Sistemas de Comunicação por Satélite

[Pages:46]Sistemas de Telecomunica??es II

Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

? Conceitos b?sicos ? ?rbita dos sat?lites ? Liga??es por sat?lite ? Acesso a sat?lites ? Segmento do sat?lite ? Segmento terrestre ? S?ries de sat?lites

M?rio Jorge M Leit?o

Neste cap?tulo faz-se o estudo de sistemas de comunica??o por sat?lite, a maioria dos quais, operando em frequ?ncias de microondas, assumem a configura??o de um feixe hertziano com um ?nico repetidor a bordo de um sat?lite. Tendo em conta esta semelhan?a com os feixes hertzianos, a abordagem destacar? essencialmente os aspectos marcantes dos sistemas de comunica??o por sat?lite que os distinguem dos feixes hertzianos terrestres.

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SAT - 1

MJL

Conceitos b?sicos

Princ?pios do sistema

? liga??es hertzianas com um repetidor (transpositor) a bordo de um sat?lite no espa?o ? a ?rbita do sat?lite ? uma elipse (caso geral) em que a Terra est? num dos focos ? aplica??o mais importante: ?rbita circular equatorial geoestacion?ria (altitude = 36 000 km)

Classifica??o dos sat?lites

? em fun??o da aplica??o ? em fun??o da utiliza??o

Telecomunica??es

Aplica??es

Comunica??es Fixas (FSS, Fixed Satellite Service)

Difus?o (BSS, Broadcasting Satellite Service)

Comunica??es M?veis (MSS, Mobile Satellite Service)

? Aeron?utico

? Mar?timo

? Terrestre

Radioamadorismo

Navega??o (localiza??o)

Observa??o da Terra e atmosfera

? Meteorol?gicos ? Detec??o remota

Utiliza??o Comerciais Privados Militares Experimentais Cient?ficos

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Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

Nas aplica??es de telecomunica??es concorrentes com sistemas terrestres, os sat?lites ainda encontram justifica??o pela sua capacidade ?mpar de disponibilizar rapidamente imensas ?reas de cobertura, o que ? particularmente interessante nos seguintes casos:

- acesso a zonas do globo com baixas densidades populacionais ou n?veis baixos de desenvolvimento, que n?o justificam meios terrestres;

- difus?o de um elevado n?mero de programas para um universo alargado de utilizadores individuais.

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SAT - 2

MJL

Conceitos b?sicos

Frequ?ncias atribu?das a sat?lites de telecomunica??es

Bandas mais utilizadas

? frequ?ncias ascendente e descendente afastadas

reduzem-se as interfer?ncias

? frequ?ncia ascendente superior ? descendente

ru?do captado pelo sat?lite ? elevado maximiza-se o ganho de recep??o

Servi?o Fixo

Difus?o M?vel

Banda C Ku Ka Ku L S

Bandas atribu?das a sistemas por sat?lite

Frequ?ncias 6 / 4 GHz

14 / 11 GHz 30 / 20 GHz 18 / 12 GHz

1,6 GHz 2,5 GHz

Liga??o ascendente 5,925 - 6,425 GHz 14,000 - 14,800 GHz 27,500 - 31,000 GHz 17,300 - 18,100 GHz

Liga??o descendente 3,700 - 4,200 GHz

10,700 - 11,700 GHz 18,100 - 21,200 GHz 11,700 - 12,500 GHz

Atribui??es diversas

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Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

As bandas de frequ?ncias utilizadas em sistemas de comunica??o por sat?lite caem nas bandas de UHF (Ultra High Frequency: 300 MHz - 3 GHz) e SHF (Super High Frequency: 3 GHz - 30 GHz), tendo designa??es espec?ficas algo confusas herdadas quer das bandas dos sistemas de radar, quer das bandas dos sistemas de recep??o de TV por sat?lite.

