Cubesat Banda S.en.es.pdf

1

Comunicaciones de CubeSat: avances recientes y

Futuros retos Nasir Saeed, Miembro senior, IEEE, Ahmed Elzanaty, Miembro, IEEE, Heba Almorad, Miembro estudiante, IEEE,

Hayssam Dahrouj, Miembro senior, IEEE, Tareq Y. Al-Naffouri, Miembro senior, IEEE, Mohamed-Slim Alouini, Compañero, IEEE

Abstracto —Dado el número creciente de aplicaciones relacionadas con el espacio

cationes, la investigación en la industria espacial emergente es cada vez más atractiva. Un área convincente de la investigación espacial actual es el diseño de satélites miniaturizados, conocidos como CubeSats, que son atractivos debido a sus numerosas

arXiv: 1908.09501v2 [eess.SP] 23 de abril de 2020

aplicaciones y bajo costo de diseño y despliegue. El nuevo paradigma del espacio

satélites de bajo costo, para proporcionar monitoreo terrestre, prevención de desastres y conectividad a dispositivos de Internet de las cosas (IoT) en áreas remotas en lugar de usar los satélites LEO convencionales.

Además del creciente interés de la industria, los investigadores académicos se

conectado a través de CubeSats hace posible una amplia gama de aplicaciones, como la

han lanzado con entusiasmo al desarrollo de pequeños satélites. Estos satélites a

detección remota de la Tierra, la exploración espacial y la conectividad rural. Además, los

menudo se clasifican de acuerdo con sus pesos, es decir, femto (menos de 0,1 kg),

CubeSats proporcionan una solución de conectividad complementaria a las

pico ( 0,1-1 kg), nano ( 1-10 kg), micro ( 10-100 kg) y mini ( 100-1000 kg) [2]. Entre

omnipresentes redes de Internet de las cosas (IoT), lo que conduce a un sistema ciberfísico conectado globalmente. Este documento presenta una visión general holística de varios aspectos de las misiones CubeSat y proporciona una revisión exhaustiva del

estos, los pico-satélites, también conocidos como CubeSats, han surgido últimamente como los más populares. El programa CubeSat se inició en la Universidad de

tema desde las perspectivas académica e industrial. Además, presentamos avances

Stanford en 1999 con el propósito de construir un satélite de bajo costo y bajo peso. A

recientes en el área de las comunicaciones CubeSat, con énfasis en cuestiones de

partir de entonces, se definieron los estándares del proyecto para construir estos

constelación y cobertura, modelado de canales, modulación y codificación, y redes.

satélites en una estructura cúbica (de ahí la terminología CubeSat), con una masa de 1,33

Finalmente, identificamos varias direcciones de investigación futuras para las comunicaciones de CubeSat, incluida la Internet de las cosas espaciales, las redes de largo alcance de baja potencia y el aprendizaje automático para la asignación de recursos de CubeSat.

kg por unidad, un costo de menos de $ 1000, bajo consumo de energía y componentes comerciales listos para usar. La forma cúbica de estos satélites se adoptó porque proporciona un área de superficie suficiente para la generación de energía solar al tiempo que proporciona una mejor estabilidad espacio-térmica. La unidad básica del satélite CubeSat se definió como un 1 Cubo U con dimensiones de

Términos del Índice —CubeSats, comunicaciones, conectividad, cybersistemas físicos, Internet de las cosas. 10 cm × 10 cm × 10 cm. Según esta unidad, los CubeSats varían en tamaño desde 1 U a dieciséis

Yo NTRODUCCIÓN La carrera por el dominio comercial de la industria espacial se está iniciando, lo que lleva a una nueva economía espacial activa. Según un informe de Morgan Stanley, los ingresos esperados de la industria espacial alcanzarán los 22.000 millones de dólares en 2024 y los 41.000 millones de dólares en 2029 [1]. Los negocios espaciales están creciendo especialmente rápido con el desarrollo de pequeños satélites debido al costo de implementación relativamente bajo de estos últimos. Además, estos pequeños satélites se despliegan en órbita terrestre baja (LEO), proporcionando así comunicaciones de baja latencia [2]. Con el desarrollo de estos pequeños satélites, la tecnología espacial se está volviendo más barata, más cercana y más pequeña, reviviendo la industria espacial al ofrecer varias aplicaciones

U [3]; entonces, por ejemplo, 2 U CubeSats tendrían una masa de 2,66 kg y dimensiones de 10 cm × 10 cm × 20

cm. Aprovechando la estructura cúbica, cada cara del CubeSat consta de ocho células solares montadas en el cuerpo o alas de paneles solares eficientes. Las alas del panel solar generan considerablemente más energía, es decir, 20-60 W a plena luz del sol en comparación con ocho células solares montadas, que producen solo 1-7 W [4]. Sin embargo, los CubeSats están restringidos a utilizar una potencia de transmisión máxima de 1 W ( 30 dBm) para establecer el enlace de comunicación desde CubeSat a la estación terrestre, es decir, en la dirección del enlace descendente. Sin embargo, las estaciones terrestres pueden utilizar una potencia de transmisión mucho mayor, es decir, 100 W ( 50 dBm), para enviar los datos desde tierra al CubeSat, es decir, en la dirección del enlace ascendente [5].

nuevas como la observación espacial, la observación de la tierra y las telecomunicaciones.

Desde sus inicios, los CubeSats han cobrado importancia ya que pueden realizar muchos experimentos científicos con fines educativos e institucionales debido a su pequeño tamaño [22]. De hecho, durante los últimos 20 años se han

Este trabajo cuenta con el apoyo de la Oficina de Investigación Patrocinada (OSR) de la Universidad de

lanzado más de mil misiones diferentes de CubeSat [23]. Estas misiones se han

Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST). Hayssam Dahrouj quisiera agradecer a la Universidad Effat en

dividido en cuatro campos amplios: comunicaciones, teledetección terrestre,

Jeddah, Arabia Saudita, por financiar la investigación reportada en este documento a través del Instituto de

anclaje espacial y biología [24] [25]. Más adelante en esta encuesta se incluyen

Investigación y Consultoría.

N. Saeed, A. Elzanaty, TY Al-Naffouri y M.-S. Alouini están con el

algunos ejemplos de estas misiones para ilustrar sus capacidades.

División de Ingeniería y Ciencias Matemáticas y Eléctricas de Computadoras (CEMSE), KAUST, Thuwal, Provincia de La Meca, Reino de Arabia Saudita, 23955-6900. H. Almorad y H. Dahrouj están en el departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Effat, Jeddah, provincia de Makkah, Reino de Arabia Saudita, 22332.

Recientemente, tanto la academia como la industria espacial han investigado la aplicación de CubeSats para proporcionar conectividad global.

2

TABLA I: Lista de algunas misiones CubeSat conocidas y proyectos de pequeños satélites. Lanzamiento

Misión

Año

Nombre

[6]

2018

KIPP

Proporcionar conectividad global

3U

Banda Ku

2

Operacional

[7]

2018

Base

Prueba de comunicación óptica

6U

Óptico

1

Completado con éxito

[8]

2015

GOMX-3

Adquisición de señales de aeronaves

3U

Banda X

1

Completado con éxito

[9]

2018

Lemur-2

Predicción del tiempo

3U

-

100

Operacional

[10]

2011

DADO

Monitoreo de ionosfera

1,5 U

Banda UHF

2

Completado con éxito

[11]

2003

QuakeSat

Previsión de terremotos

3U

Banda UHF

1

Completado con éxito

[12]

-

OLFAR

Análisis de bajas radiaciones

-

VHF

50-1000

Bajo revisión

[13]

2010

RAX

Previsión meteorológica espacial

3U

Banda S

2

Completado con éxito

[14]

2018

MarCO

Retransmisión para el espacio profundo

6U

UHF y X-Band

2

No operativo

[15]

2017

ISARA

Prueba de comunicación de ancho de banda

3U

Banda Ka

1

Operacional

[dieciséis]

2015

AeroCube

Velocidad de comunicación óptica

1,5 U

Óptico

2

Completado con éxito

OCSD

prueba

Árbitro.

Tipo de misión

Talla

Banda de frecuencia

No

de

Estado

CuboSats

[17]

2017

ASTERIA

Prueba de control de actitud

6U

Banda S

1

Operacional

[18]

2019

Starlink

Conectividad a Internet ubicua

No es un cubo

X-band y Ku-

42000

Parcialmente operativo

Se sentó

banda

No es un cubo

Banda Ku

650

Parcialmente operativo

Banda Ka

200

Parcialmente operativo

Banda Ka

3236

Parcialmente operativo

[19]

2019

OneWeb

Conectividad a Internet ubicua

Se sentó

[20]

2019

Telesat

Conectividad a Internet ubicua

LEÓN

[21]

2019

Kuiper

No es un cubo Se sentó

Servicios de banda ancha de alta velocidad

No es un cubo Se sentó

a usuarios de todo el mundo. Esto ha llevado al desarrollo de diversos proyectos y

misiones de ciencia espacial, cuyo objetivo es ampliar el conocimiento científico

oferta de servicios en este campo. Por ejemplo, KEPLER Communication lanzó sus

en astronomía, heliofísica (clima espacial) y ciencia planetaria. Analizando la

KIPP CubeSats en 2018 para brindar conectividad a los usuarios en los polos norte y

radiación de fondo cósmico debajo 30 MHz es excepcionalmente desafiante, ya

sur. KIPP fue la primera misión CubeSat 3U de banda Ku en ofrecer una velocidad

que requiere radiotelescopios de gran apertura basados en el espacio, que son

de datos de 40 Mbps con una 60- terminal de apertura muy pequeña de cm de

bastante sensibles a las ondas ultralargas en el espacio. Por tanto, un sistema

diámetro (VSAT) [6]. Analytical Space lanzó su misión Radix para permitir la

distribuido que consta de un enjambre de 50 o más CubeSats en órbita lunar

comunicación de enlace descendente de alta velocidad mediante enlaces ópticos.

denominados antenas orbitales de baja frecuencia para radioastronomía

Radix constaba de CubeSats de 6U con el objetivo principal de probar las

(OLFAR) se han utilizado para analizar la radiación cósmica [12]. Otra misión

capacidades del láser en las comunicaciones de enlace descendente [7]. Comenzó a

vital de exploración espacial que consiste en 3 U CubeSats fue el Radio Aurora

transmitir datos poco después de su implementación y continuó durante seis meses.

Explorer (RAX), lanzado para investigar la formación y distribución de

Otra misión conocida de CubeSat fue GOMX-3, apoyada por la Agencia Espacial

turbulencias de plasma ionosférico natural, con el fin de mejorar la predicción del

Europea (ESA). GOMX-3 consistió en 3U CubeSats, y tuvo éxito en la adquisición de

tiempo espacial y minimizar los daños a los satélites y tecnologías de naves

señales de los aviones en todo el mundo [8].

espaciales [13]. Otra notable misión de ciencia espacial CubeSat fue Mars Cube One (MarCO), lanzada en 2018 por la NASA que consta de 6 U CubeSats. MarCO fue la primera misión CubeSat en volar al espacio profundo que admitió la transmisión de telecomunicaciones a Marte [14].

Además de su uso en comunicaciones, los CubeSats se emplearon para una serie de misiones dedicadas a la comprensión científica y la predicción del medio ambiente terrestre. La predicción del tiempo, el cambio climático y el monitoreo de desastres son las aplicaciones más comunes para las misiones de ciencias de la tierra. Por

Otra aplicación popular para satélites pequeños (no Cube-Sats) es proporcionar

ejemplo, Lemur-2 era una misión CubeSat de constelación LEO de Spire [9] en la que

conectividad a Internet ubicua para consumidores y dispositivos de IoT. Por

los satélites constan de dos cargas útiles, una para la predicción meteorológica y otra

ejemplo, el proyecto Starlink de SpaceX desplegará miles de satélites para

para el seguimiento de barcos.

satisfacer las demandas de los consumidores de Internet confiable y de alta velocidad en todo el mundo, especialmente en las regiones donde no hay

El Experimento Dynamic Ionosphere CubeSat (DICE) fue otra misión muy conocida

conectividad o cuando otras soluciones son demasiado caras [18]. Un competidor

dirigida por la Universidad Estatal de Utah para monitorear la ionosfera de la Tierra [10].

directo de SpaceX, OneWeb proporcionará soluciones de conectividad global con

DICE CubeSats midió las densidades de plasma in situ utilizando dos sondas Langmuir

una capa de pequeños satélites LEO [19]. En su primera fase, OneWeb lanzará 650 satélites;

para la identificación de características geoespaciales en tiempo de tormenta. Lanzado

el siguiente paso se lanzará 400 más satélites para mejorar la cobertura global.

en

Ambos proyectos se encuentran todavía en sus primeras etapas; sin embargo, se

En 2003, la misión QuakeSat (3U CubeSat) pronosticó terremotos. Llevaba un

espera que se conviertan en los principales proveedores de Internet desde el

magnetómetro alojado en un 60- cm telescopio con el propósito de escanear y

espacio. Otros proyectos ambiciosos conocidos incluyen Telesat LEO [20] y Kuiper

recolectar cambios globales y fluctuaciones en ondas electromagnéticas de

[21]. Todas las misiones CubeSat y proyectos de satélites pequeños antes

frecuencia extremadamente baja (ELF), que se cree que preceden a la actividad

mencionados se resumen en la Tabla I; consulte también las referencias [23], [26] -

sísmica [11].

[29] para

Los CubeSats también son populares en la exploración de universos y

3

TABLA II: Comparación de este trabajo con las encuestas existentes.

resumido en [32], que discute los tipos de antenas utilizadas para CubeSats,

Árbitro.

Año

Área de enfoque

incluyendo antenas de bocina, parche, dipolo, re fl ector y antenas de membrana. La

Bouwmeester et al.

2010

Historia de las misiones CubeSat desde 2000 hasta 2009

referencia [33] examina la literatura sobre la evolución, las limitaciones, las políticas y

Miguel et al. [ 27]

2013

Historia y estadísticas de las misiones CubeSats desde 2000

Joyeeta et al. [ 28] Thyrso

2013

las aplicaciones de los satélites pequeños. Davoli et al. presentar una descripción

[26] hasta 2012

et al. [ 29] Radhika et al. [ 30] 2016

Redes de espacio profundo e Internet interplanetario Historia y estadísticas de las misiones CubeSats desde 2000 hasta 2016

Scott et al. [ 31]

2016

Comunicaciones entre satélites para Cube-Sats

2016

Red cercana a la tierra de la NASA y red espacial para CubeSats

general de los diferentes aspectos físicos de los satélites pequeños, que incluyen componentes de hardware, diseño de antenas y redes [4]. Gregorio et al. describen los desafíos basados en hardware que enfrentan las misiones CubeSat, incluida la miniaturización, el control de energía y la configuración [34].

En resumen, la mayoría de las encuestas anteriores se centran en los detalles cuantitativos de las misiones CubeSat, por ejemplo, el número de misiones, el número de

Yahya et al. [ 32]

2017

Diseño de antenas para CubeSats

Martín [33]

2018

Historia, estadísticas y aplicaciones de las misiones de

CubeSats, las fechas de lanzamiento, los países participantes y los objetivos de la misión

CubeSats

[26], [27], [29], [33]. Sin embargo, solo unas pocas encuestas discuten las características

Franco et al. [ 4]

2018

Anna et al. [ 34] Este

2018

Desafíos de hardware de las misiones de CubeSat

documento

2019

Problemas de cobertura y constelación, modelado de

Misiones de pequeños satélites, diseño de antenas y redes

de comunicación de CubeSats, por ejemplo, redes entre satélites [28], diseño de antenas [4] y redes tolerantes al retardo [31].

canales, modulación y codificación, problemas de redes y capas superiores, y desafíos de investigación futuros para CubeSats

B. Contribuciones de este documento

A pesar de la plétora de trabajos sobre CubeSat, como se destaca en la lista completa de misiones académicas e industriales de CubeSat.

Sección IA, hasta donde sabemos, no existe un artículo consolidado que proporcione un estudio completo del sistema de comunicación CubeSat. Más importante aún, los estudios existentes no conectan los efectos de

A. Artículos de revisión relacionados

La literatura de CubeSat incluye varios artículos de revisión, por ejemplo, [4], [26] - [34], cuyo resumen se puede encontrar en la Tabla II. La primera historia

consideraciones técnicas importantes, como modulación, codificación, redes, diseño de constelaciones y restricciones de costos del sistema de comunicación CubeSat.

completa de misiones CubeSat hasta 2009 se presenta en [26]. La literatura sobre estas misiones se amplía aún más hasta el año 2013 en [27], en el que se

En este documento, ofrecemos una descripción general de varias características de

enumeran brevemente las estadísticas de las misiones CubeSats. Estas

CubeSats que influyen significativamente en el rendimiento de su sistema de comunicación.

estadísticas incluyen el número de misiones lanzadas, lanzamientos fallidos,

Además, respondemos algunas preguntas de investigación que pueden proporcionar

misiones operativas, misiones no operativas y misiones fallidas desde el año

información sobre las comunicaciones de CubeSat, por ejemplo, cómo el tipo de

2000 al 2012. La referencia [27] detalla más las proporciones de estas misiones

constelación, la altitud de CubeSat y los objetivos de la misión afectan el rendimiento del

en diferentes partes del mundo hasta 2012. Mukherjee et al. ofrece un estudio

enlace. Además, abordamos la cuestión de diseñar sistemas de comunicación eficientes

completo de las redes espaciales e Internet interplanetaria, y presenta el

que tomen en consideración estas características.

concepto de redes tolerantes al retardo para redes del espacio lejano [28]. Sin embargo, el enfoque de su artículo no está en CubeSats, sino en el componente

Inicialmente, proporcionamos una descripción general del diseño de la constelación

de redes de las redes del espacio profundo. En [29], Villela et al. extender los

de CubeSat. La elección de un tipo de constelación en particular depende del objetivo

datos sobre las misiones CubeSat hasta 2018, detallando el número de países

de la misión. Por ejemplo, si el objetivo es proporcionar una cobertura de

involucrados en la investigación de CubeSat, la tasa de éxito de las misiones

comunicación global, se requiere un mayor número de satélites. En este caso,

CubeSat y prediciendo que se lanzarán mil CubeSat en 2021. En 2021 se

discutimos la cantidad de planos orbitales y satélites necesarios para lograr una

presenta un breve estudio de las comunicaciones entre satélites CubeSats [30],

cobertura ubicua. Para aplicaciones de teledetección, normalmente se necesita una

que se centra en habilitar las comunicaciones entre satélites mediante el examen

menor cantidad de CubeSats. También discutimos la cuestión de cómo extender la

de las capas de control de acceso físico, de red y de medio del modelo de

cobertura de datos usando CubeSats para comunicaciones en áreas rurales y remotas

interconexión de sistemas abiertos (OSI) para satélites pequeños.

del mundo, un tema emergente en el diseño de CubeSat.

A continuación, examinamos el impacto de la geometría de los satélites en el modelo del canal de comunicación. Describimos la evolución de los modelos de canales estadísticos adoptados para las comunicaciones por satélite desde los satélites móviles

En [31], Schaire et al. resumir el soporte, los servicios y los planes futuros ofrecidos al mercado emergente de CubeSat por la Red Cercana a la Tierra

terrestres (LMS) hasta los CubeSats. Se comparan varios modelos de canales de la literatura según su relevancia para CubeSats.

