Advanced HF Communications for Remote Sensors in Antarctica

The Antarctica is a continent mainly devoted to science with a big amount of sensors located in remote places for biological and geophysical purposes. The data from these sensors need to be sent either to the Antarctic stations or directly to the home country. For the last 15 years, La Salle has been working in the application of HF communications (3–30 MHz) with ionospheric reflection for data collection of remote sensors in Antarctica. We have developed and tested the several types of modulations, the frame structure, the radio-modem, and the antennas for two different scenarios. First, a long-range transequatorial (approximately 12,800 km) and low-power communication system is used as an alternative to satellites, which are often not visible from the poles. This distance is covered with a minimum of four hops with oblique incidence in the ionosphere. Second, a low-power system using near vertical incidence skywave (NVIS) communications provides coverage in a surface of approximately 200–250 km radius, a coverage much longer than any other systems operating in either the VHF or UHF band without the need of line of sight

Estudio, diseño e implementación de la capa física para comunicaciones remotas utilizando tecnología NVIS

En els últims anys, les xarxes de comunicacions IoT han millorat significativament, tant respecte a la cobertura com a l'eficiència i el rendiment. Encara que aquestes millores són molt rellevants, no cobreixen la totalitat del territori mundial. Zones molt aïllades del món, com els pols o zones muntanyenques de difícil accés, no disposen d'aquesta mena de cobertura de dades, ja que les característiques del terreny limiten l'accés dels dispositius IoT en aquests entorns. Actualment, les solucions existents se centren en les comunicacions per satèl·lit que, si bé permeten la comunicació en aquests escenaris, tenen un cost econòmic molt elevat. D'altra banda, una possible solució seria l'ús de comunicacions HF. Gràcies a aquesta mena de comunicació es poden aconseguir velocitats de fins a 100 kbps, segons els estàndards i recerques prèvies. Una de les aplicacions de les comunicacions HF és la comunicació a través de la ionosfera. Aquest tipus d'enllaços proporcionen unes característiques ideals per a les comunicacions a llarga distància. En els últims quatre anys, el grup de recerca en tecnologies d'Internet (GRITS) de l'Escola d'Enginyeria de La Salle (Universitat Ramon Llull), s'ha centrat en les comunicacions ionosfèriques i, especialment, en la tecnologia NVIS (Near Vertical Incidence Skywave). En particular, ha posat el seu focus en les comunicacions amb la Base Antàrtica Joan Carles I. Aquest tipus de comunicació HF ofereix unes característiques ideals per a les comunicacions remotes de llarg abast, amb un radi de fins a 350 km i sense necessitat de visió directa entre els diferents transceptors. L'objectiu d'aquesta tesi és definir el millor escenari de comunicacions amb tecnologia NVIS per a una xarxa de cobertura IoT en entorns remots. Una de les principals metes és la disminució del consum en potència dels dispositius remots. Això proporcionarà una comunicació de llarg abast i maximitzarà el temps de vida de la bateria per a aquesta mena de dispositius, un factor primordial per a comunicacions IoT. A més, la solució proposada intenta mitigar el sobrecost econòmic que implicaria l'ús dels satèl·lits com a mitjà de comunicació, adaptant el desenvolupament de la tecnologia a dispositius de baix cost. Com a factor principal de millora, aquesta tesi se centra en la definició d'una capa física adaptada a l'entorn de comunicació NVIS. Per a optimitzar aquest enllaç, s'estudien les principals característiques d'un entorn wireless multicamí, el Doppler Shift, Doppler i Delay Spread, la qual cosa permet definir els temps de trama més adaptats a aquest canal. D'altra banda, es comparen les característiques de les modulacions QAM, PSK i FSK (d'ordre 2 a 32) en transmissions de molt baixa potència (de 0,5 W a 25 W) i en un entorn multicamí. Aquesta anàlisi permetrà definir la millor trama de comunicació, establint la capa física per a comunicacions NVIS en entorns remots. Finalment, i per a demostrar la viabilitat de la tecnologia desenvolupada en un entorn civil, es defineix i implementa un procés de transferència de coneixements del món acadèmic al món empresarial. S'estudien els diferents mercats on es podrien integrar aquest tipus de comunicacions, i es defineix una proposta de valor per al mercat de les comunicacions remotes, tot això amb la finalitat d'arribar a una conclusió tant de viabilitat econòmica com de necessitat de la tecnologia per a un escenari d'ús civil.En los últimos años, las redes de comunicaciones IoT han mejorado significativamente, tanto con respecto a la cobertura como a la eficiencia y el rendimiento. Aunque estas mejoras son muy relevantes, no cubren la totalidad del territorio mundial. Zonas muy aisladas del mundo, como los polos o zonas montañosas de difícil acceso, no disponen de este tipo de cobertura de datos, ya que las características del terreno limitan el acceso de los dispositivos IoT en estos entornos. Actualmente, las soluciones existentes se centran en las comunicaciones por satélite que, si bien permiten la comunicación en estos escenarios, tienen un coste económico muy elevado. Por otra parte, una posible solución sería el uso de comunicaciones HF. Gracias a este tipo de comunicación se pueden alcanzar velocidades de hasta 100 kbps, según los estándares e investigaciones previas. Una de las aplicaciones de las comunicaciones HF es la comunicación a través de la ionosfera. Este tipo de enlaces proporcionan unas características ideales para las