Bozok Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü

... konulu sunumlar: "Bozok Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü"— Sunum transkripti:

1 Bozok Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
KABLOSUZ HABERLEŞME Bozok Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Ahmet Sertol Köksal

2 Haberleşme Ortamı (Kanal)
Alıcı Verici Haberleşme Ortamı (Kanal) Analog – Sayısal Haberleşme Fiziksel bağlantı (iletken kablo) Elektriksel Optik Haberleşme Fiziksel bağlantı (fiber optik kablo) Optik Kablosuz Haberleşme Bağlantı yok ( hava, su…) Elektromanyetik Ahmet Sertol Köksal

3 Kablosuz Haberleşmenin Tarihçesi
Tarihin ilk çağlarında, insanlar davullarla haberleşirlerdi. Doğal olarak haberleşme mesafesi çok kısa idi ve bu nedenle haberin uzak noktaya iletimi için arada tekrarlayıcılar kullanılırdı. Eski Amerika'da yerliler haberleşmede dumanı iletişim aracı olarak kullanırlardı. Mesafe ve hava koşulları bu haberleşme tipindeki en önemli engellerdi. Daha sonraları özel bayraklar kullanılmaya başlandı. Ancak, mesafe ve gün ışığı en önemli kısıtlamalar olarak ortaya çıkıyorlardı. 19’ncu asırda yanar söner lambalar kısa mesafeler ve özellikle askeri amaçla kullanılmaya başlandı. Mors alfabesi de kullanılarak çok etken bir haberleşme düzeyi elde edildi. Üstelik gece de kullanılabiliyordu. Ancak mesafe ve hava koşulları en önemli kısıtlamalar olmayı sürdürdüler. Radyo iletişimi insan konuşmasının elektrik sinyallerine döndürüldüğü ilk uygulamalardır. Modern kablosuz iletişim, Heinrich Rudolph Hertz’in radyo dalgası olarak bilinen elektro manyetik dalgaları keşfetmesiyle 1800’lü yılların sonunda başlar. Ahmet Sertol Köksal

4 Kablosuz Haberleşmenin Tarihçesi
Guglielmo Marconi bu tip dalgaların mesaj iletebileceğini önerdi ve 1885 yılında kablosuz telgrafı tanıttı. 1901 yılında ilk defa Atlantik okyanusunun karşısına kablosuz telgraf çekmeyi başardı.  1920’de radyo, telgraf ve radyo telefonlar kullanılmaya başlanmıştır. 1940’lı yıllarda yapılan gelişmiş radar sistemiyle kısa dalga boyları kullanılarak radyo mesajların taşınması gerçekleşti. Dalga boyu küçük olan bu dalgalar günümüzde mikrodalga olarak bilinmektedir.  1950’li yıllarda radyo tabanlı “paging system” tanıtıldı. Bu sistem radyo teknolojisini kullanarak kıtalar arasında ses ve telgraf mesajlarını alma/verme işlemini başardı.  Kablosuz teknoloji gelişimini 1983 yılında hücresel telefonların çıkmasıyla sürdürdü. 1990’lı yılların öncesinde birçok satıcı kablosuz ağ teknolojilerini kullanarak gruplar halindeki bilgisayarları birbirlerine bağlamayı sağlayan bir sistem önerdi. “IEEE” standartlarının ortaya çıkması ve kablosuz internet teknolojilerinin hızlı gelişimi ağ tasarımcılarını kablosuz çözümler için cesaretlendirdi. Ahmet Sertol Köksal

5 Elektromanyetik Dalga
Elektrik alanları pozitif ve negatif yüklerin ayrışmasıyla oluşur. Elektrik alanının değişmesi ile manyetik alan oluşur. Elektrik akımının sürekli değişmesi ile manyetik alan salınımı oluşur. Bu salınımdan da elektromanyetik dalga meydana gelir. Elektromanyetik dalgalar enerji biçiminde yayılır. Ahmet Sertol Köksal

6 Elektromanyetik Dalga
Elektromanyetik dalga içerisinde gama ışını, x-ışını, kızılötesi, morötesi, radar ve radyo ışını dalgaları yer alır. Her bir dalganın farklı bir dalga boyu ve frekansı vardır. Fakat hepsi aynı hızla hareket eder. Dalgalar, dalga boyu ve frekanslarına göre düzenlenirse “elektromanyetik spektrum (tayf)” elde edilmiş olur. 𝑓=𝑐/𝜆 Ahmet Sertol Köksal

7 Elektromanyetik Dalga Nasıl Üretilir?
Elektromanyetik dalgaların dalga boylarına bağlı olarak elektromanyetik üreticinin yapısı da farklılaşır. Şekilde kısa dalga yayın yapan elektromanyetik dalga üreteci 𝜔=1/ 𝐿𝐶 frekansında salınım yapmaktadır. Antenin uçları arasında elektrik yüklerinin salınımı sonucunda üretilen elektromanyetik dalga aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi yayılır. Bu yayılım ışıma olarak da adlandırılır. Ahmet Sertol Köksal

8 Antenler Anten, elektromanyetik dalgaları yaymak veya yakalamak için kullanılan elektronik devre elemanıdır. Anten çift yönlü bir dönüştürücüdür. Hem alıcı hem de verici olarak kullanılabilir. Antenler, sinyal yayma biçimlerine göre “tek yöne açık (unidirectional)” ve “tüm yöne açık (omnidirectional)” olmak üzere iki şekilde sınıflandırılır. Ahmet Sertol Köksal

