Kablosuz Ortamda İletişimin Temelleri

Transkript

1 Kablosuz Ortamda İletişimin Temelleri Kablosuz ortam üzerinden verilerin gönderilmesi fikri bir çok farklı iletişim tipinin temelini oluşturmaktadır. Bunun başlıca sebebi, kablolu iletişimden daha ucuz ve esnek olmasıdır. Ancak bazı dezavantajları mevcuttur. Olası Kablosuz Ağ Problemleri Sinyal gücü en az uzaklığın karesiyle doğru orantılı olarak azalır. Gönderici CS ve CD uygular fakat alıcı yine de sinyal karışıklığına maruz kalır Göndericinin CD yi çeşitli sebeplerden dolayı duyamaz. Gizli terminal problemi yüzünden gönderici sinyal karışıklığını sezemez; kısaca CD görevini yerine getiremez.

2 Hidden Terminal (Gizli İstasyon) Problemi Bu problem temelinde istasyonların bilgilendirilmesindeki eksiklik yatar. A,B ve C istasyonlar olmak üzere; A B ile; B ise C ile aynı kapsamda olsun fakat A ile C nin kapsama alanları kesişmesin. A B ye veri göndermek ister ve bu konuda bir bilgilendirme yayını yapar. B uygun olduğu ile ilgili yayını yapar ve veri alımına hazırlanır. Bu sırada A dan haberi olmayan C de bunu olumlu olarak algılayıp A ile yakın zamanlı olarak B ye veri transfer etmeye çalışır. Bu B terminalinde girişime ve problemlere neden olur. İşte bu duruma A C için gizli terminaldir. denir.

3 Bilgilendirmenin gereksiz yere iletişimi kesmesi; A,B, C ve D istasyonları : B A ya veri göndermek ister ve bu nedenle bilgilendirme yayını yapar. Bu sırada A nın yanı sıra C de bu bilgilendirme yayınından etkilenir ve gereksiz yere kendini B den veri alacak konuma getirir. B gerekli yayını yapar ve A ile iletişimi başlar. D ise C ye veri göndermek istemektedir fakat C B nin yayınından etkilendiği için D nin isteğine gereksiz yere olumsuz yanıt verir. Buna C, B nin korunmasız istasyonudur (C exposed to B) denir. Olası Çözümler 1. Meşgul Tonu; Alıcı meşgul tonu yayar. Meşgul tonu duyan tüm istasyonlar sessiz kalırlar. Meşgul tonu için ayrı bir kanal gerektirir. Gizli terminal sorununu çözer. 2. Mac Çözümlerion

4 Kablosuz Sinyal Nedir? Kablo gibi bir iletişim ortamına ihtiyaç duymadan hali hazırda bulunan havayı iletim ortamı olarak kullanan teknolojinin temelini oluşturur. Kablosuz sinyaller havayı iletim ortamı olarak kullanan elektromanyetik dalgalardır. Elektrik enerjisi anten veya kablo gibi bir metal ile temas ettiği zaman, elektromanyetik dalagalar şekil alır ve bir anlam kazanır. Böylece, bu dalgalar enerjinin gücüne bağlı olarak uzak noktalara ulaşabilir.

5 Spread Spectrum Technology (SST) Sinyallerin bazı durumlarda bozulması çok büyük problem oluşturabilir. Bu nedenle SST belirli bir sinyalin frekans düzleminde yayılarak sonradan tekrar toplanması yoluyla sinyalin iletilmesidir. Gönderici sinyali uzun bir frekans boyunca yayar. Alıcı sinyali aldığında üzerinde herhangi bir gürülütü ile alır. Alıcı sinyali toparladığında broadband ve narrowband sinyaller farklı bir ortamda oluştuğu için ayrılabilir durumdadır. Filtreleme işlemi sayesinde orjinal sinyal büyük oranda geri elde edilir.

