ماهواره ها و فركانس هاي مخابراتي

لايه أنيوسفر در فركانس حدود ۳۰ مگا هرتز به صورت شفاف عمل مي كند. علائم ارسالي بر روي اين فركانس مستقيما از ميان آن مي گذرد و در فضاي بيرون گم مي شوند. اين فركانس ها همچنين در خط مستقيم ديد حركت مي كنند. به اين دلايل براي مقاصد ارتباطي آن ها را بايد به طريقه هاي گوناگون به كار گرفت.

فركانسهاي ۳۰ تا ۳۰۰ مگاهرتز بسيار مفيد و كارامد هستند چون انتشار آنها با وجود محدود بودن پايدار است. اين امواج با چنين فركانسي براي امواج تلويزيون كارامدند زيرا فركانسهاي بالاي آن ها اجازه حمل مقادير فراواني از اطلاعات مورد لزوم را مي دهد و براي پخش صداي داراي كيفيت بالا نيز سودمند مي باشد. علت اين امر اين است كه در اين محدوده از فركانس براي كانالهاي پهن جا وجود دارد. قسمتي از باند UHF را كه بين ۷۹۰ تا ۹۶۰ مگاهرتز قرار دارد مي توان براي مرتبط ساختن ايستگاههايي با فاصله بيش از ۳۲۰ كيلومتر به شيوه به اصطلاح پراكندگي در لايه

تروپوسفر زمين به كار برد. اين شيوه به توانايي گيرنده دوردست در گرفتن بخش كوچكي از علائم فركانس UHF كه به دليل ناپيوستگي هاي بالاي لايه تروپوسفر پراكنده شده بستگي دارد. يعني علائم در جايي پراكنده مي شوند كه تغييرات شديدي و تندي در ضريب شكست هوا وجود دارد.
امواج مايكروويو چه نوع امواجي هستند؟
فركانس هاي بين ۳۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ مگاهرتز براي رابطهاي در خط مستقيم كه در آن پيام رساني از طريق آنتن هايي بر فراز برجهاي بلند ارسال مي شود به كار مي رود. ايستگاههاي تكرار كننده را كه ساختاري برج مانند دارند نيز در فواصل ۴۰ تا ۴۸ كيلومتري ( معمولا بالاي تپه ها ) كار مي گذارند. اين ايستگاهها امواج را مي گيرند تقويت مي كنند و دوباره به مسير خود مي فرستند

. بخش مربوط به امواج مايكروويو براي ارتباط مراكز پرجمعيت بسيار مفيد است چون فركانس بالا به معناي آن است كه امكان حمل باند عريضي از طريق مدولاسيون وجود دارد و اين نيز به اين معني است كه هزاران كانال تلفن را مي توان روي يك فركانس مايكروويو فرستاد. باند عريض اين نوع فركانس اجازه مي دهد كه علائم ارسالي تلويزيون سياه و سفيد و تلويزيون رنگي بر روي يك موج حامل منفرد ارسال شوند و چون اين امواج داراي طول موج بسيار كوتاه هستند براي متمركز كردن علائم رسيده مي توان از بازتابنده هاي بسيار كوچك و اجزاي هدايت مستقيم بهره گرفت.

ماهواره چيست ؟

دستگاههاي ارتباطي ماهواره ها در باند مايكروويو عمل مي كنند در واقع ماهواره ها صرفا ايستگاه مايكروويو غول پيكري است در مدار زمين كه با كمك پايگاه زميني بازپخش مي شود. اين مدار تقريبا دايره شكل در ارتفاع ۳۶۸۰۰ كيلومتري بالاي خط استوا قرار دارد و در اين فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمين برابر است و نيروي خود را به وسيله سلولهاي خورشيدي از خورشيد مي گيرد. نيروي جاذبه زمين شتاب زاويه شي قرار گرفته در مدار را دقيقا بي اثر مي سازد. در اين فاصله دور چرخش ماهواره ها با حركت دوراني زمين كاملا همزمان و برابر است و باعث مي شود

ماهواره نسبت به نقطه مفروض روي زمين ثابت بماند.

