DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK …akademik.duzce.edu.tr/.../ugurhasirci/DersNotlari/... · DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

EET107 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

Dr. Uğur HASIRCI

HABERLEŞME SİSTEMLERİ 1

Elektrik Mühendisliği

• Elektrik Makinaları • Güç Sistemleri (Elektrik Tesisleri) • Kontrol Sistemleri

Elektronik Mühendisliği

• Devreler ve Sistemler • Haberleşme Sistemleri

• Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği

• Elektronik(Yarıiletken Teknolojisi, Analog-Sayısal Elektronik, Lazer Elektroniği, Güç Elektroniği vs.)



Dr. Uğur HASIRCI

2 HABERLEŞME SİSTEMLERİ

Bu dersin içeriğine ilişkin bilginin önemli bir kısmı, “Elektronik ve Haberleşme Mühendisliğine Giriş, Avni Morgül, 2010” kitabından derlenmiştir.



Dr. Uğur HASIRCI

3 HABERLEŞME SİSTEMLERİ, Kaynak: A. Morgül, 2010.

HABERLEŞME SİSTEMLERİ

Bir bilgiyi bir noktadan başka bir noktaya taşıyan sistemlere Haberleşme Sistemleri (Telekomünikasyon Sistemleri, İletişim Sistemleri) denir. Haberleşme, insanoğlunun hatta bitkiler de dahil olmak üzere bütün canlıların temel ihtiyaçlarından biridir. Uzak mesafelerden haberleşmek için insanlar çok eski çağlardan beri değişik yöntemler geliştirmişlerdir. Duman ve ışıkla haberleşme, posta güvercinleri, ulaklar bunlardan bazılarıdır. Bu derste sadece elektriksel ve elektronik haberleşme sistemleri incelenecektir.



Dr. Uğur HASIRCI


Elektriksel haberleşme sistemleri ilk kez, 1837 yılında Samuel Morse tarafından icat edilen “mors alfabesi” kullanan telgraf sistemlerinin kurulmasıyla başlamıştır.

Mors Alfabesi, kısa ve uzun sinyaller kullanılarak iletişimi sağlayan bir sistemdir. Mors Alfabesinde bir uzun ve bir kısa sinyal kullanılarak her harfe, her rakama ve noktalama işaretlerine karşılık gelen gruplar oluşturulmuştur.



Dr. Uğur HASIRCI




Dr. Uğur HASIRCI

6 HABERLEŞME SİSTEMLERİ, Kaynak: A. Morgül, 2010, bobiler.org.

1876 yılında ise Alexander Graham Bell ilk telefon haberleşmesini gerçekleştirmiştir. (Antonio Meucci‘nin Bell’den bir sene önce fiziksel hatlar üzerinden uzağa ses aktarmayı başardığı, patent başvurusu yaptığı, ancak parasızlıktan başvurunun tamamlanamadığı iddia edilir.)



Dr. Uğur HASIRCI


1895 yılında Marconi ve Popov, ilk telsiz haberleşme sistemini geliştirdiler. Elektronik haberleşme dönemi ise, 20. yüzyılın başında ilk elektron tüpünün Lee De Forest tarafından keşfi ile başladı. Elektriksel haberleşme sistemleri telli ve telsiz olmak üzere ikiye ayrılır. Telli sistemlerde elektriksel işaret bir iletken üzerinden karşı tarafa ulaştırılır. Telsiz haberleşme sistemlerinde ise elektromanyetik alanlar bir taşıyıcı görevi görür.



Dr. Uğur HASIRCI


Haberleşme sistemlerinin temellerine geçmeden önce, bu ders boyunca sık sık duyacağınız bir kavram üzerinde duralım: İşaret (Sinyal) ! Haberleşme sistemlerinde bilgi taşıyabilen fiziksel büyüklüklere “sinyal” ya da “işaret” denir. Elektronik haberleşme sistemlerinde işaretler gerilim, akım veya elektromanyetik alan olabilir.



