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Curso de Telefonia – Comunicações por Satélite

Professor João Batista José Pereira 170

Capítulo 10: Comunicações por Satélite

Satélites em órbita geoestacionária podem ser vistos como sistemas montados em torres de 36000km de altura, repetindo ou espalhando sinais por extensas regiões da superfície terrestre.

O primeiro problema em sistemas de comunicação por satélite é a própria espaçonave, que deve ser remotamente controlada. Esta espaçonave fica em uma região de alto vácuo, passando por severos ciclos de temperatura (-100 a +100 graus) e sendo bombardeada por radiações, partículas subatômicas e micro meteoritos.

Nesse sistema, o satélite tem que gerar sua própria energia por meio de painéis solares, cujo rendimento é

da ordem de 15% sob uma radiação solar de 2/39,1 mKW . O sistema deve operar sem manutenção por 5 a 10

anos, o que define sua vida útil. Para os momentos de eclipse, quando o satélite passa pela sombra da Terra (ocorrendo nos equinócios), as

baterias devem suprir as necessidades de energia, que são da ordem de 20 a 50V, com capacidades de 20 a 50A/h. As órbitas dos satélites são regidas pela 2a Lei de Kepler, que define que a linha que une o centro da Terra

ao Satélite varre áreas iguais em tempos iguais. Deste princípio da dinâmica das órbitas, conclui-se que o satélite se move mais rápido no perigeu, que é o ponto mais próximo à Terra, e mais lento no apogeu, que é o ponto mais afastado.

Apogeu

Perigeu

Satélites da extinta URSS utilizaram este princípio, definindo um sistema cujo apogeu está a 39362Km e o perigeu está a 1006Km da superfície da Terra. Neste sistema, o satélite passa 11 horas no hemisfério norte e apenas 1 hora no hemisfério sul.

10.1. Satélite Geoestacionário Como o raio da Terra é da ordem de 6.400Km, logo para que um satélite possa ter o mesmo período de

revolução que o da Terra, ele deverá estar sobre o equador, a uma altitude de 35800Km da superfície terrestre, e em órbita circular. Este é o sistema geoestacionário.

10.1.1. Definições Básicas Abaixo, está a principal terminologia utilizada em sistema via satélite: - Serviço Fixo por Satélite (FSS): serviço entre satélites e estações fixas na Terra (Estações Terrenas); - Serviço Móvel por Satélite (MSS): serviço entre satélites e estações móveis; - Serviço de Radiodifusão por Satélite (BSS): serviço de difusão de rádio e TV direto do satélite aos

usuários; - Feeder Link: enlace ligando uma estação terrena a um satélite com informação para outro tipo de sistema

(Ex. FSS para MSS); - Centro de Controle do Satélite (CCS): tipo especial de estação terrena com equipamento para monitorar

e controlar todos os parâmetros do satélite e transmitir os comandos necessários para atuar em mecanismos internos. Cada satélite deve possuir pelo menos um CCS;

- Telemetry, Tracking and Attitude (TTAC): estação, sub conjunto do CCS, não necessariamente no mesmo local, que recebe e analisa os dados de posição do satélite;

- Up link: feixe transmitido da Terra para o Satélite; - Down link: feixe transmitido do Satélite para a Terra. 10.1.2. Características Básicas

Uma das principais características dos sistemas via satélite é a flexibilidade. Isto quer dizer que a

comunicação entre dois ou mais pontos é realizada sem nenhuma infra-estrutura intermediária e basicamente independente da distância.



Sistemas via satélite requerem por outro lado a utilização de estações terrenas de alto desempenho. Nestes sistemas, são utilizadas antenas de alto ganho e de grande resistência ao ruído. Por outro lado, os receptores devem ser de alta sensibilidade e de baixíssimo ruído, apesar da utilização de transmissores de alta potência.

Como o sistema é do tipo espaço livre, sua capacidade, em número de canais de informação, depende por um lado da banda de freqüência alocada, mais também de técnicas capazes de incrementar a capacidade sem aumentar a banda utilizada. Por isto, os sistemas via satélite utilizam as técnicas de múltiplo acesso FDMA, TDMA e mais recentemente CDMA, onde cada estação pode falar com todas as outras estações na mesma área de cobertura, utilizando apenas um único satélite.

Outra qualidade desses sistemas é sua grande capacidade de distribuição, inerente à própria geometria do enlace. Por isso, os sistemas via satélite são por natureza sistema de radiodifusão.

