eem3006 - WordPress.com

Transkript

EEM3006 - HABERLEŞME TEORİSİ
NİĞDE ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
 Dersin Öğretim Elemanı:
Yrd. Doç. Dr. Yasin KABALCI
 Ders Görüşme Saati:
Çarşamba, 09:00 ‐ 12:00
 e‐m@il:
[email protected]
 Ders Web Sayfası:
kabalci.wordpress.com
EEM3006 - HABERLEŞME TEORİSİ DR. YASİN KABALCI
İletişim Sistemlerinin Temelleri; J. G. Proakis - M. Salehi (Çev.: Halis
Altun - Ertan Öztürk - Yusuf Erkan Yenice, Nobel)
 Ders Kitabı
 Tavsiye Edilen Kaynak Kitap #1:
Modern Digital and Analog Communications Systems; B. P. LATHI
Oxford University Press; 4th edition, 2009.
 Communications Systems; A. Bruce Carlson, Paul B. Crilly;
McGraw-Hill Education; 5th edition, 2009.
 Introduction to Digital and Analog Communications; Simon
HAYKIN, Michael MOHER; John Wiley & Sons; 2nd edition,2006.
Hafta
Konular
1
Giriş ve Temel Kavramlar
2
İşaretler ve Doğrusal Sistemler, Temel Kavramlar
3
İşaretler ve Doğrusal Sistemler, Fourier Analizi
4
İşaretler ve Doğrusal Sistemler, Süzgeç Tasarımı, Alçak geçiren ve Band geçiren İşaretler
5
Genlik Modülasyonu
6
Genlik Modülasyonu
7
Genlik Demodülasyonu
8
Açı Modülasyonuna Giriş
9
Faz ve Frekans Modülasyonu
10
Açı Demodülasyonu
11
Olasılık ve Rastgele Süreçler
12
Olasılık ve Rastgele Süreçler
13
Analog İletişim Sistemleri Üzerinde Gürültünün Etkisi
14
Analog İletişim Sistemleri Üzerinde Gürültünün Etkisi
Ara Sınav (% 40)
Final (% 60)
HAFTALIK İÇERİK

GİRİŞ
 iletişim Sistemlerinin Elemanları
 Modülasyon, Modülasyon Türlerinin Sınıflandırılması

SPEKTRAL ANALİZ ve DOĞRUSAL SİSTEMLERDEN İLETİM
 Fourier Serileri, Fourier Dönüşümü ve Özellikleri
 Enerji ve Güç Spektral Yoğunlukları
 Katlama İntegrali, Transfer Fonksiyonu
 Genlik ve Faz Bozulmaları, Süzgeçler

GENLİK MODÜLASYONU (GM)
 Çift Yan Band (ÇYB) Modülasyonu ve Modülatör Yapıları
 Tek Yan Band (TYB) Modülasyonu ve Modülatör Yapıları
 Artık Yan Band (AYB) Modülasyonu
 GM İşaretlerin Demodülasyonu

AÇI



MODÜLASYONU
Faz ve Frekans Modülasyonu (PM ve FM)
FM İşaretlerin Üretimi ve Demodülasyonu
Frekans Bölmeli Çoğullama
İÇERİK

OLASILIK ve RASTGELE SÜREÇLER
 Olasılık ve Rastgele Değişkenlerin İncelenmesi
 Rastgele Süreçler
 Gauss ve Beyaz Süreçler

ANALOG İLETİŞİM SİSTEMLERİ ÜZERİNDE GÜRÜLTÜNÜN ETKİSİ
 Genlik Modülasyon Sistemlerinde Gürültünün Etkisi
 Açı Modülasyonu Üzerinde Gürültünün Etkisi
 Analog Modülasyon Sistemlerinin Karşılaştırılması
 Analog İletişim Sistemlerinde İletim Kayıpları ve Gürültünün Etkileri

