Telecomunicações Ltda. Sétima parte. Clovis Almeida

Transcrição

1 c k Telecomunicações Ltda. Sétima parte Clovis Almeida

2 Funções do satélite Um sistema de comunicações via satélite funciona como um sistema de microondas com dois lances

3 Funções do satélite Um enlace satélite é formado por um lance de subida e por um lance de descida. A maioria dos satélites tem apenas a função de repetir o sinal, convertendo a freqüência do sinal que sobe em uma outra outra freqüência antes de retransmitir o sinal para a terra.

4 O enlace via satélite Lance de descida Enlace via satélite Lance de subida

5 O enlace via satélite O enlace via satélite é formado por dois lances: Lance de subida (da estação terrena para o satélite); Lance de descida, (do satélite para a estação terrena). O cálculo do enlace deve ser feito separadamente, para os dois lances, salvo para os satélites com regeneração à bordo. Isto porque o ruído é cumulativo nos dois lances. Exercício: Do ponto de vista de qualidade, qual a vantagem em se utilizar regeneração à bordo?

6 Interferência entre satélites Interferência na subida Enlace desejável Interferência na descida

7 Interferência entre satélites Supondo que o satélite 2 é aquele para o qual se deseja apontar a antena, chamamos de interferência do lance de subida à parcela do sinal para o satélite 2 que estariam sendo recebidas pelos satélites 1 e 3. Por analogia, chamamos de interferência no lance de descida às parcelas dos sinais provenientes dos satélites 2 e 3 que estariam sendo recebidas pela estação terrena. Exercício: Existe possibilidade de interferência em relação ao satélite 4? Justifique.

8 Interferência em satélites adjacentes Satélite 1 Satélite 2 Estação Terrena transmissora Sistema 1 Estação Terrena receptora Sistema 1 Estação Terrena transmissora Sistema 2 Estação Terrena receptora Sistema 2

9 Diagrama de interferência

10 Diagrama de interferência Na análise da interferência, devemos considerar os seguintes aspectos:. Existe uma estação terrena no ponto S (Ponto Sat) apontada para um satélite segundo um determinado azimute;. Existe um enlace interferido (AB) pela estação terrena S, cujo nível de interferência dependerá do azimute de S para o satélite, ou seja, quanto menor o ângulo x, maior será a interferência em A;. Haverá, também, interferência de S em A, todavia com menor intensidade. Exercício: Na análise feito com o diagrama, foi considerado o fato da freqüência de S ser a mesma de A e de B, o que nem sempre ocorre. Explique de que forma a diferença entre as freqüências de S e as do enlace AB poderia aumentar ou diminuir a interferência.

11 Interferência em sistemas terrestres Satélite estações terrestres estação terrena

12 Compromisso potência/faixa Lei de Shannon: R = W log 2 (C/N + 1) Alta potência/faixa estreita Média potência/faixa média Baixa potência/faixa larga

13 Compromisso potência/faixa A lei de Shannon define a capacidade teórica máxima de um canal de transmissão, medida em bits por segundo. Em outras palavras, existe um compromisso entre a potência a ser utilizada e a faixa que se deseja transmitir. A fórmula de Shannon é teórica. Na prática, a velocidade que se consegue raramente atinge cerca de um terço da máxima. Exercício: Qual seria a capacidade máxima em bits/s para uma faixa de 4 khz e uma relação portadora/ruído de 31 db?

14 Cálculo de enlace Perda para a Atmosfera G T Perda em caso de tempestade Perda no espaço livre Entrada de sinal Perda no Sistema de transmissão Amplificador Ganho da antena (transmissão) Amplificação no satélite Perda no espaço livre Saída de sinal Watts Ganho da antena Amplificador de potência dbw Estação Terrena A Perda para a atmosfera Perda em caso de tempestade Satélite Receptor de ruídos de baixa freqüência GR Estação Terrena B

15 Cálculo de enlace O cálculo de enlace para satélites sem regeneração à bordo é feito separadamente para o lance de subida e para o lance de descida. Vale lembrar que o ruído é cumulativo para os dois lances.

16 Principal equação do lance de subida P RX = P TT + G TT -A SUB + G RS EIRP P RX = EIRP - A SUB + G RS

17 Principal equação do lance de subida A principal equação do lance de subida consiste em se determinar a potência de recepção do sinal no satélite. Em seguida, deve-se considerar a carga de ruído térmico N no lance de subida, dentro da mesma faixa de frequência do sinal transmitido. Na equação mostrada, temos que:. P T = potência do transmissor da estação terrena T, deduzidas as perdas até o alimentador da antena, em dbw;. G T = ganho de transmissão da antena da estação terrena, em dbi;. A SUB = Atenuação do espaço livre na subida, em db;. G RS = Ganho de recepção da antena do satélite, na direção da estação terrena. A soma P T + G T é conhecida como EIRP (Potência Equivalente à Irradiada Isotropicamente). Exercício: Fazer algumas simulações em sala, com valores usuais.

