SÜREKLİ PARAMETRELİ GENETİK ALGORİTMA İLE UYDU LİNK TASARIMI

Transkript

1 HAVACILIK VE UZAY EKOLOJİLERİ DERGİSİ EMMUZ CİL 5 SAYI (43-58) SÜREKLİ PARAMERELİ GEEİK ALGORİMA İLE UYDU LİK ASARIMI Hv.Mu.Üğm. Mura BAĞCI* Hava Harp Okulu Havacılık ve Uzay eknolojileri Ensiüsü Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı Yeşilyur / İSABUL bagci_mura@windowslive.com ayfun GÜEL İsanbul eknik Üniversiesi Elekrik-Elekronik Fakülesi Elekronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Maslak / İSABUL gunelmur@iu.edu.r Geliş arihi: 4 Haziran, Kabul arihi: 7 emmuz ÖZE Bu çalışmada; verici yer isasyonu, frekans dönüşürücü yer eşzamanlı yörünge uydusu ve alıcı yer isasyonu arasında ek yönlü bir uydu haberleşme link asarımı yapılmışır. Link yapısı, farklı polarizasyonların kullanımı ile çif yönlü olarak da kullanılabilecek şekilde asarlanmışır. Link asarımı sürecinde çeşili yağmur ve girişim ekileri de dikkae alınmışır. Sayısal haberleşmenin kullanıldığı senaryolar içerisinde; C, X, Ku ve Ka frekans banlarında link e ai bi haa olasılıkları incelenmişir. Modülasyon ürü olarak QPSK (Kuadraür Faz Kaydırmalı Anaharlama) ve BPSK (İkili Faz Kaydırmalı Anaharlama) modülasyonları kullanılmış olup, 36 MHz ve 7 MHz uydu ransponder band genişlikleri için haberleşme senaryoları gelişirilmiş ve Sürekli Paramereli Geneik Algorima yardımıyla eniyileme işlemi gerçekleşirilmişir. Verici ve alıcı görevinde bulunan birbirinden ayrı iki bölgede konuşlu yer isasyonları arasında, bir Yer Eşzamanlı Yörünge Uydusu aracılığıyla, kurulacak ek yönlü link e ai en haasız ileişimi sağlayacak link paramereleri belirlenmişir. Hesaplamalar için MALAB programı kullanılarak, grafik kullanıcı arayüzüne sahip bir yazılım gelişirilmişir. Anahar Kelimeler: Uydu Haberleşmesi, Geneik Algorima, Link asarımı. SAELLIE LIK DESIG BY HE COIUOUS PARAMEER GEEIC ALGORIHM ABSRAC In his sudy, a simplex saellie communicaions link has been designed beween a ransmiing ground saion, and a receiving ground saion, by way of a geosynchronous saellie. Design srucure allows duplex uilizaion of he link by employing differen polarizaions. Effecs of precipiaion and inerference have been aken ino consideraion. Link bi error raes have been analyzed for digial communicaions a C, X, Ku and Ka bands, using Quadraure Phase Shif Keying (QPSK) and Binary Phase Shif Keying (BPSK) modulaions, and for saellie ransponder bandwidhs of 36 MHz and 7 MHz. Sudies were carried ou under various scenarios and opimizaions were achieved uilizing he Coninuous Parameer Geneic Algorihm (CPGA) mehod. Opimum link parameers were deermined in each case, resuling in he lowes bi error rae, for a simplex communicaions link esablished beween a ransmiing ground saion and a receiving ground saion, by exploiing a geosynchronous saellie. Calculaions were performed using a unique compuer program incorporaing a graphic inerface, which was developed in MALAB. Keywords: Saellie Communicaions, Geneic Algorihm, Link Design.. GİRİŞ Uzay ve Roke Bilimlerinin öncüsü olarak kabul edilen Konsanin Eduardoviç siolkovski nin. yüzyılın başındaki çalışmalarından sonra,.dünya Savaşı Dönemi Almanya sında özellikle rokeler ve mikrodalga alanında çarpıcı gelişmeler kaydedilmişir []. Soğuk Savaş dönemine gelindiğinde, Rusya (o dönemki adıyla Sovye Sosyalis Cumhuriyeler Birliği) ve Amerika Birleşik Devleleri arasında başlayan uzay yarışı aklın sınırlarını zorlayacak bir rekabee yol açmış ve bu rekabe neicesinde çok önemli bilimsel gelişmeler ariheki yerlerini almışır. 957 yılında ilk yapay uydu olan SPUIK in Ruslar arafından fırlaılması ile Uzay Çağı başlamışır []. * Sorumlu Yazar 43

2 akip eden yıllar içinde çeşili gelişmeler olmuşur. 965 yılında ilk icari yer eşzamanlı yörünge uydusu IELSA- (EARLY BIRD) hizmee başlamış ve günümüze kadar uzayın haberleşme alanındaki önemi kalanarak armışır. Günümüzde VSA (Çok Küçük Açıklıklı Yer erminalleri) olarak adlandırılan küçük boyulu yer isasyonları aracılığıyla ek nokadan çok nokaya ve çok nokadan ek nokaya uydular aracılığı ile haberleşme hizmeleri sağlanmakadır. Ayrıca mobil haberleşme eknolojilerindeki gelişmeler ile dünyanın her yerinde elefon görüşmesine imkân anıyan küresel haberleşme sisemleri de haberleşme uyduları ile sağlanabilmekedir. Bu el ipi erminaller aslında çok küçük boyulu yer isasyonları olarak da adlandırılabilirler. Geleneksel bir uydu haberleşme sisemi üç emel bölümden oluşur []. Bunlar: Uzay Bölümü, Konrol Bölümü, Yer Bölümü Bu çalışmada asarlanmış olan uydu haberleşme link yapısında; uzay ve yer bölümlerine yer verilmişir. asarımın yer bölümünde; biri verici diğeri alıcı görevinde olan iki ade yer isasyonu bulunmakadır. Uzay bölümünde ise frekans dönüşürücü ipe bir GEO (yer eşzamanlı yörünge) haberleşme uydusu yer almakadır. Verici yer isasyonundan uydu aracılığıyla alıcı yer isasyonuna uydu haberleşme linki ile ek yönlü veri akarımının en az haayla yapılmasının hedeflendiği bu çalışmada: Anen çap değerlerinin, verici güç değerlerinin, verici frekans değerlerinin ve kullanılan modülasyon ürünün en uygun değerleri SPGA (Sürekli paramereli geneik algorima) ile araşırılmışır [3].. KURAMSAL EMELLER Uydu haberleşme siseminin uzay ve yer bölümünde görev alan emel sisemler Şekil ile verilen haberleşme senaryosunda göserildiği gibi düşünülmüşür. Uydu ve yer isasyonlarına ai bilgiler aşağıda verildiği gibidir [4,5,6,7]. Uyduya ai bilgiler: o Yörünge ürü: GEO, o Yörünge şekli: Dairesel, o Yörünge yarıçapı, r GEO : 464,3 km; o İrifası: 35786,6 km, o Boylamı, Λ U : 4 o D o Enlemi, φ U : o (Ekvaoral), o Dünyanın ekvaoral yarıçapı, r d : 6378,4 km, o Dünyanın dışmerkezlilik kasayısı, e d :,88 Verici yer isasyonuna ai bilgiler: o Rakımı, Y : km, o Boylamı, Λ : 3,597 o D, o Enlemi, φ : 38,75 o K Alıcı yer isasyonuna ai bilgiler: o Rakımı, Y :,74 km, o Boylamı, Λ : 3,7675 o D, o Enlemi, φ : 39,8395 o K Şekil. Uydu Haberleşme Senaryosu. Şekil ile verilen link yapısını oluşurmak için öncellikle yer isasyonlarının anenleri ile uydu anenlerinin birbirlerini görmeleri sağlanmalıdır. Anen görüş açıları olarak bilinen yükseklik Θ ve isikame Az açılarının bulunması ile bu işlem yapılır. Bu açı değerlerinin bulunabilmesi için uydu ile yer isasyonları arasındaki mesafe d hassas bir şekilde hesaplanmalıdır. Coğrafi koordinaları bilinen bir nokada konuşlu bulunan yer isasyonu için; dünyanın am küre olmaması nedeniyle o nokaya has dünyanın yarıçap değeri r hesaplanmalıdır. Bu çalışmada kullanılan yöneme ai hesaplama adımları aşağıda verilmişir [8]. rd A Y cos( ϕ ) ed sin ( ϕ ) + (.) B Verici r ( e ) ( ϕ ) d d + Y sin (.) ed sin ( ϕ ) r + A B (.3) B AA an (.4) A ΔΛ Λ, Boylamlar farkı (.5) Λ U Alıcı 44