Dr. Uğur HASIRCI


Sinyaller, “analog” ve “sayısal (dijital)” şeklinde sınıflandırılırlar. Analog işaretler sürekli işaretlerdir ve herhangi bir değer alabilirler. Sayısal işaretler ise belirli bazı ayrık değerler alırlar.



Dr. Uğur HASIRCI


İşaretlerin Frekans Bileşenleri: Fourier Dönüşümü Elektriksel işaretler genellikle zamanla değişen işaretlerdir. Bunlar zaman içinde tekrarlanan (periyodik) ve biçimi devamlı değişen (periyodik olmayan) işaretler olarak ikiye ayrılırlar. Bazı periyodik işaretler:

Sinüs

Kare Dalga

Üçgen Dalga

Testere Dişi



Dr. Uğur HASIRCI


Bazı periyodik olmayan işaretler:



Dr. Uğur HASIRCI


Her ne kadar sinyalleri “periyodik” ve “periyodik olmayan (aperiyodik)” diye sınıflandırmış olsak da, 19. yüzyılın başında Jean-Baptiste Joseph Fourier, bilim dünyasına çok önemli ve kullanışlı bir teorem hediye etmiş ve evrendeki gizli bir sırrı ortaya çıkarmıştır:

Dalga şekli ne olursa olsun (periyodik ya da değil), tüm sinyaller, frekansları farklı sinüsoidal sinyallerin toplamı şeklinde ifade edilebilir !



Dr. Uğur HASIRCI


Zamanla değişen ve frekansı f olan herhangi bir x(t) periyodik sinyalini düşünelim. Bu x(t) sinyali şu şekilde, değişik frekanslı sinüsoidal sinyallerin toplamı şeklinde yazılabilir:

0

1

( ) cos 2 sin 22

n n

n

Ax t A nft B nft

Burada An ve Bn “Fourier Katsayıları” olarak adlandırılır. f ise orijinal işaretin frekansıdır. Bu eşitlikteki (nf) frekanslı sinüsoidal bileşenlere işaretin “harmonik”leri denir. Buradaki An ve Bn katsayıları şu şekilde hesaplanır:

0

0

2( )cos 2 0

2( )sin 2 0

T

n

T

n

A x t nft dt nT

B x t nft dt nT



Dr. Uğur HASIRCI

14

Ör: Şekilde gösterilen kare dalganın Fourier serisini bulunuz.

/2

0

0 /2

/2

0

/2

0

2 21 cos 0 + 0 cos(0) 1

2

2 11 cos 2 sin(2 ) 0

0 2 1

1 sin 2 1 cos( ) 2

T T

T

T

n

T

n

TA dt dt

T T

A nft dt nT n

n çift ise

B nft dt nT n n tek ise

n

Genlik (V)

Zaman (ms)

0.5 1

1 C: Bu kare dalganın periyodu: frekansı : Bu durumda Fourier katsayıları şu şekilde hesaplanır:

1 ms 1000 Hz



Dr. Uğur HASIRCI


Fourier katsayıları hesaplanırsa: n=0 için A0=0 ve n’in tüm değerleri için An=0 olur. Bn hesaplanırsa, sadece tek harmonikler için (n’in tek değerleri için) Bn’in sıfırdan farklı olduğu görülür. B1=0.64, B3=0.21, B5=0.13, B7=0.09, …… olur. Bu durumda kare dalga;

( ) 0.5 0.64sin(2 1000 ) 0.21sin(2 3000 ) 0.13sin(2 5000 ) ...v t t t t biçiminde devam eden bir seri halinde ifade edilebilir. Sınırlı sayıda bileşen alındığında elde edilecek dalga şekilleri aşağıda gösterilmiştir. Bileşen sayısı arttıkça elde edilen dalga şekli ideal kare dalgaya yaklaşır.