comunicaciones a larga distancia. En los últimos cuatro años, el grupo de investigación en tecnologías de Internet (GRITS) de la Escuela de Ingeniería de La Salle (Universidad Ramon Llull), se ha centrado en las comunicaciones ionosféricas y, especialmente, en la tecnología NVIS (Near vertical incidence skywave). En particular, ha puesto su foco en las comunicaciones con la Base Antártica Juan Carlos I. Este tipo de comunicación HF ofrece unas características ideales para las comunicaciones remotas de largo alcance, con un radio de hasta 350 km y sin necesidad de visión directa entre los diferentes transceptores. El objetivo de esta tesis es definir el mejor escenario de comunicaciones con tecnología NVIS para una red de cobertura IoT en entornos remotos. Una de las principales metas es la disminución del consumo en potencia de los dispositivos remotos. Esto proporcionará una comunicación de largo alcance y maximizará el tiempo de vida de la batería para este tipo de dispositivos, un factor primordial para comunicaciones IoT. Además, la solución propuesta intenta mitigar el sobrecoste económico que implicaría el uso de los satélites como medio de comunicación, adaptando el desarrollo de la tecnología a dispositivos de bajo coste. Como factor principal de mejora, esta tesis se centra en la definición de una capa física adaptada al entorno de comunicación NVIS. Para optimizar este enlace, se estudian las principales características de un entorno wireless multitrayecto, el Doppler Shift, Doppler y Delay Spread, lo cual permite definir los tiempos de trama más adaptados a este canal. Por otra parte, se comparan las características de las modulaciones QAM, PSK y FSK (de orden 2 a 32) en transmisiones de muy baja potencia (de 0,5 W a 25 W) y en un entorno multitrayecto. Este análisis permitirá definir la mejor trama de comunicación, estableciendo la capa física para comunicaciones NVIS en entornos remotos. Finalmente, y para demostrar la viabilidad de la tecnología desarrollada en un entorno industrial, se define e implementa un proceso de transferencia de conocimientos del mundo académico al mundo empresarial. Se estudian los diferentes mercados donde se podrían integrar este tipo de comunicaciones, y se define una propuesta de valor para el mercado de las comunicaciones remotas, todo ello con el fin de llegar a una conclusión tanto de viabilidad económica como de necesidad de la tecnología para un escenario de uso civil.In the last years, IoT communications networks have improved significantly, both in terms of coverage and in terms of efficiency and performance. Although these improvements are very relevant, they do not cover the entire world territory. Very isolated areas of the world, such as the poles or mountainous areas that are difficult to access, do not have this type of data coverage, as the terrain characteristics limit the access of IoT devices in these environments. Currently, existing solutions are focused on satellite communications that, although they allow communication in these scenarios, have a very high economic cost. On the other hand, a possible solution would be the use of HF communications. Thanks to this type of communication, speeds of up to 100 kbps can be achieved, according to standards and previous research. One of the applications of HF communications is communication through the ionosphere. This type of link provides ideal characteristics for long distance communications. In the last four years, the research group on Internet technologies (GRITS) at the La Salle School of Engineering (Ramon Llull University), has focused on ionospheric communications and, especially, on NVIS technology (Near Vertical Incidence Skywave). In particular, it has focused on communications with the Juan Carlos I Antarctic Base. This type of HF communication offers ideal characteristics for long-range remote communications, with a radius of up to 350 km and without the need for direct vision between the different transceivers. The purpose of this thesis is to define the best NVIS technology communications scenario for an IoT coverage network in remote environments. One of the main goals is to decrease the power consumption of remote devices. This will provide long range communication and maximize battery life for these types of devices, a major factor for IoT communications. In addition, the proposed solution attempts to mitigate the economic over-cost that would be involved in using satellites as a means of communication, by adapting the development of the technology to low-cost devices. As a main improvement factor, this thesis focuses on the definition of a physical layer adapted to the NVIS communication environment. In order to optimize this link, the main characteristics of a multipath wireless environment, the Doppler Shift, Doppler and Delay Spread, are studied, allowing the definition of the most adapted frame times for this channel. Furthermore, the characteristics of QAM, PSK and FSK modulations (from order 2 to 32) in very low power transmissions (from 0.5 W to 25 W) and in a multipath environment are compared. This analysis will allow to define the best communication frame, establishing the physical layer for NVIS communications in remote environments. Finally, and in order to demonstrate the viability of the technology developed in an industrial environment, a process of knowledge transfer from the academic world to the business world is defined and implemented. The different markets where this type of communications could be integrated are studied, and a value proposal for the remote communications market is defined, all with the aim of reaching a conclusion on both the economic viability and the need for the technology for a non-military use scenario

