اتصالات ساتليه

Satellite communication - Communication par satellite

الاتصالات الساتلية

محمد غالب ميهوب

دور الاتصالات الساتلية ونشأتها

الضوابط االناظمة 

خصائص المدارات

أهم المنظومات الساتلية العاملة

مكونات منظومة اتصالات ساتلية نقالة

نماذج الانتشار لقناة اتصال ساتلية نقالة

التطبيقات

يُقصد بالاتصالات الساتلية الاتصالات التي تنطوي على استخدم ساتل فعال أوغير فعال لتوفير وصلات اتصالاتية بين نقاط مختلفة على سطح الأرض. وقد أسهم ازدياد الطلب على خدمات الاتصالات في تطور منظومات الاتصالات الساتلية، التي تمتاز بقدرتها على تخديم عدد كبير من المحطات في مناطق واسعة ومتباعدة بفاعلية كبيرة ومردود اقتصادي ممتاز.

دور الاتصالات الساتلية ونشأتها:

يطبق الإمكان المذكور آنفاً على المحطات الأرضية الثابتة وعلى المحطات النقالة على الأرض وفي الجو وفي البحر. وتمتاز منظومات الاتصالات الساتلية النقالة بكونها أكثر شمولاً من المنظومات الأرضية النقالة، وتقديمها خدمات اتصال أكثر تنوعاً. وتتعرض الوصلات الساتلية مع المحطات الأرضية النقالة خاصة للعديد من المشاكل التي تقلل من أداء تلك الوصلات؛ مثل خواص قناة الاتصال، والتشويه الناجم عن التجهيزات، وتأثير مضخم الاستطاعة اللاخطي. وتكون الإشارة عند دخل مستقبِل المحطة الأرضية النقالة منخفضة الاستطاعة بسبب الخفوت المتعدد المسارات والظلال الناجمة عن العوائق الطبيعية، ولا سيّما في المناطق التي تكون فيها زاوية ارتفاع الساتل منخفضة. وتُستخدم حالياً تقانات الطيف المنثور بكثرة في الاتصالات الساتلية النقالة، وعلى الأخص تقنية النفاذ المتعدد باقتسام الرمز code division multiple access (CDMA ).

بدأ عصر الاتصالات الساتلية في عام 1957 مع إطلاق الساتل السوفييتي سبوتنيك Sputnik، وتلاه إطلاق أول سواتل منظمة إنتلسات Intelsat في عام 1965، وكذلك إطلاق أول سواتل مولنيا Molniya.

ثم أُطلق في عام 1976 أول ساتل للاتصالات ماريساتMarisat، ووضعت منظمة إنمارسات?? Inmarsat في عام 1979 بالخدمة منظومة ساتلية مختصة بالاتصالات مع السفن، وتوسع نطاقها في عام 1985 لتشمل منظومة للملاحة الجوية، ثم منظومة المحطات الأرضية النقالة في عام 1989.

مجال ترددات الوصلة الصاعدة (MHz مجال ترددات الوصلة الهابطة (MHz الخدمة الساتلية النقالة في البحار وعلى البر 1631. 5? 1634. 5 1530 - 1533 للخدمات الضرورية والطارئة 1645. 5? 1646. 5 1544 - 1545 الخدمة الساتلية النقالة في الجو وفي البحار 1656. 5? 1660. 5 1555 - 1559	المجال (غيغا هرتز) رمز المجال الترددي 1-2 L 2-4 S 4-8 C 8-12 X 12-18 Ku 18-27 K 27-40 Ka 40-300 Millimeter
الجدول (2) المجالات الترددية لمنظومات الاتصالات النقالة	الجدول (1) المجالات الترددية المستخدمة في

الضوابط الناظمة:

تتضمن الوصلات الساتلية وصلة صاعدة uplink من المحطة الأرضية إلى الساتل، وأخرى هابطة downlink من الساتل إلى المحطة الأرضية. وتعمل منظومات الاتصالات الساتلية على ترددات من مرتبة غيغا هرتز GHz. يبين الجدول (1) المجالات الترددية المستخدمة. ??????

