Adaptive array signal processing algorithms for LEO satellite communications

Abstract

Esta dissertação apresenta a modelagem, simulação e avaliação de desempenho de uma cadeia de processamento de sinal para uma estação terrena de satélite em órbita baixa terrestre (LEO), composta por um arranjo planar uniforme (UPA) de antenas parabólicas. O estudo concentra-se na recepção de sinais digitalmente modulados no enlace de descida e na aplicação de métodos para aprimorar a aquisição e sincronização do sinal sob efeitos de variação temporal e desvio Doppler. O modelo de comunicação é implementado assumindo uma órbita circular LEO, perda de percurso em espaço livre e o uso de sequências piloto para sincronização. São investigadas técnicas de processamento de sinais de arranjo, incluindo a multiplexação por divisão de frequência (FDM) para mitigação de lóbulos de grade em arranjos de grande espaçamento, o laço travado em frequência (FLL) para correção de fase do portador e o algoritmo de Mueller e Muller para sincronização temporal de símbolos. Métodos baseados em subespaço — Decomposição em Valores Singulares (SVD) e o algoritmo PAST — são empregados para a estimação da Direção de Chegada (DoA) via método MUSIC, seguida de filtragem espacial utilizando os filtros Wiener e Delay-and-Sum. As simulações, desenvolvidas em Python, demonstram a capacidade do sistema em corrigir desvios de fase e tempo, bem como estimar a DoA dos sinais recebidos, apresentando melhorias na taxa de erro de bits (BER) sob diferentes condições de ruído. O trabalho fornece uma base para o desenvolvimento de receptores avançados de estações terrenas para redes de satélites LEO e aponta direções para futuras extensões do modelo a canais mais realistas e sistemas de antenas adaptativos.