ÖRNEKLEME ve ANALOG DARBE MODÜLASYONU
 Örnekleme Teoremi
 Darbe Genlik Modülasyonu (PAM) ve Zaman Bölmeli Çoğullama (TDM)
 Darbe Zaman Modülasyonu Türleri (PDM, PPM)
İÇERİK (devam)
TEMEL KAVRAMLAR
 İletişimin Amacı
 İletişim Sisteminin Bileşenleri
 Kablosuz/Gezgin İletişim Sistemleri
 İletim Ortamları ve Matematiksel Modeller
 Serbest Uzay (Radyo) Üzerinden İletim
 Uydu Destekli İletişim
 Modülasyon (Kiplenim) İşlemi ve Gerekliliği
1.BÖLÜM
Giriş
1.1. İletişimin Amacı
 Herhangi bir biçimdeki bilginin, uzay ve zaman içinde kaynak bir noktadan
kullanıcı denilen başka bir noktaya aktarılmasına Haberleşme (İletişim) adı
verilir.
 İletişimin amacı, verilen bir zaman aralığı içinde, kaynaktaki bilginin,
iletim ortamındaki bozucu etkilerden en az etkilenmiş olarak kullanıcıya
aktarılmasıdır.
 Kaynak ile kullanıcı arasındaki bilgi aktarımı işlemini sağlayan tüm sisteme
İletişim sistemi adı verilir.
1.BÖLÜM
Giriş
 İletişim sisteminin genel blok şeması şekildeki gibidir.
1.BÖLÜM
Giriş
1.2. İletişim Sisteminin Bileşenleri
 Dönüştürücü bilgi ya da giriş mesajını, iletim sistemi tarafından üzerinde
kolay olarak türlü işlemler yapılabilecek gerilim veya akım gibi elektriksel
büyüklüklere (işaretlere) çevirir. Alıcı tarafta benzer başka bir dönüştürücü
elektriksel işareti, uygun mesaj biçimine çevirir.
 Etkin bir iletişim için giriş işareti üzerinde gerekli işlemler verici üzerinde
yapılır. Bu işlemlerin en önemlisi modülasyondur.
 Modülasyon (Kipleme), bilgi işaretinin, taşıyıcı adı verilen belli bir
frekanstaki elektriksel işaret yardımıyla iletim sisteminin özeliklerine en
uygun biçime dönüştürülmesidir.
 İletim Ortamı (Kanal), verici ile alıcı arasındaki elektriksel bağlantıyı
sağlar. Bu bağlantıya örnek olarak:





Kablo
İki telli bir iletim hattı (Public Switched Telephone Network, PSTN)
Koaksiyel kablo
Dalga kılavuzu
Atmosfer + Uzay
1.BÖLÜM
Giriş
 Yayın (örneğin DVB-T, DVB-S, DVB-H,…)
 Uydu haberleşmesi (GPS)
 Hücresel ağlar (GSM, WCDMA, Wi-Fi, WiMAX)
 Optik fiber
 Kayıt sistemleri (Manyetik bant, sabit disk vb.)

