[apostila] sistemas de comunicação por satélite
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 41 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso simples
Caractersticas gerais
baixa complexidade de operao ausncia de intermodulao entre canais
Aplicaes ligaes ponto-a-ponto da rede fixa
configurao no flexvel adequado apenas a sistemas de grande capacidade
ligaes ponto-a-ponto de televiso (e programas de som)
ligaes permanentes ligaes temporrias programadas
difuso directa de televiso (e programas de som) recepo individual de baixo custo cobertura de um nmero muito vasto de utilizadores
Definio de acesso simples: uma nica estao terrestre transmite atravs de um transpositor de um satlite
FDM ou TDM
contribuio de programas
distribuio de programas
Acesso a satlites
As configuraes de acesso simples permitem ligaes ponto-a-ponto em tudo semelhantes sdisponibilizadas por feixes hertzianos terrestres. Acresce ainda a configurao de difuso directa deteleviso, uma das reas de maior expanso dos sistemas por satlite.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 42 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
Acesso simples
Configurao tpica de uma ligao ponto-a-ponto bidireccional com acesso simples
T
satlite
E1 E2
uma nica portadoraascendente 6 GHzdescendente 4 GHz
ouascendente 14 GHzdescendente 11 GHz
banda do transpositor36 MHz
uma nica portadoraascendente 6 GHz
descendente 4 GHzou
ascendente 14 GHzdescendente 11 GHz
estaoterminal
terrestre
estaoterminal
terrestre
Referem-se dois exemplos desta configurao, no contexto de satlites Intelsat: sistema analgico FDM/FM (muito usado no passado, actualmente obsoleto)
multiplex FDM N=972 canais; banda base [12, 4028] kHz
modulao FM B= 36 MHz
sistema digital TDM/PSK multiplex TDM Rb = 55 Mbit/s
modulao QPSK B= 36 MHz
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 43 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
Acesso simples
Configurao tpica de distribuio de televiso
T
satlite
estaes terrestresindividuais
recebem portadoracom programa(s)
banda do transpositor36 MHz ligao descendente
12 ou 11 GHz
estaoemissora
terrestre
ligao ascendente18 GHz ou 14 GHz
TV analgica 1 programaTV digital 6-8 programas
(MPEG-2)
ETVRO
TVRO - TV Receive Only
TV analgica 1 programaTV digital 6-8 programas
(MPEG-2)
A transmisso de televiso analgica permite apenas um programa por canal (SCPC). Para um sinalPAL modulado em FM, a largura de banda tpica dos transpositores de 27 MHz.
No caso de televiso digital, a configurao mais frequente MCPC.
Exemplo tpico de difuso digital de TV, em modo MCPC: 8 programas de TV ou 6 programas de TV + 10 programas de udio
dbito de informao MPEG-2: 38,02 Mbit/s
dbito binrio aps codificao de blocos Reed-Solomon(16 octetos por pacote MPEG de 188 octetos): 38,02 x 204/188 = 41,25 Mbit/s
dbito binrio aps codificao convolucional de Viterbi(eficincia 3/4): Rb = 41,25/(3/4) = 55 Mbit/s
dbito de smbolos com modulao QPSK: Rs = Rb/2 = 27,5 Mbaud
largura de banda mnima do transpositor: BFI= 33 MHz largura de banda efectiva do transpositor: B = 36 MHz
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 44 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
Acesso mltiplo
Tcnicas de acesso mltiplo
Definio de acesso mltiplo: vrias estaes terrestres transmitem atravs do mesmo transpositor de satlite
Acesso mltiplo den estaes a um transpositor
t T
(B - largura de banda do transpositor T- comprimento de trama)
t
f
B
n
1
1 1n n
FDMA - Frequency DivisionMultiple Access
estaes acedem ao transpositordo satlite ao mesmo tempo
cada estao transmite na suaprpria banda de frequncia
TDMA - Time DivisionMultiple Access
estaes transmitem uma decada vez (sequencialmente)
cada estao transmite no seuprprio intervalo de tempo
CDMA - Code DivisionMultiple Access
estaes transmitem ao mesmotempo, em banda espalhada
cada estao transmite com umcdigo prprio
B
f
t
B
f
c
1
n
A tcnica de acesso FDMA usa a dimenso frequncia para assegurar a partilha de recursos,enquanto a tcnica TDMA utiliza a dimenso tempo. Em CDMA, a separao dos canais assegurada pela introduo de uma nova dimenso, o cdigo: a transmisso de todas as estaes faz-se na mesma banda, ao mesmo tempo, com sinais codificados, de tal forma que apenas o receptorque detm o cdigo igual ao usado na emisso, num certo canal, ir recuperar os respectivos dados.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 45 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso mltiplo
Mtodos de acesso aos recursos
Acesso fixo ou pr-determinado (PA, Pre-Assigned)
estabelece-se antecipadamente um plano de utilizao dos recursos
adequado a situaes de grande trfego aproximadamente constante
no adaptvel a trfego varivel
Acesso por atribuio a pedido (DA, Demand Assigned)
recursos so atribudos a pedido com base nas condies de trfego presentes
prefervel em situaes de trfego reduzido ou espordico
vrios formas de atribuio de canais
controlo centralizadoatravs de sinalizao
por escrutnio (polling) controlo distribudo
protocolos Aloha de acesso aleatrio
Acesso a satlites
apenas no caso deFDMA ou TDMA
apenas no caso deFDMA ou TDMA
protocolo Aloha mais usado - CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access / Collision Detection
Os protocolos de atribuio de canais so variantes de protocolos genericamente utilizados emredes centralizadas ou distribudas.
Um protocolo Aloha de tipo CSMA/CD poder operar da seguinte forma, fazendo intervir uma
estao de controlo que recebe os sinais de um transpositor de satlite, que, por sua vez, os recebedas estaes dispersas da rede: a transmisso efectuada em intervalos de tempo pr-definidos (slotted Aloha);
uma estao terrestre s envia pacotes de informao quando detecta um canal livre (a estao de controlo podefornecer esta indicao continuamente a todas as estaes participantes na rede);
se mais do que um terminal comear a transmitir ao mesmo tempo, existiro colises;
as colises so reconhecidas na estao de controlo e sinalizadas aos terminais; estes suspendem a transmisso e tentam de novo aps um tempo aleatrio.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 46 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
FDMA -Frequency Division Multiple Access
Sistemas FDM/FM/FDMA
Emisso cada estao modula em frequncia todo o seu trfego de sada numa portadora (ou vrias)
largura de banda do sinal em banda base: 4 kHz
N(nmero de canais)Recepo
a estao recebe as portadora de todas as outras estaes com quem tem conectividade num sistema de n estaes, so necessrios pelo menos n-1 receptores e desmoduladores
a estao acede apenas poro da banda-base FDM que lhe diz respeito
Plano de frequncias banda do transpositor 36 MHz atribuio de banda
1 portadora de 972 canais - banda base de 12 a 4 028 kHz
12 portadoras de 72 canais - banda base de 12 a 300 kHzMtodo de acesso aos recursos
acesso fixo, de um modo geral reconfigurao de recursos complexa
valor muito utilizado em sistemas correntes
exemplo de acesso nico
exemplo de acesso mltiplo
Acesso a satlites
banda base analgica ou digital
A reconfigurao de recursos exigiria a alterao da largura de banda dos canais na emisso e narecepo, o que se tornaria muito complexo. Por esta razo, os sistemas FDM/FM/FDMA, jobsoletos, operavam, de um modo geral, em acesso fixo.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 47 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
FDMA -Frequency Division Multiple Access
Sistemas FDM/FM/FDMA
Aplicaes ligaes ponto-a-ponto da rede fixa, de mdia/grande capacidade
Sistema tpico FDM/FM/FDMA(representado apenas um sentido de transmisso)
T
satlite
estaes terrestres
enviam uma portadoracada com todo o seu
trfego de sada
estaes terrestresrecebem todas as portadorase extraem o trfego prprio
ligao ascendente 6 GHz
portadora tpica de 72 canais3 MHz de banda
(2,7 MHz + 0,3 MHz banda guarda)
banda do transpositor36 MHz
ligao descendente 4 GHz
12 portadoras12 3 MHz = 36 MHz
E1
E2
1EkE
f
1 2 12
36 MHz
En
Do ponto de vista da interconexo entre estaes terrestre, este sistema pode ser visto como umamatriz de comutao de acesso total, isto , qualquer estao de origem pode enviar qualquerparcela do trfego total para qualquer estao de destino.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 48 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
FDMA -Frequency Division Multiple Access
Sistemas SCPC/FDMA
Emisso e recepo cada estao transmite/recebe um canal modulado numa portadora independente
canal telefnico analgico comprimido e modulado em FM canal digital com dbitos at 64 kbit/s, modulado em PSK
trfego agregado numa estao central
assegura a interligao com a rede fixa
Plano de frequncias largura de banda atribuda por canal entre 22,5 e 45 kHz (64 kbit/s), nos sistemas correntes
Mtodo de acesso aos recursos
acesso fixo (equivalente a linhas alugadas) ou a pedido (trfego espordico)
portadora normalmente activada apenas quando h voz ou dados a transmitir
no tem efeito na banda ocupada
reduz potncia transmitida pelo transpositor
reduz interferncias
evoluo de sistemasanalgicos para digitais
SCPC/FM/FDMA ou SCPC/PSK/FDMA
Os sistemas SCPC/FDMA permitem configuraes de acesso de muito baixa capacidade,inclusivamente individuais, com estaes terrestres de reduzido custo e de pequena potncia,especialmente a partir da altura em que se passou a utilizar satlites de rbita LEO ou MEO.
