![]()
الأول- نظام اتصالات نموذجي :
نظام اتصال في تقنيات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية كأي نظام اتصالات متكامل الأبعاد هو من النوع اللاسلكي (رادوي) حيث يستعمل الفضاء المحيط بالأرض كناقل للأشارة التي تكون موجة كهرومغناطيسية بحتة ويتكون هذا النظام من مرسل ومستقبل وهوائيين أرسال و استقبال . أما بالنسبة للترددات المستعملة كما ورد سلفا فتكون بين 300ميجاهيرتز و 300 جيجاهيرتز والتي تختلف خصائصها من حيث عملية التعديل .
الثاني- أنتشار الأمواج الكهرومغناطيسية :
من أهم مبادئ التي لابد من فهمها لاستيعاب آلية أنتشار الأمواج الكهرومغناطيسية والراديوية مبدأ هويغنز والذي يمكن تبسيطه على النحو التالي (( يمكن النظر إلى أي نقطة على من موجة ما وكأنها نقطة بداية جديدة لمجموعة من الأمواج الكروية المولدة في اتجاه انتشار الموجة )) , أن هذه الأمواج الكروية مجتمعة على شكل واجهة للموجة سيساعدك على فهم سبب قدرة واجهة الموجة (عند عدم اعتراضها بأي عوائق ) على الاستمرار في التنقل دون تغيير شكلها ويوضح مبدأ هويغنز أيضا سبب عدم انتقال الضوء أو الأمواج اللاسلكية أو أي موجة كهرومغناطيسية ضمن مسارات مستقيمة على الدوام .
تتعرض الموجات لعدة مؤثرات سلبية :
1- الانعكاس :
جميعنا يعرف كيفية انعكاس الضوء المرئي في المرآة أو على الأسطح المائية …الخ . بالنسبة للترددات الراديوية فأن الانعكاس يحدث بشكل رئيسي على السطوح المعدنية وعلى المواد الاخرى الملائمة . تنعكس الموجة المرتدة بنفس الزاوية التي وردت فيها الى السطح .
وهناك حالتان مهمتان للانعكاس :
1- الانعكاس على سطح مستوي .
2- الانعكاس على سطح مقوس .
2- الأمتصاص :
تتضاءل الامواج اللاسلكية أو تضعف عند مرورها عبر مادة ما مما يؤدي الى انتقال الطاقة الى المادة التي تنتقل عبرها . تتناقص قدرة الموجة بشكل متزايد ضمن المادة الناقلة وبشكل متزامن مع تناقص خطي في قيمة الديسبل المكافئة . عادة ما يسيخدم معامل الامتصاص لتوصيف تأثير المادة الناقلة على الاشعاع كميا . نلاحظ بشكل عام بأن المواد الناقلة تملك قدرة عالية على امتصاص الاشارة وبشكل خاص المعادن . يعتبر الماء ايضا بجميع اشكاله من المواد عالية الامتصاص للامواج اللاسلكية ذات الترددات الخاصة بالشبكات اللاسلكية . من المواد متوسطة الامتصاص الاحجار , الطوب , الاسمنت وذلك تبعا للمواصفات الخاصة بكل مادة . وكذلك الأمر بالنسبة للاخشاب , الاشجار ….الخ حيث تتعلق على الامتصاص بمدى تركيز الماء ضمنها . فيما يتعلق بامتصاص الامواج اللاسلكية فان جسم الانسان و الحيوان يحتويان على كميات من الماء مما يجعلها قادرة على امتصاص الامواج .
3- الانكسار :
الانكسار هو الانحناء او الانتشار الواضح للامواج عند اصطدامها بعائق ما . يعتبر الانكسار نتيجة منطقية لمبدأ هويغنز ويرتبط بشكل تقريبي مع طول الموجة .
4- التشويش :
بامكان الامواج ذات التردد نفسه والتي تملك علاقة طور ثابتة ان تقوم بالغاء بعضها البعض . يشترط لحدوث هذه الظاهرة ان تمتلك الامواج نفس الطول تماما اضافة الى علاقة طور ثابتة .
تستخدم كلمة تشويش في مجال الشبكات والميكروويف بالخصوص لما يسبب ارتفاع التردد من تشويش اضافي في الاجهزة المستعملة ( التشويش الحراري ) للتعبير عن الاضطراب الناجم عن مصادر الترددات الراديوية الاخرى .