وقد حُددت الترددات التي تعمل عليها منظومات الاتصالات الساتلية النقالة في المجال (L) المبينة في الجدول (2) من قبل مؤتمر إدارة الراديو العالمي World Administrative Radio Conference (WARC) في عام 1987؛ التابع للاتحاد الدولي للاتصالات.

تصنيف منظومات الاتصالات الساتلية

تُصنف منظومات السواتل تبعاً لمداراتها orbits. يبين الشكل (1) المدارات المختلفة والنطاقات الممنوعة لاحتوائها على جزيئات متأينة تؤثر سلباً في الاتصالات الساتلية.

وللمدارات المستخدمة من قبل السواتل أنواع أساسية هي: المدار المائل inclined، والمدارالقطبيpolar ، والمدار الاستوائي الدائريequatorial ، كما هو مبين في الشكل (2).

الشكل (2): أهم أنواع المدارات المستخدمة.	الشكل (1): المدارات الرئيسية ونطاقات المنع.

خصائص المدارات

يمكن كتقريب أوليّ عَدُّ الأرض شكلاً كروياًً متماثلاً، وإهمال تأثير الأجسام الأخرى مثل الشمس. يُعبَّر عن معادلة حركة الساتل بالعلاقات (1) و(2):?

	(1)
	(2)

 

 

حيث تمثل r المسافة الشعاعية عن مركز الأرض، و? زاوية شعاع القطر المشكلة بالنسبة إلى المحور الكبير للقطع الناقص، وتُعطى ? بالعلاقة? = G. M = 398600. 5 Km³/S²، حيث G ثابت الجاذبية الشامل، وM كتلة الأرض. ويُطلق على معادلات الحركة هذه اسم مربع القوة المركزية.

وتُعطى كمية الحركة الزاويَّة لكل وحدة كتلة بالعلاقة (3):

(3)

 

 

 

وتمثل فيها v السرعة و f زاوية مسار الحركة. وهذه النتائج مكافئة لقانون كيبلر Kepler الثاني. ويتحرك الساتل بسرعة أكبر في نقطة الحضيض؛ أي أقرب نقطة من المدار إلى الأرض، في حين يتحرك ببطء شديد عند أوجه، وهو أبعد نقطة من المدار عن الأرض. ويسمح حل المعادلتين (1) و (3) بالحصول على المسافة r وفق العلاقة (4):?

(4)

 

 

حيث? هوالمحدد، وe التباعد المركزي، ويعطى بالعلاقة  ، وفيها تمثل a نصف القطر الكبير للقطع الناقص، وb نصف القطر الصغير للقطع الناقص. أما دور المدار فيعطى بالعلاقة (5):?

(5)

 

 

حيث? المحدد p معطى بالعلاقة (p = a (1-e². وفي حالة المدارات الدائرية تصبح 0 =? eوa نصف قطر المدار. وتعطى سرعة الدوران في هذه الحالة بالعلاقة(6):

?

(6)

حيث R_E نصف قطر الأرض وقيمته6387km ، وh? ارتفاع المدار. ويجب أخذ تأثير تفلطح الأرض في الحسبان في المدارات المنخفضة.

يُبيَّن فيما يأتي خصائص المدارين الأساسيين المستخدمين في منظومات الاتصالات الساتلية، وهما المدار الإهليلجي المائل (highly elliptical orbit (HEO، والمدار الثابت بالنسبة إلى الأرض (geostationary orbit (GEO.

1? المدار البيضوي (الإهليلجي) المائل: تدور السواتل حول الأرض على ارتفاع متغير بحيث لاتبقى السواتل ثابتة بالنسبة إلى نقطة على سطح الأرض، ومن ثمّ تُستخدم فقط خلال وجودها ضمن حزمة رؤية هوائيات المحطات الأرضية مدةً لا تتجاوز 15 دقيقة لكل دورة. وتحتاج المنظومات العاملة على مثل هذا المدار إلى محطات أرضية ذات تجهيزات ملاحقة معقدة وغالية الثمن. ولمثل هذه السواتل على المدارات البيضوية المائلة ميزة أساسية تتمثل في عدم الحاجة إلى وجود صواريخ دفع على متنها لإبقائها في المدار. ومن أهم السواتل العاملة على هذه المدارات سواتل مولنيا الروسية، ويبلغ أوج apogee المدار39362 Km? فوق نصف الكرة الشمالي، وحضيضه 1006 kmفوق نصف الكرة الجنوبي.