ايستگاه زميني در كشور اطلاعات را با فركانس ۶ گيگاهرتز ارسال مي كند. اين فركانس فركانس UPLINK ناميده مي شود. سپس ماهواره امواج تابيده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه ديگر كه بر روي فركانس حامل متفاوت DownLink برابر ۴ گيگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گيرنده را انجام مي دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقويت و رله مي كند. آنتن ماهواره ترانسپوندر نام دارد. از مدار همزمان با زمين هر نقطه از زمين بجز قطبين در Line of sight است. و هر ماهواره مي تواند تقريبا ۴۰ % از سطح زمين را بپوشاند. آنتن ماهواره ها را طوري مي شود طراحي كرد كه علائم پيام رساني ضعيف تر به تمام اين ناحيه فرستاده شود و يا علائم قويتر را در نواحي كوچكتري متمركز كند. بر حسب مورد اين امكان وجود دارد كه از ايستگاه زميني در كشوري فرضي به چندين ايستگاه زميني ديگر واقع در كشورهاي گوناگون علائم ارسال كرد. به طور مثال : وقتي برنامه اي تلويزيوني در تمام شهر ها و دهكده هاي يك يا چند كشور پخش شود در اين حالت ماهواره ماهواره پخش برنامه است ولي وقتي علائم

ارسال ماهواره در سطح گسترده اي از زمين انتشار يابد ايستگاههاي زميني بايد آنتنهاي بسيار بزرگ و پيچيده اي داشته باشند. هنگامي كه علائم ارسالي ماهواره در محدوده كوچكترين متمركز مي شوند و به حد كافي قوي هستند مي توان از ايستگاههاي زميني كوچكتر ساده تر و ارزانتر استفاده كرد.

از آنجاييكه ماهواره ها براي جلوگيري از تداخل امواج راديويي بايد جدا از هم باشند لذا شماره مكان هاي مداري در مدار همزمان با زمين كه امكان استفاده آن براي ارتباطات وجود دارد محدود است. از اين رو جاي شگفتي نيست كه وظيفه مديريت در امور دستيابي به مدار و استفاده از فركانس ها براي انواع روز افزون و متنوع كاربردهاي زميني و ماهواره اي بوسيله شمار روزافزوني از كشورها بي نهايت دشوار شده است. از سويي استفاده از ماهواره ها در كش.رهاي متمدن و پيشرفته به عملكرد دقيق و عمليات روز به روز دقيق تر نه تنها از نظر به كارگيري شيوه خودشان بلكه از نظر همسايگانشان در مدار همزمان با زمين نياز مي باشد.
برخي از ماهواره ها نيز در مدار ناهمزمان با چرخش زمين non- geosynchronous قرار داده مي شوند.در ماهواره هاي ناهمزمان با مدار زمين ماهواره ديگر در ديد ايستگاه زميني نيست زيرا كه سطح افق زمين را پشت سر مي گذارد و از ديررس خارج مي شود در نتيجه براي اينكه ارسال همواره ادامه يابد به چندين ماهواره از اين نوع نياز است و چون نگهداري و ادامه كار چنين شيوه ارتباطي بسيار پيچيده و گران است لذا كاربران و متخصصان طراحي ماهواره ها بيشتر جذب ماهواره همزمان با زمين مي شود.

فركانس هاي بالاي فركانس مايكروويو چه نوع فركانس هايي هستند؟
با كشف ليزر براي نخستين بار آن قسمت از محدوده فركانسي كه بالاتر از باند فركانس هاي مايكروويو بودند به منظور حمل پيام هاي بي سيم در نظر گرفته شدند.
پرتو هاي ليزري تحت تاثير عواملي مانند مه – غبار — خرابي وضع هوا و روزهاي بسيار داغ به شدت ضعيف مي شوند. اگر چه ليزر براي حمل اطلاعات تا مسافت هاي كوتاه خط ارتباطي بسيار عالي ايجاد مي كند ولي چون پرتو ليزر خاصيت هدايت شونده بالايي دارد بازداشتن يا سد كردن آن بسيار دشوار است. اين امر سبب مي شود براي ارتش و بعضي از مقاصد نظامي كه شيوه هاي آن ها بايد داراي حفظ اسرار باشد بسيار سودمند است در ضمن دستگاه ليزر براي كاربردهاي ارتباط سيار از سبكي و قابليت حمل خوبي برخوردار است. برخلاف امواج راديويي امواج نوري را نمي توان با عبور دادن جريان هاي متناوب در سيم ها توليد كرد آن ها تنها با فرايند هايي كه داخل اتم روي مي دهد به وجود مي ايند فن آوري تار نوري مشابه موج رسان فلزي مايكروويو براي پرتو تاباني الكترومغناطيسي در ناحيه نور مرئي تعريف شده است. اين شيوه به طور كلي شامل رشته اي شيشه اي با نازكي موي انسان است كه از هدر رفتن انرژي نور در مسافت طولاني جلوگيري مي كند همچنين بر خلاف پرتوي نور معمولي پرتوي نور ليزري تكفام است يعني فقط داراي يك فركنس تنها است. پرتوي ليزر داراي گستره پهن فركانس است كه خاصيت گسيختگي نور را ندارد به همين دليل آن ها را مي توان دقيقا به همان طريق كه با فركانس هاي مايكروويو تعديل مي شوند و تغيير نوسان مي دهند را با پيام هاي تلفني و اطلاعات و علائم تصويري تعديل كرد.
به هر حال چون فركانس آن ها خيلي بالاتر است به تناسب آن مي توان تعداد بيشتري از امواج و كانالها را انتقال دهند. به طور كلي مقايسه بين شيوه هاي مختلف ارسال امكان پذير مي با