9 Antenler Anten Çeşitleri; Hertz Anten Markoni Anten Rombik Anten
Çerçeve Anten Yagi Anten Dipol Anten Monopol Anten Parabolik Anten Mikroşerit Anten Log-Periyodik Anten Horn Anten Sektörel Antenler Ahmet Sertol Köksal

10 Antenler Hertz Anten Markoni Anten
Dalga boyunun yarısı ebadındaki dipol antene hertz anten denir. Genellikle 2 MHz üzerindeki frekanslarda yaygın olarak kullanılır. Hertz anten bir seri rezonans devresine eş değerdir. Markoni Anten Düşey olarak monte edilmiş alt ucu doğrudan toprağa bağlanmış ya da antenin bir ucu topraklanmış 1/4 dalga boyundaki tek kutuplu antenlerdir. Hertz antene göre avantajı boyunun yarı yarıya az olmasıdır. Ahmet Sertol Köksal

11 Antenler Rombik Anten Çerçeve Anten
Eşkenar dörtgen teşkil edecek şekilde birleştirilmiş dört iletkenden oluşur. 3 MHz-30MHz arası frekanslarda kullanılır. Çerçeve Anten Bir dalga boyundan yeteri kadar kısa olan ve RF akım taşıyan tek sarımlı tel bobinidir. Çember, dörtgen, üçgen vs şekillerde olabilir. Ahmet Sertol Köksal

12 Antenler Yagi Anten Yagi antenler üç veya daha fazla dipol anten içerirler. Antenin tüm bileşenleri birlikte çalışarak aldıkları radyo enerjisini odaklandıkları yere verirler. Anten kazancı dipol antene göre daha fazladır. Reflektör; dipolden ¼ dalga boyu geriye yerleştirilmiş boru şeklinde bir iletkendir. Vericiden gönderilen elektromanyetik dalgaları dipole (driven element) doğru yönlendirmektedir. Driven; havadaki elektromanyetik dalgaları algılayan ana elemandır. Antenin aslını oluşturur. Direktör; dipolün ön kısmında 1/8 dalga boyu uzaklığına yerleştirilen metal borulardır. Anten kazancını arttırır. Antenin yön bağımlılığını arttırır. Ahmet Sertol Köksal

13 Antenler Dipol Anten Monopol Anten
Aralarında küçük bir boşluk olan birbiri ile aynı yönde iki iletken çubuktan oluşur. Aradaki boşluk genelde hava, plastik, silikon veya kauçuk yalıtkan ile doldurulur. Radyo ve televizyon vericileri dipol antene örnektir. Monopol Anten Dipol antenin yarısının yerine ground koyarak elde edilen anten tipidir. Eğer ground düzlemi yeteri kadar büyükse anten dipol gibi davranabilir. Marconi antene benzer. Ahmet Sertol Köksal

14 Antenler Parabolik Anten
Çok uzaktaki hedefleri yaklaşmadan tespit edebilmek amacıyla kullanılan, noktadan noktaya veri iletimi için uygun olan antenlerdir. Sadece uydu haberleşmesinde değil dar bir hüzme ve yüksek kazancın gerektiği her alanda kullanılabilecek anten türüdür. Ahmet Sertol Köksal

15 Antenler Mikroşerit Antenler Log-Periyodik Antenler
Baskı devre tekniği ile üretilen, kolay taşınabilir antenlerdir. Maliyetleri düşüktür ve seri üretime uygundurlar. Anten dizileri oluşturmak amacıyla kolaylıkla kullanılabilirler. Düşük kazançlı olması ve bant genişliğinin az olması dezavantajlarıdır. Günümüzde RF-ID teknolojisinin vazgeçilmez elemanlarıdır. Log-Periyodik Antenler Belli bir geometrik katsayı ile gitgide büyüyen ya da küçülen elemanların elektriksel olarak birleştirilmesiyle oluşturulan antenlerdir. Geniş bantlar içerisinde yaklaşık olarak frekanstan bağımsız ışınım özellikleri gösterebilirler. Ahmet Sertol Köksal

16 Antenler Horn Antenler En temel mikrodalga antenlerinden birisidir.
Askeriyede, Radar sistemlerinde özellikle düşman uçaklarını yakalamada, Uzay araştırma projelerinde, Sağlık alanında vücut taraması yapmak için kullanılırlar. Ahmet Sertol Köksal

17 Antenler Sektörel Antenler
Sektörel antenler dairesel kapsama alanını sektörlere bölerek kanal atamasına yardım etmek ve kullanmak için tasarlanırlar. Birden çok antenin belirli düzlemlerde yerleştirilmesiyle elde edilirler. Genelde telsiz telefon uygulama ve kulelerinde kullanlırlar. Bölgeleri girişim olmaması için dikkatlice planlamak önemlidir. Ahmet Sertol Köksal

18 Antenler Yer Dalgası şeklinde yayılım Gök dalgası şeklinde yayılım
Yayılma Tiplerine Göre Antenler 3 Sınıfa Ayrılırlar: Yer Dalgası şeklinde yayılım Gök dalgası şeklinde yayılım Görüş hattı yayılımı Ahmet Sertol Köksal