2 - المدار الثابت بالنسبة إلى الأرض: تدور السواتل على هذا المدار بسرعة تساوي سرعة دوران الأرض، لذا يبدو هذا الساتل ثابتاً بالنسبة إلى محطة أرضية على سطح الأرض. وتمتاز السواتل على هذا المدار بأنها تبقى ضمن حزمة هوائيات المحطات الأرضية باستمرار، لكنها تتطلب توفر أجهزة معقدة وأجهزة دفع ثقيلة على متن الساتل لإبقائه على المدار.

أهم المنظومات الساتلية العاملة

1 - المنظومات الساتلية العاملة على المدارات المتزامنة

أ - منظومة إنتلسات: طورت منظمة إنتلسات?? Intelsat الدولية عدة أجيال من سواتل الاتصالات منذ عام 1965 إلى هذا اليوم؛ لتلبية الاحتياجات العالمية من الاتصالات. وقد وُضعت تلك السواتل العاملة والاحتياطية على المدار الثابت بالنسبة إلى الأرض في مواقع مختارة فوق المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ والمحيط الهندي بتباعدٍ زاويٍّ قدره^O120 لتغطية كامل مساحة الأرض. وقد اعتمدت منظمة إنتلسات باستمرار على أحدث التقنيات والتقانات لزيادة سعة منظوماتها وتحسين الأداء والخدمات. فعلى سبيل المثال صُممت سواتل الجيل السابع Intelsat _VII للتعامل مع 18000 قناة هاتفية، في حين تستطيع سواتل الجيل التاسع Intelsat _IX التعامل مع 160000 قناة هاتفية باستخدام تقنية التجهيزات المضاعفة الدارات الرقمية digital circuit multiplication equipment (DCME). وتصنف المحطات الأرضية في شبكة إنتلسات في فئات قياسية A ? B ? C ? D ? E ? F ? Z ? G. يبين الجدول (3) الخصائص الرئيسة لهذه المحطات. ويجري التحكم بشبكة إنتلسات من قبل مركز التحكم الرئيسي الخاص بإنتلسات في واشنطن.

ب- منظومة إنمارسات: توفِّر سواتل إنمارسات Inmarsat تغطية شاملة خاصة بخدمات الملاحة العالمية، وتعمل على تغطية كامل مساحة الكرة الأرضية. كما تقدم خدمات ساتلية نقالة جواً وبحراً وبراً، كما تقدم خدمات اتصالات اعتماداً على النسختين الرابعة والسادسة من بروتوكول الإنترنت (IP) وغيرها من الخدمات الحديثة.

يبين الجدول (4) بعض الخدمات التي تقدمها إنمارسات.

الجدول (3) الخصائص الرئيسية لأهم محطات إنتلسات الأرضية.

المعيار الخدمة الرئيسية التردد GHz قطر الهوائي (m) G/T (dB/K) التطبيق A دولية 4/6 15~30 35 اتصالات عالية السعة B دولية 4/6 11~30 31. 7 اتصالات صغيرة السعة C دولية 11/14 11~13 37 اتصالات عالية السعة D1, D2 فيستا 4/6 11~13, 4. 5 31. 7,22. 7 اتصالات ريفية صغيرة السعة E1,E2,E3 خدمة الإنتلسات للأعمال 12/14 و11/14 8,5.5 3. 5 34,29,25 اتصالات للأعمال الدولية F1,F2,F3 للأعمال ومعدل معطيات متوسط 4/6 4. 5~10 29,27,22. 7 اتصالات للأعمال الدولية G   12/14و4/6 تحدد المعاملات من قبل المستخدم وتصدقها إنتلسات Z   12/14و 4/6 تحدد المعاملات من قبل المستخدم وتصدقها إنتلسات

الجدول (4) بعض خدمات الاتصال المقدمة من إنمارسات.