Dr. Uğur HASIRCI



Dr. Uğur HASIRCI


Fiziksel dünyada harmoniklerin sayısı sonsuz yapılamaz. Pratikte belli bir frekansın üstündeki bileşenlerin genlikleri çok küçük olduğundan ihmal edilerek sıfır kabul edilir. Bu frekansa, işaretin en yüksek frekanslı bileşeni denir. Bir işaretin en yüksek frekanslı bileşeni ile en alçak frekanslı bileşeni arasındaki farka da “frekans bant genişliği (bandwidth, B) adı verilir.

Frekans Bant Genişliği

B = fmax - fmin

B : Frekans bant genişliği [Hz] fmax : En yüksek frekans [Hz] fmin : En alçak frekans [Hz]

Örnek olarak insan kulağının duyduğu sesleri alırsak, en alçak frekans 20 Hz, en yüksek frekans 20 kHz dir. Bu durumda duyduğumuz seslerin frekans bant genişliği B = 20000 – 20 = 19980 Hz olur.



Dr. Uğur HASIRCI



Dr. Uğur HASIRCI

Elektriksel işaretlerin zaman uzayında değişimleri “osiloskop”, frekans uzayındaki değişimleri, yani frekans tayfları (spektrumları) da “spektrum

analizörü “ adı verilen cihazlarla izlenip ölçülebilir.

HABERLEŞME SİSTEMLERİ, Kaynak: A. Morgül, 2010.



Dr. Uğur HASIRCI

İşaret Seviyeleri: Haberleşme sistemlerindeki işaretlerin seviyeleri akım, gerilim veya güç birimleri ile ölçülür. Ancak bu farklı birimler kullanıldığında işaretlerin karşılaştırılması zor olduğu gibi, çok büyük ya da çok küçük değerler söz konusu olduğunda, çok fazla rakamlı (basamaklı) sayıların kullanılması gerekebilir. Bu zorlukları aşmak için, haberleşme sistemlerinde işaretlerin seviyeleri bağıl ve logaritmik bir birim olan “desibel (dB)” birimi ile ölçülür.

10

0

:

10log

Bağıl İşaret Seviyesi

PS

P

S : İşaret Seviyesi[dB] P : İşaretin Gücü [W] N : Referans Güç [W]

Bir işaretin desibel cinsinden değerini bulmak için işaret gücü bir referans değere bölünerek 10 tabanına göre logaritması alınır ve 10 ile çarpılır.




Dr. Uğur HASIRCI

Eğer işaretin birimi güç (Watt) olarak değil de gerilim (Volt) ve akım (Amper) olarak verilirse, formülde küçük bir değişiklik yapılarak 10 yerine 20 ile çarpılır.

10

0

:

20log


VS

V

S : İşaret Seviyesi[dB] P : İşaretin Gerilim Seviyesi [V] N : Referans Gerilim [V]

10

0

:

20log


IS

I

S : İşaret Seviyesi[dB] P : İşaretin Akım Seviyesi [A] N : Referans Akım [A]




Dr. Uğur HASIRCI

Sayısal (Dijital) İşaretler: Bugün elektronik sistemlerin büyük çoğunluğu sayısal olarak çalışmaktadır, zira sayısal sistemler daha güvenlidir, dış etkilerden daha az etkilenirler, sinyal kalitesi daha yüksektir. Fakat doğal olarak üretilen işaretler (ses, görüntü vs.) genellikle zamanda süreklidir (analogdur). Sayısal sistemlerin avantajlarından yararlanabilmek için yapılacak ilk iş, bu analog işaretlerin sayısal işaretlere dönüştürülmesidir. Bunun için aşağıda blok şeması verilen “Analog/Sayısal Dönüştürücüler” kullanılır.




Dr. Uğur HASIRCI

Analog/Sayısal dönüştürme işlemi üç aşamada yapılır: Önce analog sinyal bir alçak geçiren filtreden geçirilerek, gereksiz olan yüksek frekans bileşenleri atılır. İkinci aşamada belli zaman aralıklarında işaretten örnekler alınır, bu işleme örnekleme denilir. Sonra bu örneklerin her biri ikili (binary) sayı sisteminde kodlanır. Böylece 0 ve 1 dizilerinden oluşan sayısal işaret elde edilmiş olur.