Trustworthiness Mechanisms for Long-Distance Networks in Internet of Things

Aquesta tesi té com a objectiu aconseguir un intercanvi de dades fiable en un entorn hostil millorant-ne la confiabilitat mitjançant el disseny d'un model complet que tingui en compte les diferents capes de confiabilitat i mitjançant la implementació de les contramesures associades al model. La tesi se centra en el cas d'ús del projecte SHETLAND-NET, amb l'objectiu de desplegar una arquitectura d'Internet de les coses (IoT) híbrida amb comunicacions LoRa i d'ona ionosfèrica d'incidència gairebé vertical (NVIS) per oferir un servei de telemetria per al monitoratge del “permafrost” a l'Antàrtida. Per complir els objectius de la tesi, en primer lloc, es fa una revisió de l'estat de l'art en confiabilitat per proposar una definició i l'abast del terme de confiança. Partint d'aquí, es dissenya un model de confiabilitat de quatre capes, on cada capa es caracteritza pel seu abast, mètrica per a la quantificació de la confiabilitat, contramesures per a la millora de la confiabilitat i les interdependències amb les altres capes. Aquest model permet el mesurament i l'avaluació de la confiabilitat del cas d'ús a l'Antàrtida. Donades les condicions hostils i les limitacions de la tecnologia utilitzada en aquest cas d’ús, es valida el model i s’avalua el servei de telemetria a través de simulacions en Riverbed Modeler. Per obtenir valors anticipats de la confiabilitat esperada, l'arquitectura proposada es modela per avaluar els resultats amb diferents configuracions previ al seu desplegament en proves de camp. L'arquitectura proposada passa per tres principals iteracions de millora de la confiabilitat. A la primera iteració, s'explora l'ús de mecanismes de consens i gestió de la confiança social per aprofitar la redundància de sensors. En la segona iteració, s’avalua l’ús de protocols de transport moderns per al cas d’ús antàrtic. L’última iteració d’aquesta tesi avalua l’ús d’una arquitectura de xarxa tolerant al retard (DTN) utilitzant el Bundle Protocol (BP) per millorar la confiabilitat del sistema. Finalment, es presenta una prova de concepte (PoC) amb maquinari real que es va desplegar a la campanya antàrtica 2021-2022, descrivint les proves de camp funcionals realitzades a l'Antàrtida i Catalunya.Esta tesis tiene como objetivo lograr un intercambio de datos confiable en un entorno hostil mejorando su confiabilidad mediante el diseño de un modelo completo que tenga en cuenta las diferentes capas de confiabilidad y mediante la implementación de las contramedidas asociadas al modelo. La tesis se centra en el caso de uso del proyecto SHETLAND-NET, con el objetivo de desplegar una arquitectura de Internet de las cosas (IoT) híbrida con comunicaciones LoRa y de onda ionosférica de incidencia casi vertical (NVIS) para ofrecer un servicio de telemetría para el monitoreo del “permafrost” en la Antártida. Para cumplir con los objetivos de la tesis, en primer lugar, se realiza una revisión del estado del arte en confiabilidad para proponer una definición y alcance del término confiabilidad. Partiendo de aquí, se diseña un modelo de confiabilidad de cuatro capas, donde cada capa se caracteriza por su alcance, métrica para la cuantificación de la confiabilidad, contramedidas para la mejora de la confiabilidad y las interdependencias con las otras capas. Este modelo permite la medición y evaluación de la confiabilidad del caso de uso en la Antártida. Dadas las condiciones hostiles y las limitaciones de la tecnología utilizada en este caso de uso, se valida el modelo y se evalúa el servicio de telemetría a través de simulaciones en Riverbed Modeler. Para obtener valores anticipados de la confiabilidad esperada, la arquitectura propuesta es modelada para evaluar los resultados con diferentes configuraciones previo a su despliegue en pruebas de campo. La arquitectura propuesta pasa por tres iteraciones principales de mejora de la confiabilidad. En la primera iteración, se explora el uso de mecanismos de consenso y gestión de la confianza social para aprovechar la redundancia de sensores. En la segunda iteración, se evalúa el uso de protocolos de transporte modernos para el caso de uso antártico. La última iteración de esta tesis evalúa el uso de una arquitectura de red tolerante al retardo (DTN) utilizando el Bundle Protocol (BP) para mejorar la confiabilidad del sistema. Finalmente, se presenta una prueba de concepto (PoC) con hardware real que se desplegó en la campaña antártica 2021-2022, describiendo las pruebas de campo funcionales realizadas en la Antártida y Cataluña.This thesis aims at achieving reliable data exchange over a harsh environment by improving its trustworthiness through the design of a complete model that takes into account the different layers of trustworthiness and through the implementation of the model’s associated countermeasures. The thesis focuses on the use case of the SHETLAND-NET project, aiming to deploy a hybrid Internet of Things (IoT) architecture with LoRa and Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) communications to offer a telemetry service for permafrost monitoring in Antarctica. To accomplish the thesis objectives, first, a review of the state of the art in trustworthiness is carried out to propose a definition and scope of the trustworthiness term. From these, a four-layer trustworthiness model is designed, with each layer characterized by its scope, metric for trustworthiness accountability, countermeasures for trustworthiness improvement, and the interdependencies with the other layers. This model enables trustworthiness accountability and assessment of the Antarctic use case. Given the harsh conditions and the limitations of the use technology in this use case, the model is validated and the telemetry service is evaluated through simulations in Riverbed Modeler. To obtain anticipated values of the expected trustworthiness, the proposal has been modeled to evaluate the performance with different configurations prior to its deployment in the field. The proposed architecture goes through three major iterations of trustworthiness improvement. In the first iteration, using social trust management and consensus mechanisms is explored to take advantage of sensor redundancy. In the second iteration, the use of modern transport protocols is evaluated for the Antarctic use case. The final iteration of this thesis assesses using a Delay Tolerant Network (DTN) architecture using the Bundle Protocol (BP) to improve the system’s trustworthiness. Finally, a Proof of Concept (PoC) with real hardware that was deployed in the 2021-2022 Antarctic campaign is presented, describing the functional tests performed in Antarctica and Catalonia