19 Antenler YER DALGALARI EM dalgalar yeryüzü boyunca ilerler
Uzak mesafelere iletim yapılabilir 2 MHz frekansına kadar kullanılır Örneğin AM radio dalgaları Ahmet Sertol Köksal

20 Antenler GÖK DALGALARI
EM dalgaları iyonosfer tabakası ile yeryüzü arasında yansıyarak ve kırılarak ilerler. Amatör radyo yayınları örnek uygulama alanlarındandır. Ahmet Sertol Köksal

21 Antenler GÖRÜŞ HATTI YAYILIMI
Alıcı ve verici antenler karşılıklı yerleştirilir. Hem uydu hem de yer haberleşmesinde kullanılırlar. Uydu haberleşmesinde kullanılan tiplerde iyonosferden yansımayan EM dalgalar şeklinde haberleşme sağlanır. Yer haberleşmesinde EM dalganın hızı iletim ortamına bağlıdır ve EM dalgalar bir engelle karşılaştığında, engelin etrafından dolaşırlar. Ahmet Sertol Köksal

22 Antenler Kablosuz haberleşmenin temel prensiplerinden biri;
EM dalganın yer parazitinden ayrıştırılabilmesi için yeterli güçte gönderilmesi ve alınmasıdır. EM dalga - sinyal, parazit - gürültü olarak adlandırılırsa; Sinyal/Gürültü oranı bütün haberleşme sistemleri için en önemli kriterdir. Bu kriterin sağlanmasında en uygun antenin kullanılması gerekir. Anten türü ve anten kazancı, tasarımcının dikkate alması gereken başlıca iki faktördür. Ahmet Sertol Köksal

23 Antenler EM Dalga Yayılımını Kısıtlayan Nedenler;
Sinyal Zayıflaması (Attenuation) Mesafe arttıkça, EM dalganın gücü de azalır. Güç ile mesafe boşluk için 1/𝑟 2 , yeryüzü için 1/𝑟 3 ile orantılıdır. Gürültü (Noise) Yağmur, elektrik fırtınaları, yıldırım gibi atmosfer olayları, Elektrik aygıtları yada başka işaretler nedeniyle oluşan girişim, Yansıma (Reflection) EM dalgalar bazı nesnelerin içerisinden geçebilirken aynı zamanda aynı nesneden yansırlar. Bu durum sinyal gücünün azalması anlamına gelir. Bu olumsuz durum bazı uygulamalarda faydalı olacak şekilde kullanılmaktadır. (Örneğin, AM radyo sinyallerinin iyonosferden yansıyarak ilerlemesi, …) Kırılma (Refracting) EM dalga, karşısına çıkan engellerin içinden geçerken kırılarak farklı yönlerde ilerler. Bu durum da hedefe ulaşması gereken sinyalin gücünü azaltıcı etki yapar. Ahmet Sertol Köksal

24 Haberleşme Sistemleri
Haberleşme sistemlerini aşağıdaki gibi sınıflandırmak mümkündür: İletim ortamına göre Kablolu haberleşme Kablosuz haberleşme İletilen sinyalin türüne göre Analog haberleşme Sayısal haberleşme Ahmet Sertol Köksal

25 Haberleşme Sistemleri
KABLOLU HABERLEŞME: İletim bakır, fiber optik kablolar veya dalga kılavuzları ile yapılır. Bakır kablo ile elektriksel işaret, Dalga kılavuzları ile elektromanyetik dalga, Fiber optik kablo ile ışık demetleri, iletilir. Dalga kılavuzu, dış ortamda bulunabilecek bozucu etkileri ortadan kaldırmaktadır. Ahmet Sertol Köksal

26 Haberleşme Sistemleri
KABLOSUZ HABERLEŞME: Bilgi iletimi için hava veya boşluktan faydalanılır. İletişim, elektromanyetik dalgalar şeklinde bu ortamlar üzerinden geçekleştirilir. Ahmet Sertol Köksal

27 Haberleşme Sistemleri
ANALOG HABERLEŞME: Değeri, zamanla sürekli olarak değişen sinyallere analog sinyaller denir. Analog sinyaller kullanılarak yapılan haberleşmeye analog haberleşme denir. Analog haberleşmede, iletilen bilgi sinyali ani olarak değişim gösterir. Hem kablolu hem de kablosuz haberleşme ortamında kullanılırlar. Analog ses sinyali Ahmet Sertol Köksal

28 Haberleşme Sistemleri
SAYISAL HABERLEŞME: Bir zaman aralığının tamamı yerine sadece belirli aralıklar için tanımlanan ve sadece belirli değerleri alan işaretlere sayısal sinyaller denir. Sayısal sinyaller kullanılarak yapılan haberleşmeye sayısal haberleşme denir. Hem kablolu hem de kablosuz haberleşme ortamında kullanılırlar. Ahmet Sertol Köksal

29 Haberleşme Sistemleri
ANALOG vs SAYISAL HABERLEŞME: Sayısal Gürültü ve girişimden daha az etkilenir Yeniden oluşturulmaları daha kolaydır Daha kolay işlenebilirler Daha dayanıklı ve az maliyetlidir Analog Daha az bant genişliği Senkronizasyon gerekmez Ahmet Sertol Köksal