O acesso pode ser fixo ou a pedido, neste ltimo caso correspondendo a atribuir, ou no, a banda deum canal a cada estao terminal.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 49 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
FDMA -Frequency Division Multiple Access
Sistemas SCPC/FDMA
Aplicaes ligaes ponto-a-ponto do servio fixo, de muito pequena capacidade
Sistema tpico SCPC/FDMA para pequenas estaes terrestres
T
satlite
estaes terrestresenviam e recebem
portadoras com um canal
estao central
assegura interligaocom rede fixa
ligao ascendente 6 GHz
portadora modulada45 kHz de banda
banda do transpositor72 MHz ligao ponto-a-ponto 6/4 GHz
1 600 portadoras1600 45 kHz = 72 MHz
f
E1
E2E
n
1 2 1600
EC
ligao descendente 4 GHz
1 600 portadoras1600 45 kHz = 72 MHz 72 MHz
Nesta configurao, o acesso das estaes terrestres ao satlite faz-se em SCPC, nos sistemas maisrecentes com portadoras com modulao digital.
A ligao estao central-satlite pode fazer-se do mesmo modo, isto , em SCPC (como mostra a
figura), ou, em alternativa, usando uma nica portadora modulada com um sinal TDM, competindoento s estaes terrestres identificar neste sinal TDM o canal que lhes diz respeito.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 50 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
FDMA -Frequency Division Multiple Access
Sistemas SCPC/FDMA
Aplicaes comunicaes mveis de voz/dados
Sistema tpico SCPC/FDMA para servio mvel martimo
T
satlite
estaes mveisenviam e recebem
portadoras com um canal estao central terrestreassegura interligaocom rede fixa
ligao ascendente 1,64 GHz
portadora modulada45 kHz de banda
banda do transpositor2 MHz
ligao ponto-a-ponto 6/4 GHz
40 portadoras40 45 kHz = 1,8 MHz
f
M1
M2 Mn
1 2 40
EC
ligao descendente 1,54 GHz
40 portadoras40 45 kHz = 1,8 MHz 1,8 MHz
Esta configurao idntica anterior.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 51 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
FDMA -Frequency Division Multiple Access
Sistemas SCPC/FDMA
Aplicaes comunicaes empresariais de voz/dados/tele-servios RDIS
T
satlite
estao terrestre deemisso e recepo
estao central
assegura interligaocom rede fixa
ligao ascendente 14 GHz
portadora modulada2,4 - 64 kbit/s
ligao ponto-a-ponto 14/11 GHz
n portadoras moduladas
EC
ligao descendente 11 GHz
portadora modulada256 - 2 048 kbit/s
Sistema tpico SCPC/FDMA com terminais VSAT
1,8 m
0,6 mestao terrestres de recepo
com terminais VSATVery Small Aperture Terminal
A designao VSAT exprime a possibilidade de se utilizarem antenas de pequenas dimenses parapermitir o acesso de terminais a redes de comunicao em aplicaes empresariais.
Em certos cenrios, as estaes terrestres apenas precisam de receber sinais difundidos pelo satlite,
usando-se neste caso antenas de menores dimenses do que no caso de estaes de emisso-recepo.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 52 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
FDMA -Frequency Division Multiple Access
Sistemas TDM/PSK/FDMA
Emisso e Recepo portadoras com modulao digital de sinais em banda base TDM com dbitos at 45 Mbit/s
interconexo entre estaes idntica a FDM/FM/FDMA
Plano de frequncias banda do transpositor 36 MHz ou superior atribuio de banda
canais com bandas compatveis com os dbitos suportados
Mtodo de acesso aos recursos acesso fixo, de um modo geral
Aplicaes evoluo de sistemas analgicos FDM/FM/FDMA sistemas digitais TDM/FDMA
ligaes ponto-a-ponto do servio fixo, de pequena/mdia capacidade novos servios digitais
ligaes Internet
designao Intelsat:IDR -Intermediate Data Rate carrier
reduz-se a complexidade comprejuzo da eficincia
Acesso a satlites
A configurao TDM/PSK/FDMA tem vindo a ser utilizada em ligaes ponto-a-ponto do serviofixo, de mdia capacidade, permitindo custos mais baixos do que os sistemas TDMA.
O acesso fixo uma soluo adequada a aplicaes em que a capacidade atribuda de forma semi-
permanente.
Neste sistema, por se basear em FDMA, no se faz normalmente a atribuio dinmica decapacidade, pois iria exigir ajustes da largura de banda, o que se tornaria complexo. Note-se queesta complexidade no existe no caso j referido de SCPC/FDMA, em que relativamente simplesefectuar uma atribuio dinmica de recursos, sem haver ajustes na largura de banda dos canais (abanda de um canal unicamente atribuda ou no).
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 53 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas TDMAEmisso
cada estao acede ao transpositor em exclusivo num intervalo de tempo, na sua vez transmite uma "rajada" de bits modulando a sua portadora a sequncia das transmisses de todas estaes constitui uma trama
Recepo a estao recupera a portadora e relgio de cada rajada da trama identifica a origem de cada uma das rajadas selecciona os sinais em banda base que lhe dizem respeito
Plano temporal cada estao utiliza um ou vrios intervalos de tempo o nmero ou a durao dos intervalos ajustvel de acordo com a capacidade requerida
Mtodo de acesso e partilha dos recursos acesso fixo (PA-TDMA) acesso a pedido (DA-TDMA) interpolao de voz (DSI ,Digital Speech Interpolation)
mtodo mais simples
mtodos que permitemmaior eficincia
Acesso a satlitesbanda base digital:
necessrio memorizar dados
Em TDMA, a possibilidade de ajustar dinamicamente o nmero e durao dos intervalos de tempodas rajadas de cada estao permite a implementao de tcnicas de acesso a pedido. Nestastcnicas, h uma estao de controlo que assume um papel central, autorizando os pedidos ecoordenando globalmente a atribuio de intervalos de tempo s estaes que participam nosistema.
