Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. Ülkü MEHMETOĞLU Enstitü Müdürü

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ GSM ( 900 / 1800 MHz ) YAYINLARININ KAPSAMA ANALİZİ VE MODELLEMELER Öznur TOPTAŞ FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 2005 Her hakkı saklıdır

2 Prof. Dr.Ömer YAVAŞ danışmanlığında, Öznur TOPTAŞ tarafından hazırlanan bu çalışma 26/10/2005 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı nda Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Başkan : Prof. Dr. Mümtaz YILMAZ Üye : Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Üye : Prof. Dr. Basri ÜNAL Yukarıdaki sonucu onaylarım Prof. Dr. Ülkü MEHMETOĞLU Enstitü Müdürü

3 İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR... iii SİMGELER DİZİNİ... iv ŞEKİLLER DİZİNİ... v 1. GİRİŞ KURAMSAL TEMELLER Maxwell Denklemleri Elektromanyetik Dalgalar Dalga denklemi Elektromanyetik dalgaların özellikleri Elektromanyetik düzlem dalga Elektromanyetik dalganın taşıdığı enerji ve momentum Elektromanyetik dalga polarizasyonu Elektromanyetik dalga yayılımı Anten ve Anten Parametreleri Anten yönlülüğü, kazancı ve yayılım deseni Etkin izotropik yayılım gücü (Effective izotropic radiative power) (EIRP) Etkin yayılım gücü (ERP) Anten faktörü Yakın ve uzak alan Serbest uzay kaybı MOBİL İLETİŞİM SİSTEMLERİ Hücresel Sistemler Makro hücreler Mikro hücreler Piko hücreler GSM (Global Systems for Mobile Communications-Küresel mobil iletişim sistemi) GSM altyapısı Elektromanyetik spektrum ve GSM bandı Yayılım (Propagasyon) Modelleri Çoklu yol yayılımı (Multipath propagation) Doppler yayılımı (Doppler spread) Sönüm kanalı (Fading channel) Okumura Hata modeli Walfisch İkegami modeli ÖLÇÜMDE KULLANILAN CİHAZLAR ve ÖLÇÜM YÖNTEMİ Ölçümde Kullanılan Cihazlar Portatif ölçüm cihazı EB-200 ve anten donanımı Coğrafi konum belirleme cihazı GPS Telekomünikasyon kurumunda kullanılan SMS (Spektrum mühendisliği sistemi) programı Ölçüm Yöntemi... 49

4 4.2.1 Ölçüm yapılacak bölgenin coğrafik yapısı Ölçüm cihazları ile yapılan kapsama alanı analizi SMS programı ile yapılan kapsama alanı analizi ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA Ölçüm Sonucunda Elde Edilen Bulgular SMS Programı İle Elde Edilen Bulgular Okumura Hata modeli kullanılarak elde edilen bulgular Ölçümler ile Modellerin Kıyaslanması SONUÇ KAYNAKLAR EKLER EK EK EK EK EK EK EK EK EK ÖZGEÇMİŞ... 89

5 ÖZET Yüksek Lisans Tezi GSM ( 900 / 1800 MHz ) YAYINLARININ KAPSAMA ANALİZİ VE MODELLEMELER Öznur TOPTAŞ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Yapılan bu tez çalışmasında, Ankara nın Tandoğan, Eryaman semtleri ve ODTÜ arazisinde belirlenen GSM baz istasyonlarının elektrik alan şiddet değerleri ölçülerek, bu baz istasyonlarından yayınlanan sinyallerin etkin olarak alındığı alıcı noktalarının belirlenmesi suretiyle kapsama alanı analizi yapılmıştır. Alıcı, coğrafi konum belirleme cihazı ve diz üstü bilgisayardan oluşan ölçüm düzeneğinde baz istasyonlarının elektrik alan şiddet değerleri ölçülmüştür. Coğrafi konum belirleme cihazı GPS ile belirlenen farklı konumlarda, EB-200 alıcısı ile elektrik alan şiddet değerleri ölçülüp, veriler diz üstü bilgisayara aktarılarak ölçüm değerleri elde edilmiştir. Ölçüm verileri Telekomünikasyon Kurumu nda kullanılan SMS programında Okumura-Hata yayılım modelinin uygulanmasıyla elde edilen verilerle karşılaştırılmıştır. SMS programında Walfisch-İkegami modeli ile ilgili gerekli bileşenler bulunmadığından Walfisch-İkegami yayılım modeli teorik olarak incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda arazi engebesini dikkate almayan Okumura-Hata modelinin, yansıma ve saçılmaların çok olduğu Tandoğan semtinde gerekli düzeltmelerin yapılması ile geçerli olabileceği, ODTÜ arazisi ve Eryaman semti gibi verici ve alıcı arasındaki engellerin çok fazla kayba neden olduğu, yansıma ve saçılma etkilerinin düşük olduğu bölgelerde uygulandığında ise doğru değerlere ulaşılamayacağı sonucuna varılmıştır. 2005, 89 sayfa Anahtar Kelimeler: GSM, Baz istasyonu, Kapsama alanı, Okumura-Hata modeli. i

6 ABSTRACT Master Thesis THE COVERAGE ANALYSIS AND MODELS FOR GSM(900/1800MHz) Öznur TOPTAŞ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Engineering Supervisor : Prof.Dr. Ömer YAVAŞ In this study, coverage analysis has been done for the base stations selected within the Tandoğan and Eryaman districts and within the METU ground of Ankara by measuring their electric fields and in this way by determining the points where the radiated signals are received effectively. A measurement set up consisting of a receiver, a Global Positioning System (GPS) and a laptop computer has been used to carry out the electric field strength measurement of these base stations. At different locations which are determined by using GPS, the electric field strength values of GSM base stations are measured via EB-200 receiver and they are transferred to the laptop computer. Measurement values are compared with the values obtained by using the SMS program with the application of the Okumura- Hata propagation model currently in use Telecommunication Authority. Since the SMS program does not contain the necessary components related with the Walfisch-İkegami model, the Walfisch-İkegami propagation model is studied the theoretically. As a result it is concluded that Okumura-Hata model that ignores the land obstacles can be valid in Tandoğan district, there are ample reflections and scatterings, with the inclusion of necessary corrections whereas if it is applied to regions where the obstacles between the transmitter and the receiver cause too much losses with little reflection and scattering effects, like METU ground and Eryaman district, correct results can not be obtained. 2005, 89 pages Key Words: GSM, Base station, Coverage area, Okumura-Hata model. ii

7 TEŞEKKÜR Bana bu tez çalışmasını yapma fikrini veren, ilgi ve desteğini esirgemeyen danışman hocam Sayın Prof.Dr.Ömer YAVAŞ (Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi) a, tezin başlaması aşamasında çok desteğini gördüğüm Sayın Abdullah Raşit Gülhan (Telekomünikasyon Kurulu Eski Üyesi) a, bana araştırma ve çalışma olanağı sağlayan ve çalışmamın her safhasında yakın ilgi ve önerileri ile beni yönlendiren Sayın Mehmet GÜLŞEN e, Sayın Ali Rıza ÖZDEMİR e, Sayın Fendil ÖZTÜRK e, Sayın Necati UĞURLU ya (Telekomünikasyon Kurumu Spektrum İzleme ve Denetleme Daire Başkanlığı) ve Telekomünikasyon Kurumu Spektrum İzleme ve Denetleme Dairesi Başkanlığı nın diğer çalışanlarına, her zaman yakın ilgi ve desteğini gördüğüm, fikir alışverişinde bulunduğum değerli meslektaşım ve hayat arkadaşım Yasin GÜNGÖR e ve her durumda benden desteğini ve sabrını esirgemeyen çok değerli aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Ankara nın Eryaman, Tandoğan semtleri ile ODTÜ arazisinin kapsama alanları analizinin yapılıp, SMS programında yer alan Okumura-Hata ve Walfisch-İkegami yayılım modellerinden hangisinin, belirlenen bölgeler için geçerli olduğunun sınandığı bu tez çalışması, Telekomünikasyon Kurumu tarafından desteklenmiştir. Öznur TOPTAŞ Ankara, Ekim 2005 iii

8 SİMGELER DİZİNİ BS BSC BTS EIRP ERP GIS GPS GSM IR ISDN İSYAM LOS MS MSC NLOS RF RMD SMS Base Station- Baz istasyonu Base Station Controller-Baz istasyonu Kontrol Edici Base Transceiver Stations-Baz Alıcı Verici İstasyonu Effective Isotropic Radiative Power-Etkin İzotropik Işıma Gücü Effective Radiative Power-Etkin Işıma Gücü Geographic Information System- Coğrafik Bilgi Sistemi Global Positioning System-Küresel Konumlandırma Sistemi Global Systems for Mobile Communications- Küresel Mobil İletişim Sistemi Infrared Radiation-Kızıl Ötesi Işıma. Integrated Services Digital Network-Entegre Servisler Sayısal Şebekesi İletişim ve Spektrum Yönetimi Araştırma Merkezi Line of Sight-Direkt Görüş Mobil Station-Mobil İstasyon (Cep Telefonu) Mobile Service Switching Center-Mobil Santral Merkezi Non Light of Sight-Engelli Görüş Radio Frequency-Radyo Frekans Reflection and Multiple Diffraction-Yansıma ve Çoklu Kırınım Spektrum Mühendisliği Sistemi iv

9 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Elektromanyetik dalga... 6 Şekil 2.2 Elektromanyetik dalganın dalga boyu... 8 Şekil 2.3 Elektromanyetik dalga polarizasyonu Şekil 2.4 Yönsüz anten için örnek yayılım deseni Şekil 2.5 Yönlü anten için örnek yayılım desenleri Şekil 2.6 Anten deseni Şekil 3.1 Hücresel yapı Şekil 3.2 GSM altyapısı Şekil 3.3 Elektromanyetik spektrum Şekil 3.4 Mobil iletişim kanalı için iletim yolları Şekil 3.5 Etkin anten yüksekliği Şekil 3.6 Verici ve alıcı arasındaki engeller Şekil 4.1 Portatif alıcı EB-200 cihazı Şekil 4.2 EB-200 cihazının anten donanımı Şekil 4.3 Coğrafi konum belirleme cihazı GPS Şekil 4.4 Propagasyon ve çalışma parametreleri ekranı Şekil 4.5 Verici/baz istasyon listesi ekranı Şekil 4.6 Verici istasyon bilgileri Şekil 4.7 Alıcı/mobil ünite parametreleri ekranı Şekil 4.8 Propagasyon tahmin çalışması ekranı Şekil 5.1 Eryaman semtinde 954 MHz frekansında gönderme yapan baz istasyonu için izlenen ölçüm güzergahı Şekil 5.2 Eryaman da 954 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için Map Info programında çizdirilen kapsama alanı haritası Şekil 5.3 Eryaman semti için kontur tablosu Şekil 5.4 ODTÜ arazisinde MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu içinizlenen ölçüm güzergahı Şekil 5.5 ODTÜ de 954 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için Map Info programında çizdirilen kapsama alanı haritası Şekil 5.6 ODTÜ arazisi için kontur tablosu Şekil 5.7 Tandoğan semtinde 1822 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için izlenen ölçüm güzergahı Şekil 5.8 Tandoğan da 1822 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için Map Info programında çizdirilen kapsama alanı haritası Şekil 5.9 Tandoğan semti için kontur tablosu Şekil 5.10 Eryaman semti için SMS te çizdirilen kapsama alanı konturu Şekil 5.11 Eryaman semti için kapsama alanı haritası Şekil 5.12 Eryaman semti için sinyal şiddeti ve arazi profili grafiği Şekil 5.13 Tandoğan semti için kapsama alanı haritası Şekil 5.14 Tandoğan semti için sinyal şiddeti ve arazi profili grafiği Şekil 5.15 ODTÜ arazisi için kapsama alanı haritası Şekil 5.16 ODTÜ arazisi için sinyal şiddeti ve arazi profili grafiği Şekil 5.17 ODTÜ arazisi için alınan ölçüm bulguları ile SMS te Okumura-Hata modelinin uygulanmasıyla elde edilen bulguların kıyaslanması v

10 Şekil 5.18 Eryaman semti için alınan ölçüm bulguları ile SMS te Okumura-Hata modelinin uygulanmasıyla elde edilen bulguların kıyaslanması Şekil 5.19 Tandoğan semti için alınan ölçüm bulguları ile SMS te Okumura-Hata modelinin uygulanmasıyla elde edilen bulguların kıyaslanması vi

