Sistemas de comunicación aire-tierra entre aviones comerciales y torres de control

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado analiza y compara los sistemas de comunicación aire-tierra entre aviones comerciales y torres de control, combinando simulación en MATLAB con validación experimental mediante el dispositivo SDR ADALM Pluto. El estudio se centra en el comportamiento de la modulación analógica AM frente a la modulación digital BPSK, que es la tendencia actual hacia la digitalización de las comunicaciones aeronáuticas. En la parte de simulación se evalúa el sistema AM frente a ruido, interferencias (adyacente y cocanal) y offset de frecuencia, empleando métricas como RMSE y coeficiente de correlación. Los resultados muestran que AM se degrada de forma continua y gradual ante el ruido, siendo especialmente sensible a errores de sintonización. Por su parte, el análisis de BPSK y su comparación con QPSK revela que, aunque QPSK ofrece el doble de eficiencia espectral, BPSK resulta más robusto frente al ruido, lo que justifica su empleo en contextos donde la fiabilidad prevalece sobre la velocidad de transmisión, como ocurre en la aviación. La validación experimental con ADALM Pluto permitió transmitir y detectar tramas BPSK mediante correlación con un preámbulo Barker, logrando una tasa de detección del 100% en las 20 tramas transmitidas. Asimismo, la comparación experimental entre AM y BPSK confirmó las diferencias espectrales observadas en simulación: AM concentra su energía en una banda estrecha alrededor de la portadora, mientras que BPSK distribuye su energía de forma más uniforme en todo el ancho de banda. En conjunto, el proyecto confirma que los sistemas digitales ofrecen mayor robustez y fiabilidad que los analógicos, aunque introduciendo nuevas vulnerabilidades, como las de ADS-B, que requieren mecanismos de seguridad adicionales.This Final Degree Project analyzes and compares air-to-ground communication systems between commercial aircraft and air traffic control towers, combining MATLAB simulation with experimental validation using the ADALM Pluto SDR device. The study focuses on the behavior of analogue AM modulation compared to digital BPSK modulation, which represents the current trend towards the digitalisation of aeronautical communications. In the simulation part, the AM system is evaluated against noise, interference (adjacent and co-channel) and frequency offset, using metrics such as RMSE and the correlation coefficient. The results show that AM degrades continuously and gradually in the presence of noise, being especially sensitive to tuning errors. Meanwhile, the analysis of BPSK and its comparison with QPSK reveals that, although QPSK offers double the spectral efficiency, BPSK proves to be more robust against noise, which justifies its use in contexts where reliability takes precedence over transmission speed, as is the case in aviation. Experimental validation with the ADALM Pluto enabled the transmission and detection of BPSK frames through correlation with a Barker preamble, achieving a 100% detection rate across the 20 transmitted frames. Likewise, the experimental comparison between AM and BPSK confirmed the spectral differences observed in simulation: AM concentrates its energy within a narrow band around the carrier, while BPSK distributes its energy more uniformly across the entire available bandwidth. Overall, the project confirms that digital systems offer greater robustness and reliability than analogue ones, although introducing new vulnerabilities, such as those of ADS-B, which require additional security mechanisms.