30 Haberleşme Sistemleri
Haberleşme sistemlerini kısıtlayıcı nedenler 3 başlık altında toplanabilir: Gürültü ve girişim Bant genişliği Sinyal gücü (Sinyal/Gürültü oranı) GÜRÜLTÜ ve GİRİŞİM Bilgi işareti, iletim ortamında istenmeyen bozulmalara uğrar. Yağmur, elektrik fırtınaları, yıldırım gibi atmosfer olayları veya elektriksel aygıtların neden olduğu bu bozucu etkiye gürültü (işareti) – (noise) denir. İletim kanalında iletilen bilgi işareti, farklı kaynaklar tarafından gönderilen işaretlerle birbirine karışabilir. Özellikle aynı frekans bölgesinde yapılan yayınlarda bu durum meydana gelir ve bu duruma girişim – (interference) adı verilir. Ahmet Sertol Köksal

31 Haberleşme Sistemleri
BANT GENİŞLİĞİ Haberleşme sistemlerinin kullanabileceği frekans aralığı sınırlıdır. Bu sınırlı frekans aralığı, bant genişliği olarak adlandırılır. Bu sınır uluslararası kuruluşlarca, hükümetler tarafından veya sistemin kabiliyetine bağlı olarak belirlenmektedir. Kullanılan frekans bandının sınırlı olması, gürültünün azaltılabilme olasılığını da düşürür. Frekans spektrumu belirli bantlara bölünerek kanallar oluşturulur. Her bir kanaldan gönderilebilecek bilgi miktarı bellidir ve buna kanal kapasitesi denir. Kanal kapasitesi, bilgi iletim hızını da belirleyen bir etkendir. Bununla birlikte, iletilen işaretin frekansı, bilgi iletim hızını belirleyen en önemli etkendir. Ahmet Sertol Köksal

32 Haberleşme Sistemleri
SİNYAL GÜCÜ Anten kazancı konusunda değindiğimiz gibi, Sinyal/Gürültü oranı, bir haberleşme sisteminin en önemli karakteristiklerinden biridir. Sinyal/Gürültü oranının yüksek olması, haberleşme sisteminin; Bilgi iletim hızını artırır. Güvenilirliğini artırır. Doğruluğunu artırır. Güçlü bir sinyal, yüksek enerji gerektirir ve bunun maliyeti yüksektir. Bu nedenle, optimum sinyal gücü seçilmelidir. Ahmet Sertol Köksal

33 Haberleşme Sistemleri - ÇOĞULLAMA
Haberleşme sistemlerinin etkin ve verimli kullanılabilmesi amacıyla geliştirilen bir teknolojidir. Haberleşme kanalında, birden fazla bilginin eş-zamanlı veya sıra ile iletilmesi esasına dayanır. Frekans spektrumunun bölünmesi ve birçok kullanıcı arasında paylaştırmanın birkaç yolu bulunmaktadır. Günümüzde 3 çeşit çoğullama teknolojisi yaygın olarak kullanılmaktadır. Zaman Bölmeli Çoğullama – Time Division Multiplexing (TDM) Frekans Bölmeli Çoğullama – Frequency Division Multiplexing (FDM) Kod bölmeli Çoğullama – Code Division Multiplexing (CDM) Bu çoğullama teknolojileri kullanılarak çoklu erişim yöntemleri geliştirilmiştir. Örneğin; zaman bölmeli çoğullama teknolojisi ile zaman bölmeli çoklu erişim yöntemleri mevcuttur. Ahmet Sertol Köksal

34 Haberleşme Sistemleri - ÇOĞULLAMA
Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (Time Division Multiple Access - TDMA) Mevcut spektrum, zaman domeninde bölmelere ayrılır. Her kullanıcı, kendine ayrılan zaman aralığında tüm kanalı kullanır. Senkron ve istatistiksel olmak üzere iki çeşit TDMA yöntemi vardır. Senkron TDMA’da boş slotlar daha etkin bir şekilde kullanılır. Böylece iletim hızı artar. Çoğunlukla sayısal haberleşme sistemlerinde tercih edilmektedir. Ahmet Sertol Köksal

35 Haberleşme Sistemleri - ÇOĞULLAMA
Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (Frequency Division Multiple Access - FDMA) Frekans spektrumu, frekans domeninde birbiri üzerine taşmayan bölmelere (kanal) ayrılır. Her bir kullanıcı kendisine ayrılan frekans aralığını kullanır. Çoğunlukla analog haberleşme sistemlerinde kullanılır. Ahmet Sertol Köksal

36 Haberleşme Sistemleri - ÇOĞULLAMA
Kod Bölmeli Çoklu Erişim (Code Division Multiple Access - CDMA) İletim ortamındaki tüm kullanıcılar aynı anda ve aynı frekans bandını kullanarak haberleşirler. Her bir kullanıcıya bilgiyi kodlaması için kullanacağı eşsiz bir kod dizisi tahsis edilir. Alıcı, vericinin kod dizisini bilir ve işareti aldıktan sonra kodunu çözerek orijinal bilgiyi yeniden elde eder. Sayısal sistemlerde kullanılmaktadır. Ahmet Sertol Köksal