الثالث – منطقة فرينال :
يجب ان تكون منطقة فرينال بين الارسال و الاستقبال في مسار الميكروويف خالية من جميع العقبات المؤثرة على انتشار الموجة ومنطقة فرينال هي خط البصر اللاسلكي و هو مغاير لخط البصر الضوئي حيث تنظر نقطة الاستقبال الى نقطة الارسال بما ان موجات الميكروويف لها تردد ادنى من موجات الضوء لذلك فانها تتاثر بشكل مختلف عن الضوء نتيجة وسط الانتشار . فقد يكون خط البصر الضوئي بين نقطة الاستقبال و نقطة الارسال خالي من العوائق ورغم ذلك يكون مسار موجات الميكروويف غير مجدي لوجود عوائق في خط البصر اللاسلكي .وهذا ناتج لان الموجة الكهرومغناطيسية لاتنتشر على خط مستقيم وانما تتوسع في حزم عند انتشارها حسب طول الموجة وهو ما يولد بما يسمى منطقة مايس بمنطقة فرينال بين الارسال و الاستقبال . يمكننا اذا ما اخذنا مبدا هويغنز بعين الاعتبار ملاحظة انه حتى النقاط الواقعة خارج المحور المباشر بين النقطتين أ و ب ستقوم باشعاع بعض القدرة باتجاة النقطة المستقبلة ب . يحدث هذا الشكل لمنطقة فرينال الاولى والتي ينبغي ان تبقى متاحة للحصول على جزء جيد من الطاقة من أ الى ب . كل عائق يكون طبيعيا ( الجبال , كروية الارض …الخ ) او غير طبيعي ( المباني , الابراج , الطائرات …..الخ ) يوجد في هذه المنطقة يكون حاجزا لمرور الموجات الميكروويف . يمكن تحديد واستيعاب خط النظر للضوء المرئي بسهولة , الا انه اكثر تعقيدا للوصلات اللاسلكية . بشكل عام ينبغي توفير خط نظر بصري متاح للوصلة اللاسلكية بالاضافة الى قليل من المساحة حوله كما تحددها مناطق فرينال .
قد تصل الاشارة نفسها الى الجهة المستقبلة عبر عدة مسارات مختلفة نتيجة الانكسار او غيره , قد تتسبب التاخير , التشويش والتعديل الجزئي للاشارة في بعض المشاكل . يمكن استغلال تاثيرات المسارات المتعددة لتجاوز عقبات خط البصر . من الممكن تحقيق وصلات لاتتبع خط البصر باستخدام تقنيات لاسلكية معينة ضد تاثيرات تعدد المسارات عبر استثمار هذه التاثيرات للمساهمة في نقل
الاشارة .
تقنيات الأقمار الاصطناعية
مقدمة شاملة :
في 4 اكتوبر 1957 اطلق اول قمر اصطناعي وبدا بالدوران حول الارض . بين 1959 و 1963 استعمل القمر كعاكس للاتصالات اللاسلكية بين واشنطن و هاواي ويمكن القول ان تقنية الاقمار الاصطناعية حتى سنة 1962 كانت تخص مجال الابحاث والمجال العسكري . ولكن الحاجة المتزايدة والمتنامية لسعة الاتصالات (الهاتف , تلفزيون , بيانات …..الخ ) ادت الى تطوير اجيال جديدة من اقمار اصطناعية خاصة بخدمات الاتصالات .
ويمكن تقسيم هذه الاقمار الى ثلاثة اجيال :
1- الجيل الاول – الخدمات الثابتة للاقمار الاصطناعية :
وهذه الانظمة تستعمل للاتصال بين المحطات الارضية عبر القمر الاصطناعي ( وصلة صاعدة – وصلة هابطة )هذا النظام يتكون من القمر الاصطناعي و محطات ارضية عادة ما تكون كبيرة و باهظة الثمن نظرا لتعقيدات الهوائيات المستعملة . منذ بداية الستينات الى منتصف السبعينات كانت الاقمار الاصطناعية صغيرة جدا وبالتالي فأن طاقة ارسالها كانت ضعيفة لذلك تستعمل هوائيات كبيرة الحجم في المحطات الارضية مثال على ذلك محطة القمر اينتيليسات والذي اطلق في سنة 1965 حيث كان قطر المحطة الارضية يساوي تقريبا 30متر لهذا السبب تكون هذه المحطات ما عدى ثابتة . ولكن مع التقدم التقني بدا في الثمانينات تصنيع اقمار اصطناعية اكبر حجما حوالي 2م ويبلغ وزنها 1500كغ وهوائي ارضي ذو قطر 2م و هذه الاقمار الاصطناعية مع الهوائيات الصغيرة تسمى بأنظمة الفيسات وهذه المحطات الصغيرة اصبحت متنقلة .
