Sistemas de Telecomunicações 2 (2004/2005)

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1 Sistemas de Telecomunicações 2 (2004/2005) Cap. 1 Comunicações por Satélite Comunicações por Satélite 1. Introdução 2. Órbita 3. Sub-sistemas do satélite 4. Projecto de ligação 5. Acesso múltiplo 6. Fiabilidade 7. GPS 2 1

2 1 - INTRODUÇÃO HISTÓRIA 1945 Arthur C. Clarke descobriu a órbita geoestacionária e 3 satélites separados de 120º cobririam todo o mundo 1957 (SPUTNIK I) surge a tecnologia de foguetões capazes de colocar um satélite em órbita 1958 (SCORE) Órbita elíptica de 101 minutos Registava uma mensagem quando passava sobre um transmissor e repetia-a a pedido dum receptor (ECHO I) Reflector passivo 1965 (INTELSAT I) primeiro lançamento comercial dum satélite geoestacionário 3 Princípios do sistema A transmissão por satélite não é mais do que uma ligação hertziana com um repetidor no espaço (satélite) O satélite gira à volta da terra na maioria dos casos numa órbita geoestacionária O satélite acompanha o movimento de rotação da terra. Para um observador na terra, o satélite aparece permanentemente num ponto fixo no espaço. Força gravítica = 4 2

3 Leis de Newton 1) Qualquer corpo permanece no estado de repouso ou de movimento rectilíneo uniforme se a resultante das forças que actuam sobre esse corpo for nula. 2) A aceleração adquirida por um corpo é directamente proporcional à intensidade da resultante das forças que actuam sobre o corpo, tem a direcção e sentido dessa força resultante e é inversamente proporcional à sua massa. = = = 3) Para cada acção, existe uma reacção igual e oposta. 5 Classificação Cobertura Global Regional (zona) Doméstico Aplicação Radiomóvel (aeronáutico, marítimo e terrestre) Difusão Metereológico Militar Etc. Web-sites NASA (National Aeronautics and Space Administration ) ESA (European Space Agency) BNSC (British National Space Centre) NOAA (National Environment Satellite, Data and Information Service) Intelsat (International Telecommunications Satellite) GPS 6 3

4 Aspectos críticos Um satélite tem de: ser pequeno e leve quanto mais pesado mais caro é colocá-lo em órbita consumir pouca energia convém que dure o mais tempo possível no espaço funcionar com o mínimo de manutenção possível tem de ser fiável e resistente ao meio ambiente severo ter mecanismos para gerar electricidade necessita de painéis solares com grande superfície limita o tamanho do satélite 7 8 4

5 2 ÓRBITA Leis de Kepler 1) Todos os planetas viajam em órbitas elípticas com o Sol num dos focos 2) O raio vector do Sol ao planeta varre áreas iguais em tempos iguais 3) O quadrado do período de revolução de um planeta é proporcional ao cubo do seu eixo maior 9 Elementos orbitais Como podemos descrever de forma completa a órbita de um satélite? Para órbitas elípticas, algumas definições geométricas: Perigeu ponto da órbita onde o satélite está mais perto da Terra Apogeu - ponto da órbita onde o satélite está mais longe da Terra Eixo maior distância do centro da elipse ao apogeu ou perigeu (a) Eixo menor (b) Excentricidade distância do centro da elipse até ao foco (ε) 10 5

6 Sistema de coordenadas O sistema mais comum em astronomia é o Right Ascension-Declination System O eixo z está alinhado com o eixo de rotação da Terra O eixo x aponta do centro da Terra até ao Sol na posição de equinócio de Primavera (i.e. quando o Sol cruza o plano equatorial do hemisfério Sul para o hemisfério Norte) O eixo y é escolhido de forma a tornar o sistema num sistema destro (mão direita)