Sinkronisasi Gelombang Pembawa untuk Sistem Komunikasi HF Berbasis USRP

Kinerja sistem komunikasi HF pada frekuensi 3-30 MHz akan berkurang dengan berbagai parameter, seperti adanya noise yang mengganggu, panjang lintasan propagasi, dan variasi kanal terhadap waktu. Sistem komunikasi HF memanfaatkan ionosfer sebagai lintasan propagasi gelombang radio, sehingga dapat menyebabkan terjadinya kesalahan pendeteksian gelombang pembawa, seperti pergeseran atau perubahan informasi pada sisi penerima. Hal ini terjadi karena adanya efek multipath dan doppler yang menyebabkan terjadinya pergeseran frekuensi dan fasa saat proses transmisi. Dengan memanfaatkan Phase-Locked Loop (PLL) yang merupakan pusat dari metode sinkronisasi gelombang pembawa, pergeseran frekuensi dan fasa saat proses transmisi dapat dikompensasi. Oleh karena itu, pada penelitian tugas akhir ini, dilakukan perancangan desain PLL pada sistem komunikasi HF menggunakan perangkat keras USRP N210 melalui perangkat lunak LabVIEW. Dengan daya pancar ± 7 Watt, modulasi BPSK, dan beberapa parameter lainnya, telah berhasil diuji untuk komunikasi menggunakan antena dipol untuk pemancar dan penerima yang berjarak ± 35 meter. Dari hasil pengujian sebanyak 25 kali, sistem PLL menghasilkan waktu dengan rata-rata 14,2. =============================================================================================================================== Performance of the HF communication system at 3-30 MHz frequency will be reduced with various parameters, such as the presence of disturbing noise, the length of the propagation path, and channel variation towards time. HF communication system utilizes the ionosphere as a radio wave propagation path, so it can cause an error at carrier wave detection, such as a shift or change in information on the receiving side. It happens because of the multipath and doppler effects which cause a frequency and phase shift during the transmission process. By utilizing Phase-Locked Loop (PLL) which is the center of the carrier wave synchronizing method, frequency and phase shift can be compensated. Therefore, in this final project, design of the PLL have been done on the for HF communication system using USRP N210 through LabVIEW software. With ± 7 Watt transmit power, BPSK modulation, and other parameters, it has been successfully tested for communication using dipole antennas on the transmitter and receiver within ± 35 meter. From the results of test 25 times, PLL system produces a time with an average of 14,

