تکنولوژی‌های متداول در شبکه‌های ماهواره‌ای

- امروزه با رشد روز افزون تکنولوژی مخابراتی روش‌های متفاوتی جهت ایجاد شبکه‌های ارتباط ماهواره‌ای به وجود آمده است. در این مقاله به معرفی برخی از روش‌های متداول درشبکه‌های ماهواره‌ای و مشخصات هر کدام خواهیم پرداخت. به طور کلی تصمیم‌گیری برای انتخاب راه‌حل مناسب, نیازمند بررسی پارامترهای موثر در امر طراحی شبکه می‌باشد, برخی از این پارامترها عبارتند از :

1- گستردگی شبکه ارتباطی, شامل تعداد لینک‌های ارتباطی مورد نیاز در فاز اول و نحوه افزایش آن در فازهای بعدی

2- نوع کاربردهای شبکه (اینترانت, دیتا, صوت, ویئو کنفرانس, اینترنت)....

3- توپولوژی یا ساختار شبکه

4- Scalability و نحوه گسترش شبکه 

5- Availability یا قابلیت اطمینان سیستم

6- سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه‌های جاری

با توجه به موارد فوق راه‌حل‌های زیر ارائه گردیده و در مورد هر کدام پارامترهای فوق بررسی می‌گردد.

-   راه‌حل (Single Channel Per Carrier) SCPC

این روش یک راه‌حل ایده‌آل جهت کاربردهایی است که در آن حفظ کیفیت ارتباط و داشتن یک پهنای باند ارتباط اختصاصی جزء مهم‌ترین عوامل تصمیم‌گیری می‌باشد. راه‌حل  فوق مناسب‌ترین روش جهت راه‌اندازی یک ارتباط نقطه به نقطه

  (point-to-point) می‌باشد. سهولت راه‌اندازی, نیاز به حداقل تجهیزات و در نتیجه قیمت مناسب از مزیت‌های استفاده از این روش می‌باشد. این روش با توجه به استفاده از یک پهنای باند ارتباطی اختصاصی راه‌حل مورد علاقه سرویس‌دهندگان ارتباطات صوتی در دنیا می‌باشد. در صورت نیاز به ایجاد یک شبکه ارتباطی چند نقطه‌ای (Point-to-Multi point) روش فوق کارآیی مناسبی نداشته و افزایش زیاد تجهیزات و افزایش هزینه پهنای باند بخش فضایی از دلایل ناکارآمدی روش فوق می‌باشد. برای رفع این موانع راه‌حل‌هایی ارائه گردیده است که یکی از بهترین روش‌ها تکنولوژی SkyPerformer  SCPC-می‌باشد.

مشخصات اصلی این تکنولوژی- Sky Performer  SCPCموارد ذیل می‌باشد:

- این روش جهت ایجاد یک شبکه ارتباطی چند نقطه‌ای کارآیی مناسبی داشته و قابل پیاده‌سازی به صورتFull Mesh , Distributed Mesh , Star Partial  Mesh ,  می‌باشد.

- تعداد ریموت‌های قابل پیاده‌سازی در این روش در توپولوژی Star تا سیصد و پنجاه نود و در صورت استفاده از توپولوژیMesh  Distributed نامحدود می‌باشد.

- در این روش لایه دوم شبکه Frame relay بوده و تمامی پروتکل‌های لایه بالاتر همچون TCP/IP را پشتیبانی می‌نماید.

- پهنای باند ارسالی از ریموت‌ها (Inbound) به صورت اختصاصی بوده (SCPC) و پهنای باند ارسالی از سایت مرکزی (Outband) با استفاده از تکنولوژی Sky performer برای تمامی ریموت‌ها به صورت مشترک ارسال می‌گردد. برای هر یک از ریموت می‌توان به میزان نیاز پهنای باند CIR (گارنتی شده ) و به میزان بالاتری (Burst) BIR معین نمود.