Os sistemas via satélite são divididos em dois segmentos: segmento espacial e segmento terrestre. O segmento espacial é constituído basicamente pelo satélite mais o sistema de supervisão e de controle. O satélite é composto por uma plataforma espacial e pela carga útil, que representa o verdadeiro sistema de comunicação. A plataforma espacial constitui a estrutura física do satélite, onde podem ser encontrados também o sistema de controle térmico, o sistema de energia, o sistema de controle de órbita e atitude e o sistema de telemetria e telecomando. É nesta parte que se encontra o motor de apogeu.

O sistema de energia é uma das partes mais importantes, dele depende a vida útil do satélite. Porém ele possui algumas restrições, como por exemplo, o volume e a massa limitados. Este sistema deve ser de alta confiabilidade e durabilidade. Ele é constituído de uma fonte primária, que é formada por um array de células solares, e de uma fonte secundária, onde baterias servem de bach-up durante os eclipses.

O sistema de Telemetria-Telecomando-Ranging tem como função monitorar as funções do satélite. Isto é feito através da transmis são de sinais de comando, que determinam entre outros a distância exata da estação CCS ao satélite. Para estas funções podem ser usados antenas e circuitos de comunicação do satélite ou antenas e transponders especializados em faixa de freqüência não utilizada para comunicação.

O sistema de Controle de Atitude e de Órbita permite o posicionamento do satélite em relação a um eixo de referência. O objetivo é manter o apontamento correto. O controle é feito de duas formas:

- Grosseiro: utiliza um sensor capaz de distinguir a esfera terrestre do espaço vazio; - Fino: utiliza um sinal piloto de uma única estação terrena. O sinal é recebido e processado em 2 cornetas

para se obter um sinal de controle. A precisão de apontamento é da faixa de 0,05% a 0,15 %, da posição correta. Para que o satélite possa ser utilizado como um repetidor, ele deve ser altamente estabilizado. A

estabilização do satélite pode ser feita basicamente de duas formas: - Técnica Dual Spin: neste caso, para se manter orientado em relação à Terra, o satélite é feito girar. O

efeito giroscópio se encarrega de mantê-lo orientado. Somente uma parte do satélite gira, a outra, onde ficam as



antenas que possuem um feixe estreito e os circuitos de comunicação, Neste sistema a dificuldade de conexão elétrica entre as partes é resolvida colocando-se na parte girante as partes de combustível e energia e a conexão é feita através de um contato de múltiplas escovas.

- Técnica dos 3 eixos: nesta técnica, o satélite possui também peças girante, que são rodas internas à espaçonave, que ao girarem realizam o efeito giroscópio sobre os eixos espaciais. A grande vantagem deste sistema é de não possuir qualquer contato deslizante.

No satélite é necessário também um controle de órbita, pois a órbita de um satélite sofre variações ao longo do dia, tanto no plano da órbita quanto no sentido norte-sul. A correção da órbita é realizada através de pequenos propulsores.

Ainda na parte estrutural, pode ser encontrado o motor de apogeu. Tipicamente o foguete lançador coloca o satélite em uma órbita de transferência. O motor de apogeu se encarrega de levar o satélite desta órbita para a órbita geoestacionária.

A carga útil de um satélite é constituída basicamente por diversos sub-sistemas ativos de recepção/transmissão, também chamado de TRANSPONDER (Transmiter/Responder). Um satélite é composto de vários transponders, cada um se ocupando de uma faixa específica de freqüência. As faixas de freqüências são



geralmente de 36 a 80MHz. Estas faixas de freqüências podem ser dis tintas ou podem ser reutilizadas. Neste último caso, deve haver um processo de discriminação, que pode ser de polarização ou de feixe.

Filtro Filtro

Os transponders recebem, amplificam, convertem freqüência e retransmitem vários tipos de sinais de comunicação. Isto é feito em vários estágios:

- Amplificação de faixa larga; - Translação para a freqüência de descida e demultiplexação; - Amplificação de faixa estreita; - Multiplexação e retransmissão. Em um sistema via satélite que utiliza a discriminação de polarização deverá haver dois sistemas de

recepção/transmissão. Neste sistema, o sinal enviado da Terra, ocupando cada um deles uma faixa precisa do espectro eletromagnético, é recebido pelo sistema de recepção do satélite, constituído inicialmente por uma antena.