Dr. Uğur HASIRCI

Eğer örnekleme frekansı, giriş işaretinin en yüksek frekanslı bileşeninin frekansının iki katından büyükse, orijinal analog işaret, elde edilen sayısal işaretten tekrar üretilebilir. Bu kritere Nyquist kriteri denir.


max

:

2s

Nyquist Kriteri

f f

fs : Örnekleme frekansı [Hz] fmax : Analog işaretin en yüksek frekanslı bileşeninin frekansı [Hz]

Nyquist kriteri sağlanmazsa, yani örnekleme sıklığı yeterince yüksek değilse, elde edilen sayısal sinyalden, orijinal analog sinyal tekrar üretilemez.



Dr. Uğur HASIRCI


“Elektriksel Filtreler (Süzgeçler)” Haberleşme sistemlerinin en çok kullanılan ve vazgeçilmez ögelerinden biri de filtrelerdir. Filtreler, bir işaretteki gürültüleri ve istenmeyen bileşenleri süzerek ayıklamak için kullanılır. İdeal bir süzgeç (filtre) devresi, bir işaretin istenen frekanstaki bileşenlerini geçirir, istenmeyen frekanstaki bileşenlerini ise durdurur. Fakat bu tür bir ideal filtre devresi fiziksel olarak gerçeklenemez. Gerçek filtreler, geçirdikleri frekanstaki bileşenleri az da olsa zayıflatırlar, durdurdukları frekanstaki bileşenleri ise tamamıyla silemezler.



Dr. Uğur HASIRCI


Filtreler dört ana grupta toplanırlar: 1. Alçak Geçiren (Alçak frekansları geçirir, yüksek frekansları bastırır.) 2. Yüksek Geçiren (Yüksek frekansları geçirir, alçak frekansları bastırır.) 3. Bant Geçiren (Belli bir frekans bölgesini geçirir, diğerlerini bastırır.) 4. Bant Söndüren (Belli bir frekans bölgesinin bastırır, diğerlerini geçirir.) (Bu filtrelerin R, L ve C elemanları ile fiziksel olarak nasıl

gerçeklenecekleri, bu kısa tanıtımın kapsamı dışındadır)



Dr. Uğur HASIRCI


“İşaret” kavramına ilişkin bu temel bilgilerden sonra, artık haberleşme sistemlerinin detaylarından bahsedebiliriz.



Dr. Uğur HASIRCI


Bir haberleşme sisteminin üç ana bileşeni vardır: Verici, Alıcı ve Kanal. Kanal, işaretlerin bir noktadan diğerine iletilmesi esnasında geçtiği yoldur. Bu yol bir iletken kablo, bir fiber-optik kablo veya uzay olabilir. İşaretler iletim kanalı boyunca zayıflar ve bozucu etkilere maruz kalır. Bu bozucu etkilerin en önemlisi “gürültü” dür. Gürültü (aklınıza gelen ilk anlamından farklı olarak) işarete karışan ve onun okunabilirliğini / işlenebilirliğini azaltan bozucu etkidir. Haberleşme sistemlerinde, iletilen işaretin kalitesi genellikle “İşaret/Gürültü Oranı, İGO” ile ölçülür. Literatürde bu oran İngilizce “Signal-to-Noise Ratio, SNR” kısaltması ile veya kısaca “S/N” şeklinde gösterilir ve şu şekilde hesaplanır:

1010logS

İGO SNRN

SNR : İşaret/Gürültü Oranı [dB] S : Sinyal Gücü [W] N : Gürültü Gücü [W]



Dr. Uğur HASIRCI


İşaret/Gürültü Oranı ne kadar yüksekse, işaret kalitesi o kadar iyi demektir. Örnek olarak ses sinyallerinde 60 dB, görüntü sinyallerinde ise 30 dB işaret gürültü oranı yeterlidir. Verici giriş işaretini kuvvetlendirerek ve özel bazı işlemlerden (kodlama, modülasyon vs.) geçirerek kanala aktarmak, işaretin kanal boyunca en az bozularak iletilmesini sağlar. Alıcı ise kanaldan gelen işareti tekrar kuvvetlendirir, süzerek gürültüden arındırır ve gerekli kod çözme işlemini yaparak orijinal işareti elde eder. Bir haberleşme sisteminde iletilen bilginin miktarı, “bit” adı verilen veri birimi ile ölçülür.