- کاهش تجهیزات سایت مرکزی در توپولوژی ستاره و نیز کاهش هزینه پهنای‌باند بخش فضایی این روش را به جایگزین مناسبی برای شبکه‌های SCPC  تبدیل نموده است.

- تجهیزات سایت‌های مرکزی و ریموت در این تکنولوژی مولتی سرویس بوده و جهت استفاده همزمان دیتا و صوت وتصویر مجتمع‌سازی شده‌اند.

- این روش کاملا" Scalable بوده و شروع و پیاده‌سازی آن از دو نقطه به صورت Point-to-Point قابل آغاز بوده و افزایش تعداد ریموت‌ها و پیاده‌سازی روش Point-to-Multi point  به تدریج و به سادگی  امکان‌پذیر می‌باشد.

- سیستم‌های نصب شده در سایت مرکزی در روش Star به صورت Redundant پیاده‌سازی می‌گردد که با این روش Availability سیستم به بالاتر از 5.99% می‌رسد. در صورت پیاده‌سازی روش Mesh بروز اشکال در یک سایت مانع از اثرگذاری بر کل شبکه ارتباطی خواهد گردید.

- در این روش در دو سمت ارسال و دریافت از سایت مرکزی و ریموت امکان استفاده از تکنیک‌های Coding مدرن مانند Turbo Code وجود دارد این امر باعث صرفه‌جویی در توان ارسالی ترانسپورت ماهواره شده که هزینه‌های جاری سیستم را کاهش می‌دهد. ارسال به روش توربوکد دریافت اطلاعات با Eb/No پایین تر را در سایت‌های ریموت با حفظ BER مناسب امکان‌پذیر می‌نماید.

- امکان استفاده از Voice با تکنیک (Voice over frame relay ) VOFR در  این روش یک کانال ارتباطی صوت با  کیفیت   بالا  (MOS =4.15) و با استفاده از حداقل پهنای باند (6kb/s) را مهیا می‌نماید.

 راه حل (D-TDMA) Deterministic TDMA

این تکنولوژی راه‌حل مناسبی جهت شبکه ماهواره‌ای مبتنی بر پروتکل IP می‌باشد در روش D-TDMA, مقدار پهنای باند اختصاص داده شده به هر ایستگاه VSAT بر اساس پارامترهایی نظیر اندازه صف اطلاعات در هر ایستگاه, کیفیت سرویس‌دهی (Quality of Service), ملاحظات اولویت‌بندی ایستگاه‌ها و برخی پارامترهای دیگر به صورت پویا ) (Dynamic تعیین می‌گردد. روش D-TDMA موجب ایجاد صرفه‌جویی  قابل توجهی از نظر پهنای باند بخش فضائی خواهد شد.

به عنوان مثال در مقایسه بین تکنولوژی DVB-RCS و D-TDMA, سیستم‌های DVB-RCS برای انتقال بسته‌های اطلاعات IP, آنها را داخل فرم‌های اطلاعاتی MPEG تعبیه می‌نمایند که این امر باعث کاهش کارآیی سیستم می‌گردد به طوری که برای انتقال اطلاعات با پروتکل IP روش   D-TDMA نسبت به DVB-RCS بین 10 تا 50 درصد در پهنای باند صرفه‌جویی به همراه دارد.

اهم مشخصات سیستم‌های D-TDMA عبارتند از :

- توپولوژی این سیستم‌ها ستاره (Star) می‌باشد.

- تعداد ریموت‌های قابل استفاده از لحاظ تئوری نامحدود بوده ولی به طور معمول به دلیل محدودیت‌های تکنیکی برای کاربردهای تا 800 ریموت مناسب می‌باشد.

- شبکه بر اساس پروتکل IP طراحی گردیده است.

- از نظر روش Access Multiple , برای Outband (از هاب به ریموت) روش TDM و Inbound (از ریموت به هاب) D-TDMA می‌باشد.

