Comunicação por satélite - Guia rápido

Em termos gerais, um satelliteé um objeto menor que gira em torno de um objeto maior no espaço. Por exemplo, a lua é um satélite natural da Terra.

Nós sabemos isso Communicationrefere-se à troca (compartilhamento) de informações entre duas ou mais entidades, por meio de qualquer meio ou canal. Em outras palavras, nada mais é do que enviar, receber e processar informações.

Se a comunicação ocorre entre quaisquer duas estações terrestres por meio de um satélite, é chamada de satellite communication. Nessa comunicação, as ondas eletromagnéticas são usadas como sinais portadores. Esses sinais transportam informações como voz, áudio, vídeo ou quaisquer outros dados entre o solo e o espaço e vice-versa.

A União Soviética lançou o primeiro satélite artificial do mundo chamado Sputnik 1 em 1957. Quase depois de 18 anos, a Índia também lançou o satélite artificial chamado Aryabhata em 1975.

Necessidade de comunicação via satélite

Os dois tipos de propagação a seguir são usados ​​anteriormente para comunicação a uma certa distância.

• Ground wave propagation- A propagação da onda terrestre é adequada para frequências de até 30MHz. Este método de comunicação faz uso das condições da troposfera da Terra.

• Sky wave propagation - A largura de banda adequada para este tipo de comunicação é amplamente entre 30–40 MHz e faz uso das propriedades da ionosfera da terra.

O salto máximo ou a distância da estação é limitada a 1500KM apenas na propagação das ondas terrestres e nas ondas celestes. A comunicação via satélite supera essa limitação. Neste método, os satélites fornecemcommunication for long distances, que está bem além da linha de visão.

Uma vez que os satélites se localizam a certa altura acima da Terra, a comunicação ocorre entre quaisquer duas estações terrestres facilmente via satélite. Assim, ele supera a limitação de comunicação entre duas estações terrestres devido à curvatura da Terra.

Como funciona um satélite

UMA satelliteé um corpo que se move ao redor de outro corpo em um determinado caminho. Um satélite de comunicação nada mais é do que uma estação repetidora de microondas no espaço. É útil em telecomunicações, rádio e televisão, juntamente com aplicativos de Internet.

UMA repeateré um circuito que aumenta a força do sinal recebido e então o transmite. Mas, este repetidor funciona como umtransponder. Isso significa que ele muda a banda de freqüência do sinal transmitido daquele recebido.

A frequência com que o sinal é enviado para o espaço é chamada de Uplink frequency. Da mesma forma, a frequência com que o sinal é enviado pelo transponder é chamada deDownlink frequency. A figura a seguir ilustra esse conceito claramente.

A transmissão do sinal da primeira estação terrena para o satélite através de um canal é chamada de uplink. Da mesma forma, a transmissão do sinal do satélite para a segunda estação terrestre através de um canal é chamada dedownlink.

Uplink frequencyé a frequência na qual a primeira estação terrestre está se comunicando com o satélite. O transponder do satélite converte este sinal em outra freqüência e o envia para a segunda estação terrestre. Esta frequência é chamada deDownlink frequency. Da mesma forma, a segunda estação terrestre também pode se comunicar com a primeira.

O processo de comunicação por satélite começa em uma estação terrestre. Aqui, uma instalação é projetada para transmitir e receber sinais de um satélite em uma órbita ao redor da Terra. As estações terrestres enviam as informações aos satélites na forma de sinais de alta potência e alta frequência (faixa de GHz).

Os satélites recebem e retransmitem os sinais de volta para a terra, onde são recebidos por outras estações terrestres na área de cobertura do satélite. Do satélitefootprint é a área que recebe um sinal de força útil do satélite.

Prós e contras da comunicação por satélite

Nesta seção, vamos dar uma olhada nas vantagens e desvantagens da comunicação por satélite.

A seguir estão os advantages de usar comunicação por satélite:

• A área de cobertura é mais do que a dos sistemas terrestres

• Cada canto da terra pode ser coberto

• O custo de transmissão é independente da área de cobertura

• Mais largura de banda e possibilidades de transmissão

A seguir estão os disadvantages de usar comunicação por satélite -

• O lançamento de satélites em órbitas é um processo caro.

• O atraso de propagação dos sistemas de satélite é maior do que o dos sistemas terrestres convencionais.

• É difícil fornecer atividades de reparo se ocorrer algum problema em um sistema de satélite.

• A perda de espaço livre é mais

• Pode haver congestionamento de frequências.

Aplicações de comunicação por satélite

A comunicação por satélite desempenha um papel vital em nossa vida diária. A seguir estão as aplicações de comunicação por satélite -

• Transmissão de rádio e comunicações de voz

• Transmissão de TV, como Direct To Home (DTH)

• Aplicativos de Internet, como fornecimento de conexão à Internet para transferência de dados, aplicativos de GPS, navegação na Internet, etc.

• Aplicações militares e navegações

• Aplicações de sensoriamento remoto

• Monitoramento e previsão de condições climáticas

Sabemos que o caminho do satélite girando em torno da Terra é conhecido como orbit. Este caminho pode ser representado com notações matemáticas. A mecânica orbital é o estudo do movimento dos satélites que estão presentes nas órbitas. Assim, podemos compreender facilmente as operações espaciais com o conhecimento do movimento orbital.

Elementos Orbitais

Os elementos orbitais são os parâmetros úteis para descrever o movimento orbital dos satélites. A seguir estão osorbital elements.

• Semi-eixo maior
• Eccentricity
• Anomalia média
• Argumento de perigeu
• Inclination
• Ascensão reta do nó ascendente

Os seis elementos orbitais acima definem a órbita dos satélites terrestres. Portanto, é fácil discriminar um satélite de outros satélites com base nos valores dos elementos orbitais.

Semi-eixo maior

O comprimento do Semi-major axis (a)define o tamanho da órbita do satélite. É a metade do eixo principal. Isso vai do centro por meio de um foco até a borda da elipse. Portanto, é o raio de uma órbita nos dois pontos mais distantes da órbita.

Tanto o semi-eixo maior quanto o semi-eixo menor são representados na figura acima. Comprimento do semimajor axis (a) não apenas determina o tamanho da órbita do satélite, mas também o período de tempo da revolução.

Se a órbita circular for considerada um caso especial, o comprimento do semieixo maior será igual a radius dessa órbita circular.

Excentricidade

O valor de Eccentricity (e)corrige a forma da órbita do satélite. Este parâmetro indica o desvio da forma da órbita de um círculo perfeito.

Se os comprimentos do semieixo maior e semieixo menor de uma órbita elíptica são a & b, então a expressão matemática para eccentricity (e) será

$$e = \frac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a}$$

O valor da excentricidade de uma órbita circular é zero, uma vez que a & b são iguais. Considerando que, o valor da excentricidade de uma órbita elíptica está entre zero e um.

Os seguintes figure mostra as várias órbitas de satélite para diferentes valores de excentricidade (e)

Na figura acima, a órbita do satélite correspondente ao valor de excentricidade (e) de zero é uma órbita circular. E, as três órbitas de satélite restantes são elípticas correspondendo aos valores de excentricidade (e) 0,5, 0,75 e 0,9.

Anomalia média

Para um satélite, o ponto mais próximo da Terra é conhecido como Perigeu. Mean anomaly (M) dá o valor médio da posição angular do satélite em relação ao perigeu.

Se a órbita for circular, a anomalia média fornece a posição angular do satélite na órbita. Mas, se a órbita for elíptica, o cálculo da posição exata é muito difícil. Nesse momento, a anomalia média é usada como uma etapa intermediária.

Argumento de Perigeu

A órbita do satélite corta o plano equatorial em dois pontos. O primeiro ponto é chamado dedescending node, onde o satélite passa do hemisfério norte para o hemisfério sul. O segundo ponto é chamado deascending node, onde o satélite passa do hemisfério sul para o hemisfério norte.

Argument of perigee (ω)é o ângulo entre o nó ascendente e o perigeu. Se o perigeu e o nó ascendente estiverem no mesmo ponto, o argumento do perigeu será de zero grau

O argumento do perigeu é medido no plano orbital no centro da Terra na direção do movimento do satélite.

Inclinação

O ângulo entre o plano orbital e o plano equatorial da Terra é conhecido como inclination (i). É medido no nó ascendente com a direção de leste para norte. Portanto, a inclinação define a orientação da órbita considerando o equador da Terra como referência.

Existem quatro tipos de órbitas com base no ângulo de inclinação.

• Equatorial orbit - O ângulo de inclinação é zero grau ou 180 graus.

• Polar orbit - O ângulo de inclinação é 90 graus.

• Prograde orbit - O ângulo de inclinação está entre zero e 90 graus.

• Retrograde orbit - O ângulo de inclinação está entre 90 e 180 graus.

Ascensão Reta do Nó Ascendente

Nós sabemos isso ascending node é o ponto onde o satélite cruza o plano equatorial enquanto vai do hemisfério sul para o hemisfério norte.

Ascensão Reta do nó ascendente (Ω)é o ângulo entre a linha de Áries e o nó ascendente na direção leste no plano equatorial. Áries também é chamado de vernal e equinócio.

Do satélite ground tracké o caminho na superfície da Terra, que fica exatamente abaixo de sua órbita. A trajetória de um satélite no solo pode assumir diversas formas, dependendo dos valores dos elementos orbitais.

Equações orbitais

Nesta seção, vamos discutir sobre as equações relacionadas ao movimento orbital.

Forças atuando no satélite

Um satélite, quando gira em torno da Terra, sofre uma força de tração da Terra devido à força gravitacional da Terra. Esta força é conhecida comoCentripetal force(F ₁ ) porque essa força tende o satélite em sua direção.

Matematicamente, o Centripetal force(F ₁ ) atuando no satélite devido à terra pode ser escrito como

$$F_{1} = \frac{GMm}{R^2} $$

Onde,

• Gé uma constante gravitacional universal e é igual a 6,673 x 10 ^-11 N ∙ m ² / kg ² .

• Mé a massa da terra e é igual a 5,98 x 10 ²⁴ Kg.

• m é a massa do satélite.

• R é a distância do satélite ao centro da Terra.

Um satélite, quando gira em torno da Terra, sofre uma força de tração do Sol e da Lua devido às suas forças gravitacionais. Esta força é conhecida comoCentrifugal force(F ₂ ) porque essa força tende o satélite para longe da terra.

Matematicamente, o Centrifugal force(F ₂ ) atuando no satélite pode ser escrito como

$$F_{2} = \frac{mv^2}{R} $$

Onde, v é a velocidade orbital do satélite.

Velocidade orbital

A velocidade orbital do satélite é a velocidade na qual o satélite gira em torno da Terra. O satélite não se desvia de sua órbita e se move com certa velocidade nessa órbita, quando ambas as forças Centrípeta e Centrífuga sãobalance entre si.

Então, equateForça centrípeta (F ₁ ) e Força centrífuga (F ₂ ).

$$\frac{GMm}{R^2} = \frac{mv^2}{R}$$

$$= > \frac{GM}{R} = v^2$$

$$= > v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$

Portanto, o orbital velocity de satélite é

$$v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$

Onde,

• Gé constante gravitacional e é igual a 6,673 x 10 ^-11 N ∙ m ² / kg ² .

• Mé a massa da terra e é igual a 5,98 x 10 ²⁴ Kg.

• R é a distância do satélite ao centro da Terra.

Então, a velocidade orbital principalmente depends na distância do satélite ao centro da Terra (R), uma vez que G e M são constantes.

Sabemos que o satélite gira em torno da Terra, que é semelhante ao que a Terra gira em torno do sol. Portanto, os princípios que são aplicados à Terra e seu movimento ao redor do Sol também são aplicáveis ​​ao satélite e seu movimento ao redor da Terra.

Muitos cientistas apresentaram diferentes tipos de teorias desde os primeiros tempos. Se apenasJohannes Kepler (1571-1630) foi um dos cientistas mais aceitos na descrição do princípio de um satélite que se move ao redor da Terra.

Kepler formulou três leis que mudaram toda a teoria e observações da comunicação por satélite. Estes são conhecidos popularmente comoKepler’s laws. Eles são úteis para visualizar o movimento através do espaço.

Primeira Lei de Kepler

A primeira lei de Kepler afirma que o caminho seguido por um satélite em torno de seu principal (a Terra) será um ellipse. Esta elipse possui dois pontos focais (focos) F1 e F2 conforme mostrado na figura abaixo. O centro de massa da Terra sempre estará presente em um dos dois focos da elipse.

Se a distância do centro do objeto até um ponto em seu caminho elíptico for considerada, o ponto mais distante de uma elipse do centro é chamado de apogee e o ponto mais curto de uma elipse do centro é chamado de perigee.

Eccentricity "e" deste sistema pode ser escrito como -

$$e = \frac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a}$$

Onde, a E b são os comprimentos do semi-eixo maior e do semi-eixo menor da elipse, respectivamente.

Para um elliptical path, o valor da excentricidade (e) está sempre entre 0 e 1, ou seja $0$ < $e$ < $1$, uma vez que a é maior que b. Suponha que, se o valor da excentricidade (e) for zero, o caminho não terá mais forma elíptica, mas será convertido em uma forma circular.

Segunda Lei de Kepler

A segunda lei de Kepler afirma que, para intervalos iguais de tempo, o areacoberto pelo satélite será o mesmo em relação ao centro de massa da Terra. Isso pode ser compreendido observando a figura a seguir.

Suponha que o satélite cobre as distâncias p1 e p2 no mesmo intervalo de tempo. Então, as áreas B1 e B2 cobertas pelo satélite nessas duas instâncias são iguais.

Terceira Lei de Kepler

A terceira lei de Kepler afirma que o quadrado do tempo periódico de uma órbita elíptica é proporcional ao cubo do comprimento do semieixo maior. Mathematically, pode ser escrito da seguinte forma -

$$T^2\:\alpha\:a^3$$

$$=> T^2=\left(\frac{4\pi ^2}{\mu }\right) a^3$$

Onde, $\frac{4\pi^2}{\mu}$ é a constante de proporcionalidade.

$\mu$é a constante de Kepler e seu valor é igual a 3,986005 x 10 ¹⁴ m ³ / s ²

$$1 = \left(\frac{2\pi}{T}\right)^2\left(\frac{a^2}{\mu}\right)$$

$$1 = n^2\left(\frac{a^3}{\mu}\right)$$

$$=> a^3 = \frac{\mu}{n^2}$$

Onde, ‘n’ é o movimento médio do satélite em radianos por segundo.

Note- Um satélite, quando gira em torno da Terra, sofre uma força de tração da Terra, que é a força gravitacional. Da mesma forma, ele experimenta outra força de atração do sol e da lua. Portanto, um satélite deve equilibrar essas duas forças para se manter em sua órbita.

O satélite deve ser devidamente colocado na órbita correspondente após deixá-lo no espaço. Ele gira de uma maneira particular e serve ao seu propósito científico, militar ou comercial. As órbitas, que são atribuídas aos satélites em relação à Terra, são chamadas deEarth Orbits. Os satélites presentes nessas órbitas são chamados deEarth Orbit Satellites.

Devemos escolher uma órbita adequada para um satélite com base nos requisitos. Por exemplo, se o satélite for colocado emlower orbit, então levará menos tempo para viajar ao redor da Terra e haverá melhor resolução em uma câmera integrada. Da mesma forma, se o satélite for colocado emhigher orbit, então leva mais tempo para viajar ao redor da Terra e cobre mais superfície da Terra de uma vez.

A seguir estão os três importantes types of Earth Orbit satellites -

• Satélites de órbita terrestre geossíncrona
• Satélites de órbita terrestre média
• Satélites de baixa órbita terrestre

Agora, vamos discutir sobre cada tipo de satélite em órbita terrestre, um por um.

Geosynchronous Earth OrbitSatellites

Uma órbita terrestre geo-síncrona (GEO) Satellite é um, que é colocado a uma altitude de 22,300milhas acima da Terra. Esta órbita é sincronizada com um dia real lateral (ou seja, 23 horas e 56 minutos). Esta órbita pode ter inclinação e excentricidade.

Pode não ser circular. Esta órbita pode ser inclinada nos pólos da Terra. Mas, parece estacionário quando observado da Terra. Esses satélites são usados ​​para televisão por satélite.

A mesma órbita geo-síncrona, se for circular e no plano do equador, então é chamada de Geostationary orbit. Esses satélites são colocados a 35.900kms (o mesmo que geossíncrono) acima do equador da Terra e continuam girando em relação à direção da Terra (oeste para leste).

Os satélites presentes nessas órbitas têm velocidade angular igual à da Terra. Portanto, esses satélites são considerados comostationary com respeito à terra, pois, eles estão em sincronia com a rotação da Terra.

o advantage da órbita geoestacionária é que não há necessidade de rastrear as antenas para encontrar a posição dos satélites.

Os satélites de órbita terrestre geoestacionária são usados ​​para previsão do tempo, TV via satélite, rádio via satélite e outros tipos de comunicações globais.

A figura a seguir mostra a diferença entre as órbitas geo-síncronas e geoestacionárias. O eixo de rotação indica o movimento da Terra.

Note- Cada órbita geoestacionária é uma órbita geo-síncrona. Mas, o inverso não precisa ser verdade.

Satélites de órbita terrestre média

Órbita Terrestre Média (MEO) satélites irão orbitar a distâncias de cerca de 8000 milesda superfície da terra. Os sinais transmitidos por um satélite MEO percorrem uma distância mais curta. Devido a isso, a intensidade do sinal na extremidade receptora melhora. Isso mostra que terminais de recebimento menores e leves podem ser usados ​​na extremidade de recebimento.

Transmission delaypode ser definido como o tempo que leva para um sinal viajar até um satélite e voltar para uma estação receptora. Nesse caso, há menos atraso na transmissão. Porque, o sinal viaja por uma distância menor de e para o satélite MEO.

Para real-time communications, quanto menor o atraso de transmissão, melhor será o sistema de comunicação. Por exemplo, se um satélite GEO requer 0,25 segundos para uma viagem de ida e volta, o satélite MEO requer menos de 0,1 segundos para completar a mesma viagem. MEOs operam na faixa de frequência de 2 GHz e acima.

Esses satélites são usados ​​para sinais de telefone de alta velocidade. São necessários dez ou mais satélites MEO para cobrir toda a Terra.

Satélites de baixa órbita terrestre

Órbita terrestre baixa LEO)os satélites são classificados principalmente em três categorias. Esses são pequenos LEOs, grandes LEOs e Mega-LEOs. LEOs irão orbitar a uma distância de500 to 1000 milesacima da superfície da terra. Esses satélites são usados ​​para telefones via satélite e GPS.

Esta distância relativamente curta reduz o atraso de transmissão para apenas 0,05 segundos. Isso reduz ainda mais a necessidade de equipamentos de recepção sensíveis e volumosos. Vinte ou mais satélites LEO são necessários para cobrir toda a Terra.

Os pequenos LEOs operarão na faixa de 800 MHz (0,8 GHz). Os Big LEOs operam na faixa de 2 GHz ou acima e os Mega-LEOs operam na faixa de 20-30 GHz.

As frequências mais altas associadas a Mega-LEOs se traduz em mais capacidade de transporte de informações e rende a capacidade de esquema de transmissão de vídeo em tempo real com baixo atraso.

Os seguintes figure retrata os caminhos de LEO, MEO e GEO

Slots orbitais

Aqui, pode surgir uma questão que com mais de 200 satellites que estão em órbita geossíncrona, como evitamos que se encontrem ou tentem usar o mesmo local no espaço?

Para responder a este problema (pergunta), órgãos reguladores internacionais como a União Internacional de Telecomunicações (ITU) e organizações governamentais nacionais como a Federal Communications Commission (FCC) designar os locais na órbita geossíncrona, onde os satélites de comunicação podem estar localizados.

Esses locais são especificados em graus de longitude e são chamados de orbital slots. A FCC e a ITU reduziram progressivamente o espaçamento necessário para apenas 2 graus para satélites de banda C e Ku, devido à enorme demanda por slots orbitais.

A estação terrestre receberá o nível máximo de sinal, se estiver localizada diretamente abaixo do satélite. Caso contrário, ele não receberá o nível de sinal máximo e esse nível de sinal diminui à medida que a diferença entre a latitude e a longitude da estação terrestre aumenta.

Portanto, com base no requisito, podemos colocar o satélite em uma órbita específica. Agora, vamos discutir sobre os ângulos de visão.

Look Angles

Os seguintes dois ângulos da antena da estação terrestre combinados são chamados de look angles.

• Ângulo Azimute
• Ângulo de elevação

Geralmente, os valores desses ângulos mudam para órbitas não geoestacionárias. Considerando que, os valores desses ângulos não mudam para órbitas geoestacionárias. Porque, os satélites presentes em órbitas geoestacionárias parecem estacionários em relação à Terra.

Esses dois ângulos são úteis para apontar para o satélite diretamente da antena da estação terrestre. Então omaximum gain da antena da estação terrestre pode ser direcionada ao satélite.

Podemos calculate os ângulos de visão da órbita geoestacionária usando longitude e latitude da estação terrestre e posição da órbita do satélite.

Ângulo Azimute

O ângulo entre o plano horizontal local e o plano que passa pela estação terrestre, satélite e centro da Terra é denominado azimuth angle.

o formula para o ângulo de azimute ($\alpha$) é

$$\alpha\: = 180^0 + Tan^{-1}\left(\frac{Tan G}{TanL}\right)$$

Onde,

• L é a latitude da antena da estação terrestre.

• G é a diferença entre a posição da órbita do satélite e a antena da estação terrestre.

Os seguintes figure ilustra o ângulo de azimute.

Medir o horizontal anglena antena da estação terrestre ao pólo norte, conforme mostrado na figura. Ele representa o ângulo de azimute. É usado para rastrear o satélite horizontalmente.

Ângulo de elevação

O ângulo entre o plano vertical e a linha que aponta para o satélite é conhecido como ângulo de elevação. O plano vertical nada mais é do que o plano, que é perpendicular ao plano horizontal.

o formula para ângulo de elevação ($\beta$) é

$$\beta = Tan^{-1}\left(\frac{cosG.cosL-0.15}{\sqrt{1-cos^2G.cos^2L}}\right)$$

Podemos calcular o ângulo de elevação usando a fórmula acima. Os seguintesfigure ilustra o ângulo de elevação.

Medir o vertical anglena antena da estação terrestre do solo ao satélite, conforme mostrado na figura. Ele representa o ângulo de elevação.

Perturbações orbitais

A seguir estão as perturbações orbitais devido a forças ou parâmetros gravitacionais e não gravitacionais.

• Força gravitacional irregular em torno da Terra devido à distribuição de massa não uniforme. O campo magnético da Terra também causa perturbações orbitais.

• As principais perturbações externas vêm do Sol e da Lua. Quando um satélite está próximo a esses corpos externos, ele recebe uma atração gravitacional mais forte.

• Os satélites de baixa órbita são afetados devido ao atrito causado pela colisão com átomos e íons.

• A pressão da radiação solar afeta grandes satélites GEO, que usam grandes painéis solares.

• Torques e pressões autogerados causados ​​pela radiação de RF da antena.

A maioria dos satélites usa um propulsion subsystem a fim de manter uma direção de eixo de rotação adequada e controlar a altitude do satélite contra forças de perturbação.

Os satélites permanecem no espaço durante a maior parte de sua vida. Sabemos que o ambiente de leveza está presente no espaço. É por isso que os satélites não requerem quadros fortes adicionais no espaço. Mas, esses são necessários durante o processo de lançamento. Porque nesse processo o satélite treme violentamente, até que seja colocado em uma órbita adequada.

o design of satellites deve ser compatível com um ou mais veículos de lançamento para colocar o satélite em órbita.

Sabemos que o período de revolução será mais para mais alto apogeealtitude de acordo com a segunda lei de Kepler. O período de órbita de transferência geoestacionária é quase igual a 16 horas. E seperigee é aumentado para a altitude GEO (cerca de 36.000 km), então o período de revolução aumentará para 24 horas.

Lançamento de Satélites

O processo de colocar o satélite em uma órbita adequada é conhecido como launching process. Durante este processo, a partir das estações terrenas podemos controlar a operação do satélite. Principalmente, existem quatro etapas no lançamento de um satélite.

• First Stage - O primeiro estágio do veículo lançador contém foguetes e combustível para elevar o satélite junto com o veículo lançador do solo.

• Second Stage- O segundo estágio do veículo de lançamento contém foguetes menores. Eles são acesos após a conclusão do primeiro estágio. Eles têm seus próprios tanques de combustível para enviar o satélite ao espaço.

• Third Stage- O terceiro estágio (superior) do veículo lançador é conectado à carenagem do satélite. Esta carenagem é uma blindagem de metal que contém o satélite e protege o satélite.

• Fourth Stage- O satélite é separado do estágio superior do veículo de lançamento, quando ele sai da atmosfera da Terra. Em seguida, o satélite irá para uma “órbita de transferência”. Esta órbita envia o satélite mais alto para o espaço.

Quando o satélite atinge a altura desejada da órbita, seus subsistemas como painéis solares e antenas de comunicação são desenrolados. Em seguida, o satélite assume sua posição na órbita com outros satélites. Agora, o satélite está pronto para fornecerservices para o público.

Veículos de lançamento de satélite

Os veículos lançadores de satélites lançam os satélites em uma órbita particular com base no requisito. Os veículos de lançamento de satélite nada mais são do que foguetes de vários estágios. A seguir estão ostwo types de veículos lançadores de satélites.

• Veículos de lançamento consumíveis (ELV)
• Veículos de lançamento reutilizáveis ​​(RLV)

Veículos de lançamento consumíveis

Os veículos de lançamento consumíveis (ELV) são destruídos após deixarem os satélites no espaço. A imagem a seguir mostra a aparência de um ELV.

O ELV contém três etapas. O primeiro e o segundo estágios do ELV elevam o satélite a cerca de 50 milhas e 100 milhas. O terceiro estágio do ELV coloca o satélite em órbita de transferência. A tarefa deELV será concluída e suas peças sobressalentes cairão na terra, quando o satélite alcançou a órbita de transferência.

Veículos de lançamento reutilizáveis

Veículos de lançamento reutilizáveis ​​(RLV) podem ser usados multiple timespara o lançamento de satélites. Geralmente, esse tipo de veículo lançador retorna à Terra após deixar o satélite no espaço.

A imagem a seguir mostra um veículo lançador reutilizável. Também é conhecido comospace shuttle.

As funções de space shuttlesão semelhantes às funções do primeiro e segundo estágios do VLE. O satélite junto com o terceiro estágio do ônibus espacial são montados no compartimento de carga. Ele é ejetado do compartimento de carga quando o ônibus espacial atinge uma altitude de 150 a 200 milhas.

Então, o terceiro estágio do ônibus espacial é disparado e coloca o satélite em uma órbita de transferência. Depois disso, o ônibus espacial retornará à Terra parareuse.

No sistema de comunicação por satélite, várias operações ocorrem. Dentre as quais, as principais operações são controle de órbita, altitude de satélite, monitoramento e controle de outros subsistemas.

Uma comunicação por satélite consiste principalmente em dois segments. Esses são o segmento espacial e o segmento terrestre. Portanto, haverá dois tipos de subsistemas, a saber, subsistemas de segmento espacial e subsistemas de segmento terrestre. Os seguintesfigure ilustra este conceito.

Conforme mostrado na figura, o communication ocorre entre subsistemas de segmento espacial e subsistemas de segmento terrestre por meio de links de comunicação.

Subsistemas de Segmento Espacial

Os subsistemas presentes no segmento espacial são chamados de subsistemas de segmento espacial. A seguir estão osspace segment subsystems.

• Subsistema AOC
• Subsistema TTCM
• Subsistemas de energia e antena
• Transponders

Subsistemas de Segmento Terrestre

Os subsistemas presentes no segmento terrestre possuem a capacidade de acessar o repetidor de satélite para possibilitar a comunicação entre os usuários. Earth segment também é chamado de segmento de solo.

O segmento terrestre desempenha principalmente duas funções. Essas são a transmissão de um sinal para o satélite e a recepção do sinal do satélite.Earth stations são os principais subsistemas que estão presentes no segmento terrestre.

Discutiremos sobre todos esses subsistemas de segmento espacial e segmento terrestre nos próximos capítulos.

Sabemos que o satélite pode se desviar de sua órbita devido às forças gravitacionais do Sol, da Lua e de outros planetas. Essas forças mudam ciclicamente em um período de 24 horas, uma vez que o satélite se move ao redor da Terra.

Altitude e controle de órbita (AOC)O subsistema é composto por motores de foguete, que são capazes de colocar o satélite na órbita correta, sempre que ele se desvie da respectiva órbita. O subsistema AOC é útil para fazer com que as antenas, que são do tipo feixe estreito, apontem para a terra.

Podemos transformar este subsistema AOC no seguinte two parts.

• Altitude Control Subsystem
• Orbit Control Subsystem

Agora, vamos discutir sobre esses dois subsistemas, um por um.

Altitude Control Subsystem

O subsistema de controle de altitude cuida da orientação do satélite em sua respectiva órbita. A seguir estão ostwo methods para tornar estável o satélite que está presente em uma órbita.

• Girando o satélite
• Método de três eixos

Girando o satélite

Neste método, o corpo do satélite gira em torno de seu spin axis. Em geral, pode ser girado de 30 a 100 rpm para produzir uma força, que é do tipo giroscópico. Devido a isso, o eixo de rotação fica estabilizado e o satélite irá apontar na mesma direção. Os satélites são deste tipo são chamados despinners.

Spinner contém um tambor, que é de forma cilíndrica. Este tambor é coberto com células solares. Sistemas de energia e foguetes estão presentes neste tambor.

O subsistema de comunicação é colocado no topo do tambor. Um motor elétrico aciona esse sistema de comunicação. A direção deste motor será oposta à rotação do corpo do satélite, de forma que as antenas apontem para a terra. Os satélites que realizam este tipo de operação são chamados dede-spin.

Durante a fase de lançamento, o satélite spinsquando os pequenos jatos radiais de gás são operados. Depois disso, ode-spin O sistema opera para fazer com que as antenas do subsistema TTCM apontem para a estação terrena.

Método de três eixos

Neste método, podemos estabilizar o satélite usando uma ou mais rodas de momento. Este método é denominadothree-axis method. A vantagem deste método é que a orientação do satélite em três eixos será controlada e não será necessário girar o corpo principal do satélite.

Neste método, o seguinte three axes são considerados.

• Roll axis é considerado na direção em que o satélite se move no plano orbital.

• Yaw axis é considerado na direção da terra.

• Pitch axis é considerado na direção, que é perpendicular ao plano orbital.

Esses três eixos são mostrados abaixo figure.

Sejam X _R , Y _R e Z _R os eixos de rotação, de guinada e de inclinação, respectivamente. Esses três eixos são definidos considerando a posição do satélite comoreference. Esses três eixos definem a altitude do satélite.

Sejam X, Y e Z outro conjunto de eixos cartesianos. Este conjunto de três eixos fornece as informações sobre a orientação do satélite em relação aos eixos de referência. Se houver uma mudança na altitude do satélite, os ângulos entre os respectivos eixos serão alterados.

Neste método, cada eixo contém dois jatos de gás. Eles fornecerão a rotação em ambas as direções dos três eixos.

• o first gas jet será operado por algum período de tempo, quando houver um requisito de movimento do satélite em uma direção específica do eixo.

• o second gas jetserá operado pelo mesmo período de tempo, quando o satélite atingir a posição desejada. Portanto, o segundo jato de gás interromperá o movimento do satélite nessa direção do eixo.

Orbit Control Subsystem

O subsistema de controle de órbita é útil para colocar o satélite em sua órbita correta, sempre que o satélite se desviar de sua órbita.

O subsistema TTCM presente na estação terrestre monitora a posição do satélite. Se houver alguma alteração na órbita do satélite, ele envia um sinal referente à correção para o subsistema de controle Orbit. Em seguida, ele resolverá esse problema colocando o satélite na órbita correta.

Desta forma, o AOC subsystem cuida da posição do satélite na órbita certa e na altitude certa durante toda a vida útil do satélite no espaço.

Telemetria, rastreamento, comando e monitoramento (TTCM)subsistema está presente tanto no satélite quanto na estação terrestre. Em geral, o satélite obtém dados por meio de sensores. Assim, o subsistema de telemetria presente no satélite envia esses dados para a (s) estação (ões) terrestre (s). Portanto, o subsistema TTCM é muito necessário para qualquer satélite de comunicação para operá-lo com sucesso.

É responsabilidade do operador do satélite controlar o satélite em seu tempo de vida, após colocá-lo em sua própria órbita. Isso pode ser feito com a ajuda deTTCM subsystem.

Podemos transformar este subsistema TTCM no seguinte three parts.

• Subsistema de telemetria e monitoramento
• Subsistema de rastreamento
• Subsistema de Comando

Subsistema de telemetria e monitoramento

A palavra ‘Telemetry’significa medição à distância. Principalmente, as seguintes operações ocorrem em 'Telemetria'.

• Geração de um sinal elétrico, que é proporcional à grandeza a ser medida.

• Codificando o sinal elétrico.

• Transmitindo este código para uma longa distância.

Telemetry subsystem presente no satélite desempenha principalmente duas funções -

• receber dados de sensores, e
• transmitir esses dados para uma estação terrestre.

Os satélites têm alguns sensores para monitorar diferentes parâmetros, como pressão, temperatura, status e etc., de vários subsistemas. Em geral, os dados de telemetria são transmitidos como FSK ou PSK.

O subsistema de telemetria é um sistema controlado remotamente. Ele envia dados de monitoramento do satélite para a estação terrestre. Geralmente, otelemetry signals carregue as informações relacionadas à altitude, ambiente e satélite.

Subsistema de rastreamento

O subsistema de rastreamento é útil para saber a posição do satélite e sua órbita atual. Centro de controle de satélite(SCC)monitora o funcionamento e o status dos subsistemas do segmento espacial com a ajuda do downlink de telemetria. E, ele controla esses subsistemas usando o uplink de comando.

Nós sabemos que o tracking subsystemtambém está presente em uma estação terrestre. Ele se concentra principalmente no alcance e nos ângulos de visão do satélite. Número de técnicas que estão sendo utilizadas para rastrear o satélite. Paraexample, a mudança na posição orbital do satélite pode ser identificada usando os dados obtidos dos sensores de velocidade e aceleração que estão presentes no satélite.

o tracking subsystemque está presente em uma estação terrena mantém o rastreamento do satélite, quando este é liberado do último estágio do veículo lançador. Desempenha funções como localização de satélite em órbita inicial e órbita de transferência.

Subsistema de Comando

O subsistema de comando é necessário para lançar o satélite em uma órbita e seu funcionamento nessa órbita. Este subsistema ajusta a altitude e a órbita do satélite, sempre que houver um desvio nesses valores. Ele também controla o subsistema de comunicação. estecommanding subsystem é responsável por ligar / desligar outros subsistemas presentes no satélite com base nos dados obtidos dos subsistemas de telemetria e rastreamento.

Em geral, os códigos de controle são convertidos em palavras de comando. Estas palavras de comando são usadas para enviar na forma deTDM frames. Inicialmente, a validade das palavras de comando é verificada no satélite. Depois disso, essas palavras de comando podem ser enviadas de volta para a estação terrestre. Aqui, essas palavras de comando são verificadas mais uma vez.

Se a estação terrestre também receber a mesma palavra de comando (correta), ela enviará uma instrução de execução ao satélite. Então, ele executa esse comando.

Em termos de funcionalidade, o subsistema de Telemetria e o subsistema de comando são opostos um ao outro. Desde então, o primeiro transmite as informações do satélite para a estação terrestre e o segundo recebe sinais de comando da estação terrestre.

Neste capítulo, vamos discutir sobre Power systems do qual vários subsistemas de satélite obtêm energia e Antenna subsystems um por um.

Power Systems

Sabemos que o satélite presente em uma órbita deve ser operado continuamente durante sua vida útil. Assim, o satélite requer energia interna para operar vários sistemas eletrônicos e carga útil de comunicações que estão presentes nele.

Power systemé um subsistema vital, que fornece a energia necessária para o funcionamento de um satélite. Principalmente, as células solares (ou painéis) e baterias recarregáveis ​​são utilizadas nesses sistemas.

Células solares

Basicamente, o solar cellsproduzir energia elétrica (corrente) da luz solar incidente. Portanto, as células solares são usadas principalmente para fornecer energia a outros subsistemas do satélite.

Sabemos que as células solares individuais geram muito menos energia. Assim, para gerar mais energia, pode-se usar um grupo de células que estão presentes em forma de array.

Matrizes Solares

São dois types of solar arraysque são usados ​​em satélites. Essas são matrizes solares cilíndricas e matrizes solares retangulares ou vela solar.

• Cylindrical solar arrayssão usados ​​em satélites giratórios. Apenas parte da matriz cilíndrica será coberta pela luz do sol em um determinado momento. Devido a isso, a energia elétrica é gerada a partir do painel solar parcial. Essa é a desvantagem desse tipo.

• A desvantagem dos painéis solares cilíndricos é superada com Solar sail. Este produz mais energia porque todas as células solares da vela solar são expostas à luz solar.

Baterias recarregáveis

Durante o período de eclipses, é difícil obter energia da luz solar. Então, nessa situação, os outros subsistemas obtêm a energia derechargeable batteries. Essas baterias também produzem energia para outros subsistemas durante o lançamento do satélite.

Em geral, essas baterias carregam devido ao excesso de corrente, que é gerado por células solares na presença de luz solar.

Subsistemas de Antena

As antenas estão presentes nas estações de satélite e terrestre. Agora, vamos discutir sobre as antenas de satélite.

Antenas de satélite funcionam two typesde funções. Esses estão recebendo sinais, que vêm da estação terrestre e transmitindo sinais para uma ou mais estações terrestres com base no requisito. Em outras palavras, as antenas de satélite recebem sinais de uplink e transmitem sinais de downlink.

Sabemos que o comprimento das antenas de satélite é inversamente proporcional à frequência de operação. A freqüência de operação deve ser aumentada para reduzir o comprimento das antenas de satélite. Portanto, as antenas de satélite operam na ordem deGHz frequências.

Antenas de Satélite

As antenas, que são usadas em satélite, são conhecidas como antenas de satélite. Existem principalmente quatrotypes of Antennas. Eles são:

• Antenas de Arame
• Antenas Horn
• Array Antenas
• Antenas Refletoras

Agora, vamos discutir sobre essas antenas uma por uma.

Antenas de Arame

As antenas de fio são as antenas básicas. Mono pole e dipole antennasentram nesta categoria. Eles são usados ​​em frequências muito altas para fornecer a comunicação para o subsistema TTCM.

O comprimento do fio total, que está sendo usado como um dipolo, se for igual a metade do comprimento de onda (ou seja, l = λ / 2), tal antena é chamada de half-wave dipole antenna.

Wire antennassão adequados para cobrir sua faixa de acesso e fornecer força de sinal em todas as direções. Isso significa que as antenas de fio são antenas omnidirecionais.

Antenas Horn

Uma antena com uma abertura no final pode ser denominada como um Aperture antenna. A borda de uma linha de transmissão, quando terminada com uma abertura, irradia energia. Esta abertura que é uma abertura, faz dela uma antena de abertura.

Horn antennaé um exemplo de antena de abertura. É usado em satélites para cobrir mais área da Terra.

Antenas de chifre são usadas em microwavealcance de frequência. A mesma buzina de alimentação pode ser usada para transmitir e receber os sinais. Um dispositivo denominado duplexador, que separa esses dois sinais.

Array Antenas

Uma antena quando individualmente pode irradiar uma quantidade de energia, em uma determinada direção, resultando em uma melhor transmissão, como seria se mais poucos elementos fossem adicionados a ela, para produzir uma saída mais eficiente. É exatamente essa ideia, que levou à invenção doArray Antennasou matrizes de antena. Antenas matriciais são usadas em satélites para formar vários feixes de abertura única.

Antenas Refletoras

As antenas refletoras são adequadas para a produção de feixes, que têm mais intensidade de sinal em uma direção específica. Isso significa que são antenas altamente direcionais. Então,Parabolic reflectorsaumentar o ganho de antenas no sistema de comunicação via satélite. Portanto, eles são usados ​​em telecomunicações e radiodifusão.

Se uma antena reflectora parabólica for usada para transmittingum sinal, o sinal do feed, sai de um dipolo ou de uma antena em forma de chifre para focalizar a onda na parábola. Isso significa que as ondas saem do ponto focal e atingem o refletor Paraboloidal. Esta onda agora é refletida como frente de onda colimada.

Se a mesma antena for usada como um receiver, a onda eletromagnética quando atinge a forma da parábola, a onda é refletida no ponto de alimentação. A antena dipolo ou corneta, que atua como antena receptora em sua alimentação, recebe esse sinal para convertê-lo em sinal elétrico e encaminhá-lo para o circuito receptor.

O subsistema, que fornece o link de conexão entre as antenas de transmissão e recepção de um satélite, é conhecido como Transponder. É um dos subsistemas mais importantes dos subsistemas do segmento espacial.

O transponder desempenha as funções de transmissor e receptor (Responder) em um satélite. Portanto, a palavra 'Transponder' é obtida pela combinação de algumas letras de duas palavras, Transmissor(Trans) e respondente (ponder).

Diagrama de blocos do transponder

Transponder executa principalmente two functions. Esses estão amplificando o sinal de entrada recebido e traduz a frequência dele. Em geral, diferentes valores de frequência são escolhidos tanto para uplink quanto para down link, a fim de evitar a interferência entre os sinais transmitidos e recebidos.

o block diagram do transponder é mostrado na figura abaixo.

Podemos compreender facilmente o funcionamento do Transponder a partir do próprio diagrama de blocos. A função de cada bloco é mencionada a seguir.

• Duplexeré um portão de micro-ondas bidirecional. Ele recebe o sinal de uplink da antena de satélite e transmite o sinal de downlink para a antena de satélite.

• Low Noise Amplifier (LNA) amplifica o sinal recebido fraco.

• Carrier Processorrealiza a conversão de freqüência baixa do sinal recebido (uplink). Este bloco determina o tipo de transponder.

• Power Amplifier amplifica a potência do sinal de freqüência convertido (down link) para o nível necessário.

Tipos de transponders

Basicamente, existem two typesde transponders. Esses são transponders de tubo curvo e transponders regenerativos.

Transponders de tubo curvo

O transponder de tubo curvo recebe o sinal de frequência de microondas. Ele converte a frequência do sinal de entrada em frequência de RF e a amplifica.

O transponder de tubo curvo também é chamado de repetidor e conventional transponder. É adequado para sinais analógicos e digitais.

Transponders regenerativos

O transponder regenerativo executa as funções do transponder de tubo curvo. isto é, tradução e amplificação de frequência. Além dessas duas funções, o transponder regenerativo também realiza a demodulação da portadora de RF para a banda base, a regeneração dos sinais e a modulação.

O transponder regenerativo também é chamado de transponder de processamento. É adequado apenas para sinais digitais. O principaladvantages de transponders regenerativos são melhorias na relação sinal-ruído (SNR) e têm mais flexibilidade na implementação.

o earth segmentdo sistema de comunicação por satélite consiste principalmente em duas estações terrestres. Essas estão transmitindo a estação terrestre e recebendo a estação terrestre.

O transmissor earth stationtransmite os sinais de informação para o satélite. Considerando que, a estação terrestre receptora recebe os sinais de informação do satélite. Às vezes, a mesma estação terrestre pode ser usada para fins de transmissão e recepção.

Em geral, as estações terrenas recebem os sinais de banda base em uma das seguintes formas. Sinais de voz e sinais de vídeo em formato analógico ou digital.

Inicialmente, a técnica de modulação analógica, denominada FM modulationé usado para transmitir sinais de voz e vídeo, que estão na forma analógica. Mais tarde, as técnicas de modulação digital, nomeadamente o Frequency Shift Keying(FSK) e chaveamento de mudança de fase (PSK)são usados ​​para transmitir esses sinais. Porque os sinais de voz e vídeo são usados ​​para representar em digital, convertendo-os do analógico.

Diagrama de blocos da estação terrestre

Projetando um Earth stationdepende não apenas da localização da estação terrena, mas também de alguns outros fatores. A localização das estações terrestres pode ser em terra, em navios, no mar e em aeronaves. Os fatores dependentes são o tipo de serviço prestado, a utilização das bandas de frequência, o transmissor, o receptor e as características da antena.

o block diagram da estação terrestre digital é mostrado na figura abaixo.

Podemos entender facilmente o funcionamento da estação terrestre da figura acima. Existem quatro principaissubsystemsque estão presentes em qualquer estação terrestre. Esses são transmissor, receptor, antena e subsistema de rastreamento.

Transmissor

A informação binária (digital) entra no equipamento da banda base da estação terrestre da rede terrestre. Encoder inclui bits de correção de erros para minimizar a taxa de erros de bits.

Na comunicação por satélite, a frequência intermediária (IF)pode ser escolhido como 70 MHz usando um transponder com largura de banda de 36 MHz. Da mesma forma, o IF também pode ser escolhido como 140 MHz usando um transponder com largura de banda de 54 MHz ou 72 MHz.

O conversor ascendente executa a conversão de frequência do sinal modulado para uma frequência mais alta. Este sinal será amplificado usando um amplificador de alta potência. A antena da estação terrestre transmite esse sinal.

Receptor

Durante reception, a antena da estação terrestre recebe o sinal de downlink. Este é um sinal RF modulado de baixo nível. Em geral, o sinal recebido terá menos intensidade de sinal. Então, a fim de amplificar este sinal, amplificador de baixo ruído(LNA)é usado. Devido a isso, há uma melhoria no valor da relação sinal-ruído (SNR).

O sinal de RF pode ser down convertedpara o valor de frequência intermediária (IF), que é 70 ou 140 MHz. Porque é fácil demodular nessas frequências intermediárias.

A função do decoderé exatamente o oposto do codificador. Portanto, o decodificador produz uma informação binária sem erros removendo os bits de correção de erros e corrigindo as posições dos bits, se houver.

Essas informações binárias são fornecidas ao equipamento de banda base para processamento posterior e, em seguida, são entregues à rede terrestre.

Antena da estação terrestre

As principais partes de Earth station Antennasão sistema de alimentação e refletor de antena. Essas duas partes combinadas irradiam ou recebem ondas eletromagnéticas. Uma vez que o sistema de alimentação obedece ao teorema da reciprocidade, as antenas da estação terrestre são adequadas para transmitir e receber ondas eletromagnéticas.

Parabolic reflectorssão usados ​​como a antena principal em estações terrestres. O ganho desses refletores é alto. Eles têm a capacidade de focalizar um feixe paralelo em um ponto no foco, onde o sistema de alimentação está localizado.

Subsistema de rastreamento

o Tracking subsystemacompanhe o satélite e certifique-se de que o feixe vem em sua direção para estabelecer a comunicação. O sistema de rastreamento presente na estação terrestre executa principalmentetwo functions. Essas são aquisição de satélite e rastreamento de satélite. Esse rastreamento pode ser feito de uma das seguintes maneiras. Esses são rastreamento automático, rastreamento manual e rastreamento de programa.

Neste capítulo, vamos discutir sobre dois exemplos de estações terrestres: Receive-only Home TV system e Community Antenna TV system.

Receber apenas sistema de TV doméstico

Se a transmissão ocorrer diretamente para os receptores de TV domésticos, esse tipo de serviço é chamado de Transmissão Direta por Satélite (DBS) serviço.

Um refletor do tipo malha pode ser usado para focar os sinais em um dual feed-horn. Ele está tendo duas saídas separadas. De uma saída obterá sinais da banda C e de outra saída obterá sinais da banda Ku.

A programação de televisão se origina principalmente como sinais de primeira geração. Esses sinais são transmitidos por satélite para as estações finais principais da rede na banda C. Esses sinais são compactados e transmitidos em formato digital para provedores de cabo e DBS.

Os usuários da banda C podem assinar canais de TV por assinatura. Esses serviços de assinatura sãocheaper quando comparado ao cabo, devido à disponibilidade de programação de várias fontes.

o block diagram do receptor de TV DBS é mostrado na figura abaixo.

Unidade Externa

A unidade externa consiste principalmente em receiving antenna e conversor de baixo ruído (LNC). Low Noise Converter (LNC) nada mais é do que a combinação de Low Noise Amplifier (LNA) seguido por um conversor. A antena receptora é alimentada diretamente no LNC.

Em geral, o parabolic reflector também é usado com a antena de chifre de recepção para maior foco do feixe.

Unidade interna

Em geral, o sinal alimentado para a unidade interna é um sinal de banda larga. A frequência desse sinal está entre 950 MHz e 1450 MHz. Na unidade interna, este sinal é amplificado usando umamplifier.

O sinal amplificado é aplicado a um filtro de rastreamento e conversor descendente. Ele seleciona o canal desejado e converte sua frequência em umIntermediate Frequency (IF) de 70 MHz.

IF amplifieramplifica a força do sinal para demodulá-lo adequadamente. O sinal de banda base (demodulado) é usado para gerar um sinal Vestigial Single Side Band (VSSB). Este sinal é alimentado em um dos canais VHF / UHF de um aparelho de TV padrão.

A modulação de frequência (FM) é usada na TV DBS. Enquanto a modulação de amplitude (AM) na forma de VSSB é usada na TV convencional. Isto é omajor difference entre a TV DBS e a TV convencional.

Sistema de Antena de TV Comunitária

The Community Antenna TV (CATV)sistema usa uma única unidade externa e vários feeds. Esses feeds estão disponíveis separadamente para cada sentido de polarização. Devido a isso, todos os canais estarão disponíveis no receptor interno, simultaneamente.

o block diagram da unidade interna do sistema CATV é mostrado na figura abaixo.

Neste caso, não há necessidade de receptor separado para cada usuário. Porque, todas as portadoras são demoduladas em um sistema comum de filtro receptor. Depois disso, os canais são combinados em um sinal multiplexado. Este sinal é então transmitido por meio de um cabo para os assinantes (usuários).

Em sistemas de comunicação por satélite, existem dois tipos de cálculos de potência. Esses estão transmitindo energia e recebendo cálculos de energia. Em geral, esses cálculos são chamados deLink budget calculations. A unidade de poder édecibel.

Primeiro, vamos discutir a terminologia básica usada no Orçamento do Link e, em seguida, passaremos para explicar os cálculos do Orçamento do Link.

Terminologia Básica

A isotropic radiator(antena) irradia igualmente em todas as direções. Mas, isso não existe praticamente. É apenas uma antena teórica. Podemos comparar o desempenho de todas as antenas reais (práticas) em relação a esta antena.

Densidade de fluxo de energia

Suponha que um radiador isotrópico está situado no centro da esfera com raio, r. Sabemos que a densidade do fluxo de potência é a relação entre o fluxo de potência e a área da unidade.

Power flux density,$\Psi_i$ de um radiador isotrópico é

$$\Psi_i = \frac{p_s}{4\pi r^2}$$

Onde, $P_s$é o fluxo de energia. Em geral, a densidade do fluxo de potência de uma antena prática varia com a direção. Mas émaximum value será em apenas uma direção particular.

Ganho da antena

o gain de antena prática é definida como a razão entre a densidade de fluxo de potência máxima da antena prática e a densidade de fluxo de potência da antena isotrópica.

Portanto, o ganho de antena ou Antenna gain, G é

$$G = \frac{\Psi_m}{\Psi_i}$$

Onde, $\Psi_m$é a densidade de fluxo de potência máxima de uma antena prática. E,$\Psi_i$ é a densidade do fluxo de potência do radiador isotrópico (antena).

Potência isotrópica irradiada equivalente

A potência isotrópica irradiada equivalente (EIRP) é o principal parâmetro usado na medição do orçamento do enlace. Mathematically, pode ser escrito como

$$EIRP = G\:\:P_s$$

Podemos representar EIRP em decibels Como

$$\left [ EIRP \right ] = \left [ G \right ] + \left [ P_s \right ]dBW$$

Onde, G é o ganho de antena de transmissão e $P_s$ é o poder do transmissor.

Perdas de transmissão

A diferença entre a potência enviada em uma extremidade e recebida na estação receptora é conhecida como Transmission losses. As perdas podem ser classificadas em 2 tipos.

• Perdas constantes
• Perdas variáveis

As perdas que são constantes, como perdas do alimentador, são conhecidas como constant losses. Não importa quais precauções possamos ter tomado, mesmo assim essas perdas estão fadadas a ocorrer.

Outro tipo de perda é variable loss. O céu e as condições meteorológicas são um exemplo deste tipo de perda. Significa que se o céu não estiver claro o sinal não chegará efetivamente ao satélite ou vice-versa.

Portanto, nosso procedimento inclui o cálculo das perdas devido a tempo claro ou condição de céu claro como ^1º porque essas perdas são constantes. Eles não mudarão com o tempo. Então, na ^2ª etapa, podemos calcular as perdas devido a condições climáticas adversas.

Vincular cálculos de orçamento

Existem dois tipos de cálculos de orçamento de link, uma vez que existem dois links, a saber, uplink e downlink.

Uplink da estação terrestre

É o processo no qual a Terra está transmitindo o sinal ao satélite e o satélite o está recebendo. Estámathematical equation pode ser escrito como

$$\left(\frac{C}{N_0}\right)_U = [EIRP]_U+\left(\frac{G}{T}\right)_U - [LOSSES]_U -K$$

Onde,

• $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ é a razão da densidade da portadora para o ruído

• $\left [\frac{G}{T}\right ]$ é a relação G / T do receptor de satélite e as unidades são dB / K

Aqui, as perdas representam as perdas do alimentador do receptor de satélite. As perdas que dependem da freqüência são todas levadas em consideração.

O valor EIRP deve ser o mais baixo possível para um UPLINK eficaz. E isso é possível quando temos uma condição de céu limpo.

Aqui usamos a notação (subscrito) “U”, que representa o fenômeno do uplink.

Downlink de satélite

Neste processo, o satélite envia o sinal e a estação terrestre o recebe. A equação é a mesma do uplink do satélite, com a diferença de que usamos a abreviatura “D” em todos os lugares em vez de “U” para denotar o fenômeno do downlink.

Está mathematical a equação pode ser escrita como;

$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D - K$$

Onde,

• $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ é a razão da densidade da portadora para o ruído
• $\left [\frac{G}{T}\right ]$ é a relação G / T do receptor da estação terrestre e as unidades são dB / K

Aqui, todas as perdas que ocorrem ao redor das estações terrenas.

Na equação acima, não incluímos a largura de banda do sinal B. No entanto, se incluirmos isso, a equação será modificada da seguinte forma.

$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D -K-B$$

Orçamento do link

Se estivermos levando o satélite terrestre em consideração, então a perda por espalhamento de espaço livre (FSP) também deve ser levada em consideração.

Se a antena não estiver alinhada corretamente, podem ocorrer perdas. então nós pegamosAML(Perdas por desalinhamento da antena) em consideração. Da mesma forma, quando o sinal vem do satélite em direção à Terra, ele colide com a superfície terrestre e alguns deles são absorvidos. Estes são cuidados pela perda de absorção atmosférica dada por“AA” e medido em db.

Agora, podemos escrever a equação de perda para o céu livre como

$$Losses = FSL + RFL+ AML+ AA + PL$$

Onde,

• RFL significa perda do alimentador recebido e as unidades são db.

• PL significa perda de incompatibilidade de polarização.

Agora o decibel equation pois o poder recebido pode ser escrito como

$$P_R = EIRP + G_R + Losses$$

Onde,

• $P_R$ representa a potência recebida, que é medida em dBW.
• $G_r$ é o ganho da antena do receptor.

O projeto de down link é mais crítico do que o projeto de uplink. Devido às limitações de potência exigidas para transmissão e ganho da antena.

Às vezes, o serviço de um satélite está presente em um determinado local na estação terrestre e às vezes não. Isso significa que um satélite pode ter diferentes estações de serviço próprias localizadas em diferentes lugares da Terra. Eles enviam sinal de portadora para o satélite.

Nesta situação, fazemos acesso múltiplo para permitir que o satélite receba ou forneça sinais de diferentes estações ao mesmo tempo, sem qualquer interferência entre eles. A seguir estão osthree types de múltiplas técnicas de acesso.

• FDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência)
• TDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo)
• CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Código)

Agora, vamos discutir cada técnica uma por uma.

FDMA

Nesse tipo de acesso múltiplo, atribuímos a cada sinal um tipo diferente de banda de frequência (faixa). Portanto, quaisquer dois sinais não devem ter o mesmo tipo de faixa de frequência. Portanto, não haverá qualquer interferência entre eles, mesmo se enviarmos esses sinais em um canal.

Um perfeito exampledeste tipo de acesso são as nossas estações de rádio. Podemos ver que cada estação recebeu uma banda de frequência diferente para operar.

Vamos pegar três estações A, B e C. Queremos acessá-las através da técnica FDMA. Então, atribuímos a eles diferentes bandas de frequência.

Conforme mostrado na figura, a estação de satélite A foi mantida na faixa de freqüência de 0 a 20 Hz. Da mesma forma, as estações B e C foram atribuídas à faixa de frequência de 30-60 Hz e 70-90 Hz, respectivamente. Não há interferência entre eles.

O principal disadvantagedesse tipo de sistema é que ele está muito estourado. Este tipo de acesso múltiplo não é recomendado para os canais, que são de dinâmicos e desiguais. Porque, isso tornará seus dados tão inflexíveis e ineficientes.

TDMA

Como o nome sugere, o TDMA é um acesso baseado no tempo. Aqui, damos certo período de tempo para cada canal. Nesse período, o canal pode acessar toda a largura de banda do espectro

Cada estação tem um comprimento ou slot fixo. Os slots que não forem usados ​​permanecerão no estágio ocioso.

Suponha que desejamos enviar cinco pacotes de dados a um canal específico na técnica TDMA. Portanto, devemos atribuir a eles determinados intervalos de tempo outime frame dentro do qual ele pode acessar toda a largura de banda.

Na figura acima, os pacotes 1, 3 e 4 estão ativos, o que transmite dados. Considerando que os pacotes 2 e 5 estão ociosos por causa de sua não participação. Este formato é repetido sempre que atribuímos largura de banda a esse canal específico.

Embora tenhamos atribuído determinados intervalos de tempo a um canal específico, ele também pode ser alterado dependendo da capacidade de carga. Isso significa que, se um canal está transmitindo cargas mais pesadas, pode ser atribuído a ele um intervalo de tempo maior do que o canal que está transmitindo cargas mais leves. Este é o maioradvantagede TDMA sobre FDMA. Outra vantagem do TDMA é que o consumo de energia será muito baixo.

Note - Em alguns aplicativos, usamos o combination de ambos TDMA and FDMAtécnicas. Nesse caso, cada canal será operado em uma determinada banda de frequência por um determinado período de tempo. Neste caso, a seleção de frequência é mais robusta e possui maior capacidade de compressão ao longo do tempo.

CDMA

Na técnica CDMA, um código exclusivo foi atribuído a cada canal para distingui-los. Um perfeitoexampledeste tipo de acesso múltiplo é o nosso sistema celular. Podemos ver que nenhum número de celular de duas pessoas corresponde, embora sejam o mesmo serviço de celular X ou Y, fornecendo aos clientes da empresa a mesma largura de banda.

No processo CDMA, fazemos a decodificação do produto interno do sinal codificado e da sequência de chipping. Portanto, matematicamente, pode ser escrito como

$$Encoded\:signal = Orginal\:data\:\: \times\:\: chipping\:sequence$$

O básico advantageEsse tipo de acesso múltiplo é que ele permite que todos os usuários coexistam e usem toda a largura de banda ao mesmo tempo. Como cada usuário possui um código diferente, não haverá nenhuma interferência.

Nesta técnica, várias estações podem ter vários canais, ao contrário de FDMA e TDMA. A melhor parte dessa técnica é que cada estação pode usar todo o espectro o tempo todo.

Os serviços de comunicação por satélite podem ser classificados nas duas categorias a seguir.

• Serviço de link de comunicação via satélite unilateral
• Serviço de link de comunicação via satélite bidirecional

Agora, vamos discutir sobre cada serviço, um por um

Serviço de link de comunicação via satélite unilateral

Dentro one-wayserviço de link de comunicação por satélite, as informações podem ser transferidas de uma estação terrena para uma ou mais estações terrestres através de um satélite. Isso significa que ele fornece conectividade ponto a ponto e conectividade ponto a ponto múltiplo.

Abaixo figure mostra um exemplo de serviço de link de comunicação via satélite unilateral.

Aqui, a comunicação ocorre entre a primeira estação terrestre (transmissor) e a segunda estação terrestre (receptor) na superfície da Terra através de um satélite em one direction.

A seguir estão alguns dos one-way link de comunicação por satélite services.

• Serviços de radiodifusão por satélite como serviços de rádio, TV e Internet.

• Serviços de operações espaciais como serviços de telemetria, rastreamento e comando.

• Serviço de radiodeterminação por satélite, como serviço de localização de posição.

Serviço de link de comunicação via satélite bidirecional

Dentro two-waylink de comunicação por satélite, as informações podem ser trocadas entre quaisquer duas estações terrestres por meio de um satélite. Isso significa que ele fornece apenas conectividade ponto a ponto.

A figura a seguir mostra um exemplo de serviço de link de comunicação via satélite bidirecional.

Aqui, a comunicação ocorre entre a primeira estação terrestre (transmissor) e a segunda estação terrestre (receptor) na superfície da Terra através de um satélite em two (ambos) directions.

A seguir estão alguns dos links de comunicação via satélite bidirecional services.

• Serviços fixos de satélite como Telefone, Fax e Dados de serviços de alta taxa de bits.

• Serviços móveis por satélite, como serviços de comunicação móvel terrestre, marítima e aérea.

Sistema de Posicionamento Global (GPS)é um sistema de navegação baseado em satélite. Ele criou uma revolução na navegação e localização de posição. É usado principalmente em aplicações de posicionamento, navegação, monitoramento e levantamento topográfico.

O prefeito advantagesda navegação por satélite são o posicionamento em tempo real e a sincronização de tempo. É por isso que os sistemas de navegação por satélite se tornaram parte integrante da maioria das aplicações, onde a mobilidade é o parâmetro chave.

Um segmento espacial GPS operacional completo contém vinte e quatro satélites em MEO. Esses satélites são divididos em seis grupos, de modo que cada grupo contém quatro satélites. O grupo de quatro satélites é chamado de umconstellation. Quaisquer duas constelações adjacentes são separadas por 60 graus de longitude.

o orbital period de cada satélite é aproximadamente igual a twelve hours. Portanto, todos os satélites giram em torno da Terra duas vezes por dia. A qualquer momento, os receptores GPS receberão os sinais de pelo menos quatro satélites.

Códigos e serviços GPS

Cada satélite GPS transmite dois sinais, L₁ and L₂ são de frequências diferentes. Trilaterationé um método simples para encontrar a posição (latitude, longitude, elevação) do receptor GPS. Usando este método, a posição de um ponto desconhecido pode ser medida a partir de três pontos conhecidos

Códigos GPS

A seguir estão os dois tipos de códigos GPS.

• Código de aquisição grosseira ou código C / A
• Código preciso ou código P

O sinal L ₁ é modulado com sequência de bits pseudo-aleatória de 1,023 Mbps. Este código é chamado de código de aquisição grosseira ouC/A code e é usado pelo público.

O sinal L ₂ é modulado com uma sequência de bits pseudo-aleatória de 10,23 Mbps. Este código é chamado de código preciso ouP codee é usado em sistemas de posicionamento militar. Geralmente, este código P é transmitido em um formato criptografado e é chamado deY code

O código P oferece melhor precisão de medição quando comparado ao código C / A, uma vez que a taxa de bits do código P é maior do que a taxa de bits do código C / A.

Serviços GPS

A seguir estão os dois tipos de serviços fornecidos pelo GPS.

• Serviço de Posicionamento Preciso (PPS)
• Serviço de Posicionamento Padrão (SPS)

PPS receiversmantenha o rastreamento do código C / A e do código P em dois sinais, L ₁ e L ₂ . O código Y é decriptografado no receptor para obter o código P.

SPS receiversmantenha o rastreamento de apenas código C / A no sinal, L ₁ .

Receptor GPS

Existe apenas uma transmissão unilateral de satélite para usuários no sistema GPS. Portanto, o usuário individual não precisa do transmissor, mas apenas de umGPS receiver. É usado principalmente para encontrar a localização precisa de um objeto. Ele executa essa tarefa usando os sinais recebidos dos satélites.

o block diagram do receptor GPS é mostrado na figura abaixo.

A função de cada bloco presente no receptor GPS é mencionada a seguir.

• Receiving Antennarecebe os sinais de satélite. É principalmente uma antena polarizada circularmente.

• Low Noise Amplifier (LNA) amplifica o sinal recebido fraco

• Down converter converte a frequência do sinal recebido em um sinal de frequência intermediária (IF).

• IF Amplifier amplifica o sinal de frequência intermediária (IF).

• ADCrealiza a conversão do sinal analógico, que é obtido do amplificador IF para digital. Suponha que os blocos de amostragem e quantização também estejam presentes no ADC (Conversor Analógico para Digital).

• DSP (Processador de sinal digital) gera o código C / A.

• Microprocessorrealiza o cálculo da posição e fornece os sinais de temporização para controlar a operação de outros blocos digitais. Ele envia as informações úteis ao Display para exibi-las na tela.