Dr. Uğur HASIRCI


HABERLEŞME SİSTEMLERİNİN ELEMANLARI Haberleşme sistemlerinin elemanlarına biraz daha yakından bakarsak, verci ve alıcının elektronik devrelerden oluştuğu görülür. Bunların tasarımı ve iyileştirilmesi mühendislerin görevidir. Buna karşılık kanal, işaretin iletildiği ortam olduğundan, kanalın parametreleri her zaman tasarımcı mühendis tarafından belirlenemeyebilir. Örnek olarak eğere ortam hava ise, bu ortamın sinyali zayıflatma miktarı, sinyale eklediği gürültü kontrol edilemez ve çoğu zaman değişkendir. Haberleşme sistem tasarımcısı, en kötü koşullarda bile sistemin çalışacağını garanti etmelidir. Ancak kablo ve fiber-optik kanallarının parametreleri oldukça sabittir ve tasarımcı tarafından belirlenebilir. Şimdi haberleşme sistemlerinin elemanlarına biraz daha detaylı bakalım:



Dr. Uğur HASIRCI


KANAL Kanal, işaretlerin bir noktadan diğerine iletilmesi esnasında geçtiği yoldur. Bu yol bir iletken kablo, bir fiber-optik kablo veya uzay olabilir. Ne çeşit olursa olsun, kanalın işaret üzerinde yaptığı etkiler şu şekilde özetlenebilir:

1. İşareti zayıflatır 2. İşarete gürültü ve başka istenmeyen sinyaller ekler 3. İşareti geciktirir.

İşaret gücünün kanal boyunca zayıflaması genellikle giriş gücünün çıkış gücüne oranı olarak tanımlanır ve genellikle logaritmik olarak desibel (dB) cinsinden ölçülür:

10

:

10log V

A

Kanal Zayıflatması

PL

P

L : Kanal Zayıflatması [dB] PV : Verici çıkış gücü [W] PA : Alıcı giriş gücü [W]



Dr. Uğur HASIRCI


Ör: Bir haberleşme sisteminde kanal zayıflatması 100 dB ise, alıcıda 1 μW gücünde bir sinyal elde edebilmek için, verici gücü ne kadar olmalıdır? C:

10

10 6

:

10 log

60 10log1 10

1

V

A

V

V

Kanal Zayıflatması

PL

P

P

P W



Dr. Uğur HASIRCI


VERİCİ Verici, giriş işaretini kanala en uygun hale getirmek (yani kanalda en az bozularak iletimini sağlamak) ve güçlendirmek için kullanılır. Bu iş için giriş işaretine aşağıdaki işlemleri uygular:



Dr. Uğur HASIRCI


1. Giriş işaretini süzer. 2. İşareti kuvvetlendirir. 3. Gerekiyorsa, işaretin kanal boyunca mümkün olduğunca az

bozulması için kipleme (modülasyon) yapar. Bu işlem için bir osilatöre ihtiyaç duyar.

4. Yüksek frekanslı işareti kuvvetlendirir ve işareti kanala uygular.



Dr. Uğur HASIRCI


ALICI Alıcı, kanaldan gelen zayıflamış ve bozulmuş işaretten giriş işaretini tekrar elde etme görevi yapar. Bu iş için aşağıdaki işlemleri uygular:

1. Kanaldan gelen işaretini süzer. 2. İşareti kuvvetlendirir. 3. Gerekiyorsa, işaretin frekansını değiştirir. 4. Eğer işaret kiplenmişse, kip çözme (demodülasyon) yapar.