Pengembangan Dan Evaluasi Sistem Komunikasi Digital HF Berbasis Software-Defined Radio

Sistem komunikasi High Frequency (HF) bekerja menggunakan gelombang radio pada frekuensi 3-30 MHz yang merambat dalam bentuk skywave dengan bantuan lapisan ionosfer. Untuk aplikasi sistem komunikasi darurat, sistem komunikasi HF diharapkan dapat mengirimkan pesan berupa teks dengan menerapkan sistem komunikasi digital. Makalah ini melaporkan desain sistem komunikasi digital HF menggunakan perangkat Software-Defined Radio (SDR) untuk implementasi yang mudah. Agar dapat dicapai error rate performance yang tinggi, digunakan protocol AX.25 pada data link layer. Evaluasi sistem dilakukan dengan eksperiment untuk mengukur Signal To Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), Character Error Rate (CER) dan Frame Error Rate (FER) pada sistem tanpa dan dengan protokol AX.25. Hasil eksperiment menunjukkan bahwa implementasi sistem pada platform USRP dengan LabView sebagai user interface berhasil dilakukan dan bahwa penggunaan protokol AX.25 menghasilkan zero error rate. ================================================================================================================================= High Frequency (HF) communication systems use radio waves at frequencies in the range of 3-30 MHz propagating in the form of skywave with the help of the ionosphere. For emergency communication applications, the HF communication system is expected to send text messages by implementing a digital communication system. This paper presents the design of the HF digital communication system on a Software Defined Radio (SDR) platform for easy implementation. To achieve a good error rate performance, the AX.25 protocol is used at the data link layer. The system performance is evaluated by measuring Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), Character Error Rate (CER), and Frame Error Rate (FER) with and without the AX.25 protocol. The results show that the system has been successfully implemented on the USRP platform with LabView as the user interface, while the use of the AX.25 protocol generates zero error rates

Perencanaan Protokol Data-Link Layer Untuk Sistem Komunikasi Radio High Frequency NVIS Berbasis USRP

Sistem komunikasi radio merupakan sistem yang sedang berkembang. Dalam perkembangannya pemanfaatan Frekuensi tinggi pada sistem komunikasi, merupakan frekuensi yang dapat menjangkau jarak yang jauh dikarenakan pemanfaatan Ionosfer. Jangkauan yang jauh ini menghasilkan potensi positif pada sistem komunikasi darurat di Negara Indonesia. Pemanfaatan lainnya adalah menyampaikan informasi baik berupa suara, ataupun teks. Namun pemanfaatan Ionosfer untuk menyampaikan informasi teks belum dimaksimalkan, dan seharusnya bisa dimanfaatkan dalam keadaan darurat / daerah yang lumpuh dikarenakan bencana. Informasi bencana merupakan informasi yang penting sehingga butuh sistem yang dapat meminimalisir terjadinya informasi yang eror. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, maka dilakukan perancangan dan uji coba suatu protokol Lapisan Data-Link untuk Single Link. Dengan menggunakan lapisan Data-Link terdapat prosedur pengiriman data sehingga karakter/teks berupa frame dipahami di lapisan fisik yang menggunakan bit agar dapat ditransmisikan dan informasi disampaikan pada penerima. Dilakukan penyaringan protocol yang sesuai dengan komunikasi radio dan komunikasi dengan kanal HF, maka dipilih AX.25 dikarenakan didalam AX.25 terdapat prosedur pengiriman dengan adanya error detection dan menggunakan error control. Spesifikasi frekuensi kerja yang digunakan adalah 7-8 MHz. Setelah uji coba perancangan dengan jumlah karakter/byte bervariasi, maka terdapat hasil berupa susunan sub- field dalam satu frame sesuai dengan protokol AX.25 serta dapat menyampaikan informasi dengan baik tanpa ada error dikarenakan ada error detection, waktu rata-rata 3,16 – 15,09 detik. Dengan modulasi BPSK keseluruhan sistem mendapatkan hasil baik apabila menggunakan bandwidth lebih besar dari 30kbps. =============================================================================================================================== Radio communication system is a developing system. In the development of High Frequency utilization in the communication system, it is a frequency that can reach long distances due to the use of the ionosphere. This far-reaching reach positive potential for emergency communication systems in the State of Indonesia. Other uses are conveying information in the form of sound, or text. But the use of the Ionosphere to deliver text information has not been maximized, and should be able to be utilized in emergencies / areas that are paralyzed due to disasters. Disaster information is important information so it needs a system that can minimize the occurrence of error information. To meet these needs, the design and trial of a Data-Link Layer protocol for Single Link was carried out. Using the Data-Link layer there is a procedure for sending data so that characters / text in the form of frames are understood in the physical layer that uses bits to be transmitted and information is conveyed to the recipient. Protocol screening is done according to radio communication and communication with HF channels, then AX.25 is chosen because in AX.25 there is a shipping procedure with error detection and using error control. The specifications of the working frequency used are 7-8 MHz. After the design test with the number of characters / bytes varies, then there are results in the form of sub-field arrangements in one frame according to the AX.25 protocol and can convey information well without any errors due to error detection, the average time is 3,16 – 15,09 seconds. With BPSK modulation the entire system gets good results when using bandwidth greater than 30kbps