- با توجه به IP Base بودن‌, شبکه برای کاربردهای Data , Voice (VoIP) و کلا" شبکه‌هایی که Application های تحت IP دارند مناسب می‌باشد.

- در هر دو سمت ارسال و دریافت از سایت و ریموت امکان استفاده از تکنیک‌های Coding مدرن ماننده Turbo code وجود دارد.

راه‌حل DVB-RCS

با افزایش تقاضای IP broadband service در دنیا روش‌های DVB-RCS از سال 2002 به صورت اجرایی در نقاط مختلف دنیا ارائه گردید. این روش راه‌حل مناسبی جهت ارائه سرویس اینترنت به مشترکین انتهایی در یک شبکه بزرگ می‌باشد.

 مشخصات اصلی این تکنولوژی عبارتند از:

- این روش شامل یک هاب مرکزی بوده که قابلیت پشتیبانی از چند صد تا چند هزار کاربر را برحسب نوع سرمایه‌گذاری امکان پذیر می‌نماید.

- روش ارتباطی ریموت‌ها با مرکز در این روش Star می‌باشد.

- دراین روش بسترهای اطلاعات IP به فرمت MPEG-DVB تبدیل شده و از هاب مرکزی به تمامی ریموت‌ها ارسال می‌گردد. هر ریموت بر حسب PID خاص خود (Packet Identifier) سیستم اطلاعات مربوط به خود را جدا می‌نماید. ارسال اطلاعات از سایت‌های ریموت به هاب مرکزی با تبدیل بسترهای IP به فرمت ATM و ارسال با روش MF-TDMA صورت می‌پذیرد انجام این مراحل باعث ایجاد کمی سربار اضافی (Overhead) در شبکه ارتباطی نیز می‌گردد.

- این روش با توجه به نیاز به ایجاد یک هاب مرکزی و سرمایه‌گذاری اولیه نسبتا" زیاد برای کاربردهایی با تعداد ریموت بالاتر از پانصد عدد قابل توجیه می‌باشد. مزیت آن این است که با نصب یک هاب مرکزی امکان افزایش ریموت‌ها به سادگی امکان‌پذیر می‌باشد. کوچک بودن ابعاد تجهیزات ریموت و پایین بودن هزینه هر ریموت از مزیت‌های اصلی این تکنولوژی می‌باشد.

- Availability این سیستم‌ها با توجه به حساسیت زیاد هاب مرکزی وابسته به نوع طراحی این سایت می‌باشد. عموما" در هاب مرکزی از روش Full Redundant برای تمامی تجهیزات استفاده می‌نمایند تا امکان بروز مشکل را به حداقل برسانند با اتخاذ این تدابیر نرخ  Availability هاب مرکزی به 9/99% می‌رسد.

تکنولوژی‌هایی که در بالا معرفی می گردید به عنوان روش‌های غالب در شبکه‌های ماهواره‌ای کنونی در نظر گرفته می‌شوند.

همان طور که ملاحظه گردید هر یک از روش‌هایی که توضیح داده شد در جای خود مناسب بوده و انتخاب نهایی یک روش در کاربردهای چند منظوره و ترکیبی نیاز به بررسی دقیق‌تر مهندسان این فن خواهد داشت.

تحول بزرگ رادیوهای ماهواره ای

مسلم است که عمل جستجوی پی در پی برای یافتن ایستگاه هایی که مدام تغییر می کنند کار خوشایندی نخواهد بود. حال تصور کنید که ایستگاه رادیویی وجود د اشته باشد که بتواند سیگنال ها را تا مسافت 35000 کیلومتر دورتر از منبع (فرستنده) ارسال نماید و شما بتوانید آن را با گیرنده رادیویی اتومبیل خود و با وضوح کامل دریافت کنید. در این حالت می توانید از شهری به شهر دیگر سفر کنید، بدون اینکه نیاز به تغییر ایستگاه رادیویی خود داشته و یا اینکه از قطع شدن سیگنال ها نگرانی داشته باشد.