11 1. GİRİŞ İnsan hayatında oldukça önemli bir yere sahip olan iletişim, bilim ve teknolojideki yeniliklere bağlı olarak her geçen gün gelişmektedir. Bu gelişimin sonucu olarak çok çeşitli iletişim araçları insanların kullanımına sunulmaktadır. Son yıllarda geliştirilen ve kullanımı her geçen gün artan mobil iletişim araçlarından biri olan GSM telefon hizmeti insan hayatını önemli ölçüde kolaylaştırmıştır. Elektromanyetik dalgalar kullanılarak haberleşme sağlayan bildik sistemler yanında mobil iletişim sistemleri; hücresel yapılar olarak farklılık arz eder ve çeşitli büyüklükteki alanları kapsayan çok sayıda baz istasyonundan oluşan bir şebekenin kurulmasını gerektirir. Aynı anda daha çok kullanıcının haberleşmesine olanak sağlayan hücresel yapıda; kapsama ve şebeke planlaması hizmet verilen yerleşim bölgelerinin özelliklerine göre yapılmaktadır. Bu nedenle çok sayıda kapsama hücresi oluşturulmakta ve kapsanacak alanın büyüklüğüne göre makro, mikro ve piko hücreler olarak tanımlanmaktadır. Hücresel sistemlerden günümüz için en önemlisi, elektromanyetik spektrumun 900/1800 MHz frekansında kullanılan GSM sistemidir. GSM Avrupa da geliştirilen ancak kısa zamanda dünya standardı haline gelerek yaygınlaşan bir standarttır. GSM in alt yapısı; mobil telefon, baz istasyonu ve mobil servis anahtarlama merkezi olmak üzere üç temel bölümden oluşmaktadır. Bu sistemde haberleşme baz istasyonundan yayılan sinyalin mobil telefonu-cep telefonu tarafından alınması veya tersine cep telefonundan yayılan sinyalin baz istasyonu tarafından alınması temeline dayanmaktadır. GSM sistemiyle iletişimin etkin bir şekilde gerçekleştirilmesi, önceden belirlenen hücresel kapsama alanlarının yerleşim alanına uygun bir şekilde yerleştirilmiş olmasına bağlıdır. Şebeke içinde vericinin uygun bir şekilde yerleştirilip, hücre planlamasının en iyi şekilde yapılabilmesi için, elektromanyetik yayılımı kestirmek amacıyla kullanılacak modellemelere ihtiyaç duyulmuştur. 1

12 Yayılım modelleri, belirlenen verici tarafından yayınlanan sinyalin alıcı tarafından alınan değerinin tahmininde kullanılmaktadır. Verici ve alıcı arasında sinyal iletimini engelleyici yapıların bulunması sebebiyle sinyal, alıcıya ulaşırken yansıma, kırılma, saçılma, kırınım gibi etkilere maruz kalabilmektedir. Bu etkiler, sinyalin çoklu yol yayılımına neden olur ve sinyal alıcıya birçok yoldan ulaşır. Sinyal yayılımına etki eden etki eden diğer bir etki ise, verici ve alıcının hareketinden kaynaklanan Doppler yayılımıdır. Doppler yayılımı, sinyalde frekans kaymasına sebep olur böylelikle sinyal alıcıya farklı frekanslarda ulaşır. Bu çoklu yol yayılımından dolayı ve Doppler yayılımı nedeniyle vericiden yayılan sinyal, sönüme uğrayarak alıcıya kayıplarla ulaşır. Yayılım modelleri, verici ve alıcı arasında bulunan engeller nedeniyle oluşan yayılım kaybını hesaplamaktadır. Bu hesaplamada verici ve alıcı arasındaki arazinin yapısına bağlı olarak değişen düzeltme faktörleri kullanılmaktadır. Böylelikle yayılım modelleri kullanılarak vericiden yayılan sinyalin hangi noktalarda daha az yol kaybına uğrayıp, güçlü sinyallerin elde edileceği ve alıcıların yerleştirileceği konumlar belirlenmiş olup, kapsama alanı analizi doğru bir şekilde yapılmış olmaktadır. Yayılım tahminleri, yayılımın Maxwell den başlayan karmaşık çözümleri sonucu ortamda olabilen her türlü etkeni içerecek şekilde çözümlenebilir. Ama bu yolla ortaya çıkan zaman ve işlemci gücü ihtiyaçları kabul edilebilir ölçüde değildir. Bu nedenle analitik veya ampirik yöntemler kullanılarak; belli sınır koşulları için ihmal edilebilecek etkileri ayıklayıp dışarıda tutan ve uygulanabilir hesaplama metotları oluşturulması imkanı vardır. Modeller bu hesapları içermekte ve günümüzde iletişimcilerin işlerini kolaylaştıran ve etkinlik/verimlilik yükselişi sağlayan bir unsurdur. Genel elektromanyetik yayılım, çeşitli haberleşme hizmetleri ile hücresel sistemlerin kapsama alanı analizlerinin yapılmasında kullanılan çok sayıda yayınım modelleri bulunmakta ve bu modeller değişik yaklaşım ve parametreleri hesaba katarak daha doğru tahminler yapılmasını hedeflemektedir. Bu modellerden uygulama kolaylığı bakımından en iyi olan Okumura-Hata modeli, 1968 yılında Yoshihisa Okumura tarafından sahada yapılan ölçüm verilerine dayalı olarak tanımlanmıştır yılında Masaharu Hata tarafından tekrar düzenlenmiştir. Bu model, verici ve alıcı arasında bulunan fiziksel engelleri homojen olarak kabul etmektedir. Arazi ve üzerindeki binaları 2

13 ve diğer tür engelleri dikkate almakta fakat bu engellerin ortalama bir yüksekliğe sahip olduğunu varsayarak hesap yapmaktadır. Diğer bir yayılım modeli olan Walfisch- İkegami modeli, verici ve alıcı arasındaki arazide bina yüksekliği ve bina genişliğiyle ilgili parametreler kullanarak yoğun yerleşim bölgelerinde sinyalin yol kaybını belirlemektedir. Walfisch-İkegami modeli, Okumura-Hata modelinden farklı olarak eğer ele alınan arazide engellerle ilgili veritabanı bilgisi varsa bu engellerin her birini ayrı ayrı modellemekte engellerin etkilerini dikkate almaktadır. Şimdiye kadar anlatılanlar doğrultusunda yapılan bu tez çalışmasında, Ankara nın Tandoğan, Eryaman semtleri ve ODTÜ arazisinde belirlenen baz istasyonlarının elektrik alan şiddet değerlerinin ölçülmesi ile etkin iletişimin gerçekleştirileceği alıcı noktalarının belirlenmesiyle kapsama alanı analizi yapılmıştır. Baz istasyonunun konumu ve yayın yaptığı yönler göz önünde bulundurularak uygun anten donanımı ile Rohde&Schwarz marka EB-200 alıcı, portatif konum belirleme cihazı olan Etrex Vista marka GPS ve diz üstü bilgisayarlı ölçüm düzeneği kullanılarak Tandoğan, Eryaman semtleri ve ODTÜ arazisinde farklı noktalarda ölçümler yapılmıştır. Yapılan ölçümler Telekomünikasyon Kurumu nda kullanılan SMS programında Okumura-Hata yayılım modeli kullanılarak alınan ölçümlerle kıyaslanmıştır. Alınan ölçümlerle yapılan kapsama alanı analizinde Okumura-Hata yayılım modelinin Tandoğan semti gibi saçılma ve yansıma etkilerinin çok olduğu bölgelerde gerekli düzeltme faktörlerinin eklenmesiyle geçerliliğinin sağlanabileceği, ODTÜ arazisi ve Eryaman semtleri gibi verici ve alıcı arasındaki engeller nedeniyle sinyalin çok fazla kayba uğradığı bölgelerde Okumura-Hata modelinin engel detayını dikkate almaması nedeniyle uygulanabilir olmadığı sonucuna varılmıştır. Modelin geçerli olup olmamasının araştırılması ile istenen bölgelerde kapsama alanı analizinin doğru ve etkin bir şekilde yapılması sağlanmaktadır. 3

14 2. KURAMSAL TEMELLER Sabit bir elektrik akımına kararlı elektrik ve manyetik alanlar eşlik etmektedir. Değişken bir elektrik akımı ise değişen bir elektrik alan ve buna bağlı olarak değişen bir manyetik alan oluşturur. Elektrik ve manyetik etkilerin oluşturduğu alan elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Elektromanyetik alanda birbirlerine dik elektrik ve manyetik alanların birleşmesi ile oluşan titreşim elektromanyetik dalga olarak ifade edilir. Günümüzde çok çeşitli elektromanyetik dalgalar üretilebilmekte ve algılanabilmektedir. Elektromanyetik dalgalar aynı zamanda çok yüksek hızlarından, boşlukta yayılma özelliklerinden ve birim zamanda iletilen bilgilerin miktarını doğru orantılı olarak arttıran çok yüksek frekanslara kadar modüle edilebilme özelliklerinden dolayı önemli iletişim araçlarıdır. Bu amaçla ikinci bölümde elektromanyetik dalgaların anlatılmasından başlanarak kapsama alanı analizi çalışmasının temel altyapısını oluşturacak bilgilere yer verilmektedir. 2.1 Maxwell Denklemleri Maxwell denklemleri, elektromanyetik olayların incelenmesinde önemli rol oynar. Bütün elektromanyetik olayların kuramsal temelini oluşturan Maxwell denklemlerinin sonuçları geniş yankı uyandırmış ve fizik tarihinde çok etkili olmuştur. Maxwell teorisi, klasik fizikte elektrik ve manyetik alanlar arasında son derece önemli bağlantıyı gerçekleştirmiştir. Bu denklemler, alanlar ile yüklerin ilişkisini ortaya koymakta ve klasik elektromanyetizmayı bütünüyle açıklamaktadır. Elektrik ve manyetik olayların temeli olarak kabul edilen ve (2.1) ile verilen birinci Maxwell denklemi ile ifade edilen fiziksel olgu Gauss Yasası olarak bilinmektedir. Bu yasaya göre kapalı bir yüzeyden geçen toplam elektrik akısı, bu yüzeyin içerisindeki net yük miktarına eşittir. 4

15 ρ r. E r = ε 0 ( Gauss Yasası ) (2.1) Bu denklemde; E, elektrik alanı; ε o, elektriksel geçirgenliği; ρ, uzaysal yük yoğunluğunu belirtmektedir. İkinci Maxwell denklemi, (2.2) ile verilmiştir ve kapalı bir yüzeyden geçen manyetik akının sıfır olduğunu gösteren Manyetik Gauss Yasası olarak bilinir. r. B r = 0 ( Manyetik Gauss Yasası ) (2.2) Burada B, manyetik alan olarak ifade edilmektedir. Maxwell denklemlerinin üçüncüsü (2.3) ile verilen Faraday Yasası olarak bilinmektedir. Manyetik alanın zamanla değişiminin meydana getirdiği elektrik alanın hesaplanmasını sağlar. v r r B xe= t ( Faraday Yasası ) (2.3) Dördüncü Maxwell denklemi Ampere Yasası olarak bilinir ve (2.4) ile gösterilmektedir. Bu yasaya göre, elektrik akımı ve değişken elektrik alanının manyetik alan oluşturabileceği ifade edilmektedir. r r r xb= µ J + µ 0 0ε 0 r E t ( Ampere Yasası ) (2.4) Ampere Yasası nda J, akım yoğunluğunu; µ o, manyetik geçirgenliği; t, zamanı ifade etmektedir. 5

16 Yük ve akım bulunmayan boş uzayda yani, uzaysal yük yoğunluğu (ρ) ve akım yoğunluğunun (J r ) sıfır olduğu durumda Maxwell denklemleri aşağıda belirtilen şekle dönüşür (Griffiths 1996). r. E r = 0 r. B r = 0 v r r B xe = t r r xb= µ 0 ε 0 r E t (2.5) (2.6) (2.7) (2.8) 2.2 Elektromanyetik Dalgalar Bir noktanın titreşim doğrultusu ile dalganın yayılma doğrultusu birbirlerine dik ise bu tür dalgalara enine dalgalar adı verilir. Boş uzayda ışık hızı ile ilerleyen, birbirlerine ve yayılma doğrultusuna dik olan elektrik ve manyetik alan bileşenlerine sahip olan enine dalgalara elektromanyetik dalgalar denir (Şekil 2.1). Manyetik Alan Elektrik Alan Dalgaboyu Şekil 2.1 Elektromanyetik dalga 6

17 Günümüzde radyo dalgaları, radar dalgaları veya mikrodalgalardan kızılötesi, görünür ve morötesi dalgalardan geçerek X ve Gama ışınlarına kadar uzanan geniş bir yelpazede çok çeşitli elektromanyetik dalgalar üretilebilmekte ve algılanabilmektedir. Bunlar yalnız tek bir özellikle, yani frekanslarıyla ya da dalgaboylarıyla birbirinden ayrılır Dalga denklemi Maxwell denklemlerinden Faraday ve Ampere Yasaları nın denklemlerinin rotasyoneli alındığında, r r 2 2 E E= ε 0µ 0 2 t r r 2 2 B B= ε 0µ 0 2 t (2.9) (2.10) bağıntılarında verildiği gibi elektrik ve manyetik alan için ayrı ayrı denklemler elde edilir. Aşağıdaki denklem incelendiğinde bu denklemin elektrik ve manyetik alan için doğruluğu sağlanmıştır. f = c t f 2 (2.11) Bu denklem Klasik Dalga Denklemi olup, c hızıyla ilerleyen bir dalganın hareketini belirtir. Dalganın hızı, c= 1 ε µ 0 0 = 2, m s (2.12) ışık hızıdır (Griffiths 1996). 7

