Telecomunicações Ltda. Sétima parte. Clovis Almeida

k

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Sétima parte

Sétima parte

Funções do satélite

Um sistema de comunicações via

satélite funciona como um sistema de

Funções do satélite

• Um enlace satélite é formado por um lance de subida e por um lance de

descida.

• A maioria dos satélites tem apenas a função de repetir o sinal,

convertendo a freqüência do sinal que sobe em uma outra outra

freqüência antes de retransmitir o sinal para a terra.

O enlace via satélite

Enlace via satélite

Lanc e de sub ida Lan ce d e d esc ida

O enlace via satélite

• O enlace via satélite é formado por dois lances:

• Lance de subida (da estação terrena para o satélite);

• Lance de descida, (do satélite para a estação terrena).

• O cálculo do enlace deve ser feito separadamente, para os dois lances,

salvo para os satélites com regeneração à bordo. Isto porque o ruído é

cumulativo nos dois lances.

• Exercício: Do ponto de vista de qualidade, qual a vantagem em se

Interferência entre satélites

Interferência na descida

Enlace desejável Interferência na subida

Interferência entre satélites

• Supondo que o satélite 2 é aquele para o qual se deseja apontar a

antena, chamamos de interferência do lance de subida à parcela do sinal

para o satélite 2 que estariam sendo recebidas pelos satélites 1 e 3.

• Por analogia, chamamos de interferência no lance de descida às

parcelas dos sinais provenientes dos satélites 2 e 3 que estariam sendo

recebidas pela estação terrena.

• Exercício: Existe possibilidade de interferência em relação ao satélite

Interferência em satélites adjacentes

Diagrama de interferência

• Na análise da interferência, devemos considerar os seguintes aspectos: . Existe uma estação terrena no ponto S (Ponto Sat) apontada para um satélite segundo um determinado azimute;

. Existe um enlace interferido (AB) pela estação terrena S, cujo nível de interferência dependerá do azimute de S para o satélite, ou seja, quanto menor o ângulo x, maior será a interferência em A;

. Haverá, também, interferência de S em A, todavia com menor intensidade.

Exercício: Na análise feito com o diagrama, foi considerado o fato da freqüência de S ser a mesma de A e de B, o que nem sempre ocorre. Explique de que forma a diferença entre as freqüências de S e as do enlace AB poderia aumentar ou

Interferência em sistemas terrestres

Compromisso potência/faixa

Lei de Shannon:

R = W log

(C/N + 1)

Alta potência/faixa estreita

Média potência/faixa média

Compromisso potência/faixa

• A lei de Shannon define a capacidade teórica máxima de um canal de

transmissão, medida em “bits” por segundo.

• Em outras palavras, existe um compromisso entre a potência a ser

utilizada e a faixa que se deseja transmitir.

• A fórmula de Shannon é teórica. Na prática, a velocidade que se

consegue raramente atinge cerca de um terço da máxima.

• Exercício: Qual seria a capacidade máxima em bits/s para uma faixa de

Cálculo de enlace

Perda em caso de tempestade

Perda no espaço livre

Amplificador Perda no Sistema de transmissão GT Ganho da antena Ganho da antena (transmissão) Amplificação no satélite

Perda no espaço livre

Perda para a atmosfera Perda em caso de tempestade GR Receptor de ruídos de baixa freqüência Amplificador de potência

Cálculo de enlace

• O cálculo de enlace para satélites sem regeneração à bordo é feito

separadamente para o lance de subida e para o lance de descida.

Principal equação do lance de subida

P

= P

+ G

- A

+ G

EIRP

Principal equação do lance de subida

• A principal equação do lance de subida consiste em se determinar a potência de recepção do sinal no satélite.

• Em seguida, deve-se considerar a carga de ruído térmico N no lance de subida, dentro da mesma faixa de frequência do sinal transmitido.

• Na equação mostrada, temos que:

. P_T = potência do transmissor da estação terrena T, deduzidas as perdas até o alimentador da antena, em dBW;

. G_T = ganho de transmissão da antena da estação terrena, em dBi; . A_SUB = Atenuação do espaço livre na subida, em dB;

. G’_RS = Ganho de recepção da antena do satélite, na direção da estação terrena.

• A soma P_T + G_T é conhecida como EIRP (Potência Equivalente à Irradiada Isotropicamente).