دو ماهواره رادیویی xm و Sirius (سریوس)، خدمات رادیوی ماهواره ای را که به آن رادیوی دیجیتالی نیز می گویند ارایه می دهند.

در چند سال اخیر برخی از کارخانه های بزرگ تولید کننده خودرو، نوعی از این رادیوها را (در هنگام تولید) بر روی خودروی خود نصب و به مشتری ارایه می نمایند. همچنین چندین شرکت تولید کننده لوازم الکترونیکی قابل حمل نیز چند مدل از این رادیوها را به بازار عرضه کرده اند.

در ادامه این مطلب تفاوت رادیوهای معمولی با ماهواره ای را برای شما بیان و آنچه را که برای شنیدن رادیوهای ماهواره ای به آن نیاز دارید، عنوان می کنیم.

* شرکت های فعال:

ایده رادیوهای ماهواره ای به بیش از یک دهه پیش باز می گردد. در سال 1992 کمیته ملی ارتباطات آمریکا (FCC) تکه باندی موسوم به «s »  با بسامد GHz 2.3 (گیگاهرتز) را برای پخش همگانی سراسری ماهواره ای یا سرویس رادیویی دیجیتالی (DARS)⁽¹⁾ اختصاص داد.  پس از آن تنها چهار شرکت نسبت به دریافت مجوز پخش بر روی این باند اقدام کردند که از میان آنها دو شرکت موفق به دریافت پروانه در سال 1997 شدند.

شرکت های CD Radio (هم اکنون به نام رادیوی ماهواره ای سریوس) و شرکت mobile Radio (هم اکنون به نام رادیوی ماهواره ای xm)، هر یک مبلغی در حدود هشتاد میلیون دلار برای کسب مجوز پخش ماهواره ای بر روی باند «s » پرداخت نمودند. سیستم پخش رادیوی ماهواره ای از سه قسمت اصلی به شرح زیر تشکیل یافته است:

- ماهواره ها

- ایستگاه های تکرار کننده زمینی

- گیرنده های  رادیویی

اما نکته جالب در مورد این رادیوها پس از فضای تحت پوشش وسیع آنها، کیفیت صدای بسیار بالای آنها است، به طوری که کیفیت صدای موسیقی دریافتی از آنها برابر با کیفیت صدای یک CD  است.

* رادیوی ماهواره ای xm  

 xm از دو ماهواره مختلف بر روی دو مدار جداگانه جهت پخش استفاده می کند، یکی در طول جغرافیایی 85 درجه غربی و دیگری در طول جغرافیایی 115 درجه غربی، اولین ماهواره xm به نام «Rock» در تاریخ 18 مارس 2001 به فضا پرتاب شد و ماهواره دیگر به نام «Roll » نیز به دنبال آن در 8 می همان سال در مدار قرار گرفت.

رادیوی ماهواره ای xm، همچنین ماهواره ای به نام Hs-702 را به عنوان پشتیبان، بر روی زمین و آماده پرتاب دارد تا در هر صورت و به هر دلیلی اگر یکی از دو ماهواره فعال دچار مشکل شد، آن را جایگزین گرداند.

ایستگاه های کنترل زمینی رادیوی ماهواره ای xm سیگنال ها را به سمت ماهواره ارسال می کنند. ماهواره ها نیز پس از دریافت و تقویت سینگال های برنامه، آنها را به سوی گیرنده های رادیویی زمینی بر می گردانند. گیرنده های رادیویی زمینی نیز، به گونه ای برنامه ریزی شده اند که قادرند، سیگنال های دیجیتالی را دریافت و آنها را رمز گشایی و پخش کنند. به گونه ای که هر گیرنده قادر است همزمان 100 کانال رادیویی دیجیتال را رمزگشایی و پخش نماید.

