EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

2 EEM HABERLEŞME TEORİSİ Dersin Öğretim Elemanı: Yrd. Doç. Dr. Yasin KABALCI Ders Görüşme Saati: Çarşamba, 09:30 12:00 Çarşamba, 15:45 17:00 e m@il: yasinkabalci@gmail.com Ders Web Sayfası: kabalci.wordpress.com

3 EEM HABERLEŞME TEORİSİ HAFTALIK İÇERİK Hafta Konular 1 Giriş ve Temel Kavramlar 2 İşaretler ve Doğrusal Sistemler, Temel Kavramlar 3 İşaretler ve Doğrusal Sistemler, Fourier Analizi 4 İşaretler ve Doğrusal Sistemler, Süzgeç Tasarımı,Alçak geçiren ve Band geçiren İşaretler 5 Genlik Modülasyonu 6 Genlik Modülasyonu 7 Genlik Demodülasyonu 8 Açı Modülasyonuna Giriş Ara Sınav (% 40) 9 Faz ve Frekans Modülasyonu 10 Açı Demodülasyonu 11 Olasılık ve Rastgele Süreçler 12 Olasılık ve Rastgele Süreçler 13 Analog İletişim Sistemleri Üzerinde Gürültünün Etkisi 14 Analog İletişim Sistemleri Üzerinde Gürültünün Etkisi Final (% 60)

4 EEM HABERLEŞME TEORİSİ İÇERİK GİRİŞ Haberleşme Sistemlerinin Elemanları Modülasyon, Modülasyon Türlerinin Sınıflandırılması SPEKTRAL ANALİZ vedoğrusal SİSTEMLERDEN İLETİM Fourier Serileri, Fourier Dönüşümü ve Özellikleri Enerji ve Güç Spektral Yoğunlukları Katlama İntegrali, Transfer Fonksiyonu Genlik ve Faz Bozulmaları, Süzgeçler GENLİK MODÜLASYONU (GM) Çift Yan Band (ÇYB) Modülasyonu ve Modülatör Yapıları Tek Yan Band (TYB) Modülasyonu ve Modülatör Yapıları Artık Yan Band (AYB) Modülasyonu GM İşaretlerin Demodülasyonu AÇI MODÜLASYONU Faz ve Frekans Modülasyonu (PM ve FM) FM İşaretlerin Üretimi ve Demodülasyonu Frekans Bölmeli Çoğullama

5 EEM HABERLEŞME TEORİSİ İÇERİK (devam) OLASILIK ve RASTGELE SÜREÇLER Olasılık verastgeledeğişkenlerin İncelenmesi Rastgele Süreçler Gauss ve Beyaz Süreçler ANALOG İLETİŞİM SİSTEMLERİ ÜZERİNDE GÜRÜLTÜNÜN ETKİSİ Genlik Modülasyon Sistemlerinde Gürültünün Etkisi Açı Modülasyonu Üzerinde Gürültünün Etkisi Analog Modülasyon Sistemlerinin Karşılaştırılması Analog İletişim Sistemlerinde İletim Kayıpları ve Gürültünün Etkileri ÖRNEKLEME ve ANALOG DARBE MODÜLASYONU Örnekleme Teoremi Darbe Genlik Modülasyonu (PAM) ve Zaman Bölmeli Çoğullama (TDM) Darbe Zaman Modülasyonu Türleri (PDM, PPM)

6 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ ÇYB-GM İşaretlerin Üretilmesi ÇYB-GM İşaretlerin Demodülasyonu ÇYB-TB GM İşaretlerin Üretilmesi ÇYB-TB GM İşaretlerin Demodülasyonu Tek Yan Bant Genlik Modülasyonu (TYB-GM) TYB-GM İşaretlerin Üretilmesi TYB-GM İşaretlerin Demodülasyonu Artık Yan Bant Genlik Modülasyonu (AYB-GM) AYB-GM İşaretlerin Üretilmesi AYB-GM İşaretlerin Demodülasyonu

7 3.BÖLÜM ÇYB-GM İşaretlerin Üretilmesi GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ ÇYB-GM işaretlerin üretilmesi için sıklıkla kullanılan iki modülatör yapısı bulunmaktadır. Bunlar Kare Kanunu Modülatör (Karesel Modülatör) ve Anahtarlama Modülatördür. Bu düzeneklerin her ikisinde de lineer olmayan elemanlar kullanılır. Bu tür modülatörler alçak güçlü modülasyonlar için kullanılmaktadırlar. 1. Kare Kanunu (Karesel) Modülatör Modülasyon sırasında yeni frekansların üretilmesi gerektiğinden modülatörde diyot, transistör gibi lineer olmayan elemanlar kullanılmaktadır. Aşağıdaki şekilde karesel modülatörün blok diyagramı verilmektedir. Mesaj İşareti m(t) v 1 (t) Taşıyıcı İşaret c(t)=a c cos(2πf c t) Modulation Eğrisel Eleman (Diyot, Transistör, ) v 2 (t) Bant Geçiren Filtre Modülasyonlu İşaret s(t)