Bozucu etkiler:
 Zayıflama: İşaret seviyesinin belirli bir
değerin altına düşmesidir.
 Distorsiyon: İdeal olmayan sistem
yanıtından dolayı işaretin biçimindeki
değişimdir.
 Girişim: Gönderilen işarete benzeyen
yabancı işaretlerin neden olduğu
bozulmalardır.
 Gürültü: Rasgele ve önceden tahmin
edilemeyen elektriksel işaretler
anlamındadır. Doğal olarak oluşurlar ve
tamamen yok edilemezler.
1.BÖLÜM
Giriş
 Elektromanyetik bilgi iletiminde iki temel parametre vardır:
 İşaretin dalga boyu (λ)
 İşaretin frekansı (f)
c: ışığın boşlukta yayılma
hızı, 300 000 km/s
1.BÖLÜM
Giriş
1.BÖLÜM
Giriş
 Alıcı, alınan işareti kullanarak m(t) giriş işareti için mümkün olduğunca iyi
bir kestirim oluşturur ve demodülasyon işlemini gerçekleştirir.
 İletim bir yönlü (Simplex), yarım çift yönlü (Half-duplex) veya çift yönlü
(Full-duplex) olabilir:
 Simplex: TV, Radyo, GPS alıcısı
 Half-duplex: Wolki-tolki
 Full-duplex: Sabit telefon, Cep telefonu
 Sayısal iletişim yani bilgi işaretinin ayrık biçime dönüştürülüp işlendiği
durumda kodlayıcılar, kod çözücüler vb. içerir.
1.BÖLÜM
Giriş
1.BÖLÜM
Giriş
İletişim Kanallarının Matematiksel Modelleri
 Toplamsal
gürültü kanalı
matematiksel modeldir.
(Additive
noise
channel):
en
basit
 İletişim sisteminin alıcı kısmındaki kuvvetlendirici ve elektronik
elemanlardan veya iletişimde karşılaşılan girişim etkisinden dolayı
meydana gelebilir.
 Eğer gürültü esas olarak alıcıdaki kuvvetlendiriciler ve elektronik
elemanlar tarafından üretiliyorsa, bu gürültü ısıl gürültü (thermal noise)
olarak tanımlanır.
1.BÖLÜM
Giriş
 Doğrusal Zamanla Değişmeyen Filtre kanalı (Linear time-invariant (LTI)
filter channel): Tel hatlı telefon kanalları gibi bazı fiziksel kanallarda,
filtreler, belirli bant genişliği sınırlarını aşmayacak şekilde işaretleri
iletmek ve böylece bir işaretin diğerine karışmasını önlemek amacıyla
kullanılır.
1.BÖLÜM
Giriş
 Doğrusal Zamanla Değişen Filtre kanalı (Linear time-variant filter
channel): Zamanla-değişen çok yollu yayınımı ile sonuçlanan su altı
akustik kanallar ve iyonosfer tabanlı radyo kanalları gibi fiziksel kanallar
zamanla-değişen doğrusal filtrelerle modellenebilirler.
1.BÖLÜM
Giriş
 İletişim kapasitesini sınırlayan en önemli etken:
GÜRÜLTÜ
 Gürültü: rasgele ve önceden tahmin edilemeyen, bozucu elektriksel
işaretlerdir.
 Gürültü olmasaydı, sabit güçlü bir işaret sınırsız uzaklıklara iletilebilirdi.
 İletişim teknolojisindeki TÜM gelişmeler gürültüyü ve etkilerini
bertaraf etmeye yöneliktir.
İletilmek İstenen Mesaj
Gürültü
Alınan Mesaj Bilgisi
Additive (Toplamsal) White (Beyaz) Gaussian (Normal dağılımlı ) Noise
(Gürültü), AWGN
1.BÖLÜM
Giriş
 Gürültünün etkilerini yok etmek için iletim gücü artırılabilamaz mı?
 Artırılan iletim gücü gezgin birimlerin bataryalarının hem daha kısa
sürede bitmesine, hem de önemli sağlık problemlerine neden olacaktır.
 Gürültü etkilerini yok etmek için iletişim kanalı üzerinde değişiklik
yapılamaz mı?
 Kanalın muhtemelen zamanla değişen bir frekans yanıtı olacaktır. Bazen
sadece zamanla değil hem zaman hem de frekansla değişen kanal
etkileriyle de karşılaşmak mümkündür. Örneğin farklı iletim ortamları
için bant genişliği:




