Table of Contents

مقدمة إلى البعثة البحرية الدولية في مجال الاتصالات الساتلية

وقد كانت تكنولوجيا المخرجات المتعددة المدخلات من عدة مدخلات حجر الزاوية للشبكات اللاسلكية الأرضية الحديثة، مما أتاح تحقيق مكاسب كبيرة في مجال إنتاج البيانات وربط الموثوقية من خلال تعددية البيانات وتنوعها في المواقع، وفي حين أن هذه المنظمة مصممة جيداً في نظم الخلايا والشبكة، فإن تطبيقها على الاتصالات الساتلية قد برز كحد أقصى من البحوث والتطوير.

أساسيات تكنولوجيا البعثة

وتستخدم نظم الرصد المتعددة المؤشرات درجات هوائيات متعددة في كل من جهاز الإرسال والاستقبال لاستغلال البعد المكاني للقناة الإذاعية، وتنشأ ميزتان أوليتان: ، وهي عوامل تزيد من معدل البيانات عن طريق نقل مسارات البيانات المستقلة في آن واحد، و] التنوع المكاني ، مما يحسن الأداء الحادي

وبالنسبة إلى المنظمة البحرية الدولية، فإن التوازن بين تعددية الأطراف والتنوع يعتمد على الارتفاع المداري وتشكيلة الهوائيات. ويمكن أن تولد مجموعات المدار الأرضي، التي تتضمن تحركاتها النسبية وارتفاعاتها المنخفضة، بيانات أكثر انفصالاً وتنوعاً من النظم العالمية لرصد المحيطات.

فرص البعثة في الاتصالات الساتلية

ويفتح نشر البعثة في شبكات السواتل عدة مزايا رئيسية تعالج الطلب المتزايد على القدرة العالية والتواصل الموثوق به.

تعزيز من خلال النواتج والقدرة على الاتصال

ويمكن أن تضاعف المنظمة البحرية الدولية معدل البيانات في وصلة ساتلية دون حاجة إلى طيف إضافي، إذ يمكن أن تحقق نظما ساتلية ذات قدرة عالية على النطاق الترددي العريض، مما يترجم إلى قياسات أكثر حيوية لكل مجرى فضائي - قياس حرج - حيث أن الطلب الاستهلاكي على التصفيق والخدمات السحابية والعمل عن بعد لا يزال يرتفع.

تحسين موثوقية الإشارة والتخفيف من حدة التدفق

ويمكن أن تتلاشى الإشارات الساتلية من الأمطار والسحب والتأملات المتعددة التعاطف )لا سيما في السيناريوهات المتنقلة( وقد تظل أساليب التنوع لدى البعثة - الفضاء أو الوقت أو التردد أو التكرار في الاستقطاب - التي تكافح التلاشي العميق، وفي نظام للتنقية متعدد الوسائط، حتى وإن كان مسار التفسير مكثفاً بشدة، فإن مسارات أخرى قد تظل صالحة.

استخدام المبيدات العنكبوتية

ويُعدّ نظام " سبيكتروم " مورداً محدوداً ومكلفة لمشغلي السواتل، إذ تتيح هذه المنظمة للمشغلين إعادة استخدام قنوات التردد نفسها مع الفصل المكاني، إما في إطار شعاع واحد (في شكل ميغاوم) أو عبر شعاع متعدد (في شكل ميغاوم) ويمكن أن تؤدي هذه التقنية، إلى جانب إدارة التدخل المتقدمة، إلى تعزيز الكفاءة في استخدام الأجهزة من خلال أجهزة الاستشعار المتعددة، أو تجهيز ميكانيكيات أعلى في الأرض المتاخمة.

دعم التطبيقات الناشئة: IoT, 5G Backhaul, and Beyond

وتتيح هذه المنظمة للشبكات الساتلية خدمة تطبيقات الاتصال المرهقة والواسعة النطاق، كما يمكن لشبكة ميغنوس غير الأرضية أن توفر الوصلات اللازمة للأجهزة اللاسلكية الصغيرة في المناطق النائية، وفي سيناريوهات العمليات المتواضعة، يمكن أن تستخدم تقنيات واسعة النطاق من أجهزة التصوير المغنطيسي (مئات الهوائيات في القطاع الأرضي) في نفس الوقت آلاف أجهزة الاستشعار ذات الترددات المنخفضة الحجم.