2- الجيل الثاني– انظمة الاتصالات المتنقلة عن طريق الاقمار :
مع بداية التسعينات تعمل هذه الانظمة على الربط بين المحطات الارضية المتنقلة و المحطات الارضية الثابتة عبر وصلات الاقمار الاصطناعية . هذا النظام يتركب من قمر اصطناعي , محطة ارضية ثابتة , ومحطات ارضية متنقلة مثل ( الطائرات , والباخرات ……الخ ) غير ان الاتصال بين المحطات المتنقلة فيما بينها لايمكن بدون استعمال المبدلات الارضية التي تستعمل للاتصالات مع المركبات المتنقلة برا و بحرا و جوا .
3- الجيل الثالث – الأنظمة المحمولة :
هذه الخدمات وفرت في القرن الحادي و العشرين امكانية الاتصال بين اجهزة متنقلة صغيرة و قمر اصطناعي او عدة اقمار . والنظام يتركب من قمر اصطناعي و جهاز محمول يمكن له الاتصال مباشرة بالقمر الاصطناعي دون المرور بالمحطة الارضية , وهو نتيجة لذكاء الاقمار الاصطناعية و الوظائف الجديدة في القمر الاصطناعي مثل : ( تبديل القنوات – و التشبك – والمعالجة الرقمية للاشارة ) ومثال لهذا
الجيل خـدمـات الـثـريـا .
تنظيم مجال الاتصالات عبر الاقمار الاصطناعية :
ان استغلال خدمات الاقمار الاصطناعية بقي مرتبطا بمؤسسات التشغيل الحكومية , وهذه المؤسسات متناهية التركيب فيما بينها فهي تعتمد على الاتفاقات الدولية ويتم الاخذ بها في كل دولة على حده و تكلف عادة الجهات المعنية على بناء المحطات الارضية و تقوم هذه المؤسسات بتقسيم الترددات على المستعملين . لذلك عند اختيار الاجهزة التي تدخل في تركيب مسار عبر الاقمار الاصطناعية يجب اختيار عامل شوشرة مناسب حتى يكون استقبال الاشارة بشكل متيسر بغض النظر عن موقعك المناخي فأن بعض العوامل مثل : الرطوبة و الامطار … الخ تتغير عبر فصول السنة . ويعتبر مقام القوة المستقبلية على قوة الشوشرة هو المقياس لدرجة الشوشرة في نظام استقبال عبر الاقمار الاصطناعية .
توزيع الترددات على حسب خدمات الاقمار الاصطناعية :
يتم توزيع موارد الترددات من طرف الاتحاد العالمي للاتصالات ولذلك لتمكين المستعملين من هذه الموارد دون تضارب في التوزيع ويقسم العلم الى ثلاث مناطق : منطقة1 ( اوربا , افريقيا , روسيا ) , منطقة2 ( شمال و جنوب امريكا ) , منطقة3 (اسيا , استراليا , جنوب غرب المحيط الهادي ) وفي هذه المناطق توزع نطاقات الترددات على حسب مختلف الخدمات التي توفرها الاقمار الاصطناعية وقد يكون نطاق خدمة ما في المنطقة الاولى تختلف عن نطاق نفس الخدمة في المنطقة الاخرى . وقد قسمت هذه الترددات الى نطاقات وكل نطاق اسند له حرف لاتيني كرمز عالمي .
والخدمات المقدمة من طرف الاقمار الاصطناعية و هي :
1- الخدمات الثابتة للاقمار الاصطناعية .
2- خدمات البث الاذاعي والتلفزي و المعلوماتي .
3- الخدمات المتنقلة للاقمار الاصطناعية .4
4– خدمات الملاحة للاقمار الاصطناعية .
