Günümüzde, İletişim Sistemlerinin Yaygınlaşmasında, Radyo İletişim Sistemle

12 Temmuz 2007



Günümüzde, iletişim sistemlerinin yaygınlaşmasında, radyo iletişim sistemleri önemli yer tutmaktadır. Buna bağlı olarak iletişim ortamında oluşan elektromanyetik uyumsuzluk nedeniyle; radyo iletişim sistem ve cihazlarının normal çalışması zorlaşmaktadır. İletişim ortamında elektromanyetik uyum sağlamak için: radyo elektronik sistemlerinin yerleşim uzaklıkları ve frekans farklılıkları doğru seçilmelidir.

Radyo elektronik sistemlerin yerleşim uzaklıkları ve cihazların elektromanyetik ışıma gücünün seviyesi o derecede sınırlanmalı ki; iletişim ortamında yerleşen alıcılar yalnız önceden belirtilen alan içerisinde etkilenmelidir. Bu durumda alıcının girişine ulaşan işaretin minimum seviyesi de belirlenmelidir. Böylece yerleşim uzaklığı dışında yerleşen alıcıların bu ışıma kaynağından etkilenmesi olanağı olmayacaktır. Buna göre alıcıların girişinde algılanan minimal işaretin orantılı seviye standart değeri sınırlanır. Örneğin VHF ve UHF frekans bantlarında bu oran 26 dBV’ den yüksek olmamalıdır. Bu durumda alıcının girişinde ölçülen işaret gürültü oranı 26 dBV’ nın altındaysa, bu işaretin alıcıyı etkilemesi olası değildir. İletişim ortamında elektromanyetik uyumu için her bir vericinin oluşturduğu alan ve bu alanın sınırlarını da belirlemek gerekir. Buna göre, bir vericinin oluşturduğu elektriksel salınımının güç seviyesi (vericinin gücü), kullanılan anten ve anten sisteminin ışıma diyagramları doğru seçilmelidir. Elektromanyetik uyumu sağlayan koşullardan biri de; aynı ya da yakın iletişim ortamında çalışan ışıma kaynaklarının çalışma frekanslarıyla frekans bantlarını doğru ve sınırlı seçmektir.

RADYO İLETİŞİM SİSTEMLERİ VE ELEKTROMANYETİK IŞIMA

Uluslararası İletişim Birliği (ITU-International Telecommunications Union) 38 yerüstü ve uzay sistem işletmeleri için çalışma frekans bandını (10kHz’ten 275GHz kadar), yerleşme koşullarını onaylanan normlarla açıklanmıştır.

Buna göre radyo elektronik sistemlerin büyük bir bölümünün çalışma frekansları 11 GHz’ den daha yüksek olmamalıdır. Bunların içerisinde yalnız iletişim araçları değil, diğer yüksek frekanslı cihazlar ve sistemler de yer almaktadır: Radarlar, navigasyon (gemilerin, uçakların v.b. araçların koordinatlarını belirleyen radyo elektronik sistemler) ve sanayi sistemleri. Örneğin radar vericileri iletişim ortamında gücü büyük engelleyici işaretler oluşturmaktadır. Radyo elektronik sistemlerinin oluşturduğu engellerden başka büyük önem taşıyanlar; Güneş, kozmik ve atmosferik gürültülerdir.

İletişim ortamında yararlı elektromanyetik ışıma oluşturanlar radyovericilerdir. Bilindiği gibi radyovericilerin asıl parametreleri, bildiri işaretinin frekans bandı ve modülasyon türüdür. Bu parametrelere bağlı olarak vericinin asıl frekans bandı (Bg) değerlendirilir. Ancak pratikte vericilerde kullanılan rezonans devrelerinin (süzgeçlerin) hiç biri ideal olmadığı için, elektriksel sisteme bağlı olarak, devre çıkışında taşıyıcı frekansının harmoniklerinde parazit bantlar oluşmaktadır. Radyovericisinin oluşturduğu gerçek frekans tayfı Şekil-1’de gösterilmiştir.

Radyovericileri karakterize eden başlıca parametreler :

Faydalı ortalama güç (dBW veya W);

İstenen frekans bandı: bildirileri istenilen hız ve kalitede ile iletmek için gerekli minimum frekans bandı;

Asıl elektromanyetik ışıma : istenen frekans bandında gerçekleşen elektromanyetik ışıma ;

Frekans bandı dışı elektromanyetik ışıma tayfı : asıl frekans bandı dışında, ancak onunla bitişik olan elektromanyetik ışımasının güç yoğunluğunun oluşturduğu tayf;

Bant dışı elektromanyetik ışıma : asıl frekans bandı dışında oluşturulmuş olan toplam güç değeri;

Vericinin frekans bandı : verici frekans bandı sınırlarında gerçekleşen elektromanyetik ışıma gücü asıl gücün % ile her bir ışıma sınıfı için belirlenir;

X dB seviyesinde frekans bandının genişliği : bu bant genişliği dışında elektromanyetik ışıma gücünün tayf yoğunluğunun zayıflaması asıl güç seviyesine göre en az X dB kadardır( Şekil-2).