18 Potência teórica de ruído na antena receptora do satélite N = kt S B RF

19 Potência teórica de ruído na antena receptora do satélite Na determinação da potência teórica de ruído térmico N no lance de subida, dentro da mesma faixa de frequência do sinal transmitido, temos:. k = constante de Boltzmann (1,38 x J/K);. T S = temperatura equivalente de ruído nos terminais da antena receptora do satélite, expressa em kelvins;. B RF = faixa de frequência considerada. Exercício: Fazer algumas simulações em sala, com valores usuais.

20 Relação portadora/ruído no lance de subida Na expressão da relação C/N S, temos que:. 228,6 = constante de Boltzmann (1,38 x J/K) transformada em db. Exercício: Calcular o valor da constante de Boltzmann em db.

21 Principais fontes de ruído Satélites adjacentes Chuva Sol Microondas terrestres O próprio equipamento Linhas de alta tensão Outros lances de subida Terra

22 Principais fontes de ruído Ruídos de várias fontes contribuem para degradar o sinal, seja ele digital ou analógico. Ao se dimensionar o enlace, procura-se atuar na potência de transmissão e na qualidade dos componentes eletrônicos, uma vez que é muito o mais complicado evitar ruídos de fontes externas. Exercício: O que você sugeriria para evitar ruído provocado por interferência oriunda de outros lances de subida?

23 Relação portadora/ruído na lance de subida C/N S = EIRP T -A SUB + G RS + 228,6-10logT S - 10logB RF ou, em função da densidade espectral unilateral de ruído: (C/No) S = EIRP T -A SUB + G RS + 228,6-10logT S

24 Modulação analógica Exemplo de sinal modulante analógico

25 Modulação analógica A modulação analógica utiliza sinais modulantes analógicos, os quais variam continuamente (de forma determinística ou aleatória) entre um valor mínimo e um máximo. O caráter aleatório pode ocorrer na amplitude, na frequência, ou em ambos simultaneamente. Exemplos clássicos de sinais analógicos são os de áudio e vídeo, tal como originalmente gerados. As modulações mais adequadas para sinais analógicos são em amplitude e em frequência.

26 Modulação analógica Para o caso de comunicações via satélite a modulação em frequência para sinais analógicos é mais indicada por proporcionar uma qualidade superior. Todavia, gera um sinal modulado de faixa muito larga, o que a torna, às vezes antieconômica. Por isso, a modulação digital vem sendo preferida e a modulação analógica deverá cair em desuso. Exercício: A faixa do sinal modulado em frequência, com alta fidelidade é dada pela fórmula Bw=2( f + f m ), onde f é o desvio em frequência do modulador e f m é a frequência máxima do sinal modulante. Calcule a faixa do sinal modulado pela voz humana até 10 khz, em um modulador com desvio de 50 khz.

27 Modulação digital Exemplo de sinal modulante digital

28 Modulação digital A modulação digital utiliza sinais modulantes digitais, os quais variam assumindo sempre um entre dois valores discretos, que são associados aos dígitos 0 e 1 (denominados bits ). Uma sequência de 0s e 1s permite que cada sequência possa ser associada a um símbolo (que pode ser uma letra, um algarismo etc.). Exemplos clássicos de sinais digitais são aqueles gerados pela maioria dos computadores. No caso de haver necessidade de transmitir um sinal analógico utilizando-se uma modulação digital, deve-se converter o sinal analógico em digital. Do lado da recepção, executa-se o processo inverso, isto é, o sinal digital é reconvertido em analógico. As modulações mais adequadas para sinais digitais são em fase (PM = Phase Modulation) e fase combinada com amplitude (QAM = Quaternary Amplitude Modulation). Como os sinais digitais assumem valores discretos, utilizam-se moduladores que tenham sua fase variando, também, em ângulos discretos (PSK=Phase Shift Keying). Assim, a cada dígito (0 ou 1) associa-se uma fase (0 ou 180 graus), e temos, assim, a modulação BPSK (Binary Phase-Shift Keying).