37 Haberleşme Sistemleri - ÇOĞULLAMA
Çoklu Erişim yöntemlerinin karşılaştırılması: Ahmet Sertol Köksal

38 Haberleşme Sistemleri - MODÜLASYON
Haberleşme sistemlerinde, bilgi sinyali olduğu gibi iletilmez. Bilgi sinyali iletime uygun bir biçime sokulmalıdır. Bilgi sinyalinin genellikle daha uzak mesafelere gönderilebilmesi için kendinden çok daha yüksek frekanslı bir taşıyıcı sinyal üzerine bindirilmesine modülasyon denir. Modülasyon işlemi sırasında taşıyıcı sinyalin genlik, frekans, faz gibi özellikleri, bilgi sinyaline ve yapılan modülasyonun türüne göre değişime uğrar. Ahmet Sertol Köksal

39 Haberleşme Sistemleri – ANALOG MODÜLASYON
GENLİK MODÜLASYONU (AMPLITUDE MODULATION) Taşıyıcının genliği bilgi sinyaline uygun olarak değiştirilir. 𝑐(𝑡)= 𝑉 𝑐 𝑠𝑖𝑛( 𝜔 𝑐 𝑡) : taşıyıcı işareti 𝑚(𝑡)= 𝑉 𝑚 cos 𝜔 𝑚 𝑡 : bilgi işareti 𝑠 𝑡 = 1+𝑚 𝑡 .𝑐(𝑡) : modüle edilmiş işaret 𝑠 𝑡 = 1+ 𝑉 𝑚 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑚 𝑡 . 𝑉 𝑐 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑐 𝑡 = 𝑉 𝑐 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑐 𝑡 + 𝑉 𝑚 . 𝑉 𝑐 2 [𝑠𝑖𝑛⁡(( 𝜔 𝑐 + 𝜔 𝑚 )𝑡)+𝑠𝑖𝑛⁡(( 𝜔 𝑐 − 𝜔 𝑚 )𝑡)] Modüle edilmiş işaret 3 frekans bileşeninden oluşmaktadır. 𝜔 𝑐 𝜔 𝑐 + 𝜔 𝑚 𝜔 𝑐 − 𝜔 𝑚 Ahmet Sertol Köksal

40 Haberleşme Sistemleri – ANALOG MODÜLASYON
GENLİK MODÜLASYONU (AMPLITUDE MODULATION) 𝑉 𝑚 = 𝑉 𝑚𝑎𝑥 − 𝑉 𝑚𝑖𝑛 2 𝑉 𝑐 = 𝑉 𝑚𝑎𝑥 + 𝑉 𝑚𝑖𝑛 2 𝑚= 𝑉 𝑚 𝑉 𝑐 𝑚= 𝑉 𝑚𝑎𝑥 − 𝑉 𝑚𝑖𝑛 𝑉 𝑚𝑎𝑥 + 𝑉 𝑚𝑖𝑛 𝑉 𝑚 < 𝑉 𝑐 olmalıdır. m: Modülasyon indeksi Ahmet Sertol Köksal

41 Haberleşme Sistemleri – ANALOG MODÜLASYON
GENLİK MODÜLASYONU (AMPLITUDE MODULATION) Ahmet Sertol Köksal

42 Haberleşme Sistemleri – ANALOG MODÜLASYON
GENLİK MODÜLASYONU (AMPLITUDE MODULATION) ÖRNEK : Genlik modülasyonu yapılan bir işaret osiloskop ile izlenmektedir. 𝑉 𝑚𝑎𝑥 =6, 𝑉 𝑚𝑖𝑛 =1 seviyesinde görüntülenmektedir. Buna göre modülasyon indeksi, taşıyıcı, ve modüle edilen işaretin maksimum değerlerini hesaplayınız. (Osiloskop üzerinde her bir seviye 2 Volt’tur.) 𝑚= 𝑉 𝑚𝑎𝑥 − 𝑉 𝑚𝑖𝑛 𝑉 𝑚𝑎𝑥 + 𝑉 𝑚𝑖𝑛 = 6−1 6+1 =0,714 . Modülasyon oranı %71,4’tür. 𝑉 𝑚 = 𝑉 𝑚𝑎𝑥 − 𝑉 𝑚𝑖𝑛 2 = 2(6−1) 2 =5 𝑣𝑜𝑙𝑡 𝑉 𝑐 = 𝑉 𝑚𝑎𝑥 + 𝑉 𝑚𝑖𝑛 2 = 2(6+1) 2 =7 𝑣𝑜𝑙𝑡 Ahmet Sertol Köksal

43 Haberleşme Sistemleri – ANALOG MODÜLASYON
GENLİK MODÜLASYONU (AMPLITUDE MODULATION) Demodülasyon, bant geçiren filtreler kullanılarak yapılır. Ahmet Sertol Köksal