Potência teórica de ruído na antena receptora do satélite

Potência teórica de ruído na antena receptora do satélite

• Na determinação da potência teórica de ruído térmico N no lance de

subida, dentro da mesma faixa de frequência do sinal transmitido,

temos:

. k = constante de Boltzmann (1,38 x 10

_J/K);

. T

= temperatura equivalente de ruído nos terminais da antena

receptora do satélite, expressa em kelvins;

. B

= faixa de frequência considerada.

Relação portadora/ruído no lance de subida

• Na expressão da relação C/N

, temos que:

. 228,6 = constante de Boltzmann (1,38 x 10

_{J/K) transformada em}

dB.

Principais fontes de ruído

Sol Chuva

Satélites adjacentes

Microondas terrestres

Linhas de alta tensão

Terra

Outros lances de subida

Principais fontes de ruído

• Ruídos de várias fontes contribuem para degradar o sinal, seja ele

digital ou analógico.

• Ao se dimensionar o enlace, procura-se atuar na potência de

transmissão e na qualidade dos componentes eletrônicos, uma vez que

é muito o mais complicado evitar ruídos de fontes externas.

• Exercício: O que você sugeriria para evitar ruído provocado por

Relação portadora/ruído na lance de subida

C/N

= EIRP

- A

+ G

+ 228,6 - 10logT

- 10logB

(C/No)

= EIRP

- A

+ G

+ 228,6 - 10logT

Modulação analógica

Modulação analógica

• A modulação analógica utiliza sinais modulantes analógicos, os quais

variam continuamente (de forma determinística ou aleatória) entre um

valor mínimo e um máximo. O caráter aleatório pode ocorrer na

amplitude, na frequência, ou em ambos simultaneamente.

• Exemplos clássicos de sinais analógicos são os de áudio e vídeo, tal

como originalmente gerados.

• As modulações mais adequadas para sinais analógicos são em

Modulação analógica

•Para o caso de comunicações via satélite a modulação em frequência

para sinais analógicos é mais indicada por proporcionar uma qualidade

superior. Todavia, gera um sinal modulado de faixa muito larga, o que a

torna, às vezes antieconômica. Por isso, a modulação digital vem sendo

preferida e a modulação analógica deverá cair em desuso.

• Exercício: A faixa do sinal modulado em frequência, com alta

fidelidade é dada pela fórmula Bw=2(

∆f + f

), onde

∆f é o desvio em

frequência do modulador e f

é a frequência máxima do sinal modulante.

Calcule a faixa do sinal modulado pela voz humana até 10 kHz, em um

modulador com desvio de 50 kHz.

Modulação digital

Modulação digital

• A modulação digital utiliza sinais modulantes digitais, os quais variam assumindo

sempre um entre dois valores discretos, que são associados aos dígitos 0 e 1

(denominados “bits”). Uma sequência de 0s e 1s permite que cada sequência possa ser associada a um símbolo (que pode ser uma letra, um algarismo etc.).

• Exemplos clássicos de sinais digitais são aqueles gerados pela maioria dos

computadores. No caso de haver necessidade de transmitir um sinal analógico

utilizando-se uma modulação digital, deve-se converter o sinal analógico em digital. Do lado da recepção, executa-se o processo inverso, isto é, o sinal digital é reconvertido em analógico.

• As modulações mais adequadas para sinais digitais são em fase (PM = Phase

Modulation) e fase combinada com amplitude (QAM = Quaternary Amplitude Modulation).

• Como os sinais digitais assumem valores discretos, utilizam-se moduladores que

tenham sua fase variando, também, em ângulos discretos (PSK=Phase Shift Keying). Assim, a cada dígito (0 ou 1) associa-se uma fase (0 ou 180 graus), e temos, assim, a modulação BPSK (Binary Phase-Shift Keying).

Modulação digital

•A modulação digital em fase apresenta uma grande vantagem que é a de podermos usar

várias fases, associando-se a cada uma das fases um conjunto de “bits”.

• Por exemplo, podemos ter um modulador com 4 fases (0, 90, 180 e 270 graus), associadas a

4 conjuntos de 2 “bits” (00, 01, 11 e 10). Este tipo de modulação é chamada QPSK (Quaternary

Phase-Shift Keying). Observe-se que a eficiência do modulador aumentou, ou seja, foi

possível transmitir dois “bits” ao mesmo tempo, enquanto que no BPSK apenas um “bit”. Intuitivamente, podemos deduzir que o modulador QPSK transmitiria o dobro da informação com a mesma faixa do sinal modulado.

