Channel Sounding and physical layer definition for the HF long-haul link between Antarctica and Spain

Resumen

La comunicació per rebot ionosfèric en la banda d’HF es presenta com una bona candidata en l’establiment de trucades i transmissió de dades per aplicacions militars, països en vies de desenvolupament, catàstrofes naturals o com a sistema de backup gràcies a la senzillesa de desplegament del sistema i al baix cost que suposa. Els estàndars actuals de comunicacions HF defineixen bit rates entre 75 i 12.800 bps, depenent de les condicions del canal, usant un ample de banda de 3 kHz. Els ultims avanços inclouen funcionalitats d’Automatic Link Establishment (ALE) i Automatic Repeat Request (ARQ), permitint establir l’enllaç de comunicació i solicitant la retransmissió de dades quan un paquet s’hagi perdut de manera automàtica, sense la necessitat de que l’usuari sigui un tècnic expert. En aquest projecte s’han definit dos objectius científics: i) estudiar la variabilitat d’aquest canal ionosfèric HF durant un cicle solar complet i ii) proposar una nova capa física adaptada a aquest canal. Aquesta tecnologia s’utilitza com a sistema de transmissió de les dades dels sensors instal·lats en la Antarctic Station Juan Carlos I (ASJI) per la comunitat científica desplaçada a l'illa i Cambrils (Espanya), establint un ràdioenllaç unidireccional de 12.760 km. El sistema implementat és de molt baixa potència, 200 W, utilitzant un senzill monopol en transmissió a causa de les restriccions mediambientals imposades pel tractat antàrtic. S’han revisat els distints estàndards d’HF per poder desplegar aquest ràdioenllaç, no obstant això, cap d’ells compleix amb el baix nivell de SNR observat. Per tant, s’ha de dissenyar un nou esquema de modulació per poder establir la comunicació. Aquesta tesi aplica els sondejos de banda estreta i banda ampla per a l'estudi de la variabilitat del canal, aplicant-los a la campanya 2013-2014 i obtenint els resultats d’aquesta per mantenir la sèrie històrica. Per a la proposta de capa física, s'han estudiat tècniques de modulació multi-carrier i d’espectre eixamplat, a partir de resultats previs, i s’analitzen i proven diverses tècniques de single carrier. Finalment, s’han definit dos propostes de trama de capa física per utilitzar-les en condicions de canal pobre (HRM - High Robustness Mode) i moderado (HTM - High Throughput Mode).