Bandas de sistemas de radar

Banda L Banda S Banda C Banda X Banda Ku Banda K Banda Ka

1 - 2 GHz 2 - 4 GHz 4 - 8 GHz 8 - 12 GHz 12 - 18 GHz 18 - 27 GHz 27 - 40 GHz

Bandas de sistemas de recep??o de TV por sat?lite

Banda S Banda C Banda Ku Banda Ka

1,7 - 3 GHz 3,7 - 4,2 GHz 10,9 - 12,75 GHz 27 - 40 GHz

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SAT - 3

MJL

Conceitos b?sicos

Evolu??o dos sat?lites de telecomunica??es ? Marcos hist?ricos

Acontecimentos pioneiros

1945 A. C. Clarke 1957 Sputnik 01 1958 Score 1959 Explorer 07 1962 Echo 1 1962 Telstar 1 1964 Syncom 3 1974 ATS 6 1980 Intelsat 5 1984 SMM

Ideia original da ?rbita geoestacion?ria Sat?lite artificial (URSS) Sat?lite de telecomunica??es (store-and-forward) Sat?lite com sub-sistema meteorol?gico Sat?lite passivo de comunica??es telef?nicas e difus?o de TV Sat?lite activo (?rbita baixa de 158 min.; banda 6/4 GHz) Sat?lite geoestacion?rio de comunica??es Recep??o individual de TV Emiss?o de sinais de difus?o de TV por esta??es m?veis Sat?lite reparado em ?rbita pelo Space Shuttle

Servi?os comerciais

1965 Intelsat 1 1972 Anik A1

Servi?o fixo e de difus?o de TV (sat?lite geoestacion?rio) Servi?o de comunica??es nacionais (Canad?)

1985 (diversos) 1989 Astra 1A 1998 Iridium

Servi?o m?vel (diversos transpositores em sat?lites geoestacion?rios) Servi?o de difus?o de TV orientado ? recep??o individual Servi?o m?vel com terminais de bolso (sat?lites de baixa altitude)

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Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

O historial das comunica??es por sat?lite ? j? longo, podendo destacar-se alguns saltos qualitativos que conduziram aos sistemas mais modernos actualmente em opera??o.

Ao longo do estudo, ser?o abordados muitos outros aspectos, real?ando-se a perspectiva evolutiva.

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SAT - 4

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Conceitos b?sicos

Evolu??o dos sat?lites de telecomunica??es: exemplo da s?rie INTELSAT

Sat?lite

INTELSAT 1

INTELSAT 2

INTELSAT 3

INTELSAT 4

INTELSAT 5

Per?odo de lan?amento

1965

1966 - 1967

1968-1970

1971-1975

1980-1989

Tempo de vida previsto

1,5 anos

3 anos

5 anos

7 anos

7 anos

lan?ados

1

4

8

14

15

N? sat?lites

operacionais

0

0

0

0

3

Estabiliza??o

rota??o

rota??o

rota??o

rota??o

3 eixos

Dimens?es

diam = 0,7 m alt = 0,6 m

diam = 1,4 m alt = 0,7 m

diam = 1,4 m alt = 2,0 m

diam =2,4 m alt = 5,3 m

1,7?2,0?1,8 m pain?is: 15,6 m

Peso em ?rbita

38 kg

86 kg

151 kg

700 kg

1 040 kg

Pot?ncia DC (fim de vida)

33 W

75 W

125 W

400 W

1 300 W

Banda

C

C

C

C

C / Pol. Circ Ku / Pol. Lin

Capacidade

240 canais telef. 240 canais telef. 1 500 canais telef. 4 000 canais telef. 12 000 canais telef. ou 2 canais TV ou 2 canais TV e 2 canais TV e 2 canais TV e 2 canais TV

Notas: caracter?sticas indicadas dizem respeito ? vers?o base de cada tipo; para alguns tipos, foram constru?dos sat?lites com caracter?sticas ligeiramente diferentes da vers?o base.

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Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

O exemplo da s?rie de sat?lites operados pela Intelsat ? revelador dos enormes avan?os nesta ?rea, que resultaram numa enorme capacidade das gera??es mais recentes, com variadas aplica??es em termos de servi?os.

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SAT - 5

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Conceitos b?sicos

Evolu??o dos sat?lites de telecomunica??es: exemplo da s?rie INTELSAT

Sat?lite

INTELSAT 6

INTELSAT 7

INTELSAT 8

INTELSAT 9

Per?odo de lan?amento

1989-1991

1993-1996

1997-1998

2001-

Tempo de vida previsto

13 anos

10 - 15 anos

10 - 15 anos

10 - 15 anos

lan?ados

5

9

6

6

N? sat?lites

operacionais

5

7

6

6

Estabiliza??o

rota??o

3 eixos

3 eixos

3 eixos

Dimens?es

diam = 3,6 m alt = 6,4 m

2,4?2,2?2,7 m 2,5?2,2?3,4 m 2,8?3,5?5,6 m pain?is: 21,8 m pain?is: 10,8 m pain?is: 31 m

