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BAnda larga via satelite

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  1. 1. Universidade Federal Fluminense Escola de Engenharia Departamento de Engenharia de Telecomunicações Leonardo Mattos de Paula Levi Machado do Couto Junior Luan Leocadia Zacarias Pammela Amorim Nascimento Tais Farias da Silva Banda Larga via Satélite Projeto da disciplina de Propagação – TET 00192 Orientador: Prof. Dr. Julio Cesar Rodrigues Dal Bello Niterói, RJ Junho/2011
  2. 2. 2 Sumário 1. Introdução 2. Revisão Bibliográfica 3. Base Teórica 3.1 O que é um satélite 3.2 Componentes de um satélite 3.3 Órbitas de operação dos satélites 3.4 Faixas de frequências operacionais 3.5 Técnicas de multiplexação e métodos de múltiplo acesso 3.6 Configuração Básica de um Sistema de Via-Satélite 3.7 Redes VSAT 3.7.1 Componentes de um sistema VSAT 3.7.2 Topologia das Redes VSAT 3.7.3 Técnicas e Protocolos de Múltiplo Acesso 3.7.4 Modulação 4 Especificações do projeto 4.1 Cidade escolhida: Coari, Amazonas 4.2 Satélite utilizado: Star One C1 4.3 Antenas 4.4 LNB 4.5 Cabo 4.6 Modem Satélite 4.7 Cálculos do enlace 4.7.1 Atenuação de espaço livre 4.7.2 Atenuações impostas pelo meio físico 4.7.2.1 Atenuação por gases atmosféricos 6 6 8 8 8 10 13 14 15 16 16 18 19 21 22 22 22 26 28 29 30 32 33 34 34
  3. 3. 3 4.7.2.2 Atenuação por precipitação e nuvens 4.7.2.3 Atenuação devido a nuvens e névoa 4.7.3 Atenuação por cintilação 4.7.4 Equação do equilíbrio 5 Conclusões 5.1 Sugestões para trabalhos futuros 6 Referências bibliográficas 7 Anexos 7.1 Tabela de Resultados 7.2 Mapa de Cobertura 7.3 Recomendação UIT-R1510 7.4 Recomendação UIT-R836 7.5 Recomendação UIT-R839 7.6 Recomendação UIT-R837 7.7 Recomendação UIT-R841 7.8 Recomendação UIT-R840 (Figura 5) 7.9 Recomendação UIT-R840 (Figura 1) 37 41 41 44 45 46 47 48 48 51 52 53 54 55 56 57 58
  4. 4. 4 Lista de Figuras Figura 3.1 - Diagrama em blocos básico do satélite Figura 3.2 - Diagrama em blocos básico do transponder Figura 3.3 - Anatomia de um satélite de comunicações Figura 3.4 – Órbitas de operação de um satélite Figura 3.5 - Posicionamento dos satélites geoestacionários ao redor do planeta Terra Figura 3.6 – Enlace Antena- Satélite Figura 3.7 - Configuração básica de um sistema de comunicação via-satélite Figura 3.8 – Componentes de um sistema VSAT Figura 3.9 - Terminal VSAT Figura 3.10 - Rede em Topologia Estrela Figura 3.11 - Rede em Topologia Mesh Figura 3.12 – Rede em topologia estrela usando a técnica TDM/TDMA Figura 3.13 – Rede em topologia mesh usando a técnica DAMA Figura 3.14 - BER x Eb/N0 Figura 4.1 – Coari, AM Figura 4.2 – Satélite Star One C1 Figura 4.3 – Antena Figura 4.4 – LNB Figura 4.5 - Cabo Figura 4.6 – Modem Satélite DMD 2401 Figura 4.7 - Representação geométrica do enlace Figura 4.8 - Percurso Terra - espaço 9 10 10 10 12 14 15 16 17 18 18 20 21 21 22 23 26 28 29 30 32 38
  5. 5. 5 Lista de Tabelas Tabela 3.1 - Classificação orbital versus distância em relação à Terra Tabela 3.2 – Frequências de operação de um satélite Tabela 4.1 – Especificações da antena Tabela 4.2 – Especificações do LNB Tabela 4.3 – Especificações do Cabo Coaxial Tabela 4.4 – Moduladores Tabela 4.5 – Eb/No 13 13 27 28 30 30 31
  6. 6. 6 1. Introdução A cada novo relatório divulgando os números da banda larga no Brasil, é constatado o aumento no número de pessoas com acesso a conexão de internet de alta velocidade (atualmente, são pouco mais de 40 milhões de usuários). No entanto, esse aumento se dá basicamente em áreas urbanas do país enquanto áreas remotas continuam sem esse tipo de serviço. Isso ocorre porque não há infraestrutura terrestre presente nessas localidades e devido à baixa densidade demográfica, as empresas provedoras de internet preferem não investir nessas regiões. Como alternativa as conexões de banda larga mais comuns, como cabo e ADSL, que dependem da infraestrutura terrestre, pode ser usada a Internet via Satélite, que tem uma área de cobertura bem abrangente. Assim, áreas isoladas, como a região amazônica, podem utilizar internet de alta velocidade. O presente estudo tem como objetivo o cálculo do enlace via satélite para uma estação localizada em Coari, Amazonas, estado com uma das menores coberturas de banda larga no país. É utilizada a tecnologia VSAT (Very Small Aperture Terminal) para acesso local por meio de redes via satélite. 2. Revisão Bibliográfica De acordo com o website Eletrica.info (Comunicação Via Satélite (Primeira Parte) – 2009) a comunicação via satélite tornou-se, desde a sua criação, a maior evolução do homem no quesito comunicação. Através da comunicação via satélite foram possíveis vários progressos, nas áreas das geociências, telecomunicações e o transporte aéreo. Isto melhorou substancialmente a segurança e o desenvolvimento mundial. Com o avanço das tecnologias em microinformática, o satélite passou a ser também o mais importante meio de transmissão de dados, podendo interligar qualquer parte do mundo em tempo quase real. As aplicações onde a comunicação via satélite são mais indicadas são aquelas em que de acordo com o website Eletrica.info (Comunicação Via Satélite (Segunda Parte) – 2009): • Deseja-se espalhar a mesma informação, no link de descida, por uma região geográfica muito extensa como, por exemplo, para a TV e a Internet; • Deseja-se atingir localidades remotas como, por exemplo, campos de mineração, madeireiras, propriedades rurais e suburbanas e postas em rodovias, ou seja, áreas de difícil acesso. Um dos recursos mais empregados nas telecomunicações são os satélites artificiais, que podem ser geoestacionários ou não geoestacionários. A comunicação via satélite
  7. 7. apresenta grandes vantagens em relação aos meios tradicionais, principalmente no que diz respeito à grande largura de banda disponível. Dessa forma, sua rede tem um ponto no espaço que facilita a transposição de grandes distâncias. Por se tratar de um meio que dispensa a utilização de cabo e grandes investimentos em infraestrutura, pode atender diversas localidades isoladas como fazendas, pequenas cidades e mesmo em barcos e caminhões. Um sistema via satélite requer a instalação de uma antena parabólica e de um terminal de satélite, que são equipamentos de custo elevado. Muitas vezes esses equipamentos são fornecidos em regime de aluguel. Por esse motivo, uma conexão à Internet tende a ter custo maior que as soluções compartilhadas oferecidas pelo mercado. Porém o consumo de energia para o funcionamento das estações VSAT é muito baixo e em alguns casos a própria energia solar pode ser utilizada para alimentar esses terminais. Os satélites de comunicação usam as faixas C (4 a 8GHz), X (12,5 a 18GHz), Ku (12,5 a 7 18GHz) e Ka (18 a 40 GHz). No Brasil durante muito tempo só se utilizou à banda C que usa antenas maiores, e é menos afetada pelas interferências causadas pelas chuvas. A banda Ku por permitir o uso de antenas menores é a mais popular internacionalmente. Recentemente passou a ter maior aceitação em países tropicais, como o Brasil. Sistemas de comunicação via satélite nas bandas Ku e Ka constituem uma tecnologia moderna e de grande potencial em termos de serviços de telecomunicações. Devida à frequência elevada, serviços de telecomunicações como de telefonia, de dados e de televisão podem ser realizados através de redes com topologia em estrela constituídas de estações terminais de pequeno porte denominadas de VSAT (“Very Small Aperture Terminal”), acopladas a uma estação central mestre (“master” ou “HUB”). Em termos simples, o satélite é como um grande chaveador, recebendo sinais de uma VSAT e repetindo-o diretamente para o ponto master. As redes VSATs são uma solução técnica-econômica interessante para países em desenvolvimento como o Brasil, pois possui cobertura de grandes áreas, permitindo o alcance inclusive de comunidades remotas ou isoladas. Entretanto, nas Bandas Ka e Ku, a ocorrência de chuvas tem sido uma preocupação devida à atenuação de propagação por elas causada. Em países de clima Tropical e Equatorial como o Brasil esta preocupação é maior considerando o regime de chuvas mais intensas. Também a atenuação por nuvens nestas regiões é significativa. Dependendo da intensidade da chuva uma interrupção do enlace via satélite pode ocorrer, indisponibilizando o serviço ou resultando em desvio e retardo do sinal é o que diz a fonte Eletrica.info (Comunicação Via Satélite (Primeira Parte) – 2009). Segundo o website Malima (Comunicação via Satélite - como funciona, quais os problemas - 2005), essa influência da chuva é mais acentuada quando o grau de elevação é baixo e a antena fica apontando para próximo ao horizonte. Nessa configuração aumenta em
  8. 8. muito a susceptibilidade à chuva, bem como a influência de obstáculos como prédios, árvores e outras fontes de rádio frequência. A questão da interferência das chuvas na banda Ku é minimizada através de duas técnicas principais. A primeira e mais comum é aumento da potência de transmissão tanto do satélite quanto dos terminais e a capacidade de recepção da VSAT durante períodos de chuva mais intensa. Para que isso ocorra são usados rádios de maior potência e parabólicas maiores. A outra é a utilização de diversidade de sítio que consiste de HUB’s adicionais e distanciadas entre si de modo a propiciar percursos alternativos sem chuva intensa no enlace HUB-satélite. 8 3. Base Teórica 3.1 O que é um satélite? É basicamente qualquer objeto que dá voltas em torno de um planeta em um trajeto circular ou elíptico. O satélite pode ser natural, por exemplo, a Lua é um satélite da Terra, ou artificial, aqueles construídos pelo homem. Os satélites são, portanto, dispositivos posicionados em algum lugar no espaço e têm sua funcionalidade determinada de acordo com o tipo de aplicação para o qual foram desenvolvidos. Os satélites podem ser usados para comunicação, rastreamento, meteorologia, exploração do universo, entre outros. 3.2 Componentes de um satélite De uma forma mais técnica, podemos dizer que os satélites são estações repetidoras de sinais provenientes da Terra. Eles são compostos basicamente por: Subsistema de propulsão Inclui todos os motores responsáveis pelo posicionamento do satélite em sua órbita. Os pequenos motores chamados de thrusters também auxiliam neste processo, pois os satélites necessitam de constantes ajustes de posição devido à presença dos ventos solares e das forças gravitacionais e magnéticas que os tiram da posição correta. Por isso, comandos vindos de uma estação de controle na Terra procuram atuar sobre esses pequenos motores. Subsistema de potência Gera e armazena a eletricidade em baterias, a partir da energia coletada pelos painéis solares. Fornece potência para todos os demais subsistemas, principalmente quando o Sol não está iluminando o satélite.