Alm disso, a utilizao obrigatria de tcnicas digitais em TDMA, nomeadamente em servios decomunicaes de voz, permite a aplicao de uma outra tcnica atravs da qual, nos perodos depausas de conversao, os canais de satlite so libertados para serem utilizados por outrascomunicaes. Esta tcnica, denominada DSI, Digital Speech Interpolation (interpolao de voz),pressupe o estabelecimento de um perodo de tempo a partir do qual se considera que no hactividade no canal se o nvel de sinal estiver sempre abaixo de um dado limiar (de desactivao); eo estabelecimento de um outro perodo de tempo (curto) a partir do qual se considera que hactividade no canal se o nvel de sinal estivar sempre acima de um outro limiar (de activao). Neste
processo estatstico de tomada e libertao de canais de satlite, h sempre uma certa probabilidadede o nmero de canais terrestres que requerem activao exceder os canais de satlite disponveis, oque acarretar cortes mais ou menos longos na conversao entre utilizadores. A tcnica DSIpermite ganhos tpicos entre 2 e 2,5 (relao entre o nmero de canais de satlite e o nmero decanais terrestres).
Mais recentemente, a tcnica DSI tem vindo a ser utilizada em conjunto com ADPCM a 32 kbit/s ououtras tcnicas de compresso, permitindo duplicar, pelo menos, o ganho total. Este sistema conhecido por DCME (Digital Circuit Multiplication Equipment).
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 54 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas TDMA
Operao de um sistema TDMA
Emisso e recepo num sistema TDMA(representado apenas um sentido de transmisso)
T
satlite
estaes terrestresenviam uma ou
vrias rajadas com
todo o seu trfegode sada
E1
E2 EnkE
rajada daportadoramodulada
12
n
rajadas
consecutivas detodas as estaes
trama
trama
estaes terrestresrecebem a
sequncia derajadas e extraem o
trfego prprio
Note-se que, em TDMA, a temporizao das emisses de rajadas das estaes definida de modo aque entrada do transpositor do satlite as rajadas de todas as estaes estejam em sequncia, semsobreposio nem intervalos excessivos (apenas um certo tempo de guarda entre rajadas adjacentes).Isto implica que a temporizao de uma dada estao resulte no s da posio relativa da sua rajadana sequncia de rajadas TDMA, mas tambm da distncia a que a estao se encontra do satlite.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 55 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas TDMA
Sincronizao da transmisso TDMA
estao de controlo envia rajadas de referncia da trama TDMA
estaes participantes sincronizam-se com a estao de referncia tendo em conta sequncia da estao na trama distncia da estao ao satlite
mtodo de auto-sincronizao
aplicvel se a estao terrestre "ouve" as suas prprias transmisses a estao envia rajadas de baixa potncia (sem interferir com as transmisses em curso) recebe o eco do satlitemede a sua temporizao relativamente rajada de referncia em operao normal, ajusta continuamente a temporizao
mtodo de sincronizao cooperativo
medidas de temporizao relativa efectuadas numa estao de controlo valores so transmitidos a todos as outras estaes, para ajustarem as suas transmisses estao de controle pode retirar de servio as estaes que no cumpram os valores
mtodo mais simples
mtodo mais seguro
O mtodo de auto-sincronizao, mais simples mas menos seguro, utilizado sobretudo em redescom um grande nmero de estaes de pequena dimenso, em que as preocupaes de custos sodeterminantes.
O mtodo de sincronizao cooperativa, mais complexo mas mais seguro, preferido nas aplicaesde grande capacidade da rede fixa, nas quais as estaes j tm, de qualquer modo, um nvel decomplexidade elevado.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 56 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas SCPC/TDMA
Aplicaes servio fixo pequena capacidade comunicaes mveis redes empresariais (VSAT)
Sistema tpico SCPC/TDMA(representado apenas um sentido de transmisso)
T
satlite
ligao ascendente 6 GHz
rajadas intermitentes daportadora modulada a 2 Mbit/s
um canal de satlite de 64 kbit/s
banda do transpositor36 MHz
ligao descendente 4 GHz
32 rajadas consecutivas daportadora modulada a 2 Mbit/s
24 grupos TDMA
E1
E2
En1E
kE
t
1 2 32
2 ms
SCPC/PSK/TDMA
Neste sistema, opera-se em TDMA em cada uma de 24 sub-bandas em que se divide a banda totaldo transpositor. Por combinar os mtodos FDMA e TDMA, aplica-se frequentemente a designaoF-TDMA.
Em cada grupo TDMA, h, no mximo, 32 estaes a transmitir, cada uma, um trfego de 64 kbit/s.A trama TDMA tem um perodo de 2 ms, o que significa que, em cada rajada, so transmitidos 16octetos de trfego de utilizador, a um dbito de cerca de 2 Mbit/s.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 57 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas TDM/PSK/TDMA
Aplicaes ligaes TDM ponto-a-ponto da rede fixa, de grande capacidade
Sistema tpico TDM/TDMA(representado apenas um sentido de transmisso)
T
satlite
ligao ascendente 14 GHz
rajadas intermitentes daportadora modulada a 120 Mbit/s
p canais de satlite de 64 kbit/s
banda do transpositor72 MHz
ligao descendente 11 GHz
rajadas consecutivas daportadora modulada a 120 Mbit/s
32 rajadas de trfego
E1
E2En
1EkE
t
1 2 n
2 ms
O sistema representado nesta e nas pginas seguintes refere-se a satlites Intelsat, o qual, por suavez, exibe muitas caractersticas comuns a outros sistemas.
Cada estao terrestre suporta um certo nmero de canais de satlite, embora, como foi discutido
anteriormente, possa ser suportado um maior nmero de conexes de canais terrestres, se foremutilizadas as referidas tcnicas de interpolao de voz.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 58 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Estrutura de trama num sistema TDMA
estao 1 estao 2 estao 3 estao nref
tempos de guarda
CBTR - Carrier and Bit Timing Recovery sequncia de bits para sincronizao da portadora
e da recuperao de relgio bit
UW - Unique Word palavra de alinhamento da transmisso srie
SERV - Servio indicao da estao, comunicaes de servio
CDC - Control and Delay Channel
controlo da temporizao entre estaes
Acesso a satlites
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas TDM/PSK/TDMA
Estrutura da trama TDMA uma rajada de referncia (ou duas, transmitidas por duas estaes, para redundncia)
sequncia de rajadas com trfego das estaes, separadas por tempos de guarda
UWCBTR SERV TRFEGOCDC UWCBTR SERV
A recuperao de sincronismo de portadora e de relgio de bit ter de ser executada em cada rajada,pelo que o prprio sistema transmite uma sequncia de smbolos no campo CBTR (Carrier and BitTiming Recovery) para facilitar o processo e torn-lo muito rpido.
A transmisso da sequncia UW (Unique Word) evita a necessidade de utilizar codificao PSKdiferencial, j que a ambiguidade de fase pode ser removida procurando a ocorrncia do padro debits associado a UW, nas diversas fases possveis (quatro, no caso de QPSK).
No campo CDC (Control and Delay Channel) executa-se o protocolo de sincronizao cooperativoentre estaes.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 59 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas TDM/PSK/TDMA
Especificaes gerais do sistema TDMA INTELSAT
Modulao QPSKDbito total 60,416 Mbaud 120,832 Mbit/s compatvel com transpositor de 72 MHz
mxima eficincia de potncia
Codificao absolutacodificao diferencial no necessriaambiguidade de fase resolvida pelo contedo de UW
Recuperao deportadora e relgio
48 smbolos no modulados +
128 smbolos modulados
corresponde a transmitir uma portadora contnua
corresponde a transmitir uma sequncia 0011001100...