Asıl bant genişliği (Bg) vericilerin ışıma sınıfına bağlı olduğuna göre, herhangi bir sınıfta çalışan vericinin iletişim ortamında tutacağı frekans bandı önceden bilinebilir. Ancak aşağıda belirtilen nedenlerle vericinin ışıma bandı, asıl bant genişliğinden daha geniş olur. Buna göre her bir ışıma sınıfı için denetleme bandı da önemli olur. Eğer denetleme bandı onaylanan normlardan daha geniş olursa, iletişim ortamında vericinin frekans bandı olduğundan daha geniş olduğundan diğer vericilerin çalışmasını engelleyecektir.

Radyo vericisinin ışıma tayfını değerlendirmek için Şekil-2’de gösterilen tayf diyagramından yararlanılır. Bilindiği gibi radyo vericilerinin asıl parametreleri bildiri işaretinin frekans bandı ve modülasyon türüdür. Bunlara bağlı olarak vericinin asıl frekans bandı (Bg) değerlendirilir. Ancak pratikte vericilerde kullanılan rezonans devrelerinin (süzgeçlerin) hiç biri ideal olmadığı için, elektriksel sisteme bağlı olarak, devre çıkışında alınan frekans tayf bileşenlerinin genlikleri bundan etkilenir. Şekil-2 de gösterilen diyagram gerçek tayf diyagramının ancak bir yaklaşımı gibi kabul edilebilir. Yani asıl frekans bandı içerisinde frekans bileşenlerinin genliği eşit olmadığından Bg bandında güç paylaşımı da eşit olmayacak ve vericinin gücü Bg içerisinde ortalama güç gibi değerlendirilebilecektir. Bg değeri CCIR normları ile her bir ışıma sınıfı için değerlendirilir. Örneğin genlik (AM) modülasyonlu radyo yayın vericisinin ışıma sınıfı A3E (GN) ve Bg=2Fü ve Bd=1.2Bg (Bd : denetlenen bant genişliği; Fü : bildiri işaretinin üst frekans değeridir) ; FM radyo yayın vericisi için ışıma sınıfı F3E (GN) ve Bg=2Df+2Fü ve Bd=1.15Bg ( Df : frekans deviasyonu) v.b. Böyle bir durumda X1 ölçme düzeyi seçilir ve kabul edilen sıfır, ölçme düzeyine göre, asıl frekans bandı dışı ışıma gücü değerlendirilir. Ölçme düzeyini belirlemek için, yani hangi düzeyde frekans bandı olduğunu değerlendirmek için, ona uygun g değeri seçilmelidir (0…1.0 aralığında). Bant genişliği yayın süresinde sabit olmadığından belirli zaman sürecinde ortalama değer gibi kabul edilir.

Gösterilen bant değerlendirilmeleri radyovericisinin çalışma frekans değerinin sabitliğini de kapsadığından, vericinin çalışma frekansı zamanla değişiyorsa , frekans bandı genişleyecektir. Bu durum, öncelikle bu verici ile aynı iletişim sisteminde çalışan alıcıların normal çalışması engellediği gibi, diğer sistemlerin de çalışmasını etkiler

Herhangi bir iletişim sisteminde çalışan radyovericilerin oluşturduğu elektromanyetik ışımanın alan şiddeti bu vericinin elektriksel gücüne ve anten sisteminin parametrelerine bağlıdır. Buna göre vericinin elektriksel gücü, kapsama alacağı bölgenin alanı ile belirlenmelidir. Bu alanda vericinin oluşturduğu elektromanyetik alanının şiddeti alıcıların standartlarla belirlenmiş işaret gürültü oranı ile kaliteli çalışmasını sağlamalıdır.

Elektromanyetik alanının şiddeti 3…30 kHz frekanslarında manyetik alan gerilimi (H) ile, 30kHz…300MHz frekanslarında elektrik alanının gerilimi (E) ile, 300 Mhz…1GHz frekanslarında alan gerilimi (E) ya da elektromanyetik güç akısının yoğunluğu (P) ile, 1GHz’ten daha yüksek frekanslarda elektromanyetik güç akısının yoğunluğu (P) ile değerlendirilir.

