A method for measuring temporal properties of uplink interference in satellite communication

Abstract

Ved kommunikasjon med småsatellitter i UHF-båndet er høyt pakketap et problem grunnet sterk interferens. For å designe et kommunikasjonssystem egnet for satellittkommunikasjon er det derfor nødvendig å ha målinger av interferensmiljøet. Offentlig tilgjengelige, tidligere målinger, har vist høyt nivå av interferens. Disse målingene er derimot begrenset i omfang, og viser ofte kun et heatmap over gjennomsnittlig styrke på interferens. I denne rapporten presenteres en metode for å måle tidsmessige egenskaper ved interferens i opplink, der målet er å skaffe informasjon som er nyttig for å designe et kommunikasjonssystem. Det er vist at resultatet som produseres av målemetoden kan brukes til å estimere visse andre sannsynlighetsfordelinger, som igjen kan brukes til å ta informerte designvalg ved design av et kommunikasjonssystem. Nøyaktigheten til disse estimatene er testet ved bruke av interferensmålinger fra satellitten Norsat-2, og det er funnet at estimatet for en av de to fordelingene som er undersøkt er nøyaktig. En softwareimplementasjon som bruker den presenterte målemetoden for å måle interferens er utviklet, og softwaren er designet spesifikt for å operere på satellitten LUME-1. Videre er det planlagt et måleoppdrag for å måle interferens i UHF-båndet med satellitten LUME-1. I dette oppdraget er det et spesielt fokus på det Arktiske området, det målet er å bruke interferensmålingene til å lage et system som kan hente data fra arktiske sensornoder ved bruk av småsatellitter. En målekonfigurasjon for hvor mange målinger som skal utføres og hvor de skal utføres er bestemt med utgangspunkt i egenskapene til LUME-1, og den utviklede softwaren er testet med denne konfigurasjonen for å sikre at den er klar til bruk.

When communicating with small satellites in the UHF band, a high packet loss rate is an issue due to severe radio interference. Thus, in order to design a communication system suited for satellite communication, it is necessary to have measurements of the interference environment. Publicly available previous measurements have shown high levels of interference, but these measurements are limited in scope, and often just display a heat map of the average interference power. In this report, a method is presented for measuring temporal properties of uplink interference, where the aim is to provide information useful for designing a communication system. It is shown that the output produced by the measurement method can be used to estimate certain other probability distributions that in turn can be used to make informed design choices when designing a communication system. The accuracy of these estimates is tested using interference measurements from the Norsat-2 satellite, and it is found that the estimate for one of the two distributions investigated is accurate. A software implementation that utilizes the presented method for measuring interference is developed, and the software is specifically designed to operate on the LUME-1 satellite. Furthermore, a mission is planned to measure interference in the UHF-band using the LUME-1 satellite. There is a distinct focus on the Arctic region in this mission, with the aim of using the interference measurements to make a system for retrieving data from Arctic sensor nodes with small satellites. A measurement configuration for how many measurements to perform and where to perform them is decided with the constraints of the LUME-1 satellite in mind, and the developed software is tested with this configuration to make sure it is mission-ready.