5- خدمات الرصد الجوي .
انواع الخدمات باستخدام الاقمار الاصطناعية :
تتنوع الخدمات التي توفرها الاقمار الاصطناعية حسب انماط الوصلات التالية :
1- شبكات الاتصالات من نقطة الى نقطة حيث يتم الارسال من محطة ارضية ( المرسل ) الى القمر الاصطناعي ( المستقبل )الذي يقوم بدوره بتكبير الاشارات واعادة ارسالها الى محطة ارضية اخرى ويوفر هذا النمط الخدمات التالية :
– اتصالات الهاتف الثابت لربط المناطق البعيدة او عبر المحيطات .
– الاتصالات ذات الصبغة الخاصة مثل ( شبكات الاتصالات العسكرية ) .
2- شبكات اتصالات الاذاعة حيث يتم الارسال من محطة ارضية ( المرسل ) الى القمر الاصطناعي الذي يقوم بدوره بتكبير الاشارة المستقبلة واعادة ارسالها الى عدد كبير من مستقبلي الارسال الاذاعي ( راديو وتلفزيون ) .
ويوفر هذا النمط الخدمات التالية :
– خدمة البث الاذاعي و التلفزيوني .
– خدمة تحديد المواقع .
– خدمة الاستشعار عن بعد .
– الاتصالات المتنقلة مثل : شبكة الثريا .
3- شبكة الطرفيات ذات المحطات صغيرة الحجم و هذا النوع من الشبكات مختلف من حيث ان المحطة الارضية تعمل كمرسل ومستقبل في نفس الوقت ويتم الارسال من محطة ارضية ( المرسل ) الى القمر الصناعي الذي يقوم بدوره بتكبير الاشارات المستقبلة واعادة ارسالها الى المحطة الارضية المعنية عن طريق مزود الخدمات المختلفة ويوجد نوعين من هذه المحطات :
.(VSAT) أ-اتصالات البيانات باستعمال المحطات
.(USTA)ب- اتصالات البيانات باستعمال المحطات
تأثير مدارات الأقمار الاصطناعية
العوامل المؤثرة :
عوامل كثيرة تتدخل للتأثير على المدار الاصطناعي المخطط وبالتالي يجب تعديل المدار من حين لاخر وهو ما يستهلك الطاقة والوقود في القمر وهو العامل الرئيسي في تعديل العمر الافتراضي في الأقمار الاصطناعية المعدة للاتصالات . كمثال على ذلك فأن الأقمار الاصطناعية الحديثة تحتوي على كمية وقود تكفي لعشر سنوات فبالنسبة للأقمار الاصطناعية ثابتة المدار فأن تغير الجاذبية على الأرض يأثر على مسارها ويحدث ما يسمى ازاحة للقمر , كذلك القوة الجاذبية المتأتية من الشمس والقمر تؤثر على القمر الاصطناعي واذا كان القمر الاصطناعي ذا لوحات شمسية كبيرة فأنه يتعرض الى ضغط شمسي ( طاقة شمسية ) عادة ما يستعمل في تصحيح المدار .
اختيار الترددات :
عند اختيار الترددات للاتصالات عبر الأقمار الاصطناعية في الوصلة النازلة والصاعدة لابد من النظر الى بعض العوامل حسب التطبيقات :
1- الشوشرة الداخلية :
فكلما كان التردد عاليا كلما ازداد الشوشرة الداخلية لجهاز الاستقبال وللحلول دون ذلك اما زيادة قدرة الأرسال في القمر الاصطناعي او زيادة كسب هوائي الأستقبال على الارض .
2- فتحة اشعاع الهوائي :
كلما كان التردد عالي وكانت زاوية الاشعاع أصغر ففي الاتصالات المتداولة تلعب فتحة الاشعاع دورا كبيرا فكلما صغرت فتحة الاشعاع كلما اصبح توجية الهوائي أدق وبالتالي يكون التتبع أكثر صعوبة ويتلاشى الاتصال بسرعة وفي هذه الحالة يستحسن استعمال
(MNIDIRECTIIONAL) الهوائيات ذات الاشعاع في جميع اتجاهات
ولذلك في الاتصالات المتنقلة يجب أيجاد حل وسط بين التردد و فتحة الاشعاع .
