Resumo: A demanda da sociedade por conectividade de alta velocidade tem crescido exponencial- mente nos últimos anos. Esta demanda tem se expandido para regiões de difícil cobertura por sistemas terrestres, como regiões rurais, polares ou oceânicas. Recentemente, algumas empresas propuseram soluções capazes de suprir essa demanda. Estas soluções consistem de constelações de satélites com cobertura global, provendo conectividade ubíqua de alta velocidade, com baixa latência e alta disponibilidade. Os enlaces ópticos de comunicação entre os satélites transformam essas constelações em redes de comunicação de dimensão global. A utilização de enlaces ópticos em comunicações satelitais não é livre de desafios. Um desses desafios é o efeito Doppler, que desloca a frequência central da portadora do sinal recebido de acordo com a velocidade relativa entre os satélites. Este trabalho caracteriza o efeito Doppler em constelações satelitais de baixa órbita (low-Earth orbit - LEO) e apresenta soluções para sua compensação baseadas em técnicas de processamento digital de sinais (digital signal processing - DSP). Este trabalho propõe-sea investigar a possibilidade de realizar a compensação do efeito Doppler de forma totalmente digital. A solução investigada contempla extensões em um método existente para compensar o desvio de frequência em lasers semicondutores. Observa-se que tal método é eficaz no cenário intersatelital desde de que o sistema possua banda suficiente para acomodar o sinal com desvios de frequência. A análise também mostra que o excesso de banda causa penalidades no sistema quando formatos de modulação de alta ordem são utilizados, devido à inserção de ruído no sistema. Alternativamente, este trabalho propõe modificar o método, incluindo um filtro após a compensação do efeito Doppler para mitigar os efeitos do ruído. Os resultados de simulação mostram que o método modificado reduz as penalidades do sistema e satisfaz os requisitos de efeito Doppler presentes em constelações LEO Ver menos

Abstract: Society's demand for high-speed connectivity has grown exponentially in recent years. This demand has expanded to hard-to-reach regions with fiber networks, such as rural, polar, and oceanic regions. Recently, some companies have proposed solutions capable of fulfilling this demand. These solutions consist of satellite constellations with global coverage, providing ubiquitous high-speed connectivity with low latency and high availability. The optical communication links between the satellites transform these constellations into global-scale communication networks. The use of optical links in satellite communications has its challenges. One such challenge is the Doppler effect, which shifts the center carrier frequency of the received signal according to the relative speed between satellites. This paper characterizes the Doppler effect in LEO satellite constellations and presents solutions for its compensation based on DSP techniques. This work then investigates the possibility of performing the compensation of the Doppler effect entirely digitally. The investigated solution contemplates extensions of an existing method for compensating frequency drift in semiconductor lasers. Such a method is observed to be effective in the inter-satellite scenario, provided the system has sufficient bandwidth to accommodate the signal with frequency deviations. The analysis also shows that excess bandwidth causes penalties when high-order modulation formats are used due to noise insertion into the system. Alternatively, this paper proposes to modify the method by including a filter after the Doppler effect compensation to mitigate the effects of noise. Simulation results show that the modified method reduces system penalties and satisfies the Doppler effect requirements in LEO constellations Ver menos