Elektromanyetik ışımanın elektrik alan gerilimini (E) ölçmek için özel ölçücü radyoalıcıları kullanılır. Bu alıcılar “etkin uzunluğu (yüksekliği)” belirtilmiş olan ölçme antenleri ile donatılır. Alıcının çıkışına kalibre edilmiş voltmetre bağlanır. Elektrik alanının gerilimi (E) ile alıcının girişinde alınan gerilim (Ugir ) arasındaki eşitlik aşağıdaki gibi verilir:

E=Ugir/het=Uçık/Khet ï V/mï (1)

Bu eşitlikte het-antenin etkin uzunluğu (yüksekliği), K-alıcının kazancıdır. Bu eşitlik antenin istikameti ile E vektörünün yönü aynı olduğunda ve elektromanyetik dalgasının doğrusal polarizasyonu halinde kullanılabilir.

Çok yüksek frekanslarda (1000 MHz’ten yüksek) elektromanyetik alanının P vektörünün değeri ölçülür. Örneğin Global System for Mobile Communications-GSM baz istasyonlarının oluşturduğu alan. Bunun için ölçücü alıcının çıkışında alınan güç Pçık değeri ile aşağıdaki eşitlikte verilen P değeri bulunur:

P=Pgir/Set=Pçık/KGSet ïW/m2ï (2)

bu eşitlikte Pgir-alıcının girişinde (antenin çıkışında) olan güç, KG-alıcının güce göre kazancı, Set-antenin etkin alanıdır. Antenin etkin alanı Set ile kazanç G ve het arasında olan ilişkiler aşağıdaki eşitlikle verilir.

Set=Gl2/4p ve Set =30phet/RA (3)

Bu eşitlikte l-elektromanyetik dalganın uzunluğu (m), RA-antenin giriş direnci (Ohm)dir.

Radyovericilerinin asıl frekans tayfını ve bu tayfın dışında oluşmuş olan bileşenlerini değerlendirmek için açıklanan ölçme yöntemlerinden yararlanılabilir. Bu durumda ölçmeler her bir frekans bileşenleri için ayrı ayrı gerçekleştirildiğinden ölçme süreci uzun ve yorucu olabilir. Bu nedenle böyle bir değerlendirmeyi spektrum analizörleri ile yapmak gerekir. Ancak burada önemli olan, analizörle kullanılan antenin kalibre edilmesi ve parametrelerinin de belli olmasıdır. Önerilen her iki yöntemin birlikte kullanılması daha yararlıdır.

Radyoiletişim sistemlerinin büyük çoğunluğu duplex türlüdür(örneğin radyotelefon ). Bu durumda en yalın kodlama yöntemi kullanılırsa gerekli fiziksel kanal sayısı ikiye katlanır. Buna bağlı olarak, kanal sayısını büyütmek olası değildir. Günümüzde yaygın olan hücresel (cep telefon sistemleri) ikinci nesil telefon iletişim sistemlerinde (GSM-Avrupa’da, D-AMPS-Digital Advenced Mobile Phone Service-Amerika’da; PDC-Personal Digital Cellular –Japonya’da) kullanılan zaman ayrıklı erişim yöntemi TDMA (Time Division Multiple Access) bu problemin çözümü için kullanılmaktadır. Bunun temelinde zaman ayrıklı duplex (TDD-Time Division Duplex) gerçekleştirilir. Yani her iki yönde çalışan kanallar zaman ayrıklı olup, verilen sinyaller birbirine karşı zaman kayması ile örnekleme sürelerinde iletilir. Bu yöntemle kanalların her ikisi aynı frekansta çalışabilir. Böyle ileri teknikleri kullanılan sistemlerde veri sinyallerinin frekans bandı çeşitli yöntemlerle sıkıştırılır ve ayrılmış frekans bandının daha verimli kullanması sağlanır. TDMA yöntemini açıklayan grafik Şekil-3’de verilmiştir. Grafikten de göründüğü gibi her bir sistemde aynı zamanda frekans ve zaman ayrıklı yöntem kullanılır; fakat her bir frekans bandı zaman ayırımlı olarak her bir fiziksel kanala uygulanır. Şekilden göründüğü gibi eğer; her bir bant Df zaman ayırımlı olarak üç kullanıcıya verilirse, dokuz kullanıcı için talep olunan bantların sayısı üç olur ( pratikte bir bant üçten daha fazla kullanıcılara uygulanır). Üçüncü nesil hücresel mobil sitemlerinde daha karmaşık erişim sistemleri kullanılmakta olup bu sistemler henüz incelenme aşamasındadırlar. Burada N sayıda kullanılıcılara tek bir Df bandı verilir ve bant içerisinde kullanıcıları ayırmak için her birine farklı kodlar uygulanır. Böyle bir erişim sisteminin adı CDMA-Code Division Multiple Access(Çoklu Kod Ayırışlı Erişim)dır. CDMA sisteminin başka bir özelliği, bant genişliğinin veri sinyalinin bandından çok daha geniş (en az 1MHz) kabul edilmesidir. Bunun nedeni çeşitli iletişim sistemlerinin aynı alanlarda çalışması ve bir birini etkilenmesidir. Bu durumda yeni, uygulanacak sistemin etkilere daha dayanıklı olmasının istenmesidir. CDMA ilkesi ile çalışan sistemin frekans bandı ne derecede geniş olursa, bandı daha dar olan sistemlerin onu etkilemesi azalır.