Trama
compromisso entre atraso e eficincia(exige memorizao de 16 octetos a 8 kHz)
perodo 2 ms242 080 bits 121 040 smbolos
Canais de satlite 64 kbit/s 16 octetos p/ rajada
Eficincia
Parmetros Caracterizao Observaes
relao entre o dbito til e o dbito total para n estaes
2 rajadas de referncia32 rajadas de trfego (mximo)
mximo de 32 estaes participantesmximo de 16 rajadas de uma nica estao
mximo das unidades de canais interpoladosCapacidade dassub-rajadas de
trfego
suportam canais terrestres com dbitos de 64 kbit/s, mltiplos ousub-mltiplos deste valor
= 1 (2 704 + n 688) / 242080
mximo das unidades de canais no interpolados128 canais satlite 8 192 kbit/s
127 canais satlite240 canais terrestres
Para a recuperao de portadora e relgio, transmitem-se no campo CBTR, numa primeira fase,smbolos no modulados para facilitar a recuperao de sincronismo da portadora; numa segundafase, transmite-se uma sequncia de smbolos correspondentes sequncia binria "00110011..." deforma a obter, em cada um dos canais em quadratura, uma sequncia "0101...", a qual permiterecuperar muito facilmente a frequncia de relgio de bit.
A eficincia do sistema pode ser calculada a partir da diferena entre a unidade e a fraco debits/smbolos sem contedo de informao: duas rajadas de referncia, os prembulos das rajadas detrfego e o equivalente em bits dos respectivos tempos de guarda. A eficincia tanto maior quantomenor for o nmero n de estaes para uma situao tpica de 16 estaes, o valor calculado decerca de 95%.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 60 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
TDMA - Time Division Multiple Access
Sistemas TDM/PSK/TDMA
estao 1ref
UWCBTR SERV TRFEGOCDC
352
ref estao 2 estao n
48 160 16
UWCBTR SERV
352
576 128
242 080
0
160
k1j2 31DSI-AC
canais no interpoladoscanais interpolados
128 128 128 128
16
canais de satlite
1532116 octetos por cadacanal de satlite
8 88
trama
Estrutura e nmero de bits das tramas TDMA do sistema INTELSAT
DSI Digital Speech Interpolated unit unidade de canais interpoladosDNI Digital Non Interpolated unit unidade de canais no interpoladosDSI-AC Digital Speech Interpolation Assignment Channel controlo de atribuio de canais interpolados
DSI-1 DNI-1 DNI-iDSI-2 DNI-2sub-rajadas de trfego
interpolado e no interpolado
j 127k 128
48
DSI-i
Em cada trama TDMA, o trfego constitudo por sub-rajadas com interpolao de voz e sub-rajadas sem interpolao, estes ltimas necessariamente utilizadas para comunicao de dados semrestrio. Cada sub-rajada poder estar associada a uma dada estao de destino.
Cada sub-rajada com interpolao de voz dispem de um canal de controlo (DSI-AC), no qual asestaes terminais trocam mensagens de atribuio e libertao de canais de satlite a canaisterrestres de comunicao.
Nos intervalos de guarda no h transmisso, exprimindo-se, no entanto, na figura, o nmero de bitsque corresponderiam quele perodo.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 61 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
CDMA - Code Division Multiple Access
Sistemas CDMA
Emisso o terminal transmite logo que tenha dados disponveis
cada bit modulado por uma sequncia de pseudo-aleatria de bits (cdigo ou chave)atribuda ao terminal (tipicamente constituda por 100 a 10 000 bits)
o sinal resultante assim espalhado numa banda muito maior do que a necessria paratransmitir o sinal original (spread spectrum)
Recepo a mesma sequncia utilizada para reagrupar o sinal recebido e recuperar os dados
os sinais de outros utilizadores constituem interferncias sobre o sinal recebido
Atribuio de cdigos cada estao tem um cdigo ortogonal ao das outras estaes, para minimizar a interferncia
Mtodo de acesso aos recursos acesso fixo acesso a pedido
no requer coordenao entre utilizadores, a no ser aatribuio de cdigos ortogonais entre si
A grande vantagem do CDMA a possibilidade de operar sem necessidade de coordenao entre asestaes: no necessrio nenhum mtodo de atribuio de banda ou intervalos de tempo, nem seexige sincronizao.
A entrada em modo de transmisso de um novo utilizador apenas aumenta a interferncia sobre osoutros utilizadores, no existindo, por isso, um limite rgido para a capacidade. Da mesma forma, osistema aproveita intrinsecamente os perodos de pausa, nos quais, no havendo transmisso, ainterferncia reduz-se, permitindo a entrada de outros utilizadores: por isso, so dispensveis osmtodos de gesto dinmica de recursos, como o DSI.
Veremos j de seguida algumas desvantagens.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
CDMA - Code Division Multiple Access
Sistemas CDMA
Operao de um sistema CDMA
ck(t) - sequncias pseudo-aleatrias (cdigos)
caractersticas desejveis
ortogonais
auto-correlao baixa
fonte 1
c1(t)
espalhamento do sinal
fonteN
cN(t)
fonte k
ck(t)
agrupamento do sinal
desmodulador
ck(t) receptor do sinal k
Multiplexagem de canais em CDMA
( ) ( )
== ik
ikAtctc i
T
k
b
para,0
para,0
dbito binrioRb
dbito chips
Rc = c Rbcomprimentode cdigo c
Conforme est indicado na figura, aps a multiplicao pelo cdigo, o sinal transmitido tem umdbito e, consequentemente, uma largura de banda, muito maiores do que o original.
Os cdigos so sequncias pseudo-aleatrias (PRS, pseudo-random sequence), tambm designadas
de sequncias de pseudo-rudo (PN,pseudo-noise).
A ortogonalidade entre os cdigos garante que no haver correlao entre os sinais dos vrioscanais, constituindo apenas interferncia mtua, com as propriedades do rudo branco.
A auto-correlao baixa permite sincronizar a deteco no receptor de um dado canal, que usa omesmo cdigo empregue no correspondente emissor. Para este efeito, fazem-se deslocamentos chipa chip no receptor at ser obtido um sinal acima de um nvel de referncia (como a auto-correlao baixa, enquanto os chips recebidos no estiverem alinhados com o cdigo no receptor, no haversinal detectado). Um problema que, para sequncias muito longas, este processo pode serrelativamente demorado.
Para lidar com diferentes dbitos de fonte, altera-se normalmente o comprimento dos cdigos demodo a garantir um dbito de chips constante: o processo apresenta, contudo, limitaes paradbitos mais elevados, podendo optar-se por atribuir mltiplos cdigos mesma fonte, de modo adisponibilizar dois ou mais canais para suportar uma nica conexo de alto dbito.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 63 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
CDMA - Code Division Multiple Access
Sistemas CDMA
Operao de um sistema CDMA
bk(t)
ck(t)sequncia
PRS
mk(t)
n(t) + i(t)rudo e interferncias
de outros canais
r(t)
ck(t)sequncia PRS
zk(t)
bTdt
0
emissor canal
deciso
receptor
bk*(t)
( ) ( ) ( ) ( ) ( )titntbtctr kk ++=
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( ) ( ) ( )[ ]titntctbtitntctbtctrtctz kkkkkkk ++=++== 2
( ) ( )tbtb kk =*
se no existirem erros
Modelo de um sistema CDMA em banda base
filtro adaptadoou correlacionador
( ) ( ) ( )tbtcti iki
i
=
mesma potnciana recepo
bits deinformaotransmitidos
chipsbits de
informaorecebidos
A deduo acima demonstra a capacidade de recuperar os dados num sistema CDMA. Na presenade rudo e, em especial, de outros sinais interferentes no mesmo sistema, que ocupam a mesmabanda, o filtro adaptado, ao fim do tempo Tb de bit, apresentar sada um nvel correspondente aosinal original, mais uma componente aleatria de mdia nula. A remoo dos termos indesejveis possvel, precisamente pelo facto de os cdigos serem ortogonais. O dispositivo de decisoremover este termo aleatrio, regenerando o sinal original, eventualmente com erros.
