Aula 02 Comunicação via satélite Prof. Esp. Diovani Milhorim

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1 Aula 02 Comunicação via satélite Prof. Esp. Diovani Milhorim
Redes Wireless Aula 02 Comunicação via satélite Prof. Esp. Diovani Milhorim

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 Fatores Motivadores Sem dúvida, o maior fator motivador para a utilização de satélite como meio de transmissão, foi a inexistência de meios físicos entre localidades alvo da comunicação. Como os satélites podem cobrir praticamente quaisquer áreas do globo terrestre, são a melhor opção para atingir pontos de difícil acesso.. Outro fato determinante para a utilização de satélites como meio de transmissão foi a indisponibilidade de meios de transmissão digital a baixo custo. As atuais redes digitais não existiam ha 20 anos atrás.

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O Que é Satélite? Satélite é o elemento comum de interligação das estações terrenas, atuando como estação repetidora. Devido a sua altitude, permite a transmissão de sinais diretamente entre duas estações, sem que existam necessariamente pontos intermediários.

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Satélites geoestacionários Os satélites são ditos geoestacionários quando estes são colocados em uma órbita circular em torno da terra tal que a sua velocidade de rotação seja a mesma da terra, ou seja, para um observador na terra o satélite comporta-se como se estivesse estacionário em um determinado local no céu. De acordo com a lei de Kepler, o período orbital de um satélite varia conforme o raio da órbita elevado à potência 3/2, desta forma satélites colocados a uma altitude de aproximadamente 36000Km apresentam um período de 24 horas, girando assim a mesma velocidade da terra. Para a comunicação com este tipo de satélite as estações de terra podem utilizar antenas fixas, antenas estas que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação às móveis.

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Características da Comunicação Via Satélite. Disponibilidade e Qualidade Altas disponibilidade e qualidade são as principais características da transmissão via satélite. A disponibilidade, tipicamente, ultrapassa 99,5 % Flexibilidade Na Implantação Outra característica marcante é a flexibilidade no que tange a instalação e mudança de pontos, que podem ser efetuadas sem necessidade da existência de rede telefônica. Atraso Uma característica não tão desejável, na transmissão via satélite, é o atraso de propagação, como será visto adiante.

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Custo O custo de um canal independe da distância entre os pontos que integram a rede. A multiplexação dos dados permite a recuperação dos mesmos independentemente de sua localização geográfica. O custo da comunicação via satélite é compatível com o custo da comunicação analógica terrestre.

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Um sistema satélite é composto de um Segmento Espacial e um Segmento Terrestre. O Segmento Espacial é composto por um ou mais satélites e pelos equipamentos necessários às funções de suporte e operação dos satélites, tais como telemetria, rastreio, comando, controle e monitoração. O subsistema satélite é uma estação repetidora de microondas, repetindo sinais sobre grandes distâncias. 

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Subsistemas de Um Satélite Comunicações Telemetria, comando e rastreio Controle de atitude Propulsão Energia Controle térmico

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Subsistemas de Um Satélite O subsistema que mais nos interessa é o de comunicações. È um repetidor ativo que recebe, converte a freqüência, amplifica e retransmite para a Terra os sinais recebidos. Os circuitos são denominados Transponders. Cada Transponder é responsável pela recepção e retransmissão de uma determinada banda de freqüência. Um satélite tem, tipicamente, de 20 a 40 Transponders.

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Faixas de Freqüência Banda L – 1,5 a 2,5 GHz Banda C – 4,0 a 6,0 GHz Banda Ku – 11,0 a 14,0 GHz Banda Ka – 20,0 a 30,0 GHz

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Os Satélites do SBTS O SBTS, Sistema Brasileiro de Transmissão Por Satélite, de propriedade da Embratel, é composto por satélites com as seguintes características básicas: Giroestabilizados – atitude é mantida pela força centrípeta da metade que gira sobre o próprio eixo; Comprimento 7,1 metros; Diâmetro 2,16 metros; Massa: Kg (lançamento) e 671 Kg (órbita); 36 transponders, 36 MHz, 36 dBW; Freqüências 6,0 GHz (up) e 4,0 GHz (down); Energia: 982 W (inicial) e 799 W (final); Potência Irradiada (EIRP/canal): >= 34 dBW; Espectativa Vida Útil: 11 anos; Km de altitude em 65W e 70W

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O Segmento Terrestre O segmento terrestre é composto pelas estações terrenas de comunicação. Uma estação terrena é composta pelos seguintes componentes: Antena; Amplificadores de potência de transmissão (HPA); Amplificadores de recepção de baixo ruído (LNA e LNB); Equipamentos de comunicação (GCE)

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Antenas As antenas utilizadas pelas estações terrenas são do tipo parabólico, podendo variar a disposição do alimentador e refletores. Os diâmetros variam de 1,20 m (microestação VSAT) até 14 m (estação tipo HUB). Os 3 tipos de antenas mais comuns são: Cassegrain: 1 sub-refletor hiperbólico e 1 refletor parabólico; Ponto Focal: refletor parabólico com alimentador no ponto focal; Cassegrain Offset: Alimentador e sub-refletor desalinhados do vértice e do foco.

