Acesso à Internet via satélite - Satellite Internet access

Internet via satélite

Características da Internet via satélite
Médio	Ar ou Vácuo
Licença	ITU
Taxa máxima de downlink	1000 Gbit / s
Taxa máxima de uplink	1000 Mbit / s
Taxa média de downlink	1 Mbit / s
Taxa média de uplink	256 kbit / s
Latência	638 ms em média
Bandas de freqüência	L , C , K u , K a
Cobertura	100-6.000 km
Serviços adicionais	VoIP , SDTV , HDTV , VOD , Datacast
Média CPE preço	€ 300 ( modem + antena parabólica )

O acesso à Internet via satélite é o acesso à Internet fornecido por meio de satélites de comunicação . Serviço moderno consumidor da classe de Internet via satélite é normalmente fornecido para usuários individuais através de satélites geoestacionários que podem oferecer velocidades de dados relativamente altas, com os satélites mais recentes usando K _u banda para alcançar velocidades de dados downstream de até 506  Mbit / s . Além disso, novas constelações de internet via satélite estão sendo desenvolvidos em órbita terrestre baixa para permitir baixa latência de acesso à Internet a partir do espaço.

História

Após o lançamento do primeiro satélite, Sputnik 1 , pela União Soviética em outubro de 1957, os EUA lançaram com sucesso o satélite Explorer 1 em 1958. O primeiro satélite comercial de comunicações foi o Telstar 1 , construído pela Bell Labs e lançado em julho de 1962.

A ideia de um satélite geossíncrono - um que poderia orbitar a Terra acima do equador e permanecer fixo seguindo a rotação da Terra - foi proposta pela primeira vez por Herman Potočnik em 1928 e popularizada pelo autor de ficção científica Arthur C. Clarke em um artigo na revista Wireless World em 1945. O primeiro satélite a alcançar com sucesso a órbita geoestacionária foi o Syncom3 , construído pela Hughes Aircraft para a NASA e lançado em 19 de agosto de 1963. Gerações sucessivas de satélites de comunicações com capacidades maiores e características de desempenho aprimoradas foram adotadas para uso em entrega de televisão, aplicações militares e telecomunicações. Após a invenção da Internet e da World Wide Web, os satélites geoestacionários atraíram o interesse como um meio potencial de fornecer acesso à Internet.

Um facilitador significativo da Internet fornecida por satélite foi a abertura da banda K _a para satélites. Em Dezembro de 1993, Hughes Aircraft Co. arquivada na Comissão Federal de Comunicações para uma licença para lançar o primeiro K _um satélite -band, Spaceway . Em 1995, a FCC lançou um apelo por mais K _de aplicações de satélite -band, atraindo aplicações de 15 empresas. Entre eles estavam EchoStar , Lockheed Martin , GE-Americom , Motorola e KaStar Satellite, que mais tarde se tornou WildBlue .

Entre os aspirantes proeminentes no setor de Internet via satélite em estágio inicial estava o Teledesic , um projeto ambicioso e fracassado, financiado em parte pela Microsoft, que acabou custando mais de US $ 9 bilhões. A ideia de Teledesic era criar uma banda larga constelação de satélites de centenas de satélites em órbita baixa da K _uma frequência -band, proporcionando um acesso barato à Internet com velocidades de download de até 720 Mbit / s. O projeto foi abandonado em 2003. O fracasso da Teledesic, junto com os pedidos de concordata dos provedores de comunicações por satélite Iridium Communications Inc. e Globalstar , diminuiu o entusiasmo do mercado para o desenvolvimento da Internet via satélite. Não foi até setembro de 2003 quando o primeiro satélite pronto para Internet para consumidores foi lançado pela Eutelsat.

Em 2004, com o lançamento do Anik F2 , o primeiro satélite de alto rendimento , tornou-se operacional uma classe de satélites de próxima geração com capacidade e largura de banda aprimoradas. Mais recentemente, os satélites de alto rendimento, como o satélite ViaSat-1 da ViaSat em 2011 e o Júpiter da HughesNet em 2012, alcançaram melhorias adicionais, elevando as taxas de dados downstream de 1–3 Mbit / s para 12–15 Mbit / s e além. Os serviços de acesso à Internet vinculados a esses satélites são direcionados principalmente aos residentes rurais como uma alternativa ao serviço de Internet via dial-up, ADSL ou FSSes clássicos .

Em 2013, os quatro primeiros satélites da constelação O3b foram lançados em órbita terrestre média (MEO) para fornecer acesso à Internet aos “outros três mil milhões” de pessoas sem acesso estável à Internet na altura. Nos seis anos seguintes, 16 outros satélites se juntaram à constelação, agora pertencente e operada pela SES .

Desde 2014, um número crescente de empresas anunciou trabalhar no acesso à Internet usando constelações de satélites em órbita terrestre baixa . SpaceX , OneWeb e Amazon planejam lançar mais de 1000 satélites cada. A OneWeb sozinha arrecadou US $ 1,7 bilhão até fevereiro de 2017 para o projeto, e a SpaceX arrecadou mais de um bilhão no primeiro semestre de 2019 apenas para seu serviço chamado Starlink e esperava mais de US $ 30 bilhões em receita até 2025 de sua constelação de satélites. Muitas constelações planejadas empregam comunicação a laser para links inter-satélites para criar efetivamente um backbone de internet baseado no espaço .

Em setembro de 2017, a SES anunciou a próxima geração de satélites e serviço O3b , denominado O3b mPOWER . A constelação de 11 satélites MEO irá entregar 10 terabits de capacidade globalmente através de 30.000 spot beams para serviços de Internet de banda larga. Os três primeiros satélites O3b mPOWER estão programados para serem lançados no terceiro trimestre de 2021.

A partir de 2017, companhias aéreas como a Delta e a American têm introduzido a internet via satélite como meio de combater a largura de banda limitada em aviões e oferecer aos passageiros velocidades utilizáveis ​​de internet.

Empresas e mercado

Estados Unidos

As empresas que fornecem serviço de Internet doméstica nos Estados Unidos da América incluem a ViaSat , por meio de sua marca Exede , a EchoStar , por meio da subsidiária HughesNet , e a Starlink .

Reino Unido

No Reino Unido, as empresas que fornecem acesso à Internet via satélite incluem Konnect, Broadband Everywhere e Freedomsat.

Função

A Internet via satélite geralmente depende de três componentes principais: um satélite - historicamente em órbita geoestacionária (ou GEO), mas agora cada vez mais em órbita terrestre baixa (LEO) ou órbita terrestre média MEO) - uma série de estações terrestres conhecidas como gateways que retransmitem dados da Internet para e do satélite via ondas de rádio ( microondas ), e outras estações terrestres para atender cada assinante, com uma pequena antena e transceptor . Outros componentes de um sistema de Internet via satélite incluem um modem na extremidade do usuário que conecta a rede do usuário ao transceptor e um centro de operações de rede centralizado (NOC) para monitorar todo o sistema. Trabalhando em conjunto com um gateway de banda larga, o satélite opera uma topologia de rede em estrela, onde toda a comunicação da rede passa pelo processador de hub da rede, que está no centro da estrela. Com esta configuração, o número de estações terrestres que podem ser conectadas ao hub é virtualmente ilimitado.

Satélite

Comercializados como o centro das novas redes de satélite de banda larga estão uma nova geração de satélites GEO de alta potência posicionados 35.786 quilômetros (22.236 mi) acima do equador, operando no modo de banda K _a (18,3–30 GHz). Esses novos satélites construídos para esse fim são projetados e otimizados para aplicações de banda larga, empregando muitos feixes pontuais estreitos, que têm como alvo uma área muito menor do que os feixes largos usados ​​por satélites de comunicação anteriores. Esta tecnologia de feixe pontual permite que os satélites reutilizem a largura de banda atribuída várias vezes, o que pode permitir que eles atinjam uma capacidade geral muito maior do que os satélites convencionais de feixe amplo. Os feixes pontuais também podem aumentar o desempenho e a capacidade consequente, concentrando mais potência e aumentando a sensibilidade do receptor em áreas concentradas definidas. Os feixes pontuais são designados como um de dois tipos: feixes pontuais de assinante, que transmitem de e para o terminal do lado do assinante, e feixes pontuais de gateway, que transmitem de / para uma estação terrestre de provedor de serviços. Observe que se afastar da pegada estreita de um feixe de luz pode degradar o desempenho significativamente. Além disso, os feixes de luz podem tornar impossível o uso de outras novas tecnologias significativas, incluindo a modulação 'Carrier in Carrier '.

Em conjunto com a tecnologia de feixe pontual do satélite, uma arquitetura de tubo curvo tem sido tradicionalmente empregada na rede na qual o satélite funciona como uma ponte no espaço, conectando dois pontos de comunicação no solo. O termo "tubo curvo" é usado para descrever a forma do caminho de dados entre as antenas de envio e recebimento, com o satélite posicionado no ponto da curva. Simplificando, a função do satélite neste arranjo de rede é retransmitir sinais do terminal do usuário final para os gateways do ISP e vice-versa, sem processar o sinal no satélite. O satélite recebe, amplifica e redireciona uma portadora em uma freqüência de rádio específica por meio de um caminho de sinal denominado transponder.

Algumas constelações de satélites propostas em LEO, como Starlink e Telesat , empregarão equipamentos de comunicação a laser para links inter-satélites ópticos de alto rendimento. Os satélites interconectados permitem o roteamento direto dos dados do usuário de satélite para satélite e criam efetivamente uma rede de malha óptica baseada no espaço que permitirá o gerenciamento contínuo da rede e a continuidade do serviço.

O satélite tem seu próprio conjunto de antenas para receber sinais de comunicação da Terra e transmitir sinais para o local de destino. Essas antenas e transponders fazem parte da "carga útil" do satélite, projetada para receber e transmitir sinais de e para vários lugares da Terra. O que permite essa transmissão e recepção nos transponders de carga útil é um subsistema repetidor (equipamento de RF (radiofrequência)) usado para alterar as frequências, filtrar, separar, amplificar e agrupar os sinais antes de encaminhá-los para seu endereço de destino na Terra. A antena de recepção de alto ganho do satélite passa os dados transmitidos para o transponder, que os filtra, traduz e amplifica e, em seguida, os redireciona para a antena de transmissão a bordo. O sinal é então roteado para um local específico no solo por meio de um canal conhecido como portadora. Além da carga útil, o outro componente principal de um satélite de comunicações é chamado de ônibus, que compreende todos os equipamentos necessários para mover o satélite para a posição, fornecer energia, regular as temperaturas dos equipamentos, fornecer informações de saúde e rastreamento e realizar inúmeras outras tarefas operacionais.

Entradas

Junto com os avanços dramáticos na tecnologia de satélite na última década, o equipamento de solo evoluiu de forma semelhante, beneficiando-se de níveis mais altos de integração e aumentando o poder de processamento, expandindo os limites de capacidade e desempenho. O Gateway - ou Gateway Earth Station (seu nome completo) - também é conhecido como uma estação terrestre, teletransporte ou hub. O termo às vezes é usado para descrever apenas a parte do prato da antena, ou pode se referir ao sistema completo com todos os componentes associados. Resumindo, o gateway recebe sinais de ondas de rádio do satélite na última etapa do retorno ou carga útil upstream, transportando a solicitação originada do site do usuário final. O modem de satélite no local do gateway demodula o sinal de entrada da antena externa em pacotes IP e os envia para a rede local. O servidor / gateways de acesso gerenciam o tráfego transportado de / para a Internet. Uma vez que a solicitação inicial tenha sido processada pelos servidores do gateway, enviada e retornada da Internet, a informação solicitada é enviada de volta como uma carga útil direta ou descendente para o usuário final através do satélite, que direciona o sinal para o terminal de assinante. Cada gateway fornece a conexão ao backbone da Internet para o (s) feixe (s) de gateway que atende. O sistema de gateways que compreende o sistema terrestre de satélite fornece todos os serviços de rede para satélite e a conectividade terrestre correspondente. Cada gateway fornece uma rede de acesso multisserviço para conexões de terminais de assinantes com a Internet. No território continental dos Estados Unidos, por estar ao norte do equador, todas as antenas parabólicas e de gateway de assinante devem ter uma visão desobstruída do céu meridional. Por causa da órbita geoestacionária do satélite, a antena de gateway pode permanecer apontada em uma posição fixa.

Antena parabólica e modem

Para que o equipamento fornecido pelo cliente (ou seja, PC e roteador) acesse a rede de banda larga via satélite, o cliente deve ter componentes físicos adicionais instalados:

Unidade externa (ODU)

Na extremidade da unidade externa normalmente há uma pequena antena de rádio refletiva tipo parabólica (2–3 pés, 60–90 cm de diâmetro). A antena VSAT também deve ter uma visão desobstruída do céu para permitir a linha de visão adequada (LOS) para o satélite. Existem quatro configurações de características físicas usadas para garantir que a antena esteja configurada corretamente no satélite, que são: azimute , elevação, polarização e inclinação . A combinação dessas configurações dá à unidade externa um LOS para o satélite escolhido e torna possível a transmissão de dados. Esses parâmetros são geralmente definidos no momento em que o equipamento é instalado, junto com uma atribuição de feixe ( apenas banda K _a ); todas essas etapas devem ser executadas antes da ativação real do serviço. Os componentes de transmissão e recepção são normalmente montados no ponto focal da antena que recebe / envia dados de / para o satélite. As partes principais são:

• Feed - Este conjunto faz parte da cadeia de recepção e transmissão VSAT, que consiste em vários componentes com funções diferentes, incluindo o chifre de alimentação na parte frontal da unidade, que se assemelha a um funil e tem a função de focar os sinais de microondas do satélite através do superfície do refletor de prato. A buzina de alimentação recebe sinais refletidos da superfície da antena e transmite sinais de saída de volta para o satélite.
• Conversor de bloco ascendente (BUC) - Esta unidade fica atrás do chifre de alimentação e pode ser parte da mesma unidade, mas um BUC maior (potência mais alta) pode ser uma peça separada conectada à base da antena. Sua função é converter o sinal do modem para uma freqüência mais alta e amplificá-lo antes que seja refletido na antena e em direção ao satélite.
• Conversor descendente de bloco de baixo ruído (LNB) - Este é o elemento receptor do terminal. O trabalho do LNB é amplificar o sinal de rádio por satélite recebido que ricocheteia na antena e filtrar o ruído, que é qualquer sinal que não carregue informações válidas. O LNB passa o sinal amplificado e filtrado para o modem via satélite no local do usuário.

Unidade interna (IDU)

O modem via satélite serve como uma interface entre a unidade externa e o equipamento fornecido pelo cliente (ou seja, PC, roteador) e controla a transmissão e recepção do satélite. Do dispositivo de envio (computador, roteador, etc.), ele recebe um fluxo de bits de entrada e o converte ou modula em ondas de rádio, revertendo essa ordem para as transmissões de entrada, o que é chamado de demodulação . Ele fornece dois tipos de conectividade:

• Conectividade de cabo coaxial (COAX) com a antena de satélite. O cabo que transporta os sinais eletromagnéticos do satélite entre o modem e a antena geralmente é limitado a não mais do que 150 pés de comprimento.
• Conectividade Ethernet com o computador, transportando os pacotes de dados do cliente de e para os servidores de conteúdo da Internet.

Os modems de satélite de nível de consumidor normalmente empregam o padrão de telecomunicações DOCSIS ou WiMAX para se comunicar com o gateway atribuído.

Desafios e limitações

Latência de sinal

Latência (comumente chamada de "tempo de ping") é o atraso entre a solicitação de dados e o recebimento de uma resposta ou, no caso de comunicação unilateral, entre o momento real da transmissão de um sinal e o momento em que é recebido em seu destino.

Um sinal de rádio leva cerca de 120 milissegundos para alcançar um satélite geoestacionário e, em seguida, 120 milissegundos para alcançar a estação terrestre, ou seja, quase 1/4 de segundo no total. Normalmente, durante condições perfeitas, a física envolvida nas comunicações por satélite é responsável por aproximadamente 550 milissegundos de tempo de ida e volta de latência.

A latência mais longa é a principal diferença entre uma rede padrão baseada em terra e uma rede geoestacionária baseada em satélite. A latência de ida e volta de uma rede de comunicações geoestacionária por satélite pode ser mais de 12 vezes maior do que a de uma rede terrestre.

Órbitas geoestacionárias

Uma órbita geoestacionária (ou órbita geoestacionária da Terra / GEO) é uma órbita geossíncrona diretamente acima do equador da Terra (latitude 0 °), com um período igual ao período de rotação da Terra e uma excentricidade orbital de aproximadamente zero (ou seja, uma "órbita circular") . Um objeto em uma órbita geoestacionária aparece imóvel, em uma posição fixa no céu, para observadores no solo. Os lançadores costumam colocar satélites de comunicações e satélites meteorológicos em órbitas geoestacionárias, de modo que as antenas de satélite que se comunicam com eles não precisem se mover para rastreá-los, mas podem apontar permanentemente para a posição no céu onde os satélites estão. Devido à latitude de 0 ° constante e circularidade das órbitas geoestacionárias, os satélites em GEO diferem na localização apenas pela longitude.

Em comparação com a comunicação baseada no solo, todas as comunicações geoestacionárias por satélite experimentam latência mais alta devido ao sinal ter que viajar 35.786 km (22.236 mi) para um satélite em órbita geoestacionária e de volta à Terra novamente. Mesmo na velocidade da luz (cerca de 300.000 km / s ou 186.000 milhas por segundo), esse atraso pode parecer significativo. Se todos os outros atrasos de sinalização pudessem ser eliminados, um sinal de rádio ainda levaria cerca de 250 milissegundos (ms), ou cerca de um quarto de segundo, para viajar até o satélite e voltar ao solo. O valor total mínimo absoluto de atraso varia, devido ao satélite permanecer em um lugar no céu, enquanto os usuários baseados no solo podem estar diretamente abaixo (com uma latência de ida e volta de 239,6 ms), ou longe ao lado do planeta perto do horizonte (com uma latência de ida e volta de 279,0 ms).

Para um pacote de Internet, esse atraso é duplicado antes que uma resposta seja recebida. Esse é o mínimo teórico. A contabilização de outros atrasos normais de fontes de rede fornece uma latência de conexão unilateral típica de 500–700 ms do usuário para o ISP, ou cerca de 1.000–1.400 ms de latência para o tempo total de ida e volta (RTT) de volta para o usuário. Isso é mais do que a experiência da maioria dos usuários dial-up com latência total de 150–200 ms, e muito mais alta do que a latência típica de 15–40 ms experimentada por usuários de outros serviços de Internet de alta velocidade, como cabo ou VDSL .

Para satélites geoestacionários, não há maneira de eliminar a latência, mas o problema pode ser um pouco mitigado nas comunicações da Internet com recursos de aceleração TCP que encurtam o tempo de ida e volta aparente (RTT) por pacote dividindo ("spoofing") o ciclo de feedback entre os remetente e destinatário. Certos recursos de aceleração estão freqüentemente presentes em recentes desenvolvimentos de tecnologia incorporados em equipamentos de Internet via satélite.

A latência também impacta o início de conexões seguras com a Internet, como SSL, que requerem a troca de várias partes de dados entre o servidor da web e o cliente da web. Embora esses dados sejam pequenos, as múltiplas viagens de ida e volta envolvidas no aperto de mão produzem longos atrasos em comparação com outras formas de conectividade com a Internet, conforme documentado por Stephen T. Cobb em um relatório de 2011 publicado pela Rural Mobile and Broadband Alliance. Esse incômodo se estende à inserção e edição de dados usando algum software como serviço ou aplicativos SaaS , bem como em outras formas de trabalho online.

Deve-se testar exaustivamente a funcionalidade do acesso interativo ao vivo a um computador distante - como redes virtuais privadas . Muitos protocolos TCP não foram projetados para funcionar em ambientes de alta latência.

Órbitas terrestres médias e baixas

As constelações de satélites de órbita terrestre média (MEO) e de órbita terrestre baixa (LEO) não apresentam atrasos tão grandes, pois os satélites estão mais próximos do solo. Por exemplo:

• Os actuais constelações de LEO Globalstar e Iridium satélites têm atrasos de menos do que 40 ms de ida e volta, mas a sua taxa de transferência é inferior a banda larga a 64 kbit / s para cada canal. A constelação Globalstar orbita 1.420 km acima da Terra e as órbitas de Iridium a 670 km de altitude.
• A constelação O3b orbita a 8.062 km, com latência RTT de aproximadamente 125 ms. A rede também foi projetada para um rendimento muito maior com links bem acima de 1 Gbit / s (Gigabits por segundo). A próxima constelação O3b mPOWER compartilha a mesma órbita e fornecerá de 50 Mbps a vários gigabits por segundo para um único usuário.

Ao contrário dos satélites geoestacionários, os satélites LEO e MEO não ficam em uma posição fixa no céu e de uma altitude mais baixa eles podem "ver" uma área menor da Terra , e assim o acesso amplo e contínuo requer uma constelação de muitos satélites (Terra baixa órbitas que precisam de mais satélites do que órbitas médias da Terra) com gerenciamento de constelação complexo para alternar a transferência de dados entre satélites e manter a conexão com um cliente e rastreamento pelas estações terrestres.

Os satélites MEO requerem transmissões de maior potência do que LEO para atingir a mesma intensidade de sinal na estação terrestre, mas sua altitude maior também fornece menos superlotação orbital e sua velocidade de órbita mais lenta reduz o deslocamento Doppler e o tamanho e complexidade da constelação necessária.

O rastreamento dos satélites em movimento é geralmente realizado de uma das três maneiras, usando:

• antenas terrestres mais difusas ou totalmente omnidirecionais capazes de se comunicar com um ou mais satélites visíveis no céu ao mesmo tempo, mas com potência de transmissão significativamente maior do que antenas parabólicas geoestacionárias fixas (devido ao ganho inferior), e com sinal muito mais pobre -Rácios de ruído para receber o sinal
• montagem de antenas motorizadas com antenas de feixe estreito de alto ganho rastreando satélites individuais
• antenas phased array que podem direcionar o feixe eletronicamente, juntamente com software que pode prever o caminho de cada satélite na constelação

Aeronaves ultraleves atmosféricas como satélites

Uma alternativa proposta para retransmitir satélites é uma aeronave ultraleve movida a energia solar para fins especiais , que voaria ao longo de um caminho circular acima de um local fixo no solo, operando sob controle de computador autônomo a uma altura de aproximadamente 20.000 metros.

Por exemplo, o projeto Vulture da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos Estados Unidos previa uma aeronave ultraleve capaz de se manter estacionada em uma área fixa por um período de até cinco anos, e capaz de fornecer vigilância contínua para ativos terrestres, bem como para serviço redes de comunicação de latência extremamente baixa. Este projeto foi cancelado em 2012 antes de entrar em operação.

As baterias a bordo seriam carregadas durante o dia por meio de painéis solares que cobrem as asas e forneceriam energia ao avião durante a noite. Antenas parabólicas de internet via satélite em terra retransmitiriam sinais de e para a aeronave, resultando em uma latência de sinal de ida e volta bastante reduzida de apenas 0,25 milissegundos. Os aviões poderiam rodar por longos períodos sem reabastecimento. Vários desses esquemas envolvendo vários tipos de aeronaves foram propostos no passado.

Interferência

As comunicações por satélite são afetadas pela umidade e várias formas de precipitação (como chuva ou neve) no caminho do sinal entre os usuários finais ou estações terrestres e o satélite que está sendo utilizado. Essa interferência com o sinal é conhecida como desvanecimento da chuva . Os efeitos são menos pronunciados nas bandas 'L' e 'C' de frequência mais baixa, mas podem se tornar bastante graves nas bandas 'Ku' e 'Ka' de frequência mais alta. Para serviços de Internet via satélite em áreas tropicais com chuvas fortes, o uso da banda C (4/6 GHz) com um satélite de polarização circular é popular. As comunicações por satélite na banda K _a (19/29 GHz) podem usar técnicas especiais, como grandes margens de chuva , controle de potência de uplink adaptável e taxas de bits reduzidas durante a precipitação.

As margens de chuva são os requisitos de link de comunicação extras necessários para levar em conta as degradações do sinal devido à umidade e precipitação, e são de extrema importância em todos os sistemas operando em frequências acima de 10 GHz.

A quantidade de tempo durante a qual o serviço é perdido pode ser reduzida aumentando o tamanho da antena de comunicação via satélite de modo a coletar mais do sinal do satélite no downlink e também para fornecer um sinal mais forte no uplink. Em outras palavras, aumentar o ganho da antena por meio do uso de um refletor parabólico maior é uma forma de aumentar o ganho geral do canal e, consequentemente, a relação sinal-ruído (S / N), que permite maior perda de sinal devido à chuva desvanece-se sem que a relação S / N caia abaixo de seu limite mínimo para uma comunicação bem-sucedida.

As antenas parabólicas modernas voltadas para o consumidor tendem a ser bastante pequenas, o que reduz a margem de chuva ou aumenta a potência e o custo do downlink do satélite necessário. No entanto, muitas vezes é mais econômico construir um satélite mais caro e antenas de consumidor menores e mais baratas do que aumentar o tamanho da antena de consumidor para reduzir o custo do satélite.

Grandes pratos comerciais de 3,7 ma 13 m de diâmetro podem ser usados ​​para aumentar as margens de chuva e também para reduzir o custo por bit, permitindo códigos de modulação mais eficientes. Como alternativa, antenas de abertura maior podem exigir menos energia do satélite para atingir um desempenho aceitável. Os satélites normalmente usam energia solar fotovoltaica , portanto, não há despesas com a energia em si, mas um satélite mais poderoso exigirá painéis solares e eletrônicos maiores e mais poderosos, geralmente incluindo uma antena transmissora maior. Os componentes maiores do satélite não apenas aumentam os custos de materiais, mas também aumentam o peso do satélite e, em geral, o custo para lançar um satélite em órbita é diretamente proporcional ao seu peso. (Além disso, uma vez que os veículos de lançamento de satélite [ou seja, foguetes] têm limites de tamanho de carga útil específicos, tornar as partes do satélite maiores pode exigir mecanismos de dobramento mais complexos para partes do satélite, como painéis solares e antenas de alto ganho, ou atualização para um mais veículo de lançamento caro que pode lidar com uma carga útil maior.)

Portadoras moduladas podem ser alteradas dinamicamente em resposta a problemas de chuva ou outras deficiências de link usando um processo chamado codificação e modulação adaptativa, ou "ACM". O ACM permite que as taxas de bits sejam aumentadas substancialmente durante condições normais de céu claro, aumentando o número de bits por Hz transmitidos e, assim, reduzindo o custo geral por bit. A codificação adaptativa requer algum tipo de canal de retorno ou feedback que pode ser feito por qualquer meio disponível, satélite ou terrestre.

Linha de visão

Dois objetos são considerados dentro da linha de visão se uma linha reta entre os objetos puder ser conectada sem qualquer interferência, como uma montanha. Um objeto além do horizonte está abaixo da linha de visão e, portanto, pode ser difícil de se comunicar.

Normalmente, é necessária uma linha de visão totalmente desobstruída entre a antena parabólica e o satélite para que o sistema funcione de forma otimizada. Além de o sinal ser suscetível à absorção e dispersão pela umidade, o sinal é afetado de forma semelhante pela presença de árvores e outra vegetação no caminho do sinal. À medida que a frequência de rádio diminui, para abaixo de 900 MHz, a penetração através da vegetação aumenta, mas a maioria das comunicações por satélite opera acima de 2 GHz, tornando-as sensíveis até mesmo a obstruções menores, como folhagens de árvores. A instalação de um prato no inverno deve levar em consideração o crescimento da folhagem da planta que aparecerá na primavera e no verão.

Zona de Fresnel

Mesmo se houver uma linha de visão direta entre a antena transmissora e receptora, os reflexos de objetos próximos ao caminho do sinal podem diminuir a potência do sinal aparente por meio de cancelamentos de fase. Se e quanto sinal é perdido por uma reflexão é determinado pela localização do objeto na zona de Fresnel das antenas.

Comunicação bidirecional apenas por satélite

O serviço de Internet bidirecional via satélite de nível doméstico ou de consumidor envolve tanto o envio quanto o recebimento de dados de um terminal remoto de abertura muito pequena (VSAT) via satélite para uma porta de telecomunicações hub (teletransporte), que então retransmite os dados via Internet terrestre. A antena parabólica em cada local deve ser apontada com precisão para evitar interferência com outros satélites. Em cada site VSAT, a frequência de uplink, a taxa de bits e a potência devem ser definidas com precisão, sob controle do hub do provedor de serviços.

Existem vários tipos de serviços de Internet via satélite bidirecionais, incluindo acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) e canal único por portadora (SCPC). Os sistemas bidirecionais podem ser terminais VSAT simples com uma antena parabólica de 60–100 cm e potência de saída de apenas alguns watts destinados a consumidores e pequenas empresas ou sistemas maiores que fornecem mais largura de banda. Esses sistemas são frequentemente comercializados como "banda larga via satélite" e podem custar duas a três vezes mais por mês do que os sistemas terrestres, como o ADSL . Os modems necessários para este serviço geralmente são proprietários, mas alguns são compatíveis com vários provedores diferentes. Eles também são caros, custando na faixa de US $ 600 a $ 2.000.

O bidireccional "iLNB" utilizado no SES banda larga prato terminal tem um transmissor e um único polaridade receber LNB, tanto no funcionamento K _u banda . Os preços dos modems de banda larga SES variam de € 299 a € 350. Esses tipos de sistema geralmente são inadequados para uso em veículos em movimento, embora alguns pratos possam ser ajustados a um mecanismo automático de panorâmica e inclinação para realinhar continuamente o prato - mas estes são mais caros. A tecnologia para SES Broadband foi fornecida por uma empresa belga chamada Newtec.

Largura de banda

Os clientes consumidores de Internet via satélite variam de usuários domésticos individuais com um PC a grandes sites comerciais remotos com várias centenas de PCs.

Os usuários domésticos tendem a usar a capacidade de satélite compartilhada para reduzir o custo, ao mesmo tempo que permitem altas taxas de bits de pico quando o congestionamento está ausente. Geralmente, há limites de largura de banda baseados em tempo para que cada usuário receba sua parte justa, de acordo com seu pagamento. Quando um usuário excede sua permissão, a empresa pode diminuir seu acesso, diminuir a prioridade de seu tráfego ou cobrar pelo excesso de largura de banda usada. Para o consumidor de Internet via satélite, a permissão pode variar normalmente de 200  MB por dia a 25  GB por mês. Uma operadora de download compartilhado pode ter uma taxa de bits de 1 a 40 Mbit / s e ser compartilhada por até 100 a 4.000 usuários finais.

A direção do uplink para clientes de usuários compartilhados é normalmente o acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA), que envolve a transmissão de rajadas de pacotes curtos ocasionais entre outros usuários (semelhante a como um telefone celular compartilha uma torre de celular).

Cada local remoto também pode ser equipado com um modem telefônico; as conexões para isso são como com um ISP dial-up convencional. Os sistemas de satélite bidirecionais podem às vezes usar o canal do modem em ambas as direções para dados onde a latência é mais importante do que a largura de banda, reservando o canal de satélite para download de dados onde a largura de banda é mais importante do que a latência, como para transferências de arquivos .

Em 2006, a Comissão Europeia patrocinou o Projeto UNIC que visava desenvolver um banco de ensaio científico de ponta a ponta para a distribuição de novos serviços centrados em TV interativa de banda larga entregues por satélite bidirecional de baixo custo para usuários finais reais no casa. A arquitetura UNIC emprega o padrão DVB-S2 para downlink e o padrão DVB-RCS para uplink.

As antenas VSAT normais (1,2–2,4 m de diâmetro) são amplamente utilizadas para serviços de telefonia VoIP. Uma chamada de voz é enviada por meio de pacotes via satélite e Internet. Usando técnicas de codificação e compressão, a taxa de bits necessária por chamada é de apenas 10,8 kbit / s em cada sentido.

Internet via satélite portátil

Modem de satélite portátil

Eles geralmente vêm na forma de uma caixa retangular plana independente que precisa ser apontada na direção geral do satélite - ao contrário do VSAT, o alinhamento não precisa ser muito preciso e os modems têm medidores de intensidade de sinal integrados para ajudar o usuário a alinhar o dispositivo corretamente. Os modems têm conectores, como comumente usado Ethernet ou Universal Serial Bus (USB). Alguns também possuem um transceptor Bluetooth integrado e funcionam como um telefone via satélite. Os modems também tendem a ter suas próprias baterias para que possam ser conectados a um laptop sem descarregar a bateria. O sistema mais comum é o BGAN da INMARSAT - esses terminais têm o tamanho de uma pasta e velocidades de conexão quase simétricas de cerca de 350–500 kbit / s. Existem modems menores como os oferecidos pela Thuraya, mas só se conectam a 444 kbit / s em uma área de cobertura limitada. A INMARSAT agora oferece o IsatHub, um modem via satélite do tamanho de um livro de bolso que funciona em conjunto com o telefone celular e outros dispositivos dos usuários. O custo foi reduzido para US $ 3 por MB e o próprio dispositivo está à venda por cerca de US $ 1300.

Usar tal modem é extremamente caro - a transferência de dados custa entre US $ 5 e US $ 7 por megabyte . Os próprios modems também são caros, geralmente custando entre US $ 1.000 e US $ 5.000.

Internet via telefone via satélite

Por muitos anos, os telefones via satélite foram capazes de se conectar à Internet. A largura de banda varia de cerca de 2.400 bits / s para satélites da rede Iridium e telefones baseados em ACeS a 15 kbit / s para upstream e 60 kbit / s para downstream para aparelhos Thuraya . A Globalstar também fornece acesso à Internet a 9600 bit / s - como Iridium e ACeS, uma conexão dial-up é necessária e é cobrada por minuto, no entanto, a Globalstar e a Iridium estão planejando lançar novos satélites oferecendo serviços de dados sempre ativos a taxas mais altas. Com os telefones Thuraya, a conexão dial-up de 9.600 bit / s também é possível, o serviço de 60 kbit / s está sempre ativo e o usuário é cobrado pelos dados transferidos (cerca de US $ 5 por megabyte ). Os telefones podem ser conectados a um laptop ou outro computador usando uma interface USB ou RS-232 . Devido às baixas larguras de banda envolvidas, é extremamente lento navegar na web com essa conexão, mas útil para enviar e-mail, dados Secure Shell e usar outros protocolos de baixa largura de banda. Como os telefones via satélite tendem a ter antenas omnidirecionais, nenhum alinhamento é necessário, desde que haja uma linha de visão entre o telefone e o satélite.

Recepção unilateral, com transmissão terrestre

Os sistemas de Internet por satélite de retorno terrestre unilateral são usados ​​com acesso dial-up convencional à Internet , com dados de saída ( upstream ) viajando através de um modem telefônico , mas os dados downstream são enviados via satélite a uma taxa mais alta. Nos EUA, uma licença FCC é necessária apenas para a estação de uplink; nenhuma licença é necessária para os usuários.

Outro tipo de sistema de Internet via satélite unilateral usa o General Packet Radio Service (GPRS) para o canal de apoio. Usando GPRS padrão ou Taxas de dados aprimoradas para evolução GSM (EDGE), os custos são reduzidos para taxas efetivas mais altas se o volume de upload for muito baixo e também porque este serviço não é cobrado por hora, mas cobrado pelo volume carregado. O GPRS como retorno melhora a mobilidade quando o serviço é prestado por um satélite que transmite na faixa de 100-200 kW. Usando uma antena parabólica de 33 cm de largura, um notebook e um telefone GSM equipado com GPRS normal , os usuários podem obter banda larga móvel via satélite.

Componentes do sistema

A estação transmissora tem dois componentes, consistindo em uma conexão de Internet de alta velocidade para atender vários clientes ao mesmo tempo, e o uplink do satélite para transmitir os dados solicitados aos clientes. Os roteadores do ISP se conectam a servidores proxy que podem impor limites de largura de banda de qualidade de serviço (QoS) e garantias para o tráfego de cada cliente.

Freqüentemente, as pilhas de IP não padrão são usadas para resolver os problemas de latência e assimetria da conexão do satélite. Tal como acontece com os sistemas de recepção unilateral, os dados enviados pelo link do satélite geralmente também são criptografados, caso contrário, estariam acessíveis a qualquer pessoa com um receptor de satélite.

Muitas implementações de IP sobre satélite usam servidores proxy emparelhados em ambos os terminais, para que certas comunicações entre clientes e servidores não precisem aceitar a latência inerente a uma conexão de satélite. Por razões semelhantes, existem implementações de rede privada virtual (VPN) especiais projetadas para uso em links de satélite porque o software VPN padrão não pode lidar com longos tempos de viagem de pacote.

As velocidades de upload são limitadas pelo modem dial-up do usuário, enquanto as velocidades de download podem ser muito rápidas em comparação com o dial-up, usando o modem apenas como canal de controle para confirmação de pacotes.

A latência ainda é alta, embora menor do que a Internet por satélite geoestacionária bidirecional completa, uma vez que apenas metade do caminho de dados é via satélite, a outra metade via canal terrestre.

Transmissão unilateral, receba apenas

Os sistemas de transmissão unilateral da Internet por satélite são usados ​​para transmissão de dados, áudio e vídeo com base no protocolo da Internet (IP) . Nos EUA , uma licença da Federal Communications Commission (FCC) é necessária apenas para a estação de uplink e nenhuma licença é necessária para os usuários. Observe que a maioria dos protocolos da Internet não funcionará corretamente no acesso unilateral, uma vez que requerem um canal de retorno. No entanto, o conteúdo da Internet, como páginas da web, ainda pode ser distribuído em um sistema unilateral, "empurrando" para o armazenamento local nos sites do usuário final, embora a interatividade total não seja possível. É muito parecido com o conteúdo de TV ou rádio, que oferece pouca interface de usuário.

O mecanismo de transmissão pode incluir compactação e correção de erros para ajudar a garantir que a transmissão unilateral seja recebida corretamente. Os dados também podem ser retransmitidos periodicamente, de modo que os receptores que não tiveram sucesso anteriormente tenham chances adicionais de tentar fazer o download novamente.

Os dados também podem ser criptografados, de forma que, embora qualquer pessoa possa recebê-los, apenas alguns destinos possam realmente decodificar e usar os dados transmitidos. Os usuários autorizados só precisam ter a posse de uma chave de descriptografia curta ou de um dispositivo de código rolante automático que use seu próprio mecanismo de temporização independente e altamente preciso para descriptografar os dados.

Componentes de hardware do sistema

Semelhante ao retorno terrestre unilateral, o acesso à Internet via satélite pode incluir interfaces para a rede telefônica pública comutada para aplicações de squawk box. Não é necessária uma conexão com a Internet, mas muitos aplicativos incluem um servidor FTP ( File Transfer Protocol ) para enfileirar os dados para transmissão.

Componentes de software do sistema

A maioria dos aplicativos de transmissão unilateral exige programação personalizada nos sites remotos. O software no site remoto deve filtrar, armazenar, apresentar uma interface de seleção e exibir os dados. O software na estação transmissora deve fornecer controle de acesso, enfileiramento de prioridade, envio e encapsulamento dos dados.

Serviços

Os serviços comerciais emergentes nesta área incluem:

• Outernet - tecnologia de constelação de satélites

Eficiência aumenta

Relatório da FCC de 2013 cita grande salto no desempenho do satélite

Em seu relatório divulgado em fevereiro de 2013, a Federal Communications Commission observou avanços significativos no desempenho da Internet via satélite. O relatório Measuring Broadband America da FCC também classificou os principais ISPs de acordo com o quão perto eles chegaram de cumprir as velocidades anunciadas. Nesta categoria, a Internet via satélite liderou a lista, com 90% dos assinantes vendo velocidades de 140% ou melhores do que o anunciado.

Reduzindo a latência do satélite

Grande parte da lentidão associada à Internet via satélite é que, para cada solicitação, muitas viagens de ida e volta devem ser concluídas antes que qualquer dado útil possa ser recebido pelo solicitante. Pilhas de IP especiais e proxies também podem reduzir a latência diminuindo o número de viagens de ida e volta ou simplificando e reduzindo o comprimento dos cabeçalhos de protocolo. As tecnologias de otimização incluem aceleração de TCP , pré-busca de HTTP e cache de DNS, entre muitos outros. Consulte o padrão de especificações de protocolo de comunicações espaciais (SCPS), desenvolvido pela NASA e amplamente adotado por fornecedores comerciais e militares de equipamentos e software no mercado.

Satélites lançados

O satélite WINDS foi lançado em 23 de fevereiro de 2008. O satélite WINDS é usado para fornecer serviços de Internet de banda larga para o Japão e locais na região da Ásia-Pacífico. O satélite fornece uma velocidade máxima de 155 Mbit / s para baixo e 6 Mbit / s para residências com uma antena de abertura de 45 cm e uma conexão de 1,2 Gbit / s para empresas com uma antena de 5 metros. Ele atingiu o fim de sua expectativa de vida de design.

O SkyTerra-1 foi lançado em meados de novembro de 2010, fornecendo para a América do Norte, enquanto o Hylas-1 foi lançado em novembro de 2010, visando a Europa.

Em 26 de dezembro de 2010, o KA-SAT da Eutelsat foi lançado. Cobre o continente europeu com 80 sinais focados em feixes pontuais que cobrem uma área de algumas centenas de quilômetros na Europa e no Mediterrâneo. Os feixes pontuais permitem que as frequências sejam efetivamente reutilizadas em várias regiões sem interferência. O resultado é maior capacidade. Cada um dos feixes pontuais tem uma capacidade total de 900 Mbit / se todo o satélite terá uma capacidade de 70 Gbit / s.

O ViaSat-1 , o satélite de comunicações de maior capacidade do mundo, foi lançado em 19 de outubro de 2011 em Baikonur, Cazaquistão, oferecendo 140 Gbit / s de capacidade total de transferência, por meio do serviço Exede Internet . Os passageiros a bordo da JetBlue Airways podem usar este serviço desde 2015. O serviço também foi expandido para United Airlines , American Airlines , Scandinavian Airlines , Virgin America e Qantas .

O satélite EchoStar XVII foi lançado em 5 de julho de 2012 pela Arianespace e foi colocado em seu slot orbital geossíncrono permanente de 107,1 ° de longitude oeste, atendendo à HughesNet . Este K _um satélite -band tem mais de 100 Gbit / s de taxa de transferência de capacidade.

Desde 2013, a constelação de satélites O3b afirma uma latência de ida e volta de ponta a ponta de 238 ms para serviços de dados.

Em 2015 e 2016, o governo australiano lançou dois satélites para fornecer internet a australianos regionais e residentes de territórios externos, como a Ilha de Norfolk e a Ilha Christmas .

Órbita terrestre baixa

Em setembro de 2020, cerca de 700 satélites foram lançados para Starlink e 74 para a constelação de satélites OneWeb . Starlink iniciou sua fase beta privada.

Em oceanografia e em sismologia

As comunicações por satélite são usadas para transmissão de dados, diagnóstico remoto de instrumentos , para medições físicas de satélite e oceanográficas da superfície do mar (por exemplo, temperatura da superfície do mar e altura da superfície do mar ) até o fundo do oceano e para análises sismológicas .

Veja também

Referências

links externos

• Esforços de padronização de sistemas de equipamentos de satélite ViaSat / TIA