(NEN), la Red Espacial (SN) y la Red de Navegación y Comunicación Espacial (SCaN) de la NASA. Los autores también discuten las capacidades de NEN y

Luego, examinamos el presupuesto de enlace de CubeSat con respecto a la

SN, ilustrando las velocidades de datos y los volúmenes de datos máximos

geometría del satélite, la frecuencia de operación y el modelado de canales. Los

alcanzables para diferentes altitudes de órbita y rangos de inclinación. La

parámetros del balance de enlace dependen en gran medida de las características de los

literatura sobre el desarrollo de antenas CubeSat es

CubeSats, por ejemplo, potencia limitada y ganancia de antena. Posteriormente, introducimos la modulación

4

y técnicas de codificación generalmente adoptadas en la investigación de CubeSat. Además, mostramos cómo estos esquemas incorporan el balance de enlace y el ángulo de elevación (ángulo entre el satélite y la tierra) para proporcionar comunicaciones confiables. Además, comparamos estas técnicas y presentamos las recomendaciones sugeridas por el comité consultivo de sistemas de datos espaciales (CCSDS). Posteriormente, comentamos brevemente la interconexión física de Cube-Sats basada en diferentes tecnologías de comunicación como la radiofrecuencia (RF) y la óptica de espacio libre (FSO), incluida la comunicación por láser y luz visible (VLC). También discutimos los protocolos de enrutamiento utilizados para los enlaces entre satélites y tierra y entre satélites. Por último, anticipamos las futuras direcciones de

Mancha

haz

investigación y los principales problemas abiertos en la investigación de CubeSat, por ejemplo, redes heterogéneas CubeSats-6G, redes de fi nidas por software, Internet de

Amplio

haz

las cosas espaciales (IoST), arquitecturas híbridas, cobertura ubicua y aprendizaje automático.

Las contribuciones de este documento se resumen a continuación:

1) Proporcionamos un estudio completo de las comunicaciones de CubeSat,

Fig. 1: Esquema de haz híbrido para CubeSats en LEO.

que prevemos para habilitar IoST.

2) Discutimos el tema más debatido en el dominio, la cobertura extendida usando CubeSats para comunicaciones en áreas rurales y remotas del mundo. 3) Examinamos las dimensiones técnicas de las comunicaciones de CubeSats, incluido el modelado de canales, esquemas de modulación y codificación, redes, diseño de constelaciones y problemas de cobertura.

Primero discutiremos la cobertura del haz de CubeSats antes de pasar a los diferentes tipos de constelaciones de satélites.

A. Cobertura del haz La cobertura del haz de un CubeSat individual depende principalmente de la

4) Presentamos varias direcciones de investigación futuras para Cube-Sats y su

altitud orbital del satélite y del tipo de antena utilizada. Las antenas CubeSat deben

aplicación a la teledetección terrestre, la teledetección espacial y las

tener baja pérdida, cobertura esférica, alta confiabilidad y un tamaño compacto. La

comunicaciones globales.

cobertura esférica completa se logra típicamente con múltiples antenas. Las antenas típicas de CubeSat para telemetría y telecomando incluyen parches de

C. Organización del documento Este documento está organizado de la siguiente manera: la Sección II presenta

una descripción general de los diseños de constelaciones de CubeSat y las técnicas de

conceptos. La Sección III cubre varios enlaces de comunicación y analiza el cálculo modelado de canales y cobertura para CubeSats. Sección IV notificaciones. Las secciones V

del presupuesto de enlace para los métodos de conmutación CubeSat y los protocolos y VI explican la modulación y la codificación respectivamente. Las secciones VII y VIII

de control de acceso al medio (MAC), y los protocolos de capa de aplicación para discuten la creación de redes En la sección IX, nos enfocamos en los desafíos de

CubeSats, respectivamente. Comunicaciones CubeSat. Finalmente, la Sección X investigación futuros para concluir la encuesta.

resume y

microbanda, monopolos, torniquetes y antenas helicoidales. Una vez que un CubeSat está estable en órbita, requiere antenas de alta velocidad y alta

comunicaciones con la estación terrestre, que a su vez las antenas deben poder ganancia y tamaño compacto. Estos patrones de cobertura ideal de alta ganancia para

apuntar sus haces con precisión. Las bandas son un patrón de iso fl ujo que tiene en CubeSats que operan en las pérdidas de propagación S y X. En bandas de frecuencia

cuenta la banda de espacio libre, antenas de bocina de alta ganancia con capacidad más altas, como la X, se puede utilizar para permitir un ancho de banda más amplio y

de dirección del haz hacia la estación terrestre. El tamaño pequeño de los límites de una orientación precisa, el uso de antenas de gran tamaño y, por lo tanto, varios

CubeSats se ha hecho para diseñar antenas de alta ganancia de tamaño pequeño. Un esfuerzos de reflector parabólico de tamaño. 0,5 m, diseñado en [36] para 1,5 U En

CubeSat es compatible con las redes del espacio profundo de la NASA. con mejor

II. C UBE S A C ONSTELACIONES Y C EXCESO La cobertura de cualquier misión CubeSat depende de diferentes planos

consecuencia, se propuso un re fl ectarray de panel plegado en [37] capacidad en

eficiencia de estiba, bajo costo y orientación del haz [36]. Se remite a los lectores comparación con los re fl ectores convencionales que contiene para varias antenas

parámetros tales como el número de satélites, el número de espaciamiento del

interesados [38] y patrones de referencias.

orbitales, el ángulo de elevación, la inclinación, la altitud, la fecha, los CubeSats se

CubeSat con diferentes haces

plano orbital y la excentricidad de la órbita. A causa de su menor costo y han desplegado en órbitas LEO porque Sin embargo, la huella de los satélites LEO

menor complejidad de implementación. los de órbita terrestre media (MEO) y es mucho más pequeña que la de los satélites en órbita (GEO). Para poner esto en

Se puede lograr una cobertura global sin problemas ajustando el

geoestacionaria

patrones de haz de las antenas de satélite. Por ejemplo, en [39], Su et

perspectiva, más de diez satélites MEO [35]. Para elaborar sobre esto,

Alabama. Presentar esquemas híbridos de haz ancho y puntual para la banda de baja frecuencia

100 Los satélites LEO son necesarios para la cobertura global, en comparación

satélites. En el enfoque híbrido, un haz ancho que opera en un LEO se utiliza para un área de cobertura grande, mientras que

5

Los haces puntuales en bandas de alta frecuencia facilitan el acceso a datos de alta velocidad (ver

Ángulo de elevación

Fig. 1). Tierra central

Rango de inclinación (ρ)

φ

ángulo

B. Diseño de constelaciones

CubeSat

θ

Además de la altitud orbital, el diseño de las constelaciones de satélites es un

Altitud orbital (h)

Radio de la Tierra (R MI)

factor importante que afecta la cobertura de las misiones CubeSat [40]. Una constelación es un grupo de satélites que coordina sus operaciones para proporcionar una cobertura global o casi global. Las constelaciones de satélites suelen constar de planos orbitales complementarios. Hay principalmente tres diseños de constelaciones

Fig. 3: Geometría de cobertura para CubeSats.

para brindar cobertura global:

•

dónde R mi es el radio de la Tierra, h es la altitud orbital del CubeSat, φ es el

Constelaciones de Walker: El diseño de la constelación de Walker es simétrico, es decir, todos los satélites tienen la misma inclinación y latitud.

ángulo de elevación, y ρ es la inclinación

Los parámetros de las constelaciones de Walker se definen como

rango (ver Fig.3). La gama inclinada ρ puede ser determinado por la ley de los

inclinación yo, número de

cosenos como,

satélites norte s, número de planos orbitales igualmente espaciados

ρ 2 - 2 R mi ρ cos (90 + φ) = (R E + h) 2 - R 2

norte pags, y diferencia de fase relativa entre los planos

E.

(4)

Para ilustrar el efecto de la altitud y elevación orbital

∆ φ. Según estos parámetros, cada plano orbital tiene n = norte s norte número de satélites, donde la inclinación de todos los planos pags nes es el mismo (ver Fig. 2). Zonas latitudinales que

ángulo en norte y norte pags, graficamos (1) y (2) en las Figs. 4 y 5,

están más allá del ángulo de inclinación de los planos orbitales pueden no tener

El requisito de CubeSat por plano orbital y el número de planos orbitales

cobertura en las constelaciones de Walker.

aumentan al aumentar el ángulo de elevación y reducir la altitud. Esto se

respectivamente. Como se muestra en las Figs. 4 y 5, el

debe a la relación directa entre el ángulo central de la Tierra ρ, el ángulo de elevación φ, y la altitud orbital h. Además, para una altitud fija, aumentar el ángulo de elevación de 5 ◦ a 25 ◦ conduce a aumentar el número de planos y el número de CubeSats por plano. Sin embargo, revertir este escenario, por ejemplo, manteniendo el ángulo de elevación fijo y aumentando la altitud de 500 km a 900 km, reduce el número de aviones y el número de CubeSats por avión debido a una mejor cobertura a mayores altitudes.

12 500 kilometros 600 kilometros

10

700 kilometros

Min. número de planos orbitales

800 kilometros

Fig. 2: Ilustración de la constelación de Walker para GALILEO.

Para diseñar y analizar una constelación de CubeSat para una cobertura global longitudinal, el número mínimo de CubeSats norte por plano

900 kilometros

8

6

4

2

orbital, y el número mínimo 0

de aviones norte pags requerido para una órbita circular se puede determinar como,

⌈

360 n=⌈2θ

y norte p =

360

5

(1)

15

20

25

Fig. 4: Ángulo de elevación versus número de planos orbitales requeridos.

⌉,

4θ

,

(2)

respectivamente, donde Delaware es la función de techo y θ es el ángulo de cobertura central de la Tierra. Usando la ley de

seno, el ángulo central de la Tierra (se obtiene)

θ = arcos

10

Ángulo de elevación (en grados)

⌉

ρ pecado (90 + φ)

h + R mi

•

Constelaciones de calles de cobertura: estas constelaciones consisten en planos orbitales inclinados polares distribuidos no uniformemente. La separación entre los planos orbitales y su diferencia de fase está diseñada de tal manera que los planos adyacentes se superponen con la región de cobertura para proporcionar una cobertura global. Un problema importante con estas constelaciones es que

de la siguiente manera [41],

,

(3)

la cobertura de la Tierra no es uniforme, con la cobertura más alta en las regiones polares y la cobertura más baja.

6

esting mecánica orbital para la formación de vuelo y puede apoyar

25 500 kilometros

servicios de área regionales y globales.

600 kilometros

20

700 kilometros

El diseño de la constelación de satélites también se puede configurar para una misión

800 kilometros

específica. Por ejemplo, en [45], Nag et al. propuso que la constelación de Walker se puede

Min. número de CubeSats por avión

900 kilometros

utilizar para proporcionar la vigilancia del tráfico aéreo en la región de Alaska. Se utilizaron

15

dos planos orbitales perpendiculares con ocho satélites en cada plano para proporcionar una cobertura del 99% en Alaska.

10

5

C. Enjambre de CubeSats Además de su uso en el diseño de constelaciones, existe un interés continuo en

0 5

10

15

20

25

el uso de enjambres o grupos de pequeños satélites en misiones. Un enjambre de

Ángulo de elevación (en grados)

satélites ciertamente puede mejorar la cobertura de la misión, tanto en el espacio

Fig. 5: Ángulo de elevación versus número de CubeSats por plano.

como en la Tierra. El concepto de enjambre de satélites fue introducido por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) con el sistema F6 (Futuro, Rápido, Flexible, Fraccionado y Vuelo Libre) [46]. En el sistema F6, se insertó un satélite tradicional entre el grupo de sub-satélites donde los recursos se compartían entre los sub-satélites utilizando comunicación entre satélites. Aunque el sistema F6 fue el primer paso hacia el enjambre de satélites, se canceló después de dos intentos, ya que faltaba un integrador necesario para unir el sistema [47]. Las comunicaciones entre satélites y la formación de vuelos son las principales preocupaciones de los enjambres de satélites [48]; por tanto, se han realizado esfuerzos para optimizar la cobertura de satélite a satélite para los enlaces entre satélites. En [49], Lluch et al. optimizó los parámetros orbitales del satélite para proporcionar la máxima cobertura con seis satélites LEO; así, un aumento en el enlace entre satélites mejoró la cobertura de la misión. Danil et al. propuso un enfoque de control diferencial descentralizado basado en el arrastre para la formación de grupos de 3 U CubeSats [50]. En ausencia de una

Fig. 6: Ilustración de una constelación de una calle de cobertura con inclinación polar.

estrategia de control, los satélites de un cúmulo se separan unos de otros en el plano orbital. Por lo tanto, es importante modelar la fuerza de arrastre aerodinámico y reducir la deriva relativa entre los satélites a cero. Recientemente, la Universidad

•

en las regiones ecuatoriales, como se muestra en la Fig. 6. Las misiones que enfatizan

de Cornell lanzó 105 enjambre de satélites de tamaño diminuto, también llamado

la cobertura en la región ecuatorial requieren que los planos orbitales estén igualmente

ChipSats en la misión KickSat-2, que demostró con éxito que es posible formar un

espaciados por 180 ◦; sin embargo, tal diseño de constelación requiere un mayor tiempo

enjambre de pequeños satélites en vuelo libre [51]. Estos pequeños satélites no solo

de despliegue y múltiples sitios de lanzamiento [42].

reducen aún más los costos, sino que también mejoran la cobertura tanto en el

Constelaciones de flores: La idea de una constelación de flores se introdujo por

vuelo libre para proporcionar conectividad a las redes de IoT en la región ártica. Se

primera vez en 2003 [43]. Las constelaciones de flores consisten en satélites

consideraron tres con fi guraciones orbitales diferentes de CubeSat, junto con tres

que siguen la misma trayectoria en bucle cerrado en un marco de referencia

CubeSats y cuatro estaciones terrestres. Han demostrado que enjambres de

giratorio [44]. Se utiliza el marco de referencia centrado en la Tierra, fijo en la

CubeSats que vuelan libremente logran sobrecargas por debajo de 27% y, por tanto,

Tierra, donde todos los satélites están sincronizados y coordinados con la

son buenos candidatos para apoyar las redes rurales de IoT.

espacio como en la Tierra. En [52], Palma et al. propuso un enjambre de satélites en

rotación de la Tierra. Los planos orbitales en las constelaciones florales satisfacen la siguiente condición [44]

PAGS pags T p = PAGS re T re,

(5)

dónde PAGS pags y PAGS re son enteros coprimos, T re es el período de tiempo del marco de referencia giratorio, y T pags es el

múltiplo racional de T re. Además, el semieje mayor, la inclinación de la órbita, el argumento del perigeo y la excentricidad del

las órbitas son las mismas. Además, la anomalía media UN yo

D. Lecciones aprendidas

En esta sección, discutimos los problemas de cobertura con las

del yo- el satélite satisface PAGS pags Q yo = - PAGS re UN yo mod (2 π),

comunicaciones Cube-Sat. Primero, introdujimos la cobertura del haz, que

dónde Q yo es la ascensión recta del nodo ascendente. La figura 7 muestra

depende principalmente de la altitud orbital del CubeSat y del tipo de antena

un ejemplo de tal diseño de constelación,

utilizada. Las antenas CubeSat deben ser de tamaño pequeño y operar a baja

donde se utiliza un grupo de tres órbitas en el mismo plano orbital con la

potencia debido a la cantidad limitada de energía a bordo. Se utilizan diferentes

misma inclinación, excentricidad y semieje mayor. Las constelaciones de

antenas según el tamaño del CubeSat y el tipo de misión. Por ejemplo, panel

flores proporcionan algunos

doblado

7

Plano 1

Plano 3

Plano 2

Fig. 7: Ilustración de una constelación de flores en tres planos orbitales diferentes.

re fl ect-array tiene mejores capacidades de apuntar el haz en comparación con los reflectores

comunicaciones y sus correspondientes modelos estadísticos de canales.

convencionales. Además, los haces híbridos se pueden utilizar para proporcionar enlaces de alta velocidad y una mejor cobertura al mismo tiempo.

La segunda parte de esta sección se centró en la cobertura de varios diseños de constelaciones. Se discutieron brevemente tres diseños de constelaciones diferentes,

Enlaces C2C

incluidos Walker, Street-of-Cobertura y Flower. Cada constelación tiene sus pros y sus

Enlaces C2G

contras, por ejemplo, las constelaciones de Walker son fáciles de implementar, pero tienen más cobertura en las regiones polares que en las ecuatoriales. Del mismo modo, las constelaciones de flores pueden proporcionar una mejor cobertura, pero son más

CubeSat

difíciles de implementar. Las constelaciones deben diseñarse de acuerdo con sus aplicaciones, por ejemplo, para cubrir un área específica en la superficie de la Tierra o en el espacio.

Por último, analizamos la investigación sobre enjambres de CubeSats, que pueden mejorar la cobertura tanto en la superficie de la Tierra como en el espacio. Los desafíos

Fregadero (local del cliente)

Detección pasiva

Detección activa

importantes para los enjambres de CubeSats incluyen la comunicación entre satélites y la formación de vuelos. La comunicación entre satélites se puede lograr utilizando RF u ondas ópticas. Las ondas de RF proporcionan una mejor cobertura a costa de enlaces de

Fig. 8: Arquitectura de red para CubeSats [53].

baja velocidad de datos, mientras que las ondas ópticas proporcionan enlaces de alta velocidad pero requieren métodos precisos de puntería y adquisición. De manera similar, la formación de vuelo para CubeSats puede diseñarse modelando la fuerza de arrastre aerodinámico y reduciendo la deriva relativa entre los satélites.

A. Comunicaciones CubeSat-Tierra Los CubeSats emplean diversas tecnologías de comunicación para establecer un enlace C2G, a saber, VLC, láser y RF. En [54], Nakajima et al. utilizó microsatélites

III. C OMMUNICACIÓN L TINTAS Y C HANNEL METRO ODELING Un problema importante al que se enfrentan las misiones CubeSat es la falta de un

basados en VLC para enlaces espacio-tierra, logrando una velocidad de datos de 9,6 kbps en perfecta alineación. La altitud del satélite en [54] es 400 km con 40 km de huella en la Tierra. Por otro lado, las comunicaciones láser han adquirido mayor importancia porque

modelo de canal de comunicación estandarizado. Aunque el CCSDS especifica algunos

proporcionan un gran ancho de banda, un espectro sin licencia, una alta velocidad de

estándares internacionales, existen varios obstáculos para recibir señales de telemando

datos, menos energía y requisitos de masa reducidos. En 2014 se utilizó un sistema de

en CubeSats usando estos estándares. Principalmente, estos obstáculos se deben a los

comunicación láser en la misión Small Optical Transponder (SOTA), que pudo alcanzar

códigos de detección y corrección de errores utilizados en los estándares CCSDS. A

la velocidad de datos de 10 Mbps para el enlace descendente [55]. También se utilizaron

continuación, proponemos varios modelos de canales basados en los estándares

láseres en la misión Aerocube OCSD para demostrar los enlaces C2G, proporcionando

CCSDS para las comunicaciones CubeSat que dependen principalmente del enlace de

una alta velocidad de datos y una latencia cercana a cero [56]. Recientemente, un

comunicación. Los enlaces de comunicación de CubeSat se pueden dividir en dos tipos:

enlace C2G basado en láser de un LEO 1,5 Se estableció U CubeSat a una altitud de 450

enlaces CubeSat-to-Ground (C2G) y CubeSat-to-CubeSat (C2C), (ver Fig. 8). En esta

km hasta una estación terrestre óptica [57]. Este enlace de comunicación

sección, discutimos los diversos tipos de enlaces en CubeSat.

8

logró una velocidad de datos de hasta 100 Mbps con tasas de error de bits cercanas

fluctuaciones lentas. El desvanecimiento de sombra multiplicativo es responsable de las

10 - 6. Dado que el apuntado y la adquisición son problemas importantes para las

variaciones aleatorias en la potencia de ambos componentes de trayectos múltiples LOS. El

comunicaciones ópticas en el espacio libre, se introduce un enfoque híbrido de RF y

desvanecimiento por trayectos múltiples se modela utilizando distribuciones estadísticas

óptico en [58], donde los CubeSats se utilizan como satélites de retransmisión entre

conocidas, como las distribuciones de Rayleigh y Rice, mientras que el sombreado se modela

los satélites GEO y la estación terrestre utilizando RF y ópticas. Enlaces. El Instituto

utilizando distribuciones log-normal o Nakagami.

Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT) de Japón ha iniciado varios proyectos de investigación para utilizar láseres en enlaces C2G [59].