3 ( AA) ( ΔΛ) d r + r r r cos cos GEO GEO (.6) MALAB R8a programı ile yapılan anen görüş açıları ve link yol uzunluğu hesaplama arayüzü ile elde edilen sonuçlar ablo ile göserilmişir. ablo. Hesaplama Sonuçları. Şekil. Coğrafi Konum ve Rakım Bilgisi Δ r r GEO r d ; Yarıçaplar farkı (.7) Θ cos r d BB cos + Δr d cos ( ΔΛ)cos Şekil 3. Anen Yükseklik Açısı ( cos( ΔΛ)cos( ϕ )) Λ U ( ϕ ) (.8) (.9) ΔΛ Λ (.) ' sin sin( ΔΛ ) sin( BB) Az (.) Verici Uydu Alıcı Uydu d 3753 km 3755,7 Θ 43,58 o 4,98 o Az 65,893 o 68,697 o Bu çalışmada asarlanan link yapısında; bir frekans dönüşürücü uydu, bir verici yer isasyonu ve bir alıcı yer isasyonu bulunduğu daha önce ifade edilmişi. Şekil 5 ile göserilmiş olan link asarımında birimler görev bakımından iki grupa oplanabilirler: Verici ve Alıcı. Verici olarak görev alan birimler için: o EIRP: Ekin izoropik yayılan güç ifadesi o x: Verici o P x : Verici Gücü o G x : Verici Kazancı Alıcı olarak görev alan birimler için: o G veya FOM: Alıcı değer kasayısı. (Alıcı kazancının, Sisem Sıcaklığına oranı) o Rx: Alıcı o P Rx : Alıcı Gücü o G Rx : Alıcı Kazancı o S : Sisem Sıcaklığı asarlanan link yapısı içerisinde dör ade anen görev almakadır. Bir aneni nieleyen en emel paramere kazanç G değeridir. Maksimum kazanç değeri G max ise anenin maksimum ışıma doğrulusundadır [9]. asarım sürecinde kullanılan anenlerle ilgili kullanılan eşilikler aşağıda verildiği gibidir. η: anen verimi, A ef : Anenin efekif açıklık yüzey alanı, A geo : Anenin geomerik yüzey alanı, D: Dairesel açıklıklı bir anen yansııcısının çapı. Şekil 4. Anen İsikame Açısının Belirlenmesi Az 8 Az' (.) Uydu izdüşümüne Uin göre yer isasyonu aneninin isikame açısının belirlenmesi Şekil 4, yükseklik açısının belirlenmesi Şekil 3 ile göserilmişir. Bu çalışmada asarım ve programlaması 45

4 Link asarımında incelenen diğer paramere verici gücüdür. Verici yer isasyonu ve uydu üzerinde oplam iki ade verici bulunmakadır. SPGA ile opimize edilmesi hedeflenen güç değerleri ablo 3 ile verilmişir. ablo 3. Güç Değer Aralıkları. Sisem Güç Aralığı, P (w) Verici Yer İsasyonu 5 Uydu Vericisi asarım sürecinde kullanılan güç ile ilgili eşilikler aşağıda verildiği gibidir []. EIRP P G (.7) P G PR 4πR λ G 4 π R λ 4πR ( P G ) GR (.8) L FS : Serbes uzay kaybı olmak üzere: G G max max Şekil 5. Link Yapısı. 4π 4π (.3) A ef λ λ πd η λ πdf η c 4π πd ( ηa ) geo η λ 4 (.4) ablo. Anenlerin asarım Değerleri. Anen Verimi asarım Değeri (%) Anen Çapı asarım Değeri (m) η x 65 D x η RxU 55 D RxU,5 4 η xu 6 D xu,5 3 η Rx 65 D Rx Işıma deseni üzerinde yer alan ana huzme üzerinde gücün yarıya düşüğü nokalar anenler konusunda çok önemli ve belirleyicidirler [9]. Bu nokalar yaygın olarak θ 3dB / simgesi ile göserilirler []. Anen ana ekseninden iibaren ışıma deseni üzerinde θ kadar açı yapan yöndeki kazanç değerinin de anımlanması gereklidir. Anen yönlendirme haalarının ekileri bu şekilde belirlenebilir. λ c θ db 7 7 (.5) 3 D fd G θ G max θ θ 3dB (.6) Anenlerle ilgili olarak asarım içerisinde incelenen son paramere polarizasyon kayıplarıdır. Depolarizasyon nedeniyle alıcı uçlarda oluşan kayıplar L POL 3 db olarak alınmışır. L FS P R 4π d 4πdf (.9) λ c 4πd λ L FS ( P G ) GR ( P G ) GR (.) Bu çalışma içinde incelenen üm kayıplar L simgesi ve kayıplara neden olan kaynak veya ekenler al indeksler ile göserilmişir. Kayıp ürlerinden serbes uzay kaybı ve polarizasyon kaybı bu göserime uygun olarak sırası ile L FS ve L POL şeklinde ifade edilmişir. Bunlardan başka sinyali link boyunca ekileyen; verici ve alıcı sisemler içerisinde oluşan, amosfer oramında oluşan, anen yönlendirmelerinden kaynaklanan kayıplar da asarım sürecinde incelenmişir. Verici ve alıcı sisemler içerisinde oluşan donanım kaybı olarak anen besleme elemanlarının kayıpları asarıma eklenmişir. Bu çalışmada anen ile alıcı veya verici devreler arasındaki kuplör ve dalga kılavuzu gibi bağlanı elemanlarının bulunduğu ara kaman besleme birimi olarak ifade edilmişir. Besleme birimlerinden kaynaklanan kayıplar; verici arafa L Bx, alıcı arafa L BRx simgeleri ile göserilmişir. Kayıplar ile anene ileilen güç arasındaki ilişki aşağıda verildiği gibidir. P P L (.) x P Bx R P Rx (.) LBRx 46

5 Link yapısı içerisinde ikisi alıcı, ikisi de verici sisem içinde olmak üzere oplamda dör ade besleme birimi bulunmakadır. asarlanan yapı içerisindeki besleme birimlerine ai kayıp değerleri ablo 4 ile sunulmuşur. ablo 4. Besleme Kayıpları. Sisem Besleme Kayıp Link Bölümü Değerleri, L B Verici,5 db,43 Yukarı link Uydu Alıcı, db,59 Yukarı link Uydu Verici, db,59 Aşağı link Alıcı,5 db, Aşağı link Bu çalışmada verici anen yönlendirme haasından kaynaklanan kayıp L θx ve alıcı anen yönlendirme haasından kaynaklanan kayıp L θrx simgeleri ile göserilmişir. Verici anen çapı D x ve alıcı anen çapı D Rx, vericinin frekansı f x simgeleri ile ifade edilmişir. Bu açıklamaya göre yönlendirme haalarından kaynaklanan kayıpları aşağıdaki gibi ifade edebiliriz. θxdx fx Lθ x (.3) 7c θ RxDRx fx L (.4) θ Rx 7c Link yapısı içerisinde ikisi alıcı, ikisi de verici sisem içinde olmak üzere oplamda dör ade anen bulunmakadır. asarlanan yapı içerisindeki anenlere ai haalı yönlendirme açı değerlerinin, o olduğu kabul edilmişir. Amosferik kayıplar ile kullanılan frekanslar arasında doğrudan ilişki vardır. Bu çalışmada kullanılan frekans banları ve değer aralıkları ablo 5 ile ifade edilmişir. ablo 5. Kullanılan Ban ve Frekans Değer Aralıkları. Ban Yukarı link Frekans Aralığı, f U Aşağı link Frekans Aralığı, f D (GHz) (GHz) C 6,45 5,95 4,5 4 X 9, 8,6 8 8,5 Ku 4,5 4,5 Ka, K 3, 9,7, 9,7 Bu çalışmada kullanılan 3, GHz lik frekans avanı için; am basınç, o C sıcaklık ve 7,5 g/m 3 lük su buharının bulunduğu amosferik şarlar alında, yer seviyesinden dikey olarak yukarı yönde oluşan amosferik gaz kaynaklı zayıflama ekisinin maksimum değeri db civarındadır []. Amosferik gazların oluşurduğu enerji emiliminden kaynaklanan bu kayıp L AG simgesi ile ifade edilmişir ve maksimum değeri olan db değeri link hesaplamalarında kullanılmışır. Bululardan ve sisen kaynaklanan kayıplar benzer şekilde ile 3 GHz arasında maksimum db civarındadır [8]. Buluların ve sisin oluşurduğu kayıp L CF simgesi ile göserilmiş ve maksimum değeri olan db değeri link hesaplamalarında kullanılmışır. Uydu haberleşmesinde sinyallerin amosfer içerisinde ilerlerken uğradıkları en ciddi kayıplar yağmur zayıflamasından kaynaklanan kayıplardır [8]. Bu nedenle yağmur zayıflamasının link üzerindeki ekilerinin belirlenebilmesi amacıyla yağmur zayıflama modelleri anımlanmışır. Yağmur zayıflamasının ekisi emelde frekansa ve anen yükseklik açısına bağlı olarak değişen kayıplara neden olur. Frekans arıkça dalga boyu küçüleceği için, haberleşmede kullanılan dalga boyunun yağmur damlalarının boyularından ekilenecek kadar küçüldüğü frekans değerlerinde kayıplar arar. Bu çalışmada yağmur zayıflaması, nokasal yağış hızı verilerinin seçilmesiyle oluşurulan haberleşme senaryolarında incelenmişir. Yağmur zayıflamasından kaynaklanan kayıplar aşağıda verilen model ile hesaplanmışır []. L A xd r (.5) r r y r r A r : Yağmur zayıflaması/kaybı, x ve y: Küresel yağmur damlaları içindeki elekromanyeik yayılıma ai kasayılardır. Bu çalışmada kullanılan frekans avanı 3, GHz olduğu için modelin ilgili kasayıları hesaplamalarda kullanılmışır. Frekansa bağımlı olan bu kasayı değerleri, doğrusal kuuplaşma için model içinde aşağıda verildiği gibi ifade edilmişlerdir. (Frekans, f GHz) 5,4 x 4,. f, f 54 (.6),779 y,4 f, f 5 (.7),7 y,63 f,5 < f 64 (.8) r r : Zayıflama ekisinin incelendiği yer isasyonu konumu için nokasal yağış hızı (mm/saa) bilgisidir. Yüzde ile ifade edilen al indeks bilgisi, link hesaplamaları içinde oralama bir yılın %, ine karşılık gelen değerler şeklinde kullanılmışır ve r, simgesi ile göserilmişir. asarım içerisinde: ürkiye nin Doğu Ege ile İç Anadolu Bölgeleri arasında kalan yerler için geçerli olan yağış konur grafiklerinden elde edilen mm/saa,, mm/saa ve maksimum değer olarak 5 mm/saa değerleri kullanılmışır. 47

6 d r : Yağmurlu bölge içerisinde ilerleyen sinyalin aldığı yol uzunluğudur. Bu geomerik yol uzunluğunun bulunması için oransal ve rigonomerik eşiliklerden faydalanılır []. Aşağıda yol uzunluğunun bulunması için kullanılan ifadeler sıralanmışır. Θ: yer isasyonunun yükseklik açısı, Y : Yer isasyonunun rakımı, km, Y : Donma yüksekliği olarak adlandırılır. Yağış avanı olarak da adlandırılabilir. Donma yüksekliği, yer isasyonunun bulunduğu coğrafi enleme φ göre belirlenir (km). Y 4,8; < 3 Y 7,8 (,ϕ ); Yi 3 ( Θ) ϕ (.9) ϕ (.3) Y o Y d (.3) sin do d (.3) r do( r 6,) Buraya kadar incelenmiş olan amosferik kayıpların ve yağmur zayıflamasından kaynaklanan kayıpların da eklenmesi ile üm amosferik kayıplar L A aşağıdaki gibi ifade edilebilir. L L L L (.33) A r AG CF Serbes uzay kaybının L FS, amosferik kayıplarla L A birlike alınması ile yukarı link ve aşağı link için oplam yol kaybı ifadesi belirlenmiş olur. Yukarı link yol kayıpları L d,up ve aşağı link yol kayıpları L d,down simgeleri ile göserilir ve aşağıdaki gibi ifade edilir. L L L d, Up FS A (.34) L L L d, Down FS A (.35) Alıcı uçaki güç ifadesini, incelenen üm kayıplar ve kazançlar ile yeniden düzenleyerek aşağıdaki gibi ifade edilebilir. P Rx ( P G ) x x, max GRx,max L x LBx LFS LA L RxLBRx L θ POL θ VERICI AMOSFER ALICI (.36) Haberleşme sisemleri için, alıcı uça bilgi sinyaline dönüşürülmesi isenen aşıyıcı sinyal gücüne eklenen, üm isenmeyen kakılar gürülü olarak sınıflandırılır []. Alıcı sisemler için gürülü çok önemli bir kavramdır. Bunun nedeni ise, alıcı ön ucu olarak bilinen sinyalin alıcıya ulaşığında ekileşime girdiği ilk bölümde sinyal gücü çok düşükür. Bu nedenle gürülünün ekisinin en ciddi olduğu bölüm bu bölgedir. Bu çalışmada asarlanan link yapısı içerisinde iki ade alıcı sisem bulunmakadır. Bu alıcı sisemler için yapılmış gürülü ve sıcaklıkla ilgili hesaplamalar aynı manığa dayalı olmakla birlike, alıcının ve alıcı aneninin bulunduğu yere göre farklılıklar gösermekedir. Link yapısı içinde bulunan bu alıcı sisemler; anen, besleme birimi ve alıcı birimlerinden oluşmakadır. Isı nedeniyle, içerisinde bulunana serbes yapıdaki elekronların rasgele harekeleri sonucu, bu birimler arafından ısıl (ermal) gürülü oluşurulur. Bir elekronik donanımın sıcaklığı mulak sıfırın ( K C ) üzerinde ise, o donanım arafından daima ısıl gürülü oluşurulur []. Haberleşme sisemi için zararlı olarak anımlanan gürülü, modüleli aşıyıcıya ai BG (Ban genişliği) içinde oluşur. Gürülü hesaplamalarında yaygın olarak beyaz gürülü modeli kullanılır. Eşdeğer gürülü ban genişliği ile alıcıda görülen eşdeğer gürülü gücü ile göserilir. BG (.37) Sisem içerisindeki her bir cihazdan kaynaklanan gürülü, eşdeğer bir gürülü sıcaklık değeri ile nielendirilir. Başka bir deyişle, donanım yerine eşdeğer gürülü değerini oluşuran direnç elemanının ermodinamik sıcaklık değeri kullanılarak.37 eşiliği yeniden düzenlenebilir. k: Bolzmann sabii, J / K - 8,6 dbw / K / Hz : Gürülü kaynağının eşdeğer gürülü sıcaklığı, K kbg ; k (.38) Isıl gürülüyü oluşuran cihazın, girişindeki isenen sinyal gücü / gürülü gücü oranının, çıkışındaki sinyal gücü / gürülü gücü oranına bölümü ile gürülü figürü F bulunur [8]. Gürülü figürü bilinen bir cihaz için eşdeğer gürülü sıcaklığı bulunabilir. Gürülü figürü ile eşdeğer gürülü sıcaklığı arasındaki ilişki aşağıdaki gibi ifade edilebilir. F + ( F ) (.39) Daha öncede belirildiği gibi link yapısındaki alıcı sisemler içerisinde birbirlerine bağlı durumda üç birim bulunmakadır. Anen, besleme ve alıcı 48

7 sıralamasıyla birbirine bağlanmış bu birimlerden her birinin kendisine ai bir gürülü değeri ve dolayısıyla eşdeğer gürülü sıcaklığı vardır. Bu şekilde birbirine bağlanmış yapılara kaskad bağlı elemanlar denilir. Bu yapının amamı için bileşke bir sıcaklık değeri vardır. Bu değere alıcı sisem eşdeğer sıcaklığı denilir ve s simgesi ile ifade edilir. ade elemandan oluşan bir sisem için eşdeğer sıcaklığın bulunmasında kullanılan eşilik aşağıda verildiği gibidir. ( K) 3 s (.4) G GG GG... G Şekil 6. Uydu Alıcı Sisem Sıcaklığı. Link yapısının yukarı link bölümünün alıcı ucu olan uydu alıcı sisemine ai, link asarımında kabul edilen değerler şekil 6 ile verilmişir. Eşdeğer sıcaklık hesaplamalarında, ıpkı bir direnç gibi sinyal gücünde zayıflama ekisi yapan cihazların kayıp değerleri L ile gürülü figürleri F arasındaki ilişki aşağıda verildiği gibidir [3]. F DOAIM L DOAIM (.4) Uydu alıcısının besleme birimine ai kayıp L BRx db olarak verilmişi. Uydu alıcı anen sıcaklığı A 9 K, besleme birime ai ermodinamik sıcaklık B 9 K, ve alıcı gürülü figürü F Rx 3 db olacak şekilde asarım yapıldığı kabul edilmişir. Referans sıcaklık değeri 9 K olarak kabul edilmişir. Buna göre uydu alıcı sisemine ai sıcaklık s U ve eşdeğer gürülü gücü s U hesaplamaları aşağıda verildiği gibi yapılmışır. BRx, db, 59 F B L Rx ( F ) 9 88, 63 Rx 3 A s U + B L + BRx L BRx s U (.4) (.43) (.44) Rx 9, ,63 578,63,59 + (.45) su ksu BG (.46) (,39. 3 )( 578, )BG s U 63 (.47) Şekil 7. Yer İsasyonu Alıcı Sisem Sıcaklığı. Link yapısının aşağı link bölümünün alıcı ucu olan alıcı sisemine ai, link asarımında kabul edilen değerler şekil 7 ile verilmişir. Sisemin eşdeğer sıcaklık ve gürülü gücü hesaplamaları uydu alıcı sisemi ile aynı şekilde yapılmışır. Faka dünya üzerinde konumlu olan alıcı yer isasyonunun anen sıcaklığı hesaplamalarında farklar bulunur. Uydu alıcı aneninin sıcaklığı için dünyanın parlaklık sıcaklığı olan 9 K kullanılmışır [3]. Alıcı yer isasyonu anen sıcaklığı ise; açık gökyüzü parlaklık sıcaklığı Gök, zemin parlaklık sıcaklığı Yer, oralama ermodinamik sıcaklık m ve yağmur zayıflaması L r ifadelerinin kullanımı ile hesaplanır. Açık gökyüzü parlaklık sıcaklığı için bu çalışmada kullanılan en yüksek frekans değeri olan 3, GHz değerine karşılık olarak Gök 5 K değeri kullanılmışır []. Zemin oralama parlaklık sıcaklığı Yer ise alıcı yer isasyonu aneninin yükseklik açısına Θ bağlı olarak anımlanır ve aşağıda verildiği gibi ifade edilir []. Yer, K < Θ < 9 (.48) Oralama ermodinamik sıcaklık m 75 K olarak alınmışır. Bu açıklamalara göre asarlanan sisemin anen sıcaklığı A aşağıda verildiği gibi hesaplanır. Gök A m L + + r L r (.49) Yer A + Lr L (.5) r Anen gürülü sıcaklığının A, yağmur kayıplarına L r göre değişeceği eşilik.49 ile göserilmişir. Alıcı yer isasyonunun besleme birimine ai kayıp L BRx,5 db olarak verilmişi. Yer isasyonu alıcı anen sıcaklığı A, besleme birime ai ermodinamik sıcaklık B 9 K, ve alıcı gürülü figürü F Rx,5 db olacak şekilde asarım yapıldığı kabul edilmişir. Referans sıcaklık değeri 9 K olarak kabul edilmişir. Buna göre yer isasyonu alıcı sisemine ai 49

8 sıcaklık s ve eşdeğer gürülü gücü s hesaplamaları aşağıda verildiği gibi yapılmışır.,5 BRx,5, db, F B L (.5),5 ( F ) 9 9, 64 (.5) Rx Rx + (.53) Rx A s B L + BRx L BRx A s + 9 9,64,, + (.54) (,893) 5, 8 s A + (.55) s ks BG (.56) s 3 (,39. ) (,893) ( + 5, )BG A 8 (.57) Şekil 5 verilen link yapısı içerisinde haberleşmenin sayısal olarak yapıldığı kabul edilmişir. Sayısal haberleşme genel olarak, analog yapıdaki bilgi işareinin bir dizi işlem sonrasında sayısal işaree dönüşürülmesi ve daha sonrasında alıcıya ileilmesi olarak anımlanabilir [4]. Analog bilgi işareinin sayısal işaree dönüşürülmesi için Shannon ve yquis arafından anımlanan örnekleme eoremi emel oluşurur. Bu eoreme göre analog bilgi işareinden zamanda örnekleme yapılarak işare sayısal uzaya akarılır. Ban genişliği ile sınırlı olan bilgi işarei, eşi zaman arlıklarında örnekler alınarak sayısal işaree dönüşürülür. Daha sonra yüksek bir frekansa sahip aşıyıcı işare ile alıcıya gönderilir. Burada sayısal işareen bir dizi işlem sonrası analog yapıdaki bilgi işarei ekrar elde edilir [5]. Bilgi işarei üzerinde verici ve alıcıda yapılan bu işlemler sırasıyla modülasyon ve demodülasyon olarak adlandırılırlar. Modülasyon işlemi yapılmış olan işaree modüleli işare denilir. Sayısal işarein elde edilmesinde darbe dizilerinden oluşan sinyaller kullanılır. Bu sayede güç kullanımında ciddi azalmalar sağlanır ve bu özellik haberleşme sisemleri için çok önemlidir. Değişikliğe uğramamış haldeki analog bilgi işarei, analog haberleşmede emel band sinyali olarak anımlanır. Analog işarei, ikili sayı abanına göre ve lardan oluşan sayısal bi dizilerinin oluşurduğu sayısal işaree; alçak frekanslı bir elekriksel işare elde edilecek şekilde dönüşüren sisemler emel ban sisemler olarak adlandırılır [4]. Sayısal bilgiye ai alçak frekanslı işareleri ileen sisemlere emel ban sayısal sisemler denilir. emel ban sinyalleri içerisinde bilerin bir araya gelerek oluşurduğu semboller, bir aşıyıcı içinde alıcıya gönderilirler. Bu ileimin sağlıklı olması için emel ban sayısal sisemler içerisinde pek çok yapı bulunur. Bunlardan en önemlileri semboller arası girişimi engellemek amacıyla kullanılan filrelerdir. Bu çalışmada yükselilmiş kosinüs filresi olarak adlandırılan filre ürü asarım içerisinde yer almışır. Yükselilmiş kosinüs filresine ai frekans uzayındaki darbe cevabı karakerisiği aşağıda verildiği gibidir [4]. p p π p H ( f ) Sin f ρ p, ρ, p, diger ρ f. p + ρ f p (.58) Eşilik.58 de, p işarein periyodunu, ρ filrenin yuvarlama (Roll-Off) değerini gösermekedir. Yuvarlama fakörü ρ, ile arasında değerler alır ve değerine yaklaşıkça ileim verimini arırır. Bu çalışmada ρ değeri, olan yükselilmiş kosinüs filresi kullanıldığı varsayılarak asarım gerçekleşirilmişir. emel ban sayısal sisemlerde işareler alçak frekans değerlerinde oldukları için doğrudan ban geçiren özellikli bir kanal içerisinden ileilemezler. Bunun için sayısal emel ban işarei, yüksek frekanslı bir aşıyıcı ile modüle edilerek alıcıya ileilir [4]. Sayısal haberleşmede kullanılan aşıyıcı işaree örnek olarak bir sinyal modeli aşağıda verilmişir. x( ) A cos πf + θ (.59) Faz Genlik Frekans Faz Eşilik.59 ile verilen dalga yapısında, A ifadesi işarein genliğini, f frekansını ve θ Faz faz açısını gösermekedir. Bu değerler üzerinde yapılan modülasyon eknikleri, işlem yapıkları değere ve ekniğe göre isimlendirilirler. Uydu haberleşmesinde kullanılan modülasyon eknikleri yaygın olarak θ Faz değeri üzerinde işlemler yapan ekniklerdir. Bir aşıyıcının faz açısı değerinin θ Faz, bilgi işareini oluşuran ve bi değerlerine göre değişirilmesine faz kaydırmalı anaharlama denilir. Uydu haberleşme sisemlerinde yaygın olarak faz kaydırmalı anaharlama modülasyon ekniklerinden; kuadraür (dörlü) faz kaydırmalı anaharlama (QPSK) ve ikili faz kaydırmalı anaharlama (BPSK) modülasyon eknikleri kullanılır. 5

9 Bu çalışmada uydu haberleşme siseminde QPSK veya BPSK modülasyon ekniklerinin kullanıldığı kabul edilerek asarım yapılmışır. QPSK modülasyon ekniğinde; birbirine dik yapıda olan sinüs ve kosinüs formunda iki aşıyıcı sinyal kullanılır. Her bir aşıyıcı için iki olası durum olduğu için, QPSK modülasyonu ile dör ayrı sinyal ifadesi elde edilir. Her bir sinyale karşılık olarak bilerden oluşan semboller ile haberleşme sağlanır. QPSK modülasyonuna göre oluşan dör farklı faz durumu için dalga biçimleri aşağıda verildiği gibidir [4]. x ( ) x ( ) x ( ) 3 x ( ) 4 cos cos cos cos ( πf ) + sin ( πf ) cos πf + π 4 (.6a) ( πf ) + sin ( πf ) cos πf + 3π 4 (.6b) ( πf ) + sin ( πf ) cos πf + 5π 4 (.6c) ( πf ) + sin ( πf ) cos πf + 7π 4 (.6d) Uydu haberleşme sisemleri için önemli olan bir diğer ileişim parameresi de bi ileim hızıdır. Bi ileim hızı, saniyede ileilen bi sayısı (bps) olarak anımlanır ve bu çalışmada Rb simgesi ile göserilmişir. Bi hızı Rb, sayısal haberleşme sisemlerinde, ban genişliği BG, ve filre yuvarlama fakörüne ρ bağlı bir değerdir. Kullanılan modülasyon ekniğine göre bi hızının, ban genişliği ve filre yuvarlama fakörüne bağlı ifadesi değişim göserir. Bu çalışmada yükselilmiş kosinüs filresi kullanıldığı daha önce ifade edilmişi. Buna göre QPSK modülasyonu için bi hızı Rb ifadesi aşağıda verilmişir (Rb bps) []. QPSK modülasyonunun yarı hızındadır. BPSK modülasyonuna göre oluşan iki farklı faz durumu için dalga biçimleri aşağıda verildiği gibidir [6]. ( π ) x ( ) cos (.6a) f cos ( π f + π ) x( ) (.6b) BPSK modülasyonu için bi hızı Rb ifadesi aşağıda verilmişir (Rb bps) []. BG Rb BPSK (.63) + ρ Sayısal haberleşmede karşılaşılan en önemli sorunlardan biriside emel ban sinyalini ifade eden ve bi değerlerinin alıcı uça haalı olarak algılanmasıdır. Sayısal haberleşme sisemlerinin asarım sürecinde özellikle uyumlu filreler kullanımı ile bu sorun büyük ölçüde azalılır faka olasılık eorisine göre haalı bi algılaması mulaka oluşacakır. aşıyıcı sinyalin asarlanmış olan link yapısı içerisinde yol alırken uğradığı zayıflama ekileri ve kayıplar bu çalışmada incelenmişir. Gürülü ekisinin de bu kayıplara eklenmesi ile aşıyıcı sinyal, dolayısıyla emel ban sinyalini oluşuran bilgi bilerinde bozulmalar görülecekir. Alıcı arafından haalı bi alınması, bi haa olasılığı olarak adlandırılır. Sayısal uydu haberleşme sisemlerinde bi haa olasılığı BER kısalması ile ifade edilir. Bu çalışmanın amacı, BER değerlerini olabildiğince azalacak link yapısındaki fiziksel paramerelere ai değerlerin belirlenmesidir. BER ifadesinin hesaplanması için, alıcı girişinde normal olasılık dağılımı veya Gauss olasılık dağılımı olarak bilinen dağılım yapısında gürülü bulunduğu kabul edilir. İki kuuplu bir emel ban sayısal sinyali ve değerlerinden oluşur. Bu nedenle olası iki haa durumu mevcuur. Bunlar yerine ve yerine algılanma olasılığıdır. BG Rb QPSK (.6) + ρ BPSK modülasyon ekniğinde; bir ane sinüs veya kosinüs formunda aşıyıcı sinyal kullanılır. İki sayı abanına göre kodlanmış bilgi işareinin ve değerlerini ilemek için; aşıyıcı sinyal aralarında π radyan veya 8 faz farkı olan iki sinyal çıkışı olacak şekilde modülasyon işlemi uygulanır. BPSK modülasyonu ile iki farklı sinyal ifadesi elde edilir. Her bir sinyale karşılık olarak bilerden oluşan semboller ile haberleşme sağlanır. BPSK modülasyonu, QPSK modülasyonuna göre elekronik alyapı gereksinimi bakımından daha basi ve sade bir yapıdadır. Faka ileilen bi hızı verimi bakımından Şekil 8. ormal Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu. 5

10 Sandar normal olasılık dağılımı formundaki gürülü için iki ane eşik değeri belirlenir. Bunun nedeni emel ban sinyalinin iki kuuplu (bipolar) yani + ve - genlik değerlerine sahip olmasıdır [4]. Eğer gürülünün değeri bu eşik değerlerinden büyük olursa haa oluşur. Şekil 8 ile sandar normal olasılık yoğunluk fonksiyonu P normal ve eşik değerleri göserilmişir. Bu durumda rasgele bir değişken olan x değerinin, x değerine eşi veya büyük olma olasılığı aşağıda verildiği gibidir [8]. hesaplamalarda bi başına düşen enerjinin E b, gürülü gücü spekral yoğunluğuna oranı kullanılır. Bilgi bilerinin alıcıya aşınmasını sağlayan aşıyıcının gücü C ile gürülü gücü arasındaki oransal ifadeden yararlanarak E b / oranı hesaplanabilir []. Bu ifadelerle ilgili eşilikler aşağıda verildiği gibidir. C P Rx (.69) P normal ( x x ) σ π x e ( x m ) σ (.64) Eşilik.64 ile göserilen m değeri dağılımın oralamasını, σ değeri ise dağılımın sandar sapmasını ifade emekedir. Buna göre yerine algılanma haa olasılığı P e ile yerine algılanma olasılığı P e aşağıdaki gibi ifade edilir. C C E b P Rx C C PRx ksbg ( BG) BG Rb PRx BG (.7) (.7) (.7) P P e e ( + x ( x + x ) x ) σ σ π π + x e x e ( + x m ) σ (.65a) ( x m ) σ (.65b) Eşilik.65a ve.65b ile verilen ifadeler analiik olarak hesaplanamazlar. Bu ifadelerin sayısal olarak hesaplanmış değerleri ablolar halinde bulunmakadır. Bu ablo değerlerini karşılayan bir fonksiyon anımlanmışır. Bu fonksiyona haa fonksiyonu denilir ve erf(z) simgesi ile göserilir. BER değerinin hesaplanmasında ise amamlayıcı haa fonksiyonu kullanılır ve erfc(z) simgesi ile ifade edilir [8]. Bu fonksiyonlara ai eşilikler aşağıda verildiği gibidir. erf ( z) π z e x dx erfc ( z) erf ( z) erfc ( z) (.66) (.67) π z e x dx (.68) Sayısal haberleşme sisemlerinde ileişim bilgi bileri ile yapıldığı için BER ifadesinin bulunmasında da biler ile ilişkili hesaplamalar yapılır. Bu E b C Rb (.73) Bu çalışmada eşilik.73 ile verilen E b / ifadesi kullanılmışır. Bu eşilik ile elde edilen E b / ifadesi, opimizasyon süreci içerisinde amaç fonksiyonu olarak kullanılan BER fonksiyonunun hesaplanmasında kullanılmışır. QPSK ve BPSK modülasyonları için anımlanmış olan ve bi haa fonksiyonu olarak anımlanan BER QPSK, BPSK fonksiyonu aşağıda verilen eşilik yardımıyla hesaplanmışır. Bu eşilike E b /, db birimine dönüşürülerek (.log ( )) kullanılmışır. BER QPSK, BPSK E b erfc log ( ) (.74) Haberleşme sisemleri için girişim ekisi çok ciddi bir problemdir. Girişim; bir haberleşme siseminde isenen aşıyıcı veya aşıyıcıların frekans bandında yer alan, diğer aşıyıcıların isenmeyen güç kakısı veya kakıları olarak anımlanabilir []. Uydu haberleşmesinde kullanılan sisemler arasında emel olarak ayır edilebilen dör ip girişim ekisi vardır []. Bunlar: Karasal bir isasyonun, bir uydu üzerinde oluşurduğu girişim ekisi, Bir uydunun, karasal bir isasyon üzerindeki girişim ekisi, Karasal bir isasyonun, bir yer isasyonu üzerindeki girişim ekisi, 5

11 Bir yer isasyonunun, karasal bir isasyon üzerindeki girişim ekisi Diğer sisemler arafından gönderilen aşıyıcılar; verici yer isasyonundan, alıcı yer isasyonuna uydu aracılığıyla kurulmuş linke ai aşıyıcı üzerine iki link bölgesinde yerleşirler []. Bu bölgeler: Yukarı link aşamasında, uydu alıcı siseminin giriş bölgesi, Aşağı link aşamasında, alıcı yer isasyonun giriş bölgesidir. Bu anımlamalara göre şekil 9 ile sisemler arasında oluşan girişme ai geomerik yapı göserilmişir. C I uml oplam C I Up YUKARI _ Link + C I Down ASAGI _ Link (.76) Yukarı link ve aşağı link üzerinde ekili olan girişim ekisi için, haberleşme senaryolarında üç ade değer kullanılmışır. Bunlar db, 5 db ve 3 db değerleridir. Uçan uca üm link için üm ekiler göz önünde bulundurularak aşıyıcı gücü / gürülü gücü spekral yoğunluğu oranı, bi başına enerji / gürülü gücü yoğunlu ve bi haa olasılığı yeniden düzenlenerek aşağıdaki gibi ifade edilebilir. C uml um _ Link _ db C YUKARI _ Link _ db + C ASAGI _ Link _ db + C I uml GIRISIM db (.77) E b C Rb uml uml um _ Link um _ Link (.78) Şekil 9. Girişim Ekisi. Yer isasyonlarının konuşlandığı bölgeye göre yüksek binalar ve doğal engellerde çeşili kaynaklardan gelen elekromanyeik sinyalleri yansıarak girişim ekisi yaraabilirler [7]. Şekil 9 ile verilen geomerik yapı içerisinde dör ane uydu haberleşme yer isasyonu, iki ane uydu ve iki ane karasal isasyon yer almakadır. Bu yapı içerisinde bile girişim ekisi karmaşık bir yapıdadır. Gerçeke ise sisem sayıları çok fazladır. Bu nedenle link yapısı üzerindeki oplam girişim ekisinin modellenmesi çok zordur []. Bu çalışmada girişim, ekilediği link üzerinde ısıl gürülü arışına neden olan harici bir kakı olarak modellenmişir ve I simgesi ile ifade edilmişir. asarlanmış olan link yapısı içerisine, ekilemiş olduğu link bölgesinde aşıyıcı gücünün, gürülü gücü spekral yoğunluğuna oranı olarak eklenmişir. Haberleşme senaryosu içerisinde aşağıdaki verilmiş olduğu gibi yer alır. aşıyıcı Gücü Girişim Gücü C (.75) I BER 3. SPGA QPSK, BPSK erfc E b uml um _ Link _ db (.79) Bu çalışmada; opimizasyon yönemlerinden biri olan GA (geneik algorima) ürlerinden, SPGA (sürekli paramereli geneik algorima) yönemi kullanılmışır. GA, evrim eorisi ile geneik biliminin ilkelerinden yararlanılarak oraya çıkarılmış bir modeldir. GA ile eniyileme yöneminde; çalışma yapılacak probleme ai değişkenler genlere, probleme uygulanan değişken değerlerinin oluşurduğu diziler ise ekil yapıdaki kromozomlara karşılık gelir. Eniyileme olarak ifade edilen kavram aslında probleme ai olası en iyi sonucun bulunması olarak anımlanabilir. Başka bir ifadeyle en iyiye karar vermek denilebilir. Eniyileme sürecinin uygulanacağı problemin, maemaiksel fonksiyon yapısında olması gerekir. 53

12 Kullanılan bu fonksiyona amaç fonksiyonu (uygunluk ve maliye olarak a adlandırılır) denilir [8]. Bu çalışmada geneik algorima ürlerinden birisi olan ve sürekli paramereli geneik algorima yönemi kullanılmış olduğu daha önce ifade edilmişi. SPGA yönemi, değişkenlere ai değerlerin sürekli olduğu bir problemin çözümünde kullanılır. İkili GA yapısında ve değerlerinden oluşan ve kromozom olarak adlandırılan paramere dizileri, SPGA da gerçek sayı değerlerine ai ifadelerden oluşur [9]. kalacak üyelerin sıralamasını emel alarak, eşleşirme işlemi olasılık dağılımına göre yapılır. Çaprazlama adımında çifler halinde seçilen kromozomların rasgele belirlenen değişkenleri arasında karşılıkla paramere ransferi yönemi kullanılmışır. Bu yönem ile oluşurulan yeni kromozomlar; başlangıç popülasyonunun oluşurulması sırasında rasgele olarak üreilen değerlerin çeşili kombinasyonları formunda bulunurlar. Bunun anlamı ise başlangıça üreilen değerlerden farklı olarak yeni bilgilerin üreilmemesidir [9]. SPGA yaklaşımı bu duruma bir sorun olarak bakar ve bunu aşmak için karışırma yönemleri adıyla anılan yaklaşımları kullanır. Çaprazlama nokalarının belirlediken sonra klasik değer akası yerine, burada ebeveynlere ai değerlerin kullanımı ile değişime uğraılmış değerler çaprazlama nokalarına yerleşirilir. Böylelikle bilgi değişimi belirli ölçülerde sağlanmış olur. SPGA da muasyon basi bir ifadeyle popülasyon marisi içerisindeki bazı değerlerde rasgele değişiklikler yapılmasıdır. Muasyon uygulamalarındaki amaç, SPGA nın yerel maksimum ve minimum nokaları çok olan bir fonksiyon üzerinde, genel minimum veya maksimum nokaya ulaşmak yerine bu yerel değerlere akılmasını önlemekir [9]. Şekil. SPGA Akış Şeması. Şekil ile göserilen SPGA akış şemasının anımlamalar adımında eşilik.79 ile verilen bi haa olasılığı fonksiyonu amaç fonksiyonu olarak anımlanmışır. İki ade güç, iki ade frekans ve dör ade anen çap değeri olmak üzere oplam sekiz ade değişken anımlaması yapılmışır. anımlanan değişkenlere ai al ve üs sınırlar kısılar olarak anımlanmışır. SPGA paramerelerinden doğal seçilim oranı olarak %5 ve muasyon oranı olarak % değerleri sabi yapıda anımlanmışır. Popülasyon boyuu ve ierasyon sayısı kullanıcı ekileşimli arayüz ile girdi sağlanacak şekilde asarım yapılmışır. Bu çalışmada ağırlıklı rasgele eşleşirme yönemlerinden, sıra ağırlıklandırma ile eşleşirme yönemi kullanılmışır. Bu yönem uygunluk değerlerinden bağımsız bir yönemdir [9]. Hayaa SPGA son bölümde oluşan yeni popülasyon marisindeki kromozomları, amaç fonksiyonuna uygular. Oluşan uygunluk veya maliye değerlerini, anımlama bölümündeki hedeflenen değer ile manıksal bir işlem uygulayarak kıyaslar. Kıyaslama sonucunda hedeflenen değere, isenen hassasiyee yaklaşılmamışsa; süreç SPGA nın ilgili adımından başlamak şarıyla yeniden işleilir. Kıyaslama sonucunda hedeflenen değere, isenen hassasiyee yaklaşılmışsa, algorima durdurulur. 4. UYGULAMA Kuramsal emeller kısmında hesaplama adımları ayrınılı olarak incelenmiş olan bi haa olasılığı fonksiyonu, SPGA bölümündeki işlem adımlarına uygun olarak MALAB - Versiyon (R8a) programı ile bilgisayarla benzeim manığına uygun olarak asarlanan grafik kullanıcı arayüz programı ile opimize edilmişir. Uydu haberleşme senaryoları olarak daha önce ifade edilen yapı, yine kullanıcı grafik arayüzü ile çeşili senaryolara imkân verecek şekilde asarlanmışır. 54

13 Modülasyon ürü, ban genişliği, vericilerin frekans banları, isasyonların bulunduğu konumlardaki yağış hızları ve alıcılardaki girişim verilerinin arayüz ile değişirilebilmesine olanak sağlanmışır. Bu sayede pek çok uydu haberleşme senaryosu modellenmişir. ablo 6 ile haberleşme senaryolarını oluşuran paramereler sunulmuşur. ablo 6. Haberleşme Senaryolarının Paramereleri. Paramereler Seçenekler Modülasyon QPSK BPSK ürü Ban Genişliği 36 MHz 7 MHz Frekans Bandı C X Ku Ka Yağış Hızı, 5 (mm/saa) Girişim Değeri (db) 5 3 Belirlenen haberleşme senaryolarına göre SPGA arafından kullanılan bi haa olasılık fonksiyonuna ai değişkenler ve bu değişkenlere ai değer aralıkları aşağıda verildiği gibidir. SPGA paramereleri: o Değişken sayısı: 8 o Doğal seçilim oranı: %5 o Muasyon oranı: % BER fonksiyonuna ai paramereler ve değer aralıkları: Yukarı link için: o Verici yer isasyonu anen çapı, D x : D x ; mere o Uydu alıcı anen çapı, D Rx :,5 D Rx 4; mere o Verici yer isasyonu verici gücü, P x : P x 5; wa o Verici yer isasyonu verici frekansı, f x : 5,95 f x 6,45; GHz (C ban için) 8,6 f x 9,; GHz (X ban için) 4 f x 4,5; GHz (Ku ban için) 3, f x 9,7; GHz (Ka ban için) Aşağı link için: o Uydu verici anen çapı, D x :,5 D x 3; mere o Alıcı yer isasyonu anen çapı, D Rx : D Rx ; mere o Uydu verici gücü, P x : P x ; wa o Uydu verici frekansı, f x : 4 f x 4,5; GHz (C ban için) 8 f x 8,5; GHz (X ban için) f x,5; GHz (Ku ban için) 9,7 f x,; GHz (K ban için) Bu çalışmada dokuz farklı senaryo asarlanan opimizasyon programına uygulanmışır. Senaryo uygulamalarından birincisine ai örnek paramereler ablo 7 ve opimizasyon sonuçları ise ablo 8 ile aşağıda verilmişir. ablo 7. Haberleşme Senaryosu. Haberleşme Senaryosu Seçenekler Paramereleri Modülasyon ürü QPSK Ban Genişliği, MHz 36 Frekans Bandı C Verici Yer İsasyonu için Yağış Hızı, (mm/saa) Alıcı Yer İsasyonu için Yağış Hızı, (mm/saa) Verici Yer İsasyonu için (C/I) Alıcı Yer İsasyonu için (C/I) Haberleşme senaryosu e ai grafik kullanıcı arayüz programının uygulama sürecindeki görünüsü şekil ile verilmişir. 55

14 ablo 8. Haberleşme Senaryosu e ai Bulgular. Link Parameresi SPGA arafından Bulunan Değer Yukarı link Aşağı link Verici Yer İsasyonu Gücü, P x ( W ) 484,458 Verici Yer İsasyonu Frekansı, f x (Hz) 6766,55 Verici Yer İsasyonu Anen Çapı, D x ( m ) 9,745 Uydu Alıcı Anen Çapı, D Rx ( m ) 3,53 Uydu Verici Gücü, P x ( W ) 9,476 Uydu Verici Frekansı, f x (Hz) ,74 Uydu Verici Anen Çapı, D x ( m ),55 Alıcı Yer İsasyonu Anen Çapı, D Rx ( m ) 9, Bi İleim Hızı, Rb (Mbps) 6 Bi Haa Olasılığı ( BER ),56e-7 Şekil. Senaryo için SPGA ile Opimizasyon Uygulaması. 56

15 ablo 9. Uygulanan Haberleşme Senaryolarının Sonuçları. 5. SOUÇ ve DEĞERLEDİRME Çağımızda ileişim olmazsa olmaz ihiyaçlarımız arasına girmişir. Günlük hayaın her nokasında kişisel veya kilesel haberleşme sisemlerini ve bu sisemlerin elemanlarını görmek mümkündür. Küçülen dünya kavramının oraya çıkmasında çok büyük rolü olan haberleşme sisemleri, arık pek çok farklı al sisemin bir araya gelerek oluşurdukları büyük ağ sisemlerine dönüşmüşür. gözlemlenmişir (Senaryo 5 ve 6). Sisem asarımında; C bandı çıkan haa olasılık sonuçlarına göre halen cazibesini korumakadır (Senaryo ve ). Haberleşme senaryolarında incelenen bir diğer eki ise emel ban sinyalinin ban genişliğidir. Çıkan sonuçlara göre, emel ban sinyalinin ban genişliği arıkça haa olasılığı armakadır (Senaryo ve ). Bu çalışmada asarlanmış olan opimizasyon programına uygulanan dokuz uydu haberleşme senaryosuna ai sonuçlardan bazıları ablo 9 ile göserilmişir. Buna göre: Inel(R) Penium(R) M 5 MHz işlemci ve 5 MB, 39 MHz RAM özellikleri bulunan bilgisayar üzerinde çalışırılan opimizasyon programı seçilen ierasyon sayısı ve popülasyon boyuuna bağlı olarak 3 ile 7 dakika arasında sonuçları vermişir. Uydu haberleşmesinde kullanılan frekans spekrumunun C ve Ku bandları yoğun olarak kullanılmakadır. Özellikle C bandında frekans ahsisi yoğunluk nedeniyle sıkını yaramakadır. X bandı genel olarak askeri sisemlere ahsis edildiği için Ku bandı sivil haberleşme uyduları arafından ercih edilen bir haberleşme bandı konumundadır. Özellikle Ku ve Ka banlarında yer alan frekans değerleri için en çok dikka edilmesi gereken emen, yağmur nedeniyle oluşan kayıplardır (Senaryo 4, 5 ve 6). Bu nedenle yer isasyonlarının kurulacağı bölgede kısa ve uzun dönem yağış oralamalarının düşük olması uydu haberleşmesi için haa olasılığını azalır. Haberleşme senaryolarında C, X, Ku ve Ka banları için örnekler verilmişir. Haanın en az olduğu haberleşme banları X ve Ku olarak gözlemlenmişir (Senaryo 3 ve 4). Buna karşın yüksek frekans değerlerinin kullanıldığı Ka bandının yağmurdan çok ekilendiği ve haanın en yüksek olduğu haberleşme bandı olduğu 57 Yağmur kadar ekili olan bir diğer fakör ise girişim ekisidir. Bu çalışma içerisinde asarlanmış olan üm haberleşme senaryolarında girişim ekisi link asarımına dâhil edilmişir. Yukarı link ve/veya aşağı link üzerinde girişim ekisinin arması sonucu haa olasılığının arığı üm senaryolarda gözlemlenmişir. Haberleşme sisemlerinin amamı için, veri ileim hızı başka bir deyişle bi ileim hızı asarım sürecinde büyük öneme sahipir. Bu çalışmada bi ileim hızı; modülasyon ürünün ve ban genişliğinin seçimine göre değişim gösermekedir.,, 3, 4, 5 ve 6 numaralı haberleşme senaryolarında QPSK modülasyonu seçilerek en az haaya ulaşılmaya çalışılmışır. 7, 8 ve 9 numaralı senaryolarda ise BPSK modülasyonu seçilerek en az haa hedeflenmişir. üm senaryolar incelendiğinde; BPSK modülasyonunun haa performansı yönünden QPSK modülasyonuna göre uydu haberleşmesi açısından daha üsün olduğu görülmüşür (Senaryo 7, 8 ve 9). Buna karşın bi ileim hızı yönünden ise QPSK modülasyonunun daha verimli olduğu görülmüşür. Bu nedenle büyük mikarda verinin hızlı bir şekilde ileiminin hedeflendiği durumlarda QPSK modülasyonunun, düşük boyulu veri ileimine karşın düşük haa performansının ve sisem asarımında basiliğin arandığı durumlarda BPSK modülasyonunun kullanılabileceği oluşurulan haberleşme senaryolarından gözlemlenmişir.

16 Geleceke daha başka kısıların eniyileme problemine eklenmesi ve amaç fonksiyonunun daha farklı hedefleri de kapsayacak şekilde genişleilmesi ile farklı ihiyaçlara yönelik link asarımı bu çalışmada anlaılan manığa uygun olarak gerçekleşirilebilir. Geleceke yapılacak çalışmalarda; haa düzelme kodlama eknikleri, farklı uydu erişim eknikleri ve farklı modülasyon eknikleri için asarım genişleilebilir. Bu çalışmada maliye parameresi eniyileme sürecinde yer almamışır. Geleceke yapılacak çalışmalarda maliye ve yer isasyonu konum bilgilerine ai paramerelerin değişkenler şeklinde eklenmesi ile asarım gelişirilebilir. Çalışma içerisinde kullanılan iki arayüz yazılımı da MALAB programı ile hazırlanmışır. SPGA dışında; Parçacık Sürü Opimizasyonu, aguchi Meodu ve Isıl İşlem Benzeimi gibi eniyileme yönemleri ayrı ayrı veya bir arada kullanılarak da bu çalışmada anlaılan manığa uygun link asarımları yapılabilir. 6. KAYAKLAR [] Bizony, P. 6. Space 5, Unied Saes, Smihsonian Books. [] Maral, G., Bousque, M. 6. Saellie Communicaions Sysems, Fourh Ediion, England, John Wiley & Sons. [3] Bağcı, M.. Sürekli Paramereli Geneik Algorima ile Uydu Link asarımı, Yüksek Lisans ezi, İsanbul, Havacılık ve Uzay eknolojileri Ensiüsü. [4] Curis, H.D. 5. Orbial Mechanics for Engineering Sudens, England, Elsevier Buerworh Heinemann. [5] hp:// 9/. [6] hp:// [7] hp://science.nasa.gov/realime/jrack/3d/jrac k3d.hml. [8] Ippolio L.J.Jr. 8. Saellie Communicaions Sysems Engineering, England, John Wiley & Sons. [9] Saunders, S.R., Zavala A.A. 7. Anennas and Propagaion for Wireless Communicaion Sysems, Second Ediion, England, John Wiley & Sons. [] Roddy, D. 6. Saellie Communicaions, Fourh Ediion, ew York, McGraw Hill. [] Kolawole, M.O.. Saellie Communicaion Engineering, Unied Saes, Marcel Dekker. [] Kayran, A.H.. Sayısal Haberleşme, İsanbul, Birsen Yayınevi. [3] Milligan,.A. 5. Modern Anenna Design, Second Ediion, ew Jersey, Unied Saes, John Wiley & Sons. [4] Kayran, A.H., Panayırcı, E., Aygölü, Ü. 4. Analog Haberleşme, İsanbul, Birsen Yayınevi. [5] Sklar, B.. Digial Communicaions: Fundamenals and Applicaions, Second Ediion, ew Jersey, Unied Saes, Prenice Hall. [6] Erürk S. 5. Sayısal Haberleşme, İsanbul, Birsen Yayınevi. [7] Hasuda,., Moozumi, Y Inerference Experimens Beween Fixed-Saellie and erresrial Radio-Relay Services, IEEE ransacions on Aerospace and Elecronic Sysems, Vol. 34, o., 3-3. [8] Chong, E.K.P., Zak, A.H.. An Inroducion o Opimizaion, Second Ediion,, Unied Saes, John Wiley & Sons. [9] Haup, R.L., Haup, S.E. 4. Pracical Geneic Algorihms, Second Ediion, ew Jersey, Unied Saes, John Wiley & Sons. ÖZGEÇMİŞLER Hv.Mu.Üğm. Mura BAĞCI 98 yılında Analya ilinin, Finike ilçesinde doğdu. İlk ve ora öğrenimini Afyonkarahisar ilinin, Emirdağ ilçesinde amamladı yılları arasında Malepe Askeri Lisesi nde eğiimine devam ei. yılında Hava Harp Okulu, Elekronik Mühendisliği Ana Bilim Dalında lisans eğiimine başladı. 5 yılında Hava Harp Okulu ndan, eğmen rübesi ile mezun oldu. 8 yılında yüksek lisans eğiimine hak kazanarak, Hava Harp Okulu Havacılık ve Uzay eknolojileri Ensiüsünde Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalında Yüksek Lisans eğiimine başladı. Prof.Dr. ayfun GÜEL İsanbul eknik Üniversiesi (İ..Ü.) Elekrik- Elekronik Fakülesi Elekronik ve Haberleşme Mühendisliği bölümünden mezun oldukan sonra, İ..Ü. Fen Bilimleri Ensiüsü, Elekronik ve Haberleşme Mühendisliği programından yüksek lisans ve dokora derecelerini almışır. Prof. Dr. Günel' in ilgi alanları; mikrodalga haberleşme sisemleri, radar sisemleri, anenler, global opimizasyon yönemleri ve geneik algorimalardır. Halen, İ..Ü. Elekrik- Elekronik Fakülesinde öğreim üyeliğine devam emekedir. 58