18 2.2.2 Elektromanyetik dalgaların özellikleri Elektromanyetik dalgaların elektrik ve manyetik alan vektörleri birbirlerine ve dalganın yayılma doğrultusuna diktir. Enerji ve momentum taşırlar ve bu nedenle bir yüzey üzerine basınç uygularlar. Yansıma, kırılma, girişim, kırınım özelliklerine sahiptir. Bu niteliklere ek olarak elektromanyetik dalgaların sahip olduğu özellikler aşağıda verilmiştir: Frekans (ν): Elektromanyetik dalgaların saniyede yaptığı salınım sayısına yani kendilerini tekrarlama sıklığına frekans denir. Frekansın birimi Hertz (Hz)'dir. Dalgaboyu (λ): Boşlukta ışık hızı ile ilerleyen bir dalganın değişim yapısı ilerlediği yönde belirli aralıklar ile kendisini tekrar eder. Bu tekrarlama uzaklığı elektromanyetik dalganın dalgaboyu olarak adlandırılır. Boşluk için c = λ. f denklemi ile dalga frekansına bağlıdır (Şekil 2.2). Şekil 2.2 Elektromanyetik dalganın dalga boyu Şiddet (I): Bir elektromanyetik dalga tarafından kendine dik birim yüzeyden geçirdiği ortalama güç değerine şiddet adı verilir. 8

19 cb I = cε 0E0 = 2 2µ 0 (2.13) Elektromanyetik düzlem dalga Uzayın her noktasında, zamanla değişen elektrik ve manyetik alan vektörleri ilerleme yönüne dik olarak hareket ediyorsa elektromanyetik düzlem dalga olarak adlandırılırlar. Düzlem dalganın elektrik ve manyetik alan bileşenleri, r E( x, t) = E 0 e i( κx wt) ˆj (2.14) r B( x, t) = B e 0 i( κx wt) kˆ (2.15) E 0 B 0 : Elektrik Alan Genliği x : Uzaklık : Manyetik Alan Genliği ω : Frekans κ : Dalga Sayısı t : Zaman Elektromanyetik dalganın taşıdığı enerji ve momentum Elektromanyetik dalgalar hareketli elektrik ve manyetik alanlardan oluşurlar. Bu alanlar enerji içerdikleri için elektromanyetik dalgalar uzayda enerji taşırlar ve uzayda yayılırken karşılaştıkları cisimlere enerji aktarabilirler. Bir elektromanyetik dalganın birim zamanda birim alana aktardığı enerji Poynting vektörü ile belirlenir. r 1 r r S = ( E B) µ 0 Watt ( 2 metre ) (2.16) 9

20 Poynting vektörünün herhangi bir noktadaki yönü, o noktadaki enerji akışının yönünü verir. Elektromanyetik dalganın enerjisi, B U = ( ε 0E + ) (2.17) 2 µ 0 denklemi ile ifade edilir. Manyetik alan ve elektrik alan arasında E B = c = E ε 2 0µ 0 (2.18) bağıntısı bulunduğundan enerji denklemi U 1 E ε µ = ( ε 0 E + ) = ε 0E (2.19) 2 µ 0 şeklinde düzenlenir. Bu denklem göre elektromanyetik dalgaların elektrik ve manyetik alanları eşit miktarda enerji taşırlar. Elektromanyetik dalganın momentumu ise, r r 1 P= ε 0µ 0S = 2 c r S (2.20) bağıntısı ile verilir. 10

21 Elektromanyetik dalganın hareket doğrultusuna dik, birim alana düşen güç miktarı güç akı yoğunluğunu ifade eder. Elektrik ve manyetik alan şiddetine basit olarak, r S r r 2 E W ExH = 377 m = 2 (2.21) şeklinde bağlıdır. Buradaki 377 Ω skaler değeri, boşluğun direnci olarak tanımlanır ve dalganın boşlukta yayılmasına gösterilen dirençtir Elektromanyetik dalga polarizasyonu Elektromanyetik dalgalar ne kadar karmaşık olursa olsun kaynaklarından uzaklaştıkça sınırlı bölgelerde faz yüzeyleri küresel ve düzlemsel dalgalar gibi davranır. Ortamda yayılan elektromanyetik dalganın elektrik alanının doğrultusunun yer düzlemine göre yönelimi dalganın polarizasyonu olarak tanımlanır (Şekil 2.3). Verici kaynağın fiziksel yapısına bağlı olarak ortama yayılan elektromanyetik dalganın oluşturulan polarizasyonu; aynı şekilde alıcı anten tarafında da aynı olmalıdır. Lineer Polarizasyon Dalganın elektrik alan yönü, tek bir doğrultuda olduğunda, zamanla değişmediği durumda oluşan polarizasyon lineer polarizasyondur. Elektrik alan bileşeni yer düzlemine paralel konumda olduğu zaman yatay polarizasyonlu olarak adlandırılır. Elektrik alan bileşeni yer düzlemine dik konumda ise bu durum düşey polarizasyon olarak ifade edilir. 11

22 Şekil 2.3 Elektromanyetik dalga polarizasyonu Eliptik Polarizasyon Elektrik alan bileşeni zamanla eliptik bir hareket yapıyorsa buna paralel olarak da polarizasyon zamanla değişir ve verici kaynak tarafındaki anten düzeneği nedeniyle eliptik polarizasyon oluşur. Aynı şekilde elektrik alanın yönü dairesel bir hareket yapıyorsa polarizasyon da zamanla dairesel olarak değişir ve dairesel polarizasyon olarak ifade edilir Elektromanyetik dalga yayılımı Elektromanyetik dalgalar ortamdaki cisimlerle değişik mekanizmalar aracılığıyla etkileşirler. Dalgaboylarına göre büyük düzlemsel yüzeylere ulaştıklarında bu yüzeylerden yansır ve kırılırlar. Enerjilerinin bir kısmı geriye yansırken bir kısmı bu düzlemsel bölgeye nüfuz eder. Köşe, kenar gibi ayrıtlara ulaştıklarında saçılarak, noktasal ya da yönlü kaynak davranışı gösterirler. 12

23 Yansıma (Reflection): Işığın ayna yüzeyinden yansıdığı gibi elektromanyetik dalgalar da çeşitli maddelerden yansırlar. Yansımanın tam olduğu durumda elektrik alan şiddet değeri alıcı noktasında sönümleme veya daha güçlü yayın elde edilmesine sebep olur. Kırınım (Diffraction): Elektromanyetik dalgalar ilerlerken herhangi bir engel ile karşılaştıklarında kırınıma uğrarlar. Dalga çeperi önünde bulunan engelden elektromanyetik dalga belli oranlarda güç kaybederek ilerler. Kırılma (Refraction) : Elektromanyetik dalgalar, havanın yoğunluğuna bağlı olarak ilerleme yönünde yüzeye paralel olma eğilimindedir. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama giren dalga normalden uzaklaşır. Eğilme yüzeye tam paralel olduğunda dalga artık yatay polarize olmuştur. Düşük frekanslarda bu eğilme daha az olduğundan elektromanyetik dalga daha uzun yol alabilir. Saçılma (Scattering) : Mobil iletişim ortamında bir alıcı noktaya kaynaktan doğrudan gelen bileşen ile birlikte yansıma ve kırılma yoluyla oluşan bileşenler de gelir. Saçılma ise belli bir kaynaktan gelen sinyalin, çeşitli cisim ve yüzeylerden rasgele yönlere dağıtılmasıdır. Ortamda çok sayıda ve rasgele konumlardaki kaynaklardan yayılan sinyal yayınlandığı ortamda kompleks bir yapıya neden olur. Alıcıya ulaşan sinyal değeri uğradığı etkiler dolayısıyla vericiden çıkan şeklinden farklılaşmış olur. Asıl bileşen diğer bileşenlerden daha güçlüdür. 2.3 Anten ve Anten Parametreleri Anten, elektrik sinyallerini (voltaj ve akım) elektromanyetik dalgalara veya elektromanyetik dalgaları elektrik sinyallerine dönüştürerek göndermeye ve almaya yarayan pasif elemandır. Antenler verici gücünün yayılım ortamına aktarılmasını sağlayan özel düzeneklerdir (Özdemir 2001). Antenlerin elektronik haberleşme ve fiziksel çözüm açısından önemli parametreleri şunlardır: 13

24 Anten Yönlülüğü, Kazancı ve Yayılım Deseni Etkin İzotropik Yayılım Gücü (EIRP) Etkin Yayılım Gücü (ERP) Anten Faktörü Uzak Alan ve Yakın Alan Anten yönlülüğü, kazancı ve yayılım deseni Anten yönlülüğü: Elektromanyetik enerjiyi uzayda kendinden eşit uzaklıktaki noktalara eşit olarak yayan ya da noktalardan eşit olarak alan antenlere yönsüz anten denir (Şekil 2.4). Genelde elektronik haberleşme sistemlerinde kullanılan antenler yönlüdür ve elektromanyetik enerjiyi belirli bir yönde diğer yönlere göre daha etkin olarak yayar ya da alırlar (Şekil 2.5). Şekil 2.4 Yönsüz anten için örnek yayılım deseni (Tübitak-Bilten 2001) 14

25 Şekil 2.5 Yönlü anten için örnek yayılım desenleri (Tübitak-Bilten 2001) Anten kazancı: Yönlü bir antenin bir noktadaki güç yoğunluğunun aynı güçle beslenen yönsüz antenin aynı noktadaki güç yoğunluğuna oranı, yönlü antenin o noktadaki kazancı olarak tanımlanır. Anten kazancı, antenin ne oranda yönlendirilmiş olduğunun bir göstergesidir (Tübitak-Bilten 2001). Anten yayılım deseni: EM dalgaların yayınlandığı antenlerin yayılım deseni, ortama yayılan enerjinin uzaysal dağılımını belirler (Şekil 2.6). Yönlü antenin yayılım deseni, ana yayılım yönünde diğer yönlere göre kazancı ölçüsünde daha çok enerji yoğunlaştırır ve maruziyet açısından asıl etkisinin bu yönde araştırılması gerekir. Özellikle bir verici istasyonla ilgili belirli bir ölçümde, ölçüm cihazı ve anteninin ana yayılım yönünde bulunup bulunmadığı bilgisi bu bakımdan önemlidir. Ölçüm amaçlı antenlerin kalibreli olması, ölçülen belli bir sinyalin doğru değerini bulmak amacıyla çevredeki diğer sinyallerden etkilenmenin minimuma indirilebilmesi ve zayıf sinyallerde etkinliğin yüksek tutulabilmesi için, yönlülük ve kazanç özellikleri yüksek olan antenler kullanılmasına ihtiyaç vardır. 15

26 Şekil 2.6 Anten deseni (Sevgi 2000) Etkin izotropik yayılım gücü (Effective izotropic radiative power) (EIRP) İzotropik anten, bütün yönlerde hep aynı şekilde birim kazanç ile güç yayan ideal bir antendir. Çoğunlukla telsiz sistemlerde anten kazancından söz edilirken kullanılır. Nokta bir kaynaktan 360º açıda bütün yönlere eşit oranda ışıma olduğunda eşit olarak her yönde dağılan güç etkin izotropik yayılım gücü (EIRP) olarak tanımlanır. Etkin izotropik yayılım gücü ( EIRP ), EIRP = P t. G t (2.22) bağıntısı ile ifade edilir. Burada P t, verici anten kazancını, G t ise iletilen gücü ifade etmektedir. EIRP, izotropik anten kullanıldığında anten kazancı yönünde vericiden yayılan kullanılabilir maksimum yayılım gücünü ifade etmektedir. 16

27 2.3.3 Etkin yayılım gücü (ERP) Etkin yayılım gücü (ERP), yarım dalga dipol anten kullanıldığında maksimum yayılım gücünü belirtmek için etkin izotropik yayılım gücünün (EIRP) yerine kullanılır. Dipol antenin lineer kazancı 1,64 olduğundan, EIRP = ERP+2,15 (2.23) olarak ifade edilir Anten faktörü Havadaki elektrik alan şiddet değerinin spektrum analizör girişinde oluşan potansiyel farkına oranıdır. Anten faktörü, k = E V V / m 1 = = V m (2.24) şeklinde tanımlanır (Özdemir 2001) Yakın ve uzak alan Antenlerin maksimum ışıma doğrultuları, kazançları ve desenleri fiziksel yapılarına bağlı olarak frekansla değişim gösterirler. Verici anteninde oluşturulan elektromanyetik enerjinin yayılım ortamına aktarılması ve iletilmesi sırasında, anten ve yayılım ortamının iki ayrı iletkenlik değerine sahip olması nedeniyle verici anteninden itibaren dışa doğru bir süreksizlik veya geçiş bölgesi söz konusudur. Uzaklığı yayın yapan kaynağa 2D 2 /λ kadar olan bu alan yakın alan olarak ifade edilir. Elektromanyetik 17