 ء

الخدمة B C M Aero خدمة أساسية إرسال هاتفي 16 kbps تلكس ? معلومات 9. 6 kbps فاكس معلومات 300/600 kbps إرسال هاتفي 64 kbps معلومات 2. 4 kbps فاكس إرسال هاتفي 9. 6 kbps معلومات 300/600 kbps هوائي متعددد الاتجاهات مصفوفي مصفوفي مصفوفي G/Tرقم استحقاق المحطة K)/(dB - 4 - 23 - 12 - 13 نوع التعديل OQPSK OQPSK OQPSK OQPSK التطبيق ملاحي بحري ملاحة بحرية _ أرضية نقالة ملاحة بحرية _ أرضية نقالة ملاحة جوية

 

ج- المنظومات الإقليمية: تملك عدة دول واتحادات دول منظومات ساتلية خاصة تُستخدم لتغطية المساحات الإقليمية. ومن هذه المنظومات يوتلسات Eutelsat التي تخدم دول الاتحاد الأوربي، وعربسات Arabsat التي تخدم الدول العربية، وبنمسات PanAmSat لدول أمريكا اللاتينية، وآسياسات AsiaSat للدول الآسيوية، وأوسات Aussat الأسترالية. وتعمل هذه المنظومات في المجالات الترددية? Ku وC .

د- منظومات الطرفيات ذوات الفتحة الصغيرة جداً

 

توفِّر منظومات الطرفيات ذوات الفتحة الصغيرة جداً Very Small Aperture Terminal (VSAT) إرسال معطيات منخفضة السعة وحيدة الاتجاه أو ثنائية الاتجاه، إضافة إلى بث البرامج الصوتية أو التلفزيونية الرقمية، ووصل مناطق متباعدة ومتناثرة بعضها ببعض. ويوصل غالباً المستخدم مباشرة مع المحطة بهوائيات طول قطرها من 0.6 م إلى 1.2 م. وتعد الميزة الرئيسية لمنظومات VSAT قدرتها على العمل بمعدلات معطيات مختلفة، واعتماداًً على بروتوكولات متنوعة.

هـ ? منظومة إمسات: يعمل الاتحاد الساتلي النقال الأمريكي إيه إم إس سي American Mobile Satellite Consortium (AMSC) وشركة تلسات النقالة المحدودة Telesat Mobile Inc (TMI) على إطلاق منظومة ساتلية على المدار المتزامن لتقديم خدمات ساتلية نقالة في الولايات المتحدة وكندا. وتعمل سواتل منظومة إمساتMobile Satellite (MSAT) عند التردد 1645 MHz للوصلة الصاعدة، وعند التردد 1545 MHz للوصلة الهابطة، كما تستخدم ترددات من المجال Ku لخدمة شبكات الهاتف الأرضية. وتقدم المنظومة خدمات الصوت والمعطيات والفاكس, وتغطي مناطق الخدمة بست حزم موجهة لكل ساتل.

2 - المنظومات الساتلية النقالة العاملة على المدارات غير المتزامنة

الشكل (3): توزع سواتل منظومة إيريديوم على المدارات.

 

يمكن التمييز بين نوعين رئيسين من المنظومات الساتلية النقالة العاملة على مدارات غير متزامنة، هما:

- منظومات المدارات المنخفضة الصغيرة little LEO: تعمل الوصلة الصاعدة على المجال الترددي (148- 150.05) MHz، على حين تعمل الوصلة الهابطة على المجال (138-137) MHz. وقد صُممت المنظومة لتحقيق صغر الحجم والكتلة ولتقديم الخدمات التي تتطلب معدلات إرسال منخفضة. وتتوضع السواتل على مدارات بارتفاع 1000 km تقريباً.

- منظومات المدارات المنخفضة الكبيرة big LEO: تعمل الوصلة الصاعدة على المجال الترددي (1626.5-1610) MHz، على حين تعمل الوصلة الهابطة على المجال (2483.5-2500) MHz. وصُممت المنظومات بهدف توفير عرض مجال كبير واستطاعة ملائمة وخدمات اتصالات نقالة. ومن الأمثلة على هذه المنظومات الساتلية النقالة إيريديوم Iridium وغلوبلستار Globalstar وأريز Aries وإليبسو Ellipso.