Uydu:
Kablo:
Fiber:
Kablosuz:
Neredeyse düz frekans cevabı var ancak zamanla değişir.
Düşük bant genişliği sunar; yanıt zamanla değişmez.
Mükemmel geniş bant genişliği; zamanla değişmiyor.
Sonsuz bant genişliği, Gezginlik; Yansıma ve Çoklu yol
(multipath) etkileri nedeniyle çok değişken frekans yanıtı.
1.BÖLÜM
 Temel bir sınır:
Giriş
KAPASİTE
Gürültü var olduğu durum için iletişim sisteminde hatasız iletilebilecek veri
miktarı için üst limit 1948 yılında Hartley-Shannon Teoremi ile tanılanmıştır.
Kanal kapasitesi:
∙
burada,
 B: kanal bant genişliği
 S/N: İşaret/Gürültü gücü oranı
(AWGN gürültü olduğu varsayılıyor)
 R: Kaynak veri hızı [bit/saniye]
Sonuç olarak, hatasız iletim
R < C durumunda mümkündür.
/
1.BÖLÜM
Giriş
3 Hz
300 GHz
www.ntia.doc.gov/files/ntia/publications/spectrum_wall_chart_aug2011.pdf
1.BÖLÜM
Giriş
1.3. Kablosuz ve Gezgin İletişim Sistemlerine Genel Bir Bakış
 Gezgin iletişim sistemlerinin gelişimindeki en önemli etken, transistörün bulunması
ve buna bağlı olarak yüksek hızlı işaret işleme yeteneğine sahip teknolojileri kullanan
gezgin telefon maliyetindeki düşüştür.
 Kablosuz ve gezgin iletişim, 1990’lı yıllardan itibaren elektronik
telekomünikasyon endüstrisinin en hızlı büyüyen dalı haline gelmiştir.
ve
 Gezgin ve kablosuz ses-veri iletişim servislerine olan bu olağanüstü talep, sistem
maliyetlerinde önemli indirimleri de beraberinde getirmiş ve bunun sonucu olarak da
daha fazla talep ile karşı karşıya kalınmıştır.
 Bu talep artışını karşılamak için 1990’lı yıllardan bu yana yürütülen araştırmalar;
• Daha yüksek iletim hızlarının sağlanması,
• Bant genişliğinin daha verimli kullanılması,
• Servis sağlama çeşitliliğinin arttırılması,
gibi yaklaşımlarla aşırı talepleri karşılamaya çalışmıştır.
 Sağlanan diğer yenilikler ise gezgin birimlerin maliyet ve büyüklüğünün
azaltılması, servis kalitesinin iyileştirilmesi olmuştur.
1.BÖLÜM
Giriş
1.BÖLÜM
Giriş
Nesil
Öncelikli Hizmetler
Önemli Farklar
1G
Analog telefon
görüşmeleri
Gezginlik
2G
3G
3.5G
4G
Sayısal telefon
görüşmeleri ve
mesajlaşma
Zayıflık
(Sonraki nesil tarafından
gerçekleştirilecekler)
Zayıf spektral verimlilik, önemli
güvenlik sorunları
Güvenlik
Sınırlı veri hızı
(internet/elektronik posta için
gerekli talebi destekleyememesi)
Daha iyi internet
hizmeti
İnternet erişiminde WAP
başarısızlığı
Telefon
görüşmeleri,
mesajlaşma, geniş
bant veri
Geniş bantlı internet
ve uygulamalar
Özel gezgin mimari ve
protokoller
Tüm IP hizmetler
(ses ve mesajlaşma
dahil)
Daha hızlı geniş
bantlı internet ve
daha düşük gecikme
?
Telefon
görüşmeleri,
mesajlaşma, veri
1.BÖLÜM
Giriş
1.4. İletim Ortamı
Günümüzde ses ve görüntü gibi bilgi kaynakları için uzun mesafeler
arasındaki iletişim, elektriksel haberleşme ile sağlanmaktadır. Bu disiplin,
bilginin elektriksel işaretlere dönüştürülmesi ve bir iletim ortamı üzerinden
elektromanyetik
dalgalar
aracılığıyla
uzak
mesafelere
dayanmaktadır.
Elektriksel iletişim için kullanılabilecek iletim ortamları;
 Bir bükülü tel çifti,
 Koaksiyel kablo,
 Optik fiber
 Radyo (serbest uzay) olabilir.
iletilmesine
