اقرأ في هذا المقال
- ما هي الاتصالات الأرضية
- ما هي الشبكات الأرضية في الاتصالات الأرضية
- الاتصالات المعتمدة على الأقمار الصناعية مقابل الاتصالات الأرضية
- أساسيات نظام الاتصالات الأرضية
- نظام اتصالات الأقمار الصناعية الأرضية
يمكن اعتبار شبكات النقل الأرضية في الاتصالات ظاهرة ثانوية للتفاعلات الاجتماعية والتفاعلات بين المجتمعات والبيئات، وفي الوقت نفسه تؤثر على تطور المجتمعات السابقة وتعقيدها، وهناك حلقة تغذية مرتدة.
ما هي الاتصالات الأرضية
يتم الاتصال عن طريق دوائر متنوعة تتكون من الكابلات الأرضية والوصلات اللاسلكية والكابلات البحرية والتي يتم تكييفها بانتظام لاحتياجات البعثات الفضائية، والتطور التكنولوجي في كل من الأنظمة والمكونات، ومن خلال هذه الدوائر يتم تبادل حزم المعلومات التي تحتوي على بيانات القياس عن بعد ووصلات الأوامر مع المركبات الفضائية، وكذلك البريد الإلكتروني والتلفاز والصوت والبيانات المساعدة من أنظمة الأرض.
يستخدم الراديو التقليدي ترددات أعلى من “500 كيلو هرتز” ولا يخترق أي مسافة كبيرة في كتل الصخور النموذجية تحت الأرض، ويشيع استخدام الروابط السلكية مثل خطوط الهاتف أو الكابلات المحورية أو مسارات سيارات التعدين أو الروابط اللاسلكية قصيرة المدى أو الاتصال عبر خط البصر، ولكن هذه الأنظمة تقيد حركة العامل تحت الأرض وعادة ما تكون أكثر تكلفة لنشرها من السطح إلى الموقع تحت الأرض، إذا كان ذلك ممكنًا على الإطلاق.
كما تخترق الموجات المغناطيسية منخفضة التردد بعمق في الأرض لكن أجهزة الاستقبال التقليدية منخفضة التردد غير حساسة نسبياً للموجات المغناطيسية منخفضة التردد، كما تم تطوير تكنولوجيا اتصالات مناسبة للاستخدام تحت الأرض، ويستخدم نظام الاتصال الرقمي عبر الأرض “TTE” تقنيات اتصالات رقمية متقدمة ونقل تردد منخفض جداً “VLF” لتوفير روابط صوتية أو بيانات موثوقة من خلال طبقات الصخور الصلبة والوسائط الصلبة الأخرى.
يمكن استخدام نظام اتصالات “TTE” لتوفير روابط اتصالات من السطح إلى تحت الأرض أو بين موقعين تحت الأرض، كما يمكن استخدام النظام لتوفير المراقبة في الوقت الحقيقي لأجهزة استشعار المعدات أو أجهزة الإنذار والظروف البيئية أو الأمنية، ويتوافق نظام “TTE” مع مجموعة كبيرة من واجهات الصوت والبيانات القياسية، ممّا يسمح بالاتصال بمجموعة متنوعة من الأجهزة والشبكات الخارجية.
يمكن أن توفر “TTE” اتصالات حيوية تحت الأرض لصناعة التعدين وأول المستجيبين الحضريين وغيرهم ممن يعملون كثيراً تحت الأرض، ويمكن للنظام أن يزيد من إنتاج التعدين تحت الأرض من خلال تحسين الاتصالات التي يمكن أن تراقب اتجاه ومكان ويتم تزويد نظام الاتصال ثنائي الاتجاه “TTE” بواجهات صوتية وبيانات قياسية، ممّا يسمح بتوصيله بمجموعة متنوعة من أجهزة الاتصالات مثل أجهزة الاستشعار وعلامات تحديد التردد اللاسلكي “RFID“.
- “RFID” هي اختصار لـ “Radio-frequency identification”.
- “VLF” هي اختصار لـ “Very Low-Frequency”.
ما هي الشبكات الأرضية في الاتصالات الأرضية
ينطوي الاتصال من الفضاء على أكثر من توجيه هوائي مركبة فضائية إلى الأرض، كما تتوفر شبكة واسعة من الهوائيات حول العالم في جميع القارات السبع لتلقي الإرسال من المركبات الفضائية، ويخطط مهندسو الشبكات بعناية للاتصالات بين المحطات الأرضية والبعثات ممّا يضمن أنّ الهوائيات جاهزة لتلقي البيانات أثناء مرور المركبات الفضائية.
تتراوح هوائيات المحطة الأرضية من الهوائيات الصغيرة عالية التردد التي توفر اتصالات احتياطية للمحطة الفضائية إلى هوائي ضخم يبلغ طوله “230 قدماً” يمكنه التواصل مع المهام البعيدة، مثل المركبة الفضائية على بعد أكثر من “11 مليار ميل”.
الاتصالات المعتمدة على الأقمار الصناعية مقابل الاتصالات الأرضية
تُستخدم ترددات الميكروويف للاتصالات اللاسلكية لأنّها تخترق الأيونوسفير، ويتم إضعافها عند استخدامها كموجات أرضية وكذلك موجات سطحية، لهذا السبب تعتمد اتصالات الميكروويف بشكل أساسي على خط البصر “LOS”.
