Orçamento de links via satélite: chuva, absorção e disponibilidade

Por que os links de satélite acima de 10 GHz são diferentes

Um salto de micro-ondas terrestre entre duas torres é quase entediante quando a perda de caminho é conhecida: adicione alguns dB de margem de chuva e pronto. Um downlink de satélite acima de 10 GHz não é. O sinal atravessa toda a troposfera de forma inclinada, a atenuação da chuva cresce abruptamente com a frequência e a meta de disponibilidade — digamos 99,9% do ano, que ainda permite 8,76 horas de interrupção — é definida pelas piores horas de clima em um determinado local.

Esse último ponto importa mais do que qualquer outro. Chuva, nuvem e vapor de água são propriedades do local, não da faixa de latitude em que ele se encontra. Este passo a passo cria um downlink direto para casa em banda Ka para uma antena parabólica de 60 cm em Londres e mostra todos os números que o Satellite Link Budget Analyzer usa ao longo do caminho.

O que a ferramenta calcula

O analisador lê o clima do local a partir dos mapas digitais do ITU-R e executa os métodos de previsão do ITU-R nele:

A implementação é uma porta da biblioteca ITU-RPy de código aberto e concorda com ela em 0,001% em doze locais de teste. A cintilação troposféricanão está incluída — a P.618 precisa do diâmetro e da eficiência da antena receptora — e o resultado diz isso.

O exemplo: downlink direto para casa da banda Ka

Três desses números são derivados e vale a pena fazê-los uma vez à mão. Alcance inclinado. Um satélite GEO 35.786 km acima do equador está mais distante do que sua altitude de qualquer lugar, exceto do ponto subsatélite. Com raio da Terra $R_E$ = 6378 km e raio de órbita $r$ = 42.164 km: G/T. Uma antena parabólica de 0,60 m com eficiência de 65% tem um ganho de $10\log_{10}\left(0.65\,(\pi D f/c)^2\right)$ = 40,1 dBi a 20 GHz. Com uma temperatura do sistema de 150 K (21,8 dBK), G/T = 18,4 dB/K. Eb/N0. O ETSI EN 302 307-1 necessário fornece um Es/N0 ideal de 7,91 dB para 8PSK 3/4. Cada símbolo carrega 3 × 0,75 = 2,25 bits de informação, então $E_b/N_0 = 7.91 - 10\log_{10}(2.25) = 4.4$ dB.

O clima do site

Antes de qualquer atenuação ser calculada, a ferramenta lê o clima a 51,5° N, 0,1° W e lista todos os valores usados:

A mesma análise em Cingapura diz $R_{0.01}$ = 100 mm/h. Em Madri, indica 25,1 mm/h — quase a figura de Londres, mas com uma altura de chuva, clima de nuvem e ângulo de elevação diferentes o suficiente para mudar a resposta, como veremos.

O orçamento em 99,9%

O link não fecha em 99,9%. Chuva é o maior termo atmosférico, mas não tanto quanto o folclore sugere: gás e nuvem adicionam mais 1,94 dB entre eles.

Por que o gás e a nuvem são tomados a 1% quando a meta é 0,1%? Porque a seção 2.5 da P.618-13 diz isso. O gás e a nuvem não crescem da mesma forma que a chuva nos desvanecimentos mais raros; portanto, abaixo de 1% de excedência, o método os mantém em seus valores de 1% e os combina com a atenuação da chuva na probabilidade alvo:

com $A_S$ = 0 aqui porque a cintilação não é modelada.

A curva de disponibilidade

A ferramenta avalia todo o orçamento em cada disponibilidade, não apenas na meta:

Este terminal de 60 cm fecha cerca de 99,66 por cento do ano. Passar de 99,9% para 99,99% custa mais 8,1 dB de atenuação da chuva — cada nove a mais é muito mais cara que a anterior.

Monte Carlo: incerteza em torno do orçamento nominal

Com uma conta paga, a ferramenta executa 100.000 testes de acordo com o orçamento nominal (10.000 no nível gratuito). Ele varia EIRP e G/T (σ = 0,3 dB cada), adiciona uma perda de apontamento (exponencial, média de 0,2 dB), escala a atenuação da chuva por um spread log-normal da taxa de chuva ( (σ = 0,5) e adiciona um termo de desvanecimento (|normal|, σ = 0,4 dB). Este é um modelo de incerteza que a ferramenta aplica em torno do resultado do ITU-R — ele não é em si um método ITU-R.

Para o design de 60 cm a 99,9%:

A mediana fica abaixo dos −2,09 dB nominais porque apontar e desvanecer só é subtraído. A cauda p5 é longa porque a propagação da taxa de chuva multiplica uma atenuação que já é de 4,2 dB: um ano mais chuvoso do que o previsto dói muito mais do que um mais seco ajuda.

Fechando o link

Um prato de 90 cm ou uma queda para QPSK 3/4 fecha o link nominalmente. Nenhum deles torna a margem p5 positiva — se você precisa de 95% dos terminais para atingir 99,9% em um ano mais úmido do que a média, ainda precisa de mais. A codificação e modulação adaptativas, suportadas pelo DVB-S2, existem exatamente para isso: execute o 8PSK em céu limpo e volte para o QPSK em um fade.

E 99,99%? Até a antena de 90 cm tem 6,68 dB a menos, com 12,29 dB de chuva.

O site é mais importante do que a latitude

Execute o mesmo terminal 8PSK 3/4 de 60 cm em outro lugar (cada local em sua própria elevação GEO):

Madri e Londres têm quase o mesmo $R_{0.01}$, mas a elevação mais alta e o clima de nuvens mais secas de Madri o colocam 2,15 dB à frente. Cingapura, com um satélite quase no alto, ainda tem 19 dB a menos: os links tropicais da banda Ka precisam de um design totalmente diferente.

Modo terrestre

Mude o tipo de link para terrestre e a ferramenta deixará de tratar o caminho como uma inclinação através da camada de chuva. A chuva segue o método de redução de caminho ITU-R P.530-17 ao longo do comprimento do caminho, e o gás é a atenuação específica ao nível do solo multiplicada por esse comprimento. Para um salto de 23 GHz e 15 km no mesmo local de Londres:

A absorção gasosa adiciona 5,1 dB nos 15 km: 23 GHz fica ao lado da linha de vapor de água de 22,2 GHz. O resultado terrestre também indica o que não inclui: o desvanecimento de vários caminhos, que o P.530 prevê a partir de dados geoclimáticos e de terreno que a ferramenta não tem.

O que isso significa operacionalmente

Para um serviço de transmissão, 99,9% (8,76 h/ano de interrupção) são típicos e 99,7% geralmente são aceitos na banda Ka. Os vínculos aéreos ou financeiros precisam de 99,99% (52,6 min/ano) ou mais, e em Londres isso significa mais 8,1 dB de perda atmosférica a 20 GHz além do design de 99,9%.

Execute o cenário para seu próprio site antes de dimensionar um prato. Uma latitude e uma “zona” de chuva não são suficientes — os valores climáticos que a ferramenta lista são os que definem seus horários de interrupção.

Atualizado 2026-09-19. Uma versão anterior deste artigo usava o clima da zona de chuva, uma tabela de coeficientes P.838 mais antiga e um orçamento claro que não correspondia à ferramenta. Cada número acima agora vem do analisador corrigido. Analisador de orçamento de links via satélite