ELEKTROMANYETİK KİRLİLİK VE GİDERME YÖNTEMLERİ

Daha önce açıklandığı gibi, elektromanyetik kirlilik, çeşitli kaynakların elektromanyetik ışımalarının gerekli olmayan alanlarda olmasına bağlıdır. Eğer herhangi bir elektromanyetik ışıma oluşturan verici, ona bağlı olan alan dışında etkiliyse, oluşturduğu ışıma elektromanyetik kirliliktir. Bu sürecin oluşması Şekil-4’den anlaşılır. Sorunun kökten çözümü çok zor olup, vericilerle kullanılan anten sistemlerinin doğru seçilmesi ile sorun azaltılabilir.

Şekil 4’de gösterilen durum için A ve B vericileri mutlaka farklı frekanslarda çalışmalıdırlar. Bu durum genellikle mobil (hücresel) cep telefonu sistemlerinde varolup, abone bir alandan diğer alana geçtiğinde (A ya da B baz istasyonunun alanına) abone aygıtı sinyali daha büyük olan vericiye kilitlenir ve iletişim kesilmez. Mobil telefon şebekelerinin yapılma ilkesinde elektromanyetik kirliliğinin önlenmesi için en rasyonel yöntemler kullanılmaktadır.

Asıl zor durum televizyon yayıncılığında söz konusudur. Bilindiği gibi kablolu ve uydu yayınları dışındaki TV yayınları UHF ve VHF bantlarında gerçekleştirilir. Bu bantların dalga uzunluklarına bağlı olarak, yayın alanları sınırlıdır. Doğru yapılmış ve yerleşim yerleri yayın kapsam alanına göre uygun seçilmiş istasyonlarda, diğer alanları etkilenmeden kaliteli yayın yapmak olasıdır. Verici istasyonunun doğru yapılması için aşağıdaki koşullar yerine getirilmelidir :

a) Radyovericinin çalışma frekansı ile aynı alanda çalışan radyovericilerin çalışma frekansları arasında en az bir boş frekans kanalı olmalıdır. Örneğin 24. kanal bu alanda kullanılırsa (f= 494…502 MHz) ikinci verici en azından 26. (f=510…518 MHz) ya da 22.(478…486 MHz) kanalda çalışabilir. Çünkü TV alıcılarının kanal seçiciliği yalnız buna olanak verir. Ancak uygulamada TV radyovericilerin ışıma tayfı genelikle standarda uygun olmadığı için, frekans kanalları daha uzak seçilmelidir. Standardın bozulması, asıl (zorunlu) bant Bg dışındaki ışımalarının alınmasına bağlıdır.

b) Radyovericilerinin güç seviyesi, yalnızca kapsama alınacak olan alanın uzaklıklarına göre seçilmelidir.

c) Anten sisteminin ışıma diyagramı (Şekil 5) vericinin oluşturduğu elektromanyetik ışımanın farklı bölgelerinde alınan elektrik alanının şiddeti değerleri E1>E2> E3… , kapsama alınacak olan alanın yapısına ve vericinin yerleşim yerinin bu alana karşı yerleşmesine bağlı olmalıdır. Bunun önemi, diğer alanlara vericinin etkisinin azalması ve vericinin gücünün daha rasyonel kullanılabilmesidir.

Özellikle büyük şehirlerde yapılaşmaya bağlı olarak elektromanyetik alanının dağılımı karmaşık özellik taşıyabilir. Şehir merkezlerinde yüksek binalardan yansıyan elektromanyetik ışımaların yönü değişebilir ve radyo veya TV alıcısına yansıyan direkt ışınlara ulaşabilir. Bu durumda TV ekranında tekrarlanan görüntüler ve işaret zayıflamaları oluşabilir (fedding olayı). Bu nedenle büyük şehirlerde kaliteli TV yayınlarını gerçekleştirmek için çeşitli kablolu yayın sistemleri yapmak gerekir.

