85468105 Rede de Comunicacao via Satelite

7/29/2019 85468105 Rede de Comunicacao via Satelite

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Rede de Comunicao via satlite

Introduo:

A comunicao via satlite tornou-se, desde a sua criao, a maior evoluo do homemno quesito comunicao. Atravs da comunicao via satlite foram possveis vrios

progressos, dentre eles e com destaque a rea das geocincias, as telecomunicaes e otransporte areo. Isto melhorou substancialmente a segurana e o desenvolvimentomundial.

Com o avano das tecnologias em microinformtica, o satlite passou a ser tambm omais importante meio de transmisso de dados, podendo interligar qualquer parte domundo em tempo quase real.

Um dos recursos mais empregados nas telecomunicaes so os satlites artificiais, quepodem ser geoestacionrios ou no geoestacionrios. A comunicao via satliteapresenta grandes vantagens em relao aos meios tradicionais, principalmente no que

diz respeito grande largura de banda disponvel. Em termos simples, o satlite comoum grande chaveador, recebendo sinais de uma VSAT e repetindo-o diretamente para oponto master. Dessa forma, sua rede tem um ponto no espao que facilita a transposiode grandes distncias.

Por se tratar de um meio que dispensa a utilizao de cabo e grandes investimentos eminfra-estrutura, pode atender diversas localidades isoladas como fazendas, pequenascidades e mesmo em barcos e caminhes.

Comunicao via satlite:

Definio:

O satlite, do ponto de vista de transmisso uma simples estao repetidora dos sinaisrecebidos da Terra que so detectados, deslocados em freqncia, amplificados eretransmitidos de volta Terra. Um satlite tpico composto de uma parte comum(bus) onde se encontram as baterias, painis solares, circuitos de telemetria e a parte

de propulso. Alm do bus temos a carga til (payload) composta essencialmente

dos circuitos repetidores, denominados transponders.

Transponder:

O transponder o dispositivo responsvel pela re-transmisso do sinal recebido econsiste de um conjunto de componentes eletrnicos que recebe o sinal da Terra (enlacede subida) e aps algum processa-mento como ganho de potncia, filtragem e translaode freqncia o retransmite para o planeta (enlace de descida). Um satlite geralmente composto de vrios transponders que atuam como unidades independentes de repetio,cada uma ocupando uma faixa exclusiva de freqncias, sendo importante paraaumentar a confiabilidade e versatilidade do satlite.

Um transponder composto por um amplifica-dor de baixo rudo, um filtro passa-faixa,osciladores de batimento e um amplificador de ganho varivel.


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O sinal recebido amplificado pelo amplificador de baixo rudo e, com o auxilio dooscilador de batimento, a freqncia convertida para outra que esteja dentro da faixade freqncia do sinal de descida. Este procedimento ocorre no misturador defreqncia.

O sinal de sada do conversor subtrativo filtrado pelo filtro passa-faixa, sendo estecom a finalidade de eliminar os sinais dos outros canais de transponders de freqncia

prxima.

Em seguida, o sinal de sada do filtro passa-faixa aplicado ao amplificador de ganhovarivel, onde a sada constantemente monitorada pelo circuito de controle automticode nvel (CAN), que regula a quantidade de amplificao proporcionada em funo donvel do sinal monitorado. Caso o sinal esteja abaixo do valor de referncia, aumentada a amplificao e, caso contrrio, ela reduzida.

O CAN disponibiliza uma tenso de sada que proporcional intensidade do sinalprocessado e, com esta tenso, realizado o ajuste de potncia, ou seja, o aumento ou a

reduo de potncia dos sinais enviados da Terra para o Satlite, na freqncia dotransponder afetado.

Depois de amplificado e regulado o nvel, o sinal enviado para o amplificador depotncia de trans-misso, que resulta no mecanismo amplificador.

Freqncias de operao:

Os satlites de comunicao usam as faixas C (4 a 8GHz), X (12,5 a 18GHz), Ku (12,5a 18GHz) e Ka (18 a 40 GHz).

A faixa C a mais utilizada nas transmisses telefnicas interurbanas e internacionais,bem como na transmisso de TV; a faixa X de uso militar e a Ku permite a TV porassinatura via satlite.