28 dalganın, düzlem dalga özelliği gösterdiği ve antenden 2D 2 /λ dan daha uzak olduğu mesafe de uzak alan olarak ifade edilir. Burada, D, antenin maksimum boyunu (m), λ ise dalga boyunu (m) ifade etmektedir (Özdemir 2001) Serbest uzay kaybı Nokta kaynaktan uzaklaştıkça, yani kürenin yarıçapı büyüdükçe, enerjinin daha geniş bir yüzeye dağılması sonucu; kürenin birim yüzey alanına düşen enerji azalmaktadır. Bu suretle bir verici kaynaktan uzaklaştıkça elektromanyetik dalganın enerjisinde meydana gelen zayıflamaya "serbest uzay kaybı (free space loss) denilmektedir. Serbest uzay kaybı, L fsl λ = 10 log 4 π d 2 (2.25) L fsl = 32,45 20 log d 20 log f (2.26) olarak ifade edilir. Burada f, frekans (MHz), d ise km cinsinden verici ve alıcı arasındaki uzaklıktır (Özdemir 2001). 18

29 3. MOBİL İLETİŞİM SİSTEMLERİ Mobil iletişim, cep telefonlarıyla kurulan iletişim sistemidir. Mobil iletişim sisteminin alt yapısını, yeterli sayıdaki baz istasyonunun oluşturduğu şebeke meydana getirmektedir. Bu baz istasyonları, hücre içinde gelen konuşmaları mobil telefona gönderip, oradan geri gönderilen cevapları şebekeye geri ileterek verici ve alıcı görevi yapmaktadırlar. Baz istasyonlarının kapsama alanı maksimum 35 km ile sınırlıdır. Hücre çapının küçük tutulması ve BTS (Baz alıcı verici istasyonları) sayısının arttırılması nedeniyle çok sayıda baz istasyonuna gerek vardır. 3.1 Hücresel Sistemler Bir baz istasyonu tarafından kapsama alanı içine alınan ve servis verilen en küçük kara parçasına hücre (cell) denir (Şekil 3.1). Her hücrede mobil telefon santrali ile bağlantı kurulmasını sağlayan bir ana alıcı-verici istasyonu ve anten vardır. Bu coğrafi alan içindeki tüm telefon görüşmeleri bu anten ve istasyon üzerinden gerçekleşir. Hücreler Şekil 3.1 Hücresel yapı 19

30 Hücre planlaması, yerleşim bölgelerinin özelliklerine göre yapılır. Şehir içi, şehir dışı, çok katlı binaların olması ya da olmaması, kapsanacak bölgede GSM abone sayısının az ya da çok oluşu hücre planlamasını değiştirir. Kapsamanın büyüklüğüne göre hücreler piko, mikro ve makro hücreler olarak ifade edilmektedir Makro hücreler Yerleşimin seyrek olduğu bölgelerde km yarıçapında bir alana hizmet verir. Örneğin; kırsal alanlar, şehirlerarası otobanlarda kullanılır. Bu hücre tipinde baz istasyonu anteni genellikle çevredeki binaların çatı tepe seviyesi üstündeki alanda kurulur. Bu yüzden yol kaybı çoğunlukla çatı tepelerindeki kırınımlar tarafından belirlenmektedir. Makro hücreler arasında düşük koruma oranları uygulandığından, izolasyon da düşüktür. Hücre içinde dalganın birçok yayılım yolu bulunmakta ve hücre büyüklüğünün fazla olmasından dolayı içindeki olası engel çokluğuna bağlı olarak birçok saçılma meydana gelmekte, yayılım gecikmesi yüksek olmaktadır Mikro hücreler Yerleşimin yoğun olduğu ve makro hücresel kapsamayı geliştirici ve tamamlayıcı olarak yaklaşık 1000 m yarıçapında kurulan sistemlerdir. Örneğin; hava alanları ve büyük alış - veriş merkezlerinde kullanılır. Mikro hücre için baz istasyonu antenleri çevredeki binaların çatı tepe seviyesinin aşağısında kurulmuştur. Bu durumda dalga yayılımı, etraftaki kırınım ve caddelerdeki dalga klavuzu etkilerine rehberlik eden, binalardaki yansımalar tarafından belirlenmektedir. Bitişik hücreler arasında izolasyon iyi yapılmıştır. Yayılım gecikmesi düşük olup, birkaç güçlü yayılım yolu bulunmaktadır. 20

31 3.1.3 Piko hücreler Daha çok bina içi haberleşmelerde kullanılan ve m yarıçapında kurulan sistemlerdir. Örneğin; konferans salonlarını, lobileri kapsamak üzere tasarlanmıştır. Piko hücre bina içi kapsamalarını sağlamak veya çok küçük açık alanları kaplamak için kullanılır. Herhangi bir durumda piko hücrenin baz istasyonu anteni bina içinde veya açık alanların çatı tepe seviyelerinin aşağısında kurulmuştur. Sadece birkaç yayılım yolu olup, yayılım gecikmesi çok düşüktür. Hücreler arası düşük izolasyon ve açık alan hücreleri ile etkileşim piko hücre tipi hücreler için sorun oluşturmaktadır. 3.2 GSM (Global Systems for Mobile Communications-Küresel mobil iletişim sistemi) Günümüzde teknoloji alanındaki hızlı gelişmeler özellikle telekomünikasyon alanında büyük değişimlere neden olmuştur li yılların başında mobil iletişim için hücresel kavramının ortaya konması ile bütün dünyada bu temelde farklı analog mobil iletişim sistemleri geliştirildi. Bu sistemlerden bazılarının başarılı olmasına rağmen sistemlerin bağımsız olmaları ve birbirleri ile uyumlu olmamaları gibi kesin kısıtlamalar bulunmaktaydı. 80 li yılların sonlarına doğru Avrupa ülkeleri arasında dolaşıma izin verecek, açık standardlarla dizayn edilecek, birleşik servisler sayısal şebekesi (ISDN) servislerinin sağlanabilmesi için dijital teknolojilerin kullanılabileceği sayısal telsiz teknolojisindeki gelişmelerin en ileri ürünü olarak GSM geliştirildi. Aralarında Türkiye nin de bulunduğu 18 Avrupa ülkesi 1989 yılında kabul ettikleri ortak bir anlaşma ile GSM sistemini uygulamaya başlamışlardır ( 2004). Mobil iletişim sisteminin en yeni ve en gelişmişlerinden biri GSM sistemidir. GSM, bir mobil telefon sistemidir ve bu sistemde kullanılan cihazın; taşındığı yeri, kullanıldığı alanı, niteliğini ve adını belirlemez. GSM teknolojisi ile çalışan ve elde, cepte veya çantada taşınan çeşitli ebatlardaki telefonlar olduğu gibi, çeşitli kara nakil vasıtalarına monte edilebilen GSM dışında başka teknolojilerle üretilmiş ve kullanılmakta olan araç 21

32 telefonları da vardır. GSM sistemi çok kısa zamanda konuşma kalitesini arttırdı. Uluslararası bir standard olması ve alt türevlerinin bulunmaması nedeniyle tüm dünyada aynı telefon numarası ve mobil cihazının kullanılabilmesi imkanını sunmuştur. GSM sisteminin analog telefon sistemlerine göre en büyük farkı güvenlik düzeyinin yüksek olmasıdır. GSM ayrıca uluslararası dolaşım desteği, kullanıcı ve cihaz tanımlamasının ayrılması, yüksek konuşma kalitesi, ucuzluk gibi yararlar sağlamaktadır ( 2004) GSM altyapısı Yönetilebilir iletişim sistemlerinin oluşturulmasının en iyi yolu bu sistemleri birbirlerine bağlanmış alt gruplara bölmektir. GSM altyapısı, işleyişi ve şebeke özellikleri açısından, Mobil istasyon Cep telefonu (MS Mobile Station) Baz istasyonu (BS Base Station) Mobil anahtarlama merkezi (MSC Mobile Service Switching Center) olmak üzere üç kısımdan oluşur (Şekil 3.2). 22

33 Şekil 3.2 GSM altyapısı Mobil istasyon Cep telefonu: Mobil istasyonlar, aboneler tarafından taşınan mobil telefonlardır. Mobil telefon, mobil telefon şebekesinin bağlı olduğu radyo baz istasyonu ile doğrudan bağlantı kurarak hizmet vermektedir. Mobil telefonların baz istasyonu ile haberleşebilmesi için mobil telefonun baz istasyonundan gelen sinyalleri alabilecek mesafede bulunması gerekmektedir. Telefon açık olduğu sürece, GSM şebekesinin en yakın anteni ile devamlı irtibat halindedir. Mobil telefon ile serbest olarak hareket edildiğinde, sistem otomatik olarak takip eder ve hangi hücrenin görüşme için uygun olduğunu belirler. Baz istasyonu: Baz istasyonu, bir GSM hücresinde abonelerle iletişimi sağlayan verici-alıcı sistemdir. Baz istasyonları, hücresel haberleşme sistemlerinde, merkezi istasyon olarak görev 23

34 yaparlar. Baz istasyonları olmadan mobil telefonlar iletişim sağlayamazlar. Herhangi bir mobil telefondan gelen çağrı isteğinin ilgili kullanıcıya ulaştırılması bu ağ yapısı tarafından gerçekleştirilir. Hücresel ağ yapısı sayesinde aynı anda daha çok kullanıcı haberleşebilir. Her hücrede bir baz istasyonu bulunur. Bu istasyonlar hem abonelerle hem de komşu hücrelerin baz istasyonları ile sürekli iletişim halindedirler. Baz istasyonlarının kurulmasının amacı; kapsamayı genişletmek, kapsama alanındaki ölü bölgeleri yok etmek, kapsanan bölgedeki abone sayısının artması nedeniyle artan ihtiyacı karşılamaktır. Baz istasyonu sistemi BTS ve BSC olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. GSM, cep telefonlarını hücresel şebekeye bağlamak için BTS adı verilen bir dizi radyo ileticiyi kullanır. BTS ler radyo arabirimini kontrol eder aynı zamanda kanal kodlaması ve kod çözme işlemlerini yapar. BTS ekipmanları, alıcı-verici ünite ve antenden oluşmaktadır ve her bir hücreye servis vermektedir. BTS, gerekli çağrı işlem kapasitesini sağlamak için bir veya daha fazla alıcı-vericilerden oluşabilir. BTS ler, BSC ler tarafından kontrol edilirler. Bir grup BTS belirli bir baz istasyon kontrolörüne bağlanır. BSC, radyo dalgaları ile ilgili tüm fonksiyonlara kumanda eder. BSC nin ana fonksiyonu, çağrı sağlamasıdır. Mobil istasyon, radyo kanalı tahsis etme ve hücre veri bilgilerini toplama görevleri vardır. Aynı zamanda BTS lerin iletici gücünü değiştirebilir. BSC ler bağlı bulundukları santraller tarafından kontrol edilirler (Beyaz 2004). Baz istasyonları tek hücreden ya da birden fazla hücreden oluşmalarına göre iki kısımda incelenebilir. Tek hücreden oluşan baz istasyonları her yönlü baz istasyonları olarak adlandırılır ve baz istasyonundan yapılan yayılım 360º boyunca eşit aralıklarla gerçekleştirilmektedir. Kullanılan antenler de baz istasyonu ışımasına uygundur. Birden fazla hücreden oluşan baz istasyonları sektörel baz istasyonları olarak isimlendirilir. GSM de üç hücreden oluşan baz istasyonları kullanılmaktadır. Bu baz istasyonlarında kullanılan antenler ise belirli bir açıyla ışıma yaparlar. Sektörel baz istasyonlarıyla belli bir bölgeye odaklanma ve hücre sınırlarını belirlemek kolayca sağlanmaktadır. Böylelikle sinyaller sadece belirlenen sınırlara yüksek kaliteyle iletilecek ve daha etkin bir biçimde kullanılacaktır. 24