44 Haberleşme Sistemleri – ANALOG MODÜLASYON
FREKANS MODÜLASYONU (FREQUENCY MODULATION) Taşıyıcının frekansı bilgi sinyaline uygun olarak değiştirilir. 𝑐(𝑡)= 𝑉 𝑐 𝑐𝑜𝑠( 𝜔 𝑐 𝑡) : taşıyıcı işareti 𝑚(𝑡)= 𝑉 𝑚 cos 𝜔 𝑚 𝑡 : bilgi işareti 𝑠 𝑡 = 𝑉 𝑐 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑐 𝑡+ 𝑚 𝑡 𝑑𝑡 : modüle edilmiş işaret 𝑠 𝑡 = 𝑉 𝑐 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑐 𝑡+ 𝑉 𝑚 𝜔 𝑚 sin⁡( 𝜔 𝑚 𝑡) 𝑉 𝑚 𝜔 𝑚 : modülasyon indeksi Modülasyon anında çok sayıda kenar bandları oluşur. Daha çok düşük mesafelerde iletişim için kullanılır. Demodülasyon işlemi faz kilitleme çevrimleri (PLL) ile yapılır. Ahmet Sertol Köksal

45 Haberleşme Sistemleri – ANALOG MODÜLASYON
FAZ MODÜLASYONU (PHASE MODULATION) Taşıyıcının fazı bilgi sinyaline uygun olarak değiştirilir. 𝑐(𝑡)= 𝑉 𝑐 𝑐𝑜𝑠( 𝜔 𝑐 𝑡) : taşıyıcı işareti 𝑚(𝑡)= 𝑉 𝑚 cos 𝜔 𝑚 𝑡 : bilgi işareti 𝑠 𝑡 = 𝑉 𝑐 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑐 𝑡+𝑚(𝑡) : modüle edilmiş işaret 𝑠 𝑡 = 𝑉 𝑐 𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑐 𝑡+ 𝑉 𝑚 𝑐𝑜𝑠⁡( 𝜔 𝑚 𝑡) Anlık faz, 𝜔 𝑐 𝑡+ 𝑉 𝑚 𝑐𝑜𝑠⁡( 𝜔 𝑚 𝑡) ‘nin türevine eşittir. Frekans modülasyonuna benzerdir. Ahmet Sertol Köksal

46 Haberleşme Sistemleri – SAYISAL MODÜLASYON
ÖRNEKLEME Analog bir işaretin, anlık değerlerinin alınması işlemidir. Darbe Genlik Modülasyonu (PAM): Genliği bilgi işaretinin örneklenmiş değerlerine (genlik) göre değişen bir darbe dizisidir. Sabit genişlikli, sabit konumlu darbenin genliği; analog işaretin genliği ile orantılı olarak değişir. Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM): Bu modülasyon türünde, darbe genişliği, analog işaretin genliğiyle orantılıdır. Darbe Pozisyon Modülasyonu (PPM): Sabit genişlikli darbenin konumu; önceden belirlenmiş bir zaman bölmesi içinde, analog işaretin genliğiyle orantılı değişir. Darbe Kod Modülasyonu (PCM): Analog işaret örneklenerek iletim için sabit uzunluklu seri ikili (binary) sayıya dönüştürülür. İkili sayı analog işaretin genliği ile orantılıdır. Kuantalama ve kodlama yapılan PCM işareti ikili sayılara dönüşmüş olur. Ahmet Sertol Köksal

47 Haberleşme Sistemleri – SAYISAL MODÜLASYON
SAYISAL MODÜLASYON TEKNİKLERİ Örnekleme – Kuantlama – Kodlama işlemi ile, analog bir işaret sayısal bir işarete dönüştürülür. Bu sayısal işaretin iletiminde kullanılacak 4 tür modülasyon tekniği mevcuttur. Genlik kaydırmalı anahtarlama (Amplitude Shift Keying – ASK) Frekans kaydırmalı anahtarlama (Frequency Shift Keying – FSK) Faz kaydırmalı anahtarlama (Phase Shift Keying – PSK) Hibrid sistemler (Quadrature Amplitude Modulation – QAM) Ahmet Sertol Köksal

48 Haberleşme Sistemleri – SAYISAL MODÜLASYON
Genlik kaydırmalı anahtarlama (Amplitude Shift Keying – ASK) Kullanılan PCM koduna göre, taşıyıcı işaretin genliği ‘1’ ve ‘0’ değerleri arasında değiştirilir. ASK işlemi basitçe, Açık-Kapalı anahtarlama şeklinde yapılabildiğinden On-Off Keying, OOK olarak adlandırılmaktadır. ASK’nın en büyük avantajı basitliğidir. Dezavantajları ise; ani kazanç değişimlerinden fazla etkilenmesi, verimli olmaması, gürültüden yüksek oranda etkilenmesi sayılabilir. Dezavantajlarından dolayı günümüzde pek kullanılmamaktadır. Genellikle 1200 bps hızına kadar telefon hatlarında, fiber optikte, kısa mesafeli uzaktan kontrol ve telemetri sistemlerinde kullanılır. Ahmet Sertol Köksal

49 Haberleşme Sistemleri – SAYISAL MODÜLASYON
Frekans kaydırmalı anahtarlama (Frequency Shift Keying – FSK) Taşıyıcı sinyal iki farklı frekansta anahtarlanır. Taşıyıcı sinyal sabit genlik ve faza sahiptir. Taşıyıcı sinyal Lojik 1 için düşük frekanslıdır. Taşıyıcı sinyal Lojik 0 için yüksek frekanslıdır. ASK’ya göre gürültüye karşı bağışıklığı daha yüksektir. FSK da, ASK gibi verimli değildir. Yüksek frekanslı telsiz iletişimi, amatör radyo veri iletimi, düşük hızlı modem uygulama alanlarıdır. Ahmet Sertol Köksal