Suponha que o espectro total de uma dada polarização ocupe uma banda de 500MHz, dividida em 12 regiões espectrais de 36MHz cada. Toda a banda de 500MHz é então recebida pela antena, que funciona como uma interface entre o meio de transmissão e o sistema receptor. Esta banda de 500MHz é então amplificada por um amplificador de baixíssimo ruído. Em seguida, toda esta banda de 500MHz é convertida na freqüência de descida, que geralmente é inferior a freqüência de subida ao satélite. Logo, a conversão é chamada de down-conversão.

O sinal convertido em freqüência passa então por um processo de demultiplexação, ou separação de faixa. O demultiplexador é composto basicamente por filtros e circuladores de sinais. O demultiplexador possui uma entrada e 12 saídas, para o caso deste exemplo. Cada saída do demultiplexador é injetada em um sistema de amplificação dedicada em freqüência. Este é o circuito chamado de transponder e começa neste ponto o processo de transmissão do sinal para a Terra.

Cada transponder é formado por um banco de amplificadores e de filtros. Finalmente, os sinais amplificados são novamente combinados e enviados ao sistema transmissor, ou propriamente à antena de transmissão. O ganho do sistema no satélite pode chegar até a 150dB.

Os amplificadores que são utilizados no satélite podem ser de banda larga ou de banda estreita. Os de banda larga possuem ganho da ordem de 50 a 60dB e são constituídos por um Pré-amplificador e de um amplificador. Os amplificadores do transponder são de banda estreita. O ganho é da ordem de 50dB, utilizando tecnologia do tipo TWT ou amplificador a estado sólido. Na faixa de 6/4GHz pode-se obter potência de saída entre 5 e 10W, podendo chegar a 40W. Na faixa de 11/14GHz a potência de saída bem maior.

Diversas faixas de freqüência são atualmente disponíveis para transmissão via satélite. Na tabela abaixo, estão especificadas as principais bandas, que estão expressas em MHz.

Nome Descida Subida

L 1530 – 1559 1626,5 – 1660,5 C 3700 – 4200 5925 – 6425

C EST. 3625 – 3700 5850 – 5925 X 7315 – 7375 7965 – 8025

Ku 11700 - 12200 14000 - 14500 De forma a minimizar as interferências advindas de sistemas terrestres, novas faixas foram alocadas aos

sistemas via satélite. Estas faixas são a C-estendida e a Ku. Ambas são imunes à interferências com microondas terrestres. Na banda Ku, o uso de antenas de menor dimensão constitui uma outra grande vantagem. Porém nesta faixa existe uma sensibilidade a chuva.

A carga útil do satélite é também constituída pelo Subsistema de Antenas, além dos transponders. O Subsistema de antenas é constituído pelas antenas de comunicações e por antenas especiais para telemetria, telecomando e atitude. Pode-se ter arranjos complexos capazes de gerar múltiplos feixes ajustáveis, possibilitando a utilização de freqüências com divisão espacial e com polarizações distintas. Para estes arranjos é muito comum o uso de antenas refletoras com um ou múltiplos alimentadores, que são geralmente antenas do tipo corneta. Os conjuntos de alimentadores podem ser utilizados para se obter áreas de cobertura grandes, ou com melhor definição, ou ainda com múltiplos feixes.



As antenas refletoras são as mais utilizadas, pois possibilitam um alto ganho, favorecendo o uso de transmissores menos potentes. No satélite encontram-se também antenas do tipo monopólo e dipólo, basicamente para prover comunicação com a TT&C. Estas últimas são antenas do tipo omnidirecionais.

Nos primórdios das comunicações via Satélite, foram utilizadas antenas que tinham feixes circulares. Atualmente, as antenas utilizadas apresentam feixes formatados de acordo com a região de serviço. A formatação é obtida com arrays de alimentadores.

Com as antenas atuais é possível também um melhor reuso de freqüência por feixe e por polarização. Quando se estabelecem áreas de serviço separadas, os feixes podem ser configurados para cada área. Neste caso, feixes das diferentes áreas podem usar a mesma faixa de freqüência. A dupla polarização é uma outra forma de reuso de freqüência.



10.2. Segmento Terrestre O Segmento Terrestre é composto basicamente por: - Sistema de Antenas; - Amplificadores de Recepção (baixo ruído); - Amplificadores de Transmissão (Alta potência); - Equipamentos de Telecomunicações; - Conversor/modem/mux; - Interface com Sistema Terrestre; - Equipamentos Auxiliares; - Sistema de Energia; - Infra-estrutura.