6 Kablosuz İletişim Amacı bir veriyi bir noktadan başka bir noktaya en az hatayla ve en az güçle göndermektir. Verici gönderecek olduğu veriyi modüle ederek (ileteceğimiz veriyi iletime uygun bir hale getirmek) gönderir. Modülasyonda bilgi işareti bir taşıyıcıya bindirildikten sonra iletim ortamına verilir. Modülasyon yapılmasının amaçları; Anten boyutlarını küçültmek Transmisyon ortamına uymak Frekans bandını verimli şekilde kullanmak Verici alıcı maliyetleri Düşük güç kaybı sağlama Bozucu kanal etkisi azaltmak

7 Kablosuz Sinyal Çeşitleri Bir çok kablosuz sinyal ya da kablosuz teknoloji tipi vardır. AM, FM radyolar, televizyon, hücresel telefonlar, Wi-Fi, GPS gibi uydu sinyalleri ve Bluetooth günümüzde en çok bilinen kablosuz alt yapı kullanan teknolojilerdir. Bunların bir çoğu aynı ortamı kullanır.

8 Frekans Her kablosuz teknolojinin veri iletimi için kullanmış olduğu frekans farklıdır. Bu teknolojileri birbirinden ayıran en önemli etken, frekansdır. En basit haliyle frekansa, sinyalin titreşim oranı denilebilir. Sinyal titreşimi düşük seviyelerde ise, düşük frekanslı sinyaller, yüksek seviyelerde ise, yüksek frekanslı sinyaller denilir. Frekansın ölçüm birimi ise, Hertz dir. Sinyalin bir saniye içerisindeki titreşim sayısı olarak ifade edilebilir. Örneğin, FM radyo sinyalleri bir saniye içerisinde yaklaşık 100 milyon kez titreşim yaparlar. Kablosuz iletişim yüksek frekans ile gerçekleştirğinden, birim olarak Mhz kullanılır. Bir saniyede Milyon titreşime 1 Mhz (Megahertz) denilir. 1 Milyar titreşime ise Ghz (Gigahertz) denilir.

9 Frekans

10

11 Temel Kavramlar - Kablosuz sinyal gönderen cihazlara transmitter - Kablosuz sinyalleri yakalayan ve bu sinyalleri anlamlı bir hale getiren cihazlara receiver - Hem sinyal gönderebilen hem de alabilen cihazlara ise transceiver denilir.

12 Verici Elektriksel işaretleri kanal veya iletim ortamına uygun bir forma dönüştürüp gönderen sistemlere verici denir. Kablosuz haberleşme sistemleri radyo dalgaları ile çalışmaktadır. Verici sadece bilgiyi modüle ederek gönderir. Modülasyon işlemi taşıyıcının genlik, faz veya frekansının değiştirilmesidir. Genlik modülasyonunda bilgi işareti taşıyıcının genliğinde istenilen frekans bandına aktarılır. Frekans modülasyonunda ise taşıyıcı işaretin frekansı bildiri işaretiyle orantılı değişir. Vericiler radyo dalgalarını yaymak için çeşitli özelliklere sahip antenler kullanırlar. Vericiler alternatif akımla radyo dalgaları üretirler ve bunu antene uygulayarak yayarlar. Modülasyon ile birçok kullanıcının bilgisi aynı kanal üzerinden iletilebilmektedir. Her bir verici istasyonu için toplam frekans bandı birçok alt banda bölünmüştür. Modülasyon sayesinde gönderilecek veriler istenilen frekans bandına taşınır ve böylece her kullanıcının kendi frekans bölgesinde faaliyet göstermesi mümkün kılınmaktadır. Birçok verici bu yöntemle aynı anda yayın yapabilmektedir. Bu yöntem sadece kablosuz haberleşme yapan sistemler için geçerli değildir. Kablolu sistemlerde de aynı kablo üzerinden değişik frekansa sahip bilgiler gönderilebilmektedir.

