7. Enlaces via satélite

Quando estamos lidando com links de comunicação através de centenas ou milhares de quilômetros, o investimento necessário para criar uma infraestrutura baseada em fibras ópticas ou mesmo em estações repetidoras de rádio pode se tornar proibitivo e inviável economicamente, neste tipo de situação o uso satélites artificiais em órbitas geoestacionárias dispensa todos estes investimentos, tornando possível atingir até mesmo áreas remotas e pouco povoadas. Dentre as principais aplicações de comunicações via satélite é possível destacar:

7.1 Topologia Básica

Figura 17 – Topologia de sistema de comunicação via satélite

7.2 Órbitas de satélites

Existem diferentes tipos de órbitas para diferentes tipos de aplicações de satélites, sendo elas:

• LEO – Low Earth Orbit

• MEO – Medium Earth Orbit

• GEO – Geostationary Earth Orbit

A tabela abaixo demonstra as principais diferenças entre elas.

Característica	GEO	MEO	LEO
Altura de órbita	35.786 km	5.000 ~ 20.000 km	500 ~ 2000 km
Período de órbita	24 horas	5 ~ 12 horas	1 ~ 2 horas
Velocidade	11.070 km/h	~16.000 km/h	~27.000 km/h
Visibilidade no céu	24 horas	2 ~ 5 horas	10 ~ 15 min
Delay típico	250ms	133ms	6ms
Uso típico	Serviços Fixos (TV, redes ponto a ponto…)	Posicionamento (GPS), navegação e sincronismo de redes	Serviços Móveis (Telefonia via Satélite)

Um satélite em órbita GEO, sem nenhum tipo de processamento abordo é basicamente uma estação repetidora de sinal no espaço, cujas principais funções são:

• Receber ondas portadoras vindas da terra

• Converter as frequências usadas no lance de subida em frequências usadas no lance de descida.

• Amplificar sinais.

• Trocar a polarização dos sinais

• Retransmitir os sinais para terra.

7.3 Posicionamento e localização de satélites

• Posição orbital

  • A posição orbital de um satélite geoestacionário (GEO) é dada pela sua localização sobre o equador, medida pela sua longitude.

  • Exemplo: StaroneC1 = 65º Oeste, Amazonas = 61º Oeste.

Figura 18 – Posição orbital

• Elevação e Azimute

  • Elevação e azimute são ângulos utilizados para localizar um satélite GEO a partir de um ponto “P” na superfície da terra e também para fazer o apontamento de antenas.

Figura 19 – Ângulos de apontamento de antenas

7.4 Frequências

A maioria das faixas de frequência utilizadas em satélites encontram-se na banda de SHF, ou seja, de 3GHz até 30GHz, sendo que a banda de operação de um determinado satélite é dividida entre vários transponders, e cada um deles possui a função de amplificar uma determinada faixa de frequências.

Em comunicações via satélite, a frequência utilizada no lance de subida (uplink) será sempre maior que aquela utilizada no lance de descida (downlink) e com polarização contrária. Exemplo: Considerando o satélite starone C1, se o lance de subida possuir uma frequência em 5.9GHz com polarização Vertical o lance de descida irá possuir uma frequência de 3.675GHz com polarização Horizontal e irá se situar dentro do Transponder 02AECO.

7.5 Potências e Vantagens Geográficas

A distribuição de forma adequado dos alimentadores e refletores das antenas do satélite permitem obter diversos mapas e contornos de cobertura de descida e subida, ou seja, áreas dentro das quais os sinais recebidos/transmitidos de/para o satélite apresentam níveis de potência adequados para estabelecer enlaces de comunicação.

• Vantagem Geográfica de Descida

  • Cada contorno de cobertura de descida, pode mostrar o valor absoluto ou relativo da potência efetiva isotrópica irradiada (EIRP) pelo satélite, sendo que os valores dos diversos contornos são chamados vantagens geográficas de descida.

Figura 20 – Vantagem geográfica de descida em banda Ku para StaroneC1

Fonte: starone.com.br

• Vantagem Geográfica de Subida

  • Cada contorno de cobertura de subida pode mostrar o valor absoluto (dBW/m²) ou relativo do fluxo de saturação requerido na antena receptora do satélite a um contorno de referência. Neste caso, os valores dos diversos contornos são chamados de vantagens geográficas de subida

Figura 21 – Vantagem geográfica de subida em banda Ku para StaroneC1

Fonte: starone.com.br

Existem planos de integrar os mapas de cobertura de satélites em futuras versões do Jubarte, porém é preciso adquirir uma autorização das respectivas empresas para evitar possíveis problemas com propriedade intelectual.

7.6 Características importantes do link

• Tipo de Modulação

  • BPSK, QPSK, 8PSK ou 16QAM

• FEC – Forward Error Correction

• Eb/No

  • Fornecido pelo fabricante do demodulador. Possui um valor específico para uma determinada taxa de erro de bit (BER), modulação e FEC.

• Rb

  • Taxa de transmissão em kbps

• SM – Safety Margin

  • Margem de segurança do enlace para levar em conta desapontamento da antenas, chuvas, rotação de polarização e envelhecimento dos componentes.

  • Possui um valor típico de 2 a 3dB.

• FS – Frequency Spacing

  • Espaçamento de frequências é utilizado para incluir uma banda de guarda entre as portadoras.

  • Valores típicos de 1,3 ou 1,4.

• TA – Antenna Noise Temperature

  • Temperatura de ruído da antena receptora.

• TABR – LNA Noise Temperature

  • Temperatura de ruído do amplificador de baixo ruído.

• VG – Geographical Advantage

  • Vantagem geográfica de descida.

Obs: Existe também a Vantagem geográfica de subida, necessária para dimensionar o amplificador e antenas de transmissão. Estes cálculos serão implementados em futuras versões do software.

7.7 Exemplo de dimensionamento de um enlace via satélite

Condições de simulação:

• Localidades

  • Belo Horizonte – MG (19º 48′ Sul, 43º 57′ Oeste)

  • São Luís – MA (2º.30′ Sul, 44º 18′ Oeste)

• Satélite

  • StarOne C1

  • Frequência de Uplink = 5.9GHz com Polarização Vertical

• Informações do Link

  • Taxa de transmissão = 1024 Kbps

  • Modulação = 8PSK

  • Margem de Enlace = 3dB

  • Correção adiantada de erros = 3/4

  • Espaçamento de Frequência = 1.4

• Estação Receptora

  • Eb/No do Modem para estas condições = 9.3dB

  • Ganho da antena receptora em terra = 40dBi

  • Temperatura de ruído da antena = 15K

  • Temperatura de ruído do amplificador de baixo ruído = 40K

  • Vantagem Geográfica de Descida = 4dB

A partir destas informações vamos utilizar o módulo de satélites do Jubarte para calcular os ângulos de apontamento das antenas nas estações transmissora e receptora, calcular as distâncias da estação transmissora e receptora ao satélite, verificar qual o transponder está sendo utilizado no satélite, calcular a frequência de downlink, calcular a FI dos Modems e por último verificar a viabilidade do enlace entre as localidades.

Figura 22 – Viabilidade de enlace via satélite