35 Bütün bu özellikler doğrultusunda yerleşimin yoğun, abone sayısının fazla olduğu kentsel alanlarda sektörel baz istasyonları; yerleşimin seyrek, abone sayısının az olduğu kırsal alanlarda her yönlü baz istasyonları kullanılmaktadır. Mobil anahtarlama merkezi: Bir mobil abonenin ihtiyaç duyduğu tüm fonksiyonları sağlar. Şebekedeki bağlantının, konuşma ve veri haberleşmesinin yapıldığı birimdir. Mobil servis anahtarlama merkezi, mobil abonelerin yönetimi için kullanılır. Cep telefonunun nerede olduğu bilgisi ve abonenin kimlik bilgilerine dair her türlü veriyi tutan bilgi bankasıdır. Buradaki bilgiler, doğrudan baz istasyonunun konumu ile ilgilidir. Çünkü abonelerin çağrıları alabilmeleri için baz istasyonu sistemine ihtiyaçları vardır. Ayrıca mobil istasyonlarının yapılan ya da alınan çağrı esnasında bulunduğu yerde çağrı kontrollerinin yapılmasını, abone olunan hizmetlerin elde edilmesini sağlar Elektromanyetik spektrum ve GSM bandı Görülebilir ışık ve radyo dalgalarına ek olarak geniş bir elektromanyetik dalgaboyları (frekansları) aralığı vardır. Bu geniş aralığa elektromanyetik dalga spektrumu adı verilir (Şekil 3.3). Çeşitli dalgaboyları, doğal ve mühendislik uygulamaları olarak farklı durumlar oluştururlar. Elektromanyetik spektrum, gamma ışınlarından radyo dalgalarına kadar geniş bir frekans aralığına yayılmıştır. Bütün frekanslardaki ışınımlar aynı hızla yayılırlar ve aynı elektromanyetik yapıdadırlar. 25

36 Şekil 3.3 Elektromanyetik spektrum Spektrumdaki ışımalar, düşük frekanslardan yüksek frekanslara doğru radyo dalgaları, mikro dalgalar, kızıl ötesi ışınlar, görünür ışık, morötesi ışınlar, X-ışınları, gamma ışınları olmak üzere sıralanmışlardır. GSM bandı, spektrumda mikro dalgaların bulunduğu aralıkta yer almaktadır. Mikrodalgalar 0,3 m 10-4 m arasında değişen dalgaboylarına sahiptirler ve elektronik cihazlarla meydana getirilirler. Kısa dalgaboylarından dolayı radar sistemleri ve maddenin atomik ve moleküler parametrelerinin incelenmesinde kullanılırlar. 3.3 Yayılım (Propagasyon) Modelleri Yayılım modelleri; belirlenen verici tarafından yayılan sinyalin, ölçüm alanında alıcı tarafından alınan değerinin tahmin edilmesinde kullanılır. Bu modeller verici ve alıcı arasındaki engeller nedeniyle vericiden yayılan sinyalin uğradığı değişikliklerin hesaba katılmasıyla oluşan yayılım kaybını hesaplamaktadır. Verici ve alıcı arasındaki engellerin varlığından dolayı sinyalin uğradığı değişikliklere neden olan etkiler, çoklu 26

37 yol yayılımı, Doppler yayılımı ve sönüm etkileridir. Buna göre yayılım modelleri kullanılarak vericiden yayılan sinyalin hangi noktalarda daha az yol kaybına uğrayıp, güçlü sinyallerin elde edileceği ve alıcıların yerleştirileceği konumlar belirlenmiş olmaktadır. Böylelikle şebeke içinde vericinin doğru bir şekilde yerleştirilmesiyle, hücre planlaması etkin bir şekilde yapılmış olacaktır. Yayılım modelleri, verici ve alıcı arasındaki arazinin yapısına veya toprak tipine bağlı olan düzeltme faktörleri kullanır. Bu tez çalışmasında Okumura-Hata yayılım modeli kullanılarak kapsama alanı analizi yapılmıştır. Walfisch-İkegami yayılım modeli ise teorik olarak incelenmiştir Çoklu yol yayılımı (Multipath propagation) Mobil iletişimde yayılan elektromanyetik dalgalar, direk görüş yolunu tıkayan engellerden dolayı alıcı antene direk olarak varamazlar. Gerçekte alınan dalgalar; binaların, ağaçların ve diğer engellerin neden olduğu saçılma, yansıma ve kırınımdan dolayı bütün yönlerden gelen dalgaların birleşimidir. Bu etki, çoklu yol yayılımı olarak bilinir (Şekil 3.4). 2. yol Binalar Direk Yol Baz İstasyonu 3.yol Yüksek Binalar Alıcı Şekil 3.4 Mobil iletişim kanalı için iletim yolları 27

38 Şekil 3.4 te baz istasyonundan yayılan sinyallerin ve alıcıya değişik yollarla ulaştığı görülmektedir. Baz istasyonu tarafından yayınlanan sinyaller, düz bir hat boyunca ilerleyebilir veya bina veya küçük nesnelerin saçılmalarından yansıyabilir. Bu sadeleştirilmiş şekil, sinyal için sadece üç tane olası yolu göstermektedir. Gerçekte daha çok yol söz konusudur. Çoklu yol yayılımı nedeniyle; alınan sinyal, iletilen sinyalin her biri birbirini etkileyen zayıflamış, gecikmeli ve faz kaymalı örneklerinin sınırsız toplamından oluşur. Her bir kısmi dalganın fazına bağlı olarak dalgaların birleşmesi, yapıcı veya yıkıcı olabilir. Bundan farklı olarak iletilen sinyaller, iletim süresince bozulabilir ve çoklu yol yayılımı nedeniyle farklı zamanlarda alıcıya varır. Böylelikle alıcıda birbirinden farklı, ayırt edilebilen birçok sinyal meydana gelir. Bu etki, (çoklu yol yayılımı nedeniyle) gecikme yayılımı olarak adlandırılır. Sonuç olarak; gerçek sinyal, sinyalin parçalarının farklı gecikmelerinden dolayı yayılır. Çoklu yol yayılımı nedeniyle olan bozulmalar lineerdir ve alıcı tarafından karşılanmak zorundadır. Veri gösteren sinyaller üzerinde bu gecikme yayılımının etkisi ile sinyal birkaç zayıf sinyale dönüşecektir. Şekil 3.4 incelendiğinde; vericiden yayılan sinyal için sadece üç tane yol gösterildiğinden göndericideki sinyal, alıcıda üç küçük sinyal olarak sonuçlanacaktır. Bu durum; yüzlerce farklı yolla birlikte, tek sinyalin alıcıda birçok sinyalle sonuçlanacağı anlamına gelmektedir. Her bir yol farklı zayıflamaya ve alınan sinyaller farklı güçlere sahiptir. Alınan sinyallerin bazıları bulunsa bile çok zayıf olacaktır. Gecikme yayılımı daha önce sabit radyo vericileri ve alıcıları durumunda meydana gelirken, eğer alıcı veya göndericiler ya da her ikisi de hareket ediyorsa durum daha karmaşık hale gelir. Kanal özellikleri zaman üzerinden değişir ve sinyal yol üzerinde değişerek hareket eder. Bu etki araba kullanırken analog radyolarda daha iyi gözlenmektedir. Alınan sinyalin gücü, zaman üzerinden çok değişir. 28

39 3.3.2 Doppler yayılımı (Doppler spread) Çoklu yol yayılımının yanı sıra; sinyal iletimini etkileyen etkenlerden birisi, gönderici ve alıcı hareketinin neden olduğu Doppler yayılımıdır. Doppler yayılımı, mobil radyo kanalının iletim özellikleri üzerinde olumsuz etkiye sahiptir. Alıcının hareketinden dolayı Doppler yayılımı, kısmi dalgaların her birinde frekans kaymasına neden olur. Sabit v hızıyla d uzunluğunun x ve y noktaları arasında hareket eden bir alıcı uzaktaki bir S kaynağından sinyalleri aldığında S kaynağından, x ve y noktalarındaki alıcıya ulaşan dalgalar tarafından alınan yol arasındaki fark, l = d cosθ = v t cosθ (2.27) olur. Burada; t : Hareketlinin x ten y ye gitmesi için gereken zaman. θ : Kaynağın çok uzakta varsayıldığı durumda x ve y nin aynı zamanda kaynakla yaptığı açıdır. Yol uzunluklarındaki farka göre alınan sinyalde faz değişir. 2π l 2πv t φ = = cosθ (2.28) λ λ Bu nedenle frekanstaki belli değişiklik veya Doppler yayılımı f d ile verilir. 1 φ v f d = = cosθ (2.29) 2π t λ 29

40 Bu bağıntı, dalganın varış yönü ve alıcının hareket yönü arasındaki uzaysal açı ve alıcının hızına bağlı olan Doppler yayılımını ifade eder. Eğer alıcı, dalganın varış yönüne doğru hareket ediyorsa Doppler yayılımı pozitif, eğer alıcı, dalganın varış yönünden dışarı doğru hareket ediyorsa, Doppler yayılımı negatif olur. Doppler yayılımı nedeniyle iletilen sinyalin spektrumu, iletim boyunca frekans genişlemesine uğrar. Bu etki, frekans dağılımı olarak adlandırılır. Frekans dağılımının değeri, temel olarak alınan kısmi dalgaların genlikleri ve Doppler frekansına bağlıdır Sönüm kanalı (Fading channel) Sinyal verici anteninden ayrıldığı zaman yolu üzerinde değişik yapılarla yansıma, saçılma, kırınım ve kırılmaya uğrar. Kanaldaki çeşitli engellerin varlığından kaynaklanan sinyal kaybının artışı ve ortalama değer etrafındaki iletim kaybı dalgalanmaları incelendiği zaman alınan sinyalin belirlenmiş doğasını kaybettiği, zamanda ve uzayda rasgele haline geldiği görülür ve iletim kaybının bu yönü sönüm terimiyle tanımlanır. Bir başka deyişle sönüm, yayılım şartlarının sabit olmaması, devamlı değişmesi nedeniyle dalganın genliğinin değişmesi anlamına gelir. Sinyal yayılım kanalındaki birçok fiziksel faktör sönümü etkiler. Bu faktörler şunlardır: Çoklu yol yayılımı: Kanaldaki saçıcılar ve yansıma nesnelerinin var olması nedeniyle vericiden yayılan sinyal alıcıya birçok yoldan ulaşır. Farklı çoklu yol bileşenlerinin rasgele faz ve genlikleri sinyal gücünde dalgalanmalara neden olur, onunla ilgili olarak sönüm ve sinyal bozulumuna ya da her ikisine birden neden olur. 30

41 Alıcının hızı: Verici ve alıcı arasındaki ilişkili hareket her bir çoklu yol bileşenindeki farklı Doppler kaymalarına neden olur. Doppler kayması, alıcının baz istasyonuna doğru ya da baz istasyonundan dışa doğru hareket etmesine göre pozitif veya negatif olur. Çevredeki nesnelerin hızı: İletişim kanalındaki nesneler hareketli ise, çoklu yol bileşenlerinde zaman değişimli Doppler kaymasına neden olur. Çevredeki nesneler, alıcıdan daha büyük bir hızla hareket ederlerse bu etki sönüme neden olur. Aksi takdirde, çevredeki nesnelerin hareketine önem verilmeyebilir ve sadece mobilin hızının göz önüne alınması gerekebilir. Sinyalin iletim band genişliği: İletilen sinyalin band genişliği, çoklu yol kanalının band genişliğinden daha büyük ise, alınan sinyal bozulacaktır. Fakat alınan sinyal gücü, yerel alan üzerinde fazla sönüme uğramayacaktır. İletilen sinyal, kanalla karşılaştırıldığı zaman dar band genişliğine sahiptir, sinyalin genliği hızla değişecektir. Fakat sinyal zamanla bozulacaktır. Bu nedenle sinyal gücü istatistikleri ve uzaklıklar üzerinden sinyal bozulma belirtileri olasılığı spesifik genliklerle ve çoklu yol kanalının gecikmeleri ile çok fazla ilişkilidir. Eğer iletilen sinyalin band genişliği çoklu yol kanalının düz sönüm band genişliğinden daha büyük ise, alınan sinyal bozulur. Alınan sinyalin zaman gecikme yayılımı: Kanalda saçıcılar ve yansıma nesnelerinin var olması sinyal enerjisini dağıtan sabit değişimli çevre meydana getirir. Bu etkiler, alıcı antene ulaşan, zamanda ve uzayda yer değiştiren çoklu sinyallerle sonuçlanır. 31

42 Rasgele faz ve genlik: Vericiden çıkıp farklı yollardan alıcıya ulaşan sinyallerin rasgele faz ve genlikleri, sinyal gücünde hızlı dalgalanmalara neden olur. Sinyal parametreleri (band genişliği, periyod, vb.) ile kanal parametreleri (gecikme yayılımı, Doppler yayılımı) arasındaki ilişkiye bağlı olarak farklı iletilen sinyaller farklı tiplerdeki sönüme uğrarlar. İletim kanalındaki zaman ve frekans dağılımı mekanizmaları, iletilen sinyal, kanal ve hıza bağlı olarak belirtilen farklı etkilere neden olur. Çoklu yol gecikme yayılımı; zaman dağılımı ve frekans seçmeli sönüme yol açarken, Doppler yayılımı; frekans dağılımı ve zaman seçmeli sönüme yol açar. İki yayılım birbirinden bağımsızdır. Çoklu yoldan dolayı zaman dağılımı, iletilen sinyalin düz veya frekans seçmeli sönüme uğramasına neden olur. Eğer hareketli iletim kanalı sabit kazanca ve iletilen sinyalin band genişliğinden daha büyük olan band genişliği üzerinden lineer faz cevabına sahipse, alınan sinyal düz sönüme uğrayacaktır. Bu tip sönüm, literatürde yaygın sönüm tipi olarak tanımlanır. Düz sönümde, iletilen sinyalin özellikleri alıcıda korunur. Fakat çoklu yolun neden olduğu kanalın kazancındaki dalgalanmalardan dolayı, alınan sinyalin gücü değişir. Eğer kanal kazancı zaman üzerinden değişirse, alınan sinyalin genliğinde değişiklik oluşur. Zaman üzerinden, kazançta alınan sinyal değişir fakat iletimin spektrumu korunur. Düz sönüm kanalında iletilen sinyalin iki taraflı band genişliği, kanalın çoklu zaman gecikme yayılımından daha geniştir. Düz sönüm kanalları, genlik değişim kanalları olarak da bilinir ve bunlar bazen dar band kanalları olarak düşünülür. Düz sönüm kanalları, büyük sönümlere neden olur. Eğer kanal, iletilen sinyal band genişliğinden daha küçük bir band genişliği üzerinden lineer faz cevabına ve sabit kazanca sahipse, kanal alınan sinyal üzerinde frekans seçmeli sönüm yaratır. Bu şartlar altında; kanal tepki cevabı iletilen mesaj dalga formunun iki taraflı band genişliğinden daha büyük çoklu yol gecikme yayılımına sahiptir. Bu durum meydana geldiği zaman alınan sinyal, zamanda geciken ve zayıflayan iletilen dalga biçiminin çoklu versiyonlarını içerir ve bu nedenle alınan sinyal bozulur. Frekans 32

43 seçmeli sönüm, kanal içindeki iletilen sinyallerin zaman dağılımından dolayı meydana gelir. Frekans alanında, alınan sinyal spektrumundaki kesik frekans bileşenleri diğerlerinden daha fazla kazanca sahiptir. Kanal, farklı frekans bileşenleri için kazancın farklı olduğu durumlarda frekans seçmeli hale gelir. Frekans seçmeli sönüm kanalları, her bir çoklu yol sinyalinin modellenmesi gerektiğinden düz sönüm kanallarından daha karmaşıktır ve kanal lineer filtre olarak düşünülmelidir. Frekans seçmeli sönüm kanalları geniş band kanalları olarak da bilinir. Çünkü sinyal band genişliği kanalın itme cevabının band genişliğinden daha geniştir. Doppler yayılımı, iletilen sinyalin hızlı veya yavaş sönüme uğramasına neden olur. İletilen sinyalin kanalın değişim hızıyla karşılaştırıldığında, hızla nasıl değiştiğine bağlı olarak kanal hızlı veya yavaş sönüm kanalı olarak sınıflandırılabilir. Sinyal bozulması, hızlı sönüme rağmen iletilen sinyalin band genişliği ile ilişkili Doppler yayılımının artması ile artar. Bu nedenle sinyal hızlı sönüme uğrar. Kanal hızlı veya yavaş sönüm olarak açıkça belirtildiği zaman, kanalın düz sönüm ya da frekans seçmeli olduğu belli değildir. Hızlı sönüm, harekete rağmen sadece kanalın değişim hızıyla ilgilidir. Bu nedenle düz sönüm, hızlı sönüm kanalının iletilen sinyal değişim hızından daha hızlı değişen bir kanaldır. Frekans seçmeli, hızlı sönüm kanalı durumunda herhangi bir çoklu yol bileşeninin zaman gecikmeleri, genlikleri ve fazları iletilen sinyal değişim hızından daha hızlı değişir. Uygulamalarda; hızlı sönüm sadece çok düşük veri hızları için meydana gelir. Yavaş sönüm kanalında; kanal itme cevabı, hız olarak iletilen sinyalden oldukça yavaş değişir. Bu durumda, kanalın bir veya birkaç karşılıklı band genişliği aralıkları üzerinden durgun olduğu varsayılır. Kanalın Doppler yayılımının sinyal band genişliğinden daha düşük olduğu durumu içerir. Alıcının veya kanaldaki nesnelerin hızı, sinyalin hızlı ya da yavaş sönüme uğramasını belirler Okumura Hata modeli Okumura-Hata ölçüm modeli, ilk kez Yoshihisa Okumura tarafından Tokyo da yapılan çok sayıdaki ölçüm verisine dayalı olarak 1968 yılında tanımlanmıştır yılında Masaharu Hata, Okumura nın alan mobil radyo servislerindeki yayılım kaybı için 33

44 geliştirdiği ampirik formülü matematiksel modele uygun hale getirmiştir. Model, ilk olarak yerleşimsel alanlarda kullanılmak üzere oluşturulmuştur. Daha sonra kenar semt alanları, kırsal alanlar, düzensiz araziler ve farklı baz istasyonları, mobil istasyon anten yükseklikleri için düzeltme faktörleri eklenerek düzenlenmiştir. Bu model, verici ve alıcı arasındaki alanda bulunan fiziksel engelleri homojen kabul eder. Verici ve alıcı arasındaki engellerin gerçek özellikleri dikkate alınmaz. Çeşitli yerleşim yerleri için genel olarak belirlenmiş düzeltme faktörleri kullanılır. Dolayısı ile modelde; verici ve alıcı arasındaki engellerden kaynaklanan çoklu yol yayılımı, Doppler yayılımı ve sönüm etkileri dikkate alınmaz. Bu modelde kullanılan dört parametre sınır değerleri ile birlikte aşağıda verilmiştir: Frekans (f) : MHz Verici ve alıcı arasındaki uzaklık (d) : 1 20 km Vericinin anten yüksekliği (h TX ) : m Alıcının anten yüksekliği (h RX ) : 1 10 m Parametre sayısının az olması sebebiyle model çok kısa bir hesaplama zamanı içermektedir. Şekil 3.5 Etkin anten yüksekliği Verici ve alıcının yükseklikleri yere bağlı olarak ölçüldüğünden dolayı, etkin anten yüksekliği h eff, ek olarak kullanılır ve vericinin anten yüksekliğine eklenir (Şekil 3.5). 34

45 Okumura Hata modeli ile yerleşimsel alanlar için hesaplanan iletim kaybı; L p( y) = log f log h A( hm ) + ( log hb ) log d b (2.30) bağıntısı ile bulunur. Bağıntıda verilen 69,55 sayısı Okumura nın ölçüm yaptığı Tokyo şartlarına uygun olarak ortaya çıkmış sabit bir sayıdır. Bu bağıntıda, f : Frekans h b : Vericinin anten yüksekliği A(h m ) : Alıcı anten düzeltme faktörü h m d : Alıcının anten yüksekliği : Verici ve alıcı arasındaki uzaklık olarak ifade edilir. Burada esas kayıp için denklem ve farklı yayılım ortamlarına göre farklı düzeltme faktörleri vardır. Okumura Hata nın denkleminde, küçük ve orta ölçekli yerleşim merkezleri için düzeltme faktörü; A( h m ) = (1.1log f 0.7) h m (1.56 log f 0.8) db (2.31) denklemi ile, büyük yerleşim merkezleri için düzeltme faktörü; 2 [ )] 1.1 db ( 200MHz) A ( h m ) = 8.29 log(1.54h m f (2.32) 2 [ )] 4.97 db ( > 200MHz) A ( h m ) = 3.2 log(11.75h m f (2.33) denklemleri ile verilir. 35

46 Okumura Hata modeli ile kenar semtler için iletim kaybı; L p( k) = L 2 log( f p( y) [ / 28) ] db (2.34) bağıntısı ile, açık alanlar için iletim kaybı ise; L p( a) 2 = L 4.78(log f ) log f p( y) db (2.35) bağıntısı ile ifade edilir. Bu formüller çok düz bir yolda dalga yayılımını tanımlarlar. Çünkü verici ve alıcı arasındaki arazi profili hesaba katılmaz. Eğer verici ve alıcı arasında bir tepe varsa sonuçlar etkilenir. Ek olarak alıcının etrafındaki yerel etkiler örneğin yansıma ihmal edilir Walfisch İkegami modeli Bu ampirik model, J.Walfisch in ve F.İkegami ile oluşturduğu modellerin bir birleşimidir. Bu model, verici ve alıcı arasında düşey düzlemdeki fiziksel engellerle (bina v.b.) ilgili parametreleri kullanarak, yoğun yerleşim bölgelerinde sinyal yayılımına engel teşkil edebilecek yapıların sinyal dağılımında meydana getirdikleri yol kaybını hesaplamaktadır. Sinyalde meydana gelen yol kaybı, verici ve alıcı arasında çeşitli engellerin varlığından dolayı vericiden yayılan sinyalin alıcıya ulaşırken çoklu yol yayılımı, Doppler yayılımı ve sönüm etkilerine uğramasından kaynaklanır. Walfisch-İkegami modelinde sinyal yol kayıplarına neden olan bu etkiler dikkate alınır. Alan şiddet tahmini için bu düşey bölümden ortalama bina yüksekliği gibi önemli parametreler elde edilmek zorundadır. 36

47 Bu ampirik modelin başarısı büyük oranda kentin mimari yapısına ve yerleşim düzenine bağlıdır. Farklı yapıda parametreler farklılıklar gösterebilir. Bu model, yol kaybı düşüncesinin geliştirilmesi için çok verinin dikkate alınmasıyla kentsel çevrenin karakterinin tanımlanmasına izin vermektedir. Modelin ana parametreleri aşağıda verilmiştir: Frekans ( f ) : MHz Verici ve alıcı arasındaki uzaklık (d ) : m Vericinin yüksekliği ( h TX ) : 4 50 m Alıcının yüksekliği ( h RX ) : 1 3 m Parametreler, verici ve alıcı arasındaki düşey düzlemdeki binalara bağlıdır. Walfisch İkegami modeli, verici ve alıcı arasında direk görüş olup olmamasına göre iki ayrı grupta incelenmektedir. LOS (Direk Görüş) Durumu: LOS durumu, verici ve alıcı arasında direk görüşün olduğu durumdaki yol kaybını ele alan bir durumdur. Direkt görüş durumunda cadde içinde baz istasyonu ve mobil anten arasında serbest uzay kaybından farklı basit bir yayılım kaybı formülü uygulanır. LOS denklemi, serbest uzay kaybı denklemi ile benzerdir. Bu denklem, Avrupa şehirlerinde yapılan ölçümlerin değerlendirilmesinden sonra yeniden düzenlenmiştir. Eğer uzaklık d=20 m olursa, kayıp, aynı uzaklıktaki serbest uzay kaybına neredeyse eşittir. LOS durumundaki yayılım kaybı, l p d f = log + 20 log (2.36) km MHz bağıntısından bulunur. Bu bağıntıda; 37

48 f : Frekans d : Verici ve alıcı arasındaki mesafe olarak verilmiştir. d =20m için l p, serbest uzay kaybına eşittir. NLOS (Engelli Görüş) Durumu: NLOS durumu, verici ve alıcı arasında direk görüşün olmadığı, serbest uzay kaybı ile verici ve alıcı arasında yer alan engeller nedeniyle sinyalin uğradığı yansıma, kırınım, zayıflama gibi olaylar sonucunda meydana gelen kayıpları birlikte ele alan, bir durumdur (Şekil 3.6). NLOS durumunda asıl iletim kaybı, serbest uzay kaybı l 0, çoklu ekran kırınım kaybı l msd ve en yüksek çatı yüksekliğinden caddeye doğru olan kırınım kaybı l rts terimlerinden meydana gelmektedir. İletim kaybı; l p l0+ lrts + l = l0 msd l l rts rts + l + l msd msd > 0 0 (2.37) denklemi ile ifade edilir. Denklemde, l 0 : serbest uzay kaybı, l msd : çoklu ekran kırınım kaybı, l rts : en yüksek çatı yüksekliğinden sokağa doğru olan kırınım kaybını ifade etmektedir. 38

49 Şekil 3.6 Verici ve alıcı arasındaki engeller Şekil 3.6 da T x, vericiyi; h, verici yüksekliğini; b, binalar arası mesafeyi; w, sokak genişliğini; R x, alıcıyı ifade etmektedir. l rts terimi, mobil istasyonun bulunduğu caddedeki çoklu ekran kırınım yolu boyunca olan dalga yayılımı çiftini tanımlamaktadır. l rts teriminin belirlenmesi, esas olarak İkegami modeline dayanmaktadır. Bu terim, cadde genişliğini ve onun yönlendirilmesini hesaba katmaktadır. w f hroof hrx l rts = log + 10 log + 20 log + lori (2.38) m MHz m Bu denklemde; h ROOF : yol boyunca bulunan bina çatılarının ortalama yüksekliği w : yol genişliği h RX : alıcı anten yüksekliği olarak ifade edilmektedir. Yönlendirme kaybı l ori, ölçümlerden kazanılan ampirik bir düzeltme faktörüdür. Çoklu ekran kırınım sonuçlarının skaler elektromanyetik formülü Walfisch-İkegami nin yayınladığı yaklaşık çözüm için gereklidir. Bu durumda baz istasyonu antenleri çatı tepelerinin üstüne yerleştirilir. l ori, φ nin yol yönlendirmesi olarak tanımlandığı, 39