A figura abaixo ilustra o Segmento Terrestre em forma de diagrama de blocos.

Modulador

Portadora

Conversorde Frequência FPF HPA

Demodulador

Transmissão para o Up Link

FPF Conversorde Frequência LNA

Transmissão para o Down Link

Sinal deBanda Básica

As antenas utilizadas no Segmento Terrestre possuem diâmetro entre 3m a 33m, dependendo da aplicação. Para sistemas VSAT pode-se encontrar antenas de até 0,7m de diâmetro. Estas antenas apresentam alta eficiência em ganho e em ruído. Elas devem apresentar também pequenos lobos secundários, além de uma grande pureza de polarização. Os sistemas de antenas terrestres são geralmente equipados por sistemas de rastreio do satélite.

Os amplificadores de potência das estações terrenas (HPA) apresentam ganho entre 30 a 40dB, podendo apresentar potência de mais de 100W. Amplificadores do tipo TWT são utilizados quando se deseja uma maior banda do sinal. Válvulas do tipo Klystron são preferidas por serem mais eficientes. Por outro lado, para estações de menor porte, amplificadores a estado sólido (FET) podem ser utilizados. As estações terrestres são equipadas por amplificadores de baixíssimo ruído, nos sistemas de recepção, apresentando ganho da ordem de 40 a 60dB. Estes amplificadores podem ser refrigerados, permitindo obter temperaturas de ruído tão baixa quanto 15K em 4GHz. Para freqüências maiores de 10GHz a temperatura de ruído aumenta rapidamente. Desempenho moderado de 50K em 4GHz e 100 a 150K em 12GHz pode ser obtido sem refrigeração.

No sistema SBTS, os tipos principais de Estações Terrenas são: - Estações de Médio Porte, geralmente utilizando técnicas do tipo FDM/FM; - Estações de Pequeno Porte, geralmente utilizando técnicas do tipo SVPC/FM e SCPC/PSK; - Estação do tipo TVRO para recepção somente de sinais de TV; - Estações do tipo VSAT, podendo ser encontradas estações Mestra, de médio porte, e Remota, que são

micro estações.

10.3. Tipos de Órbita As órbitas dos satélites podem ser descritas em relação à sua forma, podendo ser circulares ou elípticas.

Elas podem também ser descritas em função da posição do satélite em relação a um observador na superfície terrestre. Neste caso os satélites podem ser geoestacionário ou não geoestacionário. O caso de órbitas não circulares é minoria nos sistemas de interesse.

A classificação comumente usada é a seguinte: - Satélite GEO: órbita circular, estacionária em relação à Terra e de grande altitude; - Satélite MEO : órbita circular de altitude média e não estacionário em relação à Terra; - Satélite LEO: órbita circular de altitude baixa e não estacionário em relação à Terra; - Satélite HEO: órbita elíptica e não estacionário em relação à Terra.



GEOMEOLEO

HEO

Os sistemas GEOS são satélites colocados em órbita geoestacionária a 35780km de altitude, em relação à superfície terrestre, no plano do equador. O satélite é considerado imóvel se observado de qualquer ponto da superfície da Terra. A grande vantagem deste sistema é que o satélite pode ser visto 24 horas por dia dentro de sua área de cobertura. A principal desvantagem é o atraso de 500ms entre a subida e a descida do sinal, em caso de dois saltos, o que provoca degradação das comunicações em tempo real.

Os sistemas GEOS geralmente empregam a técnica de reutilização de freqüência por polaridade e por feixe. Nestes sistemas, devido às enormes distâncias envolvidas, há uma grande perda por espaço livre. Por isso, terminais portáteis são pouco utilizados. Por outro lado, obtém-se grandes zonas de serviço, podendo a potência ser otimizada para uma região de interesse. A cobertura se degrada a medida que se afasta do equador (70 graus norte a 70 graus sul).

Nos sistemas LEOS, os satélites são de órbita baixa não geoestacionários na faixa de 700 a 2000Km de altitude. As órbitas são circulares e usualmente no plano equatorial inclinado. A cobertura do satélite sobre uma região do globo terrestre é periódica e não contínua. As vantagens deste sistema são por um lado a baixa atenuação do enlace, permitindo o uso de terminais realmente portáteis e por outro lado um menor retardo que é da ordem de 20ms, o que permite uma comunicação em tempo real. Nestes sistemas é possível cobrir os pólos através de órbitas inclinadas. De forma geral, o custo de lançamento é reduzido, em comparação do dos sistemas GEOS. Porém, estes sistemas exigem um grande número de satélite para cobertura global e contínua da Terra, formando as constelações de satélite.

