الوصلة الهابطة للقمر الصناعي Satellite Downlink

إنّ الاتصالات عبر الأقمار الصناعية تعمل على إرسال البيانات من طرف إلى آخر باستخدام قمر صناعي في الفضاء، وهي تعمل بطريقة يتم فيها إرسال إشارة من محطة أرضية باتجاه القمر الصناعي، كما يقوم القمر الصناعي بإعادة إرسال الإشارة نحو محطة أرضية أخرى، وتشبه ارتباطات الأقمار الصناعية الارتباطات اللاسلكية، حيث تحتوي كل عقدة ساتلية على واحد أو أكثر من حزم واجهة شبكة الأقمار الصناعية، والتي تتصل بها القنوات بكائن الطبقة المادية في البروتوكول.

ما هي الوصلة الهابطة للقمر الصناعي Satellite Downlink؟

الوصلة الهابطة للقمر الصناعي “Satellite Downlink”: هي الوصلة الهابطة لدائرة الأقمار الصناعية، وهي رابط تغذية ينقل الإشارة من القمر الصناعي إلى أسفل نحو المحطة الأرضية، حيث تتضمن الوصلة العوامل التي تؤثر على الإرسال من القمر الصناعي إلى المحطة الأرضية، كما يمكن فهمه بسهولة أكبر من خلال اعتبار أنّ الوصلة تشير إلى ارتباط هابط من القمر الصناعي إلى المحطة الأرضية ويشار أحياناً إلى العملية التي تتضمن عملية الارتباط الهابطة باسم التنزيل.

عندما يرسل القمر الصناعي “Satellite” إشارة الوصلة الصاعدة “Uplink” المحققة مرة أخرى نحو الأرض يُعرف باسم الوصلة الهابطة، كما يُعرف تردد الإشارة أثناء الوصلة الصاعدة والهابطة بتردد الوصلة الصاعدة وتردد الوصلة الهابطة على التوالي، كما أنّ ترددات الوصلة الصاعدة والهابطة يجب أن تكون مختلفة ويرجع ذلك إلى حقيقة أنّه إذا كان الاثنان متماثلان، فإنّ الوجود الوثيق لهوائي الوصلة الصاعدة والهابطة سيؤدي إلى تشويش الإشارات.

نقطة أخرى مهمة فيما يتعلق بالفصل بين إشارة تردد الوصلة الصاعدة والهابطة على الساتلايت هي استخدام المرشحات، حيث يمكن استخدام مرشحات التمرير المنخفض التي يمكنها حجب المكون عالي التردد لإشارة الوصلة الصاعدة، وكذلك يمكنها تمرير المكون منخفض التردد الذي يشكل إشارة الوصلة الهابطة.

متطلبات تصميم الوصلة الهابطة:

في تشكيل الوصلة الهابطة، يوجد هوائي الإرسال لإرسال إشارة الوصلة الهابطة ومكبر الصوت في الساتل نفسه، ونتيجةً لهذا فإنّ الحجم الكلي للهوائي ومكبر الصوت محدودان، وهذا يحد في النهاية من القدرة على القمر الصناعي، وبالتالي في عملية الوصلة الهابطة، كما يتم إرسال كمية صغيرة من الطاقة من القمر الصناعي نحو المحطة الأرضية، حيث أثناء عملية الوصلة الهابطة تُظهر طاقة النواتج الاعتماد على ترددات إشارة الوصلة الهابطة، كما أنّ ترددات الوصلة الهابطة يجب أن تكون بالضرورة أقل من ترددات الوصلة الصاعدة.

• نظراً لأنّ المرسل الساتلايتي يحد من القدرة الإجمالية المرسلة من خلاله، فإنّ إشارات تردد الوصلة الهابطة يجب أن يكون لها توهين أقل من ترددات الوصلة الصاعدة.

• تنتشر إشارة التردد المنخفض أكثر من إشارة التردد العالي لنفس المقدار من القدرة المرسلة.

وبالتالي، من أجل تلبية المتطلبات، تُفضل الإشارات منخفضة التردد على الإشارات عالية التردد لتشغيل الوصلة الهابطة، وكما أنّ “EIRP” للساتلايت أو كسب المستقبل لا يؤثر على جودة الوصلة الهابطة، حيث يتم اختيار تردد الوصلة الهابطة على أساس القدرة القصوى المرسلة والخسائر الجوية المرتبطة بها.

ملاحظة:“EIRP” هي اختصار لـ “Equivalent Isotopically Radiated Power”.

آلية عمل الوصلة الهابطة للقمر الصناعي:

يتم استقبال الإشارة من جهاز إرسال القمر الصناعي بواسطة طبق القمر الصناعي من خلال أبواق التغذية، وبعد ذلك يتم تغذية الإشارة المستقبلة إلى وحدة تضخيم أي مضخم طاقة، حيث أنّ المدخل إلى وحدة مكبر الصوت مثل “klystron” أو “TWTA” هو إشارة محولة يتم تضخيمها بعد إزالة مكون الضوضاء للحصول على مستوى عالٍ من إجمالي الطاقة الفعالة.