شد. روابط بين فرستنده و گيرنده خواه انتشار از روي سيم و خواه از هوا به نوع ساخت شيوه ارتباطي بستگي دارد و به همين ترتيب باند به فركانس به كار رفته به شرايط حل مساله ارتباطاتي وابسته است. بيشتر فركانسهاي در دسترس را مقررات ملي و توافق هاي بين المللي تعيين

مي كنند. اگر چه تصميمات مربوط به شيوه ها و نحو ارسال امري فني به شمار مي آيد ولي در اكثر اوقات ملاحظات سياسي آن را در بر مي گيرد.
سیستم پخش ماهواره ای و همگاني
هنگامي که براي اولين بار تلويزيون هاي ماهواره اي با رويکرد تجاري و بازرگاني وارد عرصه ارائه خدمات شدند، هنوز آنتن ‏هاي بشقابي خانگي بسيار کم تعداد، بزرگ و گران قيمت بودند.اما امروزه يافتن پشت بام ساختمان هايي که فاقد اين بشقاب ها ‏باشند، کار دشواري به نظر مي رسد.به علاوه ديگر اين آنتن ها به بزرگي قديم نيستند و بسيار کوچکتر شده اند.
تلويزيون هاي ماهواره اي چيست؟
شرکت هاي ‏تلويزيون ماهواره اي بزرگ، اين روزها اوقات فراغت بسياري از مردم جهان را با برنامه هايي همچون، فيلم، موسيقي، ورزش، ‏اخبار و حوادث، پر مي کنند.پخش برنامه هاي تلويزيوني ماهواره اي تقريباً مشابه پخش همگاني تلويزيوني است.پخش همگاني ‏تلويزيوني، سرويسي است که به صورت مستقيم و بدون نياز به سيم و کابل، برنامه هاي تلويزيوني را به دستگاه گيرنده بيننده ‏مي رساند.‏
در هر دو روش پخش همگاني و پخش ماهواره اي، ايستگاه هاي فرستنده براي ارسال برنامه ها از سيگنال هاي راديويي ‏استفاده مي کنند.ايستگاه هاي پخش همگاني از آنتن هاي قدرتمند و پر توان براي ارسال امواج راديويي به نواحي تحت پوشش ‏استفاده مي کنند و در طرف ديگر بيننده گان قادرند تا بوسيله يک آنتن کوچک امواج و برنامه ها را دريافت کنند.
محدوديتهاي ايجاد شده تلويزيون ها:
اصلي ترين ‏محدوديت در پخش همگاني تلويزيوني را مي توان محدوديت در برد يا فضاي تحت پوشش ايستگاه عنوان کرد، چراکه امواج ‏منتشر شده از آنتن در يک خط تقرباً مستقيم ارسال مي گردند و گيرندگان براي دريافت امواج مي بايست مستقيم در معرض ‏انتشار اين امواج قرار گيرند.البته در اين ميان موانع کوچکي همچون درختان يا ساختمان هاي مجاور مشکلي ايجاد نخواهند ‏کرد، اما مانع بزرگي همچون انحناء کره زمين قادر است تا امواج راديويي را در معر