50 Haberleşme Sistemleri – SAYISAL MODÜLASYON
Faz kaydırmalı anahtarlama (Phase Shift Keying – FSK) Girişteki sayısal bilgi ile orantılı olarak taşıyıcının fazı değişir. Girişteki sayısal işaret değiştikçe taşıyıcının fazı iki açı değeri arasında kayar. ( 0 𝑜 − 180 𝑜 ) PSK, uydu haberleşmesi, CDMA gibi modern haberleşme alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. 𝑖 𝑡 = 𝐴𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑐 𝑡 𝐿𝑜𝑗𝑖𝑘 1 𝐵𝑐𝑜𝑠 𝜔 𝑐 𝑡+𝜋 𝐿𝑜𝑗𝑖𝑘 0 Daha fazla faz açısı ile daha hızlı haberleşme sistemleri tasarlanır. BPSK, QPSK, 8PSK, 16PSK,…. Ahmet Sertol Köksal

51 Haberleşme Sistemleri – SAYISAL MODÜLASYON
Hibrid sistemler (Quadrature Amplitude Modulation – QAM) Dik açı genlik modülasyonunda sayısal bilgi, taşıyıcının hem genliğinde hem de fazında modüle edilmektedir. Sınırlı frekans spektrumunun daha verimli kullanılmasını sağlar. QAM en iyi performansı sağlar. Ahmet Sertol Köksal

52 Haberleşme Sistemleri – SAYISAL MODÜLASYON
Sayısal Modülasyon Tekniklerinin Karşılaştırılması Ahmet Sertol Köksal

53 Bilgisayar Haberleşmesi ve OSI Referans Modeli
Farklı özelliklere sahip bilgisayar sistemlerinin birbiri ile haberleşebilmesi için ortak bir dilin kullanılması gerekmektedir. Haberleşmenin ne türde olacağı, hangi protokollerin kullanılacağı vs daha önceden bilinmelidir. Bu ortak kuralları belirlemek için ISO, Open System Interconnection (OSI) modelini ortaya koymuştur. Bu modele göre haberleşme adımları 7 katmanda tanımlanmaktadır. Layer 7 – Application, 7. Katman - Uygulama Layer 6 – Presentation, 6. Katman - Sunum Layer 5 – Session, 5. Katman - Oturum Layer 4 – Transport, 4. Katman - Taşıma Layer 3 – Network, 3. Katman - Ağ Layer 2 - Data Link, 2. Katman - Veri Bağlantısı Layer 1 – Physical, 1. Katman – Fiziksel OSI modeli, katı bir kurallar zinciri değildir. Ağ bileşenlerinin standartlaştırılmasıyla, çoklu-üretici gelişimine izin verir. İletişim için farklı ağ donanım ve yazılım çeşitlerine izin verir. Ağ iletişim işlemlerini daha küçük ve basit bileşenlere böler, böylece geliştirme, planlama ve hata gidermeye yardımcı olur. Bu yüzden, OSI referans alınan bir sistemdir. Ahmet Sertol Köksal

54 Bilgisayar Haberleşmesi ve OSI Referans Modeli
OSI Katmanları Uygulama Katmanı ( Application Layer) Kullanıcıların gerçekte bilgisayarla iletişime geçtiği yeri belirtir. Programların ağı kullanabilmesi için araçlar sunar. HTTP, FTP, TELNET, MAIL, SNP gibi protokoller bu katmanda tanımlıdır. Sunum Katmanı (Presentation Layer) OSI, standart verinin nasıl olması gerektiğini belirleyen standartlara sahiptir. Veri sıkıştırma, kriptolama gibi görevler bu katmanda gerçekleşir. En önemli görevi yollanan verinin karşı bilgisayar tarafından anlaşılabilir halde olmasını sağlamaktır. Oturum Katmanı ( Session Layer) Sunum katmanları arasındaki oturumları kurmak, yönetmek ve sonlandırmaktan sorumludur. Ulaşım Katmanı (Transport Layer) Üst katmanlardan gelen veriyi ağ paketi boyutunda parçalara böler. NetBEUI, TCP, UDP ve SPX gibi protokoller bu katmanda çalışır. Uçtan-uca veri aktarım servisleri sağlar ve bir ağ topluluğunda gönderici ve hedef arasında mantıksal bir bağlantı kurabilir. Ahmet Sertol Köksal

55 Bilgisayar Haberleşmesi ve OSI Referans Modeli
OSI Katmanları Ağ Katmanı ( Network Layer) Cihaz adreslemelerini yöneterek ağdaki cihazların yerlerini izler ve verinin taşınması için en iyi yolu belirler. Router (Yönlendiriciler) bu katmanda tanımlıdır. Veri Bağlantısı Katmanı (Data Link Layer) Fiziksel katmana erişmek ve kullanmak ile ilgili kuralları belirler. Ağ üzerindeki diğer bilgisayarları tanımlama, kablonun o anda kimin tarafından kullanıldığının tespiti ve fiziksel katmandan gelen verinin hatalara karşı kontrolü görevini yerine getirir. Fiziksel Katman (Physical Layer) Sayısal bilginin nasıl elektrik, ışık veya radyo sinyallerine çevrileceğini ve aktarılacağını tanımlar. Alıcı tarafında ise bu işlemin tersini gerçekleştirmekten sorumludur. Ahmet Sertol Köksal

