Satélite de comunicações

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O 10 de julho de 1962 lançou-se o Telstar, primeiro satélite de telecomunicações.

Os satélites artificiais de comunicações são um médio muito apto para emitir sinais de rádio em zonas amplas ou pouco desenvolvidas, já que podem utilizar-se como enormes antenas suspendidas do céu. Dado que não há problema de visão directa se costumam utilizar frequências elevadas na faixa dos GHz que são mais inmunes às interferências; ademais, a elevada direccionalidad das ondas a estas frequências permite "alumbrar" zonas concretas da Terra. O primeiro satélite de comunicações, o Telstar 1, pôs-se em órbita em 1962. A primeira transmissão de televisão via satélite levou-se a cabo em 1964.

Satélites geoestacionarios (GEO)

Artigo principal: Satélite geosíncrono

O período orbital dos satélites depende de sua distância à Terra. Quanto mais perto esteja, mais curto é o período. Os primeiros satélites de comunicações tinham um período orbital que não coincidia com o de rotação da Terra sobre seu eixo, pelo que tinham um movimento aparente no céu; isto fazia difícil a orientação das antenas, e quando o satélite desaparecia no horizonte a comunicação se interrompia.

Existe uma altura para a qual o período orbital do satélite coincide exactamente com o de rotação da Terra. Esta altura é de 35.786,04 quilómetros. A órbita correspondente conhece-se como o cinto de Clarke, já que foi o famoso escritor de ciência ficção Arthur C. Clarke o primeiro em sugerir esta ideia no ano 1945. Vistos desde a terra, os satélites que giram nesta órbita parecem estar imóveis no céu, pelo que se lhes chama satélites geoestacionarios. Isto tem duas vantagens importantes para as comunicações: permite o uso de antenas fixas, pois sua orientação não muda e assegura o contacto permanente com o satélite.

Os satélites comerciais funcionam em três bandas de frequências, chamadas C, Ku e Cá. A grande maioria de emissões de televisão por satélite realizam-se na banda Ku

Banda	Frequência crescente (GHz)	Frequência descendente (GHz)	Problemas
C	5,925 - 6,425	3,7 - 4,2	Interferência Terrestre
Ku	14,0 - 14,5	11,7 - 12,2	Chuva
Cá	27,5 - 30,5	17,7 - 21,7	Chuva

Não é conveniente pôr muito próximos na órbita geoestacionaria dois satélites que funcionem na mesma banda de frequências, já que podem se interferir. Na banda C a distância mínima é de dois graus, na Ku e o Cá de um grau. Isto limita na prática o número total de satélites que pode ter em toda a órbita geoestacionaria a 180 na banda C e a 360 nas bandas Ku e Cá. A distribuição de bandas e espaço na órbita geoestacionaria realiza-se mediante acordos internacionais.

A elevada direccionalidad das altas frequências faz possível concentrar as emissões por satélite a regiões geográficas muito concretas, até de uns poucos centos de quilómetros. Isto permite evitar a recepção em zonas não desejadas e reduzir a potência de emissão necessária, ou bem concentrar o faz para assim aumentar a potência recebida pelo receptor, reduzindo ao mesmo tempo o tamanho da antena parabólica necessária. Por exemplo, o satélite Astra tem uma impressão que se aproxima bastante ao continente europeu.

Na actualidade, este tipo de comunicação pode imaginar-se como se tivéssemos um enorme repetidor de microondas no céu. Está constituído por um ou mais dispositivos receptor-transmissor, a cada um dos quais escuta uma parte do espectro, amplificando o sinal primeiramente e retransmitindo a outra frequência para evitar os efeitos de interferência.

A cada uma das bandas utilizadas nos satélites divide-se em canais. Para a cada canal costuma ter no satélite um repetidor, chamado transponder ou transpondedor, que se ocupa de capturar o sinal crescente e a retransmitir de novo para a terra na frequência que lhe corresponde.

O ponto verde e o marrón estão sempre em linha em uma órbita geoestacionaria.

A cada canal pode ter um largo de banda de 27 a 72 MHz e pode utilizar-se para enviar sinais analógicas de vídeo e/ou audio, ou sinais digitais que possam corresponder a televisão (normal ou em alta definição), rádio digital (qualidade CD), conversas telefónicas digitalizadas, dados, etc. A eficiência que se obtém costuma ser de 1 bit/s por Hz ; assim, por exemplo, um canal de 50 MHz permitiria transmitir um total de 50 Mbit/s de informação.

Um satélite típico divide seu largo de banda de 500 MHz em uns doze receptores-transmissores de um largo de banda de 36 MHz a cada um. A cada par pode empregar-se para codificar um fluxo de informação de 500 Mbit/s, 800 canais de voz digitalizada de 64 kbit/s, ou bem, outras combinações diferentes.

Para a transmissão de dados via satélite criaram-se estações de emissão-recepção de baixo custo chamadas VSAT (Very Small Aperture Terminal). Uma estação VSAT típica tem uma antena de um metro de diâmetro e um vatio de potência. Normalmente as estações VSAT não têm potência suficiente para se comunicar entre si através do satélite (VSAT - satélite - VSAT), pelo que se costuma utilizar uma estação em terra chamada hub que actua como repetidor. Desta forma, a comunicação ocorre com dois saltos terra-ar (VSAT- satélite - hub - satélite - VSAT). Um sozinho hub pode dar serviço a múltiplas comunicações VSAT.

Nos primeiros satélites, a divisão em canais era estática, separando o largo de banda em bandas de frequências fixas. Na actualidade o canal separa-se no tempo, primeiro em uma estação, depois outra, e assim sucessivamente. O sistema denomina-se multiplexión por divisão no tempo. Também tinham um sozinho faz espacial que cobria todas as estações terrestres. Com os desenvolvimentos experimentados em microelectrónica, um satélite moderno possui múltiplos antenas e pares receptor-transmissor. A cada faz de informação proveniente do satélite pode enfocarse sobre uma área muito pequena de forma que podem se fazer simultaneamente várias transmissões para ou desde o satélite. A estas transmissões chama-se-lhes 'traça de ondas dirigidas'.

As comunicações via satélite têm algumas características singulares. Em primeiro lugar está o retardo que introduz a transmissão do sinal a tão grandes distâncias. Com 36.000 km de altura orbital, o sinal tem de viajar no mínimo 72.000 km, o qual supõe um retardo de 240 milisegundos, só na transmissão; na prática o retardo é de 250 a 300 milisegundos segundo a posição relativa do emissor, o receptor e o satélite. Em uma comunicação VSAT-VSAT os tempos duplicam-se devido à necessidade de passar pelo hub. A título comparativo em uma comunicação terrestre por fibra óptica, a 10.000 km de distância, o retardo pode supor 50 milisegundos (a velocidade das ondas electromagnéticas no ar ou no vazio é de 300.000 km/s, enquanto no vidro ou no cobre é de 200.000). Em alguns casos estes retardos podem supor um sério inconveniente ou degradar de forma apreciable o rendimento se o protocolo não está preparado para este tipo de redes.

Quanto aos fenómenos que dificultam as comunicações via satélite, se têm de incluir também o movimento aparente em oito dos satélites da órbita geoestacionaria devido aos balanços da Terra em sua rotação, os eclipses de Sol nos que a Terra impede que o satélite possa carregar as baterías e os trânsitos solares, nos que o Sol interfere as comunicações do satélite ao se encontrar este entre o Sol e a Terra.

Outra característica singular dos satélites é que suas emissões são broadcast de maneira natural. Tem o mesmo custo enviar um sinal a uma estação que a enviar a todas as estações que se encontrem dentro da impressão do satélite. Para algumas aplicações isto pode resultar muito interessante, enquanto para outras, onde a segurança é importante, é um inconveniente, já que todas as transmissões têm de ser criptografadas. Quando vários computadores se comunicam através de um satélite (como no caso de estações VSAT) os problemas de utilização do canal comum de comunicação que se apresentam são similares aos de uma rede local.

O custo de uma transmissão via satélite é independente da distância, sempre que as duas estações encontrem-se dentro da zona de cobertura do mesmo satélite. Ademais, não há necessidade de fazer infra-estruturas terrestres, e o equipamento necessário é relativamente reduzido, pelo que são especialmente adequados para enlaçar instalações provisórios que tenham uma mobilidade relativa, ou que se encontrem em zonas onde a infra-estrutura de comunicações está pouco desenvolvida.

Recentemente puseram-se em marcha serviços de transmissão de dados via satélite baseados no sistema de transmissão da televisão digital, o qual permite fazer uso de componentes regular de baixo custo. Além de poder utilizar-se de forma full-duplex como qualquer comunicação convencional via satélite, é possível realizar uma comunicação simples na que os dados só se transmitem da rede ao utente, e para o caminho de volta, este utiliza a rede telefónica (via módem ou RDSI). Desta forma a comunicação rede->utente realiza-se a alta velocidade (tipicamente 400-500 kbit/s), com o que se obtém uma comunicação asimétrica. O utente evita assim instalar a cara equipa transmissora de dados para o satélite. Este serviço está operativo na Europa desde 1997 através dos satélites Astra e Eutelsat, e é oferecido por alguns provedores de serviços de Internet. A instalação receptora é de baixo custo, existem cartões para PC que permitem ligar directamente o cabo da antena, que pode ser a mesma antena utilizada para ver a televisão via satélite.

Satélites de órbita baixa (LEIO)

Como temos dito, os satélites com órbitas inferiores a 36.000 km têm um período de rotação inferior ao da Terra, pelo que sua posição relativa no céu muda constantemente. A mobilidade é tanto mais rápida quanto menor é sua órbita. Em 1990 Motorola pôs em marcha um projecto consistente em pôr em órbita um grande número de satélites (66 ao todo). Estes satélites, conhecidos como satélites Iridium colocar-se-iam em grupos de onze em seis órbitas circumpolares (seguindo os meridianos) a 750 km de altura, repartidos de forma homogénea a fim de constituir uma grade que cobrisse toda a terra. A cada satélite teria o período orbital de 90 minutos, pelo que em um ponto dado da terra, o satélite mais próximo mudaria a cada oito minutos.

A cada um do satélite emitiria vários fazes diferentes (até um máximo de 48) cobrindo toda a terra com 1628 fazes; a cada um destes fazes constituiria uma cela e o satélite correspondente serviria para comunicar aos utentes que se encontrassem baixo sua impressão. A comunicação utente-satélite fá-se-ia em frequências de banda de 1,6 GHz, que permite o uso de dispositivos portáteis. A comunicação entre os satélites no espaço exterior levar-se-ia a cabo em uma banda Cá.

Em resumem, podemos ver este projecto como uma infra-estrutura GSM que cobre toda a Terra e que está pendurada" do céu.