Os sistemas MEOS são satélites de órbita intermediária não geoestacionários na faixa de 10000Km de altitude. Estes sistemas são um bom compromisso entre os GEOS e LEOS. Por outro lado, os sistemas MEOS são satélites que descrevem uma órbita elíptica variando de 1000 a 39000Km, com cobertura periódica.

As órbitas circulares não podem ser quaisquer. Existem ao redor da Terra os denominados cinturões de Van Allen onde existem uma grande concentração de partículas que impedem o bom funcionamento dos satélites. Por



isto, as órbitas baixas estão entre 1000 e 2000Km e as órbitas média em torno de 10000Km. A tabela abaixo resume as principais características entres os sistemas apresentados.

Característica GEO MEO LEO Custo do Segmento Espacial Médio Baixo Alto Vida Útil 10 a 15 anos 10 a 15 anos 4 a 7 anos Terminais Fixos Portáteis Portáteis Retardo Alto Baixo Aceitável Complexidade Baixa Média Alta Troca de Satélite Inexistente Limitada Constante

10.4. Serviços Típicos Via Satélite

Telefonia, televisão e transmissão de dados são os serviços típicos dos sistemas de transmissão via satélite.

Telefonia é o principal serviço prestado pela INTELSAT e pelo SBTS. Inicialmente a transmissão era feita através de sistemas analógicos FDM-FM-FDMA e SCPC-FDMA. A modulação digital foi introduzida no sistema SPADE. Existem hoje sistemas digitais de média capacidade, utilizando a técnica DCME (Digital Circuit Multiplication Equipment) que permite quadruplicar a capacidade de transmissão digital.

Com a técnica DCME é possível obter sistemas via satélite em TDM-TDMA com uma taxa de transmissão superior a 120Mbps. Por outro lado, o sistema FDM-FM-FDMA permite diversos tipos de portadoras, com capacidade de 60 a 1332 canais de voz por transponder. Neste sistema, as estações terrestres são de grande porte com antenas da ordem de 10m. As estações SCPC-FM têm capacidade de 60 canais, porém as antenas possuem diâmetro entre 3 a 6m.

Transmissão de sinais de televisão inicialmente o sistema era do tipo analógico do tipo FM/FDMA, onde cada sinal de televisão ocupava um transponder inteiro. Hoje em dia, a transmissão digital de sinais de TV é uma realidade. De forma a permitir um incremento na eficiência espectral, sistemas de codificação atualmente utilizados, diminuindo a taxa de transmissão de 68Mbps para 45/34/15Mbps. Para sistemas de videoconferência taxas de 384Kbps a 2Mbps vêm sendo utilizadas com sucesso.

Nos anos 90 os satélites já fazem uso de técnicas digitais de modulação, as quais tem melhor eficiência espectral. Métodos digitais de multiplexação e técnicas de processamento digital de sinal em banda básica passam a otimizar o uso da banda do satélite. No decorrer desta década, mesmo se beneficiando das técnicas digitais, o uso da faixa de 4/6GHz estará saturada devido ao aumento de demanda e também porque esta faixa é compartilhada com sistemas terrestres de microondas de visibilidade direta.

Impulsionado pelos avanços da tecnologia e disputa de faixa, satélites já operam na faixa de 14/12GHz, banda esta reservada apenas para o uso de serviços fixos via satélite, tendo como ganho imediato menores custos de antenas e de trabalhos de coordenação de freqüência.

Redes de comunicações via satélite, utilizando estações terrenas com pequenas antenas começaram a ser utilizadas, com destaque a partir de 1981. Naquela época, foram utilizadas estações terrenas unidirecionais, com antenas de 0,6m de diâmetro, destinadas à recepção de dados em baixas velocidades (300 a 9600bps), monitoradas e controladas por uma estação terrena central de maior porte denominada de HUB. Pelo fato de possuírem antenas de pequenas dimensões as estações remotas demandavam altas potências de transmissão do satélite.

Para evitar interferências para e de outros sistemas operando na mesma faixa (banda C - 6/4GHz), a tecnologia respondeu com novas técnicas de acesso e modulação por espalhamento de espectro de freqüência (CDMA). Este tipo de sistema de distribuição direta de dados aos usuários se tornou muito popular e rapidamente dezenas de milhares de terminais (estações) foram instalados nos EUA e desde 1984, baseado no sucesso até então obtido e nos mesmos princípios, se iniciaram a introdução de sistemas bidirecionais a níveis mundiais.