Los canales de LMS se pueden clasificar ampliamente en modelos de canales estáticos y dinámicos. Los siguientes son los principales modelos de canales estadísticos que se pueden usar para las comunicaciones CubeSat (también resumidos

Aunque el uso de láseres puede conducir a enlaces C2G de alta velocidad, la atmósfera introduce las siguientes pérdidas en la comunicación óptica en el espacio libre:

en la Tabla III):

1) Modelos estáticos: Los modelos de canal LMS estático consideran principalmente el camino directo LOS, el camino difuso LOS y el multitrayecto [65]. En

•

Pérdidas por absorción y dispersión resultantes de la presencia de diversas

los modelos de canal estático, la distribución de la envolvente de la señal puede

moléculas de gas y aerosoles en la atmósfera terrestre. La atenuación debida

modelarse mediante una única distribución que no cambia con el tiempo. Por tanto,

a diversas condiciones climáticas, por ejemplo, partículas de aerosol, niebla y

tiene sentido describir los siguientes canales estáticos.

neblina, depende de la frecuencia. Los detalles sobre la predicción de estas Modelo de Loo [66]: Es uno de los famosos modelos de canales estadísticos

pérdidas se pueden encontrar en varias bases de datos [60] - [62]. Turbulencia

•

atmosférica, que es un fenómeno aleatorio, causado por variaciones en la

utilizados para los sistemas LMS. El modelo de Loo asume que el componente LOS sufre

temperatura y presión de la atmósfera a lo largo de la trayectoria de

un sombreado logarítmico normal, mientras que las señales de trayectos múltiples tienen

propagación.

una distribución de Rayleigh [66]. Primero, la distribución de la envolvente de la señal condicionada al componente LOS un se deriva como

•

Pérdida de divergencia del haz debido a la difracción del haz cerca del receptor.

•

Ruido de fondo del Sol y otras estrellas. Pérdida de puntería debido a la

•

vibración del satélite o mecanismos imperfectos de seguimiento y estabilización.

Estos factores pueden causar una degradación severa en el rendimiento si los canales

no están bien compensados. En [63] se han revisado algunos modelos estadísticos de ópticos junto con varios enfoques para contrarrestar estos modelos aún se encuentran en

f (r | a) =

CubeSats en LEO.

yo 0 σ 2

(6)

metro

la variable aleatoria repr ∫ Sintiendo el sombreado de LOS como ∞

f (r) =

(7)

f (r | a) f s ( un) re un, 0

dónde

F s ( a) = √

modelos de canal que consideran la comunicación terrestre-móvil-satelital (LMS) de los en los que los dispositivos móviles de la Tierra se comunican

2 σmetro 2

)

real academia de bellas artes

promediando la distribución condicionada sobre

enlace C2G para la velocidad de datos. A continuación, nos enfocamos más en los modelos máximos para comunicación C2G basada en RF. La mayoría de estos sistemas,

Exp -

)(

metro es la varianza del multitrayecto, y yo 0 ( ·) es el Función de Bessel de orden cero. Luego, el PDF del sobre se puede encontrar

la fase inicial de investigación. Actualmente, la misión de RF alcanzó una velocidad de datos de 3 Mbps operando en la misión UHF Tianwang-1, que proporcionó 125 Kbps de

σ metro 2

r 2 + un 2

dónde σ 2

los efectos atmosféricos antiguos; sin embargo, se utiliza mucho para establecer enlaces C2G. Por ejemplo, la banda DICE [10]. En [64], los autores examinaron el

(

r

(

1 un 2 πσ 2

2

(Iniciar sesión( - sa) µ)

Exp -

)

, a> 0, ( 8)

2 σs2

s

µ s y σ 2 son la s media y la varianza del componente LOS sombreado, respectivamente. Este modelo ha resultado satisfactorio

acuerdo con los resultados medidos en el medio rural. Modelo de Corazza-Vatalaro [67]: A diferencia del modelo de Loo, este modelo Las principales diferencias entre la comunicación terrestre en los CubeSats y la

estadístico combina la distribución Rician y logarítmica normal para la señal LOS, que

canal y el canal LMS son el enlace de tierra disponible de energía limitada. Solo se

es adecuada para todos los entornos. El modelo se prueba para satélites terrestres

diferente geometría del CubeSat con ángulos de baja elevación. Además, el canal LMS

LEO y MEO, donde los resultados teóricos coinciden con los resultados medidos. En

puede acceder a algunos de los sistemas LMS mediante impedimentos

este modelo, la PDF de la envolvente de la señal es el producto de distribuciones de

se ve afectado por pérdidas ionosféricas, especialmente en ángulos de baja elevación.

Rician y logarítmicas normales, dadas por

adicionales, como la troposfera y la baja potencia de los CubeSats requiere una

∫∞

Además, hace que el establecimiento del enlace en ángulos de elevación bajos sea

f (r) =

línea de visión fuerte, lo que es un desafío. particularmente

Las variaciones aleatorias que experimenta la envolvente de la señal, el se deben a tres fenómenos principales: desvanecimiento por trayectos múltiples, línea El

sombreado de la vista (LOS) y el desvanecimiento de sombras multiplicativo. Los

(9)

f (r | a) f s ( un) re un, 0

dónde

f (r | a) =

r K̃a 2

( Exp -

r2 2 un 2 K̃

)

- KI 0

(√

)

r2K un

K̃

,

(10)

desvanecimiento por trayectos múltiples surge de una combinación de fluctuaciones dispersas que

K es el factor arroz, K̃, 0,5 ( K + 1), y F s ( un) se da en (8). Basado en los valores

componentes LOS (NLOS) junto con un posible rayo LOS, resultan del bloqueo

de K, el modelo anterior puede ser

no conducen a fluctuaciones rápidas a pequeña escala. LOS objetos de sombra, como terrenos y

reducido a cualquier modelo de desvanecimiento no selectivo. Este modelo se amplió

parcial del LOS por grandes

en [68] al incluir los efectos de las variaciones de fase en el entorno de sombras y

edificios, que conducen a grandes

desvanecimientos.

9

Modelo de Hwang [69]: Este modelo amplía el sobre de Corazza. Además, los autores también introdujeron el modelo inverso de Vatalaro al incluir la distribución Gaussiana (IG) de sombreado independiente para modelar el sombreado del árbol [79]. que afecta tanto al componente de enlace LOS directo como al difuso Se realizaron pruebas experimentales en un parque, donde nents. La P ∫ DF ∫ de la envolvente de la señal en este modelo, la señal se modeló como una distribución IG, mientras que el multitrayecto fue modelado con una R

por ∞

∞

f (r) =

f (r | a, a) ( a) f s ( un , 1 fs2 1 ) re un2re un 1 0

dónde

f (ra,| a) 1 =

r 2

(11)

2)

0

σ 2metro un 22

(

)(

- r 2 + UN 2 un 2

Exp

1 yo 0 un 2 2

2

(12)

σ metro

a,1a son2 las distribuciones log-normales independientes para los enlaces LOS directos y difusos, respectivamente, UN es la LOS COM componente de desvanecimiento. Tenga en cuenta que fa 1) y fa 2) están representados por (8) con

, µ s 2 σ, s 1

parámetros µ s 1

2, y 2. Cuando 2 →, σs2

σs1

0

σ s22 → 0, y F → ∞, el componente de desvanecimiento está ausente, mientras que para σ 2 s 1 = σ s 2 y

F ˜ s ( un) re a, r ≥ 0

metro

dónde f̃ (a) √

es el PDF de la inversa G)

distribución aussian

dada por

(

λ

s f˜(a) =

2π

( un - µ) 2

un - 32 Exp - λ

, a> 0.

2 µ 2s un

(17)

Aquí, λ y µ s son los parámetros de la distribución IG con varianza σ 2 = µ 3 s

s/

λ.

Modelo de Abdi [73]: Este modelo caracteriza la amplitud de la señal LOS

2

µ s 1 = µ s 2, este modelo tiende a seguir

mediante la distribución de Nakagami. Este modelo es más fl exible debido a las

Modelo de Corazza-Vatalaro.

Modelo de Patzold [71]: Este modelo es similar al modelo de Loo; sin embargo, también considera el cambio de frecuencia Doppler debido al movimiento relativo entre el Cubesat y la estación terrestre. El desplazamiento Doppler se puede aproximar como

expresiones de forma cerrada de las estadísticas del canal. La expresión de la envolvente de la señal en

[73] viene dado por ( σ 2metro metro

f (r) = v porque φ)

FD=FC

)

real academia de bellas artes

(dieciséis)

raa 1

2 σ 2metro un 22

Contribución. El PDF de la señal

sobre en [79] es gi (ayleigh ven dis por ) ( ∫∞ r 2 + un 2 r Exp f (r) = yo 0 σ 2 σ metro 2 2 σmetro 2 0

× 1 F 1 metro, 1,

dónde F C es la frecuencia portadora, φ es el ángulo de elevación, v

(

metro r

σm 2m + Ω

(13)

C

)

σ metro 2

)

Exp - r 2

Ω r2

)

σ metro 2 , r ≥ 0 ( 18)

σ metro 2( σ2 m + Ω)

es la velocidad tangencial del satélite, y C es la velocidad de donde metro ≥ 0 es el parámetro Nakagami, Ω> 0 es la propagación

luz [77]. Representación más precisa del parámetro de cambio de frecuencia, y 1 F 1 (.,.,.) es el hipergeométrico con fl uente una mayor fl exibilidad y se adapta bien a las se puede encontrar en [78, (5)]. El modelo estadístico de Patzold tiene una función [80]. Este modelo encaja bien con el modelo de Loo y

mediciones debido a los resultados medidos, tanto para banda estrecha como para banda ancha sistemas. Tiene una ventaja adicional sobre los modelos anteriores.

el realista ∫ c supuestos sobre el efecto Doppler y el desvanecimiento.

El PDF del letrero (al sobre) es gi ( ∞r

f (r) =

φ0

0

Exp -

2σ2 0 arcsin

dónde φ 0 = π

r 2 + un 2 2 φ0

al tener expresiones de forma cerrada para las estadísticas del canal,

ven b) y yo 0 φ 0

real academia de bellas artes

F s ( un) re un, ( 14)

por ejemplo, PDF, CDF y función de generación de momentos; lo que conduce a un análisis más manejable.

Modelo de Saunders [70]: Se utiliza un enfoque geométrico para determinar la probabilidad de bloqueo de la ruta directa. los

κ 0), σ 0 es el poder medio del rango

proceso dom, y 0 < κ 0 < 1 es un parámetro para la densidad espectral de potencia Doppler, que

Se tiene en cuenta la geometría de las calles y los edificios, que introducen un

también puede controlar la tasa de desvanecimiento.

efecto de sombra al camino directo. La probabilidad de que la ruta directa se

Más precisión

bloquee

En concreto, la densidad del espectro de potencia Doppler para el

del edificio de bloqueo es mayor (más que) d, es decir, cuando un cierto la altura umbral h t,

el ruido puede b • e represente √ nted σ 0como

•

S (f) = • πf Dmax 1 - ( f / f re max 0

)2

para |F|

Se puede escribir como

≤ κ0 ,

(15)

PAGS b = Exp - h 2

para | f | > κ 0

donde el parámetro κ 0 determina la frecuencia de truncamiento

t

(19)

2,

2 σ segundo

dónde σ 2 •segundo relaciones étricas, h t Se puede escribir como

para la función. El PDF derivado en este modelo es un trigonom de generalización • es la variación de las alturas de los edificios. Por simple de densidad de arroz y por lo tanto es más fl exible. Además, este modelo es similar al modelo de Loo; sin embargo, ambos modelos tienen diferentes propiedades estadísticas de alto orden, es decir, tasas de cruce a nivel y duración promedio de los desvanecimientos.

Modelo de Kourogiorgas [75]: Este modelo investiga las estadísticas de primer

• hm+

h t= • h m + •

re metro broncearse φ pecado α

para

0<α

( w - re metro) broncearse φ para - π <α pecado α

≤π ,

(20)

≤0

dónde h metro es la altura del receptor desde el suelo, re metro

orden para el canal LMS en dos escenarios de sombreado de árboles diferentes, es

es la distancia entre la fachada del edificio y el receptor, w

decir, sombreado de árboles intermedio y pesado, respectivamente. Se utilizó un

es el ancho de la calle, α es el ángulo de acimut entre el receptor y el satélite,

pequeño vehículo aéreo no tripulado (UAV) como pseudo-satélite para investigar

y φ es el ángulo de elevación.

experimentalmente el efecto de la sombra de los árboles. Se demostró

2) Modelos dinámicos: Los modelos dinámicos se basan en cadenas de

experimentalmente en [75] que el modelo de Loo ofrece la mejor precisión entre otros

Markov, con diferentes estados para el canal LMS, donde cada estado

modelos para las estadísticas de primer orden de la señal recibida.

corresponde a diferentes entornos de propagación.

10

TABLA III: Lista de modelos estadísticos para canal LMS Árbitro.

Año

Desvanecimiento por trayectos múltiples Moda de sombras

Estado

Comentarios

Aplicable solo para ambiente rural; no considera el efecto Doppler que suele estar

En g

[66]

1985

Rayleigh

Logaritmo normal

Soltero

[67]

1994

Arroz y logaritmo normal

Logaritmo normal

Soltero

[70]

1996

-

Rayleigh

Soltero

presente en los satélites LEO Aplicable a entornos urbanos y rurales debido al grado adicional de libertad en el modelado de la señal LOS Calcula la probabilidad de desvanecimiento profundo en el entorno urbano incorporando la altura de los edificios circundantes, el ancho de la calle y la geometría de los satélites [69]

1997

Arroz y logaritmo normal

con

Logaritmo normal

Soltero

Considera el sombreado logarítmico normal independiente del desvanecimiento por trayectos

independiente

múltiples, lo que permite una mayor fl exibilidad en el ajuste de las medidas del canal real en

sombreado

comparación con el modelo de Corrazz-Vatalaro

[71]

1998

Arroz

Logaritmo normal

Soltero

[72]

2001

Rayleigh

Logaritmo normal

Tres

Representa el efecto Doppler, lo que lo convierte en un mejor candidato para los satélites LEO, incluidos los CubeSats

Elucida un modelo geométrico basado en cadenas de Markov, que muestra una buena concordancia con las medidas reales en varias bandas de frecuencia (observado en todos los casos).

[73]

2003

Arroz

Nakagami

Proporciona un modelo matemáticamente manejable mientras se ajusta a las

Soltero

medidas reales para sistemas de banda estrecha y banda ancha.

[74]

2006

Adaptado

Adaptado

Multiestado

[75]

2014

Rayleigh

Gaus inverso

Soltero

Describe un modelo ciego, donde el número del estado de Markov y la distribución de la señal no son requeridos a priori Investiga experimentalmente el efecto del sombreado de árboles e introduce la distribución gaussiana inversa para modelar mejor el sombreado

sian [76]

2019

Rayleigh (adaptable)

Nakagami

Multiestado

Desarrolla un modelo finito basado en cadenas de Markov, que se adapta a la geometría

(Adaptado)

Modelo de Fontan [72]: Este modelo considera una cadena de Markov de tres

de los CubeSats

aproxima las capacidades del canal y las estadísticas de correlación. Además, un

estados para los tres elementos principales del canal de propagación, es decir, la LOS

tiempo medio cuasi-estacionario de 41-66 Se encontraron segundos para diferentes

directa, la LOS difusa y las señales de trayectos múltiples. Los estados de la cadena de

entornos.

Markov se definen en función del grado de sombreado. Este modelo también se prueba

Modelo de Salamanca [76]: En [76] se introdujo un canal Markov de estado

para condiciones tanto de banda estrecha como de banda ancha en las que se supone que

finito con dos sectores para el modelado de canales LMS. Este modelo adaptativo

los retardos por trayectos múltiples están distribuidos exponencialmente. Fontan et al. probé

depende del ángulo de elevación del satélite. Más precisamente, para ángulos de

este modelo para frecuencias de banda L, banda S y banda Ka en varios entornos con

elevación bajos, donde la señal LOS está bloqueada, la amplitud de

diferentes ángulos de elevación. También desarrollaron un simulador que puede generar

desvanecimiento se modela mediante una distribución de Rayleigh. Por otro lado,

una serie temporal de parámetros de canal, incluidos espectros Doppler, variaciones de

un PDF de Nakagami puede describir la distribución de la envolvente de la señal

fase, perfiles de retardo de potencia y envolventes de señal.

LOS en ángulos de elevación más altos. El rendimiento del sistema de comunicación sobre el canal propuesto se simuló en términos de tasa de error de bits (BER) y rendimiento, siguiendo las recomendaciones de CCSDS.

Modelo de Scalise [74]: Este modelo se basa en la cadena Monte Carlo Markov de salto reversible (RJ-MCMC) para caracterizar el canal LMS. Los modelos estadísticos de primera clase funcionan bien en condiciones estacionarias; sin embargo, no son satisfactorios cuando se producen cambios sustanciales en el canal de propagación. Además, es posible que los modelos basados en cadenas de Markov de varios estados no caractericen bien el canal LMS real. Por ejemplo,

B. Comunicaciones de CubeSat a CubeSat CubeSats puede proporcionar una cobertura ampliada en el espacio y en la Tierra

en [72], diferentes estados de la cadena de Markov representan los diferentes

al funcionar como retransmisores entre satélites. Sin embargo, la coordinación entre

elementos del canal, cada uno con una PDF fija. Estos supuestos hacen que el

CubeSats requiere comunicaciones C2C, lo cual es una tarea desafiante. El enlace

modelo sea sensible a los cambios en el entorno de propagación. Por lo tanto, el

C2C existente utiliza comunicaciones de RF, láseres altamente dirigidos y VLC. Los

modelo RJ-MCMC no hace ninguna suposición a priori sobre el entorno de

dos últimos requieren apuntar con precisión entre los CubeSats, mientras que el

propagación, el número de estados de Markov o la distribución de la envolvente.

primero no es adecuado para aplicaciones de alta velocidad de datos y sistemas con

Este modelo fue probado en la banda Ku, donde el modelo encaja bien con los

electrónica sensible a bordo. La mayoría de las misiones que emplean comunicaciones

resultados medidos.

C2C se basan en RF o láseres. El uso de RF en bandas de alta frecuencia (por ejemplo, bandas SHF y EHF) puede

Modelo de Nikolaidis [81]: Este modelo utiliza un MIMO (MIMO) dual

proporcionar una solución para enlaces entre satélites de alta velocidad de datos. La

polarizado de múltiples entradas y salidas para la medición del canal LMS,

principal ventaja de los enlaces de RF es que no necesitan mecanismos precisos de

logrando las capacidades entre 4.1-6.1

orientación de antena, a diferencia de los enlaces ópticos inalámbricos. Sin embargo, la

bits / segundo / Hz para las condiciones LOS y NLOS. La capacidad del canal varía

tecnología de RF requiere una alta potencia de transmisión para compensar el aumento de

significativamente con el patrón de señal recibida y el ángulo de elevación. Este

la pérdida de trayectoria a frecuencias tan altas. Además, la tecnología RF es

modelo de canal estocástico también

11

sujeto a degradación del rendimiento debido a la interferencia entre enlaces C2C

de radiación solar en enlaces C2C basados en VLC y descubrió que la radiación

vecinos que operan en la misma banda de frecuencia. El enlace basado en RF C2C se

solar reducía significativamente la SNR de la señal recibida. Usando una potencia de

considera una comunicación LOS. A diferencia de los canales C2G que experimentan

transmisión de 4 Watts y modulación de intervalo de pulso digital, una tasa de datos

desvanecimiento, la potencia de la señal recibida puede considerarse fija, ya que

de 2 Mbps se logró con BER = 10 - 6 para un rango de transmisión de 500 metros. El

depende principalmente de la pérdida de la trayectoria del espacio libre. La misión más

esquema propuesto fue diseñado para cumplir con los requisitos de tamaño, masa,

ambiciosa que utiliza enlaces C2C basados en RF fue QB-50, que consistió en un

potencia y costo limitados de los CubeSats.

enjambre de cincuenta CubeSats con el propósito de estudiar la termosfera superior de la Tierra. Hasta ese momento, un enjambre de 36 Se lanzó CubeSats, utilizando comunicaciones C2C basadas en RF [82]. La viabilidad de los enlaces C2C se evalúa numéricamente en [83] donde se muestra que el uso de frecuencias más altas reduce el tiempo de comunicación para los enlaces C2C. En [84] se ha propuesto un esquema entre satélites que emplea CDMA con codificación de canal. Las antenas han sido diseñadas para mantener un enlace fijo independientemente de sus orientaciones en las caras del CubeSat, ofreciendo una 5 ganancia dBi. Recientemente, en [85], los autores investigaron los requisitos de QoS para el enlace C2C con MIMO masivo. Los resultados en [85] mostraron que el uso de MIMO masivo para enlaces C2C mejora el tiempo de comunicación; sin embargo, el uso de MIMO masivo aumenta el tamaño de los CubeSats y el consumo de energía. En [86] se desarrolló un enjambre de cuatro CubeSats, que demuestra enlaces C2C de alta velocidad de datos multipunto a multipunto. Se utilizaron frecuencias de banda S en [86] para lograr velocidades de datos de enlace descendente de 1 Mbps y de enlace cruzado de 100 kbps.