56 Bilgisayar Haberleşmesi ve OSI Referans Modeli
OSI Modelinde en üst katmandan yola çıkan ham veri, her katmanda o katmanla ilgili bazı ek bilgiler eklenerek bir alt katmana aktarılır. Modele göre her bir katman genellikle üç katmanla ilişki içindedir. Bu üç katman; alt ve üst katmanlar ve karşı taraftaki eş katmandır. Ahmet Sertol Köksal

57 Bilgisayar Haberleşmesi ve OSI Referans Modeli
OSI Modelinde en üst katmandan yola çıkan ham veri, her katmanda o katmanla ilgili bazı ek bilgiler eklenerek bir alt katmana aktarılır. Modele göre her bir katman genellikle üç katmanla ilişki içindedir. Bu üç katman; alt ve üst katmanlar ve karşı taraftaki eş katmandır. Ahmet Sertol Köksal

58 KABLOSUZ AĞLAR Kablosuz iletişim ağları iki veya daha fazla bilgisayar veya sayısal cihazın birbirleriyle kablosuz veri iletişimi sağlamalarıyla oluşan yapıdır. Bu ağlar; özel amaçlı, eğitim amaçlı, ulusal veya halka açık olarak kurulabilirler. Kablolu iletişim teknolojilerine kıyasla birçok üstünlüğü bulunan kablosuz iletişim teknolojileri 1990’lı yıllarda büyük gelişmelere sahne olmuştur. Kablosuz iletişim teknolojisi, günümüzde yaygın olarak kullanılan kablolu iletişim yapılarıyla benzerlik göstermektedir. Kablosuz iletişim teknolojisini diğerlerinden ayıran nokta ise; iletim ortamı olarak havayı kullanmasıdır. Metal kablolar, elektrik akımını iletirken kablosuz iletim sistemleri belli frekanstan elektromanyetik dalga iletmektedir. Kablosuz ağların, gönderim ortamı olarak havayı kullanmasından dolayı, kendine özgü kısıtların yanında, güvenlik sorunu da bulunmaktadır. Kablosuz ağları iyi anlayabilmek için, büyüklüklerine göre sınıflandırmakta fayda vardır. Büyüklüklerine göre kablosuz ağlar; WWAN – Wireless Wide Area Network : Geniş Alan Ağları WMAN – Wireless Metropolitan Area Network : Şehirsel (Metropol) Alan Ağları WLAN – Wireless Local Area Network : Yerel Alan Ağları WPAN – Wireless Personal Area Network : Kişisel Alan Ağları Ahmet Sertol Köksal

59 KABLOSUZ AĞLAR WWAN Bir ülke ya da dünya çapında yüzlerce veya binlerce kilometre mesafeler arasında iletişimi sağlayan ağlara Geniş Alan Ağları (WAN) denilmektedir. WAN’larda genellikle kiralık hatlar veya telefon hatları kullanılmaktadır. Bu tür ağlarda kablo yerine uydu veya telsiz iletişimi kullanılması durumunda Kablosuz Geniş Alan Ağları (WWAN) olarak isimlendirilmektedir. WWAN uygulamalarına örnek olarak GSM, GPRS, CDMA ve 3G sistemleri sayılabilir. Ahmet Sertol Köksal

60 KABLOSUZ AĞLAR WMAN WLAN
Bir şehri kapsayacak şekilde yapılandırılmış iletişim ağlarına veya birbirinden uzak yerlerdeki yerel bilgisayar ağlarının birbirleri ile bağlanmasıyla oluşturulan ağlara Metropol Alan Ağları (MAN) denilmektedir. MAN’larda da WAN’larda olduğu gibi genellikle kiralık hatlar veya telefon hatları kullanılmaktadır. Bu tür ağlarda kablo yerine uydu veya RF iletişimi teknolojileri kullanılması durumunda Kablosuz Metropol Alan Ağları (WMAN) olarak isimlendirilmektedir. WMAN’lar çok sayıda şubesi bulunan kurum ve büyük şirketler ile dağınık yerleşime sahip üniversiteler gibi yapılarda yaygın olarak kullanılmaktadır. IEEE standardı WMAN için geliştirilmektedir. WLAN Yerel alan ağları (LAN) bir bina, okul, hastane, kampüs gibi sınırlı bir coğrafi alanda kurulan ve çok sayıda kişisel bilgisayarın yer aldığı ağlardır. LAN’larda bilgisayarlar ve ağ içerisindeki diğer cihazlar arasında iletişimi sağlamak üzere kablo yerine RF (Radio Frequency) veya kızılötesi teknolojisi kullanılması durumunda, Kablosuz Yerel Alan Ağları (WLAN) olarak adlandırılmaktadır. WLAN sistemlerinin mesafesi metre civarındadır. Dünyada yaygın olarak kullanılan 2 tür WLAN teknolojisi mevcuttur. Bunlardan birisi Amerika tabanlı IEEE x ve diğeri ise Avrupa tabanlı HiperLAN sistemleridir. Ahmet Sertol Köksal