Na nova situação surgida, comunicações bidirecionais, operação na banda Ku (faixa de 14/12GHz), capacidade maiores de taxa de transmissão (64Kbps), novas técnicas de acesso e modulação e novos tamanhos de antenas (tipicamente com diâmetros de 1,2m), passaram a dominar o mercado. Desde então, VSAT (Very Small Aperture Terminal) tem sido adotado para designar tanto o sistema ou rede VSAT, bem como uma estação terrena de pequeno porte.

Nas redes VSAT, o diâmetro das antenas de recepção podem ser inferiores a 2m, tornando-se assim um sistema ideal para as dependências do usuário. Esta tipa de rede é muito utilizada para a radiodifusão de TV e de transmissão de dados.



Redes VSAT vêm sendo utilizadas em comunicações privadas, permitindo uma maior confiabilidade, mas

também com facilidades de expansão. Existem redes VSAT interativas em topologia estrela com um grande número de terminais VSAT e um HUB, normalmente ligado a um sistema de computação hospedeiro (Host).

Nas Redes VSAT, a estação HUB é a estação central do sistema, sendo geralmente de maior porte. Esta estação é situada na sede principal da corporação, nas redes exclusivas, ou em posição favorável, para possibilitar a conexão via redes públicas terrestres ou não, no caso de redes compartilhadas.

A estação HUB é composta por uma Unidade de RF e por uma Unidade Interna. A Unidade de RF tem a função de transmitir e receber os sinais destinados/originados na Unidade Interna. A Unidade Interna é Conectada a um computador (redes exclusivas) ou a um conjunto de linhas privadas ou a uma rede pública (redes compartilhadas).

A função principal da estação HUB é a monitoração de toda a rede VSAT. Ela constitui também o sistema de gerenciamento de redes, realizando tarefas de configuração da rede (broadcast, estrela ou malha), o controle e o alarme, monitoração de tráfego, controle dos terminais, incluindo habilitação/desativação, inclusão de novos terminais e a atualização de software de rede das VSAT. A estação HUB realiza também tarefas administrativas, que sejam o inventário dos terminais, manutenção, avisos e tarifação (redes compartilhadas).

As estações VSAT são compostas de uma Unidade Externa e uma Unidade Interna. A Unidade externa realiza a interface entre o satélite e a rede VSAT e é composto basicamente por um amplificador de potência, conversor de freqüência e por antenas. A Unidade Interna realiza a interface entre o terminal VSAT e o terminal usuário (ou uma LAN) e é composta por moduladores/demoduladores, codificadores/decodificadores e por uma interface de banda base.

A qualidade do serviço em redes VSAT depende dos parâmetros da unidade externa, que são: a sintonizabilidade, os ganhos das antenas e diagrama de radiação, a potência de saída e o ruído. A unidade interna é especificada a partir do número de portas e da Velocidade das portas.

Abaixo estão listadas algumas das principais características das redes VSAT: - Faixa de transmissão: bandas C e Ku; - Tipo de antenas: refletoras parabólicas (Cassegrain, Offset); - Tamanho das antenas: HUB: 2 a 5m / 5 a 8m / 8 a 10m e VSAT: 1,8 a 3,5m em banda C e 1,2 a 1,8m

em banda Ku; - Níveis de potência: HUB: 3 a 15W (SSPA) 50 a 100W (TWT) em Ku e 5 a 20W (SSPA) 100 a 200W

(TWT) em C; VSAT: SSPA: 0,5 a 5W na Ku e 3 a 30W na C. A transmissão da HUB para as VSATs (denominada outbound) é feita normalmente em “broadcast”, por

TDM. Cada VSAT seleciona os slots com a mensagem a ela endereçada. A transmissão das VSATs para a HUB (inbound) é feita compartilhando o transponder através de protocolo de acesso, que pode ser FDMA, SCPC, TDMA e CDMA.