ض انعکاس و انحراف قرار دهد.بدين سان، ‏اگر تمام سطح کره زمين را صاف و مسطح در نظر بگيريم، در اين حالت امواج تلويزيوني تا هزاران کيلومتر دورتر از منبع ‏انتشار (ايستگاه) نيز قابل دريافت خواهند بود.اما کره زمين داراي سطحي کروي منحني مي باشد که موجب ايجاد شکست در ‏مسير خط مستقيم انتقال سيگنال ها مي گردد.‏
از مشکلات ديگر پخش همگاني تلويزيوني کيفيت پايين و اختلال در دريافت تصاوير است که براي حل اين مشکل، گيرنده بايد ‏فاصله کمتري (تا حد ممکن) با ايستگاه فرستنده تلويزيوني دا
راه حل هاي تلويزيون ماهواره اي:‏
تلويزيون هاي ماهواره اي مشکلات ناشي از محدوديت در برد و تحريف امواج را به واسطه انتشار امواج از طريق ماهواره ‏هاي قرار گرفته در مدار زمين، تا حدود زيادي کاهش مي دهند.سيستم هاي ماهواره اي و به خصوص ماهواره هاي تلويزيوني، ‏جهت ارسال و دريافت سيگنال هاي راديويي از آنتن هاي مخصوص که بشقابهاي ماهواره (‏DISH‏) ناميده مي شوند استفاده ‏مي کنند.ماهواره هاي تلويزيوني همگي در محدوده مدار زمين قرار گرفته اند، اين ماهواره ها با سرعتي برابر ۱۱ هزار کيلومتر ‏در ساعت به سمت فضا پرتاب شده و در فاصله تقريبي ۳۷٫۵۰۰ کيلومتري از زمين قرار خواهند گرفت.در چنين سرعت و ‏ارتفاعي ماهواره ها مي توانند هر ۲۴ ساعت يا شبانه روز، يک بار به دور کره زمين بگردند.‏
نسل هاي قديمي سيستم هاي پخش تلويزيوني ماهواره اي، بر روي باند (‏C‏) که شامل گستره فرکانس راديويي از ۳٫۴ گيگا هرتز ‏تا ۷ گيگا هرتز بود، برنامه پخش مي کردند.همچنين در انتشار ديجيتال ماهواره اي، برنامه ها هم اکنون بر روي باندي به نام ‏‏(‏KU‏) با گستره ۱۲ الي ۱۴ گيگا هرتز پخش مي شوند.‏
اجزاء مختلف سيستم پخش ماهواره اي:
در روش پخش ماهواره اي موسوم به “مستقيم به خانه” (‏DTH‏)، سيستم داراي ۵ جزء مهم و

اصلي ميباشد که عبارتند ‏از: منابع تامين برنامه، مرکز انتشار و پخش زميني، ماهواره ها، آنتن هاي بشقابي و دستگاههاي گيرنده.‏

منابع تامين برنامه:‏
به زبان ساده شامل برنامه هايي است که هر کانال تلويزيوني جهت پخش تهيه مي کن
که يکي از اجزاء کليدي سيستم است، محلي است که سيگنال ها و برنامه هاي مختلف را از کانال هاي تلويزيوني دريافت نموده و ‏از آنجا به سمت ماهواره هاي فضايي ارسال مي نمايد.
ماهواره ها:‏
ماهواره ها سيگنال هايي را که از طرف ايستگاه انتشار زميني ارسال مي شود دريافت نموده و آنها را دوباره به سمت زمين (با ‏پوششي بسيار وسيع)، باز مي گردانند و منعکس مي کنند.
آنتن هاي بشقابي:‏
اين آنتن ها، سيگنال هاي ارسال شده از طرف ماهواره ها را دريافت نموده و به سمت دستگاه گيرنده بيننده خانگي، هدايت مي ‏کنند.‏
دستگاه هاي گيرنده:‏
گيرنده ها، پس از دريافت سيگناهاي آنتن، آنها را رمزگشايي نموده و با طي مراحل آشکار سازي تصوير، سيگنال ها را براي ‏پخش به دستگاه تلويزيون منتقل مي کنند.‏
اغلب ايستگاه هاي تلويزيوني محلي، خودشان مستقيماً برنامه ها را براي ماهواره ارسال نمي کنند بلکه از روش ديگري بهره ‏مي گيرند، بطوريکه برنامه هاي توليد شده مختلف را بوسيله تجهيزات ارتباطي گوناگون ابتدا براي مرکز انتشار اصلي ارسال مي ‏نمايند.اين تجهيزات مي توانند از قبيل فيبر هاي نوري ويا آنتن هاي ارسال و دريافت راديويي(بدون سيم) باشند.مرکز انتشار ‏نيز پس از دريافت برنامه ها، کيفيت آنها را بالا برده، تبديل به سيگنال هاي ديجيتالي مي نمايد که در اين مرحله حجم اطلاعات ‏ارسالي براي هر کانال به ميزاني در حدود ۲۷۰ مگابايت در ثانيه مي رسد.اما اين حجم از اطلاعات براي ارسال و دريافت از ‏طريق ماهواره ها زياد به نظر مي رسد، در مرحله بعد آنها به کمک روشهايي فشرده سازي شده و کم حجم خواهند شد.‏
فرآيند فشرده سازي تصاوير در تلويزيون هاي ماهواره اي:
يکي از اصلي ترين روشهاي فشرده سازي حجم اطلاعات تصويري، (‏MPEG-2‎‏) است.اين روش همان روشي است که جهت ‏ظبط فيلم بر روي دي وي دي ها نيز به کار مي رود.به کمک اين استاندارد مي توان حجم ۲۷۰ مگابايت اوليه را تا حدود ۵ الي ‏‏۱۰ مگابايت بر ثانيه کاهش داد.مر