C. Lecciones aprendidas

En esta sección, presentamos los dos tipos de enlaces de comunicación CubeSat, es decir, C2G y C2C, y sus modelos de canal correspondientes. Se pueden utilizar dos tecnologías líderes de comunicación competente para establecer los enlaces: óptica y RF. Para C2G, la comunicación láser ofrece una alta velocidad de datos; sin embargo, sufre errores de puntería y turbulencia atmosférica. Por lo tanto, los sistemas de RF son actualmente preferibles a la comunicación óptica para enlaces C2G. Para los enlaces RF C2G, presentamos varios modelos de canal que se pueden utilizar en el contexto de CubeSats. Estos modelos se dividen en dos categorías principales: marcos estáticos y dinámicos. En los modelos estáticos, la envolvente de la señal se puede modelar mediante una distribución única que no cambia con el tiempo. Por tanto, tiene sentido describir canales estáticos o estacionarios. Por otro lado, los modelos dinámicos están representados por una combinación de varias distribuciones estadísticas. Los modelos dinámicos de varios estados son más apropiados para los CubeSats que los modelos estáticos de un solo estado debido al

Por otro lado, los láseres son una tecnología prometedora para establecer enlaces

movimiento continuo del satélite y la cobertura de grandes áreas que experimentan

distintos efectos de sombras y trayectos múltiples. Por lo tanto, los modelos finitos C2C, ya que permiten comunicaciones de alta velocidad de datos. En [87], Smutny et al. probó basados en cadenas de Markov que se adaptan a la geometría de CubeSats pueden el enlace óptico entre dos satélites LEO. Estos enlaces permiten una comunicación ultra considerarse candidatos competentes para el modelo de canal. También, considerar confiable con una tasa de error de bits inferior a 10 - 9, mientras opera a una velocidad de que los componentes LOS sufren un desvanecimiento Nakagami nos permite datos de hasta 5.6 Gbps. A diferencia de los enlaces láser C2G, el haz óptico para la representar las estadísticas de la señal en forma cerrada, lo que a su vez facilita el comunicación C2C en canales de espacio libre no está sujeto a turbulencias análisis teórico. Además, tener en cuenta el efecto Doppler conduce a modelos de atmosféricas. Sin embargo, los principales problemas que afectan negativamente el canal más realistas. rendimiento de los enlaces C2C basados en láser son

•

Pérdida de puntería por la adquisición y el seguimiento imperfectos, ya que los dos satélites se mueven con diferentes velocidades relativas.

Con respecto a los enlaces C2C, la comunicación óptica ofrece una solución prometedora, en la que el haz irradiado no está sujeto a turbulencias atmosféricas. Sin embargo, se requieren mecanismos eficientes de seguimiento, adquisición y

•

Cambio de frecuencia Doppler del movimiento relativo entre los CubeSats.

•

Ruido de fondo del Sol y otras estrellas y ruido del receptor.

estabilización para asegurar la confiabilidad del enlace. Se deben desarrollar sistemas de puntero de luz de bajo costo para hacer frente a las limitaciones de

los

tamaño, masa y potencia de los CubeSats.

La dirección del rayo láser se puede corregir con el IV. L TINTA segundo UDGET

ayuda de espejos de dirección de haz. Se pueden utilizar varias técnicas de seguimiento, como seguimiento de CC, seguimiento de pulso, seguimiento de ley cuadrática, seguimiento

En términos generales, se establece una comunicación confiable de diseño de

coherente, seguimiento de tono, seguimiento de avance y seguimiento de cardán para enlaces

el enlace entre un transmisor y un receptor es el objetivo final

láser entre satélites.

radioenlaces. En particular, un CubeSat establece dos

Además de los enlaces C2C basados en láser y RF, los avances recientes en la

tipos de enlaces de radio dúplex, uplink y downlink, con estaciones terrestres y con

óptica de espacio libre y las tecnologías de diodos emisores de luz (LED) han

otros CubeSats. A pesar del papel clave del subsistema de comunicación, la potencia

desencadenado el uso de VLC para enlaces C2C. La tecnología LED es ventajosa

que puede dedicar un CubeSat está limitada por sus restricciones de peso y tamaño

sobre sus contrapartes debido a su bajo consumo de energía y su peso ligero. En

[91]. Esta sección analiza la expresión de presupuesto de enlace para el enlace

[88], madera

descendente,

et al. examinó la viabilidad de utilizar LED para un enlace C2C hipotético,

es decir, comunicaciones CubeSat a tierra. El diseño del enlace debe garantizar la

centrándose en minimizar la iluminación de fondo para estos enlaces. Además

capacidad de transmitir y recibir datos directamente desde el espacio a la Tierra o

del ruido de la iluminación de fondo, en [89] y [90], Amanor et al. investigó el

mediante uno o más relés de comunicación [48], [92].

efecto

12

2500 450 kilometros 350 kilometros 200 kilometros

2000

•

1500

re

1000

h

•

500

0

R mi

Tierra

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Fig. 10: Impacto del ángulo de elevación en la distancia entre el satélite y la estación terrestre.

Fig.9: Descripción esquemática de una trayectoria LEO CubeSat

re depende de los parámetros de la órbita LEO, como el ángulo de elevación mínimo φ, ángulo entre la posición de Un balance de enlace es un conjunto de parámetros que de fi nen un com CubeSat en órbita y la estación terrestre θ, y CubeSat's enlace de comunicación en términos de la potencia disponible para un

altitud h desde √ el centro de la Tierra. Basado en estos parámetros, conexión entre el transmisor y el receptor. El satélite re se calcula como la energía por bit del enlace a tierra

(enlace descendente) al espectro de ruido La densidad, que mide la fiabilidad del enlace, se calcula en función del presupuesto

d = (R E + h) 2 - R 2

mi porque 2 φ

del enlace. La densidad espectral de energía por bit a ruido en la estación terrestre se

(24)

- R mi pecado φ,

dónde R mi es el radio de la Tierra [77]. La Fig. 9 muestra la relación entre estos

puede expresar como mi segundo PAGS t GRAMO r, = t GRAMO LkT R segundo

norte o

(21)

dónde PAGS t es la potencia transmitida, GRAMO t y GRAMO r son las ganancias de la antena del transmisor y del receptor, T es la temperatura del sistema

ruido, R segundo es la tasa de datos objetivo, k es la constante de Boltzmann, y L es la pérdida total. La pérdida total representa la Las pérdidas ocurrieron mientras la señal se propaga desde el satélite a la estación terrestre, lo que se puede atribuir a cuatro componentes principales como sigue:

parámetros y la distancia. Por ilustracion Para propósitos, consideramos órbitas LEO con tres altitudes diferentes y calculamos la distancia entre el satélite y la estación terrestre como se muestra en la Fig. 10. De la Fig. 10 se ve claramente que la distancia entre la estación terrestre y el satélite es mínima cuando la elevación el ángulo es 90 grados. Para caracterizar mejor el efecto del ángulo de elevación en la pérdida de trayectoria, consideramos las frecuencias de banda L y VHF y calculamos la pérdida de trayectoria con respecto al ángulo de elevación como se muestra en la Fig. 11. Está claro que la pérdida de trayectoria es bajo en el 90- grados de ángulo de elevación debido a la distancia más corta. Además, a frecuencias más altas, la

•

Pérdida de trayectoria en el espacio libre, L pags, debido a la pérdida de potencia básica que

pérdida de trayectoria aumenta con la altitud del satélite. Por otro lado, la

aumenta inversamente con el cuadrado de la distancia

atmósfera

propagado. •

Pérdida atmosférica, L un, debido a la absorción y dispersión del campo por partículas atmosféricas, por ejemplo, señal

105

Banda L, 450 km

atenuación provocada por la lluvia. •

Pérdida de polarización, L pol debido a una alineación incorrecta del

Banda L, 200 km

Banda VHF, 450 km

subsistema de la antena receptora con la onda recibida

95

polarización, lo que conduce a un desajuste de polarización. •

Banda L, 350 km

100

Banda VHF, 350 km

Banda L, 1,2 GHz

Banda VHF, 200 km

90

Pérdida por desalineación de la antena, L aml, debido a la dificultad de dirigir a la 85

antena de la estación terrestre en exactamente el

dirección correcta del CubeSat. Más precisamente, la pérdida general L se puede representar como

80

75

(22)

L = L pags L La pérdida de la trayectoria del espacio libre L pags es dado por

Lp=

( un L pol) L aml. 4 πd 2 , λ

Banda VHF, 144 MHz

70

sesenta y cinco

60

(23)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

dónde re es la distancia entre la estación terrestre y la Fig.11: Impacto del ángulo de elevación en la pérdida de trayectoria en el satélite y λ es la longitud de onda de la señal. Tenga en cuenta que diferentes bandas de frecuencia.

13

TABLA IV: Parámetros del cálculo del presupuesto de enlace Parámetro

Valores

Potencia transmitida PAGS t

15 dBm

Ganancia de antena CubeSat GRAMO t

0 dBi

Ganancia de la antena de la estación terrestre GRAMO r

12 dBi

Temperatura de ruido total T

1160 K

Velocidad de datos R segundo

2.4 kbps

Amplitud de rayo φ segundo

2.9 ◦

Error de ángulo de apuntamiento φ mi

0,5 ◦

Pérdida señalando L aml

0,35 dB

Pérdida de desajuste de polarización L pol

1 dB

Pérdida atmosférica L un

2.5

40 35 30

Banda VHF, 144 MHz

25 20 15 10

dB

Banda L, 1,2 GHz

5 0

la atenuación debida a la absorción de vapor de agua y la atenuación de la lluvia para

-5

varias bandas de frecuencia puede predecirse como en [94], [95]. La pérdida de

- 10

200

polarización ocurre cuando un receptor no se adapta a la polarización de un campo electromagnético incidente. Para la polarización lineal, la pérdida se expresa en función del ángulo

800

1000

1200

1400

1600

1800

Fig. 12: Densidad espectral de energía por bit a ruido para el enlace descendente en la

representar en función del ángulo de error de puntería, φ mi

TABLA V: Bandas de frecuencia de las misiones CubeSat

exa

una antena parabólica, la antena-misal) mple, en el lacaso pérdida depor ignición puede ser

Banda de frecuencia

Rango de frecuencia

HF

20-30 MHz

VHF

145-148 MHz

UHF

400-402, 425, 435-438, 450-468, 900-915 y 980 MHz

Banda L

1-2 GHz

Banda S

2,2-3,4 GHz

haz de la antena [98]. En las comunicaciones basadas en RF, la pérdida por

Banda C

5,8 GHz

desalineación de la antena suele ser inferior a 1 dB; por lo tanto, se puede incluir en el

Banda X

8,2-10,5 GHz

Banda Ku

13-14 GHz

Banda K

18 GHz

estación terrestre o para los enlaces entre CubeSat, un pequeño error de puntería puede

Banda Ka

26,6 GHz

provocar una degradación grave en el rendimiento, debido al estrecho ancho del haz.

Banda W

75 GHz

Óptico

400-700 THz

calculado como

L aml = exp 2.76 e.

φ2 φ segundo 2

2000

ángulos de elevación.

antenas receptoras 1. La pérdida por desalineación de la antena, L aml se puede

segundo. Para

600

estación terrestre frente a la altitud de CubeSat para varias bandas de frecuencia y

Θ entre los vectores de polarización en la transmisión y

y el ancho del haz de la antena φ (

400

(25)

Está claro que la pérdida por desalineación es inversamente proporcional al ancho del

margen del enlace. Sin embargo, para la comunicación láser entre el CubeSat y la

Por lo tanto, las técnicas de apuntado precisas son esenciales para la comunicación óptica. El ángulo de error de apuntamiento se puede reducir empleando cardanes, lo que permite apuntar con precisión entre el CubeSat y las antenas de la estación terrestre. La NASA desarrolló el cardán de inclinación giratoria para el control direccional de CubeSats [99].

Akyildiz et al. propuso una radio multibanda que cubre una amplia gama de espectros que incluyen microondas, ondas mm, bandas THz y ondas ópticas para CubeSats. El presupuesto de enlace se calculó para mostrar la efectividad de las radios multibanda con cobertura global continua para redes de IoT. La Tabla V

En la Fig. 12, se muestra la densidad espectral de energía por bit a ruido en la

resume las diferentes bandas de frecuencia utilizadas para CubeSats [23].

estación terrestre frente a la altitud de CubeSat para varias bandas de frecuencia y ángulos de elevación. Los parámetros del balance de enlaces se especifican en la Tabla IV. En la Fig. 12, podemos ver que la calidad de la señal también depende en gran

V. M ODULACIÓN Y C ODING

medida del ángulo de elevación.

Una característica fundamental de los sistemas de comunicación CubeSat, el peso y el

La expresión SNR generalizada en (21) es válida para la mayoría de

es el diseño de los esquemas de modulación y codificación. Dado que las restricciones

Misiones CubeSat. Sin embargo, la pérdida de trayecto varía según la banda de

costo de los CubeSats son limitados, hay una comunicación importante con energía

misiones debido a la ubicación geográfica de las estaciones terrestres, la altitud de

sobre la potencia transmitida. Por lo tanto, lograr un reli es un tema desafiante.

frecuencias de funcionamiento, la atenuación variable y los enlaces CubeSat, es

limitada a través de los canales LMS que el diseño de los esquemas de modulación y

las órbitas [100]. La asignación de frecuencias por satélite, está regulada para

Dependiendo de la misión de CubeSat, se debe tener en cuenta la compensación

decir, espacio-Tierra, Tierra-espacio y entidades intertionales. Normalmente, las

codificación debería tomar.

diferentes aplicaciones por interna, ya que los Cube Los satélites son de muy alta

adecuada entre varios parámetros.

bandas de frecuencia que se utilizan son bandas de aficionados (UHF) [5]. Sin

Estos parámetros se pueden resumir de la siguiente manera:

frecuencia (VHF) o misiones ultraaltas también utilizan banda Ka [101], banda X

embargo, parte de la banda [104], banda L [5] y ondas ópticas. Además, en [41], [102], [103], S-

1

[97].

Para otros tipos de polarización, el lector interesado puede consultar [96],

•

La banda de frecuencia operativa, por ejemplo, las bandas UHF, S, X y Ka, y el ancho de banda asignado.

•

La tasa de datos objetivo.

•

La duración de los pases terrestres (es decir, el período durante el cual el CubeSat puede comunicarse con la estación terrestre).

14

Por ejemplo, el ancho de banda disponible en una banda de frecuencia más alta como X-Band puede alcanzar 375 MHz, mientras que la tasa de bits objetivo es del orden de 150 Mbps para misiones típicas de CubeSat de exploración terrestre. Por lo tanto, los métodos

[109] propuso emplear un decodificador Viterbi, lo que lleva a una mayor complejidad computacional en el receptor.

OQPSK y rotado π / 4- Las QPSK se propusieron como posibles técnicas de

de modulación binaria, junto con los códigos de canal de baja velocidad con altas

modulación para CubeSats en [109] debido a su robustez a las no linealidades del

capacidades de corrección de errores, son preferibles a los esquemas de modulación de

amplificador, lo que conduce a un mejor rendimiento de BER que la QPSK clásica.

orden superior con códigos de corrección de errores de alta velocidad (FEC). Esto se

Para mejorar las características espectrales del OQPSK (es decir, reducir las

atribuye a la reducción de la potencia requerida en el primer caso con la existencia de más

emisiones fuera de banda), el estándar CCSDS recomienda usar un esquema

datos redundantes para una corrección de errores eficiente, lo que lleva a una mayor

OQPSK filtrado implementado usando un modulador de fase lineal,

eficiencia energética. es decir, OQPSK / PM. Las señales moduladas por OQPSK / PM tienen una envolvente constante, lo que permite una ampli fi cación de potencia no lineal altamente e fi ciente [110]. Por el contrario, el ancho de banda disponible en la banda S para las misiones de la NASA es 5 Megahercio. Por lo tanto, modulaciones de orden superior, por ejemplo, 8- codificación por desplazamiento de fase (PSK) con 7/8 Los códigos LDPC son esenciales para mejorar la eficiencia del espectro [31], [105].

Otras características importantes son el volumen de datos que se necesita comunicar y la duración de los pases terrestres. De hecho, para algunas misiones, el período de aprobación es corto mientras que la cantidad de datos generados es grande. Por lo tanto, se requieren sistemas de comunicación eficientes en ancho de banda con altas velocidades de datos para la entrega confiable de la información; reduciendo así el número de pasadas necesarias. Por ejemplo, el CubeSat para el monitoreo de precipitaciones en [106] genera una carga útil diaria de 1,73 Gb, mientras que la velocidad de datos disponible es 50 kbps. Además, la nave espacial tiene un ciclo de trabajo de transmisión de solo 25%, para cumplir con la limitación de potencia. A una altitud de 450 km, el CubeSat tiene un período de pase de 10,8 min, requiriendo 53 pasa para entregar sus datos de carga útil. Esta misión emplea una red distribuida de 25 estaciones terrestres. Para reducir el número de estaciones necesarias, la velocidad de transmisión de datos debería aumentarse empleando una modulación de mayor eficiencia del espectro.

Por lo general, la elección de una técnica de modulación CubeSat adecuada requiere un compromiso entre varias métricas, es decir, el ancho de banda y la eficiencia energética, el rendimiento de BER y la complejidad del transceptor de la nave espacial. A continuación, se presenta una descripción general de los esquemas de codificación y modulación de CubeSat más comunes. Varios esquemas de modulación como modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK), offset QPSK (OQPSK), METRO- PSK, METRO-

El efecto del cambio de frecuencia Doppler en OQPSK / PM se investigó para una constelación de CubeSats alrededor de la Luna en [111]. Más precisamente, se estimaron los perfiles de frecuencia Doppler máxima y de frecuencia Doppler y, en consecuencia, se diseñó un bucle de seguimiento de frecuencia para rastrear la frecuencia y frecuencia Doppler.