Deve notar-se que a situao ideal s ocorrer se os sinais de todos os canais forem recebidos com amesma potncia. Caso contrrio, haver sinais que dominam no receptor, reduzindosignificativamente a capacidade de recepo dos sinais mais dbeis.
A condio de potncias equivalentes na recepo s pode ser garantida com um sistemarelativamente complexo de controlo adaptativo da potncia transmitida, o que constitui uminconveniente do CDMA.
Note-se que no sinal r(t) que chega ao receptor, a potncia do sinal desejado pode estar muitoabaixo da potncia de rudo e interferncias. Isto , em sistemas com espalhamento de banda, o sinalpode estar "escondido" por baixo de outros sinais, o que do ponto de vista de segurana constituiuma vantagem enorme para certas aplicaes, nomeadamente militares.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 64 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
CDMA - Code Division Multiple Access
Sistemas CDMA
Aplicaes servio fixo pequena capacidade comunicaes mveis redes empresariais (VSAT)
Sistema tpico CDMA(representado apenas um sentido de transmisso)
T
satlite
estaes terrestresenviam uma portadora numamesma banda modulada comum sinal em banda espalhada
com um cdigo prprio
f
E1
E2
En
12
500
5 MHz
ligao descendente 4 GHz 500 sinais em
banda espalha
estaes terrestres recebem os sinais em
banda espalhada e extraem o trfego que lhe destinado usando os respectivos cdigos
kE
banda do transpositor5 MHz
ligao ascendente 6 GHz
portadora moduladadbito de bits: 8 kbit/sdbito de chips: 2 048 kchip/s
A figura ilustra uma aplicao de um sistema CDMA que utiliza cdigos de 256 bits. Cada sinal de64 kbit/s espalhado numa banda de 5 MHz, sendo reagrupado no receptor com o cdigorespectivo.
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Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Satlites digitais
Tipos de transpositores transpositores de tipo bent pipe ("tubo encurvado)
funes de amplificao e transposio de frequncia
utilizados em ligaes analgicas (necessariamente) e em ligaes digitais transpositores digitais
processamento de sinais a bordo
utilizados em ligaes digitais
Processamento a bordo
regenerao e correco de erros FEC
reconfigurao de recursos do satlite
comutao dinmica de feixes
multiplexagem de contedos no satlite
diversas optimizaes do sistema
rudo cumulativo na ligao
ganho de alguns dB
Acesso a satlites
flexibilidade de alterao decobertura e servios
aumento substancial da
capacidade do sistemamelhor explorao de redes dedifuso de TV e dados
A introduo de satlites regenerativos apresenta um conjunto de vantagens equivalentes sexistentes nos feixes hertzianos terrestres, quando os repetidores passam a ser regenerativos.
H, contudo outros benefcios a ter em conta, nomeadamente em termos de flexibilidade de
reconfigurao semi-permanente de recursos de satlite, que requer capacidade de interconexo abordo: nos satlites no regenerativos, a interconexo faz-se no domnio das frequncias, em RF ou IF, envolvendo
toda a banda dos transpositores, ou em sub-bandas (nunca muito estreitas), recorrendo a baterias de filtros comalguma complexidade;
nos satlites regenerativos, o processamento digital a bordo baseado em matrizes de comutao temporalpermite maior simplicidade e grande flexibilidade, com excelente granularidade, at ao nvel do canal desatlite.
A comutao dinmica em satlites TDMA outro avano significativo, discutido em mais detalhena pgina seguinte.
Em gerao mais recentes de satlites digitais, tem sido explorada a capacidade de agregardirectamente no satlite contedos de informao, especialmente programas de televiso emMPEG-2, mas tambm outros contedos, como trfego Internet:
nos satlites no regenerativos, os pacotes digitais de programas de televiso so constitudos em cada estaoterrestre de emisso exige meios adicionais de transporte para transferir os programas dos locais de produode contedos para os locais onde se faz a emisso da ligao ascendente;
nos satlites regenerativos, existe a possibilidade de os programas serem individualmente transmitidos para osatlite directamente a partir do respectivo local de produo, com estaes de pequena dimenso, j que asligaes so de dbito relativamente baixo (da ordem dos 4-5 Mbit/s) permite efectuar directamente nosatlite a composio dos pacotes digitais.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 66 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Satlites digitais
Acesso a satlites
matrizdistribuio
satlite
trfego da estao Apara as estaes B e C
controlocomutao
estao decontrolo TDMA
Princpio da comutao de feixes(representado apenas um sentido de transmisso)
estao B
estao Cestao A
trfegocomutado
feixespontuais
A comutao dinmica de feixes utilizada em satlites TDMA e baseia-se nos seguintes princpios(explicao referida figura):
no sistema TDMA convencional, se a estao A pretendesse transmitir para as estaes B e C, o feixedescendente teria de ter uma cobertura alargada, que abrangesse simultaneamente as estaes B e C;
em alternativa, neste sistema, o satlite disponibiliza feixes pontuais para cobertura de regies muito maislimitadas no espao;
as rajadas da estao A, que contm sub-rajadas destinadas s estaes B e C (e eventualmente outras), so agoracomutadas no satlite, de forma a encaminhar o trfego para os feixes pontuais respectivos.
As vantagens deste sistema so mltiplas: ao utilizar feixes pontuais, o ganho das antenas do satlite maior, logo aumenta o EIRP e o G/T dos sub-
sistemas do satlite, ou em alternativa, permite reduzir as potncias de transmisso;
como os feixes pontuais esto separados geograficamente, aumenta a capacidade global de reutilizao defrequncias.
Esta separao espacial explora uma nova dimenso no processo de acesso mltiplo. Por isso, esta tcnica muitas
vezes designada de acesso mltiplo por diviso de espao (SDMA, Space Division Multiple Access), sendo oequivalente da diviso em clulas utilizada em redes de comunicao mvel.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 67 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
Comparao entre sistemas de acesso
Anlise comparativa de FDMA, TDMA e CDMA
CaractersticasFDMA
tecnologia
Tcnica de acesso mltiplo
simples e dominada h largos anos
introduzida pelo transpositor,sobretudo sada do amplificadorde potncia
intermodulaoentre canais
TDMA
s est presente uma portadora notranspositor: o canal pode serigualizado
mais complexa, nomeadamente emtermos de controlo global, masactualmente dominada
controlo depotncia da ligao
ascendente
necessria em ligaes muitoafectadas por interferncias por
intermodulao
no necessria
mais baixa: o transpositor tem deoperar abaixo da saturao
elevada: o transpositor pode operarprximo da saturao
sincronizao entreestaes
no necessriacrtica para o bom funcionamentodo sistema
eficincia depotncia
CDMA
a mais complexa de todas
no necessria
introduzida pelo transpositor,sobretudo sada do amplificadorde potncia
mais baixa: o transpositor tem deoperar abaixo da saturao
necessria em todas as ligaes parano privilegiar nenhum canal
memorizao deinformao
no necessrianecessrio armazenar grandesquantidades de informao:aumenta o atraso total
no necessria
Esta tabela e a seguinte resumem as principais caractersticas das tcnicas de acesso j analisadas,agora numa perspectiva de comparao em que se destacam vantagens e desvantagens relativas.
No possvel eleger nenhuma tcnica fora do contexto concreto, j que continuam a ter as suas
reas prprias de aplicao, em que as suas vantagens so decisivas e as desvantagens menosrelevantes.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 68 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
Comparao entre sistemas de acesso
Anlise comparativa de FDMA, TDMA e CDMA
CaractersticasFDMA
Tcnica de acesso mltiplo
TDMA
comutaodinmica a bordo
praticamente invivelpermite comutao dinmica dotrfego entre estaes: comutarajadas de trfego
CDMA
capacidade doscanais de trfego
permite canais de banda larga,desde que no seja ultrapassada abanda total do sistema
difcil suportar canais de dbitomais elevado: exige, por exemplo,cdigos mltiplos
difcil gerir a activao /desactivao canais para aproveitaras pausas
permite canais de dbito elevado,desde que no seja ultrapassado odbito total do sistema
pouco adaptado a tcnicas decomutao a bordo: exigedescodificar todos os canais
aproveitamento depausas de
comunicao
ajuste dinmico detrfego
difcil ajustar dinamicamente otrfego: exige emisso e recepocom banda varivel
fcil ajustar dinamicamente otrfego: basta atribuir intervalos detempo de maior ou menor durao
capacidade total dosistema
limite rgido imposto pela bandatotal do sistema
limite rgido imposto pelo dbitototal do sistema
limitado apenas pela interfernciaaceitvel, mas sem limite rgido decanais
fcil ajustar dinamicamente otrfego: basta variar o comprimentodo cdigo utilizado pelo canal
utilizadas tcnicas de interpolaode voz (DSI ,Digital Speech
Interpolation)
aproveitamento intrnseco: bastano transmitir o sinal para reduzir ainterferncia sobre outros canais
reconfigurao detrfego no satlite
difcil reconfigurar cobertura eservios: interconexo complexa no
domnio das frequncias
fcil reconfigurar cobertura eservios: interconexo simples no
domnio dos tempos
relativamente difcil reconfigurarcobertura e servios: exige
descodificar todos os canais
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 69 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
Resumo de servios por satlite versus sistemas de acesso
Monocanal telefonia
Acessosimples
Sinal analgico transmitido
servio fixo de pequenacapacidade
comunicaes mveisFDMA
TV
contribuio ou
distribuio de programas
acesso fixo
acesso fixo ou a pedido
TDMA
Servios
Formasde acesso
Servios
Acesso
Servios
Formasde acesso
Servios
Formasde acesso
CDMA
SCPC /FM /
FDMA
SCPC /FM
FDM
servio fixo de mdia ougrande capacidade
servio fixo de grande
capacidade
acesso fixo
acesso fixo
FDM /FM /
FDMA
FDM /FM
Esta tabela e a seguinte sintetizam a aplicao dos sistemas de acesso aos diversos tipos de servioconsiderados.
Quando se analisa as tcnicas de acesso para cada tipo de servio eliminam-se algumas
possibilidades sem interesse prtico, continuando a existir casos em que as tcnicas de acessocompetem entre si, para um dado tipo de servio.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 70 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Acesso a satlites
Resumo de servios por satlite versus sistemas de acesso
Monocanal telefonia / dados
Acessosimples
Sinal digital transmitido
servio fixo de pequenacapacidadecomunicaes mveisVSAT
FDMA
TV
contribuio ou
distribuio de programas
acesso fixo
acesso fixo ou a pedido
TDMA
Servios
Formasde acesso
Servios
Acesso
Servios
Formasde acesso
Servios
Formasde acesso
CDMA
SCPC /PSK /FDMA
SCPC /PSKou
MCPC /PSK
TDM
servio fixo de mdia ougrande capacidade
servio fixo de grande
capacidade
acesso fixo
acesso fixo
TDM /PSK /FDMA
TDM /PSK
servio fixo de mdia ougrande capacidade
acesso fixo ou a pedido
TDM /PSK /
TDMAacesso fixo ou a pedido
SCPC /PSK /
TDMA
servio fixo de pequenacapacidadecomunicaes mveisVSAT
acesso fixo ou a pedido
SCPC /PSK /CDMA
servio fixo de pequenacapacidadecomunicaes mveisVSAT
A tendncia , naturalmente, de evoluo para os sistemas digitais reflectidos neste quadro.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 71 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
sensores
de seguimento
sensoresde estado
Segmento do satlite
Subsistemas do satlite
receptorde dadosan
tena
sistema decontrolo
informao de estadoe seguimento
motoreselctricos
motores
de gs
comandos recebidos informao de estado e seguimentocomandos para confirmao
emissorde dados
antenas
transpositores de comunicaes
transpositores de comunicaes
antena
antenas
fontes de alimentao de energiapainis solares
Diagrama-blocos simplificado de um satlite tpico de telecomunicaes
trfego trfego
Analisaremos os seguintes subsistemas de um satlite de telecomunicaes: subsistema de controlo de atitude e rbita;
subsistema de telemetria, seguimento e comando;
subsistema de alimentao de energia;
subsistemas de comunicao.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 72 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Segmento do satlite
Subsistema de controlo de atitude e rbita
Atitude do satlite
Sistema de estabilizao de trs eixos
trs discos giratrios, (um por eixo) ou um disco montado em engrenagens giratrias
um motor de gs por cada eixo (polarizam o momento angular dos discos)
Sistema de estabilizao por rotao do corpo do satlite
o corpo do satlite roda em torno do seu eixo
as antenas e subsistemas de comunicaes rodam relativamente ao corpo do satlite porforma a apontarem para a Terra permanentemente
dois motores de gs permitem correces nas direces perpendiculares do eixo do satlite
rbita do satlite
no podem ser usados discos de momento controlados electricamente so usados motores de gs para criar aceleraes lineares
correco a menos de 0,1 em cada eixo
correco da posio a menos de 0,1(75 km) da situao nominal
motores elctricosgeram efeito giroscpico
Este subsistema constitudo por motores de gs destinados a mover o satlite para a sua rbitacorrecta, quando foras externas o desviam da sua posio normal, e motores de gs ou motoreselctricos com efeito giroscpico que controlam a atitude (orientao) do satlite.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 73 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Satlite com estabilizao de trs eixosSatlite com estabilizao por rotao
do corpo do satlite
Segmento do satlite
Subsistema de controlo de atitude e rbita
O tipo de estabilizao de um satlite imediatamente reconhecido pela forma geral do satlite: satlite com estabilizao de trs eixos: corpo de tipo paralelepipdico, antenas nas faces e painis solares planos
e orientveis (ver sistema de alimentao de energia);
satlite com estabilizao por rotao do corpo do satlite: corpo cilndrico de grandes dimenses revestido de
clulas solares, com antenas montadas numa plataforma situada numa das bases.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 74 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Telemetria, seguimento e comando (TT&C, Telemetry, Tracking and Command)
Telemetria
Informao de estado combustvel
tenso e corrente na fonte
tenso e corrente em cada parte crtica do subsistema de comunicaes
temperatura
Seguimento
Informao de seguimento medidas no satlite de sensores de acelerao, de velocidade e de pontaria para a Terra
observao terrestre do efeito Doppler na portadora de TT&C (ver adiante)
medidas angulares precisas efectuadas em estaes terrestres
radar (o satlite o alvo que opera como repetidor activo)
responsvel pelo envio de informao de sensores no satlite
Segmento do satlite
responsvel pela localizao precisa do satlite (a menos de 100m)
Estes sistemas esto parcialmente no satlite e na estao terrestre de controlo.
O sistema de telemetria envia para a estao de controlo informao de vrios sensores do satlite,que monitoram o funcionamento dos sistemas mais importantes.
O sistema de seguimento, embora se considere associado ao segmento do satlite, estefectivamente situado na estao terrestre de controlo. Destina-se a obter estimativas dos elementosorbitais do satlite, a partir de diversos tipos de parmetros medidos no satlite e na Terra. Atravsdestes parmetros ser possvel calcular a elevao, azimute e distncia do satlite em relao aqualquer estao terrestre. Recolhe ainda informao de sensores de pontaria do satlite para aTerra.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 75 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Sistema de transmisso da informao de TT&C
portadora modulada digitalmente em PSK ou FSK dbito baixo para permitir obter elevado S/N
bandas utilizadas: UHF, banda S, banda C
Segmento do satlite
Telemetria, seguimento e comando (TT&C, Telemetry, Tracking and Command)
Comando
Aces de comando alteraes da atitude e rbita
controlo do subsistema de comunicaes (antenas e transpositores) controlo das manobras de entrada na rbita nominal
Protocolo de comando garantia de segurana
operao tpica o comando convertido numa palavra de cdigo que enviada para o satlite o satlite verifica a validade da palavra e repete-a para Terra a estao terrestre confirma a palavra e envia um comando de execuo
responsvel pela execuo de aces no satlite
O sistema de comando processa a informao de telemetria e seguimento e envia comandos para osmotores do satlite, de forma a corrigir a posio e atitude do satlite. Controla ainda a pontaria dasantenas e a configurao dos transpositores, de acordo com os requisitos de trfego. A fiabilidadedestas operaes assegurada atravs de um protocolo baseado em confirmaes.
A transmisso de dados dos sensores e de comandos entre a estao de controlo e o satlite suporta-se numa ligao independente, com redundncia. Na fase de lanamento do satlite, a ligaoprincipal poder no estar operacional, recorrendo-se ento a ligaes alternativas em UHF comantenas quase omnidireccionais.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 76 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Segmento do satlite
Alimentao de energia
Fonte primria de alimentao: painis solares intensidade da radiao: 1,39 kW/m2
eficincia: 10 a 15% (decresce com a idade devido ao bombardeamento de partculas)
Satlite com estabilizao por rotao corpo cilndrico revestido de clulas solares
Satlite com estabilizao de trs eixos painis planos abertos quando o satlite entra na rbita geoestacionria
para a mesma potncia, os painis planos requerem 1/3 da rea do corpo cilndrico
os painis planos esto sujeitos a maiores temperaturas e bombardeamentos de partculas
Alimentao durante os eclipses o satlite transporta baterias de reserva
alguns subsistemas de comunicao (ex.: TV) so desligados se possvel, os satlites so normalmente colocados a 20W da regio de cobertura para queo eclipse se d por volta da 1 hora da madrugada
Todos os componentes do satlite so alimentados por clulas solares. A maior parte da energia utilizada pelo subsistema de comunicaes, e em especial pelos seus emissores.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 77 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Exemplos de configuraes
Bandas 6 / 4 GHz
500 MHz de banda total 12 transpositores por polarizao 36 MHz banda / 40 MHz separao reutilizao de frequncia e polarizao converso de frequncia simples
Bandas 14 / 11 GHz
260 MHz de banda total 6 transpositores por polarizao 36 MHz banda / 40 MHz separao reutilizao de frequncia e polarizao converso de frequncia dupla (14/11GHz)
Segmento do satlite
Subsistema de comunicao
Transpositores para evitar sinais de banda muito larga recorre-se a vrios transpositores (ex.:6, 12, 20, 24)
cada transpositor tem uma banda reservada no plano de frequncias (ex.:36, 40 ou 72 MHz)
cada transpositor fica associado a uma nica ou a um conjunto de estaes terrestres caractersticas mais importantes
boa rejeio de frequncias fora da banda (outros canais e produtos de intermodulao)
boa linearidade da resposta em amplitude e fase
baixa distoro harmnica
potncia de sada significativa
transponder: designao corrente para um repetidor de satlite
O sistema de comunicaes a parte fundamental de um satlite de comunicaes, e a parte restantedo satlite tem como funo dar suporte a este sistema. No entanto, o equipamento de comunicaesrepresenta apenas uma pequena percentagem do peso e volume do satlite.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 78 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Segmento do satlite
Exemplos de planos de frequncias e polarizaes
(a) Bandas 6 / 4 GHz
(b) Banda 14 / 11 GHz
3,720 3,760 3,800 3,840 3,880 3,920 3,960 4,000 4,040 4,080 4,120 4,160
3,740 3,780 3,820 3,860 3,900 3,940 3,980 4,020 4,060 4,100 4,140 4,180H
V
5,945 5,985
H
V6,025 6,065 6,105 6,145 6,185 6,225 6,265 6,305 6,345 6,385
5,965 6,005 6,045 6,085 6,125 6,165 6,205 6,245 6,285 6,325 6,365 6,425
10,970 11,010 11,050 11,090 11,130 11,170
H
V
14,270 14,310 14,350 14,390 14,430 14,470
10,990 11,030 11,070 11,110 11,150 11,190
14,290 14,330 14,370 14,410 14,450 14,490
(GHz)
(GHz)
(GHz)
(GHz)
(GHz)
(GHz)
H
V(GHz)
(GHz)
A necessidade de rentabilizar o espectro obriga reutilizao de frequncia e polarizao. Destaforma, pode duplicar-se o nmero de transpositores em cada satlite em relao situao de umanica polarizao. O reverso desta optimizao o aumento significativo das interferncias, emespecial quando, numa dada regio, so usadas polarizaes ortogonais nas mesmas bandas.
Os sistemas correntes adoptam uma grande diversidade de planos de frequncia e polarizao.Contudo, uma caracterstica muito comum, destinada a reduzir as interferncias, consiste em fazercoincidir as frequncias de uma dada polarizao com as bandas de guarda da polarizaoortogonal, como mostram os exemplos acima nas bandas de 6/4 GHz e 14/11 GHz.
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7/31/2019 [Apostila] Sistemas de comunicao por satlite
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 79 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Segmento do satlite
Diagrama-blocos simplificado do subsistema de comunicao comtranspositores de converso simples
antenareceptora
LNA
conversordescendente
oscilador local2,225 GHz
amplif.
amplif.potncia
antenaemissora
5,925 - 6,425GHz
3,700 - 4,200GHz
divisodesinais
comutaoderedundncia
comutaoderedundncia
receptor
receptor redundante
combinaodesinais
igualizadores+ atenuadores
1
2
12
11
3
1
20
3,720
3,760
3,800
4,120
4,160
frequnciacentral (GHz)
Os transpositores de converso simples so os mais simples, mas tm piores caractersticas porefectuarem a maior parte da filtragem, amplificao e igualizao frequncia relativamente altacorrespondente emisso.
O andar de entrada um receptor de banda larga com um pr-amplificador de baixo rudo,normalmente com um FET de GaAs. includo um receptor de reserva que poder ser utilizado se ooutro ficar inoperacional. O ganho total do receptor, repartido entre o pr-amplificador e oamplificador aps o conversor. Desta forma evitam-se oscilaes que poderiam ocorrer se toda aamplificao fosse feita mesma frequncia.
Os atenuadores permitem controlar o ganho total do transpositor e, consequentemente, a potncia desada. atravs destes elementos que se estabelece a margem de saturao (backoff) de cadaamplificador de potncia.
Os amplificadores de potncia podero ser de estado slido (SSPA, Solid State Power Amplifier) outubos de ondas progressivas (TWTA, Travelling Wave Tube Amplifier). Os primeiros tm limitaesde potncia, pelo que nos satlites de grande capacidade e potncia o recurso a TWTs incontornvel.
Embora seja necessrio algum grau de redundncia ao nvel dos diversos componentes dostranspositores, os TWTs, em especial, tm tempos mdios de vida relativamente baixos, pelo que setorna necessrio disponibilizar um nmero adicional de dispositivos de reserva, os quais, em caso defalha do elemento operacional, podero entrar em funcionamento atravs de operaes decomutao (no exemplo da figura, a redundncia dos amplificadores de potncia do tipo 12+8).
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 80 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Segmento do satlite
Diagrama-blocos simplificado do subsistema de comunicao comtranspositores de converso dupla
antena
receptora
LNA
conversordescendente
oscilador local n113,300 GHz
amplif.FI
amplif.potncia
antenaemissora
14,25 - 14,51GHz
0,950 - 1,210GHz
divisodesinais
comutaoderedundncia
comutaoderedundncia
receptor
receptor redundante
combinaodesinais
1
2
6
5
3
10,970
11,010
11,050
11,130
11,170
frequnciacentral (GHz)
igualizadores+ atenuadores
1
10
conversoresascendentes
oscilador local n210,000 GHz
11,0904
Os transpositores de converso dupla optimizam as suas caractersticas recorrendo a uma frequnciaintermdia relativamente mais baixa, assegurando um melhor controlo da filtragem, amplificao eigualizao. Neste caso, necessrio utilizar um segundo conversor por transpositor, para elevar afrequncia intermdia para a frequncia de emisso.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 81 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Segmento do satlite
Subsistemas de comunicao
Antenas
Monopolos e dipolos diagramas de radiao de grande largura de feixe ou mesmo omnidireccionais
aplicao em feixes de TT&C em UHF
Cornetas (horns)
diagramas de radiao com largura de feixe mdia (tipicamente de 10 a 20)
aplicao em feixes de cobertura global e feixes de TT&C
Antenas com reflectores
digrama de radiao de pequena largura de feixe
configurao do diagrama de radiao
reflector principal iluminado por uma ou mais cornetas alimentadoras
fase de alimentao das cornetas permite sintetizar o diagrama para uma dada regio
a mesma antena pode ser usada para feixes mltiplos (comutados ou no)
aplicao em feixes de cobertura de zona limitada
As antenas que suportam os feixes de trfego podero ser muito complexas e produzir diagramas deradiao configurados para a cobertura pretendida. Alm de aumentar o EIRP, esta soluo permitecontrolar o nvel de interferncia entre feixes que cobrem zonas contguas. A opo por feixescomutados, apesar de mais complexa, permite aumentar ainda mais o EIRP e reduzirsignificativamente as interferncias.
Alm de uma adequada separao espacial, as antenas de muitos sistemas tm de operar em duplapolarizao com um bom isolamento entras as polarizaes ortogonais (pelo menos 25 dB em toda area de cobertura).
As antenas de grandes dimenses tm a complicao adicional de terem de ser dobradas na fase delanamento, e s quando o satlite se encontra na sua posio orbital nominal que so abertas. Estetipo de requisitos requer, naturalmente, solues construtivas mais ou menos complexas.
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 82 MJL
Tipos de cobertura de antenas de satlite
Largura do feixe
105,72,8
10,57
Dimetro de cobertura na Terra
6 274 km3 576 km1 787 km
627 km358 km
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 83 MJL
Diagrama de contorno de um feixe pontual de um satlite
Cobertura tpica de um satlite INTELSAT sobre o Atlntico
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Antena com reflector com cobertura de feixes mltiplos
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Sistemas de Telecomunicaes II SAT - 85 MJL
Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Segmento terrestre
Tipos de estaes terrestres
Difuso (BSS,Broadcasting Satellite Service)
estao de recepo individual de TV
estao de recepo colectiva de TV
estao de recepo comunitria de TV
Comunicaes Fixas (FSS, Fixed Satellite Service) estao de grande capacidade com acesso simples
estao de pequena / mdia / grande capacidade com acesso mltiplo (FDMA / TDMA)
Comunicaes Mveis (MSS,Mobile Satellite Service) terminais de bolso ou transportveis para voz / dados
estaes em veculos, barcos e aeronaves para voz / dados
TVRO - TV Receive Only
As estaes terrestres diferem muito entre si, em funo do tipo de servio que prestam, desdeestaes de grandes dimenses, com antenas de 30 m de dimetro e 250 toneladas de peso, atterminais de bolso de pequenas dimenses e peso.
Para o servio de difuso directa de TV por satlite, as estaes terrestres tm apenas funo derecepo, sendo por isso as mais simples de todas. Existem, contudo, algumas diferenas:
sistema de recepo individual de TV recepo domstica
cada utilizador recebe os programas em frequncia intermdia num receptor de TV por satlite que, por suavez, disponibiliza ao receptor convencional de TV apenas um programa de um satlite, em cada instante;
sistema de recepo colectiva de TV pequeno conjunto de utilizadores (ex.: edifcio)
se a distribuio dos canais de satlite for em estrela e em frequncia intermdia, a partir de um n dedistribuio, a situao idntica anterior para cada utilizador, que dever possuir um receptor de TV porsatlite, mas diferentes utilizadores tm acesso a diferentes programas do mesmo satlite;
se a distribuio for em barramento na banda de UHF, os receptores de TV por satlite esto no n dedistribuio e cada utilizador pode aceder a mltiplos programas de vrios satlites em simultneo,
directamente a partir do receptor convencional de TV; sistema de recepo comunitria de TV largo nmero de utilizadores (ex.: head endde uma rede de cabo)
a distribuio efectuada em barramento na banda de UHF, tal como na segunda opo do sistema anteriorde recepo colectiva de TV.
Nesta disciplina, no mbito das aulas prticas, so estudadas as estaes deste tipo, que operam nasbandas de 10,7 a 12,75 GHz.
Em relao aos outros tipos de estaes, no faremos um estudo exaustivo das suas caractersticas,mas apenas alguns tipos no mbito das monografias do ano corrente, podendo ainda ser consultadasmonografias de anos anteriores e a bibliografia sugerida.
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Sistemas de Telecomunicaes II Sistemas de Comunicao por Satlite
Sries e constelaes de satlites
Comunicaes Fixas (FSS,Fixed Satellite Service) Intelsat (INTernational TELecommunication SATellite) Eutelsat (EUropean TELecommunication SATellite)
Difuso (BSS,Broadcasting Satellite Service) Astra (Socit Europenne des Satellites - SES)
Eutelsat (EUropean TELecommunication SATellite) HISPASAT (Sistema Espaol de Comunicaciones por Satlite)
Comunicaes Mveis (MSS,Mobile Satellite Service) Inmarsat (INternational MARitime SATellite) Iridium Globalstar
Navegao (localizao) GPS (Global Positioning System) GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) Galileo
Observao da Terra e Atmosfera Meteosat (METEOrological SATellite) NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)
Algumas organizaes operam grande nmero de satlites, quer em termos de sucessivas geraescom vrios satlites da mesma gerao, quer em termos de constelaes que asseguram coberturaglobal.
Para os principais operadores de sistemas de satlite acima indicados, poder ser encontradainformao relevante nas pginas WWW a seguir referenciadas:
Intelsat www.intelsat.com
Eutelsat www.eutelsat.com Astra www.astra.lu
HISPASAT www.hispasat.es Inmarsat www.inmarsat.com
Iridium www.iridium.com
Globalstar www.globalstar.com Meteosat www.eumetsat.de/ www.esoc.esa.de/external/mso/meteosat.html
NOAA www.noaa.gov
Sero apresentadas monografias sobre estes temas, podendo ainda ser consultadas monografias deanos anteriores e a bibliografia sugerida.
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