أ- منظومة إيريديوم: توفِّر المنظومة خدمات الفاكس والمعطيات والصوت، وتتألف من 66 ساتلاً موزعة على 6 مستويات مدارية موضوعة على مدارات منخفضة على ارتفاع 780 km عن سطح الأرض، وعلى مدارات قطبية كما هو مبين في الشكل (3). يَستخدم كل ساتل ثلاثة هوائيات موجهة نحو الأرض، ويعمل على المجال الترددي L. ويُربَط بالشبكة الأرضية بوساطة عدد من العبَّارات gateway الموزعة في العالم. وتَستخدم المنظومةُ النفاذَ المتعدد باقتسام التردد frequency division multiple access (FDMA) على الوصلات الصاعدة والنفاذ المتعدد باقتسام الزمنtime division multiple access (TDMA)? على الوصلات الهابطة.

ب- منظومة أريز: توفِّر المنظومة خدمة الفاكس والمعطيات والصوت، وتتألف من 48 ساتلاً في أربعة مستويات مدارية موضوعة على مدارات منخفضة على ارتفاع 1020 km. ولكلِّ ساتل 7 هوائيات مشعة للسماح للمنظومة بتغطية شاملة للكرة الأرضية. ويمكن للهاتف المحمول أو وحدة الإرسال والاستقبال تحقيق الاتصال عبر مجموعة السواتل، وتوفِّر العبَّارات الاتصالات بين المستخدمين أو مع شبكات الهاتف الأرضية. وتَستخدم المنظومةُ المجالين التردديين S و L للوصلتين الصاعدة والهابطة. في حين تستخدم العبَّارات المجال الترددي 5-6 GHz لتحقيق الاتصال مع السواتل، كما تستخدم المنظومة تقنية النفاذ المتعدد باقتسام الرمز.

مكونات منظومة اتصالات ساتلية نقالة

تتكون المنظومة من مقطعين رئيسيين: فضائي space segment، وأرضي ground segment.

أ- المقطع الفضائي: تملك الطرفيات المحمولة هوائيات بفتحات صغيرة، لذلك يجب إشعاع استطاعة كبيرة من الساتل على المجال الترددي L أكبر من تلك الموافقة لخدمة السواتل للمحطات الثابتة. ويتطلب تغطية المنطقة المخدمة بحزم متعددة توجيه كل إشارة من حزمة المجال K إلى حزمة المجال L المرغوبة وبالعكس. ويقسم المجال K إلى قطاعات ترددية، حيث يرفق بكل قطاع حزمة بقعية في المجال المخصص L، ويجب أن يظهر كل قطاع محدد موقعه في كل حزمة. يبين الشكل (4) بنية المتلقِّي/ المجيب في منظومة اتصالات ساتلية نقالة.

ب- المقطع الأرضي

1 - الراديوالمحمول والهوائي

تشبه أجهزة الاتصال الساتلي المحمولة أجهزة الاتصال الأرضية في عملها وتعقيدها وبنيتها وأنواعها، لكنها تستخدم تباعد قناة قدره 5 KHz عوضاً عن 25-30 KHz.

وترسل هذه الأجهزة الصوت والبيانات، وتسمح بتحديد المواقع والاستشعار من بعد باستخدام منظومة الملاحة الطويلة المدى long range navigation (LORANC) أو منظومة تحديد الموقع الشامل global positioning system (GPS).

2 - محطات العبَّارات والمحطات القاعدية

تعمل العبَّارات على المجال Ku ، ويجب توليفها آلياً على قناة 5 KHz من مركز عمليات الشبكة وعلى قناة التأشير. أما المحطة القاعدية فهي نسخة مبسطة عن العبَّارة. ويمكن استخدام عبَّارات عالية السعة ذوات هوائيات كبيرة في الأماكن المزدحمة لتقليل التكلفة الكلية للهوائي ومضخم الاستطاعة. ويجب أن يكون لكل عبَّارة سعة كافية حتى يكون الحجز مقبولاً، وليتوفر لها إمكان توجيه المكالمات توجيهاً مؤقتاً بوساطة عبَّارة مجاورة. وتتكون المحطة الأرضية الثابتة من عدة أقسام، أهمها: قسم الإرسال، وقسم الاستقبال، وقسم التحكم في الهوائي والمراقبة. ويبين الشكل (5) مكونات محطة أرضية ثابتة.