Para una mayor eficiencia de espectro, se puede usar un esquema de modulación híbrido, donde dos parámetros de la portadora, es decir, la frecuencia y la fase, se modulan simultáneamente. Por ejemplo, en [112], Vertat et al. propuso un híbrido METROtécnica de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) / QPSK diferencial, que conduce a una mayor e fi ciencia del espectro en comparación con METRO- FSK. Otro medio de lograr sistemas de comunicación CubeSat altamente eficientes es mediante el diseño conjunto de esquemas de modulación de orden superior con códigos de corrección de errores, generalmente denominados marcos de modulación codificada, por ejemplo, modulación codificada en trellis (TCM) [113]. Una de estas técnicas es la bidimensional METRO- PSK-TCM, que depende de METRO-

Modulaciones PSK con el uso de codificación convolucional (CC) para introducir secuencias legítimas entre puntos de señal unidos por el enrejado del código. 2 Una generalización de este esquema implica varias secuencias de modulación paralelas (más de dos), denominadas L- dimensional METRO- PSK-TCM. En esta técnica, el diseño conjunto de CC, METRO - PSK, y los espacios de señales multidimensionales proporcionan una ganancia de potencia significativa, en comparación con su implementación secuencial, como se muestra en [114, Fig. B-4]. Se realiza una comparación entre la codificación TCM, CC y turbo con la señalización OFDM para

canales de satélite LEO dentro de la banda L y las bandas Ka en [115]. El OFDM PSK asimétrico (PSK), METRO- modulación de amplitud en cuadratura (QAM) con METRO turbo-codificado logra la BER más baja en comparación con los sistemas CC-OFDM y ∈ { 4, 8, 16, 32}, se utilizan en CubeSats. El rendimiento de estos esquemas se TCM-OFDM. investigó en [31] para varias tasas de codificación FEC y degradaciones de canal

como la no linealidad. Se demostró que las modulaciones de orden superior son vulnerables a la distorsión no lineal resultante del amplificador de potencia del CubeSat, con la excepción de dieciséis- PSK, ya que este último requiere sólo un amplificador de potencia cuasi-lineal. Los autores en [107], [108] sugieren el uso de modulación por desplazamiento mínimo de Gauss (GMSK), donde la carga útil del CubeSat está diseñada para hacer frente a las restricciones de presupuesto de enlace para el sistema. Se demostró mediante simulaciones que el receptor CubeSat puede demodular señales con una potencia recibida tan baja como

- 102.07 dBm [107]. Esto se atribuye al hecho de que las señales GMSK tienen mejores características espectrales que OQPSK. Además, tienen envolventes constantes, lo que permite que los amplificadores operen en la región de saturación, lo que aumenta

El rendimiento del enlace CubeSat puede variar significativamente durante la ventana de comunicación debido a las condiciones ambientales, por ejemplo, lluvia o debido a un cambio en el ángulo de elevación de la estación terrestre del observador. Por ejemplo, cuando el CubeSat se eleva desde un 10 o elevación hasta 90 o, una variación en el mi segundo/ norte o

hasta 12,5 dB se puede ver, como se muestra en la Fig. 12. Por lo tanto,

Se requieren esquemas de codificación y modulación adaptativa, ya que pueden ofrecer una comunicación eficiente en una amplia gama de relaciones señal / ruido a través de la interacción adecuada de potencia y eficiencia del espectro. Para la modulación adaptativa, la intensidad de la señal recibida debe calcularse correctamente en el satélite. En

su eficiencia energética; sin embargo, GMSK tiene un rendimiento de error deficiente en comparación con OQPSK [109]. Para mejorar la BER, los autores de

2

Tenga en cuenta que bidimensional se refiere a los componentes en fase y en cuadratura ( I / Q).

15

TABLA VI: Las recomendaciones de la CCSDS para las técnicas de modulación y modulación para dos tipos de misiones, esquemas de codificación espacial en satélites LEO. Frecuencia

búsqueda y exploración de la tierra, operando a varias frecuencias Tipo de misión

bandas.

Técnicas de modulación

Banda

Banda S

Investigación del espacio

Exploración de la Tierra

Banda X

Investigación del espacio

Exploración de la Tierra

Banda Ka

Investigación del espacio

Exploración de la Tierra

GMSK, OQPSK filtrado

A. Lecciones aprendidas

GMSK, OQPSK filtrado GMSK, OQPSK filtrado 4 re 8- PSK TCM, GMSK, OQPSK filtrado, 8-

En esta sección, revisamos varias técnicas de modulación y codificación

PSK, METRO - PSK

empleadas en los sistemas CubeSat. Es una tarea desafiante seleccionar el

con METRO ∈ { 16, 32, 64}

esquema de modulación y codificación adecuado para ser empleado en CubeSats,

GMSK con precodificación

ya que este último se basa en varios parámetros clave, a saber, la potencia de

GMSK, OQPSK filtrado, 8PSK, METRO - PSK con METRO

∈

{ 16, 32, 64}

transmisión disponible, el ancho de banda asignado, la velocidad de datos objetivo, el volumen de datos de carga útil generada, y la duración de los pases terrestres. Más precisamente, el ancho de banda asignado a misiones que operan en bandas de frecuencia más altas (por ejemplo, bandas X y Ku) es bastante grande, lo que

[100], una relación portadora / ruido ( C / N 0) El estimador se propuso basándose en una

permite una alta velocidad de datos, incluso con una potencia de transmisión

transformada rápida de Fourier.

modesta y modulación binaria. Por el contrario, a los CubeSats que operan a

Para aumentar aún más el rendimiento del enlace, los esquemas tradicionales de

frecuencias más bajas (por ejemplo, Banda S) se les asignan anchos de banda

múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) con múltiples antenas tanto en el

limitados, lo que restringe la velocidad de datos. En consecuencia, si el volumen de

transmisor como en el receptor generalmente se implementan en sistemas terrestres. Sin

datos generado es muy alto,

embargo, la mayoría de los CubeSats no pueden admitir múltiples antenas debido a limitaciones de tamaño y costo. Además, la separación entre las antenas de los CubeSats sería demasiado pequeña para permitir ganancias de alto rendimiento, en otras palabras, el canal tiene un rango deficiente. Por lo tanto, se pueden emplear técnicas de comunicación cooperativa para CubeSats,

mediante el cual diferentes naves espaciales distribuidas espacialmente, cada una con

una sola antena, trabajan juntos como una entidad virtual. En esta propuesta en [116] respecto, se ganó un esquema basado en el espacio-tiempo, es decir, el código de

para CubeSats para lograr una alta diversidad y 2 × 1 los esquemas de entrada única y Alamouti. El rendimiento BER de distribuidos 2 × 2 MIMO simulado para varios códigos

salida múltiple (MISO) eran códigos Solomon, LDPC y turbo). Se descubrió que el de canal (convolucional, Reeding distribuido MIMO con codificación de canal conduce a

rendimiento combinado en comparación con una sola entrada y una salida (SISO) mejores esquemas basados en errores. Por otro lado, estas técnicas enfrentan

presenta varios desafíos, incluida la sincronización de fase entre los enlaces utilizados diferentes satélites y latencia inducida en el inter-satélite

para la cooperación entre CubeSats.

VI. METRO EDIUM UN CCESS C ONTROL ( MAC) L AYER Los protocolos de capa MAC son vitales para distribuir protocolos de recursos

eficientemente en toda la red. El diseño de la capa MAC es especialmente para redes heterogéneas de información espacial en diversos tipos de enlaces

desafiante debido a las diferentes demandas de los usuarios, el entorno CubeSats y C2C, y los inciertos se introducen para reemplazar el uso de satélites

espacial. El modelo cooperativo de detección de la Tierra ilustra una red de red individuales. Fig. 13 ilcon las redes de satélites convencionales, los satélites

de información espacial compleja y heterogénea entre estas redes. En un pequeños y los protocolos interMAC juegan un papel importante en el rendimiento

modelo de este tipo, el protocolo debe tener en cuenta varios parámetros, el del sistema. como la energía a bordo, la topología de la red, el número incorrecto de

objetivo de la sión, los recursos informáticos disponibles y la arquitectura de satélites. Recientemente, en [118], Du et al. discutió las redes y proporcionó

información espacial heterogénea compleja desde el satélite hasta el suelo a su protocolos para enviar los datos detectados Radhakishnan et al. propuso un

debido tiempo. En [119], con prevención de colisiones, solicitud de envío y Dada la complejidad del sistema de comunicación, hay transceptores en CubeSats

protocolo de acceso múltiple con detección de portadora (CSMA / CD / RTS / CTS)

Hay más restricciones sobre el poder computacional del Estas limitaciones

autorización para enviar, tres configuraciones de red diferentes, a saber, clúster,

en comparación con los de las estaciones terrestres. cálculos en el satélite debido a su

para CubeSats, considerando y constelación. Realizaron varias simulaciones por el

derivan del poder finito disponible para este aspecto, un esquema de

líder-seguidor,

tamaño y costo limitados. En red que consta de 20 naves espaciales, y una estación

poder de 500 mW a 2 W. Sus resultados sugirieron que para una red de clústeres en

comunicación entre CubeSat lunar propuesto en [117]. El sistema tiene como terrena se comunicaba con un compromiso entre la complejidad de la estación terrestre

comparación con la constelación y lideran el uso de la misma banda de frecuencia

objetivo lograr el acceso múltiple al CubeSat y al de la estación terrena. Más

1 U CubeSats que operan en la banda S con un retardo de acceso promedio de transmisión y un

utiliza CDMA no codificado en el enlace ascendente, lo que permite Por otro lado, para

por un mayor número de personas significativas, solo se puede usar en misiones

precisamente, la posibilidad de tener un decodificador simple en el CubeSat. un

retardo de extremo a extremo fueron una configuración de seguidor significativa. Esto fue

el enlace descendente, la nave espacial emplea transmisor de espectro, lo que conduce

que pueden tolerar

codificador LDPC disperso de baja complejidad junto con un gasto extendido de

causado principalmente por el conflicto de CubeSats en las cercanías. Dado que este protocolo

a una mayor eficiencia energética en los

aumentar la complejidad en la estación terrena.

Finalmente, arrojamos luz sobre las recomendaciones de la CCSDS para los sistemas de

de retraso es bastante retraso.

En [120], Radhakishnan et al. introdujo un híbrido

esquemas de modulación y codificación para ser empleados en satélites

Protocolo TDMA / CDMA para un enjambre de CubeSats donde cada

comunicación [114]. La Tabla VI muestra las sugerencias

swarm tiene un CubeSat maestro y sus respectivos CubeSats esclavos.

dieciséis

Fig. 13: Red de información espacial heterogénea.

TABLA VII: Protocolos de capa MAC para CubeSats

Los satélites esclavos solo se comunican con el satélite maestro dentro del enjambre, mientras que los satélites maestros envían los datos al siguiente satélite maestro o al destino. En el enfoque TDMA, los autores asignan a cada

Árbitro.

[118]

Protocolo

Configuración de la red

Comentarios

-

Clúster y con-

Presenta

estelación

heterogéneo

grupo un código único a través del cual cada satélite esclavo dedica intervalos de tiempo para la comunicación de enlace descendente y ascendente con el satélite maestro [120]. Alternativamente, en el enfoque CDMA, a los satélites se les

[119]

CSMA / CD /

Clúster, líder

RTS / CTS

seguidor,

asignan códigos ortogonales únicos que permiten la comunicación con el satélite maestro simultáneamente, sin interferencia. El protocolo híbrido TDMA / CDMA puede admitir redes de satélite a gran escala y tiene un retardo bajo. En [121], Pinto et al.

espacio

redes de información Retraso alto de extremo a extremo

y

constelación [120]

Híbrido

Alta escalabilidad y

Racimo

TDMA / CDMA

retardo de extremo a extremo bajo

[121]

DS-CDMA

Racimo

[122]

NOMA

Clúster, líder

Alta confiabilidad para enlaces de proximidad

estudió el acceso múltiple por división de código de secuencia directa (DS-CDMA) para comunicaciones entre satélites. El rendimiento de DS-CDMA se evaluó en

seguidor,

constelación

Basado en VLC

y

enterrar-

enlaces por satélite de alta fiabilidad

términos de BER en los entornos AWGN y Rayleigh, en los que se observó que aumentar el número de usuarios da como resultado una baja confiabilidad. Recientemente, en [122], Anzagira et al. introdujo el esquema de acceso múltiple

propuso el algoritmo de Bellman-Ford para seleccionar el camino más corto en un

no ortogonal (NOMA) para enlaces entre satélites basados en VLC. NOMA pudo

patrón de formación de vuelo de CubeSat líder-seguidor. Del mismo modo, Bergamo et

lograr una alta confiabilidad: una BER de

al. investigó varios protocolos para el descubrimiento de rutas y la sincronización en satélites pequeños [124]. Clasificaron a los posibles vecinos en dos tipos, nuevos o

10 - 6 para un grupo de pequeños satélites con una potencia de transmisión de 2 W. La

antiguos, dependiendo de si el satélite que realiza el descubrimiento de vecinos no

Tabla VII resume los protocolos de capa MAC para CubeSats.

tiene información de frecuencia, velocidad y coordenadas sobre el nuevo satélite o si esta información sobre el antiguo satélite ya se conoce. En [125], Zhang et al. desarrolló un protocolo de enrutamiento que tiene en cuenta el ancho de banda y el retardo, que

VII. norte ETWORKING En las comunicaciones CubeSats, la conexión en red es vital para seleccionar la mejor ruta

limita el retardo cuando el ancho de banda está sobrecargado y utiliza otro enlace cuando hay ancho de banda residual disponible. Li et al. propuso un protocolo de enrutamiento para satélites pequeños que evita el uso de enlaces no válidos y la

para una comunicación confiable entre el nodo de origen y el de destino. Los protocolos de

selección de solo enlaces viables [126]. La viabilidad de los enlaces se estima de

enrutamiento basados en diversas métricas de rendimiento del enlace, como el ancho de

antemano utilizando una estrategia de inicialización fuera de línea. Introdujeron el

banda, la confiabilidad, la latencia y la potencia de transmisión, facilitan la determinación de

concepto de un árbol Steiner rectilíneo para el enrutamiento de multidifusión en

las rutas más apropiadas para la entrega de datos. Dado que los CubeSats tienen

satélites LEO, que minimiza el ancho de banda total disponible [126]. Este método

capacidades de bajo consumo de energía, el enrutamiento de varios saltos puede reducir

consume menos ancho de banda que el algoritmo de ruta más corta. Di et al. propuso

significativamente su consumo de energía. En la literatura anterior se han presentado varios

un protocolo de enrutamiento dinámico

protocolos de enrutamiento basados en el tipo de constelación de CubeSat. Por ejemplo, en [123], Radhakishnan et al.

17

que considera la red de satélite como una red móvil ad-hoc [127]. Este protocolo

En este problema, se introducen los paradigmas de redes definidas por software

divide la red de satélites en grupos, asumiendo que se conoce la topología del

(SDN) y virtualización de funciones de red (NFV) para simplificar la gestión de la

sistema. Una vez que la red se divide en grupos, se utiliza un protocolo de

red, mejorar la utilización de la red y proporcionar un control preciso para las redes

enrutamiento basado en el modo de transferencia asíncrono para habilitar las

satelitales. En [131], los autores introducen esquemas de gestión de recursos para

conexiones de ruta virtual. Este protocolo tiene una baja sobrecarga del sistema,

redes de satélites LEO basadas en SDN y NFV con un relé GEO. En [132], Ferrus et

baja latencia y alta escalabilidad.

al. utilizó la arquitectura basada en SDN para redes de satélite, pero se limitó a la parte terrestre únicamente. Alternativamente, Li et al. introdujo un método de envío de datos multinivel, en el que la estación terrestre se encarga de la gestión de la red mientras que los satélites GEO gestionan el control [136]. Este enfoque consume mucho tiempo y tiene una latencia alta, ya que requiere la transmisión de

Capa de política

información de control de los satélites GEO a los LEO. Aplicaciones

Control y

Capa de gestión

API en dirección norte

Recientemente, Akyildiz et al. introdujo una arquitectura de extremo a

Controlador de red

extremo para redes de satélites pequeños basadas en SDN / NFV [133]. La Fig. 14 muestra esta arquitectura de red, que consta de tres capas: infraestructura, control y gestión, y capas de política [133]. La capa de infraestructura consta de

API en dirección sur

CubeSats, dispositivos de detección en tierra, conmutadores y puertas de enlace. La capa de control y gestión es principalmente responsable de la

SDN-

política, interconectada con la capa de control y gestión, se trata como una capa

Satélite

Capa de infraestructura

gestión, el control y la optimización del rendimiento de la red. La capa de externa que proporciona al usuario una visión abstracta de la red (ver Fig. 14). SDN y NFV simplifican la gestión de la red, mejoran la utilización de la red y proporcionan un control preciso del hardware del sistema [135].

Usuario

Puerta Interruptor SDN

SCN

Terminal

Xu et al. propuso una arquitectura similar con un mecanismo de recuperación SAN

de fallos y gestión de la movilidad utilizando SDN [134]. Este diseño de red, llamado SoftSpace, es idéntico al de [133] que consta de cuatro segmentos, un

Fig. 14: Arquitectura habilitada para SDN para satélites pequeños. Sin embargo, en la

segmento de usuario, un segmento de control y gestión, un segmento de tierra y

práctica, los satélites no están activos todo el tiempo, lo que lleva al desarrollo de redes

un segmento espacial. La red de acceso al plano de datos (SAN) de la

el tiempo, lo que hace que almacenen sus datos durante un paradigma largo (DTN). En DTN,

consta de una red de núcleo satelital (SCN) y conmutadores SDN satelitales,

tolerantes al retardo en el próximo contacto disponible con el satélite o la tierra. de

arquitectura SoftSpace (ver Fig. 14). El SCN consta de terminales y satélites.

los satélites almacenan los datos hasta Sin embargo, el almacenamiento y la capacidad

mientras que SAN comprende puertas de enlace satelitales, que forman cuatro

transmitir los datos almacenados durante un período prolongado de protocolo de

Cada satélite habilitado para SDN puede realizar funciones de capa MAC; ii)

limitados de CubeSats les impiden el tiempo. Por esta razón, Marchese et al. propuso un

funciones principales: i) creación de manejo de paquetes físico programable que

enrutamiento consciente de la energía utilizando la hora de inicio de enrutamiento de

apoyar las reglas para SDNcontroller a través del programa de aplicación

hipotético (CGR) [128]. CGR tiene en cuenta los datos de contacto anteriores, incluida la ruta

puede ser con fi gurado por las interfaces de red; iii) creación de un hipervisor

gráfico de contacto, la hora de finalización y los volúmenes de contacto generales, para los

OpenFlow SDN-satélites; y iv) apoyo a la comunicación multibanda

completa desde el origen hasta el destino. En la CGR y la estación solo cuando tienen

inalámbrico para habilitar tecnologías virtuales, como diferentes bandas de RF y

métodos de CGR extendido, los CubeSats transmiten al personal de tierra. et al. propuso

Recientemente, Kak et al. Se investigaron los parámetros de latencia y

suficiente energía para el reenvío de datos. para que los CubeSats mejoren los tiempos de

bandas ópticas. en el que el impacto de diferentes frecuencias portadoras y orbitales

un enfoque basado en torrents para las transmisiones de archivos grandes [129]. En

rendimiento de las radios multibanda basadas en SDN para mmWaves y la

enlace descendente y ascendente se dividen en pequeños fragmentos, lo que da como

[135]. Rendimiento medio de extremo a extremo de 489 y 35 Mbps [135]. Además,

CubeSat-torrent, los archivos grandes propusieron un marco analítico, que formula los

banda S, respectivamente, se colocaron en redes satelitales basadas en SDN

resultado una baja latencia. Liu et al.

Xu et al. abordó la cuestión de la arquitectura jerárquica de la capa del controlador

datos. Han demostrado numéricamente que la optimización conjunta del rendimiento de

con un controlador de tres esclavos, y se colocaron supercontroladores en [137]. El controlador de dominio, los satélites GEO, los satélites LEO y las

datos. El enrutamiento centralizado tradicional, basado en estática

respectivamente ]. La Tabla VIII resume la literatura sobre

estrategias de adquisición y entrega de satélites pequeños [130]. la adquisición y la entrega

estaciones terrestres, la red CubeSat.

de datos pueden mejorar la arquitectura con restricciones de retardo y conduce a un

rendimiento ineficiente de la red. Resolver

18

TABLA VIII: Redes para CubeSats Árbitro.