1.BÖLÜM
Giriş
 Bükülü Tel Çifti: Bir çift bakır kablodan oluşur, en ucuz iletim ortamıdır ve bu
nedenle yaygın olarak kullanılır. Lokal yer altı telefon ağlarında ve aynı zamanda yerel
alan ağlarında (LAN) yoğun olarak tercih edilmektedir.
Bir elektriksel işaret bu tip bir ortamda ilerlerken zayıflamaya uğrar, bu nedenle
“tekrarlayıcı (repeater)” olarak adlandırılan bir elektronik düzenek, her 2-10 km’ de
bir kullanılmak zorundadır.
Bükülü Tel Çifti ve Yerel Alan Ağları
Bir bükülü tel çifti tarafından desteklenebilecek veri hızı temel olarak kat edilecek
mesafeye ve kullanılan bakırın kalitesine bağlıdır.
1.BÖLÜM
Giriş
 Koaksiyel Kablo: Koaksiyel kablo çoğunlukla kablolu TV dağıtımı, uzun mesafeli
telefon trankları ve LAN’larda kullanılır. Koaksiyel kablo, 500 metrelik bir mesafe için
500 Mbps’lık bir maksimum veri hızını destekleyebilir.
 Optik Fiber: Yüksek veri hızlarını destekleyebilme yeteneği nedeniyle çok sayıda ağ
tipleri için en fazla tercih edilen iletim ortamıdır. Bir cam ortam içerisindeki ışık,
bakır bir kablo veya bir koaksiyel kablo içerisindeki elektriksel işarete nazaran uzak
mesafeler boyunca daha fazla miktarda bilgi taşıyabilir. Fiberler üzerinden Giga bit ve
hatta Tera bit seviyesinde veri iletimi yapılabilir.
Koaksiyel Kablo ve Optik Fiber
1.BÖLÜM
Giriş
1.5. Serbest Uzay (Radyo) Üzerinden İletim:
İletim ortamı olarak serbest uzayın kullanılmasının temel avantajı, alıcıya hareket
edebilme (gezginlik) esnekliğinin kazandırılmasıdır.
Radyo dalgalarının frekansına bağlı olarak yayılım karakteristikleri değişir ve yayılım
karakteristiklerine bağlı olarak farklı uygulamalar için farklı frekanslar kullanılır.
Ses, veri veya görüntü iletimi için kullanılan iki yollu iletişim sistemlerinde, bir
çalışma ortamına sabitlenmiş durumda bir baz istasyonu (base station) ve bunun
etrafında çok sayıda gezgin istasyon (mobile station) bulunur.
İletişim için bir frekans çifti kullanılır. Bunlar;
 Baz istasyonundan gezgin istasyona doğru iletim için kullanılan aşağı yönlü
(downlink) frekansı,
 Gezgin istasyondan baz istasyonuna doğru iletim için kullanılan yukarı yönlü
(uplink) frekanstır. Bu frekans çifti “serbest uzay kanalı” olarak adlandırılır.
1.BÖLÜM
Giriş
İletim ortamı olarak serbest uzayın kullanılması bazı özel problemler oluşturur, bu
nedenle serbest uzay spektrumu farklı frekans bandlarına bölünür ve her bir band
belirli uygulamalar için kullanılır.
Serbest uzay kullanılarak (radyo) gerçekleştirilen iki yollu haberleşme
1.BÖLÜM
Giriş
1.6. Uydu Destekli İletişim
Bir iletişim uydusu basit anlamda, gök yüzünde röle görevini üstlenen bir yapıdır.
Uydularla haberleşmek için yine bir frekans çifti kullanılır: Yer istasyonundan uyduya
doğru iletim için kullanılan frekans uplink frekansı ve uydudan yer istasyonuna doğru
iletim için kullanılan frekans downlink frekansı dır.
Üç yer durağan uydu kullanılarak tam kapsamanın sağlanması
1.BÖLÜM
Giriş
 İletişim uydularının en çekici özelliği, neredeyse mesafeye olan duyarsızlığıdır.
 Frekansın yükseltilmesi, anten boyutlarının küçülmesini ve maliyeti daha düşük