كما يتم الآن تقديم الشكل المضخم للإشارة إلى المحول النازل، وبشكل أساسي تكون الإشارة الواردة من الوصلة الهابطة في نطاق الميكروويف “1000 ميجاهرتز”، أي في نطاق التردد “C” و”S” و”X” و”Ka” و”Ku”، وهذا عندما يتم توفيره للمحول النازل يمزج الإشارة مع التردد المتوسط ​​من أجل توفير التردد المطلوب للوصلة الهابطة.

بشكل أكثر تحديداً يتم تحويل تردد الميكروويف إلى نطاق “L” يتراوح بين “70 ميجاهرتز” إلى “140 ميجاهرتز”، وعلاوة على ذلك يتم تغذية إشارة النطاق “L” هذه إلى وحدة مزيل التشكيل، حيث يتم إزالة تشكيل إشارة الوصلة الهابطة واستخراج تدفق البيانات الرقمية، وبعد ذلك يتم توفير البيانات الفعلية لمكونات الشبكة المختلفة بمساعدة جهاز التوجيه، وبهذه الطريقة تصل الإشارة من محطة أرضية إلى أخرى عبر القمر الصناعي في الاتصالات الساتلية.

تطبيقات الوصلة الهابطة للقمر الصناعي:

• البث التلفزيوني.

• البث الإذاعي.

• الاتصالات السلكية واللاسلكية.

• مزودو خدمة الإنترنت أي شبكات “O3B”.

• اتصالات الجيش.

• اتصالات البحرية.

• المنافذ الفضائية أو “DTH” أو رؤوس الكابلات.

• الاتصال بالموقع البعيد.

• اتصال من نقطة إلى نقطة أي شبكة ميكروويف.

• عربات اتصال الأقمار الصناعية المتنقلة.

ملاحظة:“DTH” هي اختصار لـ “Digital satellite television”.

ما الذي يحدد السرعة القصوى للوصلة الهابطة للقمر الصناعي؟

نقطة البداية الأساسية مع ارتباط القمر الصناعي هي التردد المستخدم، فكلما زاد التردد يمكن تمرير البيانات بشكل أسرع، لذلك يجب أن يكون النطاق “Ka” أي حوالي “30 جيجاهرتز” أسرع من النطاق “Ku” أي حوالي “12 جيجاهرتز”، والذي بدوره يكون أسرع من النطاق “L” أي حوالي “1.6 جيجاهرتز” كما إنّ السرعات التي يمكن تحقيقها على رابط القمر الصناعي يمكن شرحها جميعاً في ما يسمى نظرية شانون.

يقوم مقدمو قنوات الاتصال بتطوير تقنياتهم من أجل تحقيق قدرة الربط المثلى بناءً على احتياجات السوق الخاصة بهم، حيث تؤدي الزيادة في مستوى طاقة الإرسال إلى زيادة معدل نقل ارتباط الاتصال، وبالمثل فإنّ انخفاض الطاقة سيؤدي إلى تأثير معاكس، ممّا يؤدي إلى تقليل الإنتاجية، وهناك طريقة أخرى لتحسين ناتج الرابط تتمثل في زيادة حجم هوائي الاستقبال من أجل الحصول على مستوى أعلى من الطاقة المستقبلة على متن الطائرة، ولكن هذا هو المكان الذي تصبح فيه القيود التشغيلية واضحة، حيث سيؤدي ذلك إلى تثبيت غير مناسب للطائرة.

ما هي خسائر النقل في الوصلة الهابطة للقمر الصناعي؟

يُعرف الفرق بين القدرة المرسلة في أحد الأطراف والمستلمة في محطة الاستقبال بخسائر الإرسال حيث يمكن تصنيف الخسائر إلى نوعين.

• الخسائر المستمرة: هي الخسائر الثابتة مثل خسائر وحدة التغذية بالخسائر الثابتة، وبغض النظر عن الاحتياطات التي قد نتخذها، لا تزال هذه الخسائر ستحدث.

• الخسائر المتغيرة: هو خسارة حالة السماء والطقس وهي مثال على هذا النوع من الخسارة، كما يعني إذا كانت السماء غير واضحة فلن تصل الإشارة بشكل فعال إلى القمر الصناعي أو العكس.

لذلك، يتضمن الإجراء الخاص حساب الخسائر بسبب الطقس الصافي أو حالة السماء الصافية كأول لأنّ هذه الخسائر ثابتة لن يتغيروا بمرور الوقت، وبعد ذلك في الخطوة الثانية يمكن حساب الخسائر بسبب سوء الأحوال الجوية.