التحديات التي تواجه تنفيذ المبادرة في النظم الساتلية

وعلى الرغم من الوعد، فإن النشر العملي للمنظمة البحرية الدولية على السواتل يواجه عقبات كبيرة، وتورد الفروع التالية تفاصيل الصعوبات التقنية والتشغيلية الرئيسية.

تعقيدات وتكاليف البرامجيات

وتحتاج هذه المنظمات إلى سلاسل متعددة من الترددات اللاسلكية - كل منها مضخمات كهربائية ومرشحات ومحولات - أو سلسلة واحدة مع شبكات متطورة من أجهزة التضليل - وبالنسبة للسواتل، فإن كل عنصر إضافي من عناصر الترددات المتوسطة الحجم يضيف الوزن واستهلاك الطاقة وخطر الفشل، وقد تكون تكلفة الأجهزة الإلكترونية ذات الكفاءات الفضائية أعلى من الأرقام المكافئة الأرضية.

التقدير والقناة وتأخر التغذية

ولا غنى عن وجود نظام " المعلومات المسبقة عن علم " (Secrecoding) و " decoding " () في النظم الأرضية، يتم نقل الطيارين بصورة متكررة، وتعاد تقديرات القنوات باستخدام مليارات من الطاقات، وتعاني وصلات السواتل، ولا سيما المدار الثابت من أوقات الدوام، من وجود 250 ملليمتراً أو أكثر، مما يجعل من التضحية المغلقة بالطائرات المتوسطة الحجم غير عملية بالنسبة لقنوات السريعة التباين (مثل).

محدودية الفضاء والثماني والطاقة

وتخضع السواتل لقيود شديدة من برنامج " ساو ب " ، إذ لا يجوز أن يخصص ساتل صغير نموذجي سوى 10-15 كيلوغراما و50-100 غرباً من أجل حمولة الاتصالات، إضافة عناصر هوائي متعددة ذات أجهزة إرسال فردية تؤثر مباشرة على ميزانيات الكتلة والطاقة، وعلاوة على ذلك، يجب أن تصمد صفيفة الهوائيات في الهواء، والتدوير الحراري في الهواء، والإشعاع.

البيئة والتصويب المكاني

وفي العادة يكون للمحطة الفضائية الدولية عنصر قوي من عناصرها وضيق النطاق، بحيث يكون الانتشار المتعدد الوسائط صغيرا، مما يؤدي إلى وجود ارتباط مكاني كبير بين عناصر الهوائي، مما يقلل من المستوى الفعال لقناة البعثة، وبالنسبة لجزء من المدار مباشرة، فإن الفصل بين المسارات من مختلف الهوائيات قد يكون غير ذي أهمية، مما يؤدي إلى زيادة في التعقيدات في المدارات المتعددة.

المسائل التنظيمية

وتعتمد نظم البعثة على الفصل المكاني للمستعملين؛ وفي النظم الساتلية، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تدخل بين الشعاعات أو بين مختلف السواتل التي تتقاسم الطيف.ويتطلب تنسيق نقلات المنظمة عبر حزم متعددة تحديد مواعيد متطورة وقد يتطلب وصلات بين السواتل أو تجهيزات أرضية مركزية.() وقد تفرض الهيئات التنظيمية )مثل الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية، ولجنة المنافسة الحرة( أقنعة على الانبعاثات البعيدة المدى وتتطلب التنسيق مع سائر أنواع التجهيزات.

أنواع الهندسة المعمارية لنظم السواتل

ولا تكون جميع عمليات تنفيذ هذه المنظمة متساوية، إذ أن هياكل مختلفة تقدم مقايضة، تبعا للمدار الساتلي، وقدرات الحمولة، ومتطلبات المستعملين.

وحدة المُستشفى (SU-MIMO)

وتركز الوحدة على زيادة معدل البيانات بالنسبة لمحطة طرفية واحدة أو محطة أرضية في وقت مناسب لربط التطبيقات - مثل ربط النقل عن بعد بالشبكة الأساسية - وفي هيئة رصد الأرض، يمكن أن تضاعف أو تبلغ تشكيلة ×4 أو تبلغ سعة وصل رباعية، غير أن الوحدة تطلب نسبة عالية من الإشارات إلى الوصل، وقد يكون من الصعب تحقيقها في الممارسة العملية.