Dr. Uğur HASIRCI


KİPLEME (MODÜLASYON) Haberleşme sistemlerinde genellikle işaretler, olduğu gibi (orijinal formunda) iletilmez. Çünkü bu durumda işaret çok çabuk zayıflar ve bozulur. İşareti, iletim kanalından en az etkilenecek şekilde kipleme (modülasyon) işlemi uygulanır. Kiplemeyi “işareti, kanalın özelliklerine uydurma” işlemi olarak da tanımlayabiliriz. Örnek olarak ses işaretini ele alalım. İki kişinin sesle doğrudan iletişim kurabilmesi için aralarındaki mesafenin en fazla birkaç on metre olması gerekir. Eğer tamamen sessiz bir ortamda, örneğin yüksek bir dağda bu mesafe birkaç yüz metreye çıkabilir. Buna karşılık kalabalık bir ortamda, örneğin bir partide ancak birkaç metre mesafeden iletişim kurulabilir. Ancak ses sinyali kipleme işlemi vasıtasıyla yüksek frekanslı bir taşıyıcı olarak elektromanyetik dalgaya bindirilirse yüzlerde hatta binlerce kilometre mesafeden iletişim kurulabilir.



Dr. Uğur HASIRCI


Çok alçak frekanslı sinyallerin (örneğin ses) çok uzak mesafelere gönderilmesi güçtür. Bu nedenle alçak frekanslı sinyalin, yüksek frekanslı taşıyıcı bir sinyal üzerine bindirilerek uzak mesafelere taşınması sağlanabilir. Bu olaya "kipleme" denir. Radyo ve televizyon yayınlarında sesin, radyo ve televizyon frekanslarıyla taşınması, kiplemenin iyi bir örneği ve uygulamasıdır. Kiplemenin tersine de kip çözümü denir. Kip çözümü, kiplenmiş ses ve taşıyıcı frekansın ayrıştırılmasıdır.



Dr. Uğur HASIRCI


Taşıyıcı olarak genellikle sinüsoidal bir işaret kullanılır. Bu taşıyıcının parametrelerinden biri, gönderilmek istenen işaretin genliği ile orantılı olarak değiştirilir. Değiştirilen parametreye göre kiplemeye ad konulur. Sinüsoidal bir taşıyıcı gerilim, en genel halde aşağıdaki formda yazılabilir:

0 0( ) cos 2v t A f t A : Genlik f0: Taşıyıcı frekansı : Faz

Bu ifadede A, f0 ve olmak üzere, üç ana değiştirilebilir parametre vardır. Bu durumda üç temel kipleme yapılabilir:

•Genlik Kiplemesi (Amplitude Modulation) •Frekans Kiplemesi (Frequency Modulation) •Faz Kiplemesi (Phase Modulation)



Dr. Uğur HASIRCI


a) Genlik Modülasyonu (Amplitude Modulation, A-M): Taşıyıcı sinyal genliğinin bilgi sinyalinin frekans ve genliğine bağlı olarak değiştirilmesidir. b) Frekans Modülasyonu (Frequency Modulation, F-M): Taşıyıcı sinyal frekansının, bilgi sinyalinin frekans ve genliğine bağlı olarak değiştirilmesidir. c) Faz Modülasyonu (Phase Modulation, P-M): Taşıyıcı sinyal fazının, bilgi sinyalinin frekans ve genliğine bağlı olarak değiştirilmesidir.