8 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ 2 2 aa aa v2 t a1ac fct a2acm t fct am 1 t a2m t fct c 2 c cos2 2 cos2 cos4 aa V2 f f fc f fc a Ac M f fc M f fc am f a M f M f 2 2 aa 2 c aa 2 c f f 2fc f 2fc c

9 aa 3.BÖLÜM 2 2 c f 2fc 4 aam f f 2 c c aa 1 2 c GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ f f c ÇYB-GM İşaretlerin Üretilmesi aa V2 f f fc f fc a Ac M f fc M f fc am f a M f M f 2 2 aa 2 c aa 2 c f f 2fc f 2fc c 1 aa c am f f 2 am f M f aa 1 2 c f f c aam f f 2 c c aa 2 2 c f 2fc 4

10 3.BÖLÜM 2. Anahtarlamalı Modülatör GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ ÇYB-GM İşaretlerin Üretilmesi-II Bu tür modülatörde diyotun anahtarlama görevi taşıyıcı tarafından (g p (t) işareti kullanılarak) kontrol edilmektedir. Ayrıca, kullanılan diyotun ideal diyot olduğu kabul edilmektedir.

11 3.BÖLÜM ÇYB-GM İşaretlerin Demodülasyonu GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Demodülasyon işlemi yapan devreler demodülatör, dedektör veya sezici olarak adlandırılır. Genlik modülasyonunda demodülasyon iki yöntem kullanılarak gerçekleştirilebilir. 1. Evre Uyumlu (Eş zamanlı) Demodülasyon (Cohorent Detection) 2. Evre Uyumsuz Demodülasyon (Non-cohorent Detection) Evre uyumlu demodülatörlerde taşıyıcının tekrar kullanımına ihtiyaç duyulurken, evre uyumsuz demodülatörlerde bu gereksinim bulunmamaktadır. ÇYB genlik modülasyonlu işaretlerin demodülasyonu için sıklıkla Kare Kanunu Dedektörü ve Zarf Dedektörü kullanılmaktadır.

12 3.BÖLÜM Kare Kanunu Dedektörü GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Modülasyon işlemi için kullanılan bir kare kanunu modülatör, bir kare kanunu dedektör olarak da kullanılır. Bir eğrisel elemanın transfer karakteristiği tanımından, 2 v t av t a v t burada v 1 (t) giriş gerilimini, v 2 (t) çıkış gerilimini gösterirken, a 1 ve a 2 sabitlerdir. Böyle bir düzen GM işaretinin demodülasyonu için kullanılırsa giriş işareti aşağıdaki gibi modülasyonlu işaret olur. v1 t Ac 1 kam t cos 2 fct v2 t aa 1 c 1kam t cos2fct a2a c 12kam t kam t 1cos4fct 2 2 Elde edilen eşitlikteki aakm 2 c a t ifadesi istenilen işaret olup mesaj işaretini vermektedir. Mesaj işaretini veren bileşen bir AGF den geçirilerek mesaj elde edilmiş olur.

13 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Zarf Dedektörü

14 3.BÖLÜM ÇYB-TB GM İşaretlerin Üretilmesi GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Taşıyıcısı bastırılmış çift yan bant genlik modülasyonlu dalga, mesaj işareti ile taşıyıcı dalganın çarpımından oluşmaktadır. ÇYB-TB GM modülatörü olarak kullanılabilecek yapılar: Dengeli Modülatör Halka (Ring) Modulatör Paralel Köprülü Diyot Modülatör Seri Köprülü Diyot Modülatör Anahtarlamalı Modülatör Dengeli Modülatör Bu modülatör yapısı taşıyıcı işareti bastıran dengeli yapı şeklinde düzenlenmiş iki Genlik Modülatörü ile gerçekleştirilmektedir. Her bir modülatörün girişine uygulanan mesaj işaretleri birbirinden 180 faz farklıdır.

15 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Mükemmel bir taşıyıcı bastırımı için her iki modülatörün birbirine mümkün olduğunda eş olması gerekmektedir.

16 3.BÖLÜM Ring Modülatörü GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Çok kullanışlı çarpım modülatörlerinden birisi de halka modülatörlerdir. Diyotların yönleri takip edildiğinde bir halka oluştuğundan dolayı bu modülatör yapısına halka modülatör adı verilmektedir. Diyotların ONyadaOFFdurumundaolmalarını frekansı f c olan bir kare dalga taşıyıcı işaret kontrol etmektedir çünkü taşıyıcı işaretin genlik ve frekansı mesaj işaretinden çok daha büyüktür. Bu modülatörün çalışması diyotların mükemmel bir anahtar oldukları kabul edilerek açıklanabilir.

