Comunic_satelite_completo

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COMUNICAÇÃO POR 
SATÉLITES 
 
2014 – 2° SEMESTRE 
Prof. Thomás A. M. Castro 
Ementa 
2/10/2014 Comunicações via SATÉLITE 
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1. Histórico das comunicações via satélites 
2. Conceitos básicos 
3. Fundamentos de transmissão 
4. Satélites Geoestacionários 
5. Satélites não estacionários 
6. Plataforma estratosférica 
7. União Internacional de Telecomunicações 
8. O papel da Anatel 
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 Estações Terrenas em Comunicação Via Satélite com Órbita Geo- Estacionária 
 Configurações básicas das estações 
 Antenas empregadas nas estações terrenas 
 Parâmetros elétricos das antenas 
 Polarização 
 Diagrama de irradiação 
 Diretividade e Ganho 
 Temperatura de Ruído 
 Banda de operação e impedância 
 Modulação e demodulação 
 Equipamentos de transmissão 
 Equipamentos de recepção 
Programa detalhado / 2014-2 
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 Técnicas de Múltiplo Acesso em Comunicação Via Satélite 
 Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência 
 Múltiplo Acesso por Divisão de Tempo 
 Comparação das Técnicas FDMA e TDMA 
 Capacidade de Transmissão 
 Atraso no envio das mensagens 
 Técnicas de Múltiplo Acesso Empregando Algoritmos com Processo Aleatório 
 Desempenho das Técnicas de Múltiplo Acesso Empregando Algoritmos com Processo 
Aleatório 
Programa detalhado / 2014-2 
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 Enlace Via Satélite em Condição Geo-Estacionária 
 Parâmetros de desempenho para atendimento dos enlaces 
 Relação portadora/ruído no enlace via satélite 
 Análise do enlace de subida 
 Análise do enlace de descida 
 Atenuações nos enlaces via satélite 
 
 Bonus 
 Análise do Comportamento Não Linear do Transponder de Satélite, como Repetidor de 
Sinais de Rádio Freqüência 
 Produtos de intermodulação de ordens elevadas 
 Determinação dos níveis de intermodulação 
 
Programa detalhado / 2014-2 
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 Dos sinais de fumaça aos sinais de satélite – Chevitarese, Amadeu Angelo 
 Site Anatel: http://www.anatel.gov.br 
Bibliografia 
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 Grupo de 1 a 3 participantes 
 Parte escrita (peso 6) – Na forma de artigo (DOC) 
 Formatação: 20% 
 Conteúdo: 50% 
 Conter 5 perguntas e respostas relevantes: 30% 
 Apresentação (peso 4) – PPT ou PDF 
 Duração: 30 minutos; 20% 
 Formatação: 30% 
 Aderência ao conteúdo: 20% 
 Domínio do assunto: 20% 
 Data de entrega: 
 Dia 16/10 
Trabalho AV1 
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 Regras para Parte Escrita (DICAS) 
 Entre 10 e 15 páginas 
 Conter no mínimo: 
 Título; 
 Autor; 
 Resumo; 
 Sumário; 
 Introdução; 
 Descritivo; 
 Conclusão; 
 Bibliografia; 
 Apêndice – 5 perguntas e respostas sobre o assunto escolhido 
 Importante; 
 Numerar tabelas e figuras 
 Citações devem ser feitas no local 
Trabalho AV1 
Introdução 
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Comunicações via SATÉLITE 
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Princípios do sistema 
 ligações hertzianas com um repetidor (transpositor) a bordo de um satélite no 
espaço 
 a órbita do satélite é uma elipse (caso geral) em que a Terra está num dos focos 
 aplicação mais importante: órbita circular equatorial geoestacionária 
(altitude = 36 000 km) 
 
Classificação dos satélites 
 em função da aplicação 
 em função da utilização 
Conceitos básicos 
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Aplicações 
 Telecomunicações 
 Comunicações fixas (FSS – Fixed Satellite Service) 
 Difusão (BSS – Broadcasting Satellite Service) 
 Comunicações móveis (MSS – mobile Satellite Service) 
 Radioamadorismo 
 Navegação (geo-localização) 
 Observação da terra e atmosfera: 
 Meteorologia 
 Detecção remota 
 
Utilização 
 Comercial, privado, militar, experimental, científico 
Conceitos básicos 
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Vantagens 
 Ligações a grande distância utilizando um único repetidor (o satélite). 
 Vastidão da zona de cobertura (continente, país, ou região de um país). 
 Ausência de condutores, postes ou outros requisitos logísticos. 
 Cobertura de zonas de difícil acesso, onde instalações fixas são impraticáveis ou 
onde as infra-estruturas de telecomunicações são inexistentes. 
 Comunicações móveis sem fios, independentemente da localização (aéreas, 
marítimas ou pessoais); serviços únicos de apoio à navegação e à aeronáutica. 
 Baixo custo por receptor adicionado. 
Desvantagens 
 Grande atraso introduzido (~ 300 ms por salto, para os satélites GEO) 
 Custo do satélite e do seu lançamento. 
 Difícil manutenção. 
 
Conceitos básicos 
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 Bandas mais utilziadas: 
 Frequências ascendentes de descendentes afastadas: 
 Reduz interferência 
 Frequência ascendente superior à descendente: 
 Ruído captado pelo satélite é maior 
 Maximiza o ganho de recepção 
Conceitos básicos 
Conceitos básicos 
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Marcos históricos 
 1945 A. C. Clarke Ideia original da órbita geoestacionária 
 1957 Sputnik 01 Satélite artificial (URSS) 
 1958 Score Satélite de telecomunicações (store-and-forward) 
 1959 Explorer 07 Satélite com sub-sistema meteorológico 
 1962 Echo 1 Satélite passivo de comunicações telefónicas e difusão de TV 
 1962 Telstar 1 Satélite activo (órbita baixa de 158 min.; banda 6/4 GHz) 
 1964 Syncom 3 Satélite geoestacionário de comunicações 
 1974 ATS 6 Recepção individual de TV 
 1980 Intelsat 5 Emissão de sinais de difusão de TV por estações móveis 
 1984 SMM Satélite reparado em órbita pelo Space Shuttle 
Conceitos básicos 
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Serviços comerciais 
 1965 Intelsat 1 Serviço fixo e de difusão de TV (satélite geoestacionário) 
 1972 Anik A1 Serviço de comunicações nacionais (Canadá) 
 1985 (diversos) Serviço móvel (diversos transpositores em satélites geoestacionários) 
 1989 Astra 1A Serviço de difusão de TV orientado à recepção individual 
 1998 Iridium Serviço móvel com terminais de bolso (satélites de baixa altitude) 
Conceitos básicos 
Conceitos básicos 
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Conceitos básicos 
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Aspectos críticos de engenharia 
 Lançamento dos satélites 
 veículos de transporte para as órbitas altas 
 posicionamento inicial do satélite na órbita correcta 
 Problemas da órbita do satélite 
 controlo permanente de trajetória e atitude do satélite 
 seguimento do satélite pelas antenas das estações terrestres 
Conceitos básicos 
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Aspectos críticos de engenharia 
 Condicionantes do sub-sistema do satélite 
 dimensão física 
 peso total em órbita 
 alimentação primária apenas por painéis solares 
 operação num meio ambiente agressivo 
 ciclo térmico severo durante eclipses 
 radiação solar elevada 
 exposição a micro-partículas e meteoritos 
 elevada fiabilidade (sem manutenção) 
 Condicionantes do trajecto 
 perdas elevadas em espaço livre 
 efeitos de propagação acentuados (sobretudo acima de 10 GHz ou com 
baixas elevações) 
Conceitos básicos 
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Aspectos críticos de engenharia 
 Necessidade de otimização da relação sinal-ruíido 
 ligação terra-satélite EIRP elevados das estações terrestres 
 ligação satélite-terra 
 EIRP do satélite configurado para a cobertura pretendida 
 receptores terrestres de muito baixo ruído 
 Requisitos especiais de processamento de sinal 
 modulações complexas 
 esquemas de detecção e correção de erros 
 Requisitos especiais de operação do sistema 
 suporte de acesso múltiplo ao satélite por parte de diversas estações 
terrestres 
 reconfiguração dos recursos radioelétricos do satélite 
Conceitos básicos 
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Classificação quanto à órbita 
 GEO e Não-GEO 
 GEO (Geostationary Earth Orbit) 
 Satélites fixos em relação à terra 
 Cobertura Global: 3 satélites 
 Não-GEO 
 LEO (Low Earth Orbit) 
 MEO (Mean Earth Orbit) 
 Satélites móveis em relação à terra 
 Cobertura Global: no de satélites depende da altitude 
Órbitas dos satélites 
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Tipos de órbitas 
 GEO (Geosynchronous Earth Orbit): órbita circular equatorial geosíncrona 
 período de revolução: 23 h 56 m 4,091 s 
 altitude média: 35.786 km 
 (rS - rT = 42 .164 – 6.378) 
 LEO (Low Earth Orbit): órbita circular de baixa altitude 
 altitude típica: 500 – 1.500 km 
 período de revolução 1h 30m - 2h 
 MEO (Medium Earth Orbit): órbita circular de altitude média 
 altitude típica: 10.400 km 
 período de revolução 6 horas 
 HEO (Highly Elliptical Orbit): órbita fortemente elíptica 
 órbita elíptica inclinada 
 perigeu de baixa altitude 
Órbitas dos satélites 
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Tipos de órbitas - Vantagens 
 GEO (Geosynchronous Earth Orbit): órbita circular equatorial 
geosíncrona 
 o satélite mantém-se fixo em relação à Terra 
 LEO (Low Earth Orbit): órbita circular de baixa altitude 
 o satélite está a uma distância relativamente curta 
 MEO (Medium Earth Orbit): órbita circular de altitude média 
 o satélite está a uma distância intermédia entre GEO e LEO; 
 permanecendo em visibilidade durante mais tempo do que em LEO 
 HEO (Highly Elliptical Orbit): órbita fortemente elíptica 
 em baixas latitudes, o satélite apresenta-se próximo do zénite durante um 
período de tempo apreciável 
Órbitas dos satélites 
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Primeira Lei: 
 
“Um satélite girando em volta da terra descreve uma órbita elíptica, sendo 
a terra um dos dois pontos focais da elípse” 
 
 
 A órbita circular é um caso particular da órbita elíptica 
 
 O ponto da órbita mais próximo da terra é chamado de perigeu 
 
 O ponto da órbita mais afastado da Terra é chamado de apogeu 
Leis de Kepler 
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Segunda Lei: 
 
 “Em intervalos de tempos iguais, um satélite varre áreas iguais em seu 
plano orbital” 
 
 A segunda lei também estabelece que se um satélite está longe da 
terra, ele ficará visível para um observador na superfície, durante um 
longo período de tempo 
Leis de Kepler 
Leis de Kepler 
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Segunda Lei de Kepler 
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Terceira Lei: 
 
“Existe uma relação entre o período de tempo de uma órbita e a distância 
média entre o satélite e a Terra” 
 
Exemplo 
 Satélite Brasilsat B1 (GEO) 
 Altitude da órbita: 35.786 km 
 Período orbital: 24h 
 Satélite Iridium (LEO) 
 Altitude da órbita: 780 km 
 Período orbital: 1h40min 
Leis de Kepler 
Leis de Kepler 
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Órbitas dos satélites 
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 Em virtude das altitudes que os satélites atingem nas diversas órbitas, 
assim teremos coberturas variáveis: 
 relativamente reduzidas para a órbita LEO 
 até cerca de meio globo para a órbita GEO e igualmente para a órbita HEO 
 
 Comparação das órbitas e suas principais aplicações 
 GEO: comunicações fixas, difusão, meteorologia; 
 LEO: comunicações móveis, radioamadorismo, observação da Terra e 
atmosfera; 
 MEO: comunicações móveis, navegação; 
 GEO: comunicações fixas. 
Órbitas dos satélites 
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Órbitas dos satélites 
Órbitas dos satélites 
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i – Inclinação do plano da órbita 
relativamente ao plano equatorial XY 
Ω - Ângulo entre o eixo X e a 
intersecção (plano da órbita)-(plano 
equatorial) 
ω – ângulo entre a intersecção plano 
da órbita-plano equatorial e o eixo 
maior da elipse 
a – Semi-eixo maior da elipse 
e – excentricidade da elipse 
tp – tempo na passagem pelo perigeu 
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Os elementos orbitais, ou keplerianos, exprimem as seguintes 
características da órbita: 
 − i e Ω orientação do plano da elipse no sistema de eixos; 
 − ω orientação da elipse no plano da elipse; 
 − a e e geometria da elipse 
 − tp referência temporal da passagem do satélite num ponto 
pré-definido 
Órbitas dos satélites 
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 Desvios da órbita em relação à elipse “kepleriana” 
 a Terra não é uma esfera uniforme 
 existem outras forças que actuam sobre o satélite 
 atracção da Lua, do Sol e de outros planetas 
 campo magnético terrestre 
 pressão da radiação solar 
 atrito na atmosfera (satélites de órbita baixa) 
 Previsão precisa da órbita 
 elementos orbitais iniciais → válidos por poucos dias 
 elementos orbitais calculados com correções de 1ª ordem 
 elementos orbitais calculados com inclusão das forças perturbadoras mais 
importantes 
 previsão com 15 dias de avanço requer a consideração de cerca de 20 forças 
Órbitas dos satélites - Perturbações 
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 Efeitos do Sol e da Lua sobre um satélite geoestacionário 
 órbita inclina-se com o decorrer do tempo 
 desvios da ordem de 1º por ano são possíveis 
 medidas de correção 
 satélite executa manobras de correção Norte-Sul, com motores de gás 
 satélite lançado numa órbita ligeiramente inclinada, de sentido contrário ao futuro desvio 
 proximidade do fim de vida útil do satélite → combustível tende a esgotar-se 
 Efeitos da Terra 
 Terra e achatada ao longo do equador (achatamento dos polos de +-20 km é 
irrelevante para satélites geoestacionários) 
 há uma tendência não controlada de deslocamento para 75ºE e 105ºW 
 medidas de correção -> manobras Leste-Oeste, com motores de gás 
Órbitas dos satélites - Perturbações 
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Efeito Doppler 
 A variação da distância Terra-satélite induz efeito Doppler, 
 requer seguimento da frequência no receptor de satélites não geoestacionários 
 Devido ao fato de o satélite apresentar uma componente radial da velocidade 
em relação à estação terrestre. 
Órbitas dos satélites – Efeitos na comunicação 
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Variação do atraso de propagação 
 Efeito esperado em satélites não geoestacionários 
 Cria problemas em satélites geoestacionários que utilizam acesso múltiplo 
temporal (TDMA) 
 temporização da transmissão é continuamente ajustada 
 evitam-se tempos de guarda demasiadamente longos 
 A variação da distância implica ainda uma variação no atraso de propagação 
que provoca, em comunicações digitais, a variação do número de bits 
"armazenados" no percurso. 
 Para restabelecer um débito constante na recepção, será então necessário 
utilizar memórias tampão que compensarão as variações ocorridasno trajeto 
(mais bits armazenados na memória, quando o satélite se aproxima e vice-
versa). 
Órbitas dos satélites – Efeitos na comunicação 
Detritos e lixo espacial 
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USUÁRIO: 
Gera um sinal em banda básica que é roteado para a estação Terrena 
 
ESTAÇÃO TERRENA: 
Processa o sinal em banda básica e o transmite utilizando uma portadora de radiofrequência 
(RF) modulada para o satélite. Recebe o sinal de RF modulado do satélite e o processa de volta 
para um sinal em banda básica que é enviado pela rede terrestre ao destinatário 
 
SATÉLITE: 
Repetidor, recebe os sinais de RF modulador no espectro de frequências do link de subida (UL) 
de todas as estações terrenas, amplifica-os, e retransmite-os de volta para a Terra no 
espectro de frequências do link de descida (DL) para que não ocorra interferência. (Ex: Banda 
C – 3.625 a 4.2 GHz – DL / 5.85 a 6.425 GHz – UL) 
 
• Segmento espacial = satélites + estações de telemetria e controle; 
• Segmento terrestre = E.Terrenas e redes terrestres 
Componentes de um sistema