Benzer nedenlerle hücresel telefon şebekelerinin (baz istasyonlarının) yapılanması sürecinde bu özellikler dikkate alınmalıdır. Yapılmış olan sistem projesine göre, baz istasyonlarının oluşturduğu elektromanyetik alan belirli bir bölgeyi kapsama almalı ve baz istasyonları ile abonelerin bağlantısını en iyi bir biçimde sağlamalıdır. Diğer yandan kullanılan santimetrik dalgalarının yayılma özelliklerine bağlı olarak bu alanda elektromanyetik ışımalarının çeşitli engellerden yansımaları da göz önüne alınmalıdır. Çünkü baz istasyonu alıcılarında “çok ışımalı” sinyal alışı gerçekleşebilir. Bu durumda sinyalin derin (40 dB’ ye ulaşan) sönmeleri oluşabilir ve iletişim kesilir. Baz istasyonlarında buna karşı bazı önlemler alınabilir (çift antenler v.b); ancak bu durumda sistem daha karmaşık olur.

Bu şebekelerin yapılanmasında büyük önem taşıyan alan yapısının modellenmesi ve ona uygun baz istasyonlarının doğru yerleşmesidir. Baz istasyonlarının antenleri yüksek olmadığı için, etkili elektromanyetik alanının belirlenmesinde istasyonunun yerleşim alanının, yer yüzeyinin iletkenliği büyük rol oynar. Çünkü yer yüzü iletkenliğinin yüksek olması durumunda, verici antenden uzaklaşması ile elektromanyetik elektrik alan geriliminin düşüşü, uzaklığın dördüncü derecesine orantılıdır. Diğer sistemlerde antenler daha yüksekte yerleştiği için elektromanyetik elektrik alan geriliminin düşüşü, uzaklığın ikinci derecesine orantılıdır.

Modelleme sürecinde seyyar baz istasyonları ya da onlara benzer donanımın kullanılması, bu yolla oluşturulan elektromanyetik alanlarının paylaşım diyagramlarını değerlendirilerek yapılır. Modelleme ve deneysel incelemeler sonucunda baz istasyonlarının yerleşim yerlerini kararlaştırılır. Ancak hiçbir model tam olarak doğru olmayabilir ve bu durumda istasyonlar kurulduktan sonra da gerçek elektromanyetik alanlarını değerlendirmek gerekir. Çünkü istasyonların anten sistemlerindeki bazı arızalanmalar (beslenme hatlarında simetriliğin bozulması v.b.), yerel etkiler (yer altı kablolar, su ve kanalizasyon boruları v.b.), binaların ve diğer yükseltilerin yansımaları gibi engelleyici nedenler antenlerin ışıma diyagramlarını değiştirebilir. Anten sistemlerinin ışıma diyagramları hem dikey hem de yatay düzeyde değerlendirilmelidir. Bu diyagramlar uluslararası koşullara göre “uzak bölgede” r >>l (r-uzaklık, l-dalga boyu GSM için l=31.2…33.7 cm) ve yatay diyagram için 10 m yüksekliğinde ölçülmelidir.

ÖNERİLER

-Radyovericinin oluşturduğu güç seviyesi ancak kapsama alacağı alana (uzaklığa) göre hesaplanmalıdır;

-Anten sistemlerinin ışıma diyagramı anten-verici sisteminin kapsama alacağı alanın yapısına bağlı olarak tasarlanmalıdır;

-İletişim sistemlerinin, özellikle radyovericilerin ve diğer cihazların ışıma frekans tayfları (spektrumları), taşıyıcı ile orta frekans değerlerinin stabilliği, iletişim sistemiyle cihazların projelendirme aşamasında standartlara uygun belirlenmeli, çalışmaya başladıktan sonra da kontrol edilmelidir;

-Tasarlanan sistemlerin (uydu, telsiz telefon, hücresel şebeke v.b.) erişim sistemleri EMU ilkelerine uygun seçilmelidir;

-İletişim ve yayın sistemlerinde kullanılan radyoalıcılarının komşu, ana ve ara frekans sinyallerine karşı seçiciliği (selektive) uluslararası standartlara uygun olmalıdır;

Kategori: Bilim


Rasgele...


Destekliyoruz arkada - arkadas - partner - partner - arkada - proxy - yemek tarifi - powermta - powermta administrator - Proxy