50 ϕ için 0 φ<35 deg ϕ l Ori = için 35 φ<55 (2.39) deg ϕ deg için 55 φ<90 denklemi ile ifade edilmektedir. Yayılım yolu boyunca binaların yüksekliği ve onların uzaysal ayrımları, l msd teriminin belirlenmesi için ekranların soğurulması yoluyla modellenmiştir. l msd d f b = lbsh + ka + kd. log + k f.log 9. log (2.40) km MHz m l bsh h = 0 TX h m Roof h h TX TX > h < h Roof Roof (2.41) k a 54 h = h TX TX h m h m Roof Roof d / km 0.5 h TX > h Roof d 0.5km, h d < 0.5km, h TX TX h h Roof Roof (2.42) k a faktörü, en yüksek çatı yüksekliğinin aşağısındaki baz istasyonları için yol kaybının artışını belirtmektedir. 40

51 k d 18 = h h TX Roof h Roof h RX h h TX TX > h < h Roof Roof (2.43) k f f / MHz = 4+ f / MHz Orta büyüklükteki şehirler ve kenar mahalle merkezleri için Büyükşehir merkezleri için (2.44) k d ve k f terimlerinin her biri ayrı ayrı, çoklu ekran kırınım kaybının radyo frekansına ve uzaklığa karşı bağımlılığını kontrol etmektedir. Yol kaybı düşüncesi, yüksek çatı seviyesinden yukarıdaki baz istasyonu anten yükseklikleri için yapılan ölçümlerle oldukça uyumludur. Bununla birlikte tahmin hatası, h TX >> hroof olduğu h TX in h roof a yaklaştığı durumlar için daha büyük bir hale gelir. Ayrıca modelin performansı h << h için yetersizdir. TX roof Model, çoklu yol yayılımı olarak sayılmamakta ve caddelerde meydana gelen dalga klavuzu etkilerinin sonuçları gibi hesaba katılmamaktadır. Fakat yayılımın çatı tepeleri üzerinden yüksek olduğu durumlarda model, iyi sonuçlara götürmektedir. 41

52 4. ÖLÇÜMDE KULLANILAN CİHAZLAR ve ÖLÇÜM YÖNTEMİ ODTÜ arazisi, Tandoğan ve Eryaman semtlerinde belirlenen farklı frekanslardaki baz istasyonlarının kapsama alanı analizi çalışmasında; Telekomünikasyon Kurumu tarafından kullanılan ölçüm cihazları ile ölçüm yapılmış olup, Spektrum Mühendisliği Sistemi (SMS) programında Okumura-Hata yayılım modelinin uygulaması yapılmıştır. 4.1 Ölçümde Kullanılan Cihazlar Kapsama alanı analizinde, ODTÜ arazisi, Tandoğan ve Eryaman semtlerindeki Turkcell ve Avea ya ait vericilerden yayılan sinyalleri alan her bir noktanın konumunun saptanması portatif konum belirleme cihazı GPS ile, saptanan noktalardaki güç değerlerinin ölçülmesi ise portatif ölçüm cihazı EB-200 ve anten donanımı ile yapılmıştır. Aynı zamanda Spektrum Mühendisliği Sistemi (SMS) programında Okumura-Hata yayılım modelinin uygulanarak, cihazlarla ölçüm yapılan noktaların konum bilgisinin sisteme girilmesiyle bu noktalardaki güç değerlerinin Okumura-Hata modelindeki karşılıkları elde edilmiştir Portatif ölçüm cihazı EB-200 ve anten donanımı Aktif, yönlü anten HE200 ile küçük portatif alıcı EB khz den 3 GHz kadar olan geniş frekans alanı içinde elektromanyetik dalgalar için kullanılan taşınabilir bir düzenektir (Şekil 4.1). EB-200 alıcısının bataryalı ağırlığı 4 kg, çalışma frekans aralığı10 khz-3 GHz dir. 42

53 Şekil 4.1 Portatif alıcı EB-200 cihazı ( 2005) Bütünleşmiş işlem elemanları, sağlam, iyi koruma sağlayan alüminyum muhafazası olduğu gibi küçük boyutları ve hafifliği EB-200 ü araçla ulaşılamayan yerlerde kullanılması için ideal hale getirmektedir. Düşük güç tüketimi tipik olarak 4 saat batarya işleyişine izin verir. EB-200 batarya paketi; kolay bulunabilir, çabuk değiştirilebilir niteliktedir. EB-200 cihazının uygulama alanları aşağıda verilmiştir: Sinyal dedeksiyonu Frekans ve bellek tarama modunda sinyal araması. Spektrum ölçümü. RF ve IF analizleri Kapsama ölçümleri Alan şiddet ölçümleri EB-200 uygulandığı alanlarda; Verilen frekans aralığında tek frekans izleme veya birkaç frekansın periyodik taraması, 43

54 Kulplu yönlü anten HE200'ün yardımı ile kapalı alanlar ve açık alanlardaki hedeflerin belirlenmesi, Yasal olmayan yolla iletişim sağlayan lisanssız vericilerin bulunması veya lisanslı iletimde oluşabilecek enterferansın belirlenmesi, Bulunan küçük ajan vericilerin bağlantı kurmasına karşı koruma sağlanması, Servis bandında sahip olunan radyo denemelerinin izlenmesi gibi görevleri yerine getirmektedir. Frekans spektrumu seçeneği ile donatılmış EB-200, dijital kontrol ile ilgili frekans alanını tarar ve ortak spektrumu gösterir. Tespit edilen sinyaller ekranda görülebilir. Bilginin işitsel izlemesi, sadece bir tuşa basılmasıyla yapılabilir. Depolanan spektrum, arka planda gösterilir, ilgili yayılım frekans imleci ile işaretlenerek seçilir ve görüntülenebilir. EB-200 ün işlemsel kavramı, modern iletişim alıcısının bütün gereksinimlerini karşılar. Demodülasyon modları, band genişliği, v.b. gibi bütün gerekli fonksiyonlar, nitelendirilen anahtarlarla kullanılabilir şekilde kurulabilir ( 2005). Anten donanımı: Portatif alıcılarla (örneğin; EB-200) birlikte kullanılan elverişli ve geniş bandlı aktif yönlü anten HE200 (Şekil 4.2. (b), (c), (d)), iletimin yerini saptamak ve kaynaklara müdahale etmek için ideal bir antendir. Kullanılan malzemeden ve anten dizaynından dolayı hafif bir araçtır. 20 MHz-3 GHz frekans aralığında dikey ve yatay polarize olmuş sinyaller için kullanılabilir. Anten yönü, anteni maksimum sinyal geriliminin olduğu yöne doğru çevirmek suretiyle bulunur. 44

55 0,01 MHz den 3000 MHZ e kadar olan frekans alanı, her biri farklı yön desenlerine sahip, değiştirilebilir dört geniş band anten modülü ile kaplanmaktadır. Geniş band yönlü desen, 20 MHz 200 MHz ve 200 MHz 500 MHz frekans aralığında iki farklı boyutta yüklenmiş kapalı devre anten kullanılarak elde edilir. Log-periyodik dipol anten 0,5 GHz-3 GHz aralığını kapsar. Kapalı devre anten, düşük frekans aralığı olan 10 khz-20 MHz aralığında kullanılabilir. a b c d Şekil 4.2 EB-200 cihazının anten donanımı ( 2005) a. 10 khz-20 MHz, kapalı devre anten b. 20 MHz-200 MHz, geniş band desenli, yönlü anten c. 200 MHz-500 MHz, geniş band desenli, yönlü anten d. 0.5 GHz-3 GHz, log-periyodik dipol anten 45

56 Değiştirilebilir pasif ve aktif modlardan dolayı geniş dinamik aralık söz konusudur. Geniş band yükselteci, aktif moda, hassasiyeti arttırmak için eklenebilir. Yükselteç, pasif moda geçirildiğinde, anten güçlü vericilerin etrafında kullanılabilir. Kapalı ortamda güçlü vericiler yoksa ve pasif modda alıcı sistemin hassasiyeti (alıcı ile anten) sinyali bulmak için yeterli değilse, anten sadece aktif moda ayarlanmalıdır ( 2005) Coğrafi konum belirleme cihazı GPS Coğrafik konum belirleme cihazı GPS, bulunulan bölgedeki ölçüm alınan her bir noktanın koordinatlarını belirleyen cepte taşınabilir boyutta, hafif ve kullanımı kolay bir cihazdır (Şekil 4.3). Otomatik konum saptama yaklaşık iki dakika sürmektedir. GPS cihazı, yüksek kontrastlı LCD ekran vasıtasıyla bulunulan yerin harita detayları ve nereye gidildiği görüntülenebilmektedir. Harita depolamak için 24MB lık hafızaya sahiptir. Şekil 4.3 Coğrafi konum belirleme cihazı GPS ( 2005) 46

57 Cihaz kontrolleri yan tarafında bulunan butonlar sayesinde yapılabilmekte ve kullanıcı GPS cihazını tek elle idare edebilmektedir. Ayrıca ön tarafında bulunan hareketli tuş sayesinde menülere kolaylıkla ulaşılabilmektedir. Bu niteliklerin yanı sıra; duyulabilir alarm, seçilebilir tonlar ve renk düzenleri, görüntü durdurma, güneş doğma ve batma zamanı saptama, seyahat süresi ve seyahat uzaklığını belirleme gibi özelliklere de sahiptir ( 2005) Telekomünikasyon kurumunda kullanılan SMS (Spektrum mühendisliği sistemi) programı SMS (Spektrum Mühendisliği Sistemi) programı, Bilkent Üniversitesi nin 1994 yılında araştırma merkezi olarak kurduğu İletişim ve Spektrum Yönetimi Araştırma Merkezi (İSYAM) tarafından geliştirilen bir programdır. SMS temel modülü, Windows 98/NT/2000/XP için geliştirilmiş, ayrıntılı ve 10 khz den 40 GHz e kadar olan kablosuz şebekeler için yaygın mühendislik analiz araçlar setidir. Araç, Windows un grafiksel kullanıcı ara yüzeyi avantajına sahiptir. Çoklu harita seçeneği ile Windows un yazıcı/çizici aygıt sürücüleri ve araç çubuklarının uygunluğu için desteklemektedir. SMS, gelişmiş, esnek, kablosuz iletişim sistemi planlama aracıdır. Noktadan alana, noktadan noktaya ve gerçek azimut analizi yapabilmekte, önceden bilinen kapsama alanının içinde bulunan nüfusu soruşturabilmektedir. Modül, ayrıntılı yayılım modelleri seti, yüksek haritalama kapasiteleri, zemin kaplama (karışıklık), demografik ve diğer veritabanlarını içerir. Veritabanı kaydı, sorgulama ve vericilerin modifikasyonu yapılabilmektedir. SMS temel modülü, sistem için 10kHz den 40GHz e kadar olan frekans aralığında en doğru yayılım tahmin modellerinin tam setini içerir. En iyi esneklik için, yayınlanmış yayılım modellerinin örneğin; RMD (Reflection and Multiple Diffraction-Yansıma ve Çoklu Kırınım) Metotları nın kapsamlı setinden seçilebilmekte veya yayılım modeli 47

58 üretebilmektedir. Bütün modeller, tamamen ayarlanabilir çevresel ve güvenilebilir parametrelere sahiptir. Kullanılabilir yayılım modelleri aşağıda verilmiştir: Serbest Uzay ( ITU-R P.525) ITU-R P.529 ITU-R P.1146 ITU-R P.370 GRWAVE FCC ITU-R P.1546 Okumura-Hata Kullanıcı yayılım tahmini yapmak için alan, tek yol veya tek nokta tanımlamalarından herhangi birini yapabilir. SMS temel modülü, verici ve alıcı antenler için anten desenlerinin kapsamlı setini sağlar. Yönlü ya da yönsüz antenlerden herhangi biri kullanılabilir. Kullanıcı tanımlanabilir veya olağan anten desenleri kullanılabilir. Uzaysal veri ve çalışma sonuçları, tabakalar halinde ayrılmış Coğrafik Bilgi Sistemi nde eş zamanlı olarak görüntülenebilmektedir. Görüntülerin sıradan imge formatları halinde çıktısı alınabilmektedir. Çalışma sonuçları harita üzerinde renk-kodlama çizimleri olarak gösterilebilir. Kullanıcı, seçilmiş tabaka üzerinde dış hat çizimlerini oluşturabilir. Kullanıcı, veritabanındaki vericileri sorgulayabilir ve bunları kullanarak yeni projeler oluşturabilir. Verici veritabanı, çalışma alanı, frekans bandı, güç kriteri ve istasyon sınıfına dayandırılarak sorgulanabilir. Sonuçlar, arka planda harita üzerinde görüntülenebilir ve var olan bir proje olarak getirtilebilir ( 2005). 48