Estudio, diseño e implementación del enlace ascendente de comunicaciones NVIS multiportadora de baja potencia y diversidad de polarización

Cada dia el nombre de dispositius IoT (Internet of Things) és major, apareixent conseqüentment nous protocols i tecnologies radio enfocades a la comunicació d'aquesta mena de dispositius segons les seves necessitats. En el cas de dispositius RIoT (Remote Internet of Things) que es troben en zones molt allunyades d'infraestructures de telecomunicacions o que l'orografia no permet la visió directa entre transmissor i receptor, les comunicacions per satèl·lit i HF (High Frequency) són opcions que poden garantir l'enllaç. En el cas de les comunicacions HF, són una alternativa de baix cost degut a les característiques de propagació de les seves ones capaces de ser reflectides per la ionosfera abastant milers de quilòmetres. A pesar que la banda d'ús (3-30 MHz) es troba molt per sota de la satel·litària, són una opció vàlida per a l'amplada de banda requerida en dispositius RIoT. Respecte als estàndards de les comunicacions HF podem destacar el MIL-STD-188-110D i el STANAG 4539, els quals varien la modulació i l'amplada de banda segons la velocitat de bits requerida. Aquest tipus d'estàndards són genèrics per als subtipus d'enllaços HF: DX (Distance X) per a enllaços superiors a 250 km i NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) per a enllaços menors a 250 km. A causa de les diferències en els paràmetres del canal entre tots dos subtipus d'enllaços, els estàndards actuals poden ser més robustos si es basen en un únic subtipus d'enllaç. Per això, a través d'aquesta tesi doctoral, s'ha caracteritzat el canal ionosfèric NVIS a la regió polar antàrtica amb la finalitat de definir un protocol de transmissió de la capa física el més delimitat a les característiques del canal. Amb tal propòsit, pel fet que les modulacions de banda estreta són susceptibles principalment al delay spread del canal es proposa l'ús de la modulació multiportadora OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) a causa del seu disseny capaç d’evitar el delay spread. Amb el propòsit de verificar els resultats, s'ha provat la OFDM dissenyada en un escenari real, mantenint la velocitat de bit i amplada de banda dels estàndards per a poder comparar la robustesa de la comunicació. A més, pel fet que els estàndards no estan enfocats a transmissions de potències molt baixes, en dispositius RIoT la gestió energètica és de gran importància pel fet que es troben fora de la xarxa elèctrica i requereixen altes autonomies energètiques. Per això la recerca s'ha centrat també en l'anàlisi de les modulacions de banda estreta i de la modulació OFDM a molt baixes potències (menors de 6 W). Finalment, per a augmentar més la robustesa de la modulació, s'ha analitzat el comportament de les modulacions de banda estreta i la modulació OFDM fent ús de tècniques de diversitat de polarització com SC (Selection Combining) i EGC (Equal-Gain Combining) en un enllaç SIMO (Single Input Multiple Output) per a rebre les ones ordinària i extraordinària.Cada día el número de dispositivos IoT (Internet of Things) es mayor, apareciendo consecuentemente nuevos protocolos y tecnologías radio enfocadas a la comunicación de este tipo de dispositivos según sus necesidades. En el caso de dispositivos RIoT (Remote Internet of Things) que se encuentran en zonas muy alejadas de infraestructuras de telecomunicaciones o que la orografía no permite la visión directa entre transmisor y receptor, las comunicaciones por satélite y HF (High Frequency) son opciones que pueden garantizar el enlace. En el caso de las comunicaciones HF, son una alternativa de bajo coste debido a las características de propagación de sus ondas capaces de ser reflejadas por la ionosfera abarcando miles de kilómetros. A pesar de que la banda de uso (3-30 MHz) se encuentra muy por debajo de la satelital, son una opción válida para el ancho de banda requerido en dispositivos RIoT. Respecto a los estándares de las comunicaciones HF podemos destacar el MIL-STD-188-110D y el STANAG 4539, los cuales varían la modulación y el ancho de banda según la velocidad de bits requerida. Este tipo de estándares son genéricos para los subtipos de enlaces HF: DX (Distance X) para enlaces superiores a 250 km y NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) para enlaces menores a 250 km. Debido a las