به علاوه این رادیوها می توانند اطلاعات اضافی همچون عنوان آهنگ، نام خواننده، سبک موسیقی و مدت زمان آن را دریافت و برای شنونده به نمایش بگذارند.

از دیگر ویژگی های رادیوهای ماهواره ای منحصر به فرد بودن تراشه های قرار گرفته در داخل هر یک از آنهاست. به طوری که این تراشه های کوچک که بخشی از مدار الکترونیکی گیرنده را شامل می شوند، هر یک با دیگری تفاوت دارند و در حقیقت هر کدام دارای یک رمز مخصوص و غیر تکراری می باشند. از این رو هر مشتری پس از خرید یک گیرنده می بایست به سایت اینترنتی رادیوی ماهواره ای مراجعه و با وارد کردن شماره سریال دستگاه و تکمیل فرم مشخصات در قسمتی که به همین منظور و با عنوان «فعال سازی گیرنده» در نظر گرفته شده است، رادیوی خریداری شده را فعال نماید، در غیر این صورت گیرنده به هیچ وجه قادر به دریافت سیگنال های رادیویی و پخش آنها نخواهد بود. با این کار خریدار یک اشتراک از سایت مربوطه دریافت می دارد و با پرداخت مبلغ ماهیانه ای در حدود 13 دلار قادر است تا در حدود 100 کانال رادیویی با برنامه هایی همچون، سرگرمی، موسیقی، اخبار و وضعیت آب و هوا را دریافت کند.

* رادیوی ماهواره ای sirius

برخلاف mx، ماهواره های سریوس در مدارهایی دورتر از زمین حرکت می کنند، و مدارهای بیضوی شکلی را می پیمایند. همچنین این رادیو دارای سه ماهواره فعال در مدار فضا و یک ماهواره پشتیبان بر روی زمین است.

سیستم ماهواره ای سریوس نیز همچون xm عمل می کند و دارای ایستگاه های تکرار کننده زمینی است که این قابلیت به کاربران کمک می کند تا در فضاهای شهری که به علت وجود ساختمان های متعدد و بلند مرتبه، سیگنال های ماهواره ای را دچار انحراف و گسیختگی می نمایند، بتوانند سیگنال ها را از ایستگاه های تکرار کننده زمینی به خوبی دریافت کنند.

گیرنده های رادیویی سریوس نیز از دو بخش اصلی تشکیل شده اند، یکی خود گیرنده و دیگری آنتن آن. وظیفه آنتن دستگاه، گرفتن سیگنال های رادیویی از تکرار کننده های زمینی و یا مستقیم از ماهواره به همراه تقویت و فیلتر کردن این سیگنال ها از امواج اضافی و مزاحم است. سپس این سیگنال ها از آنتن به گیرنده منتقل می شوند. درون قسمت گیرنده دستگاه یک تراشه متشکل از 8 تراشه کوچک است که وظیفه آن تبدیل سیگنال های 2.3 گیگا هرتزی به فرکانس های پایین تر است.

سریوس همچنین یک تطبیق دهنده مخصوص را نیز برای تبدیل رادیوهای گیرنده معمولی به گیرنده سیگنال های ماهواره ای ارایه می دهد.

جالب آن که تا کنون شرکت های بسیار بزرگ و معروف همچون Sony,Clarion, Motorola و Pioneer برای ساخت گیرنده های رادیویی ماهواره ای با شرکت های مذکور قرار داد بسته اند. از طرفی شرکت هایی ماند جنرال موتورز و هوندا هر یک قراردادی به مبلغ یکصد میلیون دلار برای نصب گیرنده های رادیویی xm بر روی اتومبیل های تولیدی خود امضا نموده اند. برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید به نشانی اینترنتی شرکت های مذکور مراجعه کنید.

www.xmRadio.com

www.siriusRadio.com