ekipmanların kullanılmasını sağlar.
 Uydu haberleşmesi “gecikme” olarak adlandırılan bir dezavantaja sahiptir.
 ITU
(International
Telecommunications
Union),
uydu
kullanılacak frekans bandlarını belirlemiştir.
ITU tarafından belirlenmiş bölgeler
haberleşmeleri
için
1.BÖLÜM
Giriş
1.7. Modülasyon (Kiplenim) İşlemi ve Gerekliliği
 Bilgi (mesaj, bildiri) işaretinin, iletim kanalından verimli iletimi için uygun
biçime dönüştürülmesi işlemine modülasyon (kiplenim) adı verilir.
 Modülasyon işlemi, taşıyıcı işaretin çeşitli parametrelerini bilgi işaretine
bağlı olarak değiştirilmesi işlemidir.
 Periyodik bir işaretin (taşıyıcı işaret, carrier signal) herhangi bir özelliği
mesaj işaretine (modülasyonlu işaret, modulation signal) bağlı olarak
değiştirilirse elde edilen işarete modülasyonlu işaret (modulated signal)
denir.
 Taşıyıcı genliği, mesaj işaretine göre değiştirilirse
 Genlik Modülasyonu
 Taşıyıcı frekansı, mesaj işaretine göre değiştirilirse  Frekans Modülasyonu
 Taşıyıcı fazı, mesaj işaretine göre değiştirilirse
 Faz Modülasyonu
 Modüle edilen işaretin alıcı tarafta yeniden bilgi işaretini elde etmek
üzere dönüştürülmesine demodülasyon (kip çözme) adı verilir.
1.BÖLÜM
Giriş
Modülasyon İşlemi Neden Gereklidir?
Anten
Boyutlarını
Küçültmek:
Konuşma
işaretleri
doğrudan
elektromanyetik dalgalarla iletime uygun değildir, çünkü çok büyük bir
anten boyutu gerektirir.
 Gürültü ve Girişimi Azaltmak: Gönderilen işaretin band genişliği ile
işaret/gürültü oranı arasında bir takas yapılabilir (Shannon Teoremini
hatırlayınız).
 Tüm Frekans Bandından Faydalanmak: Modülasyon işlemi yardımıyla her
bir vericinin frekansı kendi için ayrılan frekans bölgesine kaydırılır. Böylece
dünya genelindeki çoğu verici ve alıcı birbirinin yayınını bozmadan
çalışabilir.
 Çoğullama
Yapmak: Bir iletişim bağlantısından birden fazla mesaj
işaretinin gönderilmesi istenir. Zaman çoğullaması (TDM) veya frekans
çoğullaması (FDM) gibi.
1.BÖLÜM
Giriş
 İletim Ortamına Uymak: İletim ortamı koaksiyel kablo, transmisyon
borusu, dalga kılavuzu, iyonosfer v.b. olabilir. Bu ortamlara uygun
frekanslarda iletim yapabilmek için modülasyon yapılmalıdır.
 Donanım Problemlerini Aşmak İçin: Verici ve alıcıların çalışmaları
işaretlerin özelliklerine bağlıdır. Bu yüzden uygun modülasyon seçilmesi ile
bu aygıtların yapılması kolaylaştırılabilir. Bu ayrıca ekonomik bir etkendir.
 Örneğin uzay haberleşmesinde, uzaydaki iletişim sisteminin bilgi
gönderip/alabilmesi için minimum güç harcaması istenir, çünkü bu
sistemlere uzayda güç temini oldukça zor ve pahalı bir işlemdir.
Dolayısıyla, uzaydaki iletişim sisteminin az enerji harcaması toplam
sistem maliyetinin düşmesini sağlayacaktır.
1.BÖLÜM
Giriş
1.BÖLÜM

eem3006 - WordPress.com

Transkript

Benzer belgeler

haberleşme sistemleri

Klasik ve Neoklasik İktisadi Öğretilerde verimlilik

Açı Modülasyonu

Bireysel Başlık Talep Formu

1. DIŞ TİCARET TEORİSİ 1.1Ülkeler Birbirleriyle Neden Ticaret

HBT-2016 Webde Yer Alacak Bilgiler

E55 ASL GSM/GPRS - Taran Sayaç Elektronik San. ve Tic. Ltd. Şti.