Vantagens e os desafios de sistemas de comunicações via satélite Low Earth Orbit (LEO)

Os satélites LEO (Low Earth Orbit) são satélites que surgem como uma alternativa eficaz para os satélites GEO (Geostationnary Earth Orbit). Ficam a uma altitude de 800 km, cobrindo apenas uma pequena área da terra, precisando de vários satélites em órbita para dar continuidade e ter uma ampla área de abrangência.

Pela baixa altitude a distância entre os satélites é somente um pouco mais longa do que se fosse pela terra. A sua velocidade de propagação da onda é 50% mais rápida do que na fibra ótica, pretendendo assim um baixo atraso de propagação. O artigo discute essa diferença de propagação entre satélites LEO e GEO e qual o seu impacto.

Todos os satélites usados para comunicação de vídeo, voz, dados e outros são satélites GEO. Eles são mantidos no plano equatorial da terra a uma altitude de 35680km, estando as distâncias entre os terminais e o satélite situar-se entre 35680 e 40496km. O tempo de propagação entre um terminal e um satélite é de 120 à 136ms, porém o caminho de duas vias é quatro vezes esse valor, sendo o valor real de 480 à 544ms. Tomando o caso da telefonia, o sinal pode percorrer por terra, adicionando 1ms a cada 160km, num país como os EUA por exemplo, pode-se adicionar até 30ms. Assim, o atraso pode ficar entre 520 e 584ms.

Nos sistemas de telecomunicações, em conversação por exemplo, o atraso de propagação influencia na qualidade do serviço. Esse atraso é percebido no uso de satélites GEO, causando dificuldades na comunicação. Alguns sistemas modernos retiram o eco para reduzir este efeito, mas a demora continua.

Uma conversa face a face, numa distância de 3 a 4 metros em duas vias, gera um atraso de 20ms (causado pela velocidade de propagação do som no ar). Um conversa telefônica de ponta-a-ponta nos EUA, gera um atraso entre 25 e 30ms, passando praticamente imperceptível. Em testes realizados, a demora de seres humanos responderem a estímulos fica entre 200 e 300ms, tornando visível o atraso em tempos maiores que estes. A longa demora de propagação também é prejudicial nos protocolos de comunicação de dados.

Quanto aos satélites LEO, seu número de satélites em órbita deve ser suficiente para que ocorra uma superposição entre o início e fim da abrangência de cada um. Para sistemas utilizando um ângulo de 40° por exemplo, a constelação pode utilizar 21 órbitas, tendo 40 satélites por órbita, resultando em distâncias de separação de 1005km Norte-Sul, e de 816 a 1061km Leste-Oeste (distâncias maiores quanto mais perto da linha do equador). Essas disposições garantem um cone de vista (abrangência) de 1781km de diâmetro, garantindo a superposição dos satélites.

As ligações feitas de satélite a satélite tem o princípio de que são propagadas na velocidade da luz, e as ligações de fibra ótica são propagadas em 2/3 dessa velocidade.Um exemplo para ilustrar a diferença entre atraso de propagação entre satélites GEO, LEO e fibra ótica, seria levar um sinal de Washington a São Francisco (EUA). Por fibra ótica, o atraso seria de 40ms. Considerando satélites LEO poderia no caso, levar de 30ms (utilizando um satélite) a 43ms (utilizando dois satélites). Assim o atraso é igual ou menor usando satélites LEO, não sendo ainda perceptível o atraso em chamadas telefônicas e sendo bem melhores que satélites GEO onde o atraso seria de 590ms.

Comunicações via satélite tem uma vantagem significativa em comparação às comunicações via cabos terrestres, estando livres da intervenção do homem ou da natureza. A comunicação sem fio foi fornecida pelos satélites GEO e marcaram o início de um mundo conectado, no entanto com uma menor qualidade de serviço. Agora os satélites LEO vem com a promessa de fornecer comunicação sem fios com um atraso menor que o da fibra ótica, eliminando a principal causa da diminuição da qualidade do serviço nos sistemas de satélite.

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