on frequencies between 30 MHz and 1 GHz, with channel separations of up to 25 kHz, and is intended for private, fixed, or mobile, radio packet switching networks. Data telemetry, SCADA, maritime and police radio services; traffic monitoring; gas, water, and electricity producing factories are the typical system applications. Long distance coverage, high power efficiency, and efficient channel access techniques in half duplex operation are the primary advantages the system relays on. Very low level of adjacent channel power emissions and robust radio receiver architectures, with high dynamic range, enable for a system’s coexistence with various communication standards, without the additional guard band frequency intervals. On the other hand, the strict limitations of the referenced standard as well as the state of the technology, has hindered the increase in communication efficiency, with which the system has used its occupied bandwidth. New modifications and improvements are needed to the standard itself and to the up-to-date architectures of narrowband LMR devices, to make the utilization of more efficient modes of system operation practically realizable. The main objective of this dissertation thesis is therefore to find a practical way how to combine the favorable properties of the advanced nonlinear and linear digital modulation techniques in a single digital modem solution, in order to increase the efficiency of the narrowband radio channel usage allocated to the new generation of the industrial LMR devices. The main attention is given to the particular areas of digital modem design such as proposal of the new family of the Nyquist filters minimizing the adjacent channel interference, design and analysis of the efficient algorithms for frequency discrimination, fast frame and symbol

Advanced digital modulation: Communication techniques and monolithic GaAs technology

Communications theory and practice are merged with state-of-the-art technology in IC fabrication, especially monolithic GaAs technology, to examine the general feasibility of a number of advanced technology digital transmission systems. Satellite-channel models with (1) superior throughput, perhaps 2 Gbps; (2) attractive weight and cost; and (3) high RF power and spectrum efficiency are discussed. Transmission techniques possessing reasonably simple architectures capable of monolithic fabrication at high speeds were surveyed. This included a review of amplitude/phase shift keying (APSK) techniques and the continuous-phase-modulation (CPM) methods, of which MSK represents the simplest case

System architecture study of an orbital GPS user terminal

The generic RF and applications processing requirements for a GPS orbital navigator are considered. A line of demarcation between dedicated analog hardware, and software/processor implementation, maximizing the latter is discussed. A modular approach to R/PA design which permits several varieties of receiver to be constructed from basic components is described. It is a basic conclusion that software signal processing of the output of the baseband correlator is the best choice of transition from analog to digital signal processing. High performance sets requiring multiple channels are developed from a generic design by replicating the RF processing segment, and modifying the applications software to provide enhanced state propagation and estimation

Programmable rate modem utilizing digital signal processing techniques

The engineering development study to follow was written to address the need for a Programmable Rate Digital Satellite Modem capable of supporting both burst and continuous transmission modes with either binary phase shift keying (BPSK) or quadrature phase shift keying (QPSK) modulation. The preferred implementation technique is an all digital one which utilizes as much digital signal processing (DSP) as possible. Here design tradeoffs in each portion of the modulator and demodulator subsystem are outlined, and viable circuit approaches which are easily repeatable, have low implementation losses and have low production costs are identified. The research involved for this study was divided into nine technical papers, each addressing a significant region of concern in a variable rate modem design. Trivial portions and basic support logic designs surrounding the nine major modem blocks were omitted. In brief, the nine topic areas were: (1) Transmit Data Filtering; (2) Transmit Clock Generation; (3) Carrier Synthesizer; (4) Receive AGC; (5) Receive Data Filtering; (6) RF Oscillator Phase Noise; (7) Receive Carrier Selectivity; (8) Carrier Recovery; and (9) Timing Recovery

Hybrid receiver study

The results are presented of a 4 month study to design a hybrid analog/digital receiver for outer planet mission probe communication links. The scope of this study includes functional design of the receiver; comparisons between analog and digital processing; hardware tradeoffs for key components including frequency generators, A/D converters, and digital processors; development and simulation of the processing algorithms for acquisition, tracking, and demodulation; and detailed design of the receiver in order to determine its size, weight, power, reliability, and radiation hardness. In addition, an evaluation was made of the receiver's capabilities to perform accurate measurement of signal strength and frequency for radio science missions