  9. 9. 9 Subsistema de comunicação Manipula todas as funções de transmissão e recepção de sinais vindos da Terra. Aqui estão presentes as antenas e os chamados transponders. Estes transponders são formados por um conjunto de componentes eletrônicos que realizam processamentos com o sinal, tais como sua detecção, o ganho de potência por meio do LNA (Lower Noise Amplifier), a filtragem, a translação de frequência e sua retransmissão. Um satélite geralmente é composto de vários transponders que atuam como unidades independentes de repetição, cada um ocupando uma faixa exclusiva de frequências, sendo importante para aumentar a confiabilidade e versatilidade do satélite. Subsistema de estrutura Corresponde à estrutura física do dispositivo satélite. Subsistema de controle térmico Mantém a temperatura do satélite a níveis aceitáveis para o seu correto funcionamento. O excesso de calor é eliminado de forma a não provocar interferência em outro satélite. Subsistema de controle e posicionamento Procura manter o footprint, área coberta por um satélite, em sua correta localização. Caso a cobertura se mova sobre a superfície terrestre, a área descoberta ficará sem os serviços que para ali foram designados. Então, é necessário que este subsistema, alerte o subsistema de propulsão para acionar os thrusters que moverão o satélite para sua correta posição. Subsistema de comando e telemetria Fornece maneiras para que uma estação na Terra tenha condições de monitorar e controlar as ações de um satélite. Figura 3.1 - Diagrama em blocos básico do satélite
  10. 10. 10 Figura 3.2 - Diagrama em blocos básico do transponder Figura 3.3 - Anatomia de um satélite de comunicações 3.3 Órbitas de operação dos satélites Uma órbita é o caminho descrito por um objeto quando girando ao redor de outro, mantendo-se sempre a mesma distância entre eles. Desta forma, quando um satélite é lançado, ele é posicionado em uma órbita ao redor da Terra. A órbita é conseguida, pois a gravidade do planeta Terra o mantém a certa altura da superfície terrestre. Mas não somente isto; é necessário algum controle vindo da Terra para auxiliar neste posicionamento. Com isso, existem diversos tipos de órbitas, onde as mais conhecidas são: Figura 3.4 – Órbitas de operação de um satélite
  11. 11. 11 LEO (Low Earth Orbit) Os satélites de baixa órbita são aqueles posicionados até 2.000Km da superfície terrestre e devido à sua proximidade, desenvolvem uma velocidade bastante alta, cerca de 28.000Km/h, para evitar que a gravidade da Terra os tire do percurso e os faça se chocar com a superfície. Em uma hora e meia, estes satélites completam uma volta na Terra, ou seja, um ponto na Terra consegue se comunicar com este satélite por cerca de apenas 10 minutos. Durante muitos anos, os satélites de baixa órbita raramente foram usados em comunicações devido ao fato de que as antenas não mantinham a visada por muito tempo em um único ponto da superfície terrestre. Geralmente eram utilizados com propósitos de sensoriamento científico ou militar, mas recentemente alguns projetos de comunicação, como por exemplo, o Iridium, os empregou. MEO (Medium Earth Orbit) Satélites que distam de 5.000Km a 15.000Km da superfície do planeta estão em uma órbita média. Neste tipo de órbita, um ponto na Terra consegue comunicações com este satélite por cerca de duas horas ou mais, pois entre 4 e 8 horas, uma volta completa é dada ao redor da Terra. GEO (Geostationary Earth Orbit) Um satélite, posicionado sobre a linha do Equador e em órbita Geosíncrona ou Geoestacionária, leva entorno de 24 horas para completar uma volta em torno do planeta, o mesmo tempo que a Terra leva para completar seu movimento de rotação. Ou seja, se estes satélites são posicionados de tal forma que giram com a mesma velocidade angular que a Terra, eles estarão, portanto, parados em relação a um ponto na superfície, e assim, este ponto sempre poderá se comunicar com o satélite 24 horas por dia. Esta órbita corresponde a uma distância de aproximadamente 36.000Km da superfície terrestre. A órbita Geoestacionária é tal que, as forças da Gravidade da Terra e a Centrífuga se equilibram mantendo o satélite a uma mesma distância da superfície, sendo necessários somente alguns ajustes de posicionamento pela Estação de Monitoração de tempos em tempos. A força da Gravidade é criada por grandes massas físicas e faz com que os objetos se aproximem dela. A força Centrífuga é aquela que força os objetos a se distanciarem da massa física sobre a qual estão girando ao redor. O posicionamento dos satélites no espaço geoestacionário da Terra é dependente da disponibilidade de posições, chamadas de Posições Orbitais. A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma está separada da outra por um ângulo de 2° reduzindo ao máximo a interferência mútua entre elas. A utilização de frequências diferentes poderia solucionar este problema diminuindo a distância entre os satélites, porém o aumento das frequências, além de ser tecnologicamente
  12. 12. custoso por exigir equipamentos muito específicos, também é polêmico devido aos acordos internacionais de utilização das faixas de frequências. 12 Figura 3.5 - Posicionamento dos satélites geoestacionários ao redor do planeta Terra HEO (Highly elliptical orbit) A órbita altamente elíptica (HEO) é uma órbita elíptica com uma baixa altitude de perigeu (satélite mais próximo da Terra) e uma alta altitude (mais de 35.786 quilômetros) de apogeu (satélite mais distante da Terra). É um tipo de órbita alta. Tais órbitas extremamente alongadas têm a vantagem do longo tempo de permanência em um ponto no céu durante a aproximação, e descida do apogeu. A visibilidade próxima ao apogeu pode exceder 12 horas de permanência no apogeu com uma fase de perigeu muito mais curta e mais rápida. Corpos movendo-se ao longo do apogeu podem parecer ainda no céu para observadores no chão quando a órbita está inclinada à direita, onde a velocidade angular da órbita no plano equatorial se aproxima da rotação da superfície abaixo. Isso faz essas órbitas elípticas úteis para satélites de comunicação. Exemplos de órbitas HEO oferecendo visibilidade sobre as regiões polares da Terra, que não são cobertas na maioria dos satélites geossíncronos: • Órbitas Molniya, primeira órbita elíptica usada pelo sistema Molniya [OWK97], satélite lançado em 1965 pela União Soviética principalmente para comunicações domésticas • Órbitas Tundra, também desenvolvido para uso Soviético, mas atualmente utilizado apenas pela Rádio Satélite Sirius, que opera uma constelação de três satélites. Grande parte da Rússia está em alta latitude, portanto a órbita geoestacionária não provê a cobertura total da região. Por isso são utilizadas órbitas HEO, que incluem a cobertura polar.
  13. 13. 13 Tabela 3.1 - Classificação orbital versus distância em relação à Terra 3.4 Faixas de frequências operacionais Tabela 3.2 – Frequências de operação de um satélite A tabela acima mostra as principais faixas frequências de operação utilizadas pelos satélites. Cada uma destas faixas é mais recomendada a determinados tipos de aplicações, onde as frequências mais utilizadas para comunicação via satélite atualmente são as da banda C e banda Ku, que internacionalmente, é a banda mais popular, pois permite cursar um tráfego com antenas transmissoras e receptoras menores que as de banda C, devido ao fato das suas frequências serem mais altas. Entretanto, pelo mesmo motivo, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva, por exemplo. Dependendo da intensidade da chuva, uma interrupção ou degradação do enlace via satélite pode ocorrer, indisponibilizando o serviço prestado. Apesar disto, com a evolução da tecnologia de comunicação via satélite, já está sendo possível implementar enlaces em Banda Ku nesses países. A banda C, atualmente com menos uso em novos projetos, foi a primeira a ser explorada comercialmente devido a sua cobertura ser mais ampla. Esta banda, no entanto, apresenta elevada interferência terrestre dificultando, principalmente, a recepção, já que os enlaces de microondas operam nesta mesma faixa.
  14. 14. A banda Ka, além de sofrer a interferência da chuva utiliza uma banda de frequências muito alta. Por este motivo, os equipamentos utilizados para a banda Ka são muito caros e de difícil desenvolvimento. O maior inconveniente da transmissão satélite, o retardo de propagação, foi minimizado com códigos corretores de erro poderosos (FEC - Forward Error Correction), que diminuíram bastante o número de retransmissões de mensagens. A diferença básica entre transmissão de dados terrestre e via satélite é exatamente o retardo de propagação. O sinal de rádio, viajando a velocidade da luz, leva cerca de 270ms para ir da Terra ao espaço geoestacionário e deste de volta a Terra. Uma aplicação que requeira uma transmissão e uma resposta associada (acknowledgment - ACK) leva, portanto, 540ms para ser concluída. Na prática, retardos adicionais nas Estações Terrenas envolvidas acabam levando este retardo total para cerca de 600ms. Através da tabela 3.2 é possível verificar que o downlink e o uplink operam em faixas diferentes, para que seja possível reduzir substancialmente a interferência mútua entre o Enlace de Subida (uplink), toda transmissão que se inicia em uma Estação Terrena; e o Enlace de Descida (downlink), a comunicação que parte do satélite. 14 Figura 3.6 – Enlace Antena- Satélite 3.5 Técnicas de multiplexação e métodos de múltiplo acesso Multiplexação é a técnica de se agrupar sinais oriundos de diversas fontes em um mesmo sinal para compartilhar os meios de transmissão. As principais técnicas de multiplexação são FDM (Frequency Division Multiplexing) e TDM (Time Division Multiplexing). Múltiplo acesso pode ser entendido como a técnica para usar um canal de comunicação eficientemente, compartilhado, no caso dos satélites, compartilhar seus recursos tais como banda de frequência, potência, tempo e espaço para um grande número de usuário. As três principais técnicas de múltiplo acesso utilizadas são: FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) e CDMA (Code Division Multiple Access). Na TDMA os usuários revezam a utilização do meio e cada um obtém, por um determinado período de tempo, a largura de banda inteira. Na FDMA, o espectro de frequência é dividido em canais lógicos, para que cada usuário possa utilizar uma das faixas para transmitir o tempo todo. Nos métodos FDMA E TDMA são compartilhados a largura de
  15. 15. banda da frequência e o tempo dos transponders dos satélites, respectivamente. No CDMA, os usuários compartilham ambos os recursos, frequência e tempo, usando mutuamente um conjunto de códigos ortogonais. A melhor escolha para os esquemas de múltiplos acessos depende das características do tráfego a ser transmitido, tais como a duração das chamadas, a regularidade do tráfego e da taxa de dados requerida. 15 3.6 Configuração Básica de um Sistema de Via-Satélite Um sistema de comunicações via-satélite é composto basicamente do satélite e das estações rádio de origem e destino de informações, denominadas de Estações Terrenas. A figura 3.7 ilustra a configuração básica com dois tipos de estações terrenas utilizadas em Sistemas VSAT. Figura 3.7 - Configuração básica de um sistema de comunicação via-satélite O segmento terrestre compreende estações terrenas destinadas exclusivamente à manutenção e operação do satélite e outras para o fim principal do sistema que é o serviço de comunicação entre usuários, geralmente classificadas e designadas conforme a relação abaixo: • ET (Estação Terrena de Comunicação): destinadas exclusivamente aos serviços de telefonia, comunicações de dados, transmissão e recepção de TV, etc. Constituem os principais objetivos do sistema, sendo geralmente classificada como: a) HUB ou MASTER: estação central coletora e/ou distribuidora de informações de uma determinada rede de estações remotas b) REMOTA: estação terminal de usuário, classificada em: TVRO: para recepções de TV exclusivamente VSAT: estação transmissora e/ou receptora para telefonia, dados e TV, equipada com antena de pequena abertura.
  16. 16. 16 3.7 Redes VSAT Idealizada em meados da década de 80, com o objetivo inicial de integrar unidades separadas por longas distâncias, a rede de comunicações VSAT (Very Small Aperture Terminal) tem sido utilizada comercialmente há 21 anos. Seu nome refere-se a qualquer terminal fixo usado para prover comunicações interativas, ou somente de recepção. 3.7.1 Componentes de um sistema VSAT Figura 3.8 – Componentes de um sistema VSAT As redes VSAT são constituídas por três componentes fundamentais: • Satélite de retransmissão. • Estações remotas (terminais VSAT) • Uma estação master opcional (HUB) O mais crítico componente do sistema VSAT é sem dúvida o satélite. Caso haja algum problema nos seus painéis solares ou no controle do seu sistema de geonavegação, simplesmente não há comunicação. Os satélites modernos são compostos de 24 transponders ou mais, cada um com largura de faixa de 36 MHz ou mais. A questão da interferência das chuvas na banda Ku é minimizada através de duas técnicas principais. A primeira e mais comum é aumento da potência de transmissão tanto do satélite quanto dos terminais durante períodos de chuva mais intensa. A outra é a utilização de
  17. 17. diversidade de sítio que consiste de HUB’s adicionais e distanciadas entre si de modo a propiciar percursos alternativos sem chuva intensa no enlace HUB-satélite. Um terminal VSAT consiste tipicamente de uma antena, equipamentos externos (outdoor unit - ODU), cabos e conexões e equipamentos internos (indoor unit - IDU). A antena e a ODU realizam a conversão em frequência e amplificação do sinal de uplink (Power Amplifier - PA e Frequency Converter) e o de downlink é realizado pelo módulo LNA. A função da IDU, de uma maneira genérica, é fornecer a interface para carregar os serviços do usuário. Além disso, existe o bloco Base Band Controller que limita o uplink e o downlink da comunicação. O modulador e o demodulador também fazem parte da IDU. O consumo de energia para o funcionamento das estações VSAT é muito baixo e em alguns casos a própria energia solar pode ser utilizada para alimentar esses terminais. A IDU se conecta à ODU por meio de cabos coaxiais, cuja distância máxima varia de 50 a 100 metros, e onde a transmissão é feita na Frequência Intermediária (FI), geralmente na faixa de 2GHz. 17 Figura 3.9 - Terminal VSAT As estações VSAT podem com uma única antena agrupar vários tipos de serviço para a transmissão, como: ATM (caixa eletrônico), terminais isolados que são conectados a mainframes, serviço de telefone, rede para computador pessoal, entre outros. Dois fatores influenciam diretamente os diâmetros das antenas das estações. O primeiro é o feixe emitido pelo satélite que pode ser pontual (spot), hemisférico ou global. Quando mais concentrado, teríamos maior densidade de energia para as antenas, necessitando de menores diâmetros. Além disso, como o ganho da antena é dependente da frequência, obviamente teríamos diâmetros maiores para menores frequências. Desta forma, a banda C utiliza antenas maiores que as utilizadas nas bandas Ku e Ka. Com relação à HUB, alguns computadores estão ligados fisicamente a ela. O primeiro deles é o Host Computer, com função de fornecer a informação necessária às estações ou conectá-las a uma rede externa. O Information Center é utilizado para guardar as informações dos clientes podendo ser convertido para uma estação junto à HUB. E, por fim, o NMS (Network Management System) utilizado pelo gerente da rede. Através do NMS pode-se controlar os limites dos canais, o uso, a performance e o tráfego, além de executar diagnósticos e gerar relatórios estatísticos para cada terminal. A estação principal, HUB, dispõe de uma antena maior e é capaz de se comunicar com todas as estações VSAT remotas dos usuários, coordenando o tráfego entre elas. A estação HUB também se presta como ponto de interconexão para outras redes de comunicação, como a Internet, redes corporativas ou ainda redes de voz.
  18. 18. 18 3.7.2 Topologia das Redes VSAT A respeito das Redes VSAT em si, existem três tipos de topologia: Estrela, a Mesh e a Híbrida. Na Topologia Estrela todos os terminais VSAT estão conectados a uma grande Estação Terrena (HUB), ou Master, que age como um grande hub (das redes LAN), ou seja, não é possível que uma VSAT se comunique com outra sem que o tráfego passe pela HUB. Para existir uma comunicação VSAT-VSAT, devem ser utilizados dois saltos (duas subidas e duas descidas ao satélite). Isto representa um inconveniente: o dobro do retardo para esta comunicação deve ser computado quando comparada à de único salto. Esta estação central contém toda inteligência para controlar a operação, a configuração e o tráfego da rede. É função também da HUB, armazenar informações referentes ao desempenho, status e níveis de atividade de cada terminal VSAT. É possível dizer ainda, se trata de uma topologia estática, porém flexível no sentido operacional. Em termos econômicos, esta topologia somente se torna viável para um grande número de estações. Figura 3.10 - Rede em Topologia Estrela A Topologia Mesh, ou em malha, permite que todos os terminais comuniquem diretamente entre si sem necessidade da existência de uma HUB, a não ser para desempenhar funções de gerência. Esta topologia, já com inúmeras redes espalhadas pelos continentes, obriga as estações remotas a possuírem antenas maiores e com capacidade para transmitir sinais com maior potência diretamente através do satélite. Essa topologia é mais recomendada na comunicação VSAT-VSAT para aplicações como a voz, onde o retardo é um fator determinante para a definição da qualidade da comunicação. Embora existam exemplos de sistemas VSAT sem HUB por comutação de pacotes, os mais comuns no mercado utilizam comutação de circuitos, com canais do tipo bit pipe, sem, portanto emulação de protocolos. Pode-se dizer que esta topologia age de forma dinâmica e é bem mais flexível que a Topologia em Estrela. Ela se torna mais econômica com um pequeno número de estações terminais. Figura 3.11 - Rede em Topologia Mesh
  19. 19. A Topologia Híbrida permite que um grupo de VSATs se comunique através da topologia em Estrela e outro grupo através da topologia Mesh, sendo bastante útil quando determinado grupo de terminais têm muito mais demanda de tráfego entre si, ao contrário do que ocorreria com os outros terminais. Os satélites utilizados nessas topologias são do tipo geoestacionários. Assim, como o satélite está a uma altitude de 36.000 km acima do equador, num enlace com dois terminais VSAT juntos e logo abaixo do satélite, o tempo de propagação seria de 240 ms para uma transmissão na topologia em malha. Para um sistema VSAT com HUB (topologia em estrela) este tempo duplicaria devido aos dois saltos. Esta é uma importante característica que dificulta a utilização do VSAT em sistemas que utilizem aplicações que necessitem de tempo real; em contrapartida, o custo de transmissão independe da distância percorrida entre os pontos. No caso das estações VSATs estarem conectadas à rede de telefonia pública em áreas rurais, a HUB funcionaria como elo para a conexão. Isso acontece da mesma forma quando se deseja oferecer Internet a estações remotas, cada estação recebendo um IP fixo. 19 3.7.3 Técnicas e Protocolos de Múltiplo Acesso O compartilhamento do transponder pelas diversas portadoras que a ele se destinam exige o uso de técnicas e protocolos de múltiplo acesso. Algumas delas são conhecidas como, P-ALOHA (Pure ALOHA), S-ALOHA (Slotted ALOHA), DAMA (Consignação por demanda), TDMA (múltiplo acesso por divisão em tempo), FDMA (múltiplo acesso por divisão em frequência) e CDMA (múltiplo acesso por divisão em código). Códigos corretores como o FEC (Forward Error Correction) com redundâncias de 1/2 ou 3/4 e detectores de erros são frequentemente usados nas técnicas de acesso. A técnica e o protocolo de acesso estão intimamente ligados à aplicação e à topologia utilizadas. No processo P-ALOHA, quando um dado terminal tem um quadro a ser transmitido, ele o transmite instantaneamente, mesmo se o canal estiver sendo utilizado. O terminal “ouve” o meio e, caso esteja ocupado, respeitando o tempo de atraso inerente, assume que a mensagem foi enviada com sucesso. Caso contrário ele aguarda um tempo aleatório para retransmitir o quadro. Alguns sistemas reconhecem se o quadro foi devidamente transmitido por um ack vindo do HUB. Este processo aleatório de transmissão pelas VSATs é ineficiente em termos de taxa de sucesso na transmissão dos pacotes. O processo Slotted-Aloha é uma versão ligeiramente melhorada do Aloha que tem como objetivo reduzir a taxa de colisões comparativamente com o processo P-ALOHA se sobreponham o máximo possível. O método utilizado foi fazer com que as transmissões dos quadros ocorram apenas em períodos determinados. Assim, um quadro não pode interferir com o outro que já esteja na metade de sua transmissão. Por esta razão, este sistema praticamente dobra a eficiência em relação ao anterior. A sincronização se dá através do relógio do HUB, considerando assim as diferentes distâncias dos terminais.
  20. 20. O TDMA (Time Division Multiple Access) se caracteriza pela divisão no tempo do sinal processado pelo transponder. O método mais utilizado dentro desta técnica é o TDMA-DA (Demand Assignment) onde o HUB fica responsável por alocar o slot para a transmissão de cada terminal VSAT de acordo com a transmissão previamente requerida. TDMA é o método mais utilizado nas redes VSAT comerciais. Na técnica FDMA (Frequency Division Multiple Access) cada terminal VSAT transmite com uma portadora exclusiva. Assim, se obtém para cada transponder a divisão em frequência dos canais. Nas redes VSAT que utilizam a técnica CDMA (Code Division Multiple Access), cada terminal recebe um número pseudo-randômico (PN), único utilizado para codificar e decodificar suas transmissões. Vários VSAT podem transmitir simultaneamente na mesma frequência, sendo o sinal separado na recepção pelo HUB. A transmissão do HUB também é codificada da mesma forma, porém um único PN é atribuído a ele, o que permite a recepção por todos os terminais. Com o protocolo DAMA (Demand Assignment Multiple Access), se um terminal VSAT deseja realizar uma transmissão, este terminal faz uma requisição de um slot no tempo ou frequência para fazê-la. A atribuição do slot é feita pelo NMS (Network Management System) e este somente é liberado após a conclusão da transmissão. Este protocolo de acesso por demanda é a técnica utilizada para os serviços de telefonia, principalmente, para aumentar a eficiência do uso de um transponder evitando períodos de ociosidade comparativamente a um protocolo de consignação fixa. 20 Figura 3.12 – Rede em topologia estrela usando a técnica TDM/TDMA
  21. 21. 21 Figura 3.13 – Rede em topologia mesh usando a técnica DAMA 3.7.4 Modulação A modulação utilizada em qualquer sistema digital é escolhida levando-se em consideração a robustez a efeitos de ruídos, interferências, condições de propagação e eficiência espectral. Assim acontece com sistemas via-satélite que, em geral, utilizam as modulações PSK (phase shift keying) binária e quaternária Modulações que envolvem a amplitude da portadora, como a QAM (quadrature amplitude modulation) e a ASK (amplitude shift keying) são em princípio inadequadas, já que o canal via-satélite é extremamente não linear e sua atenuação é variável com tempo. Entretanto, atualmente há sistemas que empregam modulação QAM com 16 níveis, viabilizada pelo uso de códigos corretores de erro bastante robustos. A modulação FSK (frequency shift keying) tem sido pouco utilizada pela sua baixa eficiência espectral. Os diversos tipos de modulação podem ser comparados, em termos de sua robustez ao ruído e interferências, através da relação entre a taxa de bits errados ou BER (bit error rate) e a correspondente razão energia de bit/densidade espectral de ruído (Eb/No). Figura 3.14 - BER x Eb/N0
  22. 22. 22 4. Especificações do projeto 4.1 Cidade escolhida: Coari, Amazonas Figura 4.1 – Coari, AM A estação remota para qual será calculado o enlace via satélite está localizada em Coari, Amazonas. Com população de 75.909 habitantes, segundo as estimativas do IBGE/2010, Coari é a quinta maior cidade do Amazonas. Atualmente destaca-se por produzir petróleo e gás natural na base de Urucu da Petrobras. O desenvolvimento econômico proporcionado pela exploração desses recursos, fez crescer a necessidade de implementação do serviço de banda larga da região. Sem a infraestrutura terrestre necessária, a internet via satélite passou a ser uma das alternativas a esse problema. Um grupo de trabalho foi criado pelo Senador Eduardo Braga (PMDB/AM) e o Ministro de Ciência e Tecnologia, Aloizio Mercadante, no início de maio de 2011 para discutir formas de massificar internet em banda larga na região Amazônica via satélite, além de questões legislativas que viabilizem projetos de ciência, tecnologia e inovação no país. Através dos recursos da exploração do petróleo e do pré-sal, o ministério pretende investir nesses projetos, estudando inclusive a possibilidade da colocação de um satélite para atender a demanda de banda larga na região amazônica. Sendo assim, o estudo por nós desenvolvido vai de encontro com uma necessidade atual do país, que é difundir o acesso a banda larga a todas as regiões do país. 4.2 Satélite utilizado: Star One C1 O satélite escolhido para o enlace foi o C1 da Star One. Lançado em 2007, o satélie foi criado, entre outras razões, para dar mais alternativas de acesso à internet em banda larga. Abaixo foram detalhadas informações técnicas sobre o satélite.
  23. 23. 23 Figura 4.2 – Satélite Star One C1 Satélite C1 para Banda Ku Principais características: Posição orbital: 65,0° W Nº de transponders: - Banda Ku: 12x36 MHz + 2x72 MHz Frequências: -Banda Ku: 13750 MHz a 14500 MHz subida, 10950 MHz a 11200 MHz descida(PH) e 11700 MHz a 12200 MHz descida(PV) Equivalent isotropically radiated Power(EIRP) típica: - Banda Ku: Brasil( Sul + Sudeste + Nordeste): 46,0 dBW Mercosul: 50,5 dBW Miami: 47,5 dBW
  24. 24. 24 G/T típico: - Banda Ku: Brasil (Sul +Sudeste + Nordeste): 4,5 dB/K Mercosul: 3,5 dB/K Miami: 2,5 dB/K Fluxo de saturação típico (SFD): - Banda Ku: -88 dbW/m²(referência: G/T= 1,0 dB/K) Recuos de Entrada e Saída Típicos e Densidade do Ruído de Intermodulação : Feixe BRAK(Brasil) Os recuos de entrada e saída totais típicos, para o caso de portadoras alocadas em transponders multiportadoras (multicarrier mode), são 5,5 dB e 4,0 dB, respectivamente. A densidade do ruído de intermodulação, para este caso, referida à potência de saturação de saída, é de –97,0 dB/Hz (transponder de 36 MHz) ou –100,0 dB/Hz (transponder de 72 MHz), correspondendo a –15,0 dBW/4KHz (transponder de 36 MHz) ou –18,0 dBW/4kHz (transponder de 72 MHz), no contorno de referência do satélite Star One C1. Os recuos de entrada e saída totais típicos, para o caso de portadoras alocadas em transponders com 2 (duas) portadoras (dual carrier mode), são 3,0 dB e 2,0 dB, respectivamente. A densidade do ruído de intermodulação, para este caso, pode ser desprezada pois a sua parcela preponderante cairá fora dos limites do transponder. Os recuos de entrada e saída típicos, para o caso de portadoras alocadas em transponders com 1 (uma) portadora (single carrier mode), são 1,0 dB e 0,5 dB, respectivamente. Feixe MCRK(Mercosul) Os recuos de entrada e saída totais típicos, para o caso de portadoras alocadas em transponders multiportadoras (multicarrier mode), são 5,5 dB e 4,0 dB, respectivamente. A densidade do ruído de intermodulação, para este caso, referida à potência de saturação de saída, é de –97,0 dB/Hz (transponder de 36 MHz) ou –100,0 dB/Hz (transponder de 72 MHz), correspondendo a –15,0 dBW/4KHz (transponder de 36 MHz) ou –18,0 dBW/4kHz (transponder de 72 MHz), no contorno de referência do satélite Star One C1. Os recuos de entrada e saída totais típicos, para o caso de portadoras alocadas em transponders com 2 (duas) portadoras (dual carrier mode), são 3,0 dB e 2,0 dB, respectivamente. A densidade do ruído de intermodulação, para este caso, pode ser desprezada pois a sua parcela preponderante cairá fora dos limites do transponder.
  25. 25. Os recuos de entrada e saída típicos, para o caso de portadoras alocadas em transponders com 1 (uma) portadora (single carrier mode), são 1,0 dB e 0,5 dB, respectivamente. 25 Frequência de “Beacon”: - Banda C: 4199,0 e 4199,9 MHz na polarização horizontal - Banda Ku: 11701,0 MHz na polarização horizontal 12199,8 MHz na polarização vertical Polarização: O Star One C1 opera com polarização linear. Uma vez que o Star One C1 faz reuso de freqüências através da utilização de dupla polarização, a isolação das antenas do satélite entre as duas polarizações ortogonais é da ordem de 33 dB dentro da área de cobertura, tanto na subida como na descida. Condições Operacionais As portadoras alocadas no satélite Star One C1 estão sujeitas às condições operacionais descritas nos subitens a seguir. Coordenação Espacial Considerando-se a Resolução 288 da Anatel: “Condições de Operação de Satélites Geoestacionários em Banda Ku com Cobertura sobre o Território Brasileiro”, bem como acordos de coordenação espacial com operadores de satélites vizinhos compartilhando a mesma faixa de freqüências no arco orbital geoestacionário, as transmissões das portadoras estão sujeitas às densidades máximas apresentadas abaixo. Nota: as densidades devem ser calculadas em uma banda de referência de 1 Hz dentro da largura de faixa da portadora digital equivalente à sua taxa de símbolos. Densidade Máxima de Subida A densidade máxima de potência de subida das portadoras operando nos feixes BRAK e MCRK do satélite Star One C1 é de –48 dBW/Hz, referida à entrada da antena. Densidades superiores somente poderão ser empregadas com autorização por escrito da Star One.
  26. 26. 26 Densidade Máxima de Descida A densidade máxima de EIRP de descida das portadoras operando nos feixes BRAK e MCRK do satélite Star One C1 é de –22 dBW/Hz, referida ao centro do feixe. Densidades superiores somente poderão ser empregadas com a autorização por escrito da Star One. Nota: a EIRP máxima de saturação é da ordem de 53,3 dBW para o feixe BRAK e de 52,4 dBW para o feixe MCRK do satélite STAR ONE C1. Diâmetro Mínimo das Antenas As antenas com diâmetros dentro dos parâmetros 1., 2. e 3., descritos a seguir somente poderão ser empregadas com autorização por escrito da Star One, após avaliação de suas características técnicas bem como de sua localização geográfica: 1. Antenas estritamente receptoras inferiores a 75 cm, operando na Banda Ku padrão; 2. Antenas estritamente receptoras inferiores a 60 cm, operando na Banda Ku estendida; 3. Antenas transmissoras inferiores a 96 cm, operando na Banda Ku padrão; 4. Antenas transmissoras inferiores a 1,2 m, operando na Banda Ku estendida. Nota: as transmissões na Banda Ku estendida com antenas inferiores a 1,2m estão proibidas, conforme resolução da Conferência Mundial de Radiocomunicações de 2003. Fabricante (modelo): Alcatel (Space Bus 3000B3) Veículo de lançamento: Arianespace Mapa de Cobertura: em anexo. 4.3 Antenas Figura 4.3 – Antena
  27. 27. 27 Antena utilizada na recepção ESPECIFICAÇÕES Antena de 1.8m VSAT Ku-RECEBA Ku-TRANSMITA Freqüência (gigahertz) 10.70-12.75 13.75-14.5 Ganho típico (±2dBi) 45.3@12.0GHz 46.8@14.3GHz VSWR 1.5:1 1.3:1 Abertura do feixe: - 3dB 1.0°@12.0 GHz 0.8°@14.3GHz Temperatura de ruído da antena (°K) 10°Elevation 43 20°Elevation 28 40°Elevation 23 Polarização Linear,Ortogonal Linear,Ortogonal Relação da alimentação WR-75 Curso do azimute 360° contínuo,±10° Fine Curso da elevação 10° -90° Isolamento(Port to Port)(dB) 35 80 Ventos operacionais 80km/h Ventos da sobrevivência 200km/h Temperatura ambiental -50° a 80° Umidade relativa 0% a 100% Radiação Solar 360 BTU/h/ft2 Tabela 4.1 – Especificações da antena
  28. 28. 28 4.4 LNB RS 1F30x Banda-Ku Figura 4.4 -LNB Especificações Referência interna do LNB Parâmetros Mínimo Típico Máximo Unidade Intervalo da RS1F30A 10.95 11,70 GHz Frequência de entrada RF RS1F30B 11.70 12.20 GHz RS1F30C 12.25 12.75 GHz Intervalo da Frequência de saída IF RS1F30A 950 1700 MHz RS1F30B 950 1450 MHz RS1F30C 950 1450 MHZ Frequência de oscilação local RS1F30A 10.00 MHz RS1F30B 10.75 MHz RS1F30C 11.30 MHz Estabilidade do oscilador local ±50 ppm Figura do Ruído RS1F30A 0.7 0.8 dB RS1F30B 0.7 0.8 dB RS1F30C 0.8 1.0 dB Ganho de conversão 50 60 dB P.l dB de saída IF 3 dBm Impedância de saída 75 ohm IF Perda de retorno de saída IF 10 dB Voltagem fornecida 10.5 24.0 V Corrente fornecida 140 mA Tabela 4.2 – Especificações do LNB
  29. 29. 29 4.5 Cabo RG6 coaxial Figura 4.5 – Cabo Características Mecânicas Mínimo Breaking Um único cabo 82kgs Cabo duplo 166kgs força de coesão entre o condutor central e dielétrico 20N/5mm Características elétricas: Capacidade 50 + / -3,0 nm / km Impedância 75 + / -3 ohm Velocidade 85% Dielétrico Eficácia 55MHz = 60dB 300Mhz = 70dB 1000Mhz = 70dB Perda de Retorno 1 ~ 470Mhz = 22dB 100% Swept 470 ~ 1000Mhz = 20dB 1000 ~ 2200MHz = 18dB Constante de atenuação atenuação MHz Mínima (Db/100ft). Máximo (Db/100ft). 5 0.58 1.90 55 1.60 5.25 83 1.95 6.40 187 2.85 9.35 211 3.05 10.00 250 3.30 10.82 300 3.55 11.64 350 3.85 12.63 400 4.15 13.61 450 4.40 14.43 500 4.66 15.09
  30. 30. 30 550 4.90 16.08 600 5.10 16.73 750 5.65 18.54 865 6.10 20.01 1000 6.55 21.49 Tabela 4.3 – Especificações do Cabo Coaxial 4.6 Modem Satélite DMD2401-VSAT/SCPC Modem Satélite O DMD2401 é projetado para funcionar como ambas as extremidades de uma Single Channel Per Carrier satélite (SCPC) link ou como o VSAT, site modem remoto em um sistema TDMA hub. O DMD2401 é perfeito para redes de malha ou topologia em estrela. O modulador e demodulador operam de forma independente usando BPSK, QPSK, 8PSK OQPSK ou modulação (opcional) ou modos SCPC ou VSAT. O DMD2401 é também o modem ideal VSAT para uso em um ponto-a-ponto da rede frame relay híbrido. Outras aplicações incluem FDMA, telefonia, videoconferência, de longa distância paginação de aprendizagem, e captação de notícias. Figura 4.6 – Modem Satélite DMD 2401 Especificações Gerais Transmitir e receber Taxas de dados DMD2401: BPSK 4,8-1250 Kbps Taxa de 1 / 2 QPSK 9,6-2500 Kbps Taxa de 1 / 2 QPSK 9,6-3750 Kbps Taxa de 3/4 QPSK 9,6-4375 Kbps Taxa de 7/8 OQPSK 9,6-2500 Kbps Taxa de 1 / 2 OQPSK 9,6-3750 Kbps Taxa de 3/4 OQPSK 9,6-4375 Kbps Taxa de 7/8 8PSK 64-5000 Kbps Taxa de 2 / 3 (Opcional) Definição da Taxa de dados:Selecionável em passos de 1 bps Tabela 4.4 - Moduladores
  31. 31. 31 Especificações do modulador: Faixa de freqüência: 50-90 e 100-180 MHz Standard em passos de 1 Hz Estabilidade da freqüência: ± 1,0 ppm (88 Hz a 88 MHz) Controle de Nível: -5 A -30,0 dBm,passos de 0,1 dB Estabilidade nível: ± 0,5 dB De 0 a 50 ° C Impedância: 75 Ohm ou 50 Ohm selecionável Software Perda de retorno: 20 dB mínimo Saída Off Isolamento: 60 dB Saída de espúrias: -55 DBc De 2 a 200 MHz Especificações do demodulador: Faixa de freqüência: 50-90 e 100-180 MHz Standard em passos de 1 Hz Faixa de Portadora de entrada: -65 A -40 dBm (Taxa de Símbolo 64 kHz) -50 A -30 dBm (Taxa de Símbolo kHz 640) Aquisição / Tracking: ± 1 kHz a ±32 kHz , 1 kHz Passos Faixa de reaquisição: ± 1 kHz a ±32 kHz, 1 kHz Passos IF Impedância de entrada: 75 Ohm ou 50 Ohm selecionável Software Perda de retorno: 20 dB mínimo Eb/No Típico Eb/No (Viterbi) Taxa 1/2 Taxa 3/4 Taxa 7/8 @ BER=10-5 5.1 6.3 7.5 @ BER=10-7 6.2 7.7 8.6 Typical Eb/No (Sequential) Taxa 1/2 Taxa 3/4 Taxa 7/8 @ BER=10-5 5.1 5.6 6.4 @ BER=10-7 6.5 6.5 7.4 Típico Eb/No (8PSK Trellis) Taxa 2/3 @ BER=10-5 6.4 @ BER=10-7 8.1 Típico Eb/No(Turbo) Taxa 1/2 Taxa 3/4 Taxa 7/8 Taxa 0,495 Taxa 0,793 B/O/QPSK @ BER=10-5 2.4 3.2 3.9 2.5 3.4 @ BER=10-7 2.8 3.7 4.1 2.7 3.8 8PSK @ BER=10-5 --- 5.6 6.7 --- 5.9 @ BER=10-7 --- 6.0 7.5 --- 6.4 Tabela 4.5 – Eb/No
  32. 32. 32 4.7 Cálculo do enlace Dados da estação terrena (referentes a cidade de Coari –AM) : Latitude: φB=04° 05' 06'' S = -4,085° Longitude: 63° 08' 29'' W = -63,141° Altitude: 10m Dados do satélite Star One C1: Latitude do satélite: φA=0° devido ao fato do satélite ser geoestacionário. Longitude do satélite geoestacionário é 65°W OBS: Por convenção adotamos o ângulo como negativo quando estamos em latitudes ao sul do equador e quando estamos em longitudes a oeste do meridiano de Greenwich também. Diferença entre as longitudes do satélite e da estação terrena: ΔM = -65° -(- 63,141°) = -1,859° = 1,859° W Figura 4.7 – Representação geométrica do enlace Onde, O: centro da Terra B: projeção da estação terrena na superfície A: projeção do satélite na superfície E: estação terrena S: satélite α: ângulo entre A e B θ: ângulo de elevação da antena
  33. 33. 33 D: distância entre a estação terrena e o satélite Hs: altitude do satélite He: altitude da estação terrena Re: raio equivalente da Terra Da figura acima, podemos achar α e θ. Ângulo compreendido entre a estação terrena e o satélite C1 a partir do centro da Terra: α = cos -1 (sin φA sin φB + cos φA cos φB cos M) α = cos -1[sin 0° sin (-4,085°) + cos 0° cos(-4,085°) cos(-1,859° ) ] → α = 4,487° Para calcularmos D precisamos do raio da equivalente da Terra e da distância entre o centro da Terra e o satélite(H) que consiste em ser a distancia da superfície terrestre a órbita geoestacionária (36000Km) mais o raio equivalente da Terra. O raio equivalente da Terra (Re) é resultado do produto do raio da Terra, Rt = 6378,1km, por um fator de correção K, que no nosso caso pegamos este dado do CETUC para o valor mínimo da pior época em Manaus, K = 1,00. Logo, Re = Rt D2 = [ (Re + Hs)2 + (Re + He)2 – 2(Re + Hs)(Re + He)cos α] → D2 = (42378,1)2 + (6378,11)2 – 2x(42378,1)(6378,11)cos 4,487° D = 36022,99 km Cálculo do ângulo (θ) de elevação da antena, utilizaremos a seguinte equação (lei dos cossenos) : (Re+Hs)2 = (Re + He)2 + D2 – 2 (Re + He) D cos (90+θ) então: (42378,1)2 = (6378,11)2 + (36022,99)2 – 2 x (6378,11) x (36022,99) x cos (90+θ)→ θ =84,72° Adotando uma freqüência de operação de 11GHz no Downlink, começaremos a calcular as atenuações: 4.7.1 Atenuação de espaço livre: A0 = 32,4 + 20 log(D) + 20 log(f) Onde: D: distância (em km) f: frequência (em MHz)
  34. 34. 34 A0 = 32,4 + 20 log (36022) + 20 log (11000) A0 = 204,359 dB 4.7.2 Atenuações impostas pelo meio físico: 4.7.2.1 Atenuação por gases atmosféricos: A troposfera é composta principalmente por moléculas de oxigênio, nitrogênio e vapor de água. Como nitrogênio não absorve energia das ondas de radiofreqüência, a atenuação por gases atmosféricos deve-se completamente à absorção de energia eletromagnética pelo oxigênio e pelo vapor de água. Para freqüências abaixo de 10 GHz, a atenuação por gases atmosféricos normalmente pode ser desprezada. Como estamos operando com uma freqüência de 11 GHz no downlink, não podemos considerar desprezível a atenuação por gases atmosféricos nesse enlace. Da recomendação ITU-R P.1510 tiramos o valor de temperatura (25°) através do mapa em anexo. Da recomendação ITU-R P.835 podemos encontrar a pressão atmosférica, P(h) , e a densidade de vapor de água, ρ (h) , da estação terrena, dado que i L ≠ 0: T  = ⋅ = 1012,09 hPa ( ) Li i i i P h P  i T L h H 34,163 ( )     + ⋅ − Onde, P(h): pressão atmosférica da estação terrena i P : pressão atmosférica na altitude H, que no nosso caso pela ITU é zero i T : temperatura da região da estação terrena i L : gradiente de temperatura, pela ITU esse valor é de -6,5 K/Km g 3   − 0 ( ) exp 20 0 m h h h =     ρ = ρ ⋅ Onde, ρ (h) : densidade de vapor de água da região da estação terrena 0 ρ : densidade de vapor de água ao nível do mar ( 0 ρ =20 g 3 m ), de acordo com a ITU-R P.836, através do mapa em anexo.
  35. 35. 35 0 h : escala de altura ( 0 h =2 Km, recomendação ITU-R P.835) h : altitude da estação terrena Podemos a partir dos dados calculados acima e da recomendação ITU-R P.676, calcular as atenuações específicas por absorção de energia pelo oxigênio, o γ (em dB/Km) pelo vapor de água, γω (em dB/km): Para f≤ 54 GHz, 0,62 r = p ( ) 2 2 13 2 1,16 3 2,8 7,2 ⋅ 2 2 1,6 10 ⋅ 54 0,83 0,34 1 ⋅ ⋅ ⋅ −       − + ⋅ + + ⋅ ⋅ p t t o f r f r r f ξ ξ γ ξ ξ1 = Φ(rp; rt; 0,717; -1,8132; 0,0156 ;-1,6515) ξ2 = Φ(rp; rt; 0,5146; -4,6368; -0,1921 ;-5,7416) ξ3 = Φ(rp; rt; 0,3414; -6,5851; 0,2130; -8,5854) a . rt Φ(rp, rt, a,b,c,d) = rp b exp[ c(1-rp) + d(1- rt)] Onde, f: frequência de operação (GHz) p rp = e 1013 t 288 = 273 rt + p : Pressão atmosférica da estação terrena t : Temperatura da estação terrena ( °C ) Encontramos 0 γ =0,0087 dB/Km A atenuação por vapor de água γω (em dB/km) é dada por: 3,98 exp[2,23(1 )] γω 1 = g ( f ,22) ( 22,235) 9,42( ) 2 1 2 f rt η η − + − + 2 η − 11,96 exp[0,7(1 )] η 1 − 2 + 1 ( f 183,31) 11,14( ) rt + 2 η − 0,081 exp[6,44(1 )] η 1 − 2 + 1 ( f 321,226) 6,29( ) rt + 2 η − 3,66 exp[1,6(1 )] η 1 − 2 + 1 ( f 325,153) 9,22( ) rt + rt η 25,37 exp[1,09(1 )] 2 1 ( 380) − − f +
  36. 36. 36 rt η 17,4 exp[1,46(1 )] 2 1 ( 448) − − f η − 844,6 exp[0,17(1 )] 1 g f f + ( ,557) ( 557) 2 rt − + η − 1 g f f ( ,752) 290 exp[0,41(1 )] ( 752) 2 rt − η − 8,3328 10 exp[0,99(1 )] x rt + ( ,1780) ( 1780) 2 2 4 g f f − + f 2 rt 2,5 p x10-4 0,68 η1 = 0,955 rp rt + 0,006ρ 0,5 η2 = 0,735 rp rt 4 ρ +0,0353 rt g(f,fi) = 2   − f f 1     + + i i f f Encontramos γω = 0,0138 dB/Km Cálculo das altitudes equivalentes do oxigênio, 0 h (km), e do vapor de água, w h (km), conforme recomendação ITU-R P.676: ( ) 1,1 1 2 3 1 6,1 o ⋅ + + + = − 1 0,17 t t t r h p + ⋅ Onde, − 4,64 f 59,7 2 − t1 = ) ] + − r + − 2,87 12,4exp( 7,9 ) exp[ ( 1 0,066 2,3 1 p p r η t2 = 0,14exp(2,12 ) − 2 + r ( 118,75) 0,031exp(2,2 ) p p f r − 6 2 − + + 0,0247 0,0001 1,61 10 0,0114 f x f t3 = 5 2 7 3 − − + + 2,6 1 0,0169 4,1 10 3,2 10 1 0,14 f x f x f rp − − + + Encontramos 0 h = 5,1968 km hw=1,66(1+ w σ w 2 2 − 2 + w w w w 1,58 3,37 1,39 f f σ f σ σ σ σ ( 325,1) 2,89 ( 183,31) 4,69 ( 22,235) 2,56 + − + + − + ) onde, σw = 1013 + − − p r 1 exp[ 8,6( 0,57)] Encontramos hw = 1,6779 km
  37. 37. 37 Calculamos as atenuações parciais por absorção de energia pelo oxigênio, o A (dB), pelo vapor de água, w A (dB), e determinamos a atenuação efetiva por gases atmosféricos, G A (dB) : Para 5° ≤ θ ≤ 90 ° , A A A o w sen(θ ) G + = Onde, o A = o h x 0 γ o A = 0,0452 dB w A = hw x γω w A = 0,0232 dB θ : ângulo de elevação da antena 84,72° Encontramos G A = 0,06869 dB 4.7.2.2 Atenuação por precipitação e nuvens: Para sistemas que operam em freqüências abaixo de 10 GHz, a atenuação por precipitação e nuvens normalmente pode ser desprezada. Como em nosso enlace de descida operamos em uma freqüência de 11 GHz, temos que levar em conta essa atenuação. Usaremos para tal a recomendação ITU-R P.618. Cálculo das estatísticas de longa duração de atenuação por chuva para freqüências de até 55 GHz. Para esse cálculo os seguintes parâmetros são requeridos: R0,01: taxa de precipitação da estação terrena (Coari – AM), excedida para 0,01% de uma média anual (mm/h) hs: altitude da estação terrena (km) hs = 0,01 km θ : ângulo da estação terrena (graus) θ = 84,72° Φ: latitude da estação terrena (Coari – AM) Φ = -4,085° f: freqüência de operação (GHz) f = 11 GHz Re: raio efetivo da Terra (6378 Km)
  38. 38. 38 Passo 1: Determinar a altura da chuva, hR (km), conforme recomendação ITU-R P.839. Figura 4.8 – Percurso Terra - espaço Da recomendação ITU-R P.839,mapa em anexo, h0 = 4,5 km para a localização da estação terrena (Coari – AM). Onde h0 é a média anual das altitudes das isotermas a 0°C hR = h0 +0,36 km = 4,86 km Passo 2: calcular o comprimento do percurso inclinado, Ls (km):   − = h h Para ° ≥ 5 θ :   L R S s = 4,8706 km senθ Passo 3: calcular o comprimento da projeção horizontal do percurso inclinado, LG (km): LG = Ls cosθ = 0,4482 km Passo 4: determinar a taxa de precipitação, R0,01 (mm/h), na região da estação terrena (Coari – AM), excedida para 0,01% de uma média anual, conforme especificado na Recomendação ITU-R P.837. Encontramos através do mapa em anexo o valor de; R0,01 = 100 mm/h Passo 5: calcular a atenuação específica por chuva, γR (dB/km), conforme especificado na recomendação ITU-R P.838: γR = k(R0,01)α
  39. 39. 39 ( ) ( )    + + + ⋅ ⋅ ⋅ =  cos cos 2 2θ τ H V H V k k k k 2 k ( ) ( )    ⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =  cos cos 2 α α α α 2θ τ k k k k H H V V H H V V k 2 α Onde, k : coeficiente ( H k para polarização horizontal, V k para polarização vertical) α : coeficiente ( H α para polarização horizontal, V α para polarização vertical) τ : ângulo de tilt em relação a horizontal (graus) Como operamos em uma freqüência de 11 GHz com polarização horizontal V k = V α =0, H k =0,01772 e H α = 1,2140. O que nos leva a k = 8,3950 3 10⋅ − e α = 1,2921. Logo γR = 3,2227 dB/km Passo 6: Calcular o fator de redução horizontal, 0,01 r : 1 − − − ⋅ G R ( LG ) e f L r 2 0,01 + ⋅ 1 0,78 0,38 1 = γ = 0,9454 Passo 7: Calcular o fator de ajuste vertical, 0,01 v :         − ⋅  ⋅        + ⋅ − =       1 θ + − 1 31 1 0,45 2 1 0,01 f L sen e v R R γ θ χ Temos que verificar se ζ θ :    ζ R S = 85,01°      − h h ⋅ = − 0,01 1 tan L r G Como 85,01° 84,72° ζ θ , então: 0,01 L r L G cosθ R ⋅ = = 4,6046 km Temos que |ϕ | 36° , onde ϕ =-4,085° é a latitude da estação terrena (Coari –AM):
  40. 40. 40 χ = 36− |ϕ |= 31,915° Finalmente achamos: 0,6846 0,01 v = Passo 8: Calcular o comprimento efetivo do percurso, E L (km): 0,01 L L v E R = ⋅ = 3,1523 km Passo 9: Calcular a atenuação por chuva, 0,01 A (dB), excedida para 0,01% de uma média anual: R E A = γ ⋅ L 0,01 = 10,1589 dB Para termos um enlace seguro, calcularemos a atenuação por chuva excedida para uma porcentagem do pior mês. Para calcularmos a atenuação por chuva, p A , usaremos a seguinte fórmula: ( ( p ) A β p sen θ ) p p A A 0 ,655 0 ,033 ln 0 ,045 ln( ) (1 ) 0 ,01 0 , 01 0,01 − + − − −     = ⋅ Para calcular a porcentagem anual do tempo, p, correspondente a porcentagem do tempo do pior mês, w p , conforme especificado na recomendação ITU-R P.841. p p = w Q Onde, Q: fator de correção composto por dois parâmetros, 1 Q e 1 β , determinados pelo clima e por efeitos de propagação. Da tabela em anexo, encontramos os valores de 1 β = 0,13 e 1 Q = 2,85 para o Brasil Equatorial. P = 0,0015% Com essa porcentagem podemos calcular p A : Para p 1%, temos: β = −0,005⋅ (|ϕ | −36) Com isso obtemos que p A = 14,2254 dB
  41. 41. 41 4.7.2.3 Atenuação devido a nuvens e névoa: Usaremos a recomendação ITU-R P.840. A atenuação por nuvens só tem importância para enlaces operando em uma freqüência maior que 10 GHz. Como estamos com uma freqüência de operação no downlink (satélite C2 – Coari) de 11 GHz, a atenuação por nuvens é levada em consideração. L K A l senθ C ⋅ = Onde, L: quantidade total de água líquida na coluna de nuvem (kg/ 2 m ) l K : coeficiente de atenuação específica ( / dB km 3 / g m ) θ : ângulo de elevação da antena O valor de L pode ser obtido a partir da localização da estação terrena (Coari –AM), através do mapa em anexo da recomendação ITU-R P.840 (L = 1,6 kg/ 2 m ). O valor de l K pode ser obtido a partir da relação dos coeficientes de atenuação específica a 0° C como função da freqüência na figura em anexo da recomendação ITU-R P.840 ( l K = 0,1 / dB km 3 / g m ). Com esses valores obtemos: C A =0,161 dB 4.7.3 Atenuação por cintilação: Usaremos a recomendação ITU-R P.618 para calcularmos a atenuação por cintilação, S A . A atenuação por cintilação é resultado dos multipercursos seguidos pelo sinal propagante na troposfera. Ela corresponde as variações, flutuações ou desvanecimentos rápidos no sinal recebido, ocorridas devido as irregularidades no índice de refração troposférico, causando o espalhamento do sinal. A atenuação imposta por este espalhamento é diretamente proporcional à freqüência de operação e inversamente proporcional ao ângulo de elevação da antena, ou seja, quanto maior a freqüência e menor o ângulo de elevação, maior será a atenuação observada. Como nosso ângulo de elevação é θ =84,72°, usaremos conforme especificado na recomendação ITU-R P.618, seguiremos o método para ângulos maiores que 4° , testado para freqüências entre 7 e 14 GHz. São necessários os seguintes parâmetros: t: temperatura média ( °C ) na superfície da região da estação terrena (Coari – AM) por um período de 1 mês ou mais. t = 25°
  42. 42. H: umidade relativa média (%) da região da estação terrena por um período de 1 mês ou mais. H = 80% (valor encontrado no wikipédia para Coari – AM) 42 f: freqüência de operação do downlink (GHz). f = 11 GHz θ: ângulo de elevação da antena (graus). θ =84,72° D: diâmetro físico da antena (m). D = 1,8m η : eficiência da antena (se desconhecida, estima –se η = 0,5 para uma estimativa conservadora, de acordo com a recomendação ITU-R P.618). Passo 1: Calcular o valor da pressão de saturação do vapor de água, S e (hPa), conforme especificado na recomendação ITU-R P.453:    +  ⋅ = ⋅ b t t c e a S exp Onde, a, b e c: coeficientes aplicados na faixa de temperatura de − 20°C a + 50°C ( a = 6,1121, b = 17,502 e c = 240,97). = 31,6703 S e hPa Passo 2: Calcular o termo úmido da refratividade, wet N , conforme especificado na recomendação ITU-R P.453: e 2 5 3,732 10 T Nwet = ⋅ ⋅ Onde, T: temperatura (T = 25 + 273 = 298 K) e: pressão do vapor de água (hPa) 25,3363 100 = ⋅ = S H e e hPa Então o termo úmido de refratividade é : wet N = 106,4760
  43. 43. Passo 3: Calcular o desvio padrão da amplitude do sinal, ref σ (dB), utilizado como referência: 43 3,6 10 10 0,0142 = ⋅ −3 + ⋅ −4 = ref wet σ N dB Passo 4: Calcular o comprimento efetivo do enlace, L (m): h ⋅ 2 L L (senθ ) + ⋅ + senθ = 2 −4 2,35 10 = 1004,2 m Onde, L h : altitude da camada turbulenta da troposfera ( L h =1000m). Passo 5: Calcular o diâmetro efetivo da antena, eff D (m): D = D⋅ η eff = 1,2728 m Passo 6: Calcular o fator médio da antena, g(x): 5 = ⋅ + ⋅  ⋅ ( ) 11 11 6  g x x 2 sen − 7,08 ⋅ ( ) 3,86 1 12 x 1 arctan 6 x    2 1,22 = 0,0216  = ⋅ ⋅   f L x Deff Com o valor de x, encontramos g(x) = 0,9254 Passo 7: Calcular o desvio padrão do sinal, σ : ( ) g x 7 = ⋅ ⋅ = f ref 0,0537 1, 2 ( ) dB sen 12 θ σ σ Passo 8: Calcular o fator porcentagem do tempo, a(p): a p = − ⋅ p + ⋅ p 2 − ⋅ p + 10 ( ) 0,061 (log ) 0,072 (log ) 1,71 log 3 10 10 3
  44. 44. = + + − − − − − − P dBw EIRP dBw G dBi G dB A dB A dB A dB A dB A dB ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) R A LNB G P C S 44 Para p = 0,01, temos: a(0,01) =7,196 Passo 9: Calcular a atenuação por cintilação, A ( p) s : A ( p) = a( p) ⋅σ S = 0,3864 dB 4.7.4 Equação do equilíbrio: ( ) ( ) ( ) 1 2 0 A dB A dB A dB CABO − − R P = -101,79 dBw onde, R P : Potência recebida (dBw) EIRP : Potência transmitida pelo satélite star one C1 EIRP = 46 dBw A G : Ganho da antena A G = 45,3 dBi LNB G : Ganho do LNB (Low-noise block converter) LNB G = 50 dB 0 A : Atenuação de espaço livre 0 A = 204,359 dB G A : Atenuação por gases atmosféricos G A = 0,06869 dB P A : Atenuação por chuva P A = 14,2254 dB C A : Atenuação por nuvens e névoas C A = 0,161 dB S A : Atenuação por cintilação S A = 0,3864 dB CABO A : Atenuação no cabo coaxial (RG 6) CABO A = 21,49 dB 1 A : Margem de enlace para cobrir interferências espacial, terrestre, de cotransponder e de estação terrena (segundo recomendação técnica da Star One para o satélite C1) 1 A = 2,2 dB 2 A : Margem de enlace adicional, para cobrir desapontamentos (segundo recomendação técnica da Star One para o satélite C1) 2 A = 0,2 dB
  45. 45. 45 5 Conclusões: Concluímos que o nosso enlace entre o satélite Star One C1 e Coari-AM, necessita para funcionar de forma eficiente de uma potência de recepção mínima de 101,79 dBw. Este trabalho compreendeu uma análise acerca das aplicações, serviços e arquiteturas de rede que se utilizam dos recursos dos sistemas de comunicação por satélite. Sem dúvida que poder transmitir informações para vários usuários separados a quilômetros de distância de uma forma tão rápida é, e continuará sendo uma vantagem sobre qualquer outro meio de comunicação. Porém o uso de ondas eletromagnéticas em uma transmissão, ainda mais em uma transmissão envolvendo áreas enormes traz um alguns fatores a serem analisado antes de serem implantados. Além do problema da chuva que afeta de forma diferente as diferentes bandas de transmissão, existe ainda o problema pouco comentado de quando o satélite eclipsa o sol. Este efeito interfere na comunicação interrompendo (uma vez por ano no período por poucos minutos com previsão adiantada) por ser uma fonte de ondas eletromagnética bastante poderosa. Assim, sistemas críticos que não podem ficar minutos sem comunicação não devem usar VSAT. Um fator que se deve ressaltar é que seu BER é variável, visto que as condições climáticas (chuvas) interferem de forma direta, já que as ondas eletromagnéticas passam os primeiros quilômetros do seu percurso na atmosfera. Os problemas de comunicação por satélites esta relacionada à atmosfera, que provoca reflexões de onda, provocando atrasos e erros; variação da intensidade do sinal devido à propagação multipath; interrupções no sinal devido a shadowing, é necessário bom equipamento para que exista uma maior eficiência na comunicação, exigindo um alto nível de capital investido em uma transmissão. Depois de todos os problemas apresentados, podem-se ver as vantagens. Relatos de instalações práticas mostram que redes VSAT podem ser implementadas e começar a operar em poucos dias. Isto se deve a uma característica importante que os sistemas devem ter o amadurecimento e a não utilização de um meio físico fixo. Como custo, tempo e conhecimento dos problemas são fatores importantes em aplicações comerciais, uma comparação, analisando estes tópicos, sempre deve ser feita entre tecnologias. Levando-se em consideração que localidades mais distantes são sempre deixadas para segundo plano no que diz respeito a comunicações, unidades fabris e pequenos aglomerados rurais, sempre podem contar com este meio de transmissão. Localidades insulares, de pouca
  46. 46. infra-estrutura e veículos de mobilidade intercontinental (aviões e navios) são possíveis candidatos a possuírem o sistema VSAT. Todo sistema de comunicação deverá, antes da sua implantação, ter uma avaliação no que diz respeito ao seu custo, ao seu tempo de implantação e ao serviço que este oferece. A comunicação via satélite, quando se deseja uma comunicação para localidades remotas, ou quando se deseja espalhar a recepção em áreas geográficas muito extensas, é o sistema utilizado no momento. Porém em alguns casos, esta tecnologia se vê conflitando com algumas outras que fornecem o mesmo serviço com maior confiabilidade, maior velocidade e menor custo de implantação. Por isso esse sistema deverá ser avaliado de acordo com a necessidade do projeto, pois em certos momentos problemas como o atraso do sinal, interrupções do sinal, não podem existir para um bom funcionamento de certo serviço. 46 5.1 Sugestões para trabalhos futuros: Realizar estudos sobre a tecnologia do sistema Amerhis, na qual permite o desenvolvimento de novos serviços de banda larga, mais flexível e de maior qualidade e maior velocidade de transmissão evitando o duplo salto. O sistema permite a comunicação direta entre pequenas estações mediante o uso de redes em malha (sem a necessidade de HUB). Além disso, como grande avanço, encontra-se a interconectividade entre os feixes de cobertura. Com ela, o sistema permite a conexão de uma a várias zonas de cobertura usando uma só transmissão, assim como a combinação a bordo de vários sinais num só, incluindo se provierem de diferentes coberturas. Ambas as melhorias supõem importantes progressos aplicáveis a serviços como videoconferências, redes corporativas, etc. Este sistema consiste em uma carga útil que proporciona conectividade entre os terminais do usuário situados em qualquer ponto dentro das áreas de cobertura do satélite. Além da carga útil, o Amerhis é composto por um Centro de Controle de Rede, que torna possível a reconfiguração da carga útil, a atribuição de capacidades e a gestão eficiente do tráfego de usuários. Além disso, foi desenvolvido e empregado um número de portas de acesso (gateways) e terminais, para facilitar o começo e a demonstração dos novos serviços.
  47. 47. 47 6. Referências Bibliográficas http://www.tudocom.net/?p=13470 http://www.teleco.com.br/blarga_cobertura.asp http://www.tecmundo.com.br/1676-banda-larga-as-diferencas-entre-adsl-cabo-radio-3g-e-satelite. htm http://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documento.asp?numeroPublicacao=257 088assuntoPublicacao=Dados%20informativos%20- %20Banda%20LargacaminhoRel=nullfiltro=1documentoPath=257088.pdf http://ciencia.hsw.uol.com.br/satelites.htm http://www.ip.pbh.gov.br/ANO3_N2_PDF/ip0302nassif.pdf http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0321220_06_pretextual.pdf http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0220880_04_pretextual.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Highly_elliptical_orbit http://en.wikipedia.org/wiki/Tundra_orbit http://www.gta.ufrj.br/grad/02_2/vsat/redes.htm http://www.bcsatellite.net/vsat-network/ http://www.comsys.co.uk/vsatnets.htm http://insight-laboratoriodeideias.blogspot.com/2011_05_01_archive.html http://pt.wikipedia.org/wiki/Coari http://www.starone.com.br/internas/noticias/clipping_interna19.jsp http://www.starone.com.br/internas/biblioteca/fotos.jsp http://www.bandalarga.net/artigos-3-002.html http://www.malima.com.br/wifi/blog_commento.asp?blog_id=4 http://www.eletrica.info/comunicacao-via-satelite-primeira-parte/ Recomendações ITU -R P.618, ITU-R P.676, ITU-R P.835, ITU-R P.836, ITU-R P.837, ITU-R P.838, ITU-R P.839, ITU-R P.840, ITU-R P.841, ITU-R P.1510.
  48. 48. 48 7 Anexos 7.1 Tabela de Resultados: Dados Iniciais do Projeto Variáveis Significado Unidade Resultados φA Latitude da Estação A (Terrena) graus 4,085° S φB Latitude do Satélite graus 0° ΔM Diferença das Longitudes graus 1,859° W α - graus 4,487° D - km 36022,99 R Raio equivalente da Terra km 6378,1 H Distância do centro da Terra ao satélite km 42378,1 θ - graus 84,72° Atenuação por Gases Atmosféricos Para Ar Seco Variáveis Significado Unidade Resultados F frequência GHz 11 p (hPa) pressão hPa 1012,09 T temperatura Graus Celsius 25° rp coeficiente - 0,9988 rt coeficiente - 0,9664 γ0 atenuação para ar seco dB/km 0,0087 Para Vapor d'Água Variáveis Significado Unidade Resultados ρ (g/m3) densidade de vapor d'água g/m3 20 η1 coeficiente - 1,05194 η2 coeficiente - 1,42429 g(f,22) coeficiente - 1,111 g(f,557) coeficiente - 1,924 g(f,752) coeficiente - 1,943 G(f,1780) coeficiente - 1,976 γw atenuação para vapor d'água dB/km 0,0138 Para Percurso Inclinado Variáveis Significado Unidade Resultados t1 coeficiente - 0 t2 coeficiente - 1,002 x 4 10− t3 coeficiente - -3,14068 x 5 10− h0 altura equivalente para ar seco km 5,1968 σw coeficiente - 0,98826 hw altura equivalente para vapor d'água km 1,6779 Para 5ºφ90º
  49. 49. Variáveis Significado Unidade Resultados θ ângulo de elevação graus 84,72 G A atenuação do percurso dB 0,06869 Ao atenuação total para ar seco dB 0,0452 Aw atenuação total para vapor d'água dB 0,0232 49 Atenuação por chuva Variáveis Significado Unidade Resultados ho altitude acima do nível médio dos mares km 4,5 hR altitude da chuva km 4,86 θ ângulo de elevação graus 84,72 hs altitude da estação terrena acima do nível médio dos mares km 0,01 LS comprimento do percurso inclinado abaixo da chuva km 4,8706 LG projeção horizontal de Ls km 0,4482 R0.01 taxa de chuva excedida para 0,01% de um ano médio mm/h 100 KH coeficiente dependente da frequência (polarização horizontal) - 0,01772 KV coeficiente dependente da frequência (polarização vertical) - 0 αH coeficiente dependente da frequência (polarização horizontal) - 1,2140 αV coeficiente dependente da frequência (polarização vertical) - 0 K coeficiente dependente da frequência - 8,3950 3 10⋅ − α coeficiente dependente da frequência - 1,2921 γR atenuação específica dB/km 3,2227 r0.01 fator de redução horizontal para 0,01% do tempo - 0,9454 ζ coeficiente - 85,01° LR coeficiente km 4,6046 χ coeficiente - 31,915° ν0.01 fator de ajuste vertical para 0,01% do tempo - 0,6846 LE comprimento efetivo do enlace km 3,1523 A0.01 atenuação excedida para 0,01% de um ano médio dB 10,1589 Pior Mês Variáveis Significado Unidade Resultados P porcentagem de tempo de excesso médio anual % 0,0015 Ap atenuação excedida para p% de um ano médio para o pior mês dB 14,2254 Cálculo de Atenuação por Cintilação Variáveis Significado Unidade Resultados T temperatura média na superfície da região da estação terrena - 25° D diâmetro físico da antena da estação terrana m 1,8 A coeficiente – 6,1121 B coeficiente – 17,502 C coeficiente – 240,97 S e pressão de saturação do vapor d'água hPa 31,6703 E pressão de vapor d'água hPa 25,3363
  50. 50. wet N termo úmido do índice de refratividade – 106,4760 ref σ desvio padrão da amplitude do sinal dB 0,0142 L h altura da camada turbulenta m 1000 L comprimento efetivo do enlace m 1004,2 eff D diâmetro efetivo da antena m 1,2728 x argumento (raiz quadrada) – 0,0216 g(x) fator médio da antena – 0,9254 σ desvio padrão do sinal – 0,0537 P porcentagem de tempo – 0,01 a( p) fator de porcentagem de tempo – 7,196 A ( p) S atenuação por cintilição para porcentagem p dB 0,3864 50 Cálculo de Atenuação por Nuvens e Névoa Variáveis Significado Unidade Resultados l K coeficiente de atenuação específico (dB/km)/(g/m³) 0,1 L quantidade colunar total normalizada de água precipitável na nuvem excedida para p% do ano Kg/m2 1,6 θ ângulo de elevação graus 84,72 C A atenuação por nuvens dB 0,161
  51. 51. 51 7.2 Mapa de cobertura Brasil
  52. 52. 52 7.3 Recomendação UIT-R P.151 Mapa de temperatura:
  53. 53. 53 7.4 Recomendação UIT-R 836 Mapa com densidade de vapor de água ao nível do mar:
  54. 54. 54 7.5 Recomendação UIT-R 839 Média anual das altitudes das isotermas a 0◦C , hₒ (em Km) acima do nível do mar
  55. 55. 55 7.6 Recomendação UIT-R 837 Taxa de precipitação ,R0,01 (em mm/h), excedida para 0,01 % de uma média anual
  56. 56. 56 7.7 Recomendação UIT-R 841 Tabela com valores de β1 e Q1 (Brasil equatorial)
  57. 57. 57 7.8 Recomendação UIT-R 840 (figura 5)
  58. 58. 58 7.9 Recomendação UIT-R 840 (figura 1)

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