As topologias típicas de redes VSAT são: - Estrela unidirecional (HUB para VSAT); - Estrela bidirecional (HUB para VSAT e VSAT para HUB); - Malha; - Ponto-a-Ponto. O acesso ao meio em configuração estrela, no sentido inbound, pode ser feito em FDMA e em TDMA. No

caso FDMA, supondo N estações VSAT, cada VSAT dispõe de uma faixa de freqüência própria. Se a transmissão é



do tipo SCPC (1 canal por portadora), cada VSAT transmite K portadoras (uma por canal) e a HUB precisa de N x K receptores. Se a transmissão é do tipo MCPC (k canais por portadora), cada VSAT transmite uma portadora, multiplexando no tempo (TDM) seus k canais. A HUB precisa de N receptores (1 por VSAT). No caso TDMA, todos os terminais VSAT compartilham a faixa INBOUND em TDM e o HUB só precisa de um receptor.

...

Portadora Outbound (TDM)

Portadoras Inbound (TDMA)

Estação Mestra

VSAT

VSAT

VSAT

TRANSPONDER

No sentido outbound, e supondo ainda N terminais VSAT, se o acesso for do tipo FDMA, a HUB multiplexa em freqüência (SCPC ou MCPC). No caso TDMA, uma portadora em TDM é usada para todas as VSAT.

Em configuração em Malha, é possível a conexão de qualquer VSAT com as outras VSAT de uma rede. Existem várias opções para isto. Como primeira opção, qualquer VSAT pode se conectar com todos os outros ao mesmo tempo. Neste caso, cada VSAT precisa ter (N-1) portadoras na transmissão e na recepção e cada transponder deve ter N(N-1) portadoras na transmissão e na recepção, o que constitui uma solução pouco eficiente.

Como segunda opção, cada VSAT fala com qualquer outra utilizando uma portadora com canais multiplexados em TDM. Neste caso, cada VSAT tem uma portadora na transmissão e N-1 na recepção. No transponder tem-se N portadoras de subida e N de descida.

Uma terceira opção é a solução DAMA. Neste caso, a alocação é feita por demanda e a comunicação é feita entre pares de estações. Esta solução exige o uso de VSAT com portadora sintonizável para receber e transmitir. Nesta solução, o transponder só terá um número M de portadoras para as estações ativas. É necessário um procedimento de controle das conexões, onde em cada conexão tem-se 4 portadoras (2 de subida e 2 de descida). O uso do FDMA ou do TDMA são possíveis, sendo que o TDMA é preferível. Pode-se utilizar também o CDMA. O protocolo ALOHA para acesso à rede é muito utilizado neste tipo de rede VSAT.



VSAT

VSAT

VSAT

TRANSPONDER

...

canais de tráfego

...

canais de controle

VSAT

..

.

No SBTS existem duas formas de rede VSAT, constituindo o serviço DATASAT da Embratel: Exclusiva e

Compartilhada. Na rede exclusiva, o proprietário da rede além das VSATs é responsável também pela implantação de uma estação HUB. Como exemplos tem-se as redes privativas de bancos. Na rede compartilhada, a EMBRATEL é proprietária da HUB servindo a diversas VSATs. Como exemplo tem-se as redes de bancos. Existem atualmente no Brasil mais de 2000 VSATs para serviço interativo, que utilizam na sua maioria a técnica TDMA, com modulação BPSK, atingindo taxas de 56 a 512Kbps (outbound) e 1,2 a 256Kbps (inbound).

10.5. Sistemas Via Satélite

10.5.1. Sistemas GEOS

Diversos sistemas geoestacionários operam hoje no mundo. A EMBRATEL opera o SBTS com atualmente 3 satélites para a prestação de serviços de comunicação de voz, dados e televisão.

Existem diversos outros sistemas, entre os quais pode-se destacar o INTELSAT. Este sistema foi criado em 1964 e é um consórcio comercial de 136 países, possuindo mais de 30 satélites em órbita. Os principais serviços prestados pelo INTELSAT são: públicos em geral: voz e dados; corporativos e de televisão. O faturamento anual do sistema está na faixa de US$ 1 bilhão.

O PANAMSAT é um outro exemplo de sistema geoestacionário, que consiste em uma empresa privada que, criada em 1984, opera satélites nas banda C e Ku, prestando serviços transmissão de dados, difusão de TV e telefonia.

O sistema ORION é mais um exemplo de sistemas geoestacionários. Ele é na realidade um consórcio de empresas americanas, japonesas e européias, que atua desde 1994. O COLUMBIA e o INTERSPUTNIK são ainda exemplos deste tipo de sistema. O primeiro usa satélites da NASA para revenda de serviços internacionais e o segundo usa tecnologia de origem russa, formando um consórcio de países originalmente componentes da antiga União Soviética.