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Antena ponto focal Uma antena ponto focal é construída utilizando-se de um refletor parabólico, tendo o alimentador colocado no ponto focal. O alimentador é também conhecido como iluminador e pode ter diversas modelagem como em forma de corneta cônica, corneta piramidal e disco de anéis escalares.

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Antenas cassegrain Na antena tipo Cassegrain, o sinal depois de sub-refletir em um refletor elíptico localizado no ponto focal , dirige-se para o alimentador tipo corneta.

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Antenas off-set Nas antenado tipo assimétricas ou off-set, o sinal dirige-se para o alimentador que se apresenta como deslocado. Nesse tipo de antena, usa-se apenas um lado do refletor parabólico.

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Antenas A escolha do tipo das antenas é um dados de projeto. Normalmente as microestações tipo VSAT utilizam antenas tipo Offset. Já estações tipo Hub, de grandes dimensões, utilizam antenas tipo ponto focal ou cassegrain. Cada qual apresenta características diferenciadas de iluminação e absorção de ruído.

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Múltiplo Acesso e Modulação As técnicas de modulação utilizadas na transmissão via satélite são: FDM/FM SCPC/FM SCPC/PSK Múltiplo Acesso

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Múltiplo Acesso e Modulação Na modulação FDM/FM encontramos uma portadora modulada em freqüência (FM) por um sinal de banda básica formado por vários canais, divididos e multiplexados por divisão de freqüência (FDM).

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Múltiplo Acesso e Modulação Na modulação SCPC – canal singelo por portadora, cada canal é processado de forma individual e cada portadora é modulada por apenas um canal. Para transmissão de canais analógicos a portadora é modulada em freqüência (FM). Para transmissão de sinais digitais a portadora é modulada em fase (PSK).

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Múltiplo Acesso e Modulação No Múltiplo Acesso várias estações utilizam o mesmo repetidor simultaneamente. Existem 3 técnicas básicas de compartilhamento do satélite por Múltiplo Acesso: FDMA  TDMA  CDMA

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Múltiplo Acesso e Modulação FDMA – Múltiplo Acesso Por Divisão de Freqüência, com consignação única de freqüência para cada estação. Utiliza modulação SCPC/PSK. Não necessita de sincronismo comum à rede, apresentando portanto baixo custo de equipamentos. Utiliza, no entanto, mais segmento espacial, com maior custo do serviço. Usa técnicas bem conhecidas e dominadas, apresentando tempo de resposta bem definido. O sistema não é econômico para estações de alta capacidade de compartilhamento.

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Múltiplo Acesso e Modulação TDMA – Múltiplo Acesso Por Divisão de Tempo, com todas estações com mesma freqüência, em tempos diferentes. Divisão da faixa de Transponder no domínio do tempo, de modo que cada usuário possa empregar toda faixa de freqüência e toda potência disponível no instante em que transmite. Em cada instante apenas 1 usuário emprega o Transponder. Como não há intermodulação, o Transponder pode ser operado próximo à saturação (sem back-off). O sincronismo é complexo, implicando o alto custo das estações terrenas.

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Múltiplo Acesso e Modulação CDMA – Múltiplo Acesso Por Divisão de Código, onde todas estações se utilizam da mesma freqüência em tempos iguais, porém usando códigos diferentes, designados para seu uso exclusivo. Utiliza técnica de espalhamento espectral (spread spectrum). Próprio para transmissão de sinais digitais, apresenta grande robustez à interferências. Cada usuário combina o sinal a ser transmitido com um código de espalhamento diferente.

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VSAT – Very Small Apperture Terminal Os sistemas VSAT apresentam topologia em estrela, com duplo salto, para comunicação entre estações terrenas de pequenas dimensões e custo. No centro da rede fica uma Estação Principal, ou Hub, que gerencia a rede e roteia as mensagens entre as estações VSAT. A estação principal é de grandes dimensões, com antenas a partir de 10 m de diâmetro. As estações remotas, as VSATs, tem antenas de 1,2 m a 2,4 m de diâmetro.

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VSAT – Very Small Apperture Terminal A comunicação Estação Principal para a VSAT é feita através de um canal outbound através de multiplexação TDM. A comunicação VSAT para a Estação Principal é feita através de um canal inbound, combinando acesso aleatório com transmissão por reserva, com várias VSATs compartilhando o mesmo canal. Para reduzir o problema do atraso de propagação, utilizam-se protocolos com janela de transmissão e o tratamento local de protocolos (spoofing). É feita bufferização da mensagem.

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VSAT – Very Small Apperture Terminal Normalmente os projetos de rede contemplam um tempo de resposta de 3 a 4 segundos para 95 % dos casos, podendo chegar a 8 segundos. Normalmente as estações terrenas tipo VSAT são compostas por uma parte externa – outdoor unit, que inclui antena e equipamento de RF, e uma parte interna – indoor unit, que comporta FI e as interfaces de comunicação de dados, WAN e LAN. Os protocolos suportados geralmente são SDLC, X.25, IBM BSC, TCP/IP e VIP. Opcionalmente podem apresentar CODECs para transmissão de voz e facilidades de dial-backup