[Apostila] Sistemas de comunicação por satélite

7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite

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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 41 MJL

Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite

Acesso simples

Caractersticas gerais

baixa complexidade de operao ausncia de intermodulao entre canais

Aplicaes ligaes ponto-a-ponto da rede fixa

configurao no flexvel adequado apenas a sistemas de grande capacidade

ligaes ponto-a-ponto de televiso (e programas de som)

ligaes permanentes ligaes temporrias programadas

difuso directa de televiso (e programas de som) recepo individual de baixo custo cobertura de um nmero muito vasto de utilizadores

Definio de acesso simples: uma nica estao terrestre transmite atravs de um transpositor de um satlite

FDM ou TDM

contribuio de programas

distribuio de programas

Acesso a satlites

As configuraes de acesso simples permitem ligaes ponto-a-ponto em tudo semelhantes sdisponibilizadas por feixes hertzianos terrestres. Acresce ainda a configurao de difuso directa deteleviso, uma das reas de maior expanso dos sistemas por satlite.


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Acesso a satlites

Acesso simples

Configurao tpica de uma ligao ponto-a-ponto bidireccional com acesso simples

T

satlite

E1 E2

uma nica portadoraascendente 6 GHzdescendente 4 GHz

ouascendente 14 GHzdescendente 11 GHz

banda do transpositor36 MHz

uma nica portadoraascendente 6 GHz

descendente 4 GHzou

ascendente 14 GHzdescendente 11 GHz

estaoterminal

terrestre

estaoterminal

terrestre

Referem-se dois exemplos desta configurao, no contexto de satlites Intelsat: sistema analgico FDM/FM (muito usado no passado, actualmente obsoleto)

multiplex FDM N=972 canais; banda base [12, 4028] kHz

modulao FM B= 36 MHz

sistema digital TDM/PSK multiplex TDM Rb = 55 Mbit/s

modulao QPSK B= 36 MHz


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Acesso a satlites

Acesso simples

Configurao tpica de distribuio de televiso

T

satlite

estaes terrestresindividuais

recebem portadoracom programa(s)

banda do transpositor36 MHz ligao descendente

12 ou 11 GHz

estaoemissora

terrestre

ligao ascendente18 GHz ou 14 GHz

TV analgica 1 programaTV digital 6-8 programas

(MPEG-2)

ETVRO

TVRO - TV Receive Only

TV analgica 1 programaTV digital 6-8 programas

(MPEG-2)

A transmisso de televiso analgica permite apenas um programa por canal (SCPC). Para um sinalPAL modulado em FM, a largura de banda tpica dos transpositores de 27 MHz.

No caso de televiso digital, a configurao mais frequente MCPC.

Exemplo tpico de difuso digital de TV, em modo MCPC: 8 programas de TV ou 6 programas de TV + 10 programas de udio

dbito de informao MPEG-2: 38,02 Mbit/s

dbito binrio aps codificao de blocos Reed-Solomon(16 octetos por pacote MPEG de 188 octetos): 38,02 x 204/188 = 41,25 Mbit/s

dbito binrio aps codificao convolucional de Viterbi(eficincia 3/4): Rb = 41,25/(3/4) = 55 Mbit/s

dbito de smbolos com modulao QPSK: Rs = Rb/2 = 27,5 Mbaud

largura de banda mnima do transpositor: BFI= 33 MHz largura de banda efectiva do transpositor: B = 36 MHz


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Acesso a satlites

Acesso mltiplo

Tcnicas de acesso mltiplo

Definio de acesso mltiplo: vrias estaes terrestres transmitem atravs do mesmo transpositor de satlite

Acesso mltiplo den estaes a um transpositor

t T

(B - largura de banda do transpositor T- comprimento de trama)

t

f

B

n

1

1 1n n

FDMA - Frequency DivisionMultiple Access

estaes acedem ao transpositordo satlite ao mesmo tempo

cada estao transmite na suaprpria banda de frequncia

TDMA - Time DivisionMultiple Access

estaes transmitem uma decada vez (sequencialmente)

cada estao transmite no seuprprio intervalo de tempo

CDMA - Code DivisionMultiple Access

estaes transmitem ao mesmotempo, em banda espalhada

cada estao transmite com umcdigo prprio

B

f

t

B

f

c

1

n

A tcnica de acesso FDMA usa a dimenso frequncia para assegurar a partilha de recursos,enquanto a tcnica TDMA utiliza a dimenso tempo. Em CDMA, a separao dos canais assegurada pela introduo de uma nova dimenso, o cdigo: a transmisso de todas as estaes faz-se na mesma banda, ao mesmo tempo, com sinais codificados, de tal forma que apenas o receptorque detm o cdigo igual ao usado na emisso, num certo canal, ir recuperar os respectivos dados.


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Acesso mltiplo

Mtodos de acesso aos recursos

Acesso fixo ou pr-determinado (PA, Pre-Assigned)

estabelece-se antecipadamente um plano de utilizao dos recursos

adequado a situaes de grande trfego aproximadamente constante

no adaptvel a trfego varivel

Acesso por atribuio a pedido (DA, Demand Assigned)

recursos so atribudos a pedido com base nas condies de trfego presentes

prefervel em situaes de trfego reduzido ou espordico

vrios formas de atribuio de canais

controlo centralizadoatravs de sinalizao

por escrutnio (polling) controlo distribudo

protocolos Aloha de acesso aleatrio

Acesso a satlites

apenas no caso deFDMA ou TDMA

apenas no caso deFDMA ou TDMA

protocolo Aloha mais usado - CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access / Collision Detection

Os protocolos de atribuio de canais so variantes de protocolos genericamente utilizados emredes centralizadas ou distribudas.

Um protocolo Aloha de tipo CSMA/CD poder operar da seguinte forma, fazendo intervir uma

estao de controlo que recebe os sinais de um transpositor de satlite, que, por sua vez, os recebedas estaes dispersas da rede: a transmisso efectuada em intervalos de tempo pr-definidos (slotted Aloha);

uma estao terrestre s envia pacotes de informao quando detecta um canal livre (a estao de controlo podefornecer esta indicao continuamente a todas as estaes participantes na rede);

se mais do que um terminal comear a transmitir ao mesmo tempo, existiro colises;

as colises so reconhecidas na estao de controlo e sinalizadas aos terminais; estes suspendem a transmisso e tentam de novo aps um tempo aleatrio.


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FDMA -Frequency Division Multiple Access

Sistemas FDM/FM/FDMA

Emisso cada estao modula em frequncia todo o seu trfego de sada numa portadora (ou vrias)

largura de banda do sinal em banda base: 4 kHz

N(nmero de canais)Recepo

a estao recebe as portadora de todas as outras estaes com quem tem conectividade num sistema de n estaes, so necessrios pelo menos n-1 receptores e desmoduladores

a estao acede apenas poro da banda-base FDM que lhe diz respeito

Plano de frequncias banda do transpositor 36 MHz atribuio de banda

1 portadora de 972 canais - banda base de 12 a 4 028 kHz

12 portadoras de 72 canais - banda base de 12 a 300 kHzMtodo de acesso aos recursos

acesso fixo, de um modo geral reconfigurao de recursos complexa

valor muito utilizado em sistemas correntes

exemplo de acesso nico

exemplo de acesso mltiplo

Acesso a satlites

banda base analgica ou digital

A reconfigurao de recursos exigiria a alterao da largura de banda dos canais na emisso e narecepo, o que se tornaria muito complexo. Por esta razo, os sistemas FDM/FM/FDMA, jobsoletos, operavam, de um modo geral, em acesso fixo.


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Acesso a satlites


Sistemas FDM/FM/FDMA

Aplicaes ligaes ponto-a-ponto da rede fixa, de mdia/grande capacidade

Sistema tpico FDM/FM/FDMA(representado apenas um sentido de transmisso)

T

satlite

estaes terrestres

enviam uma portadoracada com todo o seu

trfego de sada

estaes terrestresrecebem todas as portadorase extraem o trfego prprio

ligao ascendente 6 GHz

portadora tpica de 72 canais3 MHz de banda

(2,7 MHz + 0,3 MHz banda guarda)


ligao descendente 4 GHz

12 portadoras12 3 MHz = 36 MHz

E1

E2

1EkE

f

1 2 12

36 MHz

En

Do ponto de vista da interconexo entre estaes terrestre, este sistema pode ser visto como umamatriz de comutao de acesso total, isto , qualquer estao de origem pode enviar qualquerparcela do trfego total para qualquer estao de destino.


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Acesso a satlites


Sistemas SCPC/FDMA

Emisso e recepo cada estao transmite/recebe um canal modulado numa portadora independente

canal telefnico analgico comprimido e modulado em FM canal digital com dbitos at 64 kbit/s, modulado em PSK

trfego agregado numa estao central

assegura a interligao com a rede fixa

Plano de frequncias largura de banda atribuda por canal entre 22,5 e 45 kHz (64 kbit/s), nos sistemas correntes

Mtodo de acesso aos recursos

acesso fixo (equivalente a linhas alugadas) ou a pedido (trfego espordico)

portadora normalmente activada apenas quando h voz ou dados a transmitir

no tem efeito na banda ocupada

reduz potncia transmitida pelo transpositor

reduz interferncias

evoluo de sistemasanalgicos para digitais

SCPC/FM/FDMA ou SCPC/PSK/FDMA

Os sistemas SCPC/FDMA permitem configuraes de acesso de muito baixa capacidade,inclusivamente individuais, com estaes terrestres de reduzido custo e de pequena potncia,especialmente a partir da altura em que se passou a utilizar satlites de rbita LEO ou MEO.

O acesso pode ser fixo ou a pedido, neste ltimo caso correspondendo a atribuir, ou no, a banda deum canal a cada estao terminal.


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Acesso a satlites


Sistemas SCPC/FDMA

Aplicaes ligaes ponto-a-ponto do servio fixo, de muito pequena capacidade

Sistema tpico SCPC/FDMA para pequenas estaes terrestres

T

satlite

estaes terrestresenviam e recebem

portadoras com um canal

estao central

assegura interligaocom rede fixa


portadora modulada45 kHz de banda

banda do transpositor72 MHz ligao ponto-a-ponto 6/4 GHz

1 600 portadoras1600 45 kHz = 72 MHz

f

E1

E2E

n

1 2 1600

EC


1 600 portadoras1600 45 kHz = 72 MHz 72 MHz

Nesta configurao, o acesso das estaes terrestres ao satlite faz-se em SCPC, nos sistemas maisrecentes com portadoras com modulao digital.

A ligao estao central-satlite pode fazer-se do mesmo modo, isto , em SCPC (como mostra a

figura), ou, em alternativa, usando uma nica portadora modulada com um sinal TDM, competindoento s estaes terrestres identificar neste sinal TDM o canal que lhes diz respeito.


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Acesso a satlites


Sistemas SCPC/FDMA

Aplicaes comunicaes mveis de voz/dados

Sistema tpico SCPC/FDMA para servio mvel martimo

T

satlite

estaes mveisenviam e recebem

portadoras com um canal estao central terrestreassegura interligaocom rede fixa

ligao ascendente 1,64 GHz

portadora modulada45 kHz de banda


ligao ponto-a-ponto 6/4 GHz

40 portadoras40 45 kHz = 1,8 MHz

f

M1

M2 Mn

1 2 40

EC

ligao descendente 1,54 GHz

40 portadoras40 45 kHz = 1,8 MHz 1,8 MHz

Esta configurao idntica anterior.


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Acesso a satlites


Sistemas SCPC/FDMA

Aplicaes comunicaes empresariais de voz/dados/tele-servios RDIS

T

satlite

estao terrestre deemisso e recepo

estao central

assegura interligaocom rede fixa


portadora modulada2,4 - 64 kbit/s

ligao ponto-a-ponto 14/11 GHz

n portadoras moduladas

EC


portadora modulada256 - 2 048 kbit/s

Sistema tpico SCPC/FDMA com terminais VSAT

1,8 m

0,6 mestao terrestres de recepo

com terminais VSATVery Small Aperture Terminal

A designao VSAT exprime a possibilidade de se utilizarem antenas de pequenas dimenses parapermitir o acesso de terminais a redes de comunicao em aplicaes empresariais.

Em certos cenrios, as estaes terrestres apenas precisam de receber sinais difundidos pelo satlite,

usando-se neste caso antenas de menores dimenses do que no caso de estaes de emisso-recepo.


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Sistemas TDM/PSK/FDMA

Emisso e Recepo portadoras com modulao digital de sinais em banda base TDM com dbitos at 45 Mbit/s

interconexo entre estaes idntica a FDM/FM/FDMA

Plano de frequncias banda do transpositor 36 MHz ou superior atribuio de banda

canais com bandas compatveis com os dbitos suportados

Mtodo de acesso aos recursos acesso fixo, de um modo geral

Aplicaes evoluo de sistemas analgicos FDM/FM/FDMA sistemas digitais TDM/FDMA

ligaes ponto-a-ponto do servio fixo, de pequena/mdia capacidade novos servios digitais

ligaes Internet

designao Intelsat:IDR -Intermediate Data Rate carrier

reduz-se a complexidade comprejuzo da eficincia

Acesso a satlites

A configurao TDM/PSK/FDMA tem vindo a ser utilizada em ligaes ponto-a-ponto do serviofixo, de mdia capacidade, permitindo custos mais baixos do que os sistemas TDMA.

O acesso fixo uma soluo adequada a aplicaes em que a capacidade atribuda de forma semi-

permanente.

Neste sistema, por se basear em FDMA, no se faz normalmente a atribuio dinmica decapacidade, pois iria exigir ajustes da largura de banda, o que se tornaria complexo. Note-se queesta complexidade no existe no caso j referido de SCPC/FDMA, em que relativamente simplesefectuar uma atribuio dinmica de recursos, sem haver ajustes na largura de banda dos canais (abanda de um canal unicamente atribuda ou no).


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TDMA - Time Division Multiple Access

Sistemas TDMAEmisso

cada estao acede ao transpositor em exclusivo num intervalo de tempo, na sua vez transmite uma "rajada" de bits modulando a sua portadora a sequncia das transmisses de todas estaes constitui uma trama

Recepo a estao recupera a portadora e relgio de cada rajada da trama identifica a origem de cada uma das rajadas selecciona os sinais em banda base que lhe dizem respeito

Plano temporal cada estao utiliza um ou vrios intervalos de tempo o nmero ou a durao dos intervalos ajustvel de acordo com a capacidade requerida

Mtodo de acesso e partilha dos recursos acesso fixo (PA-TDMA) acesso a pedido (DA-TDMA) interpolao de voz (DSI ,Digital Speech Interpolation)

mtodo mais simples

mtodos que permitemmaior eficincia

Acesso a satlitesbanda base digital:

necessrio memorizar dados

Em TDMA, a possibilidade de ajustar dinamicamente o nmero e durao dos intervalos de tempodas rajadas de cada estao permite a implementao de tcnicas de acesso a pedido. Nestastcnicas, h uma estao de controlo que assume um papel central, autorizando os pedidos ecoordenando globalmente a atribuio de intervalos de tempo s estaes que participam nosistema.

Alm disso, a utilizao obrigatria de tcnicas digitais em TDMA, nomeadamente em servios decomunicaes de voz, permite a aplicao de uma outra tcnica atravs da qual, nos perodos depausas de conversao, os canais de satlite so libertados para serem utilizados por outrascomunicaes. Esta tcnica, denominada DSI, Digital Speech Interpolation (interpolao de voz),pressupe o estabelecimento de um perodo de tempo a partir do qual se considera que no hactividade no canal se o nvel de sinal estiver sempre abaixo de um dado limiar (de desactivao); eo estabelecimento de um outro perodo de tempo (curto) a partir do qual se considera que hactividade no canal se o nvel de sinal estivar sempre acima de um outro limiar (de activao). Neste

processo estatstico de tomada e libertao de canais de satlite, h sempre uma certa probabilidadede o nmero de canais terrestres que requerem activao exceder os canais de satlite disponveis, oque acarretar cortes mais ou menos longos na conversao entre utilizadores. A tcnica DSIpermite ganhos tpicos entre 2 e 2,5 (relao entre o nmero de canais de satlite e o nmero decanais terrestres).

Mais recentemente, a tcnica DSI tem vindo a ser utilizada em conjunto com ADPCM a 32 kbit/s ououtras tcnicas de compresso, permitindo duplicar, pelo menos, o ganho total. Este sistema conhecido por DCME (Digital Circuit Multiplication Equipment).


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Acesso a satlites


Sistemas TDMA

Operao de um sistema TDMA

Emisso e recepo num sistema TDMA(representado apenas um sentido de transmisso)

T

satlite

estaes terrestresenviam uma ou

vrias rajadas com

todo o seu trfegode sada

E1

E2 EnkE

rajada daportadoramodulada

12

n

rajadas

consecutivas detodas as estaes

trama

trama

estaes terrestresrecebem a

sequncia derajadas e extraem o

trfego prprio

Note-se que, em TDMA, a temporizao das emisses de rajadas das estaes definida de modo aque entrada do transpositor do satlite as rajadas de todas as estaes estejam em sequncia, semsobreposio nem intervalos excessivos (apenas um certo tempo de guarda entre rajadas adjacentes).Isto implica que a temporizao de uma dada estao resulte no s da posio relativa da sua rajadana sequncia de rajadas TDMA, mas tambm da distncia a que a estao se encontra do satlite.


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Acesso a satlites


Sistemas TDMA

Sincronizao da transmisso TDMA

estao de controlo envia rajadas de referncia da trama TDMA

estaes participantes sincronizam-se com a estao de referncia tendo em conta sequncia da estao na trama distncia da estao ao satlite

mtodo de auto-sincronizao

aplicvel se a estao terrestre "ouve" as suas prprias transmisses a estao envia rajadas de baixa potncia (sem interferir com as transmisses em curso) recebe o eco do satlitemede a sua temporizao relativamente rajada de referncia em operao normal, ajusta continuamente a temporizao

mtodo de sincronizao cooperativo

medidas de temporizao relativa efectuadas numa estao de controlo valores so transmitidos a todos as outras estaes, para ajustarem as suas transmisses estao de controle pode retirar de servio as estaes que no cumpram os valores

mtodo mais simples

mtodo mais seguro

O mtodo de auto-sincronizao, mais simples mas menos seguro, utilizado sobretudo em redescom um grande nmero de estaes de pequena dimenso, em que as preocupaes de custos sodeterminantes.

O mtodo de sincronizao cooperativa, mais complexo mas mais seguro, preferido nas aplicaesde grande capacidade da rede fixa, nas quais as estaes j tm, de qualquer modo, um nvel decomplexidade elevado.


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Acesso a satlites


Sistemas SCPC/TDMA

Aplicaes servio fixo pequena capacidade comunicaes mveis redes empresariais (VSAT)

Sistema tpico SCPC/TDMA(representado apenas um sentido de transmisso)

T

satlite


rajadas intermitentes daportadora modulada a 2 Mbit/s

um canal de satlite de 64 kbit/s



32 rajadas consecutivas daportadora modulada a 2 Mbit/s

24 grupos TDMA

E1

E2

En1E

kE

t

1 2 32

2 ms

SCPC/PSK/TDMA

Neste sistema, opera-se em TDMA em cada uma de 24 sub-bandas em que se divide a banda totaldo transpositor. Por combinar os mtodos FDMA e TDMA, aplica-se frequentemente a designaoF-TDMA.

Em cada grupo TDMA, h, no mximo, 32 estaes a transmitir, cada uma, um trfego de 64 kbit/s.A trama TDMA tem um perodo de 2 ms, o que significa que, em cada rajada, so transmitidos 16octetos de trfego de utilizador, a um dbito de cerca de 2 Mbit/s.


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Acesso a satlites


Sistemas TDM/PSK/TDMA

Aplicaes ligaes TDM ponto-a-ponto da rede fixa, de grande capacidade

Sistema tpico TDM/TDMA(representado apenas um sentido de transmisso)

T

satlite


rajadas intermitentes daportadora modulada a 120 Mbit/s

p canais de satlite de 64 kbit/s



rajadas consecutivas daportadora modulada a 120 Mbit/s

32 rajadas de trfego

E1

E2En

1EkE

t

1 2 n

2 ms

O sistema representado nesta e nas pginas seguintes refere-se a satlites Intelsat, o qual, por suavez, exibe muitas caractersticas comuns a outros sistemas.

Cada estao terrestre suporta um certo nmero de canais de satlite, embora, como foi discutido

anteriormente, possa ser suportado um maior nmero de conexes de canais terrestres, se foremutilizadas as referidas tcnicas de interpolao de voz.


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Estrutura de trama num sistema TDMA

estao 1 estao 2 estao 3 estao nref

tempos de guarda

CBTR - Carrier and Bit Timing Recovery sequncia de bits para sincronizao da portadora

e da recuperao de relgio bit

UW - Unique Word palavra de alinhamento da transmisso srie

SERV - Servio indicao da estao, comunicaes de servio

CDC - Control and Delay Channel

controlo da temporizao entre estaes

Acesso a satlites



Estrutura da trama TDMA uma rajada de referncia (ou duas, transmitidas por duas estaes, para redundncia)

sequncia de rajadas com trfego das estaes, separadas por tempos de guarda

UWCBTR SERV TRFEGOCDC UWCBTR SERV

A recuperao de sincronismo de portadora e de relgio de bit ter de ser executada em cada rajada,pelo que o prprio sistema transmite uma sequncia de smbolos no campo CBTR (Carrier and BitTiming Recovery) para facilitar o processo e torn-lo muito rpido.

A transmisso da sequncia UW (Unique Word) evita a necessidade de utilizar codificao PSKdiferencial, j que a ambiguidade de fase pode ser removida procurando a ocorrncia do padro debits associado a UW, nas diversas fases possveis (quatro, no caso de QPSK).

No campo CDC (Control and Delay Channel) executa-se o protocolo de sincronizao cooperativoentre estaes.


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Acesso a satlites



Especificaes gerais do sistema TDMA INTELSAT

Modulao QPSKDbito total 60,416 Mbaud 120,832 Mbit/s compatvel com transpositor de 72 MHz

mxima eficincia de potncia

Codificao absolutacodificao diferencial no necessriaambiguidade de fase resolvida pelo contedo de UW

Recuperao deportadora e relgio

48 smbolos no modulados +

128 smbolos modulados

corresponde a transmitir uma portadora contnua

corresponde a transmitir uma sequncia 0011001100...

Trama

compromisso entre atraso e eficincia(exige memorizao de 16 octetos a 8 kHz)

perodo 2 ms242 080 bits 121 040 smbolos

Canais de satlite 64 kbit/s 16 octetos p/ rajada

Eficincia

Parmetros Caracterizao Observaes

relao entre o dbito til e o dbito total para n estaes

2 rajadas de referncia32 rajadas de trfego (mximo)

mximo de 32 estaes participantesmximo de 16 rajadas de uma nica estao

mximo das unidades de canais interpoladosCapacidade dassub-rajadas de

trfego

suportam canais terrestres com dbitos de 64 kbit/s, mltiplos ousub-mltiplos deste valor

= 1 (2 704 + n 688) / 242080

mximo das unidades de canais no interpolados128 canais satlite 8 192 kbit/s

127 canais satlite240 canais terrestres

Para a recuperao de portadora e relgio, transmitem-se no campo CBTR, numa primeira fase,smbolos no modulados para facilitar a recuperao de sincronismo da portadora; numa segundafase, transmite-se uma sequncia de smbolos correspondentes sequncia binria "00110011..." deforma a obter, em cada um dos canais em quadratura, uma sequncia "0101...", a qual permiterecuperar muito facilmente a frequncia de relgio de bit.

A eficincia do sistema pode ser calculada a partir da diferena entre a unidade e a fraco debits/smbolos sem contedo de informao: duas rajadas de referncia, os prembulos das rajadas detrfego e o equivalente em bits dos respectivos tempos de guarda. A eficincia tanto maior quantomenor for o nmero n de estaes para uma situao tpica de 16 estaes, o valor calculado decerca de 95%.


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Acesso a satlites



estao 1ref

UWCBTR SERV TRFEGOCDC

352

ref estao 2 estao n

48 160 16

UWCBTR SERV

352

576 128

242 080

0

160

k1j2 31DSI-AC

canais no interpoladoscanais interpolados

128 128 128 128

16

canais de satlite

1532116 octetos por cadacanal de satlite

8 88

trama

Estrutura e nmero de bits das tramas TDMA do sistema INTELSAT

DSI Digital Speech Interpolated unit unidade de canais interpoladosDNI Digital Non Interpolated unit unidade de canais no interpoladosDSI-AC Digital Speech Interpolation Assignment Channel controlo de atribuio de canais interpolados

DSI-1 DNI-1 DNI-iDSI-2 DNI-2sub-rajadas de trfego

interpolado e no interpolado

j 127k 128

48

DSI-i

Em cada trama TDMA, o trfego constitudo por sub-rajadas com interpolao de voz e sub-rajadas sem interpolao, estes ltimas necessariamente utilizadas para comunicao de dados semrestrio. Cada sub-rajada poder estar associada a uma dada estao de destino.

Cada sub-rajada com interpolao de voz dispem de um canal de controlo (DSI-AC), no qual asestaes terminais trocam mensagens de atribuio e libertao de canais de satlite a canaisterrestres de comunicao.

Nos intervalos de guarda no h transmisso, exprimindo-se, no entanto, na figura, o nmero de bitsque corresponderiam quele perodo.


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Acesso a satlites

CDMA - Code Division Multiple Access

Sistemas CDMA

Emisso o terminal transmite logo que tenha dados disponveis

cada bit modulado por uma sequncia de pseudo-aleatria de bits (cdigo ou chave)atribuda ao terminal (tipicamente constituda por 100 a 10 000 bits)

o sinal resultante assim espalhado numa banda muito maior do que a necessria paratransmitir o sinal original (spread spectrum)

Recepo a mesma sequncia utilizada para reagrupar o sinal recebido e recuperar os dados

os sinais de outros utilizadores constituem interferncias sobre o sinal recebido

Atribuio de cdigos cada estao tem um cdigo ortogonal ao das outras estaes, para minimizar a interferncia

Mtodo de acesso aos recursos acesso fixo acesso a pedido

no requer coordenao entre utilizadores, a no ser aatribuio de cdigos ortogonais entre si

A grande vantagem do CDMA a possibilidade de operar sem necessidade de coordenao entre asestaes: no necessrio nenhum mtodo de atribuio de banda ou intervalos de tempo, nem seexige sincronizao.

A entrada em modo de transmisso de um novo utilizador apenas aumenta a interferncia sobre osoutros utilizadores, no existindo, por isso, um limite rgido para a capacidade. Da mesma forma, osistema aproveita intrinsecamente os perodos de pausa, nos quais, no havendo transmisso, ainterferncia reduz-se, permitindo a entrada de outros utilizadores: por isso, so dispensveis osmtodos de gesto dinmica de recursos, como o DSI.

Veremos j de seguida algumas desvantagens.


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Acesso a satlites


Sistemas CDMA

Operao de um sistema CDMA

ck(t) - sequncias pseudo-aleatrias (cdigos)

caractersticas desejveis

ortogonais

auto-correlao baixa

fonte 1

c1(t)

espalhamento do sinal

fonteN

cN(t)

fonte k

ck(t)

agrupamento do sinal

desmodulador

ck(t) receptor do sinal k

Multiplexagem de canais em CDMA

( ) ( )

== ik

ikAtctc i

T

k

b

para,0

para,0

dbito binrioRb

dbito chips

Rc = c Rbcomprimentode cdigo c

Conforme est indicado na figura, aps a multiplicao pelo cdigo, o sinal transmitido tem umdbito e, consequentemente, uma largura de banda, muito maiores do que o original.

Os cdigos so sequncias pseudo-aleatrias (PRS, pseudo-random sequence), tambm designadas

de sequncias de pseudo-rudo (PN,pseudo-noise).

A ortogonalidade entre os cdigos garante que no haver correlao entre os sinais dos vrioscanais, constituindo apenas interferncia mtua, com as propriedades do rudo branco.

A auto-correlao baixa permite sincronizar a deteco no receptor de um dado canal, que usa omesmo cdigo empregue no correspondente emissor. Para este efeito, fazem-se deslocamentos chipa chip no receptor at ser obtido um sinal acima de um nvel de referncia (como a auto-correlao baixa, enquanto os chips recebidos no estiverem alinhados com o cdigo no receptor, no haversinal detectado). Um problema que, para sequncias muito longas, este processo pode serrelativamente demorado.

Para lidar com diferentes dbitos de fonte, altera-se normalmente o comprimento dos cdigos demodo a garantir um dbito de chips constante: o processo apresenta, contudo, limitaes paradbitos mais elevados, podendo optar-se por atribuir mltiplos cdigos mesma fonte, de modo adisponibilizar dois ou mais canais para suportar uma nica conexo de alto dbito.


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Acesso a satlites


Sistemas CDMA

Operao de um sistema CDMA

bk(t)

ck(t)sequncia

PRS

mk(t)

n(t) + i(t)rudo e interferncias

de outros canais

r(t)

ck(t)sequncia PRS

zk(t)

bTdt

0

emissor canal

deciso

receptor

bk*(t)

( ) ( ) ( ) ( ) ( )titntbtctr kk ++=

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( ) ( ) ( )[ ]titntctbtitntctbtctrtctz kkkkkkk ++=++== 2

( ) ( )tbtb kk =*

se no existirem erros

Modelo de um sistema CDMA em banda base

filtro adaptadoou correlacionador

( ) ( ) ( )tbtcti iki

i

=

mesma potnciana recepo

bits deinformaotransmitidos

chipsbits de

informaorecebidos

A deduo acima demonstra a capacidade de recuperar os dados num sistema CDMA. Na presenade rudo e, em especial, de outros sinais interferentes no mesmo sistema, que ocupam a mesmabanda, o filtro adaptado, ao fim do tempo Tb de bit, apresentar sada um nvel correspondente aosinal original, mais uma componente aleatria de mdia nula. A remoo dos termos indesejveis possvel, precisamente pelo facto de os cdigos serem ortogonais. O dispositivo de decisoremover este termo aleatrio, regenerando o sinal original, eventualmente com erros.

Deve notar-se que a situao ideal s ocorrer se os sinais de todos os canais forem recebidos com amesma potncia. Caso contrrio, haver sinais que dominam no receptor, reduzindosignificativamente a capacidade de recepo dos sinais mais dbeis.

A condio de potncias equivalentes na recepo s pode ser garantida com um sistemarelativamente complexo de controlo adaptativo da potncia transmitida, o que constitui uminconveniente do CDMA.

Note-se que no sinal r(t) que chega ao receptor, a potncia do sinal desejado pode estar muitoabaixo da potncia de rudo e interferncias. Isto , em sistemas com espalhamento de banda, o sinalpode estar "escondido" por baixo de outros sinais, o que do ponto de vista de segurana constituiuma vantagem enorme para certas aplicaes, nomeadamente militares.


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Acesso a satlites


Sistemas CDMA

Aplicaes servio fixo pequena capacidade comunicaes mveis redes empresariais (VSAT)

Sistema tpico CDMA(representado apenas um sentido de transmisso)

T

satlite

estaes terrestresenviam uma portadora numamesma banda modulada comum sinal em banda espalhada

com um cdigo prprio

f

E1

E2

En

12

500

5 MHz

ligao descendente 4 GHz 500 sinais em

banda espalha

estaes terrestres recebem os sinais em

banda espalhada e extraem o trfego que lhe destinado usando os respectivos cdigos

kE



portadora moduladadbito de bits: 8 kbit/sdbito de chips: 2 048 kchip/s

A figura ilustra uma aplicao de um sistema CDMA que utiliza cdigos de 256 bits. Cada sinal de64 kbit/s espalhado numa banda de 5 MHz, sendo reagrupado no receptor com o cdigorespectivo.


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Satlites digitais

Tipos de transpositores transpositores de tipo bent pipe ("tubo encurvado)

funes de amplificao e transposio de frequncia

utilizados em ligaes analgicas (necessariamente) e em ligaes digitais transpositores digitais

processamento de sinais a bordo

utilizados em ligaes digitais

Processamento a bordo

regenerao e correco de erros FEC

reconfigurao de recursos do satlite

comutao dinmica de feixes

multiplexagem de contedos no satlite

diversas optimizaes do sistema

rudo cumulativo na ligao

ganho de alguns dB

Acesso a satlites

flexibilidade de alterao decobertura e servios

aumento substancial da

capacidade do sistemamelhor explorao de redes dedifuso de TV e dados

A introduo de satlites regenerativos apresenta um conjunto de vantagens equivalentes sexistentes nos feixes hertzianos terrestres, quando os repetidores passam a ser regenerativos.

H, contudo outros benefcios a ter em conta, nomeadamente em termos de flexibilidade de

reconfigurao semi-permanente de recursos de satlite, que requer capacidade de interconexo abordo: nos satlites no regenerativos, a interconexo faz-se no domnio das frequncias, em RF ou IF, envolvendo

toda a banda dos transpositores, ou em sub-bandas (nunca muito estreitas), recorrendo a baterias de filtros comalguma complexidade;

nos satlites regenerativos, o processamento digital a bordo baseado em matrizes de comutao temporalpermite maior simplicidade e grande flexibilidade, com excelente granularidade, at ao nvel do canal desatlite.

A comutao dinmica em satlites TDMA outro avano significativo, discutido em mais detalhena pgina seguinte.

Em gerao mais recentes de satlites digitais, tem sido explorada a capacidade de agregardirectamente no satlite contedos de informao, especialmente programas de televiso emMPEG-2, mas tambm outros contedos, como trfego Internet:

nos satlites no regenerativos, os pacotes digitais de programas de televiso so constitudos em cada estaoterrestre de emisso exige meios adicionais de transporte para transferir os programas dos locais de produode contedos para os locais onde se faz a emisso da ligao ascendente;

nos satlites regenerativos, existe a possibilidade de os programas serem individualmente transmitidos para osatlite directamente a partir do respectivo local de produo, com estaes de pequena dimenso, j que asligaes so de dbito relativamente baixo (da ordem dos 4-5 Mbit/s) permite efectuar directamente nosatlite a composio dos pacotes digitais.


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Satlites digitais

Acesso a satlites

matrizdistribuio

satlite

trfego da estao Apara as estaes B e C

controlocomutao

estao decontrolo TDMA

Princpio da comutao de feixes(representado apenas um sentido de transmisso)

estao B

estao Cestao A

trfegocomutado

feixespontuais

A comutao dinmica de feixes utilizada em satlites TDMA e baseia-se nos seguintes princpios(explicao referida figura):

no sistema TDMA convencional, se a estao A pretendesse transmitir para as estaes B e C, o feixedescendente teria de ter uma cobertura alargada, que abrangesse simultaneamente as estaes B e C;

em alternativa, neste sistema, o satlite disponibiliza feixes pontuais para cobertura de regies muito maislimitadas no espao;

as rajadas da estao A, que contm sub-rajadas destinadas s estaes B e C (e eventualmente outras), so agoracomutadas no satlite, de forma a encaminhar o trfego para os feixes pontuais respectivos.

As vantagens deste sistema so mltiplas: ao utilizar feixes pontuais, o ganho das antenas do satlite maior, logo aumenta o EIRP e o G/T dos sub-

sistemas do satlite, ou em alternativa, permite reduzir as potncias de transmisso;

como os feixes pontuais esto separados geograficamente, aumenta a capacidade global de reutilizao defrequncias.

Esta separao espacial explora uma nova dimenso no processo de acesso mltiplo. Por isso, esta tcnica muitas

vezes designada de acesso mltiplo por diviso de espao (SDMA, Space Division Multiple Access), sendo oequivalente da diviso em clulas utilizada em redes de comunicao mvel.


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Acesso a satlites

Comparao entre sistemas de acesso

Anlise comparativa de FDMA, TDMA e CDMA

CaractersticasFDMA

tecnologia

Tcnica de acesso mltiplo

simples e dominada h largos anos

introduzida pelo transpositor,sobretudo sada do amplificadorde potncia

intermodulaoentre canais

TDMA

s est presente uma portadora notranspositor: o canal pode serigualizado

mais complexa, nomeadamente emtermos de controlo global, masactualmente dominada

controlo depotncia da ligao

ascendente

necessria em ligaes muitoafectadas por interferncias por

intermodulao

no necessria

mais baixa: o transpositor tem deoperar abaixo da saturao

elevada: o transpositor pode operarprximo da saturao

sincronizao entreestaes

no necessriacrtica para o bom funcionamentodo sistema

eficincia depotncia

CDMA

a mais complexa de todas

no necessria

introduzida pelo transpositor,sobretudo sada do amplificadorde potncia

mais baixa: o transpositor tem deoperar abaixo da saturao

necessria em todas as ligaes parano privilegiar nenhum canal

memorizao deinformao

no necessrianecessrio armazenar grandesquantidades de informao:aumenta o atraso total

no necessria

Esta tabela e a seguinte resumem as principais caractersticas das tcnicas de acesso j analisadas,agora numa perspectiva de comparao em que se destacam vantagens e desvantagens relativas.

No possvel eleger nenhuma tcnica fora do contexto concreto, j que continuam a ter as suas

reas prprias de aplicao, em que as suas vantagens so decisivas e as desvantagens menosrelevantes.


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Acesso a satlites

Comparao entre sistemas de acesso

Anlise comparativa de FDMA, TDMA e CDMA

CaractersticasFDMA

Tcnica de acesso mltiplo

TDMA

comutaodinmica a bordo

praticamente invivelpermite comutao dinmica dotrfego entre estaes: comutarajadas de trfego

CDMA

capacidade doscanais de trfego

permite canais de banda larga,desde que no seja ultrapassada abanda total do sistema

difcil suportar canais de dbitomais elevado: exige, por exemplo,cdigos mltiplos

difcil gerir a activao /desactivao canais para aproveitaras pausas

permite canais de dbito elevado,desde que no seja ultrapassado odbito total do sistema

pouco adaptado a tcnicas decomutao a bordo: exigedescodificar todos os canais

aproveitamento depausas de

comunicao

ajuste dinmico detrfego

difcil ajustar dinamicamente otrfego: exige emisso e recepocom banda varivel

fcil ajustar dinamicamente otrfego: basta atribuir intervalos detempo de maior ou menor durao

capacidade total dosistema

limite rgido imposto pela bandatotal do sistema

limite rgido imposto pelo dbitototal do sistema

limitado apenas pela interfernciaaceitvel, mas sem limite rgido decanais

fcil ajustar dinamicamente otrfego: basta variar o comprimentodo cdigo utilizado pelo canal

utilizadas tcnicas de interpolaode voz (DSI ,Digital Speech

Interpolation)

aproveitamento intrnseco: bastano transmitir o sinal para reduzir ainterferncia sobre outros canais

reconfigurao detrfego no satlite

difcil reconfigurar cobertura eservios: interconexo complexa no

domnio das frequncias

fcil reconfigurar cobertura eservios: interconexo simples no

domnio dos tempos

relativamente difcil reconfigurarcobertura e servios: exige

descodificar todos os canais


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Acesso a satlites

Resumo de servios por satlite versus sistemas de acesso

Monocanal telefonia

Acessosimples

Sinal analgico transmitido

servio fixo de pequenacapacidade

comunicaes mveisFDMA

TV

contribuio ou


acesso fixo

acesso fixo ou a pedido

TDMA

Servios

Formasde acesso

Servios

Acesso

Servios

Formasde acesso

Servios

Formasde acesso

CDMA

SCPC /FM /

FDMA

SCPC /FM

FDM

servio fixo de mdia ougrande capacidade

servio fixo de grande

capacidade

acesso fixo

acesso fixo

FDM /FM /

FDMA

FDM /FM

Esta tabela e a seguinte sintetizam a aplicao dos sistemas de acesso aos diversos tipos de servioconsiderados.

Quando se analisa as tcnicas de acesso para cada tipo de servio eliminam-se algumas

possibilidades sem interesse prtico, continuando a existir casos em que as tcnicas de acessocompetem entre si, para um dado tipo de servio.


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Acesso a satlites

Resumo de servios por satlite versus sistemas de acesso

Monocanal telefonia / dados

Acessosimples

Sinal digital transmitido

servio fixo de pequenacapacidadecomunicaes mveisVSAT

FDMA

TV

contribuio ou


acesso fixo


TDMA

Servios

Formasde acesso

Servios

Acesso

Servios

Formasde acesso

Servios

Formasde acesso

CDMA

SCPC /PSK /FDMA

SCPC /PSKou

MCPC /PSK

TDM


servio fixo de grande

capacidade

acesso fixo

acesso fixo

TDM /PSK /FDMA

TDM /PSK



TDM /PSK /

TDMAacesso fixo ou a pedido

SCPC /PSK /

TDMA



SCPC /PSK /CDMA


A tendncia , naturalmente, de evoluo para os sistemas digitais reflectidos neste quadro.


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sensores

de seguimento

sensoresde estado

Segmento do satlite

Subsistemas do satlite

receptorde dadosan

tena

sistema decontrolo

informao de estadoe seguimento

motoreselctricos

motores

de gs

comandos recebidos informao de estado e seguimentocomandos para confirmao

emissorde dados

antenas

transpositores de comunicaes

transpositores de comunicaes

antena

antenas

fontes de alimentao de energiapainis solares

Diagrama-blocos simplificado de um satlite tpico de telecomunicaes

trfego trfego

Analisaremos os seguintes subsistemas de um satlite de telecomunicaes: subsistema de controlo de atitude e rbita;

subsistema de telemetria, seguimento e comando;

subsistema de alimentao de energia;

subsistemas de comunicao.


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Segmento do satlite

Subsistema de controlo de atitude e rbita

Atitude do satlite

Sistema de estabilizao de trs eixos

trs discos giratrios, (um por eixo) ou um disco montado em engrenagens giratrias

um motor de gs por cada eixo (polarizam o momento angular dos discos)

Sistema de estabilizao por rotao do corpo do satlite

o corpo do satlite roda em torno do seu eixo

as antenas e subsistemas de comunicaes rodam relativamente ao corpo do satlite porforma a apontarem para a Terra permanentemente

dois motores de gs permitem correces nas direces perpendiculares do eixo do satlite

rbita do satlite

no podem ser usados discos de momento controlados electricamente so usados motores de gs para criar aceleraes lineares

correco a menos de 0,1 em cada eixo

correco da posio a menos de 0,1(75 km) da situao nominal

motores elctricosgeram efeito giroscpico

Este subsistema constitudo por motores de gs destinados a mover o satlite para a sua rbitacorrecta, quando foras externas o desviam da sua posio normal, e motores de gs ou motoreselctricos com efeito giroscpico que controlam a atitude (orientao) do satlite.


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Satlite com estabilizao de trs eixosSatlite com estabilizao por rotao

do corpo do satlite

Segmento do satlite

Subsistema de controlo de atitude e rbita

O tipo de estabilizao de um satlite imediatamente reconhecido pela forma geral do satlite: satlite com estabilizao de trs eixos: corpo de tipo paralelepipdico, antenas nas faces e painis solares planos

e orientveis (ver sistema de alimentao de energia);

satlite com estabilizao por rotao do corpo do satlite: corpo cilndrico de grandes dimenses revestido de

clulas solares, com antenas montadas numa plataforma situada numa das bases.


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Telemetria, seguimento e comando (TT&C, Telemetry, Tracking and Command)

Telemetria

Informao de estado combustvel

tenso e corrente na fonte

tenso e corrente em cada parte crtica do subsistema de comunicaes

temperatura

Seguimento

Informao de seguimento medidas no satlite de sensores de acelerao, de velocidade e de pontaria para a Terra

observao terrestre do efeito Doppler na portadora de TT&C (ver adiante)

medidas angulares precisas efectuadas em estaes terrestres

radar (o satlite o alvo que opera como repetidor activo)

responsvel pelo envio de informao de sensores no satlite

Segmento do satlite

responsvel pela localizao precisa do satlite (a menos de 100m)

Estes sistemas esto parcialmente no satlite e na estao terrestre de controlo.

O sistema de telemetria envia para a estao de controlo informao de vrios sensores do satlite,que monitoram o funcionamento dos sistemas mais importantes.

O sistema de seguimento, embora se considere associado ao segmento do satlite, estefectivamente situado na estao terrestre de controlo. Destina-se a obter estimativas dos elementosorbitais do satlite, a partir de diversos tipos de parmetros medidos no satlite e na Terra. Atravsdestes parmetros ser possvel calcular a elevao, azimute e distncia do satlite em relao aqualquer estao terrestre. Recolhe ainda informao de sensores de pontaria do satlite para aTerra.


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Sistema de transmisso da informao de TT&C

portadora modulada digitalmente em PSK ou FSK dbito baixo para permitir obter elevado S/N

bandas utilizadas: UHF, banda S, banda C

Segmento do satlite

Telemetria, seguimento e comando (TT&C, Telemetry, Tracking and Command)

Comando

Aces de comando alteraes da atitude e rbita

controlo do subsistema de comunicaes (antenas e transpositores) controlo das manobras de entrada na rbita nominal

Protocolo de comando garantia de segurana

operao tpica o comando convertido numa palavra de cdigo que enviada para o satlite o satlite verifica a validade da palavra e repete-a para Terra a estao terrestre confirma a palavra e envia um comando de execuo

responsvel pela execuo de aces no satlite

O sistema de comando processa a informao de telemetria e seguimento e envia comandos para osmotores do satlite, de forma a corrigir a posio e atitude do satlite. Controla ainda a pontaria dasantenas e a configurao dos transpositores, de acordo com os requisitos de trfego. A fiabilidadedestas operaes assegurada atravs de um protocolo baseado em confirmaes.

A transmisso de dados dos sensores e de comandos entre a estao de controlo e o satlite suporta-se numa ligao independente, com redundncia. Na fase de lanamento do satlite, a ligaoprincipal poder no estar operacional, recorrendo-se ento a ligaes alternativas em UHF comantenas quase omnidireccionais.


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Segmento do satlite

Alimentao de energia

Fonte primria de alimentao: painis solares intensidade da radiao: 1,39 kW/m2

eficincia: 10 a 15% (decresce com a idade devido ao bombardeamento de partculas)

Satlite com estabilizao por rotao corpo cilndrico revestido de clulas solares

Satlite com estabilizao de trs eixos painis planos abertos quando o satlite entra na rbita geoestacionria

para a mesma potncia, os painis planos requerem 1/3 da rea do corpo cilndrico

os painis planos esto sujeitos a maiores temperaturas e bombardeamentos de partculas

Alimentao durante os eclipses o satlite transporta baterias de reserva

alguns subsistemas de comunicao (ex.: TV) so desligados se possvel, os satlites so normalmente colocados a 20W da regio de cobertura para queo eclipse se d por volta da 1 hora da madrugada

Todos os componentes do satlite so alimentados por clulas solares. A maior parte da energia utilizada pelo subsistema de comunicaes, e em especial pelos seus emissores.


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Exemplos de configuraes

Bandas 6 / 4 GHz

500 MHz de banda total 12 transpositores por polarizao 36 MHz banda / 40 MHz separao reutilizao de frequncia e polarizao converso de frequncia simples

Bandas 14 / 11 GHz

260 MHz de banda total 6 transpositores por polarizao 36 MHz banda / 40 MHz separao reutilizao de frequncia e polarizao converso de frequncia dupla (14/11GHz)

Segmento do satlite

Subsistema de comunicao

Transpositores para evitar sinais de banda muito larga recorre-se a vrios transpositores (ex.:6, 12, 20, 24)

cada transpositor tem uma banda reservada no plano de frequncias (ex.:36, 40 ou 72 MHz)

cada transpositor fica associado a uma nica ou a um conjunto de estaes terrestres caractersticas mais importantes

boa rejeio de frequncias fora da banda (outros canais e produtos de intermodulao)

boa linearidade da resposta em amplitude e fase

baixa distoro harmnica

potncia de sada significativa

transponder: designao corrente para um repetidor de satlite

O sistema de comunicaes a parte fundamental de um satlite de comunicaes, e a parte restantedo satlite tem como funo dar suporte a este sistema. No entanto, o equipamento de comunicaesrepresenta apenas uma pequena percentagem do peso e volume do satlite.


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Segmento do satlite

Exemplos de planos de frequncias e polarizaes

(a) Bandas 6 / 4 GHz

(b) Banda 14 / 11 GHz

3,720 3,760 3,800 3,840 3,880 3,920 3,960 4,000 4,040 4,080 4,120 4,160

3,740 3,780 3,820 3,860 3,900 3,940 3,980 4,020 4,060 4,100 4,140 4,180H

V

5,945 5,985

H

V6,025 6,065 6,105 6,145 6,185 6,225 6,265 6,305 6,345 6,385

5,965 6,005 6,045 6,085 6,125 6,165 6,205 6,245 6,285 6,325 6,365 6,425

10,970 11,010 11,050 11,090 11,130 11,170

H

V

14,270 14,310 14,350 14,390 14,430 14,470

10,990 11,030 11,070 11,110 11,150 11,190

14,290 14,330 14,370 14,410 14,450 14,490

(GHz)

(GHz)

(GHz)

(GHz)

(GHz)

(GHz)

H

V(GHz)

(GHz)

A necessidade de rentabilizar o espectro obriga reutilizao de frequncia e polarizao. Destaforma, pode duplicar-se o nmero de transpositores em cada satlite em relao situao de umanica polarizao. O reverso desta optimizao o aumento significativo das interferncias, emespecial quando, numa dada regio, so usadas polarizaes ortogonais nas mesmas bandas.

Os sistemas correntes adoptam uma grande diversidade de planos de frequncia e polarizao.Contudo, uma caracterstica muito comum, destinada a reduzir as interferncias, consiste em fazercoincidir as frequncias de uma dada polarizao com as bandas de guarda da polarizaoortogonal, como mostram os exemplos acima nas bandas de 6/4 GHz e 14/11 GHz.


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Segmento do satlite

Diagrama-blocos simplificado do subsistema de comunicao comtranspositores de converso simples

antenareceptora

LNA

conversordescendente

oscilador local2,225 GHz

amplif.

amplif.potncia

antenaemissora

5,925 - 6,425GHz

3,700 - 4,200GHz

divisodesinais

comutaoderedundncia

comutaoderedundncia

receptor

receptor redundante

combinaodesinais

igualizadores+ atenuadores

1

2

12

11

3

1

20

3,720

3,760

3,800

4,120

4,160

frequnciacentral (GHz)

Os transpositores de converso simples so os mais simples, mas tm piores caractersticas porefectuarem a maior parte da filtragem, amplificao e igualizao frequncia relativamente altacorrespondente emisso.

O andar de entrada um receptor de banda larga com um pr-amplificador de baixo rudo,normalmente com um FET de GaAs. includo um receptor de reserva que poder ser utilizado se ooutro ficar inoperacional. O ganho total do receptor, repartido entre o pr-amplificador e oamplificador aps o conversor. Desta forma evitam-se oscilaes que poderiam ocorrer se toda aamplificao fosse feita mesma frequncia.

Os atenuadores permitem controlar o ganho total do transpositor e, consequentemente, a potncia desada. atravs destes elementos que se estabelece a margem de saturao (backoff) de cadaamplificador de potncia.

Os amplificadores de potncia podero ser de estado slido (SSPA, Solid State Power Amplifier) outubos de ondas progressivas (TWTA, Travelling Wave Tube Amplifier). Os primeiros tm limitaesde potncia, pelo que nos satlites de grande capacidade e potncia o recurso a TWTs incontornvel.

Embora seja necessrio algum grau de redundncia ao nvel dos diversos componentes dostranspositores, os TWTs, em especial, tm tempos mdios de vida relativamente baixos, pelo que setorna necessrio disponibilizar um nmero adicional de dispositivos de reserva, os quais, em caso defalha do elemento operacional, podero entrar em funcionamento atravs de operaes decomutao (no exemplo da figura, a redundncia dos amplificadores de potncia do tipo 12+8).


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Segmento do satlite

Diagrama-blocos simplificado do subsistema de comunicao comtranspositores de converso dupla

antena

receptora

LNA

conversordescendente

oscilador local n113,300 GHz

amplif.FI

amplif.potncia

antenaemissora

14,25 - 14,51GHz

0,950 - 1,210GHz

divisodesinais

comutaoderedundncia

comutaoderedundncia

receptor

receptor redundante

combinaodesinais

1

2

6

5

3

10,970

11,010

11,050

11,130

11,170

frequnciacentral (GHz)

igualizadores+ atenuadores

1

10

conversoresascendentes

oscilador local n210,000 GHz

11,0904

Os transpositores de converso dupla optimizam as suas caractersticas recorrendo a uma frequnciaintermdia relativamente mais baixa, assegurando um melhor controlo da filtragem, amplificao eigualizao. Neste caso, necessrio utilizar um segundo conversor por transpositor, para elevar afrequncia intermdia para a frequncia de emisso.


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Segmento do satlite

Subsistemas de comunicao

Antenas

Monopolos e dipolos diagramas de radiao de grande largura de feixe ou mesmo omnidireccionais

aplicao em feixes de TT&C em UHF

Cornetas (horns)

diagramas de radiao com largura de feixe mdia (tipicamente de 10 a 20)

aplicao em feixes de cobertura global e feixes de TT&C

Antenas com reflectores

digrama de radiao de pequena largura de feixe

configurao do diagrama de radiao

reflector principal iluminado por uma ou mais cornetas alimentadoras

fase de alimentao das cornetas permite sintetizar o diagrama para uma dada regio

a mesma antena pode ser usada para feixes mltiplos (comutados ou no)

aplicao em feixes de cobertura de zona limitada

As antenas que suportam os feixes de trfego podero ser muito complexas e produzir diagramas deradiao configurados para a cobertura pretendida. Alm de aumentar o EIRP, esta soluo permitecontrolar o nvel de interferncia entre feixes que cobrem zonas contguas. A opo por feixescomutados, apesar de mais complexa, permite aumentar ainda mais o EIRP e reduzirsignificativamente as interferncias.

Alm de uma adequada separao espacial, as antenas de muitos sistemas tm de operar em duplapolarizao com um bom isolamento entras as polarizaes ortogonais (pelo menos 25 dB em toda area de cobertura).

As antenas de grandes dimenses tm a complicao adicional de terem de ser dobradas na fase delanamento, e s quando o satlite se encontra na sua posio orbital nominal que so abertas. Estetipo de requisitos requer, naturalmente, solues construtivas mais ou menos complexas.


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Tipos de cobertura de antenas de satlite

Largura do feixe

105,72,8

10,57

Dimetro de cobertura na Terra

6 274 km3 576 km1 787 km

627 km358 km


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Diagrama de contorno de um feixe pontual de um satlite

Cobertura tpica de um satlite INTELSAT sobre o Atlntico


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Antena com reflector com cobertura de feixes mltiplos


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Segmento terrestre

Tipos de estaes terrestres

Difuso (BSS,Broadcasting Satellite Service)

estao de recepo individual de TV

estao de recepo colectiva de TV

estao de recepo comunitria de TV

Comunicaes Fixas (FSS, Fixed Satellite Service) estao de grande capacidade com acesso simples

estao de pequena / mdia / grande capacidade com acesso mltiplo (FDMA / TDMA)

Comunicaes Mveis (MSS,Mobile Satellite Service) terminais de bolso ou transportveis para voz / dados

estaes em veculos, barcos e aeronaves para voz / dados

TVRO - TV Receive Only

As estaes terrestres diferem muito entre si, em funo do tipo de servio que prestam, desdeestaes de grandes dimenses, com antenas de 30 m de dimetro e 250 toneladas de peso, atterminais de bolso de pequenas dimenses e peso.

Para o servio de difuso directa de TV por satlite, as estaes terrestres tm apenas funo derecepo, sendo por isso as mais simples de todas. Existem, contudo, algumas diferenas:

sistema de recepo individual de TV recepo domstica

cada utilizador recebe os programas em frequncia intermdia num receptor de TV por satlite que, por suavez, disponibiliza ao receptor convencional de TV apenas um programa de um satlite, em cada instante;

sistema de recepo colectiva de TV pequeno conjunto de utilizadores (ex.: edifcio)

se a distribuio dos canais de satlite for em estrela e em frequncia intermdia, a partir de um n dedistribuio, a situao idntica anterior para cada utilizador, que dever possuir um receptor de TV porsatlite, mas diferentes utilizadores tm acesso a diferentes programas do mesmo satlite;

se a distribuio for em barramento na banda de UHF, os receptores de TV por satlite esto no n dedistribuio e cada utilizador pode aceder a mltiplos programas de vrios satlites em simultneo,

directamente a partir do receptor convencional de TV; sistema de recepo comunitria de TV largo nmero de utilizadores (ex.: head endde uma rede de cabo)

a distribuio efectuada em barramento na banda de UHF, tal como na segunda opo do sistema anteriorde recepo colectiva de TV.

Nesta disciplina, no mbito das aulas prticas, so estudadas as estaes deste tipo, que operam nasbandas de 10,7 a 12,75 GHz.

Em relao aos outros tipos de estaes, no faremos um estudo exaustivo das suas caractersticas,mas apenas alguns tipos no mbito das monografias do ano corrente, podendo ainda ser consultadasmonografias de anos anteriores e a bibliografia sugerida.


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Sries e constelaes de satlites

Comunicaes Fixas (FSS,Fixed Satellite Service) Intelsat (INTernational TELecommunication SATellite) Eutelsat (EUropean TELecommunication SATellite)

Difuso (BSS,Broadcasting Satellite Service) Astra (Socit Europenne des Satellites - SES)

Eutelsat (EUropean TELecommunication SATellite) HISPASAT (Sistema Espaol de Comunicaciones por Satlite)

Comunicaes Mveis (MSS,Mobile Satellite Service) Inmarsat (INternational MARitime SATellite) Iridium Globalstar

Navegao (localizao) GPS (Global Positioning System) GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) Galileo

Observao da Terra e Atmosfera Meteosat (METEOrological SATellite) NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)

Algumas organizaes operam grande nmero de satlites, quer em termos de sucessivas geraescom vrios satlites da mesma gerao, quer em termos de constelaes que asseguram coberturaglobal.

Para os principais operadores de sistemas de satlite acima indicados, poder ser encontradainformao relevante nas pginas WWW a seguir referenciadas:

Intelsat www.intelsat.com

Eutelsat www.eutelsat.com Astra www.astra.lu

HISPASAT www.hispasat.es Inmarsat www.inmarsat.com

Iridium www.iridium.com

Globalstar www.globalstar.com Meteosat www.eumetsat.de/ www.esoc.esa.de/external/mso/meteosat.html

NOAA www.noaa.gov

Sero apresentadas monografias sobre estes temas, podendo ainda ser consultadas monografias deanos anteriores e a bibliografia sugerida.

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[Apostila] Sistemas de comunicação por satélite