الشكل (5): مكونات محطة أرضية ثابتة نموذجية.	الشكل (4): بنية المتلقِّي/المجيب في منظومة اتصالات ساتلية نقالة

 

نماذج الانتشار لقناة اتصال ساتلية نقالة

يمكن تصنيف الانتشار بين الساتل ومستقبل محطة أرضية نقالة إما من دون حجب عندما يكون مسار المركِّبة المباشرة (خط نظر) (line of sight (LOS غير محجوب عن المستقبل؛ وإما مع حجب عندما تكون المركبة المباشرة محجوبة بوساطة التضاريس والمنشآت. ويتضمن نموذج الإشارة المستقبلة من قبل المحطة الأرضية النقالة ثلاث مركّبات أساسية، هي: المركّبة المباشرة، ومركّبة الانتشار diffuse، والمركّبة المنعكسة عن سطح الأرضground reflected. وتساهم كل من هذه المركّبات في تحديد جودة الإشارة المستقبلة تبعاً لمميزات طور الإشارة ومطالها. وكذلك توجد ثلاثة عوامل تؤثر في انتشار الإشارة في منظومات الاتصالات النقالة، هي: الانعكاس، والانعراج، والتشتت.

ويُقصد بالمركّبة المباشرة إشارة خط النظر بين الساتل ومستقبل المحطة النقالة، وتتأثر المركّبة المباشرة بمساحة فضاء التضعيف وعوامل أخرى مثل دوران فاراداي ووميض طبقة الغلاف الجوي المتأينة، التي يمكن إهمالها في المجال الترددي L. ويتناسب دوران فاراداي عكساً مع مربع التردد، وهذا يتطلب استخدام الاستقطاب الدائري لتجنب هذا الأثر. والحجب هو تضعيف المركّبة المباشرة، وهذا التضعيف ناجم عن الأشجار الجانبية على الطريق والأبنية والتلال والجبال، وتشير النتائج المقيسة إلى أن الحجب هو العامل الأكثر سيطرة والمحدد لتخميد الإشارة، ويعتمد تأثيره على مسار الإشارة عبر المعيقات وزاوية الارتفاع الرأسية واتجاه الانتقال والتردد الحامل، ويكون الحجب كبيراً عند زوايا الارتفاع المنخفضة.

أما مركّبة الانتشار فهي موجة طورية غير مترابطة تنجم عن انعكاسات عديدة من خارج منطقة فرينل الأولى من التضاريس المحيطة، وتتغير هذه المركّبة عشوائياً مطالاً وطوراً؛ حيث إنها تتكون من مجموع عدد كبير من الموجات المتشتتة، ويمكن تمثيل إشارة الدخل غير المحجوبة تمثيلاً فعالاً بمجموع مركّبتين فقط، هما مركّبة الانتشار والمركّبة المباشرة.

في حين تنجم المركّبة المنعكسة عن الأرض عن انعكاس إشارة مترابطة طورياً في منطقة فرينل الأولى في اتجاه الساتل، ويمكن تقليل تأثير المسار المنعكس عن الأرض في المسار في موقع المستقبل بوساطة توجيه هوائي العربة.

أ- توصيف ظاهرة تعدد المسارات

تعدّ مركّبة الانتشار المركّبة الأساسية للإشارة المستقبلة عند دخل المحطة الأرضية الناجمة عن التبعثر والانحراف عن الأشياء المحيطة، وتصل هذه المركّبات غالباً بشكل أفقي، ويكون لها اتجاهات ورود مختلفة وأزمنة تأخير مختلفة. لذا يطلق على هذه الظاهرة اسم تعدد المسارات multipath. ويتسبب تعدد المسارات بخفوت عميق نتيجة استقبال استطاعة أقل من المتوقعة، وهذا ينعكس مباشرة على التخميد. وتتراكب هذه الموجات شعاعياً عند هوائي المستقبل لتشكل إشارة بمطال متغير تبعاً لتوزيع الطور. كما تخضع مركّبات الموجة لإزاحة دوبلر، وتكون هذه الإزاحة الترددية تابعة لسرعة العربة ولطول الموجة.

