Dissertação

{pt_PT=Analysis of an ARQ architecture for Free-Space Optical communications in a LEO-to-Earth scenario} {} APPROVED

{pt=Comunicações ópticas em espaço livre (FSO, em inglês, free-space optical communications) podem atingir taxas de transferência superiores a rádio-frequência. O desenvolvimento desta tecnologia oferece novos desafios no mundo das telecomunicações, sendo necessário a conexão enfrentar condições de canal pela atmosfera, diferentes de estudos existentes. Uma das equipas de investigação de liderança em FSO faz parte do Instituto de Comunicações e Navegação do Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Centro Aeroespacial Alemão), onde está a ser desenvolvido o programa OSIRIS. Este sistema de comunicações ópticas tem como objectivo alcançar taxas de transmissão de 10 Gbps a partir da Estação Espacial Internacional (numa órbita terrestre baixa) até estações na Terra. A versão atual deste projecto está a ser desenvolvida com o uso de um pedido automático de repetição (ARQ, em inglês, automatic repeat request) para aumentar a confiabilidade da transmissão. O objectivo desta tese foi analisar as possíveis configurações deste protocolo, através de previsões matemáticas da taxa de recepção e a sua validação com simulações. Diferentes opções foram apresentadas e avaliadas, realçando os pontos fortes de cada sistema e os desafios que expõem. As mensagens de retorno estudadas foram tanto positivas como explicitamente negativas, para um protocolo ARQ híbrido de repetição selectiva. Estes protocolos foram testados com diferentes taxas de transferência e condições de canal (como o índice de cintilação e intervalo de coerência) e optimizados para aumentar a taxa de recepção e diminuir a saturação do canal., en=Free-space optical communications (FSO) can achieve higher data-rates than radio-frequency. The development of this technology offers new challenges in the world of telecommunications, as channel conditions faced by an optical link in the atmosphere differ vastly from previous studies. One of the leading research teams in FSO is the Institute of Communications and Navigation at the Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (German Aerospace Centre), where the OSIRIS (Optical space infrared downlink system) program is being developed. This optical communications payload aims to achieve a data-rate of 10 Gbps in a link from the International Space Station (in a low-earth orbit) to ground-stations on Earth. In the current version being developed of this project, an automatic repeat request (ARQ) will be implemented to increase the reliability of the communication system. The aim of this thesis was to analyse the possible configurations of this protocol, by mathematical predictions of throughput and their validation with simulations. Different options were presented and evaluated, with mention on the highlights of each system, and the challenges that they exhibit. Both positive and negative acknowledgements of Selective-Repeat Hybrid ARQ protocols were studied. They were tested on different data-rates and channel conditions (such as power scintillation index and coherence time) and optimised for a higher throughput and lower channel saturation.}
{pt=Comunicações ópticas em espaço livre, Pedido automático de repetição, ARQ Cumulativo, Ligação de órbita terrestre baixa., en=Free-Space Optical Communications, Automatic Repeat Request, Cumulative ARQ, LEO downlink.}

Orientação

ORIENTADOR

Fernando Duarte Nunes

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar