3 Görüş Hattı İletimi (Line-Of-Sight Transmission)

Transkript

1 3 Görüş Hattı İletimi (Line-Of-Sight Transmission) Görüş hattı iletimi, alıcı ve verici antenlerin birbirlerini görecek şekilde yapılan telsiz iletimdir. 30 MHz in üzerindeki frekanslarda, yer dalgası yayılması ( ground wave propagation) ve gök dalgası yayılması (sky wave propagation) oluşamadığı için görüş hattı yayılması (line-of-sight propagation) ile iletişim yapılır. 30 MHz in üzerindeki frekanslarda, elektromanyetik dalga iyonosferden yansımadan geçeceği için uydu iletişiminde uydu ile yer istasyonu arasında görüş hattı iletimi yapılır. Ayrıca, yeryüzünde yüksek yerlere kurulan alıcı ve vericilerin antenlerinin birbirlerini görecek şekilde yerleştirilmesiyle oluşturulan radyo link (radio link) sistemleri de görüş hattı iletimi yapar. 3.1 Görüş Hattı İletiminde İletim Ortamından Kaynaklanan Bozucu Etkenler İletim ortamındaki bozucu etkenler nedeniyle, iletişim sistemlerinde alınan sinyal gönderilen sinyale göre farklılıklar içerir. Bu farklılıklar, analog sinyaller için sinyal kalitesinin bozulmasına, sayısal sinyaller için bit hatalarının oluşmasına (1 bitin 0 bite dönüşmesi ya da tersi) sebep olur. Görüş hattı iletiminde rastlanan en önemli bozucu etkenler söyle sıralanabilir: 1. Zayıflama ve zayıflama bozulması (attenuation and attenation distortion) 2. Serbest uzay kaybı (free spasce loss) 3. Gürültü (noise) 4. Atmosfer soğurması (atmospheric absorption) 5. Çok yolluluk (multipath) Zayıflama ve Zayıflama bozulması (Attenuation and Attenation Distortion) Zayıflama, sinyalin iletim ortamında ilerlerken (yayılırken) gücünün azalmasıdır. Buna iletim kaybı (transmission loss) da denir. İletim uzaklığı arttıkça ve frekans yükseldikçe sinyalin iletim ortamında uğradığı zayıflama artar. Kablo gibi kılavuzlu iletim ortamlarında (guided media), birim uzaklık için zayıflama (kayıp) desibel (db) türünden sabit bir değerdir. Atmosfer gibi kılavuzsuz iletim ortamlarında (unguided media) zayıflama ile uzaklık ve atmosferin yapısı arasında daha karmaşık bir ilişki vardır. İletim ortamı olarak atmosferin kullanıldığı durumlarda, yağmur ve kar yağışları zayıflamayı artıran etkenlerdir. Zayıflama konusunda mühendislik açısından üç etken göz önüne alınmalıdır: 1. Alınan sinyalin anlaşılabilir olması için, alınan sinyal gücünün alıcıdaki elektronik devrelerin algılaması ve yorumlaması için yeterli seviyede olması gerekir. Zayıflamanın etkisini giderebilmek için analog iletişimde iletim ortamında belirli aralıklarla yükselteçler (amplifiers) kullanılır. Yükselteçler sinyali ve gürültüyü aynı oranda yükselttikleri için ve kendileri de ek gürültü oluşturdukları için genellikle tercih edilmezler. Sayısal iletişimde iletim ortamında belirli aralıklarla tekrarlayıcılar (repeaters) kullanılır. 2. Alıcıdaki çözücü girişindeki sinyal gücünün gürültü gücüne oranı ( SNR or S/N: Signal-to- Noise Ratio) belirli bir seviyenin üzerinde olmalıdır. Sayısal iletişimde, alıcının çözücü girişindeki SNR yi yükseltmek için çözücüden önce uyumlu süzgeçler ( matched filters) kullanılır. 3. İletim ortamında yayılan sinyalin yüksek frekans bileşenleri alçak frekans bileşenlerine göre daha fazla zayıflar. Böylece, alınan sinyalin dalga şeklinde bozulmalar olur. Bu tür bozulmaya zayıflama bozulması ( attenuation distorsion) denir. Zayıflama bozulması sonucunda, sinyalin taşıdığı mesajın anlaşılabilirliği azalır. Zayıflama bozulmasını azaltmak için, alıcıda ortamın bozucu etkilerini giderici yönde kazanç ( gain) ve faz ( phase) özelliklerine sahip dengeleyiciler ( equalizers) kullanılır. Örneğin, sinyalin yüksek frekans bileşenleri iletim ortamında daha fazla zayıflayacağı için, vericide ya da alıcıda sinyalin yüksek frekans bileşenleri alçak frekans bileşenlerine göre daha fazla güçlendirilir. 1/18

2 3.1.2 Serbest uzay kaybı (Free Space Loss) Sinyalin elektromanyetik dalga halinde boşlukta yayılırken, çapı uzaklıkla artan küresel yüzeyler halinde yayılması sonucunda dağılması ve birim alana düşen gücünün azalması serbest uzay kaybı olarak tanımlanır. Kürenin yarıçapı d ile gösterilirse, kürenin yüzey alanı 4πd 2 dir. Uydu iletişiminde sinyal zayıflamasına neden olan en önemli etken serbest uzay kaybıdır. İdeal bir izotropik anten için serbest uzay kaybı (L si ), verici antenine uygulanan sinyal gücünün (P t ) alıcı antenine ulaşan sinyal gücüne (P r ) oranı olarak tanımlanır ve matematiksel olarak şöyle ifade edilir: Burada, L si 2/ Pt 4 d 4 fd P c r P t : Verici antene uygulanan sinyal gücü (watt) P r : Alıcı antene ulaşan sinyal gücü (watt) f : Taşıyıcı sinyalin frekansı (Hz) λ : Taşıyıcı sinyalin dalgaboyu (m) d : Antenler arasındaki yayılma uzaklığı (m) c : Işık hızı ( m/s) Eşitlik ( 3.1) dan, serbest uzay kaybının frekansın ve uzaklığın karesi ile arttığı görülmektedir. İzotropik anten için serbest uzay kaybı, desibel türünden şöyle ifade edilebilir: L L L 2 T si() db PR P 4 d 4 d 10log 10log 20log 20log(4) 20log d20log si() db log 20log d 21,98 db si() db (3.1) (3.2) (3.2) 4 fd 4 fd 10log 20log c c 20log(4) 10 20log 10 f20log 10 d20log 10 c (3.4) 20log f 20log d 147,56 db İzotropik antenin kazancı bir kabul edilmektedir ( G =1). Yönlendirmeli antenlerde ( directional antennas), anten kazancı izotropik antene kıyasla birden büyüktür. Verici ve alıcı anten kazançlarını da (sırasıyla, G t ve G r ) göz önüne alırsak, serbest uzay kaybı anten kazançlarının çarpımı oranında azalır. L s() db Pt 1 4 d P G G r t r Anten kazancı ile antenin etkin alanı (effective area) arasındaki ilişki: 2 4 Ae 4 f Ae G 2 2 (3.6) c Burada, G : Anten kazancı A e : Antenin etkin alanı (m 2 ) F : Taşıyıcı frekansı ) λ : Taşıyıcı sinyalin dalgaboyu (m) c : Işık hızı ( m/s) Eşitlik (3.6) i Eşitlik (3.5) de yerine koyarsak, yönlendirmeli antenlerle yapılan iletişimdeki serbest uzay kaybını antenlerin etkin alanları türünden ifade edebiliriz. 2 (3.5)