Sistemas de comunicao via satlite nas bandas Ku e Ka constituem uma tecnologiamoderna e de grande potencial em termos de servios de telecomunicaes. Devida freqncia elevada, servios de telecomunicaes como de telefonia, de dados e deteleviso podem ser realizados atravs de redes com topologia em estrela constitudas deestaes terminais de pequeno porte denominadas de VSAT (Very Small Aperture

Terminal), acopladas a uma estao central mestre (master ou HUB).

As redes VSATs so uma soluo tcnica-econmica interessante para pases emdesenvolvimento como o Brasil, pois possui grandes reas com comunidades remotasou isoladas.

Entretanto, nas Bandas Ka e Ku, a ocorrncia de chuvas tem sido uma preocupaodevida atenuao de propagao por elas causada. Em pases de clima Tropical eEquatorial como o Brasil esta preocupao maior considerando o regime de chuvasmais intensas. Tambm a atenuao por nuvens nestas regies significativa.Dependendo da intensidade da chuva uma interrupo do enlace via satlite podeocorrer, indisponibilizando o servio.


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Capacidade dos satlites

Os satlites de comunicao utilizam tcnicas para aumentar a capacidade de canaisdentro de uma faixa de freqncia. Os satlites brasileiros Brasilsat e Intelsat, operandona faixa C, entre 4 e 6 GHz utilizam freqncias entre 5925MHz e 6425MHz paratransmitir da Terra para o satlite e freqncias entre 3700MHz e 4200MHz paratransmitir do satlite para a Terra. Essas freqncias so divididas em 12 faixas, cadaum pertencendo a um transponder, veja na figura 01.

Fig. 1 Canais de um satlite com as curvas de resposta de cada 1 dos 12 transpondes

Para aumentar a capacidade de cada canal dentro da mesma faixa de freqncia, ossatlite utilizam dois sistemas de transmisso operando com polaridade cruzada deantenas. Para isso, um dos sistemas a polaridade vertical e outro a polaridade horizontal.Embora os sinais ocupem a mesma faixa de freqncia, as antenas conseguem separaros sinais, direcionando-os aos respectivos transponders. A polarizao cruzada permitiudobrar a capacidade de um sistema de comunicao por rdio. Os satlitesgeoestacionrios utilizam a polaridade cruzada para aumentar de 12 para 24 o nmerode canais.

Mltiplo Acesso:

O satlite de comunicao permite o acesso mltiplo, ou seja, vrias estaes terrestrespodem manter comunicao simultnea com o satlite, transmitindo ou recebendoinformaes, de acordo com a figura 2.

Fig. 2 Mltiplo acesso

O acesso mltiplo exige um gerenciamento preciso por parte da empresa operadora dosatlite, com o objetivo de evitar interferncia mtua entre as diversas estaes. Oacesso do satlite e feito por FDMA, SCPC e TDMA, desses o nico que suporta sinais

analgicos o FDMA, os demais transmitem sinais digitais.
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FDMA

No Acesso FDMA(Acesso Mltiplo por Diviso de Freqncia), a faixa de freqnciade um transponder subdividida em parties menores de tamanho varivel em funodo nmero de canais de voz transmitido em cada partio. Os canais de voz somultiplexados em freqncia, aplicado um modulador FM, e em seguida convertido

para a freqncia de enlace de subida, sendo transmitida para o satlite.

No satlite, o sinal recebido e convertido para a freqncia do enlace de descida eamplificado de pelo amplificador de potncia, para a ser devolvido para a Terra. Aestao terrena a que se destina o sinal seleciona a partio correspondente aotransponder desejado e extrai o sinal FDMA , recuperando sinal original, esse processoe ilustrado na figura 3, assim como o espectro de freqncia de alguns momento do

processo acima esto ilustrado na figura 4.

Fig. 3 Estrutura de acesso FDMA

Fig4 Espectro de freqncia em alguns pontos

O acesso FDMA aplica-se na transmisso de sinal telefnico analgico. So necessriosdos sentidos de transmisso para permitir a comunicao duplex (simultnea em doissentidos). Um ponto negativo do FDMA o baixo rendimento espectral, pois o nmeromximo de canais por transponder inferior a 500.

SCPC

O SCPC(um nico canal por portadora) destina-se transmisso da voz digitalizada a64kbps(ou dados com velocidade de at 2048kbps) na modalidade duplez. At 800
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canais de voz podem ser transmitidos dentro da faixa do transponder de 36MHz,utilizando-se a modulao QDPSK. Como a modulao QDPSK transmite 2 bits decada vez, a taxa de modulao de 32kbaud. Cada canal pode ocupar, no mximo,36MHZ/800= 45kHz.

No sistema SCPC o sinal aplicado a um modem QDPSK, sendo gerado um sinal deamplitude constante e fase chaveada contendo uma constelao de 4 pontos. Esse sinaldeve ocupar uma freqncia dentro de faixa de 52MHz a 88MHz. O valor da frequnciaexata determinada pela operadora do servio de satlite, sendo escolhido paracoincidir com uma faixa de freqncia livre do transponder. Depois de obtido o sinal ele transmitido para o satlite. No satlite, o sinal recebido e amplificado, e convertido

para a freqncia do enlace de descida e novamente amplificado, para obter os nveisde potncia, sendo retransmitido para a Terra. Na terra, a estao terminal terrena dedestino recebe o sinal vindo da satlite, converte-o para a freqncia intermediria, filtrao sinal FI e o converte para a freqncia especfica do demodulador, onde sorecuperados os dados e entregues para a rede de transmisso (fibra tica, cabo metlicoou rdio digital) e da so transportada at o usurio.

Tambm possvel, para o usurio, acessar diretamente a o satlite de comunicao.Para isto basta que instale os equipamentos e as antenas necessrios, alm de contrataros servios com a operadora do satlite, quando ser feita a configurao do acesso. O

processo descrito acima est ilustrado na figura5.

Fig. 5 Estrutura de acesso SCPC

TDMA

Essa forma de acesso muito parecida com a multiplexao por diviso de tempo. Adiferena que cada intervalo de tempo, chamado de partio, , em princpio,endereado para uma estao terrena diferente. Para isso, cada quadro formado por umnmero n de parties emitido, sendo cada partio dividida em 3 partes, de acordocom a figura 6.
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Fig. 6 Estrutura de acesso TDMA

O incio de cada quadro identificado por seu padro caracterstico de bits, contidos nareferncia. Em seguida, iniciam-se as parties de tempo que transportamos dados dousurio. Cada partio contem, no incio, uma quantidade de bits com a finalidade de

proteo, evitando a sobreposio do sinal da partio anterior. Aps os bits deproteo, segue o cabealho, contendo os bits de sincronizao e endereamento.Finalmente, so transmitidos os bits de dados do usurio. Os bits de sincronismo sonecessrios para sincronizar os caracteres de dados, identificando o primeiro bit de cadacaracter. Os bits de endereamento so os usados para identificar o destinatrio dosdados transmitidos a seguir.

A velocidade de transmisso para dados, varia entre 2,4 e 6,4 kbps. Sinais de voz podemser codificados a 32 ou 64 kbps.

Aplicaes:

Fig. 07 Aplicaes da Comunicao Via Satlite

As aplicaes onde a comunicao via satlite so mais indicadas so aquelas em que:

Deseja-se espalhar a mesma informao, no link de descida, por uma regio geogrficamuito extensa como, por exemplo, para a TV e a Internet.

Deseja-se atingir localidades remotas como, por exemplo, campos de minerao,madeireiras, propriedades rurais e suburbanos e postos em rodovias.

Deseja-se que o tempo de implantao seja muito rpido, ou de uso ocasional, como,por exemplo, para shows, rodeios, corridas de automvel.

A estao terrena mais popular que existe a VSAT, uma abreviatura para Very SmallAperture Terminal. Geralmente so estaes com antenas variando de 80 cm a 2 metrose pouco de dimetro.

Arquitetura

Uma rede VSAT composta de um nmero de estaes VSAT e uma estao principal(hub station).

A estao principal dispe de antena maior e se comunica com todas as estaes VSAT
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remotas, coordenando o trfego entre elas. A estao hub tambm se presta como

ponto de interconexo para outras redes de comunicao.

Gateways e Base Stations: so estaes terrestres.

GOCC (Ground Operations Control Center): Planeam e controlam o uso desatlites pelos terminais gateway e pela coordenao deste uso com o SOCC .

SOCC (Satellite Operations Control Center): Rastreia satlites, controla suas rbitase fornece servios de Telemetria e Comando (T&C) para a constelao de satlites.Tambm supervisionam o lanamento de satlites. Cada estao pertence e gerida porcada operador. Recebe transmisses dos satlites com o intuito de processar aschamadas e encaminh-las para a rede de destino terrestre. Um gateway pode servirmais do que um pas. Efetuam a integrao com as redes fixas ou mveis terrestres.

Categoria dos satlites

Existem trs tipos de satlites que se encontram em trs rbitas distintas:LEO (LowEarthOrbit): Aproximadamente 500-1500 km

MEO (MediumEarthOrbit): Aproximada-mente 6000-15000 km

HEO (HighEarthOrbit): a partir de 20000 km (onde se inclui GEO: GeostationaryorbitAproximadamente 36000 km)

Satlites de baixa rbita (LEO) e de mdia rbita (MEO)

rbitas LEO so aquelas em que os satlites viajam a uma altitude entre 500 e 3000 km,aproximadamente. Nas rbitas MEO os satlites esto viajando entre 13000 e 20000 kmde altitude. Como estas rbitas esto prximas Terra, o satlite tem de viajar a umavelocidade angular maior que a do planeta, pois caso contrrio, a fora de gravidade o

puxar para o solo, destruindo-o.

Os satlites LEOS so normalmente divididos em duas categorias: BIG LEOS eSMALL LEOS. A diferena entre eles que os BIG LEOS utilizam a faixa de

freqncia acima de 1GHz e os SMALL LEOS abaixo de 1GHz.

A velocidade mdia de um satlite LEO est em torno de 25000km/h, fazendo uma

volta completa em torno da Terra em cerca de 90 a 100 minutos. As rbitas podem sertanto circulares como elpticas, dependendo da necessidade do projeto a ser executado,

pois as rbitas elpticas fazem com que o satlite passe mais tempo sobre umadeterminada regio, facilitando e ampliando o tempo de comunicao entre o satlite e aestao terrestre.

Os satlites de comunicao utilizam estas rbitas, pois elas esto mais prximas Terra, fazendo com que os equipamentos utilizados possam ser menores, at portteis,

j que necessitam de pouca potncia para transmisso.
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Geo-estacionrios.

So assim denominados por serem colocadas em uma rbita sobre o equador de talforma que o satlite tenha um perodo de rotao igual ao do nosso planeta Terra, ouseja, 24 horas. Com isso a velocidade angular de rotao do satlite se iguala da Terrae tudo se passa como se o satlite estivesse parado no espao em relao a umobservador na Terra.

Para que um satlite entre em rbita necessrio que atinja uma velocidade de pelomenos 28.800 Km/h. Com essa velocidade, se posicionarmos o satlite a 36.000 km dealtitude, acima do equador, ele ficar numa rbita geoestacionria.

A Unio Internacional de Telecomunicaes (UIT) dividiu o espao Geoestacionriosem 180 posies orbitais, cada uma separada da outra de um ngulo de 2. O Brasil

pleiteou 19 posies orbitais junto UIT. Destas, atualmente sete se encontramdesignadas para uso dos operadores brasileiros (Star One, Loral e Hispasat).

Uma viso comparativa entre satlites de rbitas LEO, MEO e GEO

Os satlites que operam em uma rbita Geo-estacionria necessitam de fogueteslanadores mais complexos, devido a sua altitude elevada, o que provoca um custo delanamento mais elevado do que os lanamentos dos satlites de tecnologia (MEO eLEO). Este custo chega a ser 4 vezes mais caro que o prprio satlite. Esta operao delanamento, a cerca de 10 anos atrs, era uma operao arriscada, pois havia umaquantidade razovel exploses e insucessos. Hoje, a cada ano que passa a confiabilidadenos veculos lanadores vem aumentando muito.

Os Satlites GEO possuem uma vantagem de abranger uma rea de cobertura muito

maior do que as dos satlites LEO e MEO. Em contra partida, a elevada altitudeprovoca um retardo de aproximadamente 0,5 s no sinal. Este retardo provoca problemasmais complexos em protocolos de verificao e correo de erro de dados, onde a todoinstante uma sistema de transmissor interrompe a comunicao de dados para aguardar aresposta do sistema receptor de que h erro do dado enviado. S ento o dado retransmitindo. Esta interao entre os dois sistemas (Tx e Rx) seria normalmenteinstantnea se eles no tivessem que aguardar 0,5 s por uma confirmao de erro.

Por este motivo o protocolo de comunicao de sistemas via satlites GEO, sodiferentes dos outros sistemas de telecomunicaes, tornando vivel a tecnologia.

Vantagens e desvantagens

Desvantagens

Sem dvida que poder transmitir informaes para vrios usurios separados aquilmetros de distncia de uma forma to rpida , e continuar sendo uma vantagemsobre qualquer outro meio de comunicao. Aplicaes militares para esta tecnologiano faltam, j que guerras sempre ocorreram e, pelos recentes fatos, continuaramocorrendo espalhadas por todo o globo. Porm o uso de ondas eletromagnticas em umatransmisso, ainda mais em uma transmisso envolvendo reas enormes traz um ponto discusso: a segurana. Mesmo em sistemas que possuem os focos das antenas dossatlites pontuais, no raro so as transmisses que usam da encriptao para garantirque somente pessoas autorizadas tenham acesso as informaes transmitidas.


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Alm do problema da chuva que afeta de forma diferente as diferentes bandas detransmisso, existe ainda o problema pouco comentado de quando o satlite eclipsa osol. Este efeito interfere na comunicao interrompendo (uma vez por ano no perodo

por poucos minutos com previso adiantada) por ser uma fonte de ondaseletromagntica bastante poderosa. Assim, sistemas crticos que no podem ficarminutos sem comunicao no devem usar VSAT.

Um fator que se deve ressaltar que seu BER varivel, visto que as condiesclimticas (chuvas) interferem de forma direta, j que as ondas eletromagnticas passamos primeiros quilmetros do seu percurso na atmosfera.

Problemas de comunicao por satlites

Os problemas de comunicao por satlites podem ser agrupados em 3 campos:

Fsico:

- A atmosfera provoca reflexes de onda, provocando atrasos e erros- Variao da intensidade do sinal devido a propagao multipath

- Interrupes no sinal devido a shadowing

- necessrio ter em conta que quanto maior a distncia, maior o dispndio de energiados equipamentos (tanto em terra como no satlite)

- necessrio bom equipamento para que exista uma maior eficincia na comunicao.

Monetrio:

- Existe muito dinheiro envolvido numa transmisso

Software:

- Problemas na camada de transporte, como por exemplo, erro na transmisso de bits.

Vantagens

Depois de todos os problemas apresentados, podem-se ver as vantagens. O prximo

ponto a se levantar a rapidez. Relatos de instalaes prticas mostram que redesVSAT podem ser implementadas e comear a operar em poucos dias. Isto se deve a umacaracterstica importante que os sistemas devem ter o amadurecimento e a no utilizaode um meio fsico fixo. Alm de vrios problemas j terem sido detectados esolucionados, o amadurecimento de uma tecnologia traz a vantagem do custo menor.

Como custo, tempo e conhecimento dos problemas so fatores importantes emaplicaes comerciais, uma comparao, analisando estes tpicos, sempre deve ser feitaentre tecnologias.

Levando-se em considerao que localidades mais distantes so sempre deixadas parasegundo plano no que diz respeito a comunicaes, unidades fabris e pequenosaglomerados rurais sempre podem contar com este meio de transmisso. Localidades


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insulares, de pouca infra-estrutura e veculos de mobilidade intercontinental (avies enavios) so possveis candidatos a possurem VSAT.

Concluso

Todo sistema de comunicao dever, antes da sua implantao, ter uma avaliao noque diz respeito ao seu custo, ao seu tempo de implantao e ao servio que esteoferece. A comunicao via satlite, quando se deseja uma comunicao paralocalidades remotas, ou quando se deseja espalhar a recepo em reas geogrficasmuito extensas, o sistema utilizado no momento. Porm em alguns casos, estatecnologia se v conflitando com algumas outras que fornecem o mesmo servio commaior confiabilidade, maior velocidade e menor custo de implantao.

Por isso esse sistema dever ser avaliado de acordo com a necessidade do projeto, poisem certos momentos problemas como o atraso do sinal, interrupes do sinal devido achuvas, no podem existir para um bom funcionamento de um certo servio, porexemplo.

Referncias Bibliogrficas

Sverzut, Jos UmbertoRedes GSM, GPRS, EDGE e UMTSEvoluo a Caminho da Terceira GeraoEditora Erika, primeira edio

Medeiros, Jlio Cesar de OliveiraPrncipios de TelecomunicaesTeoria e PrticaEditora Erika, Primeira Edio

Soares Neto, VicenteTelecomunicaesSistemas de ModulaoEditora Erika, Primeira Edio

Soares Neto, VicenteTelecomunicaesConvergncia de Redes e ServiosEditora Eika, Primeira Edio

Sites:

http://www.starone.com.brhttp://www.teleco.com.brhttp://www.wikipedia.orgAutores:Andr L. C. MendesErwin C. BlankRoger G. DutraSteve Hsu

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