بخشی از مقاله
چکیده : با توجه به مزیت هاي گوناگون مخابرات ماهواره اي لیزري در مقابل مخابرات ماهواره اي RF می توان از آن به
عنوان تحولی جدید در سیستم هاي مخابرات ماهواره اي نام برد، که روز به روز در حال پیشرفت وتکامل می باشد . در این مقاله بحث کامل مخابرات ماهواره اي لیزري آورده شده است ودید عمومی نسبت به این موضوع در آن بررسی شده
است . هدف بیان کلی این نوع از مخابرات ماهواره اي بوده است .
کلمات کليدی : ليزر – مخابرات ماھواره ای – لينک نوری – مدوالسيون شدت مستقيم
مقدمه
مخابرات ماهواره اي لیزري ، ارسال در فرکانس هایی از حوزه ي 1014
هرتز (نوري ) را در بر می گیرد کـه حـدود هفـت تـا هشـت مرتبـه از
سیستم هاي فرکانس رادیویی ( RF) بـالاتر اسـت. ارسـال در چنـین
فرکانس هایی سه مزیت اصـلی دارد ، یعنـی پهنـاي بانـد بـزرگ تـر ،
زوایاي کوچک تـر از نظـر واگرایـی اشـعه و آنـتن هـاي کـوچکتر . در
حقیقت ارتباط با لیزر هوایی ، ارتباط فیبر نوري و رایانه هـاي نـوري .
در ارتباطات اشعه ي لیزر هوایی ، داده ها و تصاویر ، از طریـق جـو بـا
استفاده از اشعه هاي لیزري توان پایین ، ارسال می شوند. مزیتـی کـه
این روش دارد این است که پارازیت کردنش توسط طرق شناخته شده
، تقریبا غیر ممکن است . به علاوه به علت وجود پنهاي باند فوق العاده
وسیع در تشعشع لیزري ، تا 10 تبدیل مجزا می تواند به طور همزمان
اجرا شود. با وجود این ، چنین ارتباطات اشعه ي لیزري هوایی ، کـاملا وابسته به آب و هوا هستند. در یک روز صاف ، یک اشعه ي لیـزر مـی
تواند چندین کیلومتر ارسال شود ، اما وقتی جوي مه آلود ، غبار آلود و
بارانی باشد ، ارسال به فواصل کوتاهتر محدود می شـود. در ارتباطـات
فیبر نوري ، ارسال لیزر توسط رسانهي هدایت شده از فیبرهـاي نـوري
انجام می شود. این سیستم قادر است چهار گیگا بیت اطلاعـات ر ا در
هر ثانیه به فاصله ي حـدود 120 کیلـومتر ي ارسـال کنـد ، رایانـه ي
نوري مسایل کندي و گرمایی ساختمان هـاي مـرتبط بـا رایانـه هـاي
الکترونیکی را حل می کند. این به خاطرآن است که در این جابجـایی
جریان الکترونیکی ، نور به کار گرفته می شود. به علاوه نـور در سـمت
بالاتر طیف الکترو مغناطیسی قرار دارد و با اطلاعـات خیلـی بیشـتري
می تواند کد شود همچنین یک مدار نوري براي جریـان نـور مقاومـت
صفر دارد و از این رو قادر به حمل اطلاعات خیلی بیشتري نسـبت بـه
مدار الکترونیکی هم انـدازه ي خـودش مـی باشـد بـراي بکـار گیـري
سیگنال هاي نوري در کانال هاي موازي ، مسئله اي وجود ندارد.
1
بنابراین با توجه به وابستگی جوي ، مخابرات لیزري نمـی توانـد بـراي ارتباط بین ایستگاه زمینی و یک ماهواره ي ایستور استفاده قرار گیرد.
با وجود این ، برا ي ارتباط بین ماهواره ها یا ارتباط عمق فضا 1 کـاملا مناسب است. یک مثال معمول براي یک چنـین ارتبـاط لیـزري بـین
ماهواره اي ، در شکل((1 نشـان داده مـی شـود. در ایـن جـا GS هـا
ماهواره هاي ایستور هستند در حالی که ES ها ماهواره
شکل :1 مثال از مخابرات ماهواره اي لیزري
هاي دیگري می باشند (مثلا ماهواره هاي مشاهده ي زمینی یـا هـدف
ویژه ) این ES ها با GS ها به صورت مخابرات لیـزري ارتبـاط برقـرار
می کنند و سرانجام GS ها توسط ارتباط مایکروویوي RF با ایسـتگاه زمینی ارتباط بر قرار می سازند. بسـته هـاي (تجهیـزات ) فرسـتنده و گیرنــده ي نــوري ، کوچــک تــر و ســبک تــر از زیــر سیســتم هــاي
مایکروویوي RF مشابه هستند . این موضوع به کـاهش هزینـه و وزن فضا پیما کمک می کند. بـراي ارتبـاط عمـق فضـا کـه در آن ارتبـاط سیارات با زمین مورد نظر است و کاملا دور هستند ، سینگال هـاي در
یافتی خیلی ضعیف می باشند و در نتیجه ارتباط لیزري بـین مـاهواره
اي مسئله را حل می کند . این جا »عمق فضا پیما2« با یک ماهواره ي
ایستور ، خط ارتباط نوري عمق فضا را خواهد داشت که خـط ارتبـاط
1 Dccp Space Communication 2 DeepSpace - Craft
اولین همایش ملی و چهارمین همایش مؤسسه آموزش عالی خاوران
مایکروویوي با ایستگاه زمینی را فراهم می سازد. بنابراین به طور قطـع ، مخابرات ماهوارهاي لیزري براي ارتباط بین مـاهواره اي خـدمت مـی
کند و این جا تجزیه و تحلیل بین خطوط ارتباطی نوري لازم است.