10.5.2. Sistemas Não Geoestacionários

Estes sistemas podem ser de órbita LEO, MEO e HEO. Classifica-se, entre os LEOS, aqueles de uso geral (voz, dados, etc) e aqueles de mensagens, batizados de Litle LEOS. Abaixo estão listados os principais sistemas não geoestacionários.



Principais Sistemas Não Geoestacionários

Sistema Altitude Período (min.)

Planos Orbitais

Satélites por Plano

Total de Satélites

GONETS 1390 113,560 6 6 36 LEOSAT 970 107,47 3 6 18 ORBCOMM 970 107,47 3 8 24 SAFIR 690 100 1 6 6 STARSYS 1300 111,59 4 6 24 TAOS 1208 109,59 5 1 5 TEMISAT 950 110 1 2 2 VITASAT 800 101,7 1 2 2 ARIES 1018 105,5 4 12 48 TELEDESIC 700 98,77 21 40 840 ELLIPSO 1/2 520/7800 180/280 3/1 5/9 15/9 GLOBALSTAR 1389 113,53 8 6 48

Dos sistemas acima listados, pode-se destacar os sistemas IRIDIUM e GLOBALSTAR.O sistema

IRIDIUM, consórcio privado fomentado pela MOTOROLA, a fornecedora da tecnologia, entrou em operação em 1998. Ele é constituído por constelação de 66 satélites com 6 a 12 satélites de reserva em órbita. O IRIDIUM usa 6 planos orbitais com 11 satélites em cada plano, opera em banda de 1,6GHz e usa uma arquitetura TDM//TDMA/FDMA. Os terminais são portáteis e o sistema é do tipo LEO. No IRIDIUM os serviços típicos são de voz, fax, mensagem e paging, com conectividade global durante 100% do tempo.

O sistema IRIDIUM foi projetado para atender regiões de baixa densidade de tráfego, tendo uso complementar aos sistemas terrestres, possibilitando o atendimento de áreas rurais ou isoladas, o atendimento em áreas oceânicas, o atendimento de mercados emergentes com tráfego ainda incipiente, garantindo comunicação em áreas atingidas por fenômenos naturais, além do atendimento a viajantes a negócios. O sistema prevê o atendimento de 650.000 usuários telefônicos até o ano 2000, além de prevê o atendimento de 350.000 usuários de paging. O sistema espera mais de 5 milhões de usuários até o ano 2002.

As características técnicas principais do sistema IRIDIUM são: - 66 satélites mais 6 a 12 de reserva interconectados e distribuídos em 6 planos a 780Km de altura; - Período orbital de 100 minutos e 28s; - Peso do satélite da ordem de 700Kg; - Tempo de vida entre 5 a 8 anos; - 48 Feixes/célula por satélite; - Margem de enlace da ordem de 16dB; - Banda de freqüência: - Enlace de usuário é a Banda L (1616 - 1626,5MHz); - Enlace entre satélite é a Banda Ka (23,18 - 23,38GHz); - Enlace de descida para gateway é a Banda Ka (19,4 - 19,6GHz); - Enlace de subida para satélite é a Banda Kz (29,1 - 29,3GHz); - Velocidade de transmissão: - Voz: full-duplex a 2,4Kbps; - Dados/fax: 2400 bauds. O sistema IRIDIUM prevê cobertura mundial através de conexão entre satélite, com diversidade celular,

entre satélite e 11 gateway terrenos, sendo um no Rio de Janeiro, para encaminhar chamadas. Cada satélite ilumina 48 células, cada célula tem um diâmetro de 660Km. É possível a reutilização de freqüência em células não adjacentes.

Um outro sistema importante é o LORAL QUALCOMM, que consiste em uma constelação de 48 satélites com 8 de reserva. O sistema possui 8 planos orbitais, a 1414Km, com 6 satélites em cada plano. O sistema operará em banda de 1,6/2,4GHz, provendo serviços de voz, dados, fax, localização e mensagem e utilizando satélites transparentes, minimizando assim os riscos tecnológicos. Cada satélite tem um volume de 1 metro cúbico com envergadura de 7 metros e peso de 450Kg e com vida útil de 7,5 anos. Este é também um sistema complementar aos sistemas terrestres, utilizando para isto os diversos gateways. Está prevista a construção de 50 a 100 estações terrenas.

Documents

10_Comunicacoes por Satelite.pdf