Development and testing of LoRa Technology for satellite communications
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Date
2022
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Abstract
Dada la topografía particular de Chile, hay muchas áreas rurales/remotas sin conectividad IoT porque es demasiado costoso instalar la infraestructura necesaria para una red terrestre. De este modo, para establecer un país verdaderamente conectado, las redes terrestres deben complementarse con redes satelitales. LoRa es una tecnología prometedora para conseguir este objetivo y está recién empezando a ser testeada para comunicación satelital alrededor del mundo. Por lo tanto, el objetivo principal de esta tesis es desarrollar un prototipo de comunicación inalámbrica de bajo costo con LoRa y probarlo para evaluar su viabilidad con tal de tener una red satelital de IoT en Chile. Para ello, se evaluaron diferentes órbitas, se propusieron diseños de enlaces de comunicación y se construyeron los nodos del prototipo. Luego, se probó la comunicación Tierra-espacio con la construcción de una estación terrestre que puede recibir paquetes de datos de satélites en órbita. El precio final de un dispositivo (nodo + antena) resultó ser ∼ $60000 CLP (US$ 70). Se concluyo que la órbita óptima (considerando cobertura y altitud) es una órbita geosíncrona, pero en la práctica las órbitas bajas (LEO) son la opción más factible. Los parámetros de diseño de LoRa seleccionados para los enlaces de comunicación son SF = 12, BW = 125 kHz y CR = 1 para la órbita geosíncrona y SF = 9, BW = 125 kHz y CR = 1 para LEO. Los nodos desarrollados funcionaron con éxito en pruebas de comunicación punto-a-punto y la estación terrestre estuvo operativa durante 18 días en un sector urbano y durante 29 días en un sector remoto. Se recibieron correctamente un total de 252 paquetes y no se requirió ningún mecanismo de seguimiento para la antena. Con todo esto, se puede concluir que es posible contar con una red satelital de IoT económicamente asequible en Chile, dado que está demostrado que los satélites en LEO pueden comunicarse exitósamente con nodos colocados tanto en áreas urbanas como remotas, con un alcance máximo estimado de aprox. 1200 km usando 500 mW de potencia de transmisión.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022
Keywords
Internet of Things, LoRa, Satellite communication, Orbit simulation, Communication link design, Ground station