17 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ

18 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ DSB SC output (Output of transformer T2 )

19 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Ring Modülatörün Çıkış Spektrumu

20 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ ÇYB-TB GM İşaretlerin Demodülasyonu Mesaj işareti m(t), s(t) nin yerel olarak üretilen bir sinüzoidal işaret ile çarpılması ve elde edilen çarpımın bir AGF den geçirilmesiyle elde edilir.

21 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Tek Yan Bant Genlik Modülasyonu (TYB-GM) Genlik modülasyonunda hem taşıyıcı hem de mesaj işaretinin alt ve üst yan bantlarının tamamı iletilmektedir. Mesaj işaretinin tüm özelliği alt ya da üst yan bantta olmasına rağmen iki yan bantta iletilir. Bu durum güç ve bant sınırlı uygulamalarda problem oluşturacağından alt ya da üst yan banttan yalnızca biri ile iletişim yapılabilir. Sadece tek bir yan bandın iletildiği durumdaki modülasyon tipine Tek Yan Bant Genlik Modülasyonu (TYB-GM) denir. TYB-GM kullanımı ile hem iletim için gerekli bant genişliği azaltılmış hem de gerekli güç azaltılmış olmaktadır. Ancak TYB modülasyonu önemli miktarda alçak frekans bileşeni içeren işaretler için uygun değildir.

23 3.BÖLÜM Hilbert Dönüşümü GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Bir x(t) işaretinin Hilbert dönüşümü olan işareti, x(t) ileaynı genlik fakat 90 faz gecikmesine sahip frekans bileşenleri içerir. x(t) /2 Bu dönüşüm ile pozitif frekanslardaki işaret tayfı -j ile çarpılır iken, negatif frekanslardaki işaret tayfı +j ile çarpılır. Hilbert dönüşümü aynı zamanda işaretin tayfının (Fourier dönüşümünün) -jsgn(f) işareti ile çarpılmasına da denktir. ˆx t ˆx(t) 1 x t éx t j x t 2 êë () = () ˆ() ù úû

24 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Bir işaret üzerinde Hilbert dönüşümünün uyarlanması, buişaretin tüm frekans bileşenleri üzerinde 90 faz kaydırması yapılmasına eşittir. Hilbert dönüşümünün bir işaret üzerinde gerçekleştirdiği tek değişiklik işaretin fazını değiştirmektir. İşaretin frekans bileşenlerinin genliği ve dolayısı ile enerji ve gücü Hilbert dönüşüm işlemi sonucunda değişmez. Hilbert dönüşümü kullanılarak TYB GM işaret aşağıdaki gibi ifade edilebilir: ÜYB: AYB: cos2 ˆ sin2 m t m t f t m t f t TYB c c cos2 ˆ sin2 m t m t ft m t ft TYB c c

25 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Tek Yan Bant Genlik Modülasyonu (TYB-GM)

26 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ TYB-GM Eş Evreli Bileşenin Spektrumu

27 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ TYB-GM Dik Evreli Bileşenin Spektrumu

28 3.BÖLÜM TYB-GM İşaretlerin Üretilmesi GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ TYB genlik modülasyonlu işaretlerin üretilmesinde sıklıkla kullanılan iki yöntem bulunmaktadır. İlk yöntem, istenmeyen yan bandın tamamıyla yok edilmesi için keskin kesim frekansına sahip filtrelerin kullanıldığı Seçici Filtreleme yöntemidir. İkinci yöntem ise aynı amacı gerçekleştirmek için faz kaydırma düzeneklerinin kullanıldığı Faz Kaydırma yöntemidir. Seçici Filtreleme Yöntemi Bu yaklaşım TYB işaretlerin üretilmesinde en fazla tercih edilen yöntemdir.

29 3.BÖLÜM Seçici Filtreleme Yöntemi GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Bu yöntemde ÇYB-TB GM işareti istenmeyen yan bandın yokedilmesi için keskin kesim frekanslı bir filtreden geçirilmektedir. Yan bant süzgecinin: Geçirme bandı, istenilen yan bandı içine almalıdır. Geçiş bandı, mesaj sinyalinin en küçük frekans bileşeninin en çok iki katı kadar olabilir.

31 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ TYB-GM İşaretlerin Üretilmesi-II

32 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ TYB-GM İşaretlerin Demodülasyonu

35 3.BÖLÜM GENLİK MODÜLASYONU (GM) ve TÜRLERİ Artık Yan Bant Genlik Modülasyonu (AYB-GM) Klasik genlik modülasyonunun bir türevi olan artık yan band modülasyonu özellikle analog televizyon yayıncılığında tercih edilen bir yaklaşımdır. Çift yan bant genlik modülasyonundaki yan bantlardan biri tam, biride yarım bant olarak gönderilen bir haberleşme türüdür.