29 Modulação digital A modulação digital em fase apresenta uma grande vantagem que é a de podermos usar várias fases, associando-se a cada uma das fases um conjunto de bits. Por exemplo, podemos ter um modulador com 4 fases (0, 90, 180 e 270 graus), associadas a 4 conjuntos de 2 bits (00, 01, 11 e 10). Este tipo de modulação é chamada QPSK (Quaternary Phase-Shift Keying). Observe-se que a eficiência do modulador aumentou, ou seja, foi possível transmitir dois bits ao mesmo tempo, enquanto que no BPSK apenas um bit. Intuitivamente, podemos deduzir que o modulador QPSK transmitiria o dobro da informação com a mesma faixa do sinal modulado. A modulação QAM é a que apresenta a melhor eficiência, uma vez que são aproveitadas as variações tanto de fase quanto de amplitude. Todavia, este tipo de modulação exige que os amplificadores sejam de altíssima linearidade, o que ainda é inviável economicamente para satélite. Mas com a redução contínua dos preços de componentes, é provável que venha a ser utilizada em futuro próximo de forma regular. Exercício: A faixa do sinal modulado digitalmente em fase é dada pela fórmula Bw= R b x 1/FEC x 1/(log 2 m),onde R b é a velocidade do sinal em bits/s e FEC é a taxa do código corretor de erro e m é o número de fases do modulador. Calcule a faixa do sinal modulado por um sinal digital de 64 kbits/s, supondo um modulador QPSK (4 fases, portanto), utilizando FEC=3/4.

30 Transmissão analógica x digital Analógica Sinal original Ruído Sinal recebido Sinal original Sinal degradado Sinal regenerado

31 Transmissão analógica x digital Na transmissão analógica o receptor não consegue separar o ruído do sinal, havendo necessidade de uma potência de sinal bem superior à do ruído para que se possa assegurar uma boa qualidade de comunicação. O parâmetro da transmissão analógica que define a qualidade do circuito é chamado Relação Sinal/Ruído (S/R). Uma S/R = 55 db é considerada como sendo de alta fidelidade. Na transmissão digital basta que o nível de cada bit esteja acima do nível do ruído de modo a poder ser detectado. Assim, o bit é regenerado e o sinal é totalmente recomposto, sem qualquer ruído. Eventualmente, porém, pode ocorrer uma detecção errada em função do nível de ruído estar próximo do nível do sinal, ocasionando o que se chama em transmissão digital Erro de Bit. Em uma transmissão digital, procura-se assegurar ao bit uma potência superior à do ruído de modo que a detecção seja feita com a menor quantidade possível de erros, ou seja, com a menor Taxa de Erro possível. O parâmetro da transmissão digital que define a qualidade do circuito é chamado Taxa de Erro de Bit (TEB). Para circuitos via satélite uma TEB = 10-7 proporciona uma qualidade na transmissão de dados aceita universalmente. Exercício: Explique o significado prático da TEB.

32 Curvas Eb/No x TEB para diferentes FEC

33 EIRP Effective Isotropocally Radiated Power Algumas vezes referido como Equivalent Isotropocally Radiated Power, ou traduzido como Potência Equivalente Isotrópica Radiada ; Expressa a medida real da Potência de RF da portadora transmitida; EIRP = P T + G T, sendo P T a potência que chega à antena e G T o ganho de transmissão na direção considerada; EIRP deve ser expresso em dbw, P T em dbw e G T em dbi. EIRP s AP A LT G T P A P T Onde: AP amplificador de potência P A potência portadora que sai do AP (w) A LT atenuação na linha de transmissão (db) P T Potência da portadora que chega na antena (dbw) G T ganho de transmissão da antena (G T )

34 Ilustração do cálculo da EIRP N Área de emissão Equador & = 2000 km Satélite (P E, G A ) d = km S

35 Travelling wave tube amplifier Cátodo Entrada de RF Saída de RF Collector Aquecedor Electron beam Magnetos Hélice

36 Curva de transferência típica de um transponder EIRP de descida Quem dita o ponto de operação do transponder é a EIRP de subida y2 Ponto de Saturação y1 x1 x2 0 back-off = recuo em db EIRP de subida

37 Figura de Mérito (G/T) É o parâmetro mais importante do sub-sistema de RX de uma estação É uma medida de sensibilidade de recepção da estação G = G R 10log (T A + T ABR ), onde: T G/T é a figura de mérito em db/k G R é o Ganho de recepção da antena em dbi T A é a temperatura equivalente de ruído da antena em K T ABR é a temperatura equivalente de ruído em K do amplificador de baixo ruído

38 Temperatura de ruído do sistema (na recepção) Antena T A Guia de onda L 1, T e1 Amplificador de baixo ruído G 2, T e2 Conversor de Descida T e3 T

39 Configuração de teste para medida de G/T Amplificador de baixo ruído Conversor de descida Atenuador De precisão Noise power meter Servocontrole (manual) Efeméride estelar

