Standardized testing conditions for satellite communications on-the-move (SOTM) terminals

Alazab Elkhouly, Mostafa GND

Von Beginn an haben Satelliten Kommunikationsdienste über große Distanzen bereitgestellt. Endgeräte für die mobile Satellitenkommunikation sind mit einer Nachführeinrichtung ausgestattet, um den verwendeten Satelliten bei Bewegung zu verfolgen. Für höchstmöglichen Datendurchsatz und um Störaussendungen zu benachbarten Satelliten zu vermeiden bedarf es akkurater Nachführalgorithmen. Die Prüfung solcher Satcom-On-The-Move (SOTM) Terminals wird dabei zunehmend wichtig, wie Betreiber von Satellitendiensten anhand des negativen Einflusses suboptimaler Geräte auf ihre Infrastruktur bemerken. Herkömmlich werden SOTM-Terminals im Rahmen von Feldtests mit operativen Satelliten geprüft. Solche Tests sind allerdings nicht exakt wiederholbar. Die Reproduzierbarkeit von Tests ist jedoch insbesondere beim Vergleichstest mehrerer Terminals wichtig. Dieser Beitrag widmet sich der Untersuchung eines umfassenden Qualifikationstests von SOTM-Terminals innerhalb einer Laborumgebung, welche Reproduzierbarkeit ermöglicht. Wesentlicher Vorteil der Laborumgebung ist die Möglichkeit, Terminals unter realitätsnahen Bedingungen zu testen - ohne dass reale Satelliten benötigt werden, was die Kosten reduziert. Diese Arbeit behandelt darüber hinaus die Testmethodik in der Fraunhofer-Testanlage ”Facility for Over-the-air Research and Testing (FORTE)”. Wichtige Leistungsparameter wie Nachführgenauigkeit (Antenna De-pointing) und Nachbarsatellitenstörung (Adjacent Satellite Interference, ASI) können akkurat gemessen und ausgewertet werden. Die verwendete Methodik zur Gewinnung der vorgeschlagenen Profile wird in der Arbeit ebenso behandelt wie Testergebnisse von Ka-Band-SOTM Terminals. Wesentlicher Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung von Bewegungs- und Abschattungsprofilen für SOTM-Terminaltests. Bewegungsprofilen für die Landmobile und Maritime Umgebungen wurden entwickelt. Für jede Umgebung, zwei Klassen wurden definiert, Klasse A mit Profile die hohe Bewegungsdynamik haben und Klasse B mit Profile die relativ niedrige Bewegungsdynamik haben. Die vorgeschlagenen Bewegungsprofile wurden in der GVF-105 Standard des Global VSAT Forums berücksichtigt. Die Standardisierung solcher Profile ist notwendig, um einen fairen Leistungsvergleich verschiedener Terminals zu garantieren und solche Geräte sicher zu identifizieren, welche Interferenzen im Satellitennetz verursachen. Dies bedeutet im Ergebnis einen Gewinn für die gesamte Satellitenindustrie.

Satellites have proven their success in providing communication services especially between distant locations. For Satellite Communication On-The-Move (SOTM) applications, accurate satellite tracking algorithms must be applied in order to ensure the highest possible throughput and also to avoid harmful interference to adjacent satellites. Performance validation of SOTM terminals is becoming more important as the satellite operators recognize the negative influence of suboptimal terminals on their satellite networks. Traditionally, SOTM testing is performed with actual operational satellites in field tests, which lack repeatability. The capability to repeat the conditions in which SOTM terminals are tested is important, especially when the performance of multiple terminals is compared. This contribution is dedicated to study how to conduct a comprehensive qualification test of SOTM terminals in a laboratory environment so that repeatability can be ensured. A major advantage of a laboratory environment is the ability to test the complete terminal as if it was in the field of operation, yet without the involvement of real satellites effectively reducing the costs of testing. This thesis presents the methodology for testing SOTM terminals at the Fraunhofer Facility for Over-the-air Research and Testing (FORTE). Important performance parameters, such as, antenna de-pointing and Adjacent Satellite Interference (ASI) can be accurately measured and evaluated. The procedure used to obtain the proposed profiles and results of testing a Ka-band SOTM terminal are also presented in this thesis. A major contribution of this thesis is represented by the development of motion and shadowing profiles suitable for standardization of SOTM testing. Motion profiles for the land mobile and the maritime environment have been developed. For each environment two classes were defined, Class A with rough motion conditions and Class B with more relaxed motion conditions. The proposed motion profiles were added to the well-known GVF-105 standard recommendations of the Global VSAT Forum. Shadowing profiles were defined for land mobile applications in different environment types, e.g., urban, suburban, highway, etc. Standardization of such profiles is necessary to guarantee a fair comparison of the performance of different terminals and therefore leading to sort out the bad performing terminals which cause harmful interference to the existing satellite networks. This will lead to an overall improvement in the performance of the satellite industry.

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Alazab Elkhouly, Mostafa: Standardized testing conditions for satellite communications on-the-move (SOTM) terminals. Ilmenau 2018.

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