متعددة المستعملين (MMU-MIMO)

ويخدم نظام " ميم " متعدد المستخدمين في آن واحد على نفس المورد الترددي، ويفصلهم من مكان لآخر، وفي نظام متعدد الأطراف ساتلي، يمكن لكل شعاع أن يعمل كمستخدم، ويمكن لتجهيز نظام " ميممو " عبر المجموعة أن يلغي التدخل فيما بين الأطراف، وهذا نهج واعد بالنسبة للمنشطات الفضائية في كابند، حيث يتعايش مئات البيوتس المعقد.

Massive MIMO for Ground Segment

وبدلا من وضع العديد من الهوائيات على الساتل، يمكن نشر هذه المنظمة في المحطة الأرضية، وتستخدم المحطة الأرضية مجموعة من العشرات أو مئات العناصر لتتبع الساتل والفصل المكاني بين السواتل المتعددة أو الشعاعات، وهذا النهج يبسط الجزء الفضائي ويعزز التقدم في مجال المعدات الأرضية، وبالنسبة لمجموعات المدار الأرضي، يمكن للمبادرة المتعددة المزودة بمقياس للجرعات أن تخدم سواتل متعددة في كل خلية، وتشمل عمليات التخمير ذات الأشعة تحتية.

التوقعات المستقبلية والتوجيهات البحثية

وتتجه هذه المنظمة إلى النمو في الاتصالات الساتلية مع نمو التكنولوجيا وتصعيد الطلب، وهناك العديد من الخيوط البحثية والإنمائية نشطة حاليا.

التعليم المدرسي والتعلم الآكلين

وللتغلب على التأخير في تقدير القنوات والتشويه الدينامي، يجري تطوير خوارزميات التكيف التي تتعلم إحصاءات القنوات على مدى فترات زمنية أطول، ويمكن للتعلم من أجل تعزيز التحول إلى أقصى حد بين أساليب التكديس المتعددة والتنوع، في حين يمكن للشبكات العصبية التنبؤ بمعاملات القنوات من البيانات التاريخية والبارامترات المدارية.

تصميمات الهوائيات الخفيفة الوزن

فتقنيات الهوائيات المتحركة تمكن المنظمة البحرية الدولية من استخدام السواتل الصغيرة، كما أن الهوائيات المتطورة، والصور المتحركة، والهياكل المشتعلة تقلل من الوزن مع الحفاظ على المكاسب، وعلى سبيل المثال، أظهر مشروع " إمومسات " التابع للوكالة الأوروبية (ESA) (MMIMOsat) شعاعا مرحليا مطويا من 4 عناصر مع تكنولوجيا مطبوعة تقل وزنها عن 2 كيلوغراما.

التكامل مع الشبكات غير الفضائية

وتُعَدُّ هيئات المعايير (3GPP، الاتحاد الدولي للاتصالات) تعريفاً نشطاً لمواصفات شبكة NTN لـ 5G و6G.

بعثة الرصد المتعددة الجنسيات المعارضة والمهجنة

ويمكن أن توفر وصلات الفضاء الضوئي المجانية عرضا هائلا للزوارق، ولكن يمكن أن تكون عرضة للاضطرابات الجوية، ومع أن النظم الهجينة التي تجمع بين الإدارة البحرية لمصائد الأسماك والصلات البصرية يمكن أن توفر التنوع والقدرة العالية، كما يمكن تطبيق مبادئ المنظمة على صفائف متدرجة بصرية، حيث تكون الأشعة الليزرية المتعددة متعددة من الناحية المكانية، ومع ذلك يمكن أن تُفتح وصلات ساتلية تجريبية ومتبادلة.

خاتمة

وتُشكِّل تكنولوجيا المعلومات والاتصالات وسيلة قاهرة لزيادة القدرة والموثوقية والكفاءة في استخدام الطيف في الاتصالات الساتلية، ومن زيادة إنتاج البيانات لمستخدمي النطاق العريض إلى التخفيف من حدة التقلبات الشديدة، ودعم شبكات الهندسة الضخمة، إلا أن الطريق إلى النشر التشغيلي هو طريق مهيأ مع وجود تحديات في مجال تصميم السواتل، ودرجة الاحترار بالقنوات، وارتباطها المكاني الكبير، والقيود التنظيمية.