• A modulação QAM é a que apresenta a melhor eficiência, uma vez que são aproveitadas as

variações tanto de fase quanto de amplitude. Todavia, este tipo de modulação exige que os amplificadores sejam de altíssima linearidade, o que ainda é inviável economicamente para satélite. Mas com a redução contínua dos preços de componentes, é provável que venha a ser utilizada em futuro próximo de forma regular.

• Exercício: A faixa do sinal modulado digitalmente em fase é dada pela fórmula

Bw= R_b x 1/FEC x 1/(log₂m),onde R_b é a velocidade do sinal em bits/s e FEC é a taxa do código corretor de erro e m é o número de fases do modulador. Calcule a faixa do sinal

modulado por um sinal digital de 64 kbits/s, supondo um modulador QPSK (4 fases, portanto), utilizando FEC=3/4.

Transmissão analógica x digital

Sinal original Ruído Sinal recebido

Analógica

Transmissão analógica x digital

• Na transmissão analógica o receptor não consegue separar o ruído do sinal, havendo

necessidade de uma potência de sinal bem superior à do ruído para que se possa assegurar uma boa qualidade de comunicação. O parâmetro da transmissão analógica que define a qualidade do circuito é chamado Relação Sinal/Ruído (S/R).

• Uma S/R = 55 dB é considerada como sendo de alta fidelidade.

• Na transmissão digital basta que o nível de cada “bit” esteja acima do nível do ruído de

modo a poder ser detectado. Assim, o “bit” é regenerado e o sinal é totalmente recomposto, sem qualquer ruído. Eventualmente, porém, pode ocorrer uma detecção errada em função do nível de ruído estar próximo do nível do sinal, ocasionando o que se chama em transmissão digital Erro de “Bit” . Em uma transmissão digital, procura-se assegurar ao “bit” uma

potência superior à do ruído de modo que a detecção seja feita com a menor quantidade possível de erros, ou seja, com a menor Taxa de Erro possível. O parâmetro da transmissão digital que define a qualidade do circuito é chamado Taxa de Erro de Bit (TEB).

• Para circuitos via satélite uma TEB = 10-7 _{proporciona uma qualidade na transmissão de}

dados aceita universalmente.

EIRP – Effective Isotropocally

Radiated Power

„ Algumas vezes referido como “Equivalent Isotropocally Radiated Power”, ou traduzido como

“Potência Equivalente Isotrópica Radiada”;

„ Expressa a medida real da “Potência” de RF da portadora transmitida;

„ EIRP = P_T + G_T, sendo P_T a potência que chega à antena e G_T o ganho de transmissão na

direção considerada;

„ EIRP deve ser expresso em dBW, P_T em dBW e G_T em dBi.

AP EIRP_s A_{LT G} T P_A P_T Onde: AP – amplificador de potência

P_A– potência portadora que sai do AP (w) A_LT– atenuação na linha de transmissão (dB)

P_T– Potência da portadora que chega na antena (dBW) G_T– ganho de transmissão da antena (G_T)

Ilustração do cálculo da EIRP

Travelling wave tube amplifier

Curva de transferência típica

de um transponder

•

•

Quem dita o ponto de operação do

Quem dita o ponto de operação do

transponder é a EIRP de subida

transponder é a EIRP de subida

EIRP de descida

EIRP de subida

Figura de Mérito (G/T)

„

É o parâmetro mais importante do sub-sistema de RX de uma estação

É uma medida de sensibilidade de recepção da estação

„

G = G

– 10log (T

+ T

), onde:

T

9

G/T é a figura de mérito em dB/K

9

G

é o Ganho de recepção da antena em dBi

9

T

é a temperatura equivalente de ruído da antena em K

Temperatura de ruído do sistema

(na recepção)

Configuração de teste para medida de G/T

Azimute e elevação

Azimute e elevação do satélite no local receptor (visto do espaço)

Azimute e elevação do satélite no local receptor (visto da Terra)

Elevação (o₎ Azimute (o₎ OESTE SUL Elevação de um satélite geostático como função do azimute

Brasilsat

B2

k

c

Brasilsat

B2

k

c

Brasilsat B1, B2 e B3

• Em agosto de 1994 o SBTS deu início à segunda geração de satélites com o lançamento do Brasilsat B1.

• Em março de 1995 foi lançado o Brasilsat B2 e em 1998 foi lançado o Brasilsat B3.