ب- نماذج التوزيعات الإحصائية

طُورت نماذج توزيعات إحصائية probability distribution models لشروط بيئية مختلفة؛ لتوافق وجود مركّبة مباشرة أو عدمه، ووجود المركّبة المتعددة المسارات، وغير ذلك من العوامل. وتصنف المناطق البيئية عالمياً في ثلاثة نماذج: مدينية، وريفية، ومفتوحة.

?وتتميز المناطق المدينية urban areas بحجب كامل للمركبة المباشرة، ومن ثَمّ تنتج الإشارة المستقبلة من التشتت والتبعثر عن الأبنية العالية والمنشآت حول العربة، ويلتقط هوائي العربة مجموعة أمواج ذات مطالات وأطوار عشوائية مختلفة. ويكون لغلاف الإشارة المستقبلة توزيع رايلي Rayleigh، على حين يكون للطور توزيع منتظم في المجال من الصفر إلى  2π

أما في المناطق الريفية suburban areas? فتتألف البيئة الراديوية من قرية أو طريق سريع مع بيوت مبعثرة وأشجار، تحجب جزئياً مسار المركّبة المباشرة. وتنجم الإشارة الكلية المستقبلة عن مجموع مركّبة الحجب، ولها توزيع لوغارتم طبيعي؛ ومركّبة ذات توزيع رايلي.

في حين لا تواجه المركّبة المباشرة في المناطق المفتوحة? open areas أي عقبات كما هو الحال في المزارع والحقول الواسعة. ويمكن عدّ المركّبة المباشرة ثابتة، وتضاف إلى مركّبة الانتشار؛ لتشكل غلاف الإشارة المستقبلة التي يكون لها توزيع ريسيان Rician. وتعدّ زاوية ارتفاع الهوائي للمستقبل موسطاً مؤثراً تأثيراً كبيراً في عملية الخفوت.

1 - النموذج الإحصائي للو: طور العالم لو Loo النموذج الإحصائي لمميزات الانتشار بين الساتل والمحطة الأرضية النقالة معتمداً على توابع كثافة الاحتمال للانتشار والتظليل وتعدد المسارات ضمن فرضيتين اثنتين، أولاهما كون الجهد المستقبل والموافق لاستطاعة التبعثر والانتشار ذا توزيع رايلي، وثانيتهما كون تغيرات الجهد الموافق للتظليل للمركّبة المباشرة ذات توزيع لوغارتم طبيعي.

وبافتراض أن الإجرائيات للوغارتم الطبيعي ولرايلي مترابطة؛ يعطى تابع الكثافة الاحتمالي في هذه الحالة بالعلاقة (7):

(7)

 

 -2   نموذج التظليل الكلي

يصف هذا النموذج قناة الانتشار في وصلة الساتل والمحطة الأرضية النقالة، وقد وضعه لوتز Lutz. ويَستخدم توابع التوزيعات الاحتمالية ذاتها التي استخدمها لو، وهي توزيعات رايلي وريسيان واللوغارتم الطبيعي، التي تعتمد على ملاءمة المنحني للمعطيات المقيسة بهدف الحصول على موسطات النموذج المطلوب. ويتمثل الفرق الأساسي بين النموذجين في طريقة التوزيعات المخصصة لظاهرتي الانتشار المسيطرتين، وهما: التظليل، وتعدد المسارات.

ويعطى تابع الكثافة الاحتمالي بالعلاقة (8):

(8)

 

حيث A زمن المشاركة للتظليل، وS الاستطالة الآنية المستقبلة.

3 - نموذج التظليل اللوغارتمي:?

