Satellite system performance assessment for in-flight entertainment and air traffic control

Concurrent satellite systems have been proposed for IFE (In-Flight Entertainment) communications, thus demonstrating the capability of satellites to provide multimedia access to users in aircraft cabin. At the same time, an increasing interest in the use of satellite communications for ATC (Air Traffic Control) has been motivated by the increasing load of traditional radio links mainly in the VHF band, and uses the extended capacities the satellite may provide. However, the development of a dedicated satellite system for ATS (Air Traffic Services) and AOC (Airline Operational Communications) seems to be a long-term perspective. The objective of the presented system design is to provide both passenger application traffic access (Internet, GSM) and a high-reliability channel for aeronautical applications using the same satellite links. Due to the constraints in capacity and radio bandwidth allocation, very high frequencies (above 20 GHz) are considered here. The corresponding design implications for the air interface are taken into account and access performances are derived using a dedicated simulation model. Some preliminary results are shown in this paper to demonstrate the technical feasibility of such system design with increased capacity. More details and the open issues will be studied in the future of this research work

On-board processing satellite network architecture and control study

The market for telecommunications services needs to be segmented into user classes having similar transmission requirements and hence similar network architectures. Use of the following transmission architecture was considered: satellite switched TDMA; TDMA up, TDM down; scanning (hopping) beam TDMA; FDMA up, TDM down; satellite switched MF/TDMA; and switching Hub earth stations with double hop transmission. A candidate network architecture will be selected that: comprises multiple access subnetworks optimized for each user; interconnects the subnetworks by means of a baseband processor; and optimizes the marriage of interconnection and access techniques. An overall network control architecture will be provided that will serve the needs of the baseband and satellite switched RF interconnected subnetworks. The results of the studies shall be used to identify elements of network architecture and control that require the greatest degree of technology development to realize an operational system. This will be specified in terms of: requirements of the enabling technology; difference from the current available technology; and estimate of the development requirements needed to achieve an operational system. The results obtained for each of these tasks are presented

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

Meeting Real-Time Constraint of Spectrum Management in TV Black-Space Access

The TV set feedback feature standardized in the next generation TV system, ATSC 3.0, would enable opportunistic access of active TV channels in future Cognitive Radio Networks. This new dynamic spectrum access approach is named as black-space access, as it is complementary of current TV white space, which stands for inactive TV channels. TV black-space access can significantly increase the available spectrum of Cognitive Radio Networks in populated urban markets, where spectrum shortage is most severe while TV whitespace is very limited. However, to enable TV black-space access, secondary user has to evacuate a TV channel in a timely manner when TV user comes in. Such strict real-time constraint is an unique challenge of spectrum management infrastructure of Cognitive Radio Networks. In this paper, the real-time performance of spectrum management with regard to the degree of centralization of infrastructure is modeled and tested. Based on collected empirical network latency and database response time, we analyze the average evacuation time under four structures of spectrum management infrastructure: fully distribution, city-wide centralization, national-wide centralization, and semi-national centralization. The results show that national wide centralization may not meet the real-time requirement, while semi-national centralization that use multiple co-located independent spectrum manager can achieve real-time performance while keep most of the operational advantage of fully centralized structure.Comment: 9 pages, 7 figures, Technical Repor