Table of Contents

ما هو تجهيز الإشارات الرقمية؟

أما عملية تجهيز الإشارات الرقمية فهي التلاعب الرياضي بإشارة لبث المعلومات لتعديلها أو تحسينها أو تحليلها، وفي الاتصالات الساتلية، تحول نظام المعلومات الإدارية المتكامل إشارات مماثلة من العالم المادي إلى أجزاء رقمية، وتعالج تلك الإشارات بدقات عالية، ثم تعيد بنائها إلى بث متماثل، ويحدث هذا التحويل والتلاعب بالسرعة التي تقاس في مليارات من عمليات الاتصالات العالمية الثانية.

مؤسسة آنولوجيا - إيديتال

أما الخطوة الأولى في أي سلسلة من سلسلة نظم المعلومات الإدارية فهي أخذ العينات وتحديد الكمية، إذ يتم أخذ عينة من إشارة التماثل (مثلاً، الموجة الصوتية أو الناقل الترددي اللاسلكي) بمعدل ضعف أعلى تواتر لها على الأقل (نظرية عينات من طراز " نايكيست شانون " )، ثم يتم تحويل كل عينة إلى رقم ثنائي، وفي النظم الساتلية، تحدث هذه العملية في أجهزة تحويل موديل على الأرض أو على نحو متزايد في الساتل نفسه.

المهام الأساسية لنظام الأفضليات المعمم في الاتصالات الساتلية

وتؤدي إدارة الدعم الميداني عدة مهام حاسمة تمكن الساتل من تقديم بيانات قابلة للاستخدام على الرغم من البيئة الفضائية القاسية، وتُنفذ كل مهمة كبرمجة ثابتة أو كخرفة معدات في صفائف البوابات المبرمجة في الميدان أو دوائر متكاملة مصممة خصيصا للتطبيقات على متن المركبات الفضائية وفي أجهزة الاستقبال الأرضية.

قمع التصوير والتدخل

وتسافر إشارات السواتل عبر الغلاف الجوي، مما يُحدث ضوضاء حرارية واستيعاب الغلاف الجوي وتدخلات من صنع الإنسان، وتُعدّل أجهزة الاستلام التي تستخدمها أجهزة الاستنشاق ذات القاعدة الرقمية، مثل أجهزة التصفيف ذات التدفق الزعنفي، ومصففات التعبئة غير النهائية، التي تهدف إلى إزالة الضوضاء الخارجية في الوقت الذي تُبقي فيه أجهزة الإنذار ذات النطاقات المترابطة على نحو غير متجانس.

التعديل والعزل

وتحوّل نظام المعلومات الإدارية البيانات الرقمية إلى نماذج موجية مناسبة للإرسال عبر القناة الساتلية (التعديل) ثم تسترد البيانات الأصلية من الموجات المتلقاة (الإلغاء) وتشمل مخططات التحويل المشتركة في الاتصالات الساتلية تحديد المسارات الرئيسية للسلاسل الترددية (QPSK) و 8PSK و 16 و 32 - أب كينيدي، والتوسع في نطاقات الترددية العالية (QAM) من أجل وصلات عالية من خلال نظام تبادل البيانات.

تصحيح الرعب الأمامي (FEC)

وربما يكون التلقي هو أكثر تقنيات نظام المعلومات المسبقة عن علم أثراً في الوصلات الساتلية، ويضيف جهاز الإرسال إلى البيانات إعادة ترتيب هيكلية؛ ويستخدمه جهاز الاستلام للكشف عن الأخطاء وتصحيحها دون الحاجة إلى إعادة نقلها، وتستخدم النظم الساتلية الحديثة رموزاً للتركيب، ومدونات لـ " LDPB " (دونات ذاتية للتكافؤ) ورموزات القطبية.

ضغط البيانات

وللاستفادة القصوى من كفاءة استخدام الترددات، تضغط الخوارزميات على البيانات قبل الإرسال، وتستعمل الضياع غير المكشوف (مثلاً، التدفئة بواسطة هوفمان، الترميز الخبيث) في البيانات غير القابلة للصدمات مثل القياس عن بعد والملفات، وتخفض الضغط عن طريق السواتل (مثلاً، JPEG 2000 للصور، و MPEG-4 للفيديو) تخفيضاً جذرياًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاً في الصور الملتقطيد الملتقطتة المتحرك.

التقنيات المتقدمة في نظام إدارة الدعم الميداني المنشورة في النظم الساتلية

وبالإضافة إلى الوظائف الأساسية، يستخدم المهندسون مجموعة من الأساليب المتطورة في نظام الأفضليات المعمم للتغلب على التحديات المحددة في مجال الاتصالات الفضائية.

Fast Fourier Transform (FFT) for Spectral Analysis

وجهاز التليفزيون هو خوارزمي أساسي يحول إشارات الزمن إلى بيانات رئيسية تردد الترددات، وفي المحطات الأرضية الساتلية، تقوم أجهزة تحليل الطيف التي تستخدم الترددات الطويلة الأجل بمسح النطاق الترددي بأكمله لكشف الناقلات العاملة، وتحديد مصادر التدخل، وقياس نسب الإشارة إلى الأرقام، وتستخدم السواتل على متن الساتلين، وأجهزة الترددات المتوسطة الأجل في تقدير القنوات، وكشف الترددات، وأجهزة الكشف عن الترددات، وأجهزة الاتصال اللاسلكية، وأجهزة الاتصال اللاسلكية

تحقيق المساواة

وتُحدث القنوات الساتلية تأخيراً وتلاشياً متعدد الأطراف، لا سيما في الوحدات ذات المدار المنخفض، حيث ينتقل الساتل بسرعة إلى الأرض، حيث يُحدَّث المكافئات الإيجابية، التي تستند عادة إلى المساواة في الاكتفاء بتلقي القرار أو التعادل الخطي مع المقياس المقياسي لمقياس الترددي، ويعوض بصورة دينامية عن هذه التشوهات، وتُحدَّث نماذج التغيُّر المتساوية في مسارات.

تدوين القنوات والتدخل

وبالإضافة إلى الجماعة الأوروبية، تنفذ وزارة العدل والسلام عمليات التدخل لنشر أخطاء الانفجار عبر عدة كلمات رمزية، ويكتب مخترق الكتل رموزاً رمزية، ويقرأها على حافة العمود، بحيث يتم توزيع انفجار الأخطاء (مثلاً من ضربة البرق أو ذبابة شمسية) ويمكن تصحيحه بواسطة مدير إدارة العمليات الانتخابية، وغالباً ما يتم تصميم المداخل الحديثة على أنها معدات عشوائية أو مبتذلة.

الرقمي فوق و أسفل

وتستخدم أجهزة الإرسال التقليدية للسواتل خلاطات الناظرة لنقل إشارات الترددات الأساسية إلى الترددات اللاسلكية والخلف، وتقوم إدارة الدعم الميداني حالياً بإجراء تحويل رقمي للأجهزة الرقمية والتحول الرقمي للأجهزة المحمولة على الموجات المضغوطة باستخدام أجهزة الشاشة الخاضعة للمراقبة الرقمية والمزجات، مما يلغي الحاجة إلى أجهزة تكييف الترددات الساموية ويقلل من الانجراف.

لماذا لا يمكن ان يُستَنَقَلَ نظامُ السواتل الحديثة

وتزيد ثلاثة اتجاهات من أهمية نظام الأفضليات المعمم أكثر من أي وقت مضى: اكتظاظ الطيف، وارتفاع معدلات البيانات، والانتقال إلى مركبة فضائية محددة البرامجيات.

استخدام المبيدات العنكبوتية

ومع ازدياد إطلاق السواتل )المجموعة الوحيدة من ستارلينك وشبكة ويب( التي تضع آلاف الوحدات في المدار، فإن الطيف الإذاعي يزداد ازدحاما، ويتيح نظام المعلومات الإدارية التقنيات المتقدمة للوصول المتعدد الأطراف مثل الوصول المتعدد الأطياف لشعبة أوقات الترددات، والشبكة المتعددة الوسائط التابعة لشعبة البرمجيات، والشبكة المتعددة الوسائط، التي تتيح للمستعملين المتعددين تقاسم الترددات عن طريق فصل الإشارات في الوقت أو التواتر أو استخدام النطاقات غير النظامية.

أعلى منافذ البيانات

ويستخدم الباحثون في استخدام سواتل حديثة ذات إنتاج عالي في معدلات بيانات تبلغ عدة مئات من ميغابس لكل شعاع، ويستهدفون وصلات Gbps. ويتطلب تحقيق هذه المعدلات إجراء تعديل معقد (حتى 256-QAM) ومعدلات تدوين عالية جداً، مما يتطلب بدوره سلاسل تجهيز قوية لنظام الأفضليات المعمم، وكثيراً ما يستهلك أعضاء المجلس التنفيذي وحده معظم موارد الهيئة في شكل أسرع من أشكال الابتكار.

تجهيز المواد العاطلة والحد منها

وتُعد السواتل التقليدية " الأنابيب المُنتجة " مجرد تضخم وإعادة نقل الإشارات، وتُجري السواتل العسكرية الحديثة ذات المدار الأرضي في تجهيزها على متن السفن: وهي تعمل على هدم الشفرة، وقطع الطرق، وإعادة تكييف الإشارة باستخدام نظام المعلومات الإدارية المتكامل، مما يقلل من سرعة استخدام أجهزة الدفع المزدوجة (من المستخدم إلى الأرض، ثم إلى التراجع والهبوط) ويتيح إنشاء شبكات في الفضاء.

القدرة على التحمل والتدخل

ومن أهداف التشويش المتعمد للوصلات الساتلية للهياكل الأساسية العسكرية والحاسمة، وتشمل تقنيات مكافحة الجم التي تستخدمها إدارة الدعم الميداني برمجيات الترددات (الطيف الموضعي)، والتصوير اللاهوت في المجال الرقمي، والتصفير غير الدقيق، ويمكن للخرائط التصحيحية أن تكتشف التوقيع الطيفي للجهاز المراقص وأن تلغيه في الوقت الحقيقي، وهذه القدرات مستحيلة لتحقيقها بمقاطعات النجمية وحدها.

التطبيقات العالمية الحقيقية لنظام الأفضليات المعمم في مجال الاتصالات الساتلية

البث المباشر إلى البيت

ويستخدم جهاز استقبال مركب DVB-S2X في صناديق تجهيزات المستهلكين رقائق قوية من نظام إدارة الدعم الميداني لإجراء عمليات الخفض، وفك رموز البيوت العاملة بالفلور، وإلغاء مجرى فيديو يصل إلى 4K، ويستخدم جهاز استقبال نموذجي للمسح من 16 بندقية من طراز باسكال أو 32 من طرازAPSK مع رموز LDPC، وتعمل سلسلة نظام إدارة الدعم الميداني على أكثر من 100 ميغابايت، وكلها في إطار تكلفة أقل من 10 دولارات.

شبكة الإنترنت ذات النطاق العريض من أجهزة الإرشاد

وتستخدم محطات طرفية مستخدمي ستارلينك هوائيات متحركة وأغلافير الأشعة تحت سطح نظام إدارة الدعم الميداني لتتبع السواتل التي تتحرك عبر السماء، وتخصص سلسلة نظام إدارة الدعم الميداني في المحطة مجموعات بيانات لمختلف الحزمات البقعية، وتغلق على إشارات المنارة الساتلية، وتؤدي التكافؤ التكيفي لمواجهة التحولات التي تصل إلى 200 كيلوهرتز.

رصد الأرض والاستشعار عن بعد

تنتج سواتل رادار ذي فتحة اصطناعية مثل الساتل سينتينيل-1 أو رادارسات كميات هائلة من بيانات صدى الرادار الخام، وتقوم شركة دي إس بضغط النطاق، وضغط الزموثي، وأجهزة أشعة السيول على متن الساتل لتوليد صور عالية الاستبانة - غالبا آلاف الكيلومترات لكل مدار، وتحتاج عمليات نظام إدارة الدعم الميداني هذه إلى قدرات مضغوطة على مدارات.

التحديات في تنفيذ نظام الأفضليات المعمم للفضاء

ويأتي نشر نظام الأفضليات المعمم في الفضاء بعقبات فريدة، حيث تُعرّض البيئة الفضائية الإلكترونيات للإشعاعات التي يمكن أن تسبب إزعاجاً واحداً (قلبات الحوض) في الذاكرة والمنطق، ويجب تصميم مقاييس نظام سواتل DSP مع إعادة ترتيب ثلاثي أو ترتيب الذاكرة للحفاظ على الموثوقية، كما أن الطاقة في أقساط:

الاتجاهات المستقبلية: برنامج AI Meets DSP في الفضاء

(الخط التالي لـ (دي بي إس (هو دمج المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلي (الشبكات العصبية يمكن تدريبها على تقييم القنوات وتصنيف التداخل واختيار الصيغ التكيّفية أسرع وأدق من المقاييس التقليدية (مثلاً شبكة الوصل العصبية المُختَبرة يمكن أن تحل محل حلقة الاسترداد في التوقيت في مُدمِّر، وتُحسِّن نطاق القفل وتُناقلّ نسب التصوّب الإشارات إلى العلامات الفضائية

التوزيع الرئيسي للمرفق

وستستخدم وصلات السواتل المأمونة في المستقبل التوزيع الرئيسي الكمي (QKD) في حين أن الإشارات الكمية نفسها ليست مضبوطة أو مجهزة بصورة تقليدية، فإن القنوات الجانبية التقليدية (التزامن، والتسوية الخطأ) تعتمد على نظام إدارة الدعم الميداني لتنقية الضوضاء وتوقيت التواؤم.() وتشكل نظم نظام DSP المختلط مجالاً بحثياً نشطاً يهدف إلى الجمع بين قدرة التجهيز الرقمي وبين الأمن غير المشروط للتصويب.

حمولات في المدار

وقد أصبحت السواتل المحددة بالبرمجيات معيارية، ويمكن تحديث الخوارزميات المخزنة في منطق قابل للتعديل بعد إطلاقها لإصلاح الحشرات، والتكيف مع بيئات التدخل الجديدة، أو إضافة مخططات جديدة للتعديلات، وقد استخدم هذا المرونة بالفعل في برنامج الساتل التكتيكي الذي تحميه القوة الفضائية الأمريكية، وسيصبح مستعملا، ويتمثل التحدي في التحقق من صحة شركة سواتل ديسبيس الجديدة دون المخاطرة بالسواتل.

خاتمة

أما تجهيز الإشارات الرقمية فهو المحرك الخفي الذي يخول الاتصالات الساتلية من الأرض إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض وما بعده، ويرشح الضوضاء ويصحح الأخطاء ويضغط البيانات ويكيف مع الظروف المتغيرة باستمرار - في الوقت الحقيقي، وبما أن النظم الساتلية تتطور نحو ارتفاع الناتج، وانخفاض درجة الاحتياطات، والأذكى من المعلومات الاستخبارية، فإن نظام المعلومات الإدارية سيظل تكنولوجيا قائمة على الركن الأساسي.

For further reading, consult resources such as the NASA SmallSat Technology Assessment], the ]IEE International Conference on Communications proceedings, and the DVB Project’s ]DVB-S2X specification. These sources provide satellite- research details