diferencias en los parámetros del canal entre ambos subtipos de enlaces, los estándares actuales pueden ser más robustos si se basan en un único subtipo de enlace. Por ello, a través de esta tesis doctoral, se ha caracterizado el canal ionosférico NVIS en la región polar antártica con el fin de definir un protocolo de transmisión de la capa física lo más acotado a las características del canal. Con tal propósito, debido a que las modulaciones de banda estrecha son susceptibles principalmente al delay spread del canal se propone el uso de la modulación multiportadora OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) debido a su diseño capaz de evitar el delay spread. Con el propósito de verificar los resultados, se ha probado la OFDM diseñada en un escenario real, manteniendo la velocidad de bit y ancho de banda de los estándares para poder comparar la robustez de la comunicación. Además, debido a que los estándares no están enfocados a transmisiones de potencias muy bajas, en dispositivos RIoT la gestión energética es de gran importancia debido a que se encuentran fuera de la red eléctrica y requieren altas autonomías energéticas. Por ello la investigación se ha centrado también en el análisis de las modulaciones de banda estrecha y de la modulación OFDM a muy bajas potencias (menores de 6 W). Por último, para aumentar más la robustez de la modulación, se ha analizado el comportamiento de las modulaciones de banda estrecha y la modulación OFDM haciendo uso de técnicas de diversidad de polarización como SC (Selection Combining) y EGC (Equal-Gain Combining) en un enlace SIMO (Single Input Multiple Output) para recibir las ondas ordinaria y extraordinaria.The number of IoT (Internet of Things) devices is increasing every day, and consequently new protocols and radio technologies are appearing focused on the communication of these types of devices according to their needs. In the case of RIoT (Remote Internet of Things) devices that are located in areas far away from telecommunications infrastructures or where the orography does not allow direct vision between transmitter and receiver, satellite and HF (High Frequency) communications are options that can guarantee the link. In the case of HF communications, they are a low-cost alternative due to the propagation characteristics of their waves, which are capable of being reflected by the ionosphere, covering thousands of kilometres. Although the band of use (3-30 MHz) is well below than the satellite, they are a valid option for the bandwidth required in RIoT devices. Regarding HF communications standards, we can highlight MIL-STD-188-110D and STANAG 4539, which vary the modulation and bandwidth according to the required bitrate. These standards are generic for HF link subtypes: DX (Distance X) for links above 250 km and NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) for links below 250 km. Due to the differences in channel parameters between the two link subtypes, current standards can be more robust if they are based on a single link subtype. Therefore, through this PhD thesis, the NVIS ionospheric channel in the antarctic polar region has been characterised in order to define a physical layer transmission protocol as close as possible to the channel characteristics. For this purpose, due to the fact that narrowband modulations are mainly susceptible to the channel delay spread, the use of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) multicarrier modulation is proposed due to its design to avoid the delay spread. In order to verify the results, the designed OFDM has been tested in a real scenario, maintaining the bitrate and bandwidth of the standards in order to compare the robustness of the communication. Furthermore, since the standards are not focused on very low power transmissions, in RIoT devices energy management is of great importance because they are off-grid and require high energy autonomy. Therefore, the research has also focused on the analysis of narrowband modulations and OFDM modulation at very low powers (less than 6 W). Finally, to further increase the robustness of the modulation, the behaviour of narrowband modulations and OFDM modulation has been analysed using polarisation diversity techniques such as SC (Selection Combining) and EGC (Equal-Gain Combining) in a SIMO (Single Input Multiple Output) link to receive ordinary and extraordinary waves