3 L Pt 1 4(4)()() d d d cd s() db 2 P 4 At 4 A r GtGr r 2 At Ar f At Ar Burada, G t : Verici antenin kazancı G r : Alıcı antenin kazancı A t : Verici antenin etkin alanı : Alıcı antenin etkin alanı A r Eşitlik (3.7) dan ve Şekil 3.1 den, serbest uzay kaybının antenlerin etkin alanları ile ters orantılı olduğu görülmektedir. (3.7) Kayıp (db) Şekil 3.1 Serbest uzay kaybı Mikrodalga Link Bütçesi (Microwave Link Budget) Mikrodalga link bütçesi, bir iletişim sisteminde vericiden alıcıya kadar olan bağlantıdaki tüm birimlerin kazançlarının ve kayıplarının desibel türünden hesaba katıldığı eşitliktir ve Eşitlik (3.8) de verilmektedir. Burada, Uzaklık (km) Alınan Güç (dbw) = Gönderilen Güç (dbw) + Kazançlar (db) Kayıplar (db) (3.8) Kazançlar: Verici anten kazancı (G t ) ve alıcı anten kazancı (G r ) dir (db ya da dbi türünden). Kayıplar : İzotropik serbest uzay kaybı (L si ), kablo ve konektör kayıpları (L c ) ve atmosferik kayıplar (L a ) gibi kayıplardır (db türünden). 3/18

4 Örnek 3.1 Bir mikrodalga vericisi 30 GHz de 3 watt lık verici gücü ile yayın yapmaktadır. Verici ve alıcı anten kazançlarının, sırasıyla, G t =25 db ve G r =15 db olduğunu, izotropik serbest uzay kaybının L si =60 db, yağmur kayıplarının L y =10 db olduğunu varsayarak alıcı antenine gelen sinyal gücünü dbw ve watt türünden hesaplayınız. Çözüm P t (dbw) = 10 log 10 3 = 10 (0,477) = 4,77 dbw P r(dbw) = P t (dbw) + G t + G r L si L y = 4, = 25,23 dbw 25,23 = 10 log 10 P r ; 2,523 = log 10 P r ; 10-2,523 = P r ; P r = 0,003 W = 3 mw Örnek 3.2 Bir yer istasyonu ( ground station) ile yörüngesi yeryüzünden km yüksekte olan bir senkron uydu (synchronous satellite or geostationary satellite) arasında 4 GHz de haberleşme yapılıyor. a) Minimum uzaklık için izotropik serbest uzay kaybını ( isotropic free space loss) hesaplayınız. (Açıklama: İzotropik serbest uzay kaybı, verici ve alıcıda izotropik anten kullanılması durumundaki serbest uzay kaybıdır. İzotropik anten uzayda her yöne eşit güçte yayın yapan bir nokta kaynaktır, ışıma diyagramı küre şeklinde olup kazancı bire eşittir, G i =1) b) Uydunun 44 db lik anten kazancını ve yer istasyonunun 48 db lik anten kazancını hesaba katarak serbest uzay kaybını (free space loss) bulunuz. c) Yer istasyonu verici gücünün 250 W olması durumunda, uydu anteni çıkışındaki alınan işaret gücünü dbw ve W türlerinden hesaplayınız. Çözüm: 4 GHz deki taşıyıcının dalga boyu : 8 c 310 0,075 9 f 410 m a) İzotropik serbest uzay kaybı : L is d , ,075 2 L 10 log 3, log 3, log 10 5, ,58 db is() db b) Yer istasyonu ve uydunun anten kazançları (sırasıyla, G y ve G u ) hesaba katıldığında, db türünden izotropik serbest uzay kaybı, verici ve alıcı antenlerin db türünden kazançlarının toplamı kadar azalır. Böylece, anten kazançları hesaba katıldığında serbest uzay kaybı, Ls ()()()() db Lis db Gy db Gu db 195, ,58 db olarak elde edilir. 2. yol: Yukarıdaki çözüm yoluna göre uzunca bir yol olmasına karşılık, anten kazançlarının oran türünden verilmesi durumunda kullanılabilecek bir yoldur. Aşağıdaki serbest uzay kaybı formülündeki anten kazançları (G y ve G u ) oran türünden işleme katılmalıdır (db türünden değil). L s 1 4 d G G y u 2 (3.9) 4/18

5 Eşitlik (39) u kullanabilmek için anten kazançlarını db den oran türüne dönüştürelim: G G 10log Gy ; log10 Gy ; 4,8 log10 Gy ; y() db 10 10log Gu ; log10 Gu ; 4, 4 log10 Gu ; u() db 10 G u y G 4, , , ,86432 L s L s d , GyGu (63095, 73445)(25118,86432) 0, , , , L 10 log 2, log 2, log 10 3, ,58 db s() db d) Uydu anteni çıkışındaki alınan işaret gücü, mikrodalga link bütçesi formülünden: P P G G L (3.10) r ()()()()() dbw t dbw t db r db is db 2 19 Burada, P r(dbw) P t (dbw) G t (db) G r(db) L is : Alınan güç (dbw) : Verici gücü (dbw) : Verici anten kazancı (db) : Alıcı anten kazancı (db) : İzotropik serbest uzay kaybı (db) P 250 W 10 log 10 log ,98 dbw 1 W y() dbw Pr ()()()()() dbw Pt dbw Gy db Gu db Lis db 23, ,58 79,6 dbw 79,6 dbw = 10log 10 P r ; 7,96 = log 10 P r P r = 10-7,96 = 0, = W = 11 nw Gürültü (Noise) İletişim sistemlerinde alıcının aldığı sinyal, verici tarafından gönderilen ve iletim ortamında zayıflama ve bozulmalara uğramış olan sinyali ve alıcı ile verici arasında bu sinyal üzerine eklenen istenmeyen sinyalleri içerir. İstenmeyen bu sinyaller gürültü (noise) olarak tanımlanır. Gürültü, iletişim sisteminin performansını kısıtlayan en önemli etkendir. İletim ortamından kaynaklanan gürültü dört sınıf altında ele alınabilir [William Stallings, Wireless Communications and Networks, 2 Ed, 2005]: 1. Isıl gürültü (thermal noise) 2. İntermodülasyon gürültüsü (intermodulation noise) 3. Çapraz-karışım (crosstalk) 4. Ortak kanal girişimi (co-channel interference) 5. Dürtü gürültüsü (impulse noise) (1) Isıl Gürültü (Thermal Noise) Isıl gürültü, ortam sıcaklığı nedeniyle iletkenlerdeki elektrik yüklerinin (genellikle iletim elektronlarının) rastgele hareket etmeleri sonucunda iletkenin (veya pasif devre elemanının) uçları arasında oluşan ve rastgele değişen elektriksel gerilimdir. Bir elektronik gürültü türü olan ısıl gürültü, tüm elektrik devre elemanlarında ve iletim hatlarında bulunur ve ortam sıcaklığı ile doğru orantılı olarak artar; ancak mutlak sıfır sıcaklığında (0 o Kelvin= 273 o C) sıfırdır. Isıl gürültü frekans spektrumunda düzgün dağılıma sahiptir ( uniformly distributed) ve bu nedenle beyaz gürültü (white 5/18

6 noise) olarak da bilinir. Isıl gürültü 0 o K in üzerindeki sıcaklıklarda yok edilemez, fakat ortam sıcaklığının azaltılabildiği yerlerde ısıl gürültünün aşırı derecede artması önlenebilir. Bu nedenle, ısıl gürültü iletişim sistemlerinin başarımlarına üst sınır getiren bir etkendir. Isıl gürültü frekanstan bağımsız kabul edildiği için, B Hz'lik bir bantgenişliğinde T o K sıcaklığındaki bir ortamda (örneğin bir cihaz veya bir iletkende) bulunan ısıl gürültü gücü watt türünden olarak hesaplanır (k: Boltzman sabiti = x J / o K). Örnek 3.3 N = ktb W (3.11) Genellikle T=17 o C ya da 290 o K olarak tanımlanan oda sıcaklığında oluşan ısıl gürültü gücü yoğunluğunu (thermal noise power density) W/Hz ve dbw/hz türlerinden hesaplayınız. Çözüm: Isıl gürültü gücü yoğunluğu (N 0 ), 1 Hz lik bantgenişliği içindeki ısıl gürültü gücüdür. Burada, k: Boltzman sabiti (1, J/K) T: Sıcaklık ( o K: derece Kelvin türünden) N 0 = kt W/Hz (3.12) N 0 = kt = (1, J/ o K) (290 o K) = J = W.s = W/Hz (1 joule=1 watt saniye ve 1 Hz=1/saniye olduğundan 1 joule=1 watt/hz dir) N 0(dBW/Hz) =10log 10 ( ) = 10log log = ( 21) = 204 dbw/hz Örnek 3.4 Ortam sıcaklığı 294 o K ve iletişim bantgenişliği 10 MHz olan bir alıcının çıkışındaki ısıl gürültü gücü N yi W ve dbw türlerinden hesaplayınız. Çözüm: T bantgenişliği içindeki ısıl gürültü gücü, frekanstan bağımsız olarak, ifadesi ile tanımlanır. N = ktb watt (3.13) N = ktb = (1, J/ o K) (294 o K) ( Hz) = 40, W = 40,57 f W (femto watt) N (dbw) = 10log 10 (40, ) = 10log 10 (40,57) + 10log 10 (10-15 ) = 16, ( 15) = 133,9 dbw E b /N 0 Oranı E b /N 0 oranı, bir bitlik işaret enerjisinin ısıl gürültü gücü yoğunluğuna oranıdır. Burada, Bir bitlik işaret enerjisi Eb STb S / R S (3.14) Isıl gürültünün spektral yoğunluğu N kt kt ktr S : İşaret gücü (signal power, watt) T b : Bir bitlik zaman dilimi (bit süresi, saniye) R : Bit oranı (bit iletim hızı, R=1/T b bit/saniye ya da bps) k : Boltzman sabiti (1, J/ o K) T : Sıcaklık ( o K: derece Kelvin türünden) N o : Isıl gürültünün spektral yoğunluğu (W/Hz) E b nin birimi (watt saniye) ile N 0 ın birimi (watt/hz = watt saniye) aynı olduğundan, E b /N o oranı boyutsuzdur. 6/18 o

7 Isıl gürültü gücü (N), ısıl gürültünün spektral yoğunluğu N 0 ile iletim bantgenişliği B nin çarpımına eşittir N = N o B = ktb watt (3.15) Buradan, N o = kt = N/B watt/hz (3.16) elde edilir. Yukarıdaki E b /N 0 eşitliğinde N 0 (yani kt) yerine N/B ifadesini koyarsak, E b /N 0 yi aşağıdaki gibi yazabiliriz Eb S S S B (3.17) N ktr ( N /) B R N R C/B Oranı (Spektral Verimlilik: Spectral Efficiency) o Spektral verimlilik, sayısal iletişimde kanal kapasitesinin (C) iletim bantgenişliğine (B) oranıdır. C/B oranının birimi bit/s/hz dir. Yani, 1 Hz lik bantgenişliği içinden 1 saniyede kaç bit iletilebileceğini gösteren bir orandır. Başka bir değişle, bu oran iletişim sisteminin frekans spektrumunu ne kadar verimli kullandığını gösterir. Shannon-Hartley maksimum kanal kapasitesi teoremine göre, olası tüm çok-seviyeli ve çok-fazlı kodlama tekniklerinin de uygulandığını varsayarak, bantgenişliği B (Hz), ortalama sinyal gücü S (watt) ve gürültü gücü N (watt) olan gürültülü bir kanalın (AWGN: Additive White Gaussian Noise), makul yanılgı sınırları içinde sağlayabileceği maksimum kanal kapasitesi Eşitlik ( 3.18) de verilmiştir. S C B log2 1 (23.18) N Burada, C: Kanal kapasitesi (bit/s ya da bps) B: İletim bantgenişliği (Hz) S/N (ya da SNR): İşaret gücünün gürültü gücüne oranı S/N (ya da SNR: Signal-to-noise power ratio) genellikle decibel (db) olarak verilir. Bu oran, denklemde yerine konulmadan önce decibel den oran değerine dönüştürülmelidir. Eşitlik (3.18) den, C S log2 1 B N ve her iki tarafının 2 tabanına göre anti logaritması alınarak C / B S 2 1 ve N S / buradan elde edilen 2 C B N 1 ifadesi Eşitlik (3.17) daki E b/n 0 de yerine konursa ve makul hata olasılığıyla iletim yapabilmek için C min =R olması gerektiğinden, E b /N 0 eşitliği C/B (spektral verimlilik türünden) aşağıdaki biçimde yazılabilir: Örnek 3.5 E N b o B C / 2 C B b C / B 1 ya da 2 1 7/18 E 1 (3.19) N C / B Spektral verimliliğin (spectral efficiency, C/B) 6 bps/hz olması için E b /N o en az hangi değerde olmalıdır (E b /N 0 : Bir bitlik işaret enerjisinin ısıl gürültü gücü yoğunluğuna oranı). Çözüm: E (64 1) 10,5 N C / B 6 6 b C / B 6 C/B = 6 bps/hz için, E N b o db 10 log(10,5) 10 o 10,21 db o

8 (2) İntermodülasyon Gürültüsü (Intermodulation Noise) ya da Aramodülasyon gürültüsü İntermodülasyon Gürültüsü (aramodülasyon gürültüsü), bir iletişim sisteminde vericinin, alıcının, iletim ortamının ya da herhangi bir öğenin doğrusal olmayan ( nonlinear) özelliğe sahip olması durumunda, farklı frekanslardaki sinyallerin aynı iletim ortamını paylaşmaları sonucunda, doğrusal olmayan öğenin çıkışında istem dışı oluşan ve asıl sinyalle girişim yapabilen sinyallerdir. İntermodülasyon gürültüsü, iki farklı frekanstaki sinyalin doğrusal olmayan özelliğe sahip bir sistemde karışmaları (mixing) sonucunda, sistem çıkışında bu frekansların toplamı, farkı ya da bunların katları olan frekanslarda oluşan istenmeyen sinyallerdir. Örneğin, f 1 ve f 2 frekanslarındaki işaretler doğrusal olamayan özelliğe sahip bir sisteme uygulandığında, sistem çıkışında f 1 +f 2 ve f 1 f 2 frekansında oluşan istenmeyen sinyaller intermodülasyon gürültüsüdür. Bu sinyaller, f 1 +f 2 ya da f 1 f 2 frekansında iletilen sinyal (asıl sinyal) ile girişim yaparak asıl sinyalin bozulmasına neden olur. (3) Çapraz-karışım (Crosstalk) Çapraz karışım (ya da diyafoni), bir iletişim sisteminde bir devredeki ya da kanaldaki sinyalin istenmeyen bir şekilde diğer devre ya da kanaldaki sinyali etkilemesidir. Kablolu iletişimde çaprazkarışım, kabloların birbirlerine bitişik ya da yakın olmaları durumunda, bir kablodaki sinyalin etkileşim sonucunda diğer kablodaki sinyal üzerine istenmeyen bir şekilde eklenmesine neden olur. Bu durumda, bir kanaldaki ses ya da sinyal diğer kanalda da duyulur. Bitişik ya da yakın kablolar arasındaki istenmeyen etkileşim kapasitif, endüktif ve kondüktif olmak üzere üç şekilde oluşabilir: a) Kapasitif bağlaşım ( capacitive coupling), bitişik iki kablo arasında oluşabilecek kapasitif özellik sonucunda bu kablolardaki sinyallerin birbirlerini etkilemeleridir. Kapasitif bağlaşım durumunda, sinyallerin yüksek frekans bileşenlerinde daha fazla etkilenme olur. Çünkü kapasitörün empedansı yüksek frekanslarda daha düşüktür. b) Endüktif bağlaşım ( inductive coupling), bitişik ya da yakın iki kablo arasında oluşabilecek manyetik etkileşim nedeniyle bu kablolardaki sinyallerin birbirlerini etkilemeleridir. Endüktif bağlaşım, bir kablodaki akımın yarattığı manyetik alanın diğer kablonun iki ucu arasında bir gerilim indüklemesi şeklinde oluşur. Endüktif bağlaşım durumunda, sinyallerin alçak frekans bileşenlerinde daha fazla etkilenme olur. Çünkü endüktörün empedansı alçak frekanslarda daha düşüktür. Analog iletişimde, endüktif bağlaşımı azaltmak için bükümlü çift kablolar (twisted pair cables) ve ekranlama (shielding) kullanılır. Bükümlü çift kabloların ekranlı ( shielded or foiled) ve ekransız ( unshielded) türleri vardır: STP ( Shielded Twisted Pair) kablosu ve UTP ( Unshielded Twisted Pair) kablosu. Çapraz-karışımı azaltmanın diğer bir yolu da analog sinyali sayısala çevirip iletmektir, çünkü sayısal işaretler çapraz-karışımdan daha az etkilenir. c) İletken bağlaşım ( conductive coupling), bitişik kabloların iletkenlerinin birbirlerine temas etmeleri ya da aralarındaki yalıtkanlığın bozularak iletkenlik oluşması sonucunda kablolardaki sinyallerin birbirlerini etkilemeleridir. İletken bağlaşım durumunda, sinyaller DC dahil tüm frekans spektrumunda birbirlerini etkiler. Telefon haberleşmesi yaparken bir başka hattaki konuşmanın ya da bazı sinyal seslerinin duyulması, çapraz-karışıma günlük hayatımızdan verilebilecek en güzel örnektir. Telefon haberleşmesinde çapraz-karışımın etkileri iki türlü incelenir: Yakın uç çapraz-karışım ve uzak uç çapraz-karışım Şekil 3.2 de gösterilmektedir. Yakın uç çapraz-karışımı (NEXT: Near End Crosstalk) Bir kablo çiftinin bir ucuna uygulanan sinyalin komşu kablo çiftinin aynı taraftaki ucunda oluşturduğu çapraz-karışım etkisidir. Uzak uç çapraz-karışımı (FEXT: Far End Crosstalk) Bir kablo çiftinin bir ucuna uygulanan sinyalin komşu kablo çiftinin diğer ucunda oluşturduğu çapraz-karışım etkisidir. 8/18

9 Uygulanan sinyal Gönderme Bir kablo çifti NEXT Komşu kablo çifti FEXT Şekil 3.2 Yakın ve uzak çapraz karışım (4) Ortak kanal girişimi (co-channel interference) Telsiz iletişimde, aynı frekans bandını kullanan vericilerin oluşturduğu çapraz-karışıma ortak kanal girişimi (co-channel interference CCI) adı verilir. Ortak kanal girişimi çeşitli nedenlerden oluşabilir: 1. Elverişsiz hava koşulları: Şekil 3.3'de gösterildiği gibi, normal şartlarda atmosferi delerek dışarı çıkması beklenen VHF sinyalleri, anormal yüksek basınçlı hava koşullarında troposferden aşağı doğru bükülerek ( kırılıma uğrayarak), hedeflenenden daha uzak mesafelere ulaşarak oradaki yerel vericilerin sinyalleriyle girişim yaparlar. Troposfer VHF Yer Küre Yerel verici Şekil 3.3 Troposferde kırılıma uğrayan elektromanyetik dalga 2. Kötü frekans ve verici gücü planlaması sonucunda, aynı frekanstaki yayınların birbirlerini etkilemeleri sonucunda girişim olabilir. Hücresel ağlarda, aynı frekans bantlarının belirli uzaklıktaki hücrelerde tekrar kullanılması ( frequency reuse) ve verici güçlerinin iyi ayarlanamaması sonucunda ortak kanal girişimi ortaya çıkabilir. 3. Aşırı kalabalık radyo spekturumu vericiler arasında girişime neden olabilir. Ortak kanal girişimi, radyo kaynaklarının uygun kullanımıyla (radio resource management) kontrol edilebilir. Girişim yapabilecek vericiler için uygun frekans ve güç seviyesi seçilmesiyle ortak kanal girişimi önlenebilir. (5) Dürtü gürültüsü (Impulse Noise) Dürtü gürültüsü, kısa süreli, düzensiz ve göreceli olarak yüksek genlikli rasgele elektriksel değişimlerdir (energy spikes). Dürtü gürültüsü genellikle, yıldırım, şimşek, buji çakmaları ve bozuk elektriksel kontaklarda oluşan elektrik arkları gibi dış elektromanyetik etkilerden oluşur. Dürtü gürültüsünün analog veri üzerindeki etkisi sayısal veri üzerindeki etkisine göre daha azdır. Örneğin, dürtünün etkisi altında kalmış bir ses iletişiminde, alıcıda çıtırtı ve çatırtı sesleri duyulur fakat anlaşılabilirlik çok fazla etkilenmeyebilir. Öte yandan, örneğin 1 Mbps hızında yapılan bir sayısal iletişimde, 10 ms süren bir dürtü gürültüsü bitin yok olmasına neden olur. 9/18

10 3.1.4 Atmosfer Soğurması (Atmospheric Absorption) Verici ve alıcı antenler arasındaki serbest uzay kaybına ek olarak, atmosferin elektromanyetik dalgayı soğurması sonucunda da alınan sinyal gücünde zayıflama olur. Şekil 3.4 de gösterildiği gibi, su buharının (H 2 O) yarattığı kayıp 22 GHz civarında maksimum değer ulaşır (0,2 db/km); oksijenin yarattığı kayıp ise, 60 GHz civarında maksimum değere ulaşır (10 db/km). Kar ve yağmur yağışı ve sis (havada asılı su damlacıkları) radyo dalgalarının saçılmasına neden olduğu için sinyal gücünde önemli ölçüde zayıflama yaratır. Yağışların fazla olduğu bölgelerde, iletim mesafesi kısa tutulmalı ve düşük frekans bantları kullanılmalıdır. Şekil 3.4 Atmosfer gazlarının soğurması sonucunda oluşan kayıplar (atmosfer basıncı: 1013 mb, sıcaklık 15 o C, su buharı 7,5 g/m 3 ) 10/18

11 3.1.5 Çokyollu Yayılma (Multipath Propagation) Vericiden gönderilen sinyalin engellerden yansıyan, yön değiştiren ya da saçılan kopyalarının farklı uzunluktaki yollar kat etmeleri sonucunda farklı gecikmelerle alıcıya gelmeleri çokyolluluk olarak tanımlanır. Çokyolluluk durumunda, vericiden gönderilen sinyalin direkt dalga bileşenine ek olarak sinyalin çokyollu kopyaları ( multipath copies) da alıcıya farklı gecikmelerle ulaşır. Bunun sonucunda, alıcıya gelen toplam sinyalin gücü zaman zaman artar ya da azalır. Bu olayın etkisine çokyolluluk etkisi ( multipath effect), çokyolluluk girişimi ( multipath interference), çokyolluluk bozulması (multipath distortion) ya da çokyolluluk sönümlemesi (multipath fading) adları verilir. En kötü durumda, vericiden gönderilen sinyalin direkt dalga bileşeni alıcıya ulaşmayabilir; alıcıya sadece sinyalin çokyollu kopyaları ulaşabilir. Çokyolluluk, genellikle şehir içindeki telsiz mobil iletişimde ortaya çıkar. Çokyolluluğa neden olan olayları dört sınıfa ayırabiliriz: 1. Yansıma (reflection) 2. Kırılım (refraction) 3. Kırınım (diffraction) 4. Saçılma (scattering) Yansıma (reflection), elektromanyetik dalganın dalda boyundan büyük boyutlarda ( d > λ) ve içine giremeyeceği bir yüzeye çarptığı zaman yön değiştirmesidir (bkz. Şekil 3.5) Gelen dalga Normal Yansıyan dalga θ 1 θ 2 θ 1 = θ 2 Şekil 3.5 Yansıma Geliş açısı : θ 1 Yansıma açısı : θ 2 Cismin boyutları : d Dalga boyu : λ Yansıma için d > λ olmalı Kırılım ( refraction), elektromanyetik dalganın ortamda yayılırken, farklı yoğunluktaki bir ortama geçmesi durumunda, yayılma hızının değişmesi nedeniyle, yönünü değiştirerek yayılmaya devam etmesidir. Kısaca, elektromanyetik dalganın bükülmesi ( bending) olarak da tanımlanabilir. Elektromanyetik dalganın hızı ortam yoğunluğu ile ters orantılıdır; az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken normale yaklaşır. Ortamların kırılım indeksleri n 1 ve n 2 ile gösterilmektedir. (bkz. Şekil 3.6). Gelen dalga Normal θ 1 n 1 θ 2 Kırılıma uğrayan dalga n 2 Geliş açısı: θ 1 ; Kırılım açısı: θ 2 n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 Şekil 3.6 Kırılım Kırınım ( diffraction), elektromanyetik dalganın dalga boyundan büyük boyutlarda (d > λ) ve içine giremeyeceği bir cismin kenarında yön değiştirerek (bkz. Şekil 3.7a) ya da dalga boyundan büyük ve içine giremeyeceği bir yüzeydeki dalga civarında ya da daha küçük çaplı bir delikten yön değiştirerek yoluna devam etmesidir (bkz. Şekil 3.7b). 11/18

12 Gelen dalga Cismin boyutları: d > λ (a) Köşede kırınım Kırınıma uğrayan dalga Gelen dalga Şekil 3.7 Kırınım Açıklığın çapı: d λ (b) Delikte kırınım Kırınıma uğrayan dalga Saçılma (scattering), elektromanyetik dalganın dalda boyu civarında ya da daha küçük boyutta (d λ) ve içine giremeyeceği bir cisme çarptığı zaman, daha zayıf elektromanyetik dalgalar halinde her yöne doğru yayılmasıdır (bkz. Şekil 3.8). Gelen dalga Saçılan dalgalar Çokyolluluğun Olumsuz Etkileri Cismin boyutları: d > λ Şekil 3.8 Saçılma (1) Analog iletişimde sönümlenmeye (fading) neden olur, (2) Sayısal iletişimde semboller arası girişime (ISI: intersymbolinterference) neden olur. Çokyollu yayılmanın mobil iletişimde alıcıya gelen sinyal üzerindeki iki olumsuz etkisi olan sönümlenme (fading) ve sembollerarası girişimin (ISI: Intersymbol interference) nasıl oluştuğunu kısaca açıklayalım. Analog iletişiminde, alıcı girişine gelen sinyal kopyalarının fazları farklı olduğu için bunlar aynı yönde olduklarında birbirlerine eklenerek alınan sinyalin gücünü artırırlar, ters yönde olduklarında ise alınan sinyalin gücünü azaltırlar. Bunun sonucu olarak, alınan sinyal gücü zaman içinde değişme gösterir. Alınan sinyal gücünün zaman içinde değişmesine sönümlenme ( fading) denir. Çokyolluluğun dışında, atmosfer şartlarındaki değişmeler de analog iletişimde sönümlenme yaratabilir (yağmur gibi). Sayısal iletişimde, vericiden gönderilen bir darbenin ( pulse) çokyolluluk nedeniyle farklı fazlardaki kopyalarının alıcıya ulaşması görüş hattı (LOS: Line-of-Sight) üzerinden ulaşan bir sonraki darbe ile girişim yapması sonucunda, Şekil 3.9 da gösterildiği gibi, sembollerarası girişim oluşur. Gönderilen 1. darbe Gönderilen 2. darbe Alınan 1. darbe (LOS) Alınan 2. darbe (LOS) Sembollerarası girişim (ISI) 1. darbenin çokyolulluk kopyaları 2. darbenin çokyolulluk kopyaları Şekil 3.9 Sembollerarası girişim (ISI) 12/18

13 3.2 Sönümlenme (Fading) Sönümlenme (Fading) İletim ortamındaki değişmeler nedeniyle alınan sinyal gücünde oluşan değişmelere sönümlenme denir. Alıcı ve vericinin sabit olduğu durumlarda, atmosfer şartlarındaki değişiklikler (hava tabakalarının hareketi ve yağmur gibi olaylar) sönümlenmeye neden olur. Şehir ortamındaki mobil iletişimde, atmosfer koşullarının yanı sıra çokyolluluk (multipath) etkisi de sönümlenme yaratır. Şehir ortamındaki mobil iletişimde, sönümlenme hızlı ve yavaş olmak üzere iki tiptir: Hızlı Sönümlenme (Rapid Fading) Şehir ortamındaki mobil iletişimde, hareket halindeki bir alıcıya gelen sinyal gücünün yaklaşık olarak yarım dalga boyu (λ/2) mesafeler içinde değişmesi hızlı sönümlenme olarak tanımlanır (bkz. Şekil 3,10). 900 MHz de yapılan iletişimde yarım dalga boyu 16,5 cm dir: λ = c/f = ( m/s)/( /s) = 0,33 m =33 cm (3.20) Şehir ortamındaki mobil iletişimde, kısa mesafeler içinde alınan sinyal genliğinde yaklaşık olarak db lik değişmeler olabilir. Bu tür sönümlenme, gerek araç içinde yol alan gerekse yaya kullanıcıların mobil telefonlarında oluşabilir. Yavaş Sönümlenme (Slow Fading) Mobil iletişimde alıcı şehir ortamında hareket halinde iken, alınan sinyal gücündeki hızlı değişmelerin ortalamasındaki değişme yavaş sönümlenme olarak tanımlanır (bkz. Şekil 3.10). Bu değişmeler alınan sinyalin dalga boyuna göre çok büyük mesafeler arasındaki sinyal gücü değişimleridir. 80 Hızlı 90 sönümlenme Genlik (dbm) Şekil 3.10 Şehir ortamındaki mobil iletişimde tipik hızlı ve yavaş sönümlenme Sönümlenme etkisi (fading effects), düz ve seçici olmak üzere de sınıflandırılabilir: Düz sünümlenme (flat fading), alınan sinyalin tüm frekans bileşenlerinin aynı oranda sönümlenmeye uğramasıdır. Seçici sönümlenme (selective fading), alınan sinyalin farklı frekans bileşenlerinin farklı oranlarda sönümlenmeye uğramasıdır. Sönümlenmeli Kanallar Konum (m) İletişim sistemlerini tasarımlayan mühendislerin, mobil iletişim kanalındaki çokyollu sönümlenmenin ve gürültünün etkilerini kestirmeleri (tahmin etmeleri) ve kanalı modellemeleri gerekir. Aşağıda üç farklı kanal modeli tanımlanmıştır. 13/18 Yavaş sönümlenme

14 1. Toplanır Beyaz Gauss Gürültüsü (AWGN: Additive White Gaussian Noise) Kanalı: AWGN kanalı en basit kanal modelidir. AWGN, fiziksel iletim ortamında oluşan ısıl gürültü ile alıcı, verici, tekrarlayıcı ve yükselteç gibi sistemlerin elektronik devrelerinde oluşan ısıl gürültünün toplam etkisi olarak tanımlanır. Alıcı girişindeki AWGN, alıcının bant geçiren süzgecinden geçtikten sonra (çözücü girişinde) Gauss dağılımlı darbantlı gürültü n(t) olarak tanımlanır. Bu kanal modelinde, alıcı girişindeki işaret, gönderilen işaret ile AWGN nin toplamına eşit olduğu kabul edilir. Alıcı girişindeki işaret = Gönderilen işaret + AWGN (3.21) AWGN kanalının özellikleri: Gürültü örneklerinin genliği bir Gauss olasılık yoğunluk işlevine sahiptir. Bu gürültü örnekleri, birbirlerinden bağımsız oldukları için, öz ilinti (autocorrelation) fonksiyonları ideal olarak bir darbedir. Buna göre, AWGN kanalın güç spektral yoğunluğu tüm frekanslar için düzdür, yani, tüm frekanslardaki güç yoğunluğu aynıdır. Bu yüzden iletim ortamındaki işaretin tüm frekans bileşenleri gürültüden aynı oranda etkilenir. Aynı zamanda, AWGN kanalın genellikle durağan olduğu ve davranışının zamanla değişmediği kabul edilir. Bu kabuller nedeniyle, bu model, - Radyo kanalı, uydu bağlantısını ya da derin uzay bağlantıları gibi sabit sistemler arasındaki iletişim kanallarını modellemek için uygundur. - Ancak, çokyolluluk ( multipath effect) etkisi altında kalan mobil radyo kanallarını modellemek için uygun değildir. Ayrıca, AWGN modeli, sönümlenme ( fading), girişim ( interference), doğrusal olmama (nonlinearity) ya da dağılma (dispersion) gibi etkileri kapsamaz. 2. Rayleigh Kanalı: Verici ve alıcı arasında, çok yollu yayılma sonucunda oluşan çok sayıda dolaylı yolun olduğu, fakat işaretin bir görüş hattı yolunun ( LOS path) bulunmadığı ve gönderilen işaret üzerine AWGN eklendiği sönümlenmeli kanal modelidir. Çözücü girişindeki işaret: Alıcı girişindeki işaret = Gönderilen işaretin çok yollu kopyaları + AWGN (3,22) k g ()()() j r t Ak e gs t k n t (3.23) k Burada, A k k. yolun zayıflaması, θ k k. yolun faz kayması, τ k k. yolun gecikmesi, g s gönderilen sinyalin karmaşık zarfı, n(t) Gauss dağılımlı darbantlı gürültüdür. Rayleigh kanalı, iletişimdeki en kötü durumu modeller; şehir merkezlerindeki bina dışı ortamlarındaki mobil haberleşme kanallarının modellenmesi için uygundur. 3. Rician Kanalı: Verici ve alıcı arasında, çok yollu yayılma sonucunda oluşan çok sayıda dolaylı yolun olduğu, işaretin bir görüş hattı yolunun ( LOS path) bulunduğu ve gönderilen işaret üzerine AWGN eklendiği sönümlenmeli kanal modelidir. Alıcı girişindeki işaret = Gönderilen işaretin görüş hattı (LOS) bileşeni + Gönderilen işaretin çok yollu kopyaları + AWGN (3.24) Rician kanal modeli, daha çok bina içi (indoor) uygulamalarda, küçük boyutlu bina dışı uygulamalarda ve açık alan mobil uygulamalarda kullanılır. Rician kanalı K parametresi ile tanımlanır: 14/18