تجزیه و تحلیل خط ارتباطی
(الف) اثرات جوي : زمانی که تجزیه و تحلیل بـین خطـوط ارتبـاطی
ماهواره اي انجام می شود ، اثـرات جـو زمـین بـر روي سـیگنال هـاي لیزري بایستی به دقت مطالعه شوند. جو زمین سیگنال هـاي نـوري را به انحاي مختلف از قبیل تضعیف ناشی از جذب انرژي ، پخش ناشی از تفرق امواج نوري ، خمش اشعه ي ناشی از متمرکز شدن مجدد اشـعه
هاي نوري و خرد شدن اشعه در اثر تلف چسبندگی 3 میدان در جبهـه
اشعه 4 تحت تاثیر قرار می دهد. تضعیف جـوي همـان طـوري کـه در شکل الف (2) نشـان داده مـی شـود ، وابسـته بـه طـول مـوج اسـت.
همچنین ، همان طوري که در شکل ب (2)نشان داده می شود.
شکل:2تاثیر اثرات جوي در تجزیه وتحلل خط ارتباطی
وابسته به زاوایه ي ارتفاع ، به خصوص براي خط ارتباطی پایین نـوري
5 ماهواره است . پخش اشعه ي ناشی از تفرق جوي ، منتج به تضـعیف
3 Coherencc 4 Bcamfront 5 Optical Down Link
2
توان دریافتی در گیرنده ي نوري می شود. در حقیقـت اشـعه ي خـط ارتباطی پایین دریافتی حدود 10 میکرو رادیان باشد. در روزهاي صاف ، مخلوط شدن لایه هاي گرم و سرد جوي ، تلاطم به وجـود مـی آورد که ممکن است با دسته اشعه نوري تعامل پیدا کنـد و موجـب تمرکـز مجدد و موقعیت گیري مجدد دسته اشعه گردد. این مسئله باعث مـی
شود دسته اشعه به نقطه ي غیر پیش بینی شده جابه جا شود (هدایت
اشعه ) و مسایلی را براي نشانه گیري نوري ایجاد کند. به طور مشابه ،
جو نیز در چسبندگی (به هم پیوستگی ) جبهه اشعه ، تلف بـه وجـود
می آورد که در نتیجه دو نقطه بر جبهه ي اشعه هم فاز نخواهند بـود.
این مسئله ، سیستم هاي آشـکار سـاز نـوري مسـتقیم و هتـروداین را
تحت تاثیر قرار می دهد.
(ب)تجزیه و تحلیل کامل خط ارتبـاطی: تجزیـه و تحلیـل »بـین
خطوط ارتباطی«6 نوري ماهواره که در زیر ارائه می شود. براي حـالتی
مناسب است که اثرات جوي در بـین خطـوط ارتبـاطی مـاهواره قابـل
اغماض فرض می شوند(یعنی فضاي بین دو ماهواره). در این جا فـرض
می شود که خط ارتباطی RF براي خطوط ارتباطی بالا و پایین جهت
ارتباط با ماهواره استفاده می شود و خـط ارتبـاطی بـین در مـاهواره ،
خط نوري است که از سیستم آشکارسازي مستقیم استفاده مـی کنـد.
بنابراین وقتی که ماهواره خط ارتباطی بالا را دریافت می کند ، به طور
مستقیم پهناي باند حامل خط ارتباطی بالا را روي حامل نـوري بـراي
خط ارتباطی بین ماهواره اي ، مدوله می کند براي ایـن کـار ضـروري
است که حد بالایی از باند فرکانسی خط ارتباطی بـالا در پهنـاي بانـد
آشکار ساز نوري دریافتی قرار گیرد و در غیر این صورت ، پهنـاي بانـد
6 Cross Links
اولین همایش ملی و چهارمین همایش مؤسسه آموزش عالی خاوران
خط ارتباطی بالا قبل از این که مدولاسـیون لیـزري انجـام شـود ، بـه فرکانس پایین تبدیل می شود. بدین ترتیب ، شکل موج خط ارتبـاطی
RF ماهواره ممکن است به صورت زیر نمایش داده شود:
