مقدمه اي بر ارتباطات ماهواره اي

ايستگاه هاي زميني در بخش زميني به حساب نمي آيند. ترمينال هاي بخش زميني شامل سه نوع اصلي هستند:

• ترمينال هاي ثابت( در محل)
• ترمينال هاي قابل حمل و نقل
• ترمينال هاي سيار

ترمينال هاي ثابت براي دستيابي به ماهواره ها طراحي شده است درحالي درمكاني بر روي زمين ثابت شده اند. آنها ممكن است انواع مختلف سرويس دهي را ارائه دهند؛ اما آنها بوسيله ي اين واقعيت تعريف مي شوند كه درحالي كه با ماهواره در ارتباط هستند، حركت نمي كنند. مثال هايي از ترمينال هاي ثابت ترمينال هاي كوچكي هستند كه در شبكه هاي خصوصي( VSATs) مورد استفاده قرار مي گيرند يا ترمينال هايي كه بر روي ساختمان هاي مسكوني قرار داده مي شود و از آن براي دريافت سيگنال هاي ماهواره اي منتشر شده،‌ استفاده مي شود.
ترمينال ها ي قابل حمل و نقل به گونه اي طراحي شده اند كه قابل حمل باشند اما سابقا اين ترمينال ها، در هنگام ارسال پيام با ماهواره در مكان ثابت مي شدند. مثال هايي از ترمينال هاي قابل حمل، خودروهاي جديد جمع آوري اطلاعات ماهواره اي( SGN) هستند كه به محل هاي مختلف برده مي شوند، سپس در محل ثابت شده و پس از آن يك آنتن بر روي آن قرار مي گرفت تا بتواند به ماهواره متصل گردد.
ترمينال هاي سيار براي ارتباط برقرار كردن با ماهواره در هنگام حركت، طراحي شده اند. آنها همچنين به صورت سيار زميني، سيار هوايي، يا سيار دريايي تعريف مي شوند كه اين تعريف به محل قرارگيري آنها و يا نزديكي به زمين بستگي دارد.

پارامترهاي اتصال ماهواره

اتصال ماهواره ي ارتباطاتي بوسيله ي چندين پارامتر اصلي تعريف مي شود. برخي از تعريف هاي سيستم ارتباطاتي سنتي استفاده مي كنند و برخي ديگر به محيط ماهواره منحصر مي شوند. در شكل 1 پارامترهاي مورد استفاده در ارزيابي اتصالات ارتباطات ماهواره اي، به طور خلاصه آورده شده است. دو فضاي آزاد تك راهه يا اتصالات هوايي ميان ايستگاه هاي زميني A و B نشان داده شده است. بخش اتصال از ايستگاه زميني تا ماهواره اتصال بالايي( uplink) ناميده مي شود، درحالي كه بخش بين ماهواره و زمين اتصال پاييني( downlink) ناميده مي شود. توجه كنيد كه ايستگاه هم يك اتصال بالايي و هم يك اتصال پاييني است. بخش الكترونيكي ماهواره كه سيگنال هاي اتصال پاييني را دريافت مي كند، آن را تقويت كرده و در صورت امكان پردازش مي كند و سپس فرمت آن را تغيير داده و دوباره به زمين مي فرستد،‌ ترانسپوندر( transponder) ناميده مي شود. اين وسيله بوسيله ي سمبل آمپلي فاير مثلثي در شكل،‌نشان داده مي شود( نقطه ي مثلث نشاندهنده ي جهت انتقال سيگنال است). دوتا ترانسپوندر در هر ماهواره، براي هر اتصال دوراهه ميان دو ايستگاه زميني( همانگونه كه نشان داده شده است) نياز است. آنتني كه بر روي ماهواره سيگنال ها را دريافت و ارسال مي كند، معمولا شامل يك بخش الكترونيكي از ترانسپوندر محسوب نمي شود. اين بخش ها المان هاي جدايي هستند كه بازده ماهواره را به حداكثر مي رسانند.
يك كانال به عنوان يك اتصال تك راهه از A به S و S به B و يا يك اتصال از B به S و S به A تعريف مي شود. اتصالات دورشته اي (دوراهه) مثلا A به S و S به B و B به S و S به A يك مدار ميان دو ماهواره ايجاد مي كنند. يك نيم مدار به عنوان دو اتصال در يكي از ايستگاه هاي زميني تعريف مي شود كه عبارت است از A به S و S به A يا B به S و S به B. نقش مدارها يك انتقال دادن از مشخصات تلفني استاندارد است كه به بخش ماهواره اي زيرساخت ارتباطاتي اعمال مي شود.

مدارهاي ماهواره اي

مشخصات مدارهاي ماهواره اي براي آرايش گسترده اي از سرويس ها و كاربردهاي ارتباطاتي مورد استفاده قرار ميگيرد. ما در اينجا 4 مدار متداول مورد استفاده در ارتباطات ماهواره اي را معرفي مي كنيم( همانگونه كه در شكل 2 ديده مي شود). ارتفاع مداري پايه و زمان تآخيرهاي تك راهه براي هر مدار نشان داه شده است كه با علامت هاي مخفف متداول همراه هستند.

مدار ژئو سينكرون(‌GSO يا GEO)

مدار GSO بمراتب متداول ترين مدار مورد استفاده براي ماهواره هاي ارتباطاتي است. يك ماهواره ي GSO در مدار دايروي در يك سطح استوانه اي( در فاصله ي نرمالKm 36000 ) و در يك نقطه ي پايدار قرار مي گيرد( درواقع ماهواره در يك محل ثابت در آسمان قرار داده مي شود). اين محل داراي ويژگي شگفت انگيزي براي ارتباطات ماهواره اي است زيرا جهت نقطه گذاري در فضا ثابت مي ماند و از اين رو نياز نيست كه آنتن زميني براي رديابي ماهواره حركت كند. يك بديGSO زمان تأخير طولاني آن( در حدود 260 ميلي ثانيه) است كه مي تواند بر تقارن شبكه يا ارتباطات گفتاري اثر داشته باشد.

مدار زميني پايين( LEO)

نوع دوم از مدارهاي متداول،‌ مدار زميني پايين( LEO) است كه يك مدار وايروي كه به صورت ظاهري در فاصله ي 160 تا 640 كيلومتري زمين قرار دارد. زمان تأخير اين مدار تقريبا 10ms است. به هر حال ماهواره از عرض آسمان عبور مي كند و ايستگاه زميني بايد به طور فعال ماهواره را رديابي كند تا بتواند با آن در ارتباط باشد.

مدار زميني متوسط( MEO)

MEO مشابه LEO است. به هر حال يك مدار دايروي در فاصله ي 1600 تا 4200 كيلومتري زمين قرار دارد. اين يك مدار متداول براي ماهواره هاي دريانوردي مانند شبكه ي GPS است.

مدار زميني بالا( HEO)

HEO تنها مدار غير دايروي در بين 4 نوع توضيح داده شده است. شكل اين مدار بيضوي استو داراي طول ماكزيممي مشابه با طول GSO و طول مينيممي مشابه با طول LEO است. HEO براي كاربردهاي خاص( در جاهايي كه نياز به پوشش دهي منطقه هاي طولاني مد نظر باشد) مورد استفاده قرار مي گيرد.
مدارهاي ماهواره اي هم گام نيستند مثلا LEO،‌MEO، يا HEO اغلبا به عنوان مدارهاي ماهواره اي ژئو سينكرون(‌GSO يا GEO) ناميده مي شوند.

تخصيص پهناي فركانس

فركانس عملياتي به احتما زياد عمده ترين فاكتور تعيين كننده در طراحي و كاربرد اتصال ارتباطاتي ماهواره اي است. طول موج سيگنال مسير فضا آزاد، يك پارامتر اساسي است كه اثرات متقابل اتمسفر و تنزل مسيري اتصال بدست آمده را تعيين مي كند. همچنين طراحان سيستم هاي ماهواره اي بايد در داخل محدوده هاي بين المللي و طبق قوانين داخلي مربوط به انتخاب فركانس مسير فضاي آزاد، عمل كنند.
دو روش مختلف تخصيص در استفاده هاي متداول( براي تعريف پهناي فركانس راديويي) مورد استفاده قرار مي گيرد. تخصيص هاي پهناي باند نوشته شده كه از كاربردهاي راداري در دهه ي 1940 مشتق شده است، طيف فركانس 1 تا 300GHz را به 8 پهناي باند با گستره ي فركانس نرمال، تقسيم مي كند. باند k نيز به باندهايk_u ( باند پايين تر)، و k_A (باند بالا) تقسيم مي شود.
مرزهاي باندها همواره رعايت نمي شوند و اغلبا برخي هم پوشاني ها مشاهده مي شود. براي مثال برخي رفرنس ها باند c را در محدوده يGHz 3.7 تا 6.5 درنظر گرفته اند و باند k_u را در محدوده ي 10.9-12.5GHz. باندهاي بالاتر از 40GHz داراي چندين تخصيص باندي نوشته شده هستند كه در اين تخصيص ها،‌ آنها بايد با احتياط مورد استفاده قرار گيرند مخصوصا درفركانس هاي خاص اين مسئله يك امر مهم است كه بايد مدنظر قرارگيرد.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذكر منبع راسخون، بلامانع مي باشد.