40 Azimute e elevação N N R β N = Pólo Norte R = Local receptor β= azimute do satélite no local receptor (R) Equador TERRA α = elevação Satélite SATÉLITE Plano meridional de R S Plano horizontal no local receptor Azimute e elevação do satélite no local receptor (visto do espaço) elevação Elevação ( o ) Elevação de um satélite geostático como função do azimute azimute Azimute e elevação do satélite no local receptor (visto da Terra) SUL OESTE Azimute ( o )

41 c k Brasilsat B2 trans042.ppt

42 c k Brasilsat B2 trans044.ppt

43 Brasilsat B1 - Subida nacional

44 Brasilsat B1, B2 e B3

45 Brasilsat B1, B2 e B3 Em agosto de 1994 o SBTS deu início à segunda geração de satélites com o lançamento do Brasilsat B1. Em março de 1995 foi lançado o Brasilsat B2 e em 1998 foi lançado o Brasilsat B3. Toda a série B utiliza a banda C expandida com 28 transponderes com re-uso de frequência. Desta vez, além de comunicações domésticas, existe cobertura de uma grande parte da América do Sul. A série B também contempla 1 transponder em banda X para uso das Forças Armadas.

46 Brasilsat B2 O Brasilsat B2 possui 7 transponderes que cobrem os países do Cone Sul.

47 Brasilsat B1, B2 e B3

48 Brasilsat B3 Descida Nacional (Transponder Típico) EIRP (dbw) Principais Características Posição Orbital: 84,0º W Cobertura: Brasil Nº de transponderes: 28 Freqüência: Banda C EIRP típica: 36,7 dbw G/T Típico: -2,5 db/k Fluxo de Saturação Típico (SFD): -86 dbw/m2 Polarização: Linear Freqüências de "Beacon": 4198,5 e 4199,5 MHz (polarização horizontal) Data de Lançamento: 4 de fevereiro de 1998 Fabricante (Modelo): Hughes (HS 376 W) Veículo de Lançamento: Ariane 44 LP Vida útil no lançamento: 12,5 anos

49 Brasilsat B3 Cidade (Estado) LATITUDE ( S) LONGITUDE ( O) ELEVAÇÃO ( ) EIRP Típica (dbw) G/T Típico (db/k) SFD Típico (dbw/m2) BELO HORIZONTE (MG) BOA VISTA (RR) BRASÍLIA (DF) CAMPO GRANDE (MS) CUIABÁ (MT) CURITIBA (PR) FORTALEZA (CE) MANAUS (AM) PORTO ALEGRE (RS) PORTO VELHO (RO) RECIFE (PE) RIO BRANCO (AC) RIO DE JANEIRO (RJ) SALVADOR (BA) SÃO PAULO (SP)

50 Brasilsat B4 descida nacional BRASILSAT B4 Descida Nacional (Transponder Típico) EIRP (dbw) Principais Características Posição Orbital: 92,0º W Cobertura: Brasil Nº de transponders: 28 Freqüência: Banda C (5850 MHz a 6425 MHz uplink, e 3625 MHz a 4200 MHz downlink) EIRP típica: 36,7 dbw G/T Típico: -2,5 db/k Fluxo de Saturação Típico (SFD): -86 dbw/m2 Polarização: linear Freqüências de "Beacon": 4198,5 e 4199,8 MHz na polarização horizontal Data de Lançamento: 17 de agosto de 2000 Fabricante (Modelo): Hughes (HS 376 W) Veículo de Lançamento: Arianespace / Ariane 44 LP Vida útil no lançamento: 12,5 anos

51 Intelsat IS-709

52 O consórcio Intelsat A organização INTELSAT é um consórcio internacional de 143 países criado em 1964, com a finalidade de operar o segmento espacial de um sistema comercial global de comunicações por satélite. O Brasil é membro do consórcio e é ainda representado pela EMBRATEL. Os satélites do consórcio já estão na série VIII e os da série IX já estão em fase de aquisição junto à SS/Loral. Atualmente existem 17 satélites em operação. Estão previstos para o futuro a utilização da banda Ka. Recentemente houve uma reestruturação em sua organização. Antes totalmente estatal, o consórcio teve desmembrada a divisão de prestação de serviços, que gerou uma empresa privada de nome New Skies.

53 Nahuel 1

54 O sistema Nahuel O sistema Nahuel é operado pela empresa argentina Nahuelsat, cobrindo principalmente a área do mercosul e praticamente todo o território brasileiro. A EMBRATEL é a empresa que representa a Nahuelsat no Brasil para fins de alocação de segmento espacial.

55 Fim da quinta parte Clovis Almeida