بخشی از مقاله
چکیده
اساس مخابرات ماهواره ای به منظور دریافت تصاویر تلویزیونی بر مبنای ماهواره ایست که برنامه هایی را برای مناطقی از کره زمین - که توسط آنتنهای سطحی قابل پوشش نیست - ارسال مینماید. ماهواره هایی که برای این منظور به کار می آیند به طریقی در مدار خود قرار می گیرند تا همواره با سرعتی معادل سرعت زمین حرکت نموده و پیوسته بر روی نقاطی از زمین پایدار بمانند. در نتیجه این امکان را به وجود می آورد تا بتوان از آنتنهای گیرنده ای که همواره بر روی مو قعیت خاصی مستقر شده اند استفاده نمود .بدین ترتیب هر آنتنی که در محدوده تشعشع ماهواره قرار داشته باشد میتواند اصوات و تصاویر را با کیفیتی بالا دریافت نماید. هر سیستم ماهواره دارای دو مسیر فراسو و فروسو می باشد.دلیل اختلاف این دو مسیر به علت تاثیر سیگنالهای ارسالی و دریافتی می باشد. جهت ارسال درخواست برای دستیابی به پهنای باند از طرف ترمینال ها و جهت کاهش تداخل و افزایش امنیت ، از روش MF-TDMA/TDM برای انتقال و افزایش بهره وری استفاده می شود.
کلید واژه- مخابرات ماهواره ای، فراسو و فرو سو، زاویه سمت و ارتفاع، تکنولوژی.MF-TDMA/TDM
-1 مقدمه
اهمیت ماهوارهها برای مخابرات و بررسی منابع زمینی و پژوهش و کاربردهای نظامی و جاسوسی روزافزون است. بخشی از پژوهشهای علمی و تخصصی که در آزمایشگاههای مستقر در فضا انجام میشود، هرگز نمیتوانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد.یکی از واقعیات و حقیقت های زندگی امروزی ، استفاده گسترده از ماهواره ها در سیستم های مخابراتی است .با دقت بر خانه های متعدد مجهز به انتن که از سرویس های تلوزیون ماهواره ای استفاده می کنند می توان به گسترش این سیستم ها پی برد. ماهواره ها بخش عمده ای از سیستم های مخابراتی کل جهان را در بر میگیرند ماهواره مخابراتی نوعی ماهواره است که برای مخابره تصویر و پیام و دادهها بکار میرود.
ماهواره مخابراتی معمولاً در مدار ژئوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویهای ثابت، حرکت میکند، و قسمت مشخصی از سطح زمین را بطور ثابت پوشش میدهد. چنین ماهوارهای از یک ایستگاه زمینی نیز بصورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است. ماه، خورشید، و دیگر ستارگان وسیارات منظومه شمسی باعث تأثیرگذاری بروی ماهواره در مدار خود میشود که احتمال جابجایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مشکل، موتورهای مخصوصی که بهوسیله ایستگاههای زمینی کنترل میشوند، ماهوارهها را در مکان خود ثابت نگهمیدارند.
-2 مزایای استفاده از ماهواره
1-1 پوشش سطح بسیار وسیع
1-2 امکان ارائه لینک مخابراتی به مناطق دور دست وصعب العبور
1-3 سنجش از راه دور و ناوبری و عملیات امداد و نجات
1-4 فراهم کردن ارتباطات مستقل از فاصله
1-5 تخصیص فرکانس سرویس های ماهواره ای
تخصیص فرکانس سرویس های ماهواره ای فرایند پیچیده ای است که نیاز به هماهنگی و برنامه ریزی های بین المللی دارد.این وظیفه بر عهده اتحادیه بین المللی مخابراتITU است.برخی از سرویس های فراهم شده توسط ماهواره ها به قرار زیر می باشد:
o سرویس های ثابت ماهواره ای FSS
o سرویس های همه بخشی ماهواره ای BSS o سرویس های متحرک ماهواره ای
o سرویس های ناوبری ماهواره ای
o سرویس های هواشناسی ماهواره ای
-3 ماهوارههای مدار قطبی - قطب گرد -
نوعی از ماهوارهها را میگویند که مسیر مدار حرکت آنها عمود بر خط استوا و مسیر دَوران آن از قطبهای شمال و جنوب میگذرد. مدار قطبی بی شباهت به مدارات ارتفاع پایین نیست و تنها فرق اساسی آنها در جهت دَوران ماهواره است، ماهوارههای مدار قطبی از شمال به جنوب در گردشند؛ برخلاف ماهوارههای دیگر که از شرق به غرب است.قابل ذکر است که این ماهواره ها معمولا در ارتفاع 800 تا 1000 کیلومتری زمین قرار دارند. از ویژگی های ماهواره های قطب گرد ، سنکرون بودن انها با خورشید است. که هر روز در زمانهای مشخصی از استوا یا هر نقطه خاص دیگری عبور میکنند در نتیجه گیرنده زمینی می تواند در زمان های مشخصی نسبت به اخذ اطلاعات از ماهواره اقدام کند. اغلب ماهواره های قطب گرد برای مطالعات محیطی و هوا شناسی و امداد و نجات بکار میروند.