• Toda a série B utiliza a banda C expandida com 28 transponderes com re-uso de frequência. Desta vez, além de comunicações domésticas, existe cobertura de uma grande parte da América do Sul.

• A série B também contempla 1 transponder em banda X para uso das Forças Armadas.

Brasilsat B2

• O Brasilsat B2 possui 7 transponderes que cobrem os países do Cone

Brasilsat B3

Descida Nacional (Transponder Típico) EIRP (dBW)

Principais Características

• Fluxo de Saturação Típico (SFD): -86 dBW/m2

• Polarização: Linear

• Freqüências de "Beacon": 4198,5 e 4199,5 MHz

(polarização horizontal)

• Data de Lançamento: 4 de fevereiro de 1998

• Fabricante (Modelo): Hughes (HS 376 W)

• Veículo de Lançamento: Ariane 44 LP

Brasilsat B3

Cidade (Estado) LATITUDE (°S) LONGITUDE (°O) ELEVAÇÃO (°) EIRP Típica (dBW) G/T Típico (dB/K) SFD Típico (dBW/m2) BELO HORIZONTE (MG) 19.92 49.93 45.01 40.2 2.4 -90.9 BOA VISTA (RR) _{-2.82 60.67 62.50 38.5 1.1 -89.6} BRASÍLIA (DF) 15.78 47.91 44.89 39.9 1.4 -89.9 CAMPO GRANDE (MS) 20.45 54.62 49.04 39.9 2.4 -90.9 CUIABÁ (MT) 15.58 56.08 53.13 39.3 2.8 -91.3 CURITIBA (PR) 25.42 49.25 41.39 39.8 0.9 -89.4 FORTALEZA (CE) _{3.72 38.50 37.49 38.4 1.4 -89.9} MANAUS (AM) 3.11 60.03 61.73 38.4 1.6 -90.1 PORTO ALEGRE (RS) 30.03 51.20 40.05 38.6 0.4 -88.9 PORTO VELHO (RO) 8.77 63.90 64.39 38.4 3.5 -92.0 RECIFE (PE) 8.05 34.09 32.27 39.1 3.4 -91.9 RIO BRANCO (AC) 9.97 67.80 67.77 38.9 4.1 -92.6 RIO DE JANEIRO (RJ) 22.90 43.23 37.33 39.4 2.3 -90.8 SALVADOR (BA) _{12.98 38.52 36.07 39.5 1.1 -89.6} SÃO PAULO (SP) 23.53 46.62 40.12 39.8 1.7 -90.2

Brasilsat B4 – descida nacional

BRASILSAT B4

Descida Nacional (Transponder Típico) EIRP (dBW) Principais Características

• Posição Orbital: 92,0º W • Cobertura: Brasil

• Nº de transponders: 28

• Freqüência: Banda C (5850 MHz a 6425 MHz uplink, e 3625 MHz a 4200 MHz downlink)

• EIRP típica: 36,7 dBW • G/T Típico: -2,5 dB/K

• Fluxo de Saturação Típico (SFD): -86 dBW/m2 • Polarização: linear

• Freqüências de "Beacon": 4198,5 e 4199,8 MHz na polarização horizontal

• Data de Lançamento: 17 de agosto de 2000 • Fabricante (Modelo): Hughes (HS 376 W)

• Veículo de Lançamento: Arianespace / Ariane 44 LP • Vida útil no lançamento: 12,5 anos

O consórcio Intelsat

• A organização INTELSAT é um consórcio internacional de 143 países criado em 1964, com a finalidade de operar o segmento espacial de um sistema comercial global de comunicações por satélite.

•O Brasil é membro do consórcio e é ainda representado pela EMBRATEL.

• Os satélites do consórcio já estão na série VIII e os da série IX já estão em fase de aquisição junto à SS/Loral. Atualmente existem 17 satélites em operação. Estão previstos para o futuro a utilização da banda Ka.

•Recentemente houve uma reestruturação em sua organização. Antes totalmente estatal, o consórcio teve desmembrada a divisão de prestação de serviços, que gerou uma empresa privada de nome “New Skies”.

O sistema Nahuel

• O sistema Nahuel é operado pela empresa argentina “Nahuelsat”,

cobrindo principalmente a área do mercosul e praticamente todo o

território brasileiro.

• A EMBRATEL é a empresa que representa a Nahuelsat no Brasil para

Fim da quinta parte

Fim da quinta parte