Dr. Uğur HASIRCI


ÇOĞULLAMA (MULTIPLEXING) Haberleşme sistemlerinde her kullanıcıya ayrı bir kanal vermek genellikle mümkün olmaz. Çünkü kullanılabilecek kanal sayısı sınırlıdır. Bu durumda kanalın birden fazla kullanıcı tarafından paylaşılması gerekir. Bu işleme “çoğullama (multiplexing)” denir. Çoğullama üç farklı şekilde yapılabilir:

•Zaman Bölüşümlü Çoğullama •Frekans Bölüşümlü Çoğullama •Kod Bölüşümlü Çoğullama



Dr. Uğur HASIRCI


Zaman Bölüşümlü Çoğullama: Zaman bölüşümlü çoğullama daha çok sayısal işaretler için kullanılır. Çoğullamanın uygulanması için her kullanıcının işaretinden çok kısa süreli örnekler alınır. Bu örnekler sırayla gönderilir. Birinci zaman diliminde ilk işaretin ilk örneği, ikinci zaman diliminde ikinci işaretin ilk örneği gönderilir ve bütün kullanıcılar bitene kadar bu şekilde devam edilir.



Dr. Uğur HASIRCI


Bütün kullanıcıların ilk örnekleri gönderildikten sonra, tekrar her bir kullanıcının işaretinden ikinci örnekler alınır, gönderilir ve işlem bu şekilde sürer. Eğer Nyquist Kriteri’ni sağlayacak kadar yeterince sık örnek alınmışsa ( fs > 2fmax ) alıcı tarafta bu örnekler birleştirilerek orijinal işaretler elde edilir.



Dr. Uğur HASIRCI


Eğer bir kanaldan n tane işaret aynı anda iletilecekse, ve bir işaret için örnekleme frekansı fs, örnekleme periyodu Ts=1/fs ise, kanaldan iletilen toplam örnek sıklığı fST=n×fs ve her bir işarete ayrılan zaman dilimi TST=Ts/n olur.



Dr. Uğur HASIRCI


Ör: Bir telefon hattından 5 abone yaralanacaktır. Telefon konuşmasında en yüksek frekanslı bileşen 3 kHz ile sınırlandırılmıştır. Buna göre;

a) Uygun örnekleme frekansı ve örnekleme periyodu ne olmalıdır? b) Toplam örnekleme periyodu içinde her bir aboneye ne kadar

süre ayrılacaktır? c) Toplam 5 abone için kanaldan iletilen işaretin örnek sıklığı ne

kadardır? C: a) Nyquist kuralına göre fs > 2fmax olmalıdır. Bu durumda örnekleme

frekansı 2×3=6 kHz değerinden büyük olmalıdır. fs =8 kHz uygun bir örnekleme frekansı olarak seçilebilir. Bu durumda örnekleme periyodu Ts=1/fs =1/(8×103)=125 μs olur.

b) Eğer aynı kanaldan 5 kullanıcı yaralanacaksa, her bir kullanıcı için TST=Ts/n =125/5=25 μs zaman ayrılacaktır.

c) Çoğullanmış işaretin örnek sıklığı fST=n×fs =5×8=40 kHz olacaktır.



Dr. Uğur HASIRCI


Frekans Bölüşümlü Çoğullama: Frekans bölüşümlü çoğullama sisteminde her kullanıcıya ayrı bir frekans bölgesi ayrılır. Bu bölgelere “kanal” denir. Her kanal, frekans tayfında belli bir bölgeyi işgal eder. İşaretleri, farklı frekans bölgelerine ötelemek için orijinal işaretin frekansı değiştirilmelidir. Bu da kipleme ile sağlanır. Her kullanıcının işareti, birbirinden farklı taşıyıcılarla kiplenir. Böylece frekans tayfında farklı yerlere taşınarak birbirine karışmadan iletilir. Alıcı tarafta uygun filtre devreleri kullanılarak işaretler birbirinden ayrılır ve kip çözülerek giriş işaretleri elde edilir.