7 Sistema Ω - δ Declinação (δ) Deslocamento angular dum ponto no espaço medido a norte do plano equatorial Ascensão recta (Ω) Deslocamento angular, medido no sentido directo desde o eixo x, da projecção do ponto no plano equatorial O sistema Ω - δ é análogo à latitude e longitude em que: δ ~ latitude, dando a distância angular a norte ou sul do equador celestial Ω ~ longitude, dando a distância angular medida a leste dum ponto de referência no equador celestial 13 Elementos orbitais clássicos 1) Eixo maior (a) 2) Excentricidade (ε) 3) Ângulo inclinação (i) É o ângulo entre o plano equatorial e o plano orbital i = 0º se os planos coincidem e o satélite roda na mesma direcção que a rotação da terra i = 180º se os planos coincidem mas o satélite roda na direcção oposta da rotação da terra i < 90º é chamada uma órbita prógrada i > 90º é chamada uma órbita retrógrada 14 7

8 Elementos orbitais clássicos (2) 4) Ascensão recta do nó ascendente (Ω) O nó de ascensão é o ponto onde o satélite cruza o plano equatorial quando se dirige para Norte. Ω é a ascensão recta desse ponto. Na prática, é a ascensão direita da intersecção do plano de órbita com o plano equatorial. 5) Argumento do perigeu (ω) É o ângulo entre o nó de ascensão e o perigeu, medido no plano orbital. 6) Tempo de época (epoch) (t) É o instante de tempo no qual os elementos orbitais são observados, necessário porque alguns destes elementos são dependentes do tempo. Por vezes utiliza-se t p (tempo de passagem do perigeu) 7) Anomalia média (M) 15 Órbitas Keplerianas Uma órbita Kepleriana é uma órbita onde todos os elementos orbitais excepto a anomalia média M são constantes. A elipse mantém assim constante: Tamanho Forma Orientação em respeito às estrelas 16 8

9 Desvantagens O satélite passa por cima do mesmo ponto em alturas diferentes do dia ao longo do ano Imagine uma órbita que passe por cima dos pólos. A Terra roda sob a órbita todas as 24 horas de forma que cada ponto na superfície verá o satélite cada 12 horas. Um satélite nesta órbita passa por cima do mesmo sítio no mesmo instante de tempo do dia. Contudo, como a Terra orbita em redor do Sol, este instante de tempo vai mudar por 24 horas durante todo o ano Por exemplo: meio-dia e meia-noite na Primavera, 6 da manhã e 6 da tarde no Inverno Resultado: A orientação solar dos painéis é difícil É difícil tirar imagens da terra com as mesmas condições de luz 17 Órbitas síncronas com o Sol Aproveita-se a perturbação de órbita causada pelo campo gravitacional da Terra. Escolhe-se a inclinação e altitude correcta da órbita do satélite, de forma a que o plano orbital seja sempre o mesmo em relação ao Sol. Pode-se também definir como uma órbita em que o satélite cruza o equador diariamente à mesma hora local (LT) 18 9

10 Órbitas polares Órbitas cuja inclinação seja próxima dos 90º (>60º) são chamadas órbitas polares São muitas vezes, mas não necessariamente, órbitas síncronas com o Sol Curiosamente as órbitas síncronas com o Sol são sempre órbitas polares devido à sua elevada inclinação Satélites com órbitas polares têm tipicamente baixa altitude (<2000km) e um período menor que 2 horas. 19 Órbitas GEO GEO (Geosynchronous Earth Orbit) órbita circular equatorial geosíncrona altitude média 35,786km ( ) período de revolução 23h 56m 4.1s Vantagens cobre 1/2 a 1/3 da terra (não cobre os pólos) está sempre disponível para a área que cobre não é necessário seguimento do satélite Desvantagens As perdas em espaço livre são grandes Pelo mesmo motivo, o atraso de propagação também é grande (250ms) 20 10

11 Órbitas LEO LEO (Low Earth Orbit) órbita circular de baixa altitude altitude típica: 500 a 1500km período de revolução: 1h30 a 2h Vantagens cobertura global perdas em espaço livre reduzidas atraso propagação reduzido (<25ms) Desvantagens tempo útil de passagem de cada satélite: minutos são necessários mais de 48 satélites para cobrir permanentemente uma zona seguimento do satélite indispensável (excepto com antenas de feixe largo) 21 Órbitas MEO MEO (Medium Earth Orbit) órbita circular de altitude média altitude típica: km período de revolução: 6h Vantagens cobertura global perdas médias atraso propagação (<100ms) Desvantagens tempo útil de passagem: 6 horas necessita de mais de 10 satélites para cobrir permanentemente uma zona seguimento indispensável (excepto com antenas de feixe largo) 22 11

12 Órbitas HEO HEO (Highly Elliptical Orbit) órbita fortemente elíptica órbita elíptica inclinada perigeu de baixa altitude Vantagens tempo útil de passagem: 8 horas bastam 3 satélites para cobertura permanente seguimento pouco complexo Desvantagens perdas elevadas em espaço livre tempo de propagação 150 a 300ms

13 25 Definições de tempo Tempo solar é baseado na observação do movimento diário da Terra relativamente ao Sol. Ângulo horário (HA) É usado para medir a longitude de um satélite a oeste do meridiano dum observador na Terra. 24h=360º à volta do equador. O HA do Sol ao meio-dia é 0º Dia solar período de tempo entre duas passagens solares consecutivas num determinado meridiano. O observado ou tempo solar aparente resulta num dia de duração variável Tempo solar médio É definido fazendo a média das variações anuais do tempo solar aparente, o que determina um Sol médio (fictício) à volta do qual a Terra gira a uma velocidade angular constante

14 Definições de tempo (2) Tempo Universal (UT) ou Greewnwich Mean Time (GMT) É o tempo solar médio referenciado ao meridiano de Greenwich (0º de longitude) UT = 12 horas + HA Tempo Local (LT) LT UT + (Ψ / 15º) Tempo de cruzamento no equador (ECT) Tempo local em que um satélite cruza o equador ECT UT + (Ψ N / 15º) Tempo Universal Coordenado (UTC) É o UT corrigido para variações do tempo médio solar: UTC UT 27 Seguimento de satélite Referenciamos o satélite a uma estação terrestre através de dois ângulos Elevação Azimute A elevação e azimute podem ser determinadas directamente a partir das coordenadas (x,y,z) do satélite. No entanto, para satélites geoestacionários usam-se as coordenadas geográficas do chamado ponto de sub-satélite: ponto de intersecção com a terra do segmento que une o satélite ao centro da terra

15 Seguimento de satélite (2) 29 Cálculo de Elevação (El) = = + = + r e raio da Terra d distância da estação ao satélite L e latitude da estação L s latitude do satélite l e longitude da estação l s longitude do satélite 30 15

16 Cálculo de Azimute 31 Simplificações para satélites geoestacionários = + = = [ ( ) ] = + [ ] = 32 16

17 Simplificações para satélites geoestacionários (2) s = 0,5 (a + c +γ) a = l s -l e c = L e -L s = 33 Visibilidade Quando é que um satélite é visível? B Satélite A! "#$%! r s r T raio da Terra γ - ângulo que vai desde o ponto de subsatélite até ao ponto onde se encontra a estação r T C O segmento AB representa a linha do horizonte no ponto B (estação terrestre) Para que o satélite seja visível na estação B tem que estar acima do ponto A, logo: r s > r T /cosγ Para um satélite geoestacionário: γ arccos r T /r S γ 81,3º latitude 34 17

18 Perturbações da órbita Efeito da Terra A Terra é achatada nos pólos, pelo que tem um campo gravitacional não esférico. Isto origina forças de atracção nos satélites empurrando-os para pontos estáveis (cemitério dos satélites) 75º E 105º W Atracção gravitacional de outros corpos Por exemplo o Sol e a Lua 35 Perturbações da órbita (2) Pressão radioactiva do Sol Fluxos de partículas do vento solar Influência da atmosfera Forças electromagnéticas Todos estes efeitos levam a uma alteração da inclinação da órbita com o tempo

19 Determinação da órbita Para determinar a órbita do satélite determina-se a posição do satélite (azimute e elevação) em três instantes distintos no mesmo ponto da Terra. Podem-se usar apenas duas medidas no mesmo ponto através da medição de distância e velocidade através de um radar. Alternativamente poderão ser feitas medidas simultaneamente em dois pontos distintos para determinação da órbita num único instante. 37 Lançamento Existem 3 métodos para inserção em órbita (usando foguetão ou vaivém): 1) Ascensão prego a fundo O foguetão queima sempre o combustível até atingir a órbita desejada» É o método mais fácil mas mais caro» É usado em voos tripulados 2) Ascensão balística Um primeiro (grande) foguete leva a carga (satélite)a atingir uma elevada velocidade, desligando-se ao atingir as proximidades da órbita desejada, onde um segundo foguete dispara para ajustar a trajectória à medida que for necessário 38 19

20 Lançamento (2) 3) Ascensão elíptica i. A carga é colocada numa órbita LEO de estacionamento usando os métodos 1) ou 2). ii. Um foguetão é disparado para mover a carga para uma órbita elíptica de transferência cujo perigeu é a órbita de estacionamento e apogeu a órbita desejada iii. Quando se atinge o apogeu, outro foguetão é usado para modificar a órbita É o método utilizado para satélites geoestacionários Apogeu Terra Perigeu Órbita do veículo de transporte Órbita de transferência Órbita geosíncrona 39 Efeitos da órbita no funcionamento Efeito Doppler Desprezável para órbitas geoestacionárias Muito pronunciado em satélites de órbitas baixas, requerendo o uso de métodos de compensação Variação da distância É necessário ter em conta estas variações nos sistemas TDMA, que terão de ajustar continuamente a temporização da transmissão. Eclipses Ocorrem em dois períodos do ano (em redor dos equinócios), quando o Sol, a Terra e o satélite estão aproximadamente no mesmo plano. Durante o eclipse:» O satélite tem de operar só com baterias» Algum equipamento poderá ter que ser desligado» Variações térmicas muito acentuadas Ofuscação pelo Sol Pode colocar o sistema fora de funcionamento até 10 minutos por dia, durante vários dias (total de 0,02% do ano) 40 20

21 Eclipses 41 Eclipses (2) 42 21

22 3 SUB-SISTEMAS DO SATÉLITE Sistemas de controlo de atitude e órbita (AOCS) Atitude do satélite É a correcção a menos de 0,1º em cada eixo de forma a que as antenas estejam correctamente apontadas para a Terra Sistemas de estabilização do satélite 3 eixos (INTELSAT V) Três rodas giram a grande velocidade, controladas por Terra Uma roda montada em pivots giratórios Um par de motores de gás por cada direcção Rotação do corpo do satélite (INTELSAT IV) O corpo do satélite roda em torno do seu eixo, enquanto as antenas e subsistemas de comunicação mantêm-se apontadas para a Terra. Dois pares de motores permitem correcções nas direcções perpendiculares à do eixo do satélite, actuando em instantes prédeterminados. 43 Sistemas de estabilização (a)intelsat IV-A (b) INTELSAT V 44 22

23 Sistema de controlo de órbita Para correcção da órbita não podem ser usados discos de momento porque são necessárias acelerações lineares. São usados motores de gás. Fazem-se correcções de órbita pelo menos uma vez em cada 6 semanas o que conduz a uma necessidade de combustível considerável Manobras Norte-Sul corrigem a inclinação do plano de órbita. Se as antenas terrestres fizerem o seguimento do satélite, este poderá ser lançado numa órbita inclinada entre 2,5 a 3º no sentido contrário às tendências de desvio causadas pelo Sol e pela Lua. Ao fim de 3-4 anos estará na posição nominal e inclinar-se-á nos anos seguintes. Manobras Este-Oeste São necessárias para satélites distantes dos pontos estáveis 75º E e 105º W. A precisão terá de ser da ordem dos 0,1º de forma a evitar a aproximação de satélites vizinhos. Estas correcções são feitas com um intervalo de 2 a 3 semanas e necessitam de menos combustível do que as manobras Norte-Sul 45 Telemetria, seguimento e comando (TT&C) Este sistema efectua todas as tarefas de manutenção e geralmente envolve uma estação terrestre apenas dedicada a este fim. Telemetria Informação de sensores no satélite (perto de 100) Combustível; Tensão e corrente na fonte, tensão e corrente em cada parte crítica do sub-sistema de comunicações; Temperatura; Dispositivos para controlo de orientação. Esta informação vai normalmente numa portadora modulada digitalmente em PSK ou FSK com um débito baixo para permitir obter uma relação sinal-ruído elevada

24 Telemetria, seguimento e comando (2) Seguimento Localização precisa do satélite (a menos de 100m) Sensores de aceleração e velocidade; Observação terrestre do efeito Doppler na portadora de telemetria; Medidas angulares precisas; Radar. Para reduzir o erro, muitas vezes são feitas medidas em três estações sendo a posição do satélite determinada por triangulação. 47 Telemetria, seguimento e comando (3) Comando Execução de alterações de atitude e órbita; Controlo do sistema de comunicações; Controlo das manobras de entrada em órbita; Protecção contra erros: O comando é convertido numa palavra de comando que é enviada para o satélite; O satélite verifica a validade da palavra e repete-a para Terra através da ligação de telemetria; A estação terrestre confirma a palavra e envia um comando de execução

25 Telemetria, seguimento e comando (4) 49 Alimentação O sub-sistema de alimentação do satélite é constituído por painéis solares: Intensidade de radiação: 1,39 KW / m 2 Eficiência: 10-15%!!! A eficiência dos painéis solares baixa com a idade devido ao bombardeamento de partículas; Num satélite estabilizado por rotação: O corpo cilíndrico está revestido de células solares; Num satélite de 3 eixos: Painéis planos são abertos quando o satélite entra na órbita final» Para a mesma potência os painéis planos requerem 1/3 da área do corpo cilíndrico mas:» Estão sujeitos a temperaturas mais elevadas e a maiores bombardeamentos de partículas

26 Alimentação (2) E durante os eclipses? O satélite transporta baterias de Ni-Cd Alguns sistemas de comunicação (ex: TV) são desligados Os satélites são por isso normalmente colocados a 20º W da região de cobertura para que o eclipse se dê de madrugada (por volta da 1h)

27 Sub-sistemas de comunicação É o sub-sistema mais importante de todos. Os outros só existem para lhe dar apoio. Embora seja o mais importante, não é o mais caro, nem o mais pesado, nem o que ocupa mais espaço no satélite... Devido aos custos, a capacidade de tráfego no satélite deve ser o mais elevada possível. O projecto de ligação satélite-terra é geralmente o mais difícil de realizar devido: Às limitações de potência no satélite Às limitações da dimensão das antenas À grande distância da estação receptora terrestre. 53 O aumento da banda num sistema de satélite está limitado pela potência transmitida que irá conduzir a uma determinada relação sinalruído. Para aumentar a capacidade do satélite, as frequências são re-utilizadas: Feixes direccionais à mesma frequência (reutilização espacial) Polarizações ortogonais à mesma frequência (reutilização por polarização) 54 27

28 Transpositores Para evitar sinais de banda muito larga a banda disponível é dividida em vários canais. A cada canal é associado um transpositor Um transpositor é constituído por: um filtro passa-banda para seleccionar a banda do canal; um conversor que baixa a frequência de 6GHz na entrada para 4GHz na saída; um amplificador na saída. Geralmente é usado um grande número de transpositores (12, 20, 24) com uma banda de 36, 40, 72 MHz 55 Transpositor 6/4 GHz 56 28

29 Transpositor 14/11 GHz 57 Transpositores (cont.) Os sinais na entrada dos transpositores provêm de uma ou mais antenas de recepção e a sua saída ligase a uma matriz de comutação que envia o sinal para uma antena de emissão. Cada transpositor, ou conjunto de transpositores, fica associado a uma estação terrestre Características mais significativas: Pré-amplificador de baixo ruído; Amplificador de potência; Filtros

30 ligação 6/4GHz com largura de banda 500MHz, 24 transpositores por polarização cada um com 36MHz de banda 59 ligação 6/4GHz com largura de banda 2000MHz (reutilização de frequência) e 14/11 GHz com largura de banda 250MHz (reutilização de polarização) 60 30

31 Capacidade Para além da reutilização de frequências, o aumento da capacidade pode ser conseguido através da introdução de feixes comutados. É criado um feixe com pequena abertura para cada estação terrena. O satélite transmite sequencialmente para cada estação utilizando multiplexagem nos tempos. Alternativamente usa-se uma antena móvel ou uma combinação de antenas móveis com feixes comutados. 61 Antenas Têm ganhos elevados Tipos de antenas: Fios: monopolos e dipolos Sistemas de TT&C em VHF e UHF; Diagramas de radiação de grande abertura ou mesmo omnidireccionais. Cornetas ( Horns ) Diagramas de radiação de cobertura global Antenas com reflectores Cobertura de zona limitada. Iluminadas por uma ou mais cornetas alimentadoras. O diagrama de radiação pode ser configurado para uma dada cobertura usando cornetas alimentadas por sinais com fases adequadas

32 Antenas (2) 63 4 PROJECTO DE LIGAÇÃO 64 32

33 5 ACESSO MÚLTIPLO O acesso múltiplo consiste na capacidade de um certo número de estações terrestres acederem simultaneamente aos transpositores de um satélite. Existem três técnicas de acesso: FDMA, TDMA e CDMA 65 FDMA Frequency Division Multiple Access todos os utilizadores acedem ao satélite ao mesmo tempo, mas cada um deles transmite na sua própria banda de frequência. TDMA Time Division Multiple Access Os utilizadores transmitem um de cada vez (sequencialmente) no seu próprio intervalo de tempo. CDMA Code Division Multiple Access O sinal é distribuído pela banda disponível numa relação tempo/frequência definida por uma transformada de código

34 Partilha de recursos Acesso fixo estabelece-se antecipadamente um plano de utilização de recursos; Acesso a pedido os recursos são atribuídos a pedido, com base nas condições de tráfego presentes. A distribuição pode ser feita de várias formas: por escrutínio (polling); por controlo centralizado de atribuição de canais; por controlo distribuído através da monitorização da actividade dos circuitos e tomada de canais com eventual resolução de contenção de acesso. 67 Repetidores bent-pipe ( tubo encurvado ) cada repetidor executa apenas funções de amplificação e transposição de frequência dos sinais à sua entrada; processamento a bordo (digital) regeneração dos sinais digitais; codificação/descodificação para detecção e correcção de erros. comutação de feixes (só nos satélites TDMA) 68 34

35 FDMA - Intermodulação Uma das maiores limitações dos sistemas FDMA é a ocorrência de produtos de intermodulação entre as diversas portadoras, devido às nãolinearidades dos tubos do satélite, quando estes operam perto do ponto de máxima eficiência, correspondente à saturação. Para evitar esta situação, impõe-se uma potência de saída dos tubos inferior à saturação (5 a 10dB), onde o funcionamento é mais linear mas menos eficiente. 69 FDMA - Atenuação A atenuação numa ligação ascendente de uma portadora pode ser particularmente crítica, por ficar vulnerável às interferências de outras portadoras não atenuadas transmitidas a partir de diferentes estações. Este problema é normalmente evitado através do controlo da potência emitida, i.e, aumentando a potência sempre que ocorre um evento de atenuação. Um método simples consiste em medir a atenuação à frequência do feixe descendente, estimar a correspondente atenuação à frequência do feixe ascendente e aumentar a potência transmitida desse mesmo valor

36 FDM/FM/FDMA Num sistema FDM/FM/FDMA, cada estação modula em frequência todo o tráfego de saída numa portadora, qualquer que seja o seu destino (uma estação com muito tráfego poderá requerer várias portadoras). Na recepção, a estação recebe uma portadora de todas as outras estações com quem tem conectividade, e desmultiplexa apenas a porção da banda-base FDM que lhe diz respeito 71 As estações terrestres enviam uma portadora cada com um ou mais canais As estações terrestres recebem as n portadoras e extraem o tráfego próprio Uma master station controla as portadoras atribuídas a cada estação. As estações estão ligadas entre si (na figura via rede telefónica) Uma estação quando quer comunicar pede uma portadora à master station SCPC/FDMA 72 36

37 TDMA 73 TDMA Cada estação acede ao transpositor do satélite em exclusivo no seu intervalo de tempo, transmitindo a sua portadora modulada nesse período (numa rajada de bits ), de tal modo que o conjunto das transmissões de todas as estações constitui uma trama. Na recepção, a estação terá que identificar a sequência de rajadas na trama, recuperar a portadora e relógio de cada uma e seleccionar os sinais em banda base que lhe dizem respeito. Como está presente uma única portadora, não existem produtos de intermodulação e o amplificador pode ser alimentado à sua potência máxima de saída. Uma outra vantagem do TDMA é a flexibilidade em termos de adaptação a requisitos variáveis de tráfego (basta ajustar a duração dos intervalos de tempo). As desvantagens do TDMA são os requisitos de temporização e complexidade. É necessário garantir uma coordenação entre as estações de tal forma que as rajadas cheguem ao satélite na ordem desejada. Além disso, é necessário introduzir referências de trama e bandas de guarda para evitar sobreposição entre acessos sequenciais

38 FDMA TDMA FDMA vs. TDMA Vantagens Tecnologia simples Ausência de temporização Máxima utilização da potência do transpositor Não necessidade de controlo de potência transmitida Flexibilidade de reconfiguração do tráfego Possibilidade de comutação a bordo do satélite Desvantagens Intermodulação à saída do transpositor Necessidade de controlo de potência Inflexibilidade de reconfiguração do tráfego Tecnologia complexa Necessidade de temporização Controlo global complicado Necessidade de grande armazenamento de informação 75 Estrutura de trama TDMA Cada trama é constituída por uma rajada de referência (ou duas, para redundância) e uma série de rajadas de tráfego, separadas entre si por um tempo de guarda que depende da incerteza de temporização das estações

39 Estrutura de trama TDMA (2) A escolha do período de trama resulta das seguintes considerações: para transmitir amostras de voz, o período mínimo de trama é de 125µs; O máximo é arbitrário desde que em cada trama seja transmitido um certo número de amostras que perfaça uma amostra por cada 125µs de duração de trama; o valor a adoptar é um compromisso entre a eficiência e os requisitos de memorização e atraso. 77 Sincronização da transmissão TDMA O instante em que cada estação inicia a transmissão de uma rajada depende da sequência desta na trama e da distância da estação ao satélite. Há duas técnicas para a determinação da temporização de uma estação na fase em que pretende entrar na rede: Quando a estação terrestre é capaz de ouvir as suas próprias transmissões, envia rajadas de pequena potência (sem interferir com as transmissões em curso), até adquirir a sua temporização relativamente à rajada de referência; depois de entrar em operação normal, poderá continuamente ajustar a sua temporização; noutros sistemas, as medidas de temporização relativa são efectuadas numa estação de controlo e transmitidas a todos os membros da rede para ajustarem as suas transmissões

40 Comutação a bordo 79 CDMA 80 40

41 6 FIABILIDADE necessitamos de calcular a fiabilidade de um sistema para: saber a probabilidade de um sistema estar a funcionar após determinado período de tempo usar redundância de componentes ou subsistemas quando a probabilidade de falha é demasiado grande para ser aceite A fiabilidade é expressa pela probabilidade de falha após um período de tempo t P F (t) 81 Curva da banheira P F!&! '% Tempo 82 41

42 Fiabilidade de um dispositivo Fiabilidade Nº componentes que falharam Tempo médio entre falhas Taxa média de falhas Fim de tempo de vida ( = = λ = (!!!#!!!! (!!!% = )* = = =!+%,"!!!&!! (!!!#!!! = = - 83 Redundância Série R 1 R 2 R 3 R N Paralelo R 1 R 2 Híbrido R 1 R 3 R 2 R

43 Redundância (2) Ligação em interruptor R 1 S 1 S 2 R 2 R N 85 Ligação série A fiabilidade do conjunto é pior do que a fiabilidade de cada um dos subsistemas. / = / = / / / / = Se a probabilidade for igual para todos (R c ) R = R c N Supondo que existem modos diferentes de falha: curto-circuito (Q si ) ou circuito aberto(q oi ) /.. = 0 0 = =

44 Ligação paralelo O sistema falha se todos os dispositivos estiverem em circuito aberto ou 1 dos dispositivos estiver em curto-circuito /.. = 0 0 = = 87 Ligação com interruptor Caso se desliguem os dispositivos à medida que falham R SW = R SD (1-P fn )» R SD é a fiabilidade do interruptor» P fn é a probabilidade de todos os N dispositivos falharem, assumindo que todos os dispositivos têm a mesma fiabilidade R i P fn = (1-R i ) N R = R SD (1-(P i ) N )» O interruptor tem que ter uma fiabilidade maior do que Ri para que haja um aumento da fiabilidade do sistema, senão o interruptor não contribui em nada

45 Ligação série-paralelo É o método mais utilizado nos satélites, nomeadamente colocam-se dois amplificadores em de potência em paralelo, uma vez que estes são os componentes menos fiáveis 89 45