[123]

Protocolo

Arquitectura

Comentarios

Bellman-Ford

Estático

Estima la ruta más corta para la constelación de CubeSat

Estático

Enrutamiento y sincronización entre CubeSats

Estático

Considera los aspectos de retardo y ancho de banda para enlaces entre satélites

[124] [125]

Sensible al ancho de banda y al retardo enrutamiento

[126]

Enrutamiento de multidifusión

Estático

Evita el uso de enlaces no viables y minimiza el ancho de banda Brinda más

[127]

Enrutamiento dinámico

Estático

autonomía, gastos generales limitados y funcionalidad compatible

[128]

Enrutamiento de gráfico de contacto

Estático

Admite redes tolerantes a retrasos

[129]

Enrutamiento basado en torrents

Estático

Divide archivos grandes en trozos pequeños para reducir la latencia Mejora el

[130]

Optimización conjunta de la adquisición y

Estático

rendimiento con limitaciones de retardo

entrega de datos

[131]

Redes basadas en SDN

Dinámica

Gestión de recursos para redes satelitales basadas en SDN y NFV

[132]

Redes basadas en SDN

Dinámica

Segmentos terrestres basados en SDN y NFV para redes satelitales Presenta

[133]

Redes basadas en SDN

Dinámica

arquitectura y protocolos para redes de satélites pequeños habilitadas para SDN

[134]

Redes basadas en SDN

Dinámica

Gestión de la movilidad y recuperación de fallos para redes de satélites pequeños habilitadas

[135]

Redes basadas en SDN

Dinámica

para SDN

VIII. UN SOLICITUD L AYER Los protocolos de la capa de aplicación son vitales para proporcionar conectividad a varias aplicaciones de usuario. La literatura sobre Los protocolos de capa de aplicación para satélites pequeños no son protocolos de capa

extenso. Sin embargo, algunos trabajos recientes discuten el uso de redes para de aplicación muy convencionales en el caso de información espacial, en [138], los

proporcionar conectividad a aplicaciones de IoT. Para los protocolos, funciona el autores analizan dos capas de aplicación y aplicación restringida (CoAP) en la red de

transporte de telemetría de Message Queue Server (MQTT). El protocolo MQTT fue información espacial para soportar redes de satélite; sin embargo, es ampliamente

diseñado inicialmente por redes terrestres de IBM. En el protocolo MQTT, el utilizado en y los consumidores de datos están separados por una entidad de encuentro,

productor de datos se conoce como corredor. Los datos se organizan en un también (temas), a través de la cual se envía al corredor, que mantiene

seguimiento de flujos lógicos de suscripciones activas y temas. Desde MQTT

Diseño de radio multibanda basada en SDN para redes de pequeños satélites

A. Integración con sistemas inalámbricos de próxima generación

Un área de investigación interesante es la integración de CubeSats comunicaciones con redes inalámbricas de próxima generación,

incluyendo 5G y más [140], [141]. Por ejemplo, nano-satélites Babich y 5G [142]. Las et al. han introducido recientemente una arquitectura integrada para operaciones de enlace

comunicaciones terrestres y los enlaces entre satélites utilizan comunicaciones de RF. en ondas milimétricas, mientras que los enlaces satélite-tierra más allá de los sistemas, la

Para 5G y las capacidades de CubeSats los convertirían en los principales candidatos ubicuidad intrínseca y la cobertura prolongada pueden superar el problema de la brecha

para las comunicaciones. Como los estudios existentes son limitados en esta área, las digital en la investigación inalámbrica futura de formas de integrar CubeSats con

redes internas, tanto en la capa física como en la de red, son una métrica de 5G y más prometedoras vías de investigación de próxima generación para lograr los datos ambiciosos

allá de los sistemas.

es un protocolo basado en TCP, es confiable y energéticamente ineficiente. Alternativamente, CoAP se basa en la transferencia de estado representacional, que admite condiciones de

B. Programación

recursos limitados. Los recursos están encapsulados en servidores CoAP, que son direccionables a través de identificadores de recursos [139]. El cliente CoAP envía solicitudes

Debido a su pequeño tamaño, los CubeSats tienen un número limitado de

con fi rmables y no con fi rmables para una consulta de recursos al servidor. A diferencia de

transceptores integrados, lo que a su vez limita el número de contactos de comunicación.

MQTT, CoAP usa UDP y por lo tanto tiene baja confiabilidad; sin embargo, es más e fi ciente

Por lo tanto, la programación de datos es necesaria para emplear los transceptores

en términos de energía con gastos generales bajos. Debido al sondeo de ancho de banda de

disponibles de manera eficiente. Por lo tanto, en [143], Zhou et al. propuso una técnica de

TCP, MQTT tiene variaciones más grandes en la posición correcta en comparación con el

programación de dos niveles finita-incrustada-infinita para programar los datos para

protocolo CoAP [138].

CubeSats de manera óptima. Esta técnica considera la llegada de datos estocásticos y tiene en cuenta las consideraciones conjuntas de la gestión de la batería, la gestión del búfer y la selección de contactos. Este marco demuestra una ganancia significativa en los

IX. F UTURE R ESEARCH re IRECCIONES

datos descargados sobre la batería y las capacidades de almacenamiento. Del mismo modo, Nag et al.

Prevemos el uso de CubeSats para permitir diversas aplicaciones de futuras comunicaciones inalámbricas en el espacio. En comparación con los sistemas de

diseñó un algoritmo de programación para CubeSats, que tenía una velocidad de

comunicación por satélite actuales, los CubeSats tienen muchas características atractivas,

cálculo cuatro veces mejor que la programación de enteros en [144]. El

como bajo costo y bajas alturas orbitales. Sin embargo, la investigación sobre CubeSats para

programador optimizado incorpora el control de actitud y la mecánica orbital de

comunicaciones aún se encuentra en su fase inicial y, por lo tanto, plantea una amplia

los CubeSats para maximizar su cobertura. Estos modelos de programación

variedad de problemas. En esta sección, señalamos los importantes desafíos de

teóricos deben someterse a pruebas de misión para su validación. Además,

investigación que enfrentan las comunicaciones CubeSat.

estos marcos de programación se pueden integrar con los UAV y

19

plataformas (HAP) para crear una red de información espacial más completa.

actúan como relés entre los satélites GEO y MEO. De manera similar, los CubeSats pueden realizar el transporte de regreso para HAP y UAV de gran

Desde otra perspectiva, en [145] se propone un método de programación para las

altitud. Algunos trabajos recientes, como [118], discuten una arquitectura híbrida

tareas necesarias de CubeSat. Este algoritmo de programación opta por el número y el

para CubeSats, satélites convencionales, HAP y UAV. Sin embargo, estas

tipo de tareas a ejecutar para permitir que los paneles solares del sistema de captación de

arquitecturas son modelos puramente hipotéticos que requieren una mayor

energía operen cerca de su punto de máxima potencia, lo que lleva a una mayor eficiencia

validación. Además, la interconexión de estas entidades es un desafío debido a la

energética [145]. Esto puede conducir a una disminución de alrededor del 5% en el

naturaleza dinámica de estas tecnologías y al entorno espacial incierto.

consumo de energía en comparación con los sistemas sin un programador de tareas [145]. Como dirección de investigación futura, proponemos investigar el problema de la programación conjunta y el enrutamiento de datos entre múltiples CubeSats, especialmente en los casos que favorecen determinadas rutas de comunicación de CubeSats a tierra.

F. LoRa para CubeSats El escenario típico de Internet de las cosas (IoT) implica conectar dispositivos con energía limitada a grandes distancias. En este sentido, las redes terrestres de área amplia

C. Redes de fi nidas por software Las arquitecturas existentes de las comunicaciones por satélite de banda ancha

Las redes de comunicación son inflexibles debido a su dependencia de [147]) hardware. Sin embargo, algunos trabajos recientes ([146], [132] y redes de comunicación por

introducen el concepto de uso de SDN para banda ancha Además de su uso satélite para mejorar su flexibilidad. También se ha propuesto recientemente SDN para la

de baja potencia (LPWAN) tienen como objetivo ofrecer una capacidad de comunicación de baja velocidad de datos.

ities sobre un área amplia. Una importante técnica de comunicación de la red de área Para las redes de IoT terrestres, la técnica de modulación de espectro extendido de chirp de

(LoRaWAN) se basa en una nueva frecuencia [151] - [153]. Desafortunadamente, las amplio alcance de baja potencia y largo alcance llamada LoRaing LoRaWAN no puede ofrecer

LPWAN terrestres, incluidas las de áreas remotas, por ejemplo, desiertos, bosques y

en comunicaciones de banda ancha por satélite. Por ejemplo, Kak et al. utilizaron una cobertura ubicua, especialmente por razones económicas. Por el contrario, los virtualización de comunicaciones de CubeSat (NFV) para proporcionar conectividad a IoT

SDN y redes de red [135]. Akyildiz et al. mostró que la gestión de redes SDN y para probar la utilización de la red y el control de hardware, y simplificar La implementación

NFV [133]. Sin embargo, Vital et al. mostró que múltiples desafíos técnicos de SDN / NFV para las comunicaciones de CubeSat plantea que los protocolos SDN se

[148]. Preguntas como cómo los terminales, cómo realizar configuraciones

granjas, sirven principalmente como una solución rentable a este problema al nanosatélites LEO de IoT pueden tener una cobertura global. Sin embargo, la modulación y el

proporcionar técnicas que normalmente se adoptan en los sistemas IoT terrestres que no acceso múltiple se pueden utilizar directamente en CubeSats, debido al efecto Doppler y

pueden limitar la propagación-retardo.

pueden aplicar a las puertas de enlace de CubeSat y satisfacer la demanda de QoS de forma

dinámicas de red sin afectar el funcionamiento regular de la red, permanecen remota, y cómo proporcionar servicios a pedido en el momento, y ofrecer vías prometedoras

abiertas en para futuras investigaciones.

En este sentido, una arquitectura para un satélite basado en IoT El sistema que consiste en una constelación LEO Flower formada por satélites, se

35 satélites en siete planos orbitales con dos polares adicionales También se describió en [154] para asegurar la cobertura global. los sistemas de IoT terrestres, por

discutió la compatibilidad de los protocolos de comunicación entre satélites y ejemplo, LoRa e IoT de banda estrecha,

sus homólogos. Era D. Hacia la Internet de las cosas espaciales La NASA tiene como objetivo establecer una colonia humana en Marte para 2025, lo que requerirá conectividad más allá de la Tierra [149]. Para proporcionar dicha conectividad intragaláctica, la Internet de las cosas espaciales (IoST) es una tecnología habilitadora que consiste en CubeSats del espacio profundo. Con ese fin, existe un creciente interés en la industria espacial por establecer redes de IoST, que aún se

demostró que deberían utilizarse mecanismos cognitivos de radio para la mitigación de la interferencia o técnicas de espectro ensanchado para permitir la coexistencia de redes terrestres y de satélite con un nivel de interferencia aceptable. También se demostró que se requieren modi fi caciones de los protocolos de capa superior existentes para los sistemas de IoT a fin de disminuir los datos generales para hacer frente a la energía limitada y el retraso que implican las redes basadas en satélites.

encuentran en la fase inicial de desarrollo. Además, IoST también proporcionará una cobertura extendida a los sistemas ciberfísicos en tierra en áreas rurales. Por ejemplo, con su 66 pequeños satélites, también denominados SensorPOD, Iridium Communications ofrece soluciones de conectividad para la detección remota de la Tierra y la investigación espacial [150]. CubeSats desempeñará un papel importante en el desarrollo de redes de IoST, donde la comunicación entre satélites, el backhauling en el espacio y el reenvío de datos son algunos de los desafíos más interesantes.

En [155], los autores han demostrado la viabilidad de la modulación LoRa en CubeSats, donde el efecto Doppler puede tener un impacto no despreciable en el rendimiento. Se encontró experimentalmente que en órbitas más altas con altitudes más de 550 km, la modulación LoRa es inmune al efecto Doppler. Por el contrario, las variaciones rápidas en el cambio de frecuencia Doppler, por ejemplo, cuando un satélite de menor altitud vuela directamente sobre la estación terrestre, conducen a una degradación severa en el rendimiento, lo que reduce la duración de la sesión de comunicación por radio. Desde otra perspectiva, después de algunas modificaciones, el

E. Arquitectura híbrida CubeSats también se puede integrar con otras tecnologías de comunicación, incluidos los satélites GEO y MEO, HAP y UAV. Por ejemplo, en las redes de información espacial, CubeSats

espectro ensanchado por desplazamiento de frecuencia en LoRa se puede utilizar para proporcionar una técnica de acceso múltiple como alternativa al espectro ensanchado por secuencia directa tradicionalmente utilizado en satélites [156]. Se demostró que el rendimiento BER del pro-

20

Los espectros de dispersión de chirp de frecuencia y simetría de fase planteados son similares al acceso múltiple de secuencia directa.

[3] [4]

“CubeSats in brief”, https://www.isispace.nl/cubesats/, consultado: 2019-11-21. F. Davoli, C. Kourogiorgas, M. Marchese, A. Panagopoulos y F. Patrone, "Pequeños satélites y CubeSats: estudio de estructuras, arquitecturas y

G. Aprendizaje automático para la asignación de recursos en CubeSats

Es justo creer que se agregará más inteligencia a las futuras redes de

protocolos", En t. J. de Satellite Commun. y Red., vol. 1, no. 17, págs. 1-17, 2018. [5]

D. Barbaric, J. Vukovic y D. Babic, "Análisis del presupuesto de enlace para una misión de

comunicación inalámbrica utilizando técnicas de aprendizaje profundo. Un desafío

observación terrestre propuesta de Cubesat", en En t. Convención sobre Info. y Comun.

urgente al que se enfrentan las comunicaciones de CubeSat es el ancho de banda

Tecno., Electrónica y Microelectrónica (MIPRO), Mayo de 2018, págs. 133-138.

limitado que conduce a velocidades de datos bajas, alta latencia y eventual

[6]

degradación del rendimiento. Por lo tanto, imaginamos equipar a CubeSats con conectividad multibanda y capacidades inteligentes para asignar recursos de potencia y espectro de manera dinámica a través de microondas, ondas mm, banda THz y frecuencias ópticas [157]. Esta solución adaptativa requiere nuevos transceptores y sistemas de antenas, que son direcciones de investigación desafiantes. Además, la investigación y el desarrollo del rendimiento de nuevos esquemas de asignación de recursos será el resultado de estrategias personalizadas de aprendizaje automático.

“La única solución de conectividad del mundo diseñada para los polos”, https: // www.keplercommunications.com/, consultado: 2019-06-20.

[7]

"Base,"

https://space.skyrocket.de/doc sdat / radix.htm,

accedido:

2019-06-20. [8]

“Gomx-3”, https://gomspace.com/gomx-3.aspx, consultado: 2019-06-25. “Lemur-2”,

[9]

https://space.skyrocket.de/doc sdat / lemur-2.htm, note = Consultado: 2019-06-25.

[10]

"Dado,"

https://earth.esa.int/web/eoportal/sa satellite-missions/content/

artículo / dice, consultado: 2019-06-25.

[11]

“Quakesat”, https://space.skyrocket.de/doc sdat / quakesat-1.htm, acceso: 2019-06-25.

Por ejemplo, Nie et al. propuso un nuevo esquema de asignación de recursos multiobjetivo basado en la red neuronal profunda (DNN) [157]. En lugar del algoritmo de retropropagación, se utilizó el algoritmo de escalada aleatoria para ajustar los

[12] [13]

pesos de las neuronas. Este estudio se basó en datos reales de la trayectoria de los satélites de los pequeños satélites Iridium NEXT que examinan las influencias del desplazamiento Doppler y el desvanecimiento de las lluvias intensas. El esquema propuesto basado en DNN resultó en un rendimiento mejorado de múltiples Gbps para

A. Poghosyan y A. Golkar, "Evolución de Cubesat: análisis de las capacidades de cubesat para realizar misiones científicas", Progreso en Ciencias Aeroespaciales, vol. 88, págs.59 - 83, 2017.

[14]

“Mars Cube One (MarCO)”, https://www.jpl.nasa.gov/cubesat/ mission / marco.php, consultado: 2019-06-25.

[15]

“Antena integrada de paneles solares y reflectores (ISARA)”, https: // www. jpl.nasa.gov/cubesat/missions/isara.php, consultado: 2019-06-25. "AeroCube-OCSD",

los enlaces entre satélites y puede ser adoptado en una multitud de futuros problemas de comunicación de CubeSat con estructuras similares.

A. Budianu, A. Meijerink y M. Bentum, "Swarm-to-earth commu- nication in OLFAR", Acta

Astronautica, vol. 107, págs.14-19, 2015.

https://directory.eoportal.org/web/eoportal/

[dieciséis]

satellite-mission / a / aerocube-ocsd, consultado: 2019-06-25.

[17]

“Telescopio espacial Arcsecond que permite la investigación en astrofísica (AS-TERIA)”, https://www.jpl.nasa.gov/cubesat/missions/asteria.php, acceso: 2019-06-25.

[18]

somete

"SpaceX

más

Starlink

papeleo satélites "

para

30.000

https://spacenews.com/

spacex-submits-paperwork-for-30000-more-starlink-satellites /, consultado:

X. C ONCLUSIONES

2019-10-11. [19]

“Estés donde estés, te cubriremos”, https://oneweb.world, acceso: 2019-10-11.

Imaginamos que los CubeSats permiten una amplia gama de aplicaciones, incluida la exploración de la Tierra y el espacio, la conectividad rural para las omnipresentes redes de Internet de las cosas (IoT) y una cobertura ubicua. La investigación actual de CubeSat se centra principalmente en aplicaciones de teledetección. Desafortunadamente, se han

[20] [21] [22]

óptica para altas velocidades de datos, integración con futuros sistemas celulares para back-hauling, etc. Por lo tanto, en este artículo, hemos revisó la literatura sobre varias

[24]

S. Bandyopadhyay, GP Subramanian, R. Foust, D. Morgan, S.J. Chung y F. Hadaegh, "Una revisión de las misiones inminentes de vuelo en formación de pequeños satélites", en 53a Reunión de Ciencias Aeroespaciales de AIAA,

2015, págs. 1-17.

[25]

H. Polat, J. Virgili-Llop y M. Romano, "Estudio, análisis estadístico y clasificación de misiones cubesat lanzadas con énfasis en el método de control de actitud", J. de pequeños

cómo la tecnología CubeSat es un habilitador clave para la Internet emergente de las

satélites, vol. 5, págs. 513–530, enero de 2016.

cosas espaciales. Tanto la colección de literatura existente como los problemas de [26]

J. Bouwmeester y J. Guo, "Estudio de las misiones, distribuciones y tecnología de subsistemas de pico y nano-satélites en todo el mundo", Acta Astronautica, vol. 67, no. 7, págs.854 - 862,

global de la brecha digital. En resumen, este artículo es un buen punto de partida para los investigadores académicos e industriales que se centran en proporcionar soluciones de

E. Kulu, “Base de datos de nanosatélites y cubesat”, 2019. [En línea]. Disponible: https://www.nanosats.eu/

modulación y codificación, la cobertura, las redes y los problemas de la capa superior.

investigación que proponemos forman un marco prometedor para abordar el problema

RN Simons y K. Goverdhanam, "Aplicaciones de nano-satélites y cubos-satélites en el de 2015, págs. 1–4.

[23]

facetas de las comunicaciones de CubeSat, incluido el modelado de canales, la También describimos varios desafíos de investigación futuros importantes, que destacan

"Kuiper Systems de Amazon se une a SIA".

dominio de microondas y RF", en Simposio internacional de microondas IEEE MTT-S 2015, Mayo

realizado pocos esfuerzos para ofrecer soluciones de comunicación utilizando CubeSats, lo que podría involucrar enjambres de CubeSat para cobertura ubicua, comunicación

"Telesat LEO: ¿Por qué LEO?" https://www.telesat.com/services/leo/ why-leo, consultado: 2019-12-02.

2010.

[27]

comunicación utilizando CubeSats.

M. Swartwout, "Los primeros cien CubeSats: una mirada estadística", J. de pequeños satélites, vol. 2, no. 2, págs. 213–233, marzo de 2013.

[28]

J. Mukherjee y B. Ramamurthy, "Tecnologías y arquitecturas de comunicación para redes espaciales e Internet interplanetaria", IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. 15, no. 2, págs. 881–897, julio de 2013.

