1. INTRODUÇÃO
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, dentre eles e com destaque a área das geociências, as 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.
2. HISTÓRICO
Em 1957, o primeiro satélite artificial, o Sputnik, foi lançado pela União Soviética. Composto por um invólucro metálico contendo um transmissor de rádio causou sensação. Os "beeps" emitidos pelo Sputnik repetiam-se a cada 90 minutos, tempo necessário para completar uma órbita, após as primeiras experiências, inclusive com o lançamento de Yuri Gagarin, o primeiro ser humano a orbitar o planeta, e posteriormente John Glenn, sabia-se que o período de uma órbita poderia ser alongado se pudessem ser alcançadas maiores altitudes. O escritor Arthur Clarke, em meados dos anos 40, defendeu a idéia de que um satélite orbitando a 35.800 Km de altitude levaria exatas 24 horas para completar uma órbita da Terra. Desde então uma órbita desse tipo é chamada geossíncrona ou geoestacionária. O lançamento de tal tipo de satélite, no entanto, dependia de uma tecnologia não disponível na época, ocorrendo apenas em 1965 com o lançamento do Pássaro Madrugador, 1º satélite geoestacionário.
Os satélites de comunicação utilizados para comunicação de dados e propagação de sinais de televisão são do tipo geossíncrono. As razões para o emprego desse tipo de satélite são bastante simples: as estações terrenas não precisam ser dotadas de antenas móveis e a área iluminada pelo satélite é constante, sem interrupção de sinal a cada órbita. O satélite de comunicação, em sua essência, é apenas um repetidor de sinal, captando os sinais transmitidos das estações terrenas, amplificando-os e retransmitindo-os para a Terra. A grande vantagem da comunicação através do satélite reside exatamente no fato de que cobre áreas enormes sem encontrar obstáculos geográficos além da própria atmosfera terrestre. Os sinais são transmitidos na forma de radiocomunicação microondas, tipicamente nas freqüências entre 1,5 Ghz (banda L) e 30 Ghz. A ampla área de cobertura permite comunicação entre pontos muito distantes um do outro, sem necessidade de pontos intermediários de retransmissão para compensar a curvatura da crosta terrestre, como no caso dos enlaces microondas terrestres.
As primeiras transmissões via satélite, foram feitas em 1960, porem este satélite não era ativo, era um simples refletor passivo dos sinais enviados na terra. Em 1962 o primeiro satélite ativo foi lançado, o Telstar, este convertia a freqüência dos sinais (uplink e dowlink), evitando assim interferências. Mas o Telstar exigia antenas moveis, pois não era um satélite geoestacionário.
3. DEFINIÇÃO BÁSICA
Os satélites de comunicação são na sua grande maioria do tipo Geoestacionários.
São assim denominados por serem colocados em uma órbita, por exemplo, sobre o equador, de tal forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do nosso planeta Terra, ou seja, 24 horas. Com isso a velocidade angular de rotação do satélite se iguala à da Terra e tudo se passa como se o satélite estivesse parado no espaço em relação a um observador na Terra.
Para que um satélite entre em órbita é necessário que atinja uma velocidade de pelo menos 28.800 Km/h. Com essa velocidade, se posicionarmos o satélite a 36.000 Km de altitude, acima do equador, ele ficará numa órbita geoestacionária.
A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de um ângulo de 2°. O Brasil pleiteou 19 posições orbitais junto à UIT. Destas, atualmente sete se encontram designadas para uso dos operadores brasileiros (Star One, Loral e Hispasat).
O satélite, do ponto de vista de transmissão, é uma simples estação repetidora dos sinais recebidos da Terra que são detectados, deslocados em freqüência, amplificados e retransmitidos de volta a Terra. Um satélite típico é composto de uma parte comum ("bus") onde se encontram as baterias, painéis solares, circuitos de telemetria e a parte de propulsão. Além do "bus" temos a carga útil ("payload") composta essencialmente dos circuitos repetidores, denominados "transponders".
4. FATORES MOTIVADORES
Sem dúvida, o maior fator motivador para a utilização de satélite como meio de transmissão, foi a inexistência de meios físicos entre localidades alvo da comunicação. Como os satélites podem cobrir praticamente quaisquer áreas do globo terrestre, são a melhor opção para atingir pontos de difícil acesso, outro fato determinante para a utilização de satélites como meio de transmissão foi a indisponibilidade de meios de transmissão digital a baixo custo. As atuais redes digitais não existiam ha 10 anos atrás. Os serviços analógicos de transmissão, como o Transdata, apresentavam taxas de erro na ordem de 1X10-5, contra 1X10-7 dos serviços digitais atuais, o custo dos meios de transmissão analógicos também foi um fator motivador do usa da tecnologia satélite, tendo, todavia, deixado de ser, nos últimos anos.
5. COMPONENTES DE UM SISTEMA SATÉLITE
Um sistema satélite é composto de um Segmento Espacial e um Segmento Terrestre. O Segmento Espacial é composto por um ou mais satélites e pelos equipamentos necessários às funções de suporte e operação dos satélites, tais como telemetria, rastreio, comando, controle e monitoração. O subsistema satélite é uma estação repetidora de microondas, repetindo sinais sobre grandes distâncias. Inicialmente foram utilizados satélites de baixa órbita, completando uma volta no planeta em poucas horas. As estações terrenas eram de alto custo, pois tinham de mover-se, e o sistema interrompia a transmissão cada vez que o satélite desaparecia atrás do horizonte, retornado após surgir novamente no lado oposto. Surgiram então, para solucionar esses problemas, os satélites geoestacionários, ou geossíncronos.
6. Subsistemas de Um Satélite
* Comunicações
* Telemetria, comando e rastreio
* Controle de atitude
* Propulsão
* Energia
* Controle térmico
O subsistema que mais interessa é o de comunicações. È um repetidor ativo que recebe, converte a freqüência, amplifica e retransmite para a Terra os sinais recebidos. Os circuitos são denominados Transponders. Cada Transponder é responsável pela recepção e retransmissão de uma determinada banda de freqüência. Um satélite tem, tipicamente, de 20 a 40 Transponders.
Faixas de Freqüência: Banda L – 1,5 a 2,5 GHz, Banda C – 4,0 a 6,0 GHz, Banda Ku – 11,0 a 14,0 GHz, Banda Ka – 20,0 a 30,0 GHz.
7. OS SATÉLITES DO SBTS
O SBTS, Sistema Brasileiro de Transmissão Por Satélite, de propriedade da Embratel, é composto por satélites com as seguintes características básicas:
Giroestabilizados – atitude é mantida pela força centrípeta da metade que gira sobre o próprio eixo;
* Comprimento 7,1 metros;
* Diâmetro 2,16 metros;
* Massa: 1.140 Kg (lançamento) e 671 Kg (órbita);
* 36 transponders, 36 MHz, 36 dBW;
* Redundância TWT ¼;
* Freqüências 6,0 GHz (up) e 4,0 GHz (down);
* Energia: 982 W (inicial) e 799 W (final);
* Potência Irradiada: >= 34 dBW;
* Espectativa Vida Útil: 11 anos;
* 36.000 Km de altitude em 65W e 70W- Rede.
8. O SEGMENTO TERRESTRE
O segmento terrestre é composto pelas estações terrenas de comunicação. Uma estação terrena é composta pelos seguintes componentes:
* Antena;
* Amplificadores de potência de transmissão (HPA);
* Amplificadores de recepção de baixo ruído (LNA e LNB);
* Equipamentos de comunicação (GCE)
9. ANTENAS
As antenas utilizadas pelas estações terrenas são do tipo parabólico, podendo variar a disposição do alimentador e refletores. Os diâmetros variam de 1,20 m até 14 m Os 3 tipos de antenas mais comuns são:
* Cassegrain: 1 sub-refletor hiperbólico e 1 refletor parabólico;
* Ponto Focal: refletor parabólico com alimentador no ponto focal;
* Cassegrain Offset: Alimentador s sub-refletor desalinhados do vértice e do foco.
A escolha do tipo das antenas é um dos dados de projeto. Normalmente as micro estações tipo VSAT utilizam antenas tipo Offset. Já estações tipo Hub, de grandes dimensões, utilizam antenas tipo ponto focal ou cassegrain. Cada qual apresenta características diferenciadas de iluminação e absorção de ruído.
10. MÚLTIPLO ACESSO E MODULAÇÃO
As técnicas de modulação utilizadas na transmissão via satélite são:
* FDM/FM
* SCPC/FM
* SCPC/PSK
* Múltiplo Acesso
Na modulação FDM/FM encontra-se uma portadora modulada em freqüência (FM) por um sinal de banda básica formado por vários canais, divididos e multiplexados por divisão de freqüência (FDM). Quando o sinal modulado é associado a dois ou mais destinos, é utilizado o conceito de multidestino.
Na modulação SCPC – canal singelo por portadora, cada canal é processado de forma individual e cada portadora é modulada por apenas um canal. Para transmissão de canais analógicos a portadora é modulada em freqüência (FM). Para transmissão de sinais digitais a portadora é modulada em fase (PSK).
No Múltiplo Acesso várias estações utilizam o mesmo repetidor simultaneamente. Existem 3 técnicas básicas de compartilhamento do satélite por Múltiplo Acesso:
* FDMA – Múltiplo Acesso Por Divisão de Freqüência, com consignação única de freqüência para cada estação. Utiliza modulação SCPC/PSK. Não necessita de sincronismo comum à rede, apresentando, portanto baixo custo de equipamentos. Utiliza, no entanto, mais segmento espacial, com maior custo do serviço. Usa técnicas bem conhecidas e dominadas, apresentando tempo de resposta bem definido. O sistema não é econômico para estações de alta capacidade de compartilhamento.
* TDMA – Múltiplo Acesso Por Divisão de Tempo, todas as estações com mesma freqüência, em tempos diferentes. Divisão da faixa de Transponder no domínio do tempo, de modo que cada usuário possa empregar toda faixa de freqüência e toda potência disponível no instante em que transmite. Em cada instante apenas um usuário emprega o Transponder. Como não há intermodulação, o Transponder pode ser operado próximo à saturação (sem back-off). O sincronismo é complexo, implicando o alto custo das estações terrenas.
* CDMA – Múltiplo Acesso Por Divisão de Código, onde todas as estações se utilizam da mesma freqüência em tempos iguais, porém usando códigos diferentes, designados para seu uso exclusivo. Utiliza técnica de espalhamento espectral (spread spectrum). Próprio para transmissão de sinais digitais apresenta grande robustez às interferências. Cada usuário combina o sinal a ser transmitido com um código de espalhamento diferente. A taxa de bits de código é bem superior a taxa de bits de informação, sendo a banda de espectro ocupada pelos bits de código (chips) bem mais larga do que a ocupada pela informação original.
11. VSAT – VERY SMALL APPERTURE TERMINAL
Os sistemas VSAT apresentam topologia em estrela, com duplo salto, para comunicação entre estações terrenas de pequenas dimensões e custo. No centro da rede fica uma Estação Principal, ou Hub, que gerencia a rede e roteia as mensagens entre as estações VSAT. A estação principal é de grandes dimensões, com antenas a partir de 10 m de diâmetro. As estações remotas, as VSATs, tem antenas de 1,2 m a 2,4 m de diâmetro.
A comunicação Estação Principal para a VSAT é feita através de um canal outbound através de multiplexação TDM.
A comunicação VSAT para a Estação Principal é feita através de um canal inbound, combinando acesso aleatório com transmissão por reserva, com várias VSATs compartilhando o mesmo canal.
Para reduzir o problema do atraso de propagação, utilizam-se protocolos com janela de transmissão e o tratamento local de protocolos (spoofing). As características de sincronismo dos protocolos não são propagadas. É feita bufferização da mensagem.
Normalmente os projetos de rede contemplam um tempo de resposta de 3 a 4 segundos para 95 % dos casos, podendo chegar a 8 segundos.
Normalmente as estações terrenas tipo VSAT são compostas por uma parte externa – outdoor unit, que inclui antena e equipamento de RF, e uma parte interna indoor unit, que comporta FI e as interfaces de comunicação de dados, WAN e LAN. Os protocolos suportados geralmente são SDLC, X.25, IBM BSC, TCP/IP e VIP. Opcionalmente podem apresentar CODECs para transmissão de voz e facilidades de dial-backup.
12. CONCLUSÕES
A transmissão via satélite com certeza foi a que mais evoluiu nos últimos anos, com esse tipo de telecomunicação pode-se atingir pontos geográficos antes inalcançáveis, levando o desenvolvimento e a integração a todos os povos, a qualidade do sinal é muito superior a de qualquer outro meio, sem falar na facilidade de mudanças de pontos de conexão, o custo pode ser comparado às tecnologias existentes, mas por outro lado tem o fantasma do ‘delay’ que é o tempo de resposta entre estação servidora (satélite), estação receptora (estação central, computador cliente ou televisão de cliente, ou ambas), contudo pode-se dizer que se trata de uma resolução de problemas válida quando outra tecnologia não está acessível.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÀFICAS
MONIMOTO, E. CARLOS. Redes Guia Pratico. 1ª Ed. Sul Editores, Porto Alegre: 2009.
TANENBAUM, S. ANDREW. Redes de Computadores. 1ª Ed. Editora Campus, Rio de Janeiro: 1997.
