From Local Area Networks to Space Area Networks: deployment-stage scalability analysis of a WiFi wireless communication link for a nano-satellite serving dual-type earth communities

Abstract

[ANGLÈS] The goal of this thesis was to study the feasibility and scalability, in terms of communications, of the ABS project which is being developed at the Technical University of Catalonia UPC BarcelonaTech with educational purposes aiming to design a phone-based nano-statellite (or PhoneSat). The satellite will be able to establish connections with both the ground segment and other nano-satellites through the standards compatibles with the mobile device such as GSM, WCDMA, HSDPA, LTE, Bluetooth and WiFi. The main focus of study was the development of an optimization-based methodology in order to design the physical layer of the communication WiFi link taking into consideration that the ABS project amis to provide its services to a multiple type earth community. Thus, it has been made the optimization of the data downloaded by both users so that they are maximized under certain criteria such as the size of the receiving antenna and the power transmitted by the PhoneSat in order to benefit both ground and space segments. Finally, the optimization methodology has been applied and several scenarios as well as a scalability analysis are presented with the purpose of showing how optimal parameters change as the number of users varies. Additionally, it has been done a brief study to determine which is the best technology to establish a communication among phone-based satellites depending on the distance between them, exploratorily aiming nanosat constellation.

[CASTELLÀ] El objetivo de esta tesis de master fue estudiar la viabilidad y escalabilidad, en cuanto a comunicaciones se refiere, del proyecto ABS que está siendo desarrollando en la Universidad Politécnica de Cataluña con fines educativos y que aspira a diseñar un nanosatélite controlado por un teléfono móvil (o PhoneSat). El satélite será capaz de establecer conexiones tanto con el segmento de tierra como con otros nanosatélites a través de lo estándares compatibles con el dispositivo mévil como son GSM, WCDMA, HSDPA, LTE, Bluetooth y WiFi. El principal foco de estudio fue el desarrollo de una metodología basada en la optimización para diseñar la capa física de la comunicación WiFi teniendo en consideración que el proyecto ABS pretende dar servicio a diferentes tipos de usuarios en tierra. Así, se ha realizado la optimización de los datos descargados por uno u otro usuario de forma que éstos sean máximos bajo ciertos criterios como el tamaño de la antena en recepción y la potencia transmitida por el PhoneSat de forma que beneficie tanto al segmento de tierra como al segmento del espacio. Finalmente, se ha aplicado la metodología de optimización y se han presentado varios escenarios así como un estudio de escalabilidad de los resultados con el objetivo de mostrar cómo cambian los parámetros óptimos al variar el número de usuarios. De forma adicional, se ha hecho un breve estudio para determinar cuál es la mejor tecnología para establecer una comunicación entre PhoneSats dependiendo de la distancia a la que se encuentran, con el objetivo de explorar constelaciones de nanosats.