تتضمن الإشارة المستقبلة في نموذج التظليل اللوغارتمي lognormal shadowing model المركّبة المباشرة الثابتة ومركّبة توزيع رايلي للتبعثر المتعدد المسارات الناتجة في غلاف جهد ريسيان. وتضمن الظروف النموذجية لمسار المحطة النقالة كلاً من شروط الانتشار المظلل، وغير المظلل؛ حيث تمثل الجزء A المظلل، وتوصّف إحصائيات المسار الممتزج بالعلاقة (9):

(9)

حيث تمثل (C (F التوزيع الكلي في حالة المسار الممتزج بين المسار المظلل وغير المظلل، ويكون (C_S (F جزءاً من الزمن للإشارة ذات الخفوت الأكبر من F (dB) عندما لا توجد ظلال. وقد طورت المعادلات في حالة C_u(F) و(C_S (F باستخدام قياسات تجريبية.

4 - نماذج الانتقال لماركوفMarkov :

يخضع غلاف الإشارة المستقبلة في مناطق المدن للخفوت وفق توزيع رايلي الإحصائي، وتملك الأطوار المستقبلة كثافة احتمال منتظمة في المجال (0-). ومن جهة أخرى تكون المركّبة المباشرة في المناطق المفتوحة غير مظللة بالأشجار على جانبي الطريق أو أيّ عوائق أخرى، ويملك غلاف الإشارة المستقبلة توزيع ريسيان الموافق للمركّبة المتعددة المسارات لرايلي والتشويه للموجة المباشرة الحرة، ويُستخدم عامل ريسيان K. وتوصّف إحصائيات الطور خفوت ريسيان بالعلاقة (10):

?

(10)

 

وتكون الطرقات محاطة بالأشجار والبيوت والأبنية الصغيرة في حالة المناطق الريفية والضواحي، وتكون إشارة المركّبة المباشرة خاضعة للتظليل نتيجة هذه العوائق التي تحيط بالمحطة النقالة.

التطبيقات

تُستَخدم المنظومات الساتلية في تطبيقات كثيرة منها: البث الراديوي والتلفازي المباشر، ومراقبة الطقس والأحوال الجوية، والاستخدامات العسكرية، والملاحة البحرية والجوية، والاتصالات الساتلية النقالة، ومراقبة الكوارث الطبيعية، والبحث والإنقاذ، والتخزين وإعادة التوجيه، واستكشاف المعادن والتعدين، واستكشاف الكواكب، واستكشاف الفضاء العميق، ومنظومة تحديد الموقع الشامل الساتلية.

الأبحاث والآفاق المستقبلية

أدَّت منظوماتُ الاتصالات الساتلية منذ أربعة عقود دون انقطاع دوراً رئيسياً في تلبية الطلب المتزايد باطراد على خدمات الاتصالات التقليدية مثل: الاتصالات الهاتفية والبث الراديوي والتلفازي؛ وعلى خدمات الاتصالات الحديثة كخدمات الوسائط المتعددة، وخدمات الطوارئ والإنقاذ.

وتستمر الأبحاث بهدف تطوير هذه الخدمات في محاور كثيرة مثل: تقنيات التعديل والترميز، وتقنيات تعدد الحوامل، والراديو البرمجي، وبنى حمولات مفيدة ومرنة، والهوائيات الفعالة، وبروتوكولات الاتصالات للشبكات المتسامحة مع التأخير خاصة، واتصالات الفضاء العميق، والاتصالات الفضائية الليزرية والاتصالات الكمومية، وذلك لتحقيق معدلات عليا في النقل والموثوقية والإتاحية، وخدمات اتصالات متطورة في أي مكان وفي أي زمان.

 

مراجع للاستزادة: - Nazzareno Diodato, Satellite Communications, Sciyo, 2010. -G. Maral, M. Bousquet, Z. Sun, ?Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technologies, John Wiley & Sons, 2009. - Bruce R. Elbert, The Satellite Communication Applications Handbook, Artech House, 2004. - Dennis Roddy, Satellite Communications, McGraw- Hill, 2008.

 

 

---

- المجلد : المجلد الأول - رقم الصفحة ضمن المجلد : 105 مشاركة :