Kapeankaistan LTE koneiden välisessä satelliittitietoliikenteessä

Recent trends to wireless Machine-to-Machine (M2M) communication and Internet of Things (IoT) has created a new demand for more efficient low-throughput wireless data connections. Beside the traditional wireless standards, focused on high bandwidth data transfer, has emerged a new generation of Low Power Wide Area Networks (LPWAN) which targets for less power demanding low-throughput devices requiring inexpensive data connections. Recently released NB-IoT (Narrowband IoT) specification extends the existing 4G/LTE standard allowing more easily accessible LPWAN cellular connectivity for IoT devices. Narrower bandwidth and lower data rates combined to a simplified air interface make it less resource demanding still benefiting from the widely spread LTE technologies and infrastructure. %% Applications & Why space Applications, such as wide scale sensor or asset tracking networks, can benefit from a global scale network coverage and easily available low-cost user equipment which could be made possible by new narrowband IoT satellite networks. In this thesis, the NB-IoT specification and its applicability for satellite communication is discussed. Primarily, LTE and NB-IoT standards are designed only for terrestrial and their utilization in Earth-to-space communication raises new challenges, such as timing and frequency synchronization requirements when utilizing Orthogonal Frequency Signal Multiplexing (OFDM) techniques. Many of these challenges can be overcome by specification adaptations and other existing techniques making minimal changes to the standard and allowing extension of the terrestrial cellular networks to global satellite access.Viimeaikaiset kehitystrendit koneiden välisessä kommunikaatiossa (Machine to Machine Communication, M2M) ja esineiden Internet (Internet of Things, IoT) -sovelluksissa ovat luoneet perinteisteisten nopean tiedonsiirron langattomien standardien ohelle uuden sukupolven LPWAN (Low Power Wide Area Networks) -tekniikoita, jotka ovat tarkoitettu pienitehoisille tiedonsiirtoa tarvitseville sovelluksille. Viimeaikoina yleistynyt NB-IoT standardi laajentaa 4G/LTE standardia mahdollistaen entistä matalamman virrankulutuksen matkapuhelinyhteydet IoT laitteissa. Kapeampi lähetyskaista ja hitaampi tiedonsiirtonopeus yhdistettynä yksinkertaisempaan ilmarajapintaan mahdollistaa pienemmän resurssivaatimukset saman aikaan hyötyen laajalti levinneistä LTE teknologioista ja olemassa olevasta infrastruktuurista. Useissa sovelluskohteissa, kuten suurissa sensoriverkoissa, voitaisiin hyötyä merkittävästi globaalista kattavuudesta yhdistettynä edullisiin helposti saataviin päätelaitteisiin. Tässä työssä käsitellään NB-IoT standardia ja sen soveltuvuutta satellittitietoliikenteeseen. LTE ja NB-IoT ovat kehitty maanpääliseen tietoliikenteeseen ja niiden hyödyntäminen avaruuden ja maan välisessä kommunikaatiossa aiheuttaa uusia haasteita esimerkiksi aika- ja taajuussynkronisaatiossa ja OFDM (Orthogonal Frequency Signal Multiplexing) -tekniikan hyödyntämisessä. Nämä haasteet voidaan ratkaista soveltamalla spesifikaatiota sekä muilla jo olemassa olevilla tekniikoilla tehden mahdollisimman vähän muutoksia alkuperäiseen standardiin, ja täten sallien maanpäälisten IoT verkkojen laajenemisen avaruuteen