Dr. Uğur HASIRCI


Kullanılan filtreler ideal olmadığı için, işaretlerin birbirinden ayrılabilmesi için her kullanıcıya ayrılan frekans bölgeleri (B) arasında bir miktar boşluk (K) bırakılmalıdır. Bu boşluğa “koruma bandı (guardband)” denir. Her birinin frekans bant genişliği B olan n adet işaret, genlik kiplemesi kullanılarak çoğullanacaksa toplam frekans bant genişliği olur.

max( )TB n f K



Dr. Uğur HASIRCI


Ör: Bir telefon hattından 5 abone yaralanacaktır. Telefon konuşmasında en yüksek frekanslı bileşen 3 kHz ile sınırlandırılmıştır, koruma bandı ise 0.5 kHz olarak belirlenmiştir. Buna göre;

a) Her aboneye kaç kHz’lik bant genişliği ayırmak gerekir? b) Kipleme için gerekli taşıyıcı frekansı ne olmalıdır? c) Toplam frekans bant genişliği ne kadar olur?

C: a) İşaretin en yüksek frekansı 3 kHz olduğuna göre B=fmax=3 kHz dir. Bu durumda her bir aboneye ayrılacak bant genişliği BG=B+K=3+0.5=3.5 kHz dir.

b) İki taşıyıcı arasında BG=3.5 kHz mesafe bulunması gerektiğine göre, 5 tane kullanıcı için taşıyıcıların frekansı sırasıyla şu şekilde şeçilebilir: f1=0 kHz, f2=3.5 kHz, f3=7 kHz, f4=10.5 kHz, f5=14 kHz.

c)

max( ) 5 (3 0.5) 17.5 kHz.TB n f K



Dr. Uğur HASIRCI


Kod Bölüşümlü Çoğullama: Kod bölüşümlü çoğullama sadece sayısal haberleşme sistemlerinde kullanılır. Farklı girişler için farklı kodlar kullanılarak işaretlerin karışmadan aynı kanaldan iletilmesi sağlanır. Bu sistemde hem zaman, hem de frekans çoğullaması birlikte kullanılır.



Dr. Uğur HASIRCI


SAYISAL HABERLEŞME SİSTEMLERİ Günümüzde haberleşme sistemleri artık tamamen sayısal haberleşme sistemlerine dönüşmüştür. Prensip olarak sayısal ve analog haberleşme sistemleri aynıdır. Aradaki fark, sayısal haberleşme sistemlerinde giriş işaretlerinin önce sayısal olarak kodlanarak bitler (0 ve 1 ler) halinde iletilmesidir. Bu yüzden sayısal haberleşme sistemleri gürültü ve bozucu etkilerden daha az etkilenirler. Ayrıca bazı özel teknikler kullanılarak, iletilmesi gereken bit sayısı , dolayısıyla gerekli frekans bant genişliği büyük ölçüde azaltılabilir. Bu sayede analog yayın yapan bir TV kanalı yerine, aynı frekans bandına sayısal yayın yapan 4 ila 10 adet TV kanalı yerleştirilebilir.



Dr. Uğur HASIRCI


Sayısal haberleşme sistemlerinde de kipleme işlemi genlik, frekans veya faz kiplemelerinden birisi veya herhangi ikisi kullanılarak yapılır. Analog haberleşme sistemlerinden farklı olarak, sayısal haberleşme sistemlerinde bu 3 tür kipleme, farklı bazı sayısal yöntemler kullanılarak yapılır. Bu yöntemler, bu kısa tanıtımın kapsamı dışındadır.



Dr. Uğur HASIRCI


ÖZET Bir bilgiyi bir noktadan başka bir noktaya ileten sistemlere haberleşme sistemleri denir. Bir haberleşme sisteminin Verici, Alıcı ve Kanal olmak üzere üç ana bileşeni vardır. İşareti, iletim kanalından en az etkilenecek şekilde iletebilmek için kipleme (modülasyon) işlemi uygulanır. Bu işlem sinüs biçimli taşıyıcı işaretin genlik, frekans veya fazı değiştirilerek yapılır. Bu yüzden genlik frekans ve faz kiplemesi olmak üzere üç temel kipleme yöntemi vardır. Kipleme işlemi analog veya sayısal olarak yapılabilir. Modern haberleşme sistemlerinde sayısal kipleme giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

Documents

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK …akademik.duzce.edu.tr/.../ugurhasirci/DersNotlari/... · DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK