State-of-the-art space mission telecommand receivers

Since their dawning, space communications have been among the strongest driving applications for the development of error correcting codes. Indeed, space-to-Earth telemetry (TM) links have extensively exploited advanced coding schemes, from convolutional codes to Reed-Solomon codes (also in concatenated form) and, more recently, from turbo codes to low-density parity-check (LDPC) codes. The efficiency of these schemes has been extensively proved in several papers and reports. The situation is a bit different for Earth-to-space telecommand (TC) links. Space TCs must reliably convey control information as well as software patches from Earth control centers to scientific payload instruments and engineering equipment onboard (O/B) spacecraft. The success of a mission may be compromised because of an error corrupting a TC message: a detected error causing no execution or, even worse, an undetected error causing a wrong execution. This imposes strict constraints on the maximum acceptable detected and undetected error rates

Algorithms for 5G physical layer

There is a great activity in the research community towards the investigations of the various aspects of 5G at different protocol layers and parts of the network. Among all, physical layer design plays a very important role to satisfy high demands in terms of data rates, latency, reliability and number of connected devices for 5G deployment. This thesis addresses he latest developments in the physical layer algorithms regarding the channel coding, signal detection, frame synchronization and multiple access technique in the light of 5G use cases. These developments are governed by the requirements of the different use case scenarios that are envisioned to be the driving force in 5G. All chapters from chapter 2 to 5 are developed around the need of physical layer algorithms dedicated to 5G use cases. In brief, this thesis focuses on design, analysis, simulation and he advancement of physical layer aspects such as 1. Reliability based decoding of short length Linear Block Codes (LBCs) with very good properties in terms of minimum hamming istance for very small latency requiring applications. In this context, we enlarge the grid of possible candidates by considering, in particular, short length LBCs (especially extended CH codes) with soft-decision decoding; 2. Efficient synchronization of preamble/postamble in a short bursty frame using modified Massey correlator; 3. Detection of Primary User activity using semiblind spectrum sensing algorithms and analysis of such algorithms under practical imperfections; 4. Design of optimal spreading matrix for a Low Density Spreading (LDS) technique in the context of non-orthogonal multiple access. In such spreading matrix, small number of elements in a spreading sequences are non zero allowing each user to spread its data over small number of chips (tones), thus simplifying the decoding procedure using Message Passing Algorithm (MPA)

Wireless Network Communications Overview for Space Mission Operations

The mission of the On-Board Wireless Working Group (WWG) is to serve as a general CCSDS focus group for intra-vehicle wireless technologies. The WWG investigates and makes recommendations pursuant to standardization of applicable wireless network protocols, ensuring the interoperability of independently developed wireless communication assets. This document presents technical background information concerning uses and applicability of wireless networking technologies for space missions. Agency-relevant driving scenarios, for which wireless network communications will provide a significant return-on-investment benefiting the participating international agencies, are used to focus the scope of the enclosed technical information

Low Earth orbit microsatellite constellation utilizing satellite Hellas Sat 5 as a relay

Με δεδομένο ότι βρισκόμαστε σε μια εποχή ορόσημο για την ανάπτυξη στον διαστημικό τομέα, το σύνολο σχεδόν όλων των ανεπτυγμένων χωρών έχει συνειδητοποιήσει ότι η επένδυση στο σύνολο των διαστημικών τεχνολογιών αποτελεί μονόδρομο ανάπτυξης και ευημερίας. Τα δαπανούμενα ποσά είναι απολύτως ενδεικτικά της φρενίτιδας που επικρατεί στη λεγόμενη κούρσα του διαστήματος. Η εισαγωγή πλέον και του ιδιωτικού τομέα στη κούρσα αυτή έχει επιτρέψει την προώθηση του ανταγωνισμού κάτι το οποίο με τη σειρά του έχει ελαττώσει εντυπωσιακά το κόστος χρήσης και αξιοποίησης του διαστημικού τομέα. Αυτό το νέο διαστημικό οικοσύστημα που έχει αναπτυχθεί παγκοσμίως τις τελευταίες δεκαετίες, έχει επιτρέψει τη πρόσβαση στις διαστημικές τεχνολογίες από το σύνολο σχεδόν των χωρών του πλανήτη, τη στιγμή που κατά τις προηγούμενες δεκαετίες, οι μοναδικές χώρες που είχαν τη δυνατότητα να επενδύσουν στον τομέα ήταν οι ΗΠΑ και οι Ρωσία. Δορυφορική παρατήρηση της γης, πλοήγηση, αποτροπή φυσικών καταστροφών, εξερεύνηση του διαστήματος, επιστημονική ανάλυση της επιφάνειας του εδάφους, εκμετάλλευση φυσικών πόρων αλλά και πολιτικές και στρατιωτικές τηλεπικοινωνίες, είναι μόνο μερικές από τις νέες τεχνολογίες που έχει να προσφέρει ο διαστημικός τομέας. Κάθε ένας από αυτούς τους τομείς μπορεί δυνητικά να αποτελέσει πυλώνα ανάπτυξης αν αξιοποιηθεί σωστά και πλέον όλες οι χώρες έχουν συνειδητοποιήσει πως η επένδυση σε κάποιον ή και σε όλους αυτούς τους τομείς μπορούν να επιφέρουν πολλαπλά οφέλη. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα του νέου διαστημικού οικοσυστήματος που έχει διαμορφωθεί κατά τις τελευταίες δεκαετίες και που δείχνει το πόσο πολύ επενδύουν πλέον οι χώρες στον διαστημικό τομέα, είναι ο υπερδιπλασιαμός των ενεργών δορυφορικών συστημάτων κατά τη πενταετία 2015 – 2020, ιδιαίτερα των τηλεπικοινωνιακών. Αξίζει να σημειωθεί πως τον Δεκέμβριο του 2015, σύμφωνα με τα στοιχεία της UCS, ο αριθμός των ενεργών δορυφόρων του έτους ανήλθε σε 1.381, αριθμός ο οποίος κατά τον ίδιο μήνα του έτους 2020 είχε φτάσει τους 3.372. Έχοντας πει όλα τα παραπάνω, η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στην παρουσίαση μιας ολοκληρωμένης ανάλυσης όλων των απαιτούμενων βημάτων που πρέπει να εξετάσει ένας μηχανικός / σχεδιαστής συστημάτων προκειμένου να κατασκευάσει και να αναπτύξει μια πλήρως λειτουργική και αξιόπιστη δορυφορική ζεύξη επικοινωνίας. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει μια πλήρη περιγραφή των βασικών νόμων του διαστημικού περιβάλλοντος καθώς και μια εκτενή ανάλυση της τροχιακής μηχανικής και των παραμέτρων. Η ιδέα ήταν να παρουσιαστεί πώς η θεωρία μπορεί να εφαρμοστεί σε μια πραγματική δορυφορική προσομοίωση καθώς και πώς επηρεάζεται από αυτήν. Το τελευταίο βήμα ήταν ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός πραγματικού συστήματος δορυφορικής επικοινωνίας σε ένα εξειδικευμένο λογισμικό και η παρουσίαση των αποτελεσμάτων. Το κύριο συμπέρασμα της παραπάνω υλοποίησης είναι το γεγονός ότι μέσω της χρήσης ενός αστερισμού δορυφόρων χαμηλής Γήινης τροχιάς σε συνδυασμό με έναν γεωστατικό δορυφόρο που χρησιμοποιείται αναμεταδότης, είναι δυνατό να επιτευχθεί μια ανθεκτική και αξιόπιστη επικοινωνιακή ζεύξη με εξαιρετικά υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων και σχεδόν παγκόσμια κάλυψη.Given that we are in a landmark era of the space sector development , most countries have realized that an investment in space technologies is the only way for development and prosperity. The invested budgets are absolutely indicative of the so-called space race. The introduction of the private sector in this race has allowed the promotion of competition, which in turn has dramatically reduced the cost of using and exploiting the space sector. This new space ecosystem that has been developed worldwide in recent decades, has allowed access to space technologies from almost all countries on the planet, while in previous decades, the only countries that had the opportunity to invest in the sector were USA and Russia. Satellite earth observation, navigation, prevention of natural disasters, space exploration, scientific analysis of the earth's surface, exploitation of natural resources, but also civil and military telecommunications, are just some of the new technologies that the space sector has to offer. Each of these sectors can potentially be a pillar of development if exploited properly and almost all of the modern countries have realized that investing in one or all of these sectors can offer multiple benefits. A typical example of the new space ecosystem that has been formed during the last decades and that shows how much money countries are now investing in the space sector, is the dramatic increase of the active satellite systems during the years 2015 – 2020, especially the telecommunication ones. It is worth mentioning that in December 2015, according to UCS data, the number of active satellites was 1.381, a number which during the same month in 2020 reached the astonishing number of 3.372. The rapid development of the space sector combined with the cost reducing methods that private sectors have introduced, is showing that the imminent future seems to be very promising. Having said all of the above, this thesis aims at presenting a comprehensive analysis of all the required steps that a system engineer / designer must consider in order to build and deploy a fully functional and reliable satellite communication link. The methodology entails a fully description of the basic laws of the space environment as well as an extensive analysis of the orbital mechanics and parameters. The idea was to demonstrate how the theory can be utilized in an actual satellite project simulation as well as how it is affected by it. The last step was to design and build an actual satellite communication system on a specialized software and present the results. The main conclusion of the above implementation is the fact that through the use of a low Earth orbit satellite constellation combined with a geostationary satellite used as a relay, it’s possible to achieve a resilient and reliable communication link with exceptional high data rates and an almost worldwide coverage