Modem Sistem Komunikasi Frekuensi Tinggi Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) Menggunakan Perangkat USRP

Sistem komunikasi yang memanfaatkan frekuensi tinggi ini dapat dimanfaatkan untuk jarak jauh karena menggunakan pantulan ionosfer dengan menggunakan metode Near Vertical Incidence Skywave pengembangan sistem komunikasi pada saat ini masih terbatas pada pengiriman suara, namun seiring dengan berkembangnya zaman komunikasi saat ini menginginkan informasi data yang dapat berupa data teks. Mempunyai keuntungan yang murah dibandingkan sistem komunikasi lain contohnya sistem komunikasi satelit. Sistem komunikasi frekuensi tinggi ini menggunakan perangkat USRP N210 yang di produksi oleh National Instrument, alat ini di program melalui LabVIEW. Modulasi dan Demodulasi memegang peranan yang penting, tujuannya mentransform sinyal agar sesuai dengan keadaan di medium transmisi sehingga menghasilkan kualitas yang baik, untuk mengetahui hal tersebut melakukan pengukuran dengan menggunakan parameter FER, CER, dan BER. Dengan menggunakan tipe pulse shaping root raised cosine dengan roll of factor 0.5 pada saat symbol rate 200k didapatkan hasil berturut turut FER, CER, BER rata rata berikut pada 200 karakter sebesar 0.7 , 0.0035 , 0.000438 , untuk 500 karakter didapatkan hasil 0.85 , 0.0048 , 0.0006 adapun untuk 1000 karakter didapatkan 0.65 , 0.0087 , 0.00269 2000 karakter didapatkan hasil 0.875 , 0.005 , 0.000625. Pada saat symbol rate 10k, 200 karakter didapatkan hasil FER, CER, BER berturut turut 1, 0.663 , 0.2724. 500 karakter didapatkan 1 , 0.7258 , 0.2808 adapun 1000 karakter didapatkan 1 , 0.734 , 0.1952 dan 2000 karakter mendapatkan hasil 1 , 0.7667 , 0.1952. =============================================================================================================================== Communication system that using high frequency can be used for long distance because it using ionospheric reflection with Near Vertical Incidence Skywave Method. Nowadays, communication system still limited in voice transmission, but along the way now we try to develop system using text message to transfer the information. This communicaton system has an advantage such as cheap infrastructure other than communication. This communication system uses USRP devices produced by National Instrument, this device is programmed through LabVIEW. Modulation and Demodulation play an important role in this communication system, the goal is to transform signal to suit the condition in the medium so it has good quality, to find out this it measured using FER,CER,BER parameters by using root raised cosine with roll of factor 0.5. when symbol rate 200k is obtained FER, CER, and BER in 200 characters in the following results are 0.7, 0.0035, 0.000438 . in 500 characters are 0.85 , 0.0048 , 0.006 then in 1000 characters it was obtained 0.65, 0.0087 , 0.00269 and 200o characters the results are 0.875, 0.005 , 0.000625. When the symbol rate 10k in 200 characters are obtained 1 , 0.663, 0.274 as 500 characters got 1 , 0.07258 , 0.2808 while 1000 characters are obtained 1 , 0.734 , 0.1952 and 2000 characters got 1, 0.7667 , 0.1952

NASA Tech Briefs, March 1995

This issue contains articles with a special focus on Computer-Aided design and engineering amd a research report on the Ames Research Center. Other subjects in this issue are: Electronic Components and Circuits, Electronic Systems, Physical Sciences, Materials, Computer Programs, Mechanics, Machinery, Manufacturing/Fabrication, Mathematics and Information Sciences and Life Science

Air Traffic Management Abbreviation Compendium

As in all fields of work, an unmanageable number of abbreviations are used today in aviation for terms, definitions, commands, standards and technical descriptions. This applies in general to the areas of aeronautical communication, navigation and surveillance, cockpit and air traffic control working positions, passenger and cargo transport, and all other areas of flight planning, organization and guidance. In addition, many abbreviations are used more than once or have different meanings in different languages. In order to obtain an overview of the most common abbreviations used in air traffic management, organizations like EUROCONTROL, FAA, DWD and DLR have published lists of abbreviations in the past, which have also been enclosed in this document. In addition, abbreviations from some larger international projects related to aviation have been included to provide users with a directory as complete as possible. This means that the second edition of the Air Traffic Management Abbreviation Compendium includes now around 16,500 abbreviations and acronyms from the field of aviation