حله فشرده سازي ديجيتال اطلاعات، يکي از کليدي ترين و حياتي ترين مراحل پخش تصاوير ‏تلويزيوني ماهواره اي است.براي مثال اگر بخواهيم بدون انجام مرحله فشرده سازي، تصاوير را از طريق ماهواره پخش کنيم، ‏ممکن است نتوانيم بيش از ۳۰ کانال را هم زمان بر روي يک ماهواره منتشر کنيم، اما به کمک فشرده سازي قادريم تا هم زمان ‏چيزي در حدود ۲۰۰ کانال را بر روي همان ماهواره منتشر و پخش کنيم.اما سيگنال هاي فشرده شده (‏MPEG-2‎‏ ) براحتي ‏قابل نمايش نخواهند بود و در واقع در مرحله فشرده سازي به نوعي داراي کدبندي و رمزگذاري شده اند.از اي

ن رو وظيفه ‏گيرنده ماهواره اي، اين است که سيگنال هاي دريافتي را رمزگشايي نموده و قابل پخش کند.‏
رمز گشايي تصاوير تلويزيون هاي ماهواره اي:
معمولاً گيرنده ها براي انجام اين کار هر فريم از تصاوير را جداگانه مورد تجزيه و تحليل قرار داده و آن را رمزگشايي مي کنند.‏هر فريم از سه روش ممکن است رمزگشايي شود که به شرح زير است:‏
‎intraframe:‎
اين روش که حداقل فشردگي را دارا مي باشد، شامل تمامي اطلاعات مربوط به يک تصوير در يک فريم است.‏
‎predicated-frame:
اين روش براي گيرنده تعيين ميکند تا چگونه اطلاعات جديد و تصاوير قبلي را ترکيب و تعيين نموده و فريم هاي بعدي را به ‏کمک ترکيب جديد نمايش دهد.در حقيقت در اين روش تنها اطلاعاتي شامل تغييرات در وضعيت تصاوير قبلي، منتقل مي شوند نه ‏تمامي اطلاعات تصوير.بنابر اين، دستگاه گيرنده با اعمال اطلاعات مربوط به تغييرات تصوير بر روي تصاوير گذشته، تصاوير ‏جديد را توليد و پخش مي نمايد.‏براي مثال هنگامي که در حال تماشاي برنامه اي از ماهواره باشيد،اگر در يک لحظه مانعي بر سر راه ديد ديش شما ايجاد شود و زود رفع شود شما پديده predicated-frame کاملاً مشهود خواهد بود.
‎bidirectional-frame:
اين روش نيز ترکيبي از دو روش پيش گفته را شامل مي شود.

لازم به ذکر است که نرخ يا ميزان فشرده سازي اطلاعات بستگي به نوع برنامه ها دارد.مثلاً در هنگام پخش اخبار(وقتي تصوير ‏گوينده را در حال خواندن خبر نشان ميدهد) حجم اطلاعات فشرده شده کم تر از مواقع ديگر است، چراکه در اين حالت، تصوير ‏حداقل تغييرات را خواهد داشت و داراي بيشترين پايداري مي باشد.در مقابل در برنامه هاي ديگري مانند يک فيلم اکشن يا کليپ ‏موسيقي، هر فريم يا تصوير نسبت به فريم قبلي تغييرات زيادي خواهد داشت، بنابر اين نياز به روش ‏MPEG-2‎‏ براي ‏رمزگشايي خواهد بود