15 İşaretin görüş hattı() LOS bileşeninin gücü K İşaretin çokyollu kopyalarının toplam gücü (3.25) K = 0 için, LOS bileşeni sıfır olacağından, Rician kanalı Rayleigh kanalına dönüşür. K = için, çok yollu kopyalar sıfır olacağından, Rician kanalı AWGN kanalına dönüşür. Çeşitli sönümlenme durumları için teorik olarak hesaplanan bit hata oranının (BER: Bit Error Rate) E b /N o a karşı grafikleri Şekil 3.11 de gösterilmektedir [W.Stallings, Wireless Communications and Networks, 2nd Ed, 2005]. Burada, E b /N o bir bitlik işaret enerjisinin (watt.saniye) gürültü spektral yoğunluğuna (watt/hz) oranıdır. Şekil 3.11 deki grafikten şu yorumları yapabiliriz. E b /N o arttıkça BER azalır. E b /N o nin yüksek değerleri için, AWGN kanalının ve büyük K değerleri için Rician kanalının (microcell ya da kırsal alan uygulamalarında) performansları oldukça iyidir (düşük BER). Bu performans sayısal ses iletişimi için yeterli olsa da, veri iletişimi için hata telafi ( error compansation) mekanizmalarının uygulanması gerekir. Rayleigh kanalında, düz sönümlenmede ve yavaş sönümlenmede performans düşüktür. Bu durumlarda hata telafi (error compansation) yöntemlerine daha çok ihtiyaç duyulur. Şehir merkezi ortamlarında, frekans seçici sönümlenme ve hızlı sönümlenme, en kötü durum olarak bilinen Rayleigh sönümlenmesinden daha kötü etkiler yaratabilir. Bu durumlarda, E b /N o ın hiçbir değeri performansı iyileştiremez; hata telafi mekanizmalarının kullanılması zorunludur. Bit Hata olasılığı (BER) AWGN Frekans seçici sönümlenme ve hızlı sönümlenme Düz sönümlenme, yavaş sönümlenme ve Rayleigh sınırı Rician sönümlenme Rician K = 4 sönüm. K = E b /N o (db) Şekil 3.11 Çeşitli sönümlenme durumları için teorik olarak hesaplanan bit hata oranının (BER) E b /N o a karşı grafikleri 3.3 Hata Telafi Mekanizmaları (Error Compansation Mechnizms) Çok yolluluk etkisinden kaynaklanan hataların ve bozulmaların telafisi için genel olarak üç başlık altında toplanabilir: 1. Hata düzeltme yöntemleri (Error correction methods) 2. Uyarlamalı denkleştirme (adaptive equalization) 3. Çeşitleme teknikleri (diversity techniques) 1. Hata Düzeltme Yöntemleri (Error Correction Methods) Hata düzeltme yöntemleri iki ana türe ayrılır: 15/18

16 Geriye Doğru Hata Düzeltme Yöntemi (Backward Error Correction Method) ya da ARQ (Automatic Repeat Request: Otomatik Tekrarlama İstemi): Bu yöntemde alıcı, hatasız olarak aldığı çerçeveler için göndericiye olumlu alındı (ACK: Positive Acknowledgement) gönderir; hatalı çerçeve alması ya da beklenmeyen numaralı bir çerçeve alması durumunda ise göndericiye olumsuz alındı (NAK: Negative Acknowledgement) gönderir. Gönderici ACK aldığı zaman çerçeve göndermeye devam eder; NAK aldığı zaman hatalı çerçeveyi ya da bazı uygulamalarda hatalı çerçeve ve onu takip eden çerçeveleri tekrar gönderir. Bu yöntem, gerçek zamanlı ses ve görüntü iletişiminde sonradan gelen hata düzeltmesinin faydası olamayacağından kullanılmaz; ayrıca, uydu iletişimi gibi iletimin gecikmeli olduğu uygulamalarda uygulanmaz. İleriye Doğru Hata Düzeltme Yöntemi (Forward Error Correction Method): Sayısal iletişimde kullanılan bir hata düzeltme yöntemidir. Bu yöntemde uygun kodlama yöntemleri kullanarak bir kaç bit hatasının alıcıda düzeltilmesi amaçlanır. Gönderilen bilginin iletim hattında bozulması durumunda, göndericinin bilgiyi tekrar göndermesinin önemli gecikmelere neden olduğu uygulamalarda, uygun kodlama yöntemleri kullanarak hatanın alıcıda düzeltilmesi amaçlanır. Bu yöntemler, iletim yolunun çok pahalı ya da çok gecikmeli olduğu sayısal iletişim sistemleri (örneğin, uydu sistemleri) ile yapılan veri, sayısal ses ve sayısal görüntü iletişiminde uygulanabilir. Bu yöntemlerde, iletim hattında bozulabilecek bit sayısının üst sınırının bilindiği varsayılır (Örnek ler: Hamming kodlaması, BCH kolaması, Reed-Solomon kodlaması, Turbo kodlama). İleriye doğru hata düzeltme yöntemindeki adımlar şöyle özetlenebilir: - Verici, bir kodlama algoritmasını ve gönderilecek olan veri bloğundaki veri bitlerini kullanarak bir hata düzeltme kodu (error-correcting code) elde eder ve bu kodu göndereceği veri bloğuna ile birlikte gönderir. Her veri bloğu için elde edilen bu koda fazlalık ( redundancy) adı da verilir. Mobil telsiz uygulamalarında bu kodun uzunluğu veri bitleri uzunluğunun 2-3 katı kadar olabilir. - Alıcı, aldığı her blok (veri bitleri ve hata düzeltme kodu birlikte) için, yeni bir hata düzeltme kodu hesaplar. o Eğer alıcıda hesaplanan kod ile vericinin gönderdiği kod aynı ise, alıcı bu blokta hata olmadığını varsayar. o Eğer alıcıda hesaplanan kod ile vericinin gönderdiği kod farklı ise, bir ya da daha fazla bit hatalı demektir. Eğer hatalı bit sayısı belirli bir eşik değerinin altında ise, alıcının hatalı bit konumlarını belirlemesi ve bu bitleri düzeltmesi mümkündür. Burada düzeltilebilecek bit sayısı (eşik değeri) hata düzeltme kodunun uzunluğuna ve kullanılan algoritmaya bağlıdır. 2. Uyarlamalı Denkleştirme Yöntemi (Adaptive Equalization Method) Uyarlamalı denkleştirme, analog ya da sayısal bilgi taşıyan iletişim sistemlerinde ve sembollerarası girişimin (ISI: Intersymbol Interference) azaltılmasında kullanılır. Denkleştirme, alınan işaretteki sembollerin komşu zaman aralıklarına dağılmış olan enerjilerini kendi zaman dilimlerinde tekrar bir araya getirmek için kullanılır. Şekil 3.12 de bir doğrusal denkleştirme devresi ( linear equalizer circuit) gösterilmiştir. Bu örnek devre, her çıkış sembolü için, giriş işaretinden eşit zaman aralıklarıyla ( τ) beş örnek alır. Bu örnekler kendileriyle ilgili C i katsayıları ile çarpıldıktan (individually weighted) sonra toplanarak çıkış sembolünü oluşturur. Bu devrenin uyarlanmalı olarak adlandırılmasının nedeni, katsayılarının dinamik olarak (değişen iletim ortamı koşullarına göre) ayarlanmasıdır. Göndericinin periyodik olarak ya da kötü iletim kanalı durumunda (Rayleigh kanalı ya da daha kötü kanal koşullarında), gönderilen her veri bloğunun başında alıcı tarafından bilinen bir eğitim dizisi ( training sequence) gönderilir. Alıcı, gelen eğitim dizisini bilinen eğitim dizisi ile kıyaslayarak denkleştirici için uygun katsayı değerleri hesaplar. 16/18

17 Denkleştirilmemiş giriş Gecikme τ Gecikme τ Gecikme τ Gecikme τ C -2 C -1 C 0 C 1 C 2 Σ Denkleştirilmiş çıkış Katsatıları hesaplayan algoritma Şekil 3.12 Doğrusal denkleştirme devresi 3. Çeşitleme Teknikleri (Diversity Techniques) Çeşitleme teknikleri, telsiz haberleşmede karşılaşılan sönümlenmenin etkisini azaltarak alınan SNR yi arttırmak ve böylece sistem başarımını iyileştirmek için kullanılır. Bu tekniklerin temel ilkesi, vericiden alıcıya gönderilmek istenen işaretin bir tek kopyasının gönderilmesi ve alınması yerine, birden fazla kopyalarının gönderilmesi ve birbirinden bağımsız sönümleme etkilerine maruz kalmış birden fazla kopyalarının alınmasıdır. Böylece, alıcıya ulaşan sinyal kopyalarının tümünün aynı anda aynı derecede sönümlenmiş olma olasılığı önemli ölçüde azaltılmış olur. Gönderilen işaretin alıcıya ulaşan kopyaları, çeşitleme birleştirme yöntemleri (diversity combining methods) kullanılarak, iletişim sisteminin başarımını iyileştirecek şekilde alıcıda birleştirilir. Bazı çeşitleme yöntemleri aşağıda verilmiştir [2]. 1. Uzay çeşitlemesi (space diversity) 2. Frekans çeşitlemesi (frequency diversity) 3. Zaman çeşitlemesi (time diversity) 4. Kutuplanma çeşitlemesi (polarization diversity) 5. Açı çeşitlemesi (angle diversity) 6. Anten çeşitlemesi (antenna diversity) 1. Anten Çeşitlemesi (Antenna Diversity) ya da Uzay Çeşitlemesi (Space Diversity) Bu çeşitleme tekniğinde, bilgi taşıyan işareti göndermek ve almak için hem vericide hem de alıcıda iki ya da daha fazla anten kullanılır (bkz. Şekil 3.13). Gönderilen işaret kopyalarının birbirlerinden bağımsız şekilde sönümlenmeye uğrayarak alıcıya ulaşabilmeleri için verici antenler arasında ve alıcı antenler arasında yeteri kadar mesafe olması gerekir. Anten çeşitlemesi, frekans seçmeli sönümlenmenin ( frequency selective fading) ve zaman seçmeli sönümlenmenin ( time selective fading) etkilerini azaltmak için kullanılır. Verici Alıcı Şekil 3.13 Uzay çeşitlemesi 17/18

18 2. Frekans Çeşitlemesi (Frequency Diversity) Frekans çeşitlemesinde, bilgi taşıyan işaret iki ya da daha fazla farklı taşıyıcı frekans ile gönderilir (bkz. Şekil 3.14). İşaretin kopyalarının bağımsız olarak sönümlenmeleri için kullanılan taşıyıcılar arasındaki minimum frekans farkı uyum bantgenişliği ( B c : Coherence bandwidth) kadar olmalıdır ( f B c ). Bu teknik, frekans seçmeli sönümlenmenin etkilerin azaltmak için kullanılır. 3. Zaman Çeşitlemesi (Time Diversity) Zaman çeşitlemesinde, gönderilmek istenen sembol iki ya da daha fazla farklı zaman dilimlerinde gönderilir (bkz. Şekil 3.15). Sembolün kopyalarının bağımsız olarak sönümlenmeleri için zaman dilimleri arasında en az uyum zaman dilimi ( T c : Coherence time) kadar bir zaman farkı olmalıdır ( t T c ). Böylece, aynı sembolün farklı kopyaları birbirlerinden bağımsız olarak sönümlenirler. Alıcıya gelen sembolün kopyaları uygun bir yöntemle birleştirildikten sonra bozulmuş bitlerin sayısı azaltılmış olur. Bunlar da alıcıda uygulanan hata düzeltme yöntemleriyle düzeltilebilir. Zaman çeşitleme teknikleri hızlı sönümlenmeye karşı oldukça etkilidir. f f f c1 f c2 f (t) f (t) f f c f(t) f(t) f(t) f cn f (t) t Şekil 3.14 Frekans çeşitlemesi t Şekil 3.15 Zaman çeşitlemesi t 4. Kutuplanma Çeşitlemesi (Polarization Diversity) Bu çeşitleme tekniğinde, bilgi taşıyan işareti göndermek için kutuplanmaları birbirlerine + ya da şeklinde dik olan (orthogonal polarization) antenler kullanılır. 5. Açı Çeşitlemesi (Angle Diversity) Bu çeşitleme tekniğinde, farklı yönlere doğru yönlendirilmiş iki ya da daha fazla anten ya da örüntüsü iki ya da daha fazla yöne doğru yönlendirilmiş faz dizinimli antenler (phased array antennas) kullanılır. Bu yöntem, örüntü çeşitlemesi (pattern diversity) ya da yön çeşitlemesi (direction diversity) olarak da bilinir. Kaynaklar [1] William Stallings, Wireles Communications and Networks, Pearson Prentice Hall, 2 Ed., [2] Pravin W. Raut, Dr. S.L. Badjate, Diversity Techniques For Wireless Communication, International Journal Of Advanced Research Inengineering and Technology (IJARET), Volume 4, Issue 2 March April 2013, pp , 18/18