تُصنف أنظمة اتصالات الميكروويف بشكل أساسي إلى أنظمة ساتلية وأنظمة أرضية، ويتطلب كلا النظامين إرسال جزء وجزء استقبال، حيث يحول نظام الإرسال إشارة النطاق الأساسي إلى إشارة الميكروويف ويحول نظام الاستقبال إشارة الميكروويف إلى إشارة النطاق الأساسي، وإشارة النطاق الأساسي هي إشارة متعددة الإرسال تحمل عدداً من إشارات النطاق الترددي المنخفض الفردية مثل الصوت والبيانات والفيديو، ويتم تعدد الإرسال إما باستخدام “TDM” أو “FDM“.
- “FDM” هي اختصار لـ “Frequency-division multiplexing”.
- “TDM” هي اختصار لـ “Time-division multiplexing”.
- “LOS” هي اختصار لـ “Line of sight”.
أساسيات نظام الاتصالات الأرضية
يتم تخفيف تردد الميكروويف بسبب المباني والأشجار والمواقع الجغرافية وبالتالي فإنّ المسافة الأرضية أي النطاق محدودة من جزء من الأرض إلى الجزء الآخر، ومن أجل توسيع نطاق نظام الاتصالات الأرضية يتم استخدام مرحلات أو مكررات متعددة الأقسام.
وفي نظام الاتصالات الأرضية بمحطتين ووحدة مكرر، يتم استخدام مكررات متعددة بين محطات المصدر والوجهة، ويستقبل المكرر الإشارة من أحد الطرفين ويقوم بتضخيم الإشارة وإعادة إرسالها إلى الطرف الآخر، ومن ثم فإن أجهزة إعادة الإرسال سوف تعوض خسائر التردد الراديوي الناتجة عن مرور المسير وتوضع أجهزة إعادة الإرسال عادةً على مسافة تتراوح من “32 كم” إلى “80 كم”.
يستخدم النظام الأرضي كلاً من أنواع التعديل التماثلية والرقمية، في الأنظمة التماثلية تكون إشارات معلومات البيانات ذات تردد مضاعف “FDM” أولاً، ثم تشكيلها لاحقاً “FM” وتحويلها للإرسال باستخدام هوائي “RF”، وفي الأنظمة الرقمية تكون إشارات معلومات البيانات متعددة الإرسال عبر الزمن “TDM” لتشكيل إشارة النطاق الأساسي، كما يتم تشكيل هذا باستخدام “PM” أو “PSK” ويتم تحويله للإرسال باستخدام هوائي “RF”.
- “RF” هي اختصار لـ “radio frequency”.
- “PSK” هي اختصار لـ “Phase-shift keying “.
- “PM” هي اختصار لـ “Phase modulation”.
نظام اتصالات الأقمار الصناعية الأرضية
هناك نوعان من أنماط الشبكة القائمة على الأقمار الصناعية وهي شبكة ونجم، وفي هذا النظام يتم إرسال معلومات النطاق الأساسي على تردد الموجات الحاملة، وباستخدام هوائي اتجاهي من المحطة الأرضية أي “VSAT” إلى القمر الصناعي، ويستقبل القمر الصناعي الإشارة باستخدام هوائي على متن الطائرة.
يقوم أولاً بنقل التردد المستلم إلى نطاق التردد الآخر وفي وقت لاحق تقوم بتضخيم الإشارة المترجمة قبل أن يتم نقلها عبر مساحة كبيرة من الأرض، كما يتم استخدام “6 جيجاهرتز” كتردد للوصلة الصاعدة ويستخدم “4 جيجاهرتز” كتردد للوصلة الهابطة، ويتم تنفيذ فرق “2 جيجاهرتز” في مرسل مستجيب ساتلي باستخدام تردد “LO” بقيمة “2225 ميجاهرتز”، و”6 جيجاهرتز” هو نطاق التردد من “5.925 جيجاهرتز “إلى “6.425 جيجاهرتز” و”4 جيجاهرتز” من “3.7 جيجاهرتز “إلى “4.2 جيجاهرتز”.
يتم اختيار ترددات الأقمار الصناعية للتغلب على تأثيرات الأيونوسفير وامتصاص الغازات وبخار الماء، ويتم وضع القمر الصناعي الجغرافي الثابت على ارتفاع “35800 كم”، وبسرعة “11000 كم / ساعة” وبسبب هذه الحقيقة لا يلزم تتبع القمر الصناعي ويكفي الهوائي الثابت في المحطة الأرضية لإنشاء وصلة “RF” في جميع الأوقات، والاختلافات بين الاتصالات اللاسلكية القائمة على الأقمار الصناعية والأرض والتي تؤثر على التصميم:
- مساحة تغطية نظام قائم على الأقمار الصناعية أكبر من تلك الموجودة في نظام اتصالات لاسلكي أرضي.
- سيكون لوصلة الاتصالات الساتلية مزيد من الانحطاط مقارنة بوصلة الاتصالات الأرضية، لكن جودة الإرسال عادة ما تكون جيدة للغاية.
- في حالة تأخر ارتباط القمر الصناعي من الأرض إلى القمر الصناعي إلى الأرض يبلغ حوالي “240 مللي ثانية”، بينما في الارتباط الأرضي سيكون أقل بكثير ولكن تكلفة الإرسال في نظام القمر الصناعي مستقلة عن المسافة داخل منطقة تغطية هوائي القمر الصناعي، بينما تختلف في النظام الأرضي بناءً على المسافة.
- في النظام القائم على الأقمار الصناعية تعتبر “EIRP” وعرض النطاق من المعلمات الحيوية للغاية، والتي يجب تصميمها بعناية في المرحلة الأولية لكل من وجهة نظر القمر الصناعي والمحطة الأرضية.
- يمكن تحقيق عروض نطاق عالية جداً ومعدلات بيانات عالية جداً في نظام اتصالات قائم على الأقمار الصناعية.