Peso em ?rbita

2 560 kg

1 800 kg

1 600 kg

1 900 kg

Pot?ncia DC (fim de vida)

2 100 W

3 650 W

4 760 W

7 600 W

Banda

C / Pol. Circ Ku / Pol. Lin

C / Pol. Circ Ku / Pol. Lin

C / Pol. Circ Ku / Pol. Lin

C / Pol. Circ Ku / Pol. Lin

Capacidade

24 000 canais telef. 18 000 canais telef. 22 500 canais telef. C / 44?36 MHz e 3 canais TV e 3 canais TV e 3 canais TV Ku / 12?36 MHz

Notas: caracter?sticas indicadas dizem respeito ? vers?o base de cada tipo; para alguns tipos, foram constru?dos sat?lites com caracter?sticas ligeiramente diferentes da vers?o base.

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Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

O in?cio da gera??o seguinte de sat?lites Intelsat 10 est? actualmente na fase final de concretiza??o, com o primeiro lan?amento previsto para 2003.

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Conceitos b?sicos

Evolu??o dos sat?lites de telecomunica??es ? Situa??o actual

Sat?lites lan?ados e operacionais (Dezembro 2000)

? 2 490 sat?lites lan?ados com sucesso no per?odo de 1980-2000 ? 570 sat?lites operacionais (m?nimo estimado)

Organiza??es respons?veis

primeiro lan?amento do

ve?culo

? lan?amento de sat?lites de ?rbita alta

URSS / CEI Molniya (1960), Proton (1967)

EUA

Atlas (1962), Titan (1965), Delta (1972), STS-Shuttle (1981)

China Europa Jap?o

Longa Marcha (1975) Ariane (1979) NASDA (1981)

tend?ncias gerais: globaliza??o privatiza??o

? opera??o de sistemas

operadores espec?ficos internacionais: Intelsat, Inmarsat, Eutelsat, Astra, Iridium operadores tradicionais de redes de telecomunica??es

? regulamenta??o

organismos internacionais organismos nacionais

UIT-R (Sector de Radiocomunica??es) Portugal - Anacom

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Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

O modelo de explora??o dos sistemas de comunica??o por sat?lite assume duas formas:

- os servi?os de sat?lite s?o disponibilizados aos utilizadores finais directamente pelos operadores dos pr?prios sat?lites, nomeadamente nos casos de redes privativas, difus?o directa de TV por sat?lite e comunica??es m?veis;

- os servi?os de sat?lite s?o disponibilizados a operadores gen?ricos de servi?os de telecomunica??es, os quais alugam capacidade em sat?lites aos operadores dos sat?lites - ? o caso da utiliza??o de sat?lites no transporte da rede fixa ou em aplica??es de difus?o de televis?o, a montante da rede terrestre de distribui??o (recolha de not?cias, interc?mbio de programas, etc.).

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SAT - 7

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Conceitos b?sicos

Aspectos cr?ticos de engenharia

Lan?amento dos sat?lites

? ve?culos de transporte para as ?rbitas altas ? posicionamento inicial do sat?lite na ?rbita correcta

taxa de falhas elevada

Problemas da ?rbita do sat?lite

? controlo permanente de traject?ria e atitude do sat?lite ? seguimento do sat?lite pelas antenas das esta??es terrestres

Condicionantes do sub-sistema do sat?lite

? dimens?o f?sica ? peso total em ?rbita ? alimenta??o prim?ria apenas por pain?is solares ? opera??o num meio ambiente agressivo

ciclo t?rmico severo durante eclipses radia??o solar elevada exposi??o a micro-part?culas e meteoritos ? elevada fiabilidade (sem manuten??o)

manuten??o poss?vel mas com custos exorbitantes

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Sistemas de Comunica??o por Sat?lite

A ?rea das comunica??es por sat?lite envolve um conjunto muito vasto de vertentes tecnol?gicas de natureza muito diferente.

Nesta disciplina, limitar-nos-emos a identificar os principais desafios em termos de engenharia e o impacto nos sistemas de comunica??es de alguns compromissos que t?m de ser assumidos.

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SAT - 8

MJL

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