59 4.2 Ölçüm Yöntemi Kapsama alanı analizi yapılırken iki yöntem uygulanmaktadır. İlk yöntemde; vericiden yayılan sinyali alan, GPS cihazı ile belirlenen koordinatlarda EB-200 alıcısı ile elektrik alan şiddet değerleri ölçülmektedir. Diğer yöntemde ise, Spektrum Mühendisliği Sistemi (SMS) programında Okumura-Hata yayılım modelinin uygulanmasıyla elde edilen elektrik alan şiddet değerleri belirlenmektedir. Alınan ölçümlerde arazi yapısının da etkileri olacağından ölçüm yapılacak bölgenin arazi özellikleri de hesaba katılmaktadır Ölçüm yapılacak bölgenin coğrafik yapısı Ölçümler, Ankara ilinde ODTÜ arazisi ile Eryaman ve Tandoğan semtlerinde yapılmıştır. ODTÜ arazisi yapısı itibarı ile seyrek yerleşim ve yoğun bitki örtüsünden oluşmaktadır. Eryaman semti, yüksek bina yapılarına ve düzgün yerleşime sahiptir. Ölçüm yapılan diğer bir bölge olan Tandoğan semti ise sık ve düzensiz yerleşimin yanı sıra trafiğin yoğun olduğu bir yapıda bulunmaktadır Ölçüm cihazları ile yapılan kapsama alanı analizi Ölçüm cihazları ile yapılan kapsama alanı analizinde, ölçüm yapılan ODTÜ arazisi, Eryaman ve Tandoğan semtlerinde sırasıyla Turkcell e ait MHz, 954 MHz frekanslarında ve Avea ya ait 1822 MHz frekansında yayın yapan baz istasyonları belirlenmiştir. Bu baz istasyonlarının kanalları tespit edilip, frekans değerleri EB-200 cihazında ayarlandıktan sonra EB-200 alıcısı, GPS cihazı ve laptop bilgisayardan oluşan ölçüm düzeneğinin monte edildiği araçla vericiye en yakın noktadan ölçümlere başlanmıştır. GPS cihazı ile tespit edilen koordinatlardaki elektrik alan şiddet değerleri 49

60 EB-200 alıcısı ile ölçülmüş, saniye ve dakika bazında alınan koordinat değerlerine karşılık gelen elektrik alan şiddet bulguları laptop bilgisayara aktarılmıştır. Baz istasyonlarının anten desenleri göz önünde bulundurularak yaydıkları sinyallerin minimum değerleri elde edilinceye kadar birçok noktada ölçümler alınmıştır. Minimum güç değerlerinin ardından başka bir hücrede aynı frekansta yayın yapan diğer bir baz istasyonunun sinyalleri, ölçüm yapılan istasyonunkinden daha güçlü alınmaya başlandığında ölçüm alma işlemi sona erdirilmiştir SMS programı ile yapılan kapsama alanı analizi Spektrum Mühendisliği Sistemi (SMS) programı kullanılarak yapılan kapsama alanı analizinde, bir verici noktası civarında belli bir yarıçap içindeki bölgenin her noktasında tahmin edilen güç değeri hesaplanmaktadır. Bu nedenle aynı bölgede ölçüm ile bulunan değerler; bu noktanın konum bilgisinin SMS te girilmesiyle karşılaştırılabilmektedir. Yapılan bu analizde Telekomünikasyon Kurumu nda aktif olarak kullanılan SMS programında veri tabanı bilgisi bulunan Okumura-Hata yayılım modelinin, ODTÜ arazisi ile Eryaman ve Tandoğan semtlerindeki baz istasyonları için uygulaması yapılmıştır. SMS programı çalıştırıldıktan sonra ilk olarak aşağıda gösterilen propagasyon (yayılım) ve çalışma parametreleri ekranından, kullanılan yayılım modeli olarak Okumura-Hata modeli seçilerek, ölçüm yapılan araziyle ilgili bilgilerin alındığı arazi veri tabanı ve arazi veri tabanı yeri bilgileri, bitki örtüsü tipi, k faktörü gibi istenilen bilgiler sisteme girilmiştir (Şekil 4.4). 50

61 Şekil 4.4 Propagasyon ve çalışma parametreleri ekranı (SMS 2005) Sonraki aşamada verici/baz istasyonu listesi ekranı açılarak çalışılacak baz istasyonu olarak sırasıyla Eryaman, ODTÜ ve Tandoğan vericileri seçilerek aktif hale getirilmiştir (Şekil 4.5). Detay tabından verici ile ilgili ayrıntılı bilgilerin girildiği verici istasyon ekranına geçilmiştir (Şekil 4.6). Bu tez çalışmasında kapsama alanı analizi Eryaman, ODTÜ ve Tandoğan için yapılmıştır. Fakat tez içerisinde yapılan çalışmanın aşamaları Eryaman vericisi örnek alınarak anlatılmaktadır. 51

62 Şekil 4.5 Verici/baz istasyon listesi ekranı (SMS 2005) Şekil 4.6 Verici istasyon bilgileri (SMS 2005) 52

63 Eryaman verici istasyonunun koordinat bilgileri, gücü, frekansı, maksimum çalışma uzaklığı, kullandığı anten tipi, yüksekliği, yönü ve kazancı gibi bilgiler yukarıda gösterilen verici istasyon ekranında kaydedilmiştir. Burada verici istasyonun koordinatları N E , anten yüksekliği 20 m, verici gücü 20 dbw, anten tipi yönlü olarak sisteme girilmiştir. Şekil 4.7 Alıcı/mobil ünite parametreleri ekranı (SMS 2005) Diğer bir aşamada alıcı/mobil ünite parametreleri ekranından vericinin sinyallerini alan alıcı noktalarına ait özellikler sisteme kaydedilmiştir (Şekil 4.7). SMS programında bütün veriler girildikten sonra Eryaman baz istasyonu için kapsama alanı analizi çalışması yapılmıştır (Şekil 4.8). 53

64 Şekil 4.8 Propagasyon tahmin çalışması ekranı (SMS 2005) Analiz işlemi bittikten sonra Eryaman vericisinin yayılım tahmin çalışmasının bulunduğu dosya seçilip çalışmalar görüntüleme ekranına aktarılmış ve görüntülenen kapsama 8 db lik kontur çizdirilerek bölgelendirilmiştir. EB-200 ile yapılan ölçümler sırasında GPS ile belirlenen koordinatlar SMS programına tek tek girilerek bu noktalara karşılık gelen güç değerleri belirlenmiştir. Kapsama alanı analizinin son aşamasında yapılan kapsama, Ankara Belediyesi nin web sayfasından alınan sayısal harita ile eşleştirilmiştir. Okumura-Hata yayılım modelinde vericiden yayılan sinyalin arazi profiline göre dağılım grafiği çizdirilmiştir. 54

65 5. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA Önceki bölümlerde anlatılan bilgiler doğrultusunda Bölüm 4 te belirtilen ölçüm yöntemi izlenerek, ölçüm cihazlarının kullanılmasıyla yapılan kapsama alanı analizi çalışmasında ODTÜ, Tandoğan ve Eryaman bölgelerinde belirlenen farklı frekanslardaki baz istasyonlarının güç değerleri ölçülmüştür. EB-200 ve GPS cihazları ile yapılan ölçüm değerlerinin SMS programında Okumura-Hata modelinin uygulanması ile elde edilen verilerle kıyaslaması yapılmıştır. 5.1 Ölçüm Sonucunda Elde Edilen Bulgular EB-200 ve GPS cihazları ODTÜ, Tandoğan, Eryaman da yapılan ölçüm bulguları sırasıyla Ek 1, Ek 4 ve Ek 7 de verilmiştir. Eryaman semtinde N E konumunda bulunan 954 MHz frekansında yayın yapan Turkcell e ait baz istasyonunun kapsama alanı analizi için ölçümler yapılırken GPS cihazı ile koordinatların belirlendiği ölçüm güzergahı Şekil 5.1 deki harita ile gösterilmiştir. Bu harita bilgisi Ankara Büyükşehir Belediyesi nin web sayfasından alınmıştır. Ölçümlere haritada yeri gösterilen baz istasyonuna en yakın noktadan başlanmış ve haritada görüldüğü üzere verici anten deseni dikkate alınarak ölçüm noktaları belirlenmiştir. 55

66 Şekil 5.1 Eryaman semtinde 954 MHz frekansında gönderme yapan baz istasyonu için izlenen ölçüm güzergahı (Map Info 2005) İzlenen bu istikamette yapılan ölçümler sonucunda elde edilen güç değerlerine göre coğrafik Bilgi Sistemi nde (GIS) bulunan Map Info çizim programı yapılan çalışmaya göre çizdirilen Eryaman semtindeki 954 MHz frekansında yayın yapan baz istasyonuna ait kapsama alanı Şekil 5.2 de gösterilmiştir. Bu kapsama alanı haritasında yapılan renklendirmenin karşılık geldiği değerler Şekil 5.3 te gösterilen kontur tablosunda verilmiştir. Bu değerlere göre vericiden yayılan sinyallerin güçlü bir şekilde alındığı noktalar kırmızı renkle gösterilmiştir. Baz istasyonundan uzaklaştıkça sinyal değerlerinin araya giren engellere göre düştüğü gözlenmektedir. 56

67 Şekil 5.2 Eryaman da 954 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için Map Info programında çizdirilen kapsama alanı haritası (Map Info 2005) Şekil 5.3 Eryaman semti için kontur tablosu 57

68 ODTÜ arazisinde N E konumunda bulunan Turkcell e ait MHZ frekansında yayın yapan baz istasyonunun kapsama analizi için ölçüm alınan noktaların belirtildiği yapılan ölçümlerin yol haritası Şekil 5.4 te verilmiştir. Ölçümlere ok işaretiyle belirlenen vericiye en yakın noktadan başlanmış ve haritada görülen istikamette devam edilmiştir. Şekil 5.4 ODTÜ arazisinde MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için izlenen ölçüm güzergahı (Map Info 2005) İzlenen bu güzergaha göre yapılan ölçümler sonucunda elde edilen güç değerleri doğrultusunda ODTÜ arazisindeki MHz frekansında yayın yapan baz istasyonuna ait GIS ortamında çizilen kapsama alanı Şekil 5.5 te gösterilmiştir. Haritada belirtilen renk dağılımının karşılık geldiği değerler Şekil 5.6 da gösterilen kontur tablosunda verilmiştir. Bu değerlere göre baz istasyonunun yakınında sinyallerin güçlü olduğu ve giderek zayıfladığı gözlenmektedir. 58

69 Şekil 5.5 ODTÜ de 954 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için Map Info programında çizdirilen kapsama alanı haritası (Map Info 2005) Şekil 5.6 ODTÜ arazisi için kontur tablosu 59

70 Tandoğan da N E konumunda bulunan Avea ya ait 1822 MHz de yayın yapan baz istasyonunun kapsama analizi için ölçümlerin yapıldığı yol haritası Şekil 5.7 de verilmiştir. Haritada işaret edilen baz istasyonuna en yakın noktadan ölçüme başlanmış olup, Ankara Üniversitesi Fen ve Mühendislik Fakültesi içinde küçük bir tur atıldıktan sonra ölçümlere Beşevler istikametinde devam edilmiştir. A.Ü. Fen ve Müh.Fak. Şekil 5.7 Tandoğan semtinde 1822 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için izlenen ölçüm güzergahı (Map Info 2005) Yapılan ölçümler sonucunda elde edilen güç değerleri doğrultusunda Tandoğan daki 1822 MHz frekansında yayın yapan baz istasyonuna ait kapsama alanı Şekil 5.8 de gösterildiği üzere belirlenmiştir. Haritada belirtilen renk dağılımının karşılık geldiği değerler Şekil 5.9 da gösterilen kontur tablosunda verilmiştir. Bu değerlere göre baz istasyonunun yakınında kırmızı renkle gösterilen bölgelerde sinyallerin gücünün yüksek değerlerde olduğu, vericiden uzaklaştıkça meydana gelen renk değişimi ile güç değerlerinin düştüğü gözlenmektedir. 60

71 Şekil 5.8 Tandoğan da 1822 MHZ frekansında gönderme yapan baz istasyonu için Map Info programında çizdirilen kapsama alanı haritası (Map Info 2005) Şekil 5.9 Tandoğan semti için kontur tablosu 61