-4 شرایط ماهواره زمین ساکن
-1 ماهواره باید با همان سرعت چرخش دوران زمین به سمت شرق، به سمت شرق دوران کند
-2 مسیر چرخش باید دایروی باشد
-3 زاویه میل باید صفر باشد
زاویه میل زاویه ای است که هر نقطه نسبت به صفحه استوا قرار دارد.
-5 ماهوارههای مدار پایین زمین
به ماهوارههایی که در فاصله نسبتاً کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهوارههای مدار پایین زمین گفته میشود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهوارهها از سطح زمین بین 320 تا 800 کیلومتر است.مسیر حرکت این ماهوارهها از غرب به شرق و همجهت با دوران زمین به دور خودش است.
-6 شرایط و امکانات لازم برای برقرای ارتباط ماهواره ای
جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی،معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که بنام Uplink Antenna معروف است، میباشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره میشود .در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده میشود.یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink. دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی ازایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده میرساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال میدهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده میشود.مخابرات ماهواره ای در حالی کلی دارای یک طرح اصلی برای انتقال و دریافت اطلاعات داردهمانند شکل 1هر سیستم ماهواره دارای دو مسیر فراسو و فروسو می باشد.دلیل اختلاف این دو مسیر به علت تاثیر سیگنالهای ارسالی و دریافتی می باشد.
-7 تکنولوژی MF- TDMA/TDM
تکنولوژی TDMA/TDM از روش های استفاده بهینه از پهنای باند ماهواره می باشد. در این حالت در هر دو مسیر رفت و برگشت از تقسیم فضای ماهواره Time slot های کوچک جهت
به اشتراک گزاری پهنای باند بین ترمینالها در فواصل زمانی مختلف استفاده می شود.تا به این طریق از پهنای باند به شکل بهینه استفاده شود. جهت ارسال درخواست برای دستیابی به پهنای باند از طرف ترمینال ها و جهت کاهش تداخل و افزایش امنیت ، از روش MF-TDMA/TDM برای انتقال و افزایش بهره وری استفاده می شود. تکنولوژی MF- TDMA/TDM به دلیل به اشتراک گذاری پهنای باند و استفاده از روش - BOD - Bandwidth on Demand برای کاربرد هایی که به انتقال نا پیوسته ارتباط نیاز است بسیار مناسب می باشد.
سیگنال ارسالی به سطح زمین، بهوسیله دیشهای معمولی، دریافت و جمع آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNBانتقال پیدا میکندماهواره. ها معمولاً در سه مدار LEO و MEOو GEO قرار می گیرند. این مدارها را بترتیب با ارتفاع کمتر و متوسط و سنکرون نسبت به زمین شناخته می شوند . مدار ژئوسنکرون دارای صفحه ای است که این صفحه از خط استوا میگذرد. قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و ....ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و بصورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی میشود .همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا میباشد و در گوشهها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیشهای بزرگ تر، دارد.
امواج سانتی متری،جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار میگیرد که محدوده فرکانسی آنها بین MHz 30- 3 میباشد . دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تأثیرات کم نویز و مزاحمتهای فرکانسی است .البته فرکانسهای بالاتر از Ghz15 ، بصورت وحشتناکی بهوسیله اکسیژن هواوبخار آب تضعیف میگردند .ماهوارهها سیگنالهای ارسالی خود را بصورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال میکنندو گاهی اوقات نیز بصورت دورانی، چپ گرد و راست گرد . در سیستمهای دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلویزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد.
-8آنتن ایستگاههای زمینی
به طور کلی آنتن فرستنده، انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش میکند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیرد و به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. در هر سیستم مخابرات رادیویی، آنتن نقش حساس و مهمی دارد، زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب ونصب وتنظیم صحیح آنهامی توان تاحدزیادی بازدهی سیستم رابالا برد. علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت میشود و سپس به دستگاه تقویت کننده انتقال مییابد. ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازههای مختلف هستند. این آنتنها اطلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا میفرستند یا از فضا دریافت میکنند. آنتن ایستگاههای زمینی در ابعاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته میشوند. از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره در محدوده فرکانسهای مگاهرتز و گیگاهرتز است.
-9زوایای دید انتن
زوایای دید برای انتن ایستگاه زمینی ، زاویه سمت و ارتفاع لازم در ایستگاه زمینی هستند تا انتن مستقیمه به ماهواره اشاره کند.
❖ زاویه سمت: - - Azimuth angleاین زاویه در حقیقت زاویه ای است که سبب میشود آنتن زمینی با ماهواره موجود در مدار - GEO همان مدار ماهواره های مخابراتی - در یک راستا قرار بگیرند ازسمت شمال محاسبه شده