[29]

T. Villela, CA Costa, AM Brando, FT Bueno y R. Leonardi, "Towards the milth CubeSat: A statistics overview", En t. J. de Ingeniería Aeroespacial, vol. 5063145, núm. 1, págs.1 a 13,

R EFERENCIAS [1]

[2]

enero de 2017. [30]

R. Radhakrishnan, WW Edmonson, F. Afghah, RM Rodriguez-Osorio, F. Pinto y SC

"Por qué Facebook, SpaceX y decenas de otros están luchando por el acceso a Internet

Burleigh, "Estudio de la comunicación entre satélites para sistemas de satélites pequeños:

desde el espacio", http://fortune.com/2019/01/25/ facebook-spacex-internet-access-space,

vista de capa física a capa de red", IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. 18, no. 4, págs.

consultado: 2019-06-20.

2442–2473, octubre de 2016.

K. Woellert, P. Ehrenfreund, AJ Ricco y H. Hertzfeld, "Cubesats: plataformas científicas y tecnológicas rentables para naciones emergentes y en desarrollo", Adv. en Investigación

[31]

S. Schaire, B. Horne, J. Schier, H. Shaw, G. Bussey, P. Celeste, YF Wong, O. Kegege, Y.

Espacial, vol. 47, no. 4, págs.663 -

Zhang, C. Patel, D. Pierce, S. Altunc, D. Raphael ,

684, 2011.

J. Burke y LV Cooper, “NASA near earth network (NEN) y

21

comunicaciones CubeSat de la red espacial (SN) ”, en Conf. De SpaceOps,

[56]

[32]

R. Welle, S. Janson, D. Rowen y T. Rose, "CubeSat-scale high-speed laser downlinks", en Proc.

de la XIII Conferencia Reinventando el Espacio,

2016, págs. 1–19.

S. Hatton, Ed., 2018, págs. 7–17.

Y. Rahmat-Samii, V. Manohar y JM Kovitz, "Para los satélites, piense en pequeño, sueñe en grande: una revisión de los desarrollos recientes de antenas para CubeSats". Antenas IEEE y

[57]

TS Rose, DW Rowen, S. LaLumondiere, NI Werner, R. Linares, A. Faler, J. Wicker, CM Coffman, GA Maul, DH Chien, A. Utter,

Propag. Revista., vol. 59, no. 2, págs. 22-30, abril de 2017.

RP Welle y SW Janson, "Enlace descendente de comunicaciones ópticas desde un programa Cubesat:

[33]

MN Sweeting, "Pequeños satélites modernos que cambian la economía del espacio", Proc. del

OCSD de 1.5U", en En t. Conf. sobre Óptica Espacial (ICSO),

IEEE, vol. 106, no. 3, págs. 343–361, marzo de 2018. [34]

2019, págs.201 - 212.

A. Gregorio y F. Alimenti, "Cubesats para la ciencia del futuro e Internet del espacio: desafíos

[58]

y oportunidades", en IEEE Int. Conf. en Electrónica, Circuitos y Sistemas, (ICECS), Diciembre de 2018, págs. 169-172.

[35]

de 2017, págs. 1–9.

N. Lazreg y K. Besbes, "Diseño y arquitectura de red de pico-satélites para cobertura

[59]

Kunimori, Y. Koyama, K. Suzuki, T. Kubooka y

de 2016, págs. 601–605. “Sstl”, https://www.sstl.co.uk, consultado: 2019-10-11.

M. Toyoshima, "Actividades de comunicación por láser satelital en las NTIC", en Avances en Investigación en Electromagnetismo Symp. (PIERS), Agosto de 2018, págs. 1680–1685.

F. Qin, S. Gao, G. Wei, Q. Luo, C. Mao, C. Gu, J. Xu y J. Li, "Antena fabry-perot polarizada circularmente de banda ancha", Antenas IEEE y Propag. Revista., vol. 57, no. 5, págs.

[60]

LS Rothman, RR Gamache, A. Goldman, LR Brown et al., "La base de datos HITRAN" Óptica

aplicada, vol. 26, no. 19, págs. 4058–4097,

127-135, octubre de 2015. [38]

DR Kolev, A. Carrasco-Casado, H. Takenaka, Y. Munemasa, PV Trinh, Y. Saito, H.

terrestre", en En t. Conf. en Adv. Techno. para proceso de señal e imagen., (ATSIP), Marzo [36] [37]

R. Welle, A. Utter, T. Rose, J. Fuller, K. Gates, B. Oakes y S. Janson, "Una red de comunicación óptica basada en CubeSat para órbita terrestre baja", en Conf. AIAA / USU en Small Satellite, Marzo

S. Gao, Y. Rahmat-Samii, RE Hodges y X. Yang, "Antenas avanzadas para satélites pequeños", Proc. del IEEE, vol. 106, no. 3, págs. 391–403, marzo de 2018.

1987. [61]

FX Kneizys, EP Shettle, W. Gallery, J. Chetwynd Jr y L. Abreu, "Transmitancia / radiancia atmosférica: código de computadora LOWTRAN 5", laboratorio de geofísica de la fuerza aérea

[39]

Y. Su, Y. Liu, Y. Zhou, J. Yuan, H. Cao y J. Shi, "Broadband LEO satellite communications: Architectures and key technologies", Comunicaciones inalámbricas IEEE, vol. 26, no. 2,

Hanscom AFB MA, Tech. Rep., 1980.

[62]

[40]

FG Smith, JS Accetta y DL Shumaker, "Manual de sistemas infrarrojos y electroópticos: propagación atmosférica de radiación, volumen 2". Centro de análisis e información de

págs. 55–61, abril de 2019.

infrarrojos, Tech. Rep., 1993.

A. Marinan, A. Nicholas y K. Cahoy, “Constelaciones ad hoc CubeSat: distribución y cobertura de lanzamiento secundario”, en Conf. Aeroespacial IEEE, Marzo de 2013, págs. 1-15.

[63]

H. Kaushal y G. Kaddoum, "Comunicación óptica en el espacio: desafíos y técnicas de mitigación", IEEE Commun. Surveys Tuts.,

[41]

IF Akyildiz, JM Jornet y S. Nie, "Un nuevo diseño de CubeSat con radios multibanda reconfigurables para redes de comunicación por satélite de espectro dinámico", Redes Ad

vol. 19, no. 1, págs. 57–96, agosto de 2017.

[64]

Hoc, vol. 86, págs.166-178, 2019. [42]

S. Ennis y J. Dukes, "CubeSat networks: Balancing power with satellite to-ground data throughput", en Conf. Aeroespacial IEEE, Mar. 2018, págs. 1–18.

Weilian Su, Jianwen Lin y T. Ha, "Cobertura de comunicación global usando cubesats", en IEEE

[sesenta yP. cinco] Arapoglou,

ET Michailidis, AD Panagopoulos, AG Kanatas y R. Prieto-Cerdeira, "The land

mobile earth-space channel", IEEE Veh. Techno. Revista., vol. 6, no. 2, págs. 44–53, junio de

7th Annual Computing and Commun. Trabajos. y Conf., (CCWC), Enero de 2017, págs. 1–7.

2011. [43]

[66]

L. McManus y H. Schaub, "Estableciendo una formación de pequeños satélites en una constelación de flores lunares", El J. de la ciencia astronáutica, vol. 63, no. 4, págs. 263–286,

[67]

diciembre de 2016.

[44]

GE Corazza y F. Vatalaro, "Un modelo estadístico para canales satelitales móviles terrestres y su aplicación a sistemas de órbita no geoestacionaria",

ME Avendano y D. Mortari, "Nuevos conocimientos sobre la teoría de las constelaciones de flores", IEEE

IEEE Trans. en Veh. Tecno., vol. 43, no. 3, págs. 738–742, agosto de 1994. Sung-Chan Ko,

Trans. Sistemas aeroespaciales y electrónicos, vol. 48, no. 2, págs. 1018–1030, abril de 2012.

[68] [45]

Chun Loo, "Un modelo estadístico para un enlace satelital móvil terrestre", IEEE Trans. en Veh.

Tecno., vol. 34, no. 3, págs. 122-127, agosto de 1985.

Junghwan Kim y Chen-Ying Yang, “Practical channel simulation model for the non-GEO land

S. Nag, JL Rios, D. Gerhardt y C. Pham, "Diseño de la constelación CubeSat para el monitoreo

mobile satellite (lms) communications”, en IEEE 47th Veh. Techno. Conf., vol. 1, mayo de

del tráfico aéreo", Acta Astronautica, vol. 128, págs. 180–

1997, págs. 411–415 vol.1.

193, 2016. [46]

"DARPA

se mueve

adelante

con

satélite fraccionado

sistema

[69]

https://www.militaryaerospace.com/communications/article/16720493, consultado: 2019-07-03. [47]

1997, págs. 41–45 vol.1. [70]

vol. 32, no. 17, págs. 1548-1549, agosto de 1996.

[71]

M. Patzold, Yingchun Li y F. Laue, "Un estudio de un modelo de canal de satélite móvil

J. Alvarez y B. Walls, "Constelaciones, clústeres y tecnología de la comunicación: Expandiendo el

terrestre con espectro de potencia Doppler asimétrico y componente de línea de visión

acceso de satélites pequeños al espacio", en Conf. Aeroespacial IEEE, Marzo de 2016, págs.

lognormalmente distribuido", IEEE Trans. Veh. Tecno., vol. 47, no. 1, págs. 297–310, febrero de 1998.

1–11.

[49]

SR Saunders y BG Evans, "Modelo físico de probabilidad de sombra para la propagación por satélite móvil terrestre", Electrónica Lett.,

“DARPA cancela la demostración del satélite en formación”, https: // spacenews. com / 35375darpa-cancels-training- fl ying-satellite-demo /, consultado: 2019-07-03.

[48]

S.-H. Hwang, K.-J. Kim, J.-Y. Ahn y K.-C. Whang, "Un modelo de canal para un sistema de satélite en órbita no geoestacionaria", en IEEE 47th Veh. Techno. Conf., vol. 1, mayo de

Programa F6 con solicitud de autobús satelital asequible ”,

I. Lluch y A. Golkar, “Enfoque de optimización de la cobertura de satélite a satélite para

[72]

FP Fontan, M. Vázquez-Castro, CE Cabado, JP García y E. Kubista, "Modelado estadístico del canal LMS", IEEE Trans. Veh. Tecno., vol. 50, no. 6,

enlaces oportunistas entre satélites”, en Conf. Aeroespacial IEEE, 2014, págs. 1-13.

págs. 1549-1567, noviembre de 2001. [50]

D. Ivanov, U. Monakhova y M. Ovchinnikov, "Despliegue de enjambres de nanosatélites

[73]

comunicacionales", Acta Astronautica, vol. 159, págs.646 -

657, 2019. [51]

A. Abdi, WC Lau, M.. Alouini y M. Kaveh, "Un nuevo modelo simple para canales de satélite móviles terrestres: estadísticas de primer y segundo orden",

utilizando control diferencial descentralizado basado en arrastre con restricciones

IEEE Trans. Comun. Inalámbrico, vol. 2, no. 3, págs. 519–528, mayo de 2003.

[74]

“Enjambre de 105 pequeños chips de sprites desplegados con éxito”, https:

S. Scalise, C. Alasseur, L. Husson y H. Ernst, “SAT04-2: Modelado preciso y novedoso del canal de satélite móvil terrestre utilizando la técnica de monte carlo de cadena de Markov de salto reversible”, en IEEE Globecom, Nov.

//newatlas.com/sprite-chipsat-swarm-deployed/59994/, consultado: 2019-07-04.

2006, págs. 1–6.

[52]

D. Palma y R. Birkeland, "Habilitar Internet de las cosas árticas con enjambres de satélites pequeños

[75]

C. Kourogiorgas, M. Kvicera, D. Skraparlis, T. Korinek, VK Sakarellos, AD Panagopoulos y P. Pechac, “Modelización de estadísticas de primer orden del canal polarizado dual MIMO a 2

que se desplazan libremente", Acceso IEEE, vol. 6, págs. 71435–71 443, noviembre de 2018.

GHz para sistemas móviles terrestres por satélite bajo la sombra de los árboles " IEEE

[53]

Trans. Antenas y Propag., vol. 62, no. 10, págs. 5410–5415, octubre de 2014.

N. Saeed, M.-S. Alouini y TY Al-Naffouri, "Ir audazmente a donde ningún sensor ha ido antes: el movimiento para colocar IoT en espacios nuevos y radicales" preimpresión arXiv arXiv:

1903.11996, 2019. [54]

[76]

A. Nakajima, N. Sako, M. Kamemura, Y. Wakayama, A. Fukuzawa, H. Sugiyama y N. Okada, “ShindaiSat: A visible light communication experimental microsatélite”, en Proc. En t. Conf. en Space Optical Sys. y App., (ICSOS), Octubre de 2012,

Syst., págs. 1 a 13, mayo de 2019.

[77]

A. Carrasco-Casado, A. Biswas, R. Fields y B. Grefenstette, "Comunicación óptica en CubeSats que permite la próxima era en la ciencia espacial", en IEEE Int. Conf. en Space

Optical Sys. y aplicaciones., (ICSOS), Mar. 2017, págs. 1–7.

O. Popescu, JS Harris y DC Popescu, “Diseño del subsistema de comunicaciones para misiones de nanosatélites CubeSat: perspectivas operativas y de implementación”, en SoutheastCon,

págs. 1-5. [55]

J. Lopez-Salamanca, LO Seman, MD Berejuck y EA Bezerra, "Modelo de canal de cadenas de markov de estado finito para enlace ascendente de comunicación de cubesats", IEEE Trans. Aerosp. Electrón.

Marzo de 2016, págs. 1 a 5.

[78]

I. Ali, N. Al-Dhahir y JE Hershey, "Caracterización Doppler para satélites LEO", IEEE Trans.

en Com., vol. 46, no. 3, págs. 309–313, marzo de 1998.

22

[79]

C. Kourogiorgas, M. Kvicera, AD Panagopoulos y P. Pechac, "Generador de series de tiempo

[104]

O. Ceylan, Y. Kurt, FA Tunc, HB Yagci y AR Aslan, "Diseño de sistema de comunicación de

y modelo de canal compuesto basado en Gauss inverso para sistemas satelitales móviles

banda S de bajo costo para nano satélites", en Proc. de 5th Int. Conf. en Recent Adv. en

terrestres bajo sombra de árboles", Microondas IET, propagación de antenas, vol. 10, no. 6,

Space Techno., (RAST), Junio de 2011, págs. 767–770.

págs. 612–616, abril.

2016. [80]

[105]

óptimo de comunicación espacio-tierra para la plataforma CubeSat que utiliza la red espacial

gráficos y tablas matemáticas",

de la NASA y la red cercana a la tierra", en Conf. AIAA / USU en Small Satellite, 2016, págs.

1988. [81]

1–19.

V. Nikolaidis, N. Moraitis y AG Kanatas, "Mediciones de canal MIMO LMS de banda

[106]

E. Peral, S. Statham, E. Im, S. Tanelli, T. Imken, D. Price, J. Sauder,

estrecha con polarización dual en entornos urbanos",

N. Chahat y A. Williams, "El radar-en-un-cubesat (RAINCUBE) y los resultados de las

IEEE Trans. Antenas y Propag., vol. 65, no. 2, págs. 763–774, feb.

mediciones", en IEEE Int. Geosci. y Remote Sens. Symp.,

2017. [82]

YF Wong, O. Kegege, SH Schaire, G. Bussey, S. Altunc, Y. Zhang y P. Chitra, "Un concepto

M. Abramowitz, IA Stegun y RH Romer, "Manual de funciones matemáticas con fórmulas,

Julio de 2018, págs. 6297–6300.

H. Bedon, C. Negron, J. Llantoy, C. Miguel Nieto y CO Asma, “Simulación preliminar de interconexión en red de la constelación de cubesat QB50”, en IEEE Latin-American Conf. en

[107]

A. Munir, N. Febrian, A. Daneraici Setiawan y Chairunnisa, "Análisis de señal del receptor del sistema de identificación automática cubesat basado en modulación GMSK", en Conf. Int. en

Comun., Septiembre de 2010, págs. 1–6.

Info. Ingeniería Tecnológica, Informática y Eléctrica (ICITACEE), Octubre de 2016, págs. 439–442.

[83]

D. Bulanova, Y. Wang y Q. bin Chen, "Factibilidad de la comunicación entre satélites para CubeSats", en En t. Conf. en Electrónica e Info. Tecno., (ICEIT), 2017, págs. 1–10.

[84]

32a Conf. Anual AIAA / USU. en pequeños satélites, 2018. [109]

proceso. en Telecommun., (SINKHROINFO),

red LEO CubeSat: parámetros de QoS y viabilidad de MIMO masivo", J. de Commun.

Julio de 2017, págs. 1–7.

[110]

vol. 63, no. 10, págs. 1174-1182, octubre de 2018.

[86]

B. Smutny, H. Kaempfner, G. Muehlnikel, U. Sterr, B. Wandernoth

Espaciales (CCSDS), Tech. Rep., Jul.

2018. [111]

Commun. Tecno., 2009, págs. 38 - 45. L. Wood, W. Ivancic y K. Dorpelkus, "Uso de diodos emisores de luz para enlaces entre satélites",

de 2016, págs. 1-15.

[112]

DN Amanor, WW Edmonson y F. Afghah, "Sistema de comunicación entre satélites basado en luz visible", IEEE Trans. Aerosp. Electrón. Syst., vol. 54, no. 6, págs. 2888–2899,

de 2013, págs. 297–301. [113]

- -, “Mejora del rendimiento del enlace mediante entre la optimización VLC basado en LED para la comunicación satélites”, de en las variables de diseño en el sistema

1987. [114]

[91]

C. Benson, "Opciones de diseño para comunicaciones por satélite pequeño", en

DC, EE. UU., Int. Rep., Número 3, febrero de 2018.

[115]

I. Latachi, M. Karim, A. Hana fi, T. Rachidi, A. Khalayoun, N. Assem, S. Dahbi y S. Zouggar, "Análisis de presupuesto de enlace para un subsistema de comunicación

págs. 412–416.

[116]

esquema de transmisión de Alamouti", en Sistemas de Sincronización, Generación y Procesamiento

2017, págs. 1–6.

[117]

138, págs.95-101, 2017. [94]

Propag. De antenas, vol. 45, no. 10, págs. 1546-1558, octubre de 1997.

[118]

págs. 136-144, abril de 2016.

[119]

vol. 38, no. 1, págs. 56–58, febrero de 1996.

R. Galuscak y P. Hazdra, "Polarización circular y pérdidas de polarización", DuBuS, págs.

Desarrollo de Diseño. Res. Conf., 2014, págs. 238-256. [120]

RM Gagliardi, Comunicaciones por satélite.

de satélites pequeños", en 4S Small Satellite Systems and Services Symp., 2014, págs.

Springer Science y

1-15.

Business Media, 2012. [99]

S. Nabors, “Gimbal para CubeSats propulsados por dirección (NP-2017-06- 2403-HQ)”,

[121]

Int. Conf. en Wireless for Space y Extreme Env., (WiSEE), Diciembre de 2015, págs. 1–6.

I. Vertat, M. Pokorny, R. Linhart y T. Kavalir, "Evaluación de la calidad de la señal para sistemas de comunicación de picosatélites", en En t. Conf. en Electrónica Aplicada, Septiembre de 2012, págs.

[101]

[122]

entre satélites de luz visible basadas en LED", en IEEE Int. Conf. en Wireless for Space y

O. Kegege, YF Wong y S. Altunc, Avances en el sistema de comunicación Ka-Band para

Extreme Env., (WiSEE),

Centro de vuelo; Greenbelt, MD Estados Unidos, 2016.

Diciembre de 2018, págs. 24-29.

[123]

Utah, 2012. SE Palo, "Sistemas de comunicaciones de alta velocidad para CubeSats", en IEEE MTT-S Int.

Microondas Symp., Mayo de 2015, págs. 1–4.

R. Radhakrishnan, Q.-A. Zeng y WW Edmonson, "Comunicaciones entre satélites para sistemas de satélites pequeños", En t. J. Interdiscipl. Telecommun. Red, vol. 5, no. 3, págs.

E. Peragin, F. Darnon, D. Belot, J.-P. Millerioux, J.-L. Issler, T. Dehaene, Y. Richard, G.

11-22, 2013.

Guillois, F. Sepot y D. Simon, Donwlink banda X para cubesat. Universidad del Estado de [103]

A. Anzagira y W. Edmonson, "Acceso múltiple no ortogonal (NOMA) para comunicaciones

331–334.

CubeSats y SmallSats. Espacio Goddard de la NASA [102]

F. Pinto, F. Afghah, R. Radhakrishnan y W. Edmonson, “Implementación de radio definida por software de DS-CDMA en comunicaciones entre satélites para satélites pequeños”, en IEEE

Marshall Space Flight Center, NASA, Huntsville, Tech. Rep., 2017. [100]

R. Radhakrishnan, WW Edmonson, F. Afghah, J. Chenou, RM Rodríguez-Osorio y Q.-A. Zeng, "Protocolo de acceso múltiple óptimo para la comunicación entre satélites en sistemas

8-23, 2006. [98]

R. Radhakishnan, W. Edmonson y Q. Zeng, "La evaluación del rendimiento de los protocolos de comunicación entre satélites distribuidos para sistemas de satélites cúbicos", en Proc. 4to

T. Milligan, "Pérdida de polarización en un balance de enlace cuando se utilizan ganancias medidas de polarización circular de antenas", IEEE Antennas Propag. Revista.,

[97]

J. Du, C. Jiang, Q. Guo, M. Guizani y Y. Ren, "Observación cooperativa de la tierra a través de redes complejas de información espacial", Comunicaciones inalámbricas IEEE, vol. 23, no. 2,

“Atenuación por gases atmosféricos”, Unión Internacional de Telecomunicaciones - Sector de Radiocomunicaciones (UIT-R), Tech. Rep., Fen. 2012.

[96]

A. Babuscia, D. Divsalar y K. Cheung, "Sistemas de comunicaciones CDMA con modulación de envolvente constante para CubeSats", en Conf. Aeroespacial IEEE, Marzo de 2015, págs. 1–8.

A. Dissanayake, J. Allnutt y F. Haidara, "Un modelo de predicción que combina la atenuación debida a la lluvia y otras degradaciones de la propagación a lo largo de las trayectorias tierra-satélite", IEEE Trans.

[95]

de Señales en Telecomunicación. (SYN-CHROINFO), Julio de 2018, págs. 1–6.

V. Almonacid y L. Franck, "Ampliación de la cobertura de Internet de las cosas con redes de nanosatélites de bajo costo", Acta Astronautica, vol.

ZS Gibalina, VA Fadeev, KA Korsukova, M. Hennhfer y M. Haardt, "Estimación de las capacidades de los sistemas cooperativos cubesat basados en el

LEO cubesat", en En t. Conf. en Adv. Techno. para proceso de señal e imagen., (ATSIP), Mayo de

[93]

W. Fernando y R. Rajatheva, "Rendimiento de OFDM con codificación turbo y trellis para canales de satélite LEO en comunicaciones móviles globales", en IEEE Int. Conf. en Comun., 1998,

Conf. Aeroespacial IEEE, Marzo de 2017, págs. 1–7.

[92]

“Modulaciones eficientes en ancho de banda: Resumen de definición, implementación y desempeño”, CCSDS 413.0-G-3: Green Book, Washington,

IEEE Int. Conf. en Wireless for Space and Extreme Environments (WiSEE), Octubre de 2017, págs. 7-12.

G. Ungerboeck, "Modulación codificada en Trellis con conjuntos de señales redundantes, parte I: Introducción", IEEE Commun. Revista., vol. 25, no. 2, págs. 5-11,

diciembre de 2018. [90]

I. Vertat, R. Linhart, L. Dudacek y J. Mejzr, "Modulación híbrida como reemplazo de balizas en picosatélites CubeSat", en En t. Conf. Radioelek- tronika (RADIOELEKTRONIKA), Abril

en Conf. Aeroespacial IEEE, Marzo de 2010, págs. 1–6.

[89]

A. Babuscia, D. Divsalar, K. Cheung y C. Lee, “Rendimiento del sistema de comunicación CDMA para una constelación de CubeSats alrededor de la Luna”, en Conf. Aeroespacial IEEE, Marzo

et al., "Enlace de comunicación óptica entre satélites de 5,6 Gbps", en Espacio libre Laser [88]

SL Identi fi ers, “Proyecto de recomendación para estándares de sistemas de datos espaciales: sistemas de modulación y radiofrecuencia - parte 1,” El Comité Consultivo de Sistemas de Datos

Z. Yoon, W. Frese, A. Bukmaier y K. Bries, "Diseño de sistema de una red de banda s de nanosatélites distribuidos", CEAS Espacio J., vol. 6, no. 1, págs. 61–71, marzo de 2014.

[87]

A. Gaysin, V. Fadeev y M. Hennhofer, "Estudio de esquemas de modulación y codificación para su aplicación en sistemas CubeSat", en Systems of Sig- nal Synchro., Gener. y

D. Bulanov, K. Ocheretyanyy, Y. Wang y Q.-B. Chen, "Comunicación entre satélites para la

Techno. y Electrónica,

K. Pradhan, F. Pauline, G. Maeda, S. Kim, H. Masui y M. Cho, "BIRDS-2: Proyecto de constelación Cubesat multinacional para el aprendizaje y la creación de capacidad", en Proc.

A. Budianu, TJW Castro, A. Meijerink y MJ Bentum, "Inter-satellite links for cubesats", en Conf.

Aeroespacial IEEE, Marzo de 2013, págs. 1 a 10. [85]

[108]

[124]

MA Bergamo, "Red de naves espaciales distribuidas de alto rendimiento: arquitectura y tecnologías de acceso múltiple", Computación. Red, vol. 47, no. 5, págs. 725 - 749, 2005.

23

[125]

[126]

[127]

D. Zhang, S. Liu y M. Yin, "Un algoritmo de enrutamiento satelital basado en la optimización tanto del

[147]

C. Sacchi, G. Parca y G. Codispoti, “Softwarization and virtual- ization as enablers for future

de 2011, págs. 1–4.

EHF / FSO high throughput satélites”, en

IEEE Global Commun. Conf., (GLOBECOM), Diciembre de 2018, págs. 1–6. “VITAL

D. Yang y W. Liao, "Sobre el enrutamiento de multidifusión utilizando árboles steiner rectilíneos para redes de satélites leo", IEEE Trans. en Veh. Tecno., vol. 57, no. 4, págs. 2560-2569, julio de 2008.

[148]

PROJECT H2020”, http://www.ict-vital.eu/, consultado: 2019-07-14.

Wu Di y Li Qing, "Un nuevo algoritmo de enrutamiento de sistemas de comunicaciones móviles por

[149]

"Explosión

nanosatélites DTN", en IEEE Global Commun. Conf., (GLOBECOM), Diciembre de 2018, págs.

[150]

ON Challa y J. McNair, "CubeSat Torrent: Torrent como comunicaciones distribuidas para clústeres de satélites CubeSat", en IEEE Military Community. Conf., Octubre de 2012, págs. 1–6.

[130]

R. Liu, M. Sheng, K. Lui, X. Wang, Y. Wang y D. Zhou, "Un marco analítico para redes de satélites pequeños con recursos limitados", IEEE Commun. Letón., vol. 20, no. 2, págs. 388–391, febrero de 2016.

[131]

inalámbricas IEEE, vol. 24, no. 4, págs. 127-133, agosto de 2017.

[132]

R. Ferrus, H. Koumaras, O. Sallent, G. Agapiou, T. Rasheed, M.-A. Kourtis, C. Boustie, P.

S. Xu, X. Wang y M. Huang, "Redes satelitales de última generación definidas por software:

[135]

OP Gupta, "Iridium NEXT SensorPODs: acceso global para sus cargas útiles científicas", en Proc.

[153]

M. Chiani y A. Elzanaty, "Sobre la modulación LoRa para IoT: propiedades de forma de onda y análisis espectral", IEEE Internet de las cosas J., vol. 6, no. 5, págs.8463–8470, mayo de 2019.

[154]

Z. Qu, G. Zhang, H. Cao y J. Xie, "Constelación de satélites LEO para Internet de las cosas", Acceso

[155]

A. Doroshkin, A. Zadorozhny, O. Kus, V. Prokopyev y

IEEE, vol. 5, págs. 18 391–18 401, agosto de 2017. Y. Prokopyev, "Estudio experimental de la inmunidad de modulación LoRa al efecto Doppler en comunicaciones de radio CubeSat", Acceso IEEE, págs. 1 a 10, mayo de 2019.

[156]

Y. Qian, L. Ma y X. Liang, "El rendimiento de la señal chirp utilizada en el satélite LEO Internet of Things", IEEE Commun. Letón., págs. 1–1, 2019. S. Nie, JM Jornet e IF Akyildiz, "Asignación de recursos basada en aprendizaje profundo para comunicaciones multibanda en redes CubeSat", en

IEEE Int. Conf. en Commun. Works., (Talleres ICC), Mayo de 2019, págs. 1 a 6.

A. Kak, E. Guven, UE Ergin e IF Akyildiz, "Evaluación del rendimiento de Internet of space

Nasir Saeed ( S'14-M'16) recibió su Licenciatura en

things basado en SDN", en Talleres de IEEE Globecom (GC Wkshps), Diciembre de 2018,

Telecomunicaciones de la Universidad de Ingeniería y Tecnología,

págs. 1 a 6. [136]

Peshawar, Pakistán, en 2009 y recibió su Maestría en navegación

T. Li, H. Zhou, H. Luo y S. Yu, "SERVICIO: un marco de fi nido por software para la

por satélite de Polito di Torino, Italia, en 2012. Recibió su Ph .RE.

comunicación integrada por satélite espacio-terrestre",

Licenciado en ingeniería electrónica y de comunicaciones de la

IEEE Trans. en Computación Móvil., vol. 17, no. 3, págs. 703–716, mar.

Universidad de Hanyang, Seúl, Corea del Sur en 2015. Fue profesor

2018. [137]

a

2016, Patente de EE. UU. 9,252,834.

[157] arquitectura, desafíos y soluciones", Acceso IEEE, vol. 6, págs. 4027–4041, enero de 2018.

con membrete

L. Alliance, "Una descripción técnica de LoRa y LoRaWAN", Libro blanco, noviembre de 2015.

ubicuo para el mundo conectado", Red de computadoras, vol. 150, págs.134-149, 2019. [134]

es

[152]

oportunidades, escenarios y desafíos", Comun. Física, vol. 18, págs.95 - 112, 2016. IF Akyildiz y A. Kak, "Internet de las cosas espaciales / CubeSats: un sistema ciberfísico

cosas

OB Seller y N. Sornin, “Transmisor de largo alcance de baja potencia”, feb.

Gelard y T. Ahmed, "Redes de comunicaciones por satélite habilitadas para SDN / NFV:

[133]

de

[151]

M. Sheng, Y. Wang, J. Li, R. Liu, D. Zhou y L. He, "Hacia una red satelital de banda ancha flexible y reconfigurable: arquitectura y estrategias de gestión de recursos", Comunicaciones

Internet

de la 25ª Conf. Anual AIAA / USU. en pequeños satélites, Agosto de 2011, págs. 1 a 10.

206–212.

[129]

los

https://www.skyword.com/contentstandard/marketing/

blast-off-the-internet-of-things-is-heads-to-mars /, consultado: 2019-07-27.

111-115.

M. Marchese y F. Patrone, "Algoritmo de enrutamiento consciente de la energía para redes de

apagado:

Marte,"

satélite LEO / MEO de dos niveles", en Conf. Asia-Pacífico. en Comun., Octubre de 2005, págs.

[128]

E. Cianca, T. Rossi, M. Ruggieri, M. Presi, E. Ciaramella, L. Luini,

retraso como del ancho de banda", en En t. Conf. en Wireless Commun., Netw. y Computación Móvil., Septiembre

asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Instituto de

S. Xu, X. Wang, B. Gao, M. Zhang y M. Huang, "Ubicación del controlador en redes

Ciencia y Tecnología de Gandhara, Peshawar, Pakistán desde

satelitales de fi nidas por software", en 14th Int. Conf. en redes móviles ad-hoc y de

agosto de 2015 hasta septiembre de 2016. El Dr. Saeed trabajó

sensores (MSN), Diciembre de 2018, págs. 146– 151. [138]

M. Bacco, L. Boero, P. Cassara, M. Colucci, A. Gotta, M. Marchese y F. Patrone, "Aplicaciones y servicios de IoT en redes de información espacial", Comunicaciones

inalámbricas IEEE, vol. 26, no. 2, págs. 31–37, abr. [139]

como profesor asistente en la Universidad Nacional IQRA, Peshawar, Pakistán, desde octubre de 2017 hasta julio de 2017. Actualmente es investigador postdoctoral en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST). Sus áreas de interés actuales incluyen redes de radio cognitivas,

2019.

comunicaciones inalámbricas submarinas y subterráneas, comunicaciones por satélite, reducción de

M. Bacco, P. Cassara, M. Colucci y A. Gotta, "Modelado de tráfico confiable M2M / IoT

dimensión y localización.

sobre enlaces satelitales de acceso aleatorio en condiciones no saturadas", IEEE J. Sel.

Áreas Comun., vol. 36, no. 5, págs. 1042– 1051, mayo de 2018.

[140]

F. Tariq, M. Khandaker, K.-K. Wong, M. Imran, M. Bennis y M. Debbah, "Un estudio especulativo sobre 6G", preimpresión arXiv arXiv: 1902.06700, 2019.

Ahmed Elzanaty ( S13-M19) recibió el Ph.D. grado (excelente cum laude) en Electrónica, Telecomunicaciones y Tecnología de la Información de la Universidad de Bolonia, Italia, en 2018. Fue investigador en la Universidad de Bolonia de 2017 a 2019.

[141]

H. Sarieddeen, N. Saeed, TY Al-Naffouri y M.-S. Alouini, "Comunicaciones de terahercios de próxima generación: una cita de detección, imagen y localización", preimpresión arXiv arXiv:

1909.10462, 2019. [142]

Actualmente, es un -becario de doctorado en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST), Arabia Saudita. Ha participado en varios proyectos nacionales y europeos, como

F. Babich, M. Comisso, A. Cuttin, M. Marchese y F. Patrone, "Integración de nanosatélites-5G en

GRETA y EuroCPS. Sus intereses de investigación incluyen

el dominio de ondas milimétricas: un enfoque completo de arriba hacia abajo", IEEE Trans.

procesamiento estadístico de señales, comunicaciones digitales,

Computación móvil., vol. 19, no. 2, págs. 390–404, febrero de 2019.

[143]

[144]

D. Zhou, M. Sheng, J. Luo, R. Liu, J. Li y Z. Han, "Programación colaborativa de datos con

y teoría de la información. Recibió el premio al mejor papel en el IEEE Int. Conf. sobre banda ancha

inducción conjunta hacia adelante y hacia atrás en redes de satélites pequeños", IEEE

inalámbrica ubicua (ICUWB 2017). El Dr. Elzanaty fue miembro del Comité de Programa Técnico de

Trans. Comun., vol. 67, no. 5, págs. 3443–

la Conf. (EUSIPCO 2017 y 2018). También es representante del Comité Técnico de Comunicaciones

3456, mayo de 2019.

por Radio de la Sociedad de Comunicaciones de IEEE para varias conferencias internacionales.

S. Nag, AS Li y JH Merrick, "Programación de algoritmos para imágenes rápidas utilizando ágiles constelaciones Cubesat", Avances en la investigación espacial, vol. 61, no. 3, págs.891 - 913, 2018.

[145]

L. Slongo, S. Martnez, B. Eiterer, T. Pereira, E. Bezerra y K. Paiva, "Algoritmo de programación basado en energía para la maximización de la recolección de energía de nanosatélites", Acta

Astronautica, vol. 147, págs.141-151, 2018.

[146]

T. Rossi, M. De Sanctis, E. Cianca, C. Fragale, M. Ruggieri y H. Fenech, "Futuras infraestructuras de comunicaciones espaciales basadas en satélites de alto

Heba Almorad ( S19) es un estudiante de pregrado en ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Effat, Arabia Saudita. Se espera que se gradúe y reciba su licenciatura en 2021. Sus

rendimiento y redes definidas por software", en IEEE Int. Symp. en Sys. Ingeniería (ISSE), Septiembreáreas de interés actuales incluyen comunicaciones por satélite, Cubesats, diseño de antenas y aprendizaje automático. de 2015, págs. 332–337.

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Hayssam Dahrouj ( S'02, M'11, SM'15) recibió su título BE (con alta distinción) en ingeniería informática y de comunicaciones de la Universidad Americana de Beirut (AUB), Líbano, en 2005, y su Ph.D. Licenciado en Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Toronto (UofT), Canadá, en 2010. En mayo de 2015, se unió al Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Effat como profesor asistente, y también se convirtió en profesor invitado en Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST). Entre abril

2014 y mayo de 2015, estuvo en el grupo de Ciencias e Ingeniería Informática, Eléctrica y Matemática de KAUST como investigador asociado. Antes de unirse a KAUST, fue becario postdoctoral industrial en UofT, en colaboración con BLiNQ Networks Inc., Kanata, Canadá, donde trabajó en el desarrollo de soluciones prácticas para el diseño de redes de backhaul inalámbricas sin línea de visión. Sus contribuciones al campo dieron lugar a cinco patentes. Durante sus estudios de doctorado en la UofT, fue pionero en la idea de la formación de haces coordinada como un medio para minimizar la interferencia entre células en múltiples estaciones base. El artículo de la revista sobre este tema ocupó el segundo lugar en los premios de artículos IEEE Marconi 2013 en comunicaciones inalámbricas. Sus principales intereses de investigación incluyen redes de acceso por radio en la nube, optimización entre capas, redes cooperativas, optimización convexa,

Tareq Y. Al-Naffouri ( M'10-SM'18) Tareq Al-Naffouri recibió la licenciatura en matemáticas e ingeniería eléctrica (con primeros honores) de la Universidad King Fahd de Petróleo y Minerales, Dhahran, Arabia Saudita, la maestría en ingeniería eléctrica del Instituto de Georgia of Technology, Atlanta, en 1998, y el Ph.D. Licenciado en ingeniería eléctrica de la Universidad de Stanford, Stanford, CA, en 2004. Fue investigador visitante en el Instituto de Tecnología de California, Pasadena, CA en 2005 y verano de 2006. Fue becario Fulbright en el

University of Southern California en 2008. Ha ocupado puestos de pasantía en NEC Research Labs, Tokio, Japón, en 1998, Adaptive Systems Lab, Universidad de California en Los Ángeles en 1999, National Semiconductor, Santa Clara, CA, en 2001 y 2002, y Beceem Communications Santa Clara, CA, en 2004. Actualmente es profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST). Sus intereses de investigación se encuentran en las áreas de procesamiento de señales dispersas, adaptativas y estadísticas y sus aplicaciones, localización, aprendizaje automático y teoría de la información de redes. Tiene más de 240 publicaciones en actas de revistas y congresos, 9 contribuciones estándar, 14 patentes emitidas y 8 pendientes. El Dr. Al-Naffouri recibió el premio IEEE Education Society Chapter Achievement Award en 2008 y el premio Al-Marai por investigación innovadora en comunicación en 2009. El Dr. Al-Naffouri también se ha desempeñado como editor asociado de Transactions on Signal Processing desde Agosto 2013.

Mohamed-Slim Alouini ( S'94-M'98-SM'03-F'09) nació en Tunis, Túnez. Recibió el Ph.D. Licenciado en Ingeniería Eléctrica del Instituto de Tecnología de California (Caltech), Pasadena, CA, EE. UU., en 1998. Se desempeñó como miembro de la facultad en la Universidad de Minnesota, Minneapolis, MN, EE. UU., luego en la Universidad Texas A&M en Qatar, Ciudad de la Educación, Doha, Qatar antes de unirse a la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST), Thuwal, provincia de La Meca, Arabia Saudita como profesor de Ingeniería Eléctrica en 2009. Sus intereses de investigación actuales incluyen el modelado, diseño y análisis de rendimiento de sistemas de comunicación inalámbrica.