13 Kanal Haberleşme kanalı iletilecek işarete vericiden alıcıya göndermek için kullanılan ortamdır. Kablosuz haberleşme sistemlerinde kanal atmosfer veya uzaydır. Haberleşme kanalları genellikle karmaşık olarak modellenir nedeni; vericiden alıcıya gönderilen işaretin, kanalın gecikmeli yayılmasına bağlı olarak hem genliğinin hem de fazının değişmesidir. Kanaldan gönderilecek işaretteki en önemli bozulma işaretin alındığı alıcı kısmında kuvvetlendirme işleminin gerçekleştiği ön uçta toplanır gürültü şeklinde meydana gelmektedir. Bu gürültü yükselteçlerin karakteristiklerinin doğrusal olmamasından kaynaklanan ısıl gürültüdür. Kablosuz haberleşmede diğer kullanıcıların kanalda olmasından kaynaklanan girişimde mevcuttur.

14 Alıcı Veri alışverişinin yapıldığı haberleşme sistemlerinin en önemli kısımlarından bir tanesi alıcı kısmıdır. Alıcıda işaretin alınmasına ek olarak gürültünün bastırılması ve süzgeçleme gibi işlemlerde yapılır. Alıcı anten modüleli şekilde gelen işaretleri toplar ve demodülasyon işlemine tabi tutar. Modüleli şekilde alınmış olan işaretten demodülasyon sonucu bildiri işareti tekrar elde edilir. Demodüle edilen işaret gönderilen işaretin bozulmuş şeklidir. Bu bozulmanın nedeni toplanır gürültü ve haberleşme kanalının bozucu etkileri sonucu oluşmaktadır.

15 Wİ-Fi Sinyaller Kurumsal anlamda kablosuz bir ağ mimarisi tasarlarken, Wi-Fi teknolojileri kullanılır. Bu teknolojinin kendisine has özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Kullandığı frekansa göre, iki tip Wi-Fi sinyali vardır Ghz : Günümüzde en çok kullanılan wi-fi teknolojisidir. Bir çok kablosuz cihaz bunu destekler. Bu durumum en büyük dezavantajı sinyallerin aynı frekanslar aralığına oturmak zorunda kalması ve sinyal karışması (çakışması) meydana gelmesidir. Avantajı ise, duvarlar ve pencere gibi yapılardan geçebilmesidir. -5Ghz : Günümüzde daha az miktarda cihaz tarafından kullanılır. Ancak, daha yüksek hızlara ulaşılabilir. Çünkü, sinyallerin aynı frekans aralığına oturma ihtimali çok daha azdır. Bundan dolayıda, sinyal çakışması meydana gelmeyecek ve performans önemli oranda artacaktır. Dezavantajı ise, duvar ve pencere gibi yapılardan geçemez ve sinyalin gidebileceği maksimum mesafe daha azdır.

16 Wİ-Fi Sinyallerde Kanallar Wi-Fi de kullanılan her bir frekans bandı bir çok kanala ayrılmıştır. Her bir kanalı üniversitedeki dersliklere benzetebiliriz. Dersliklerde ne kadar fazla öğrenci varsa, dersin anlatılması ve anlaşılmasıda aynı oranda zorlaşacaktır. Yani, dersi veren ile alanlar arasındaki iletişim, dersliğin kalabalıklığı ile orantılıdır. Tıpkı bu örnekte olduğu gibi, bir kanalda ne kadar fazla iletişim kuran cihaz varsa, iletişim o oranda kötüleşir.

17 2.4 GHz Frekans Bandı Bu Wi-Fi teknolojinde toplamda 14 tane kanal vardır. Ancak, bu kanallar birbirleri ile iç içe geçmiş durumdadır. Bundan dolayı, aynı anda tüm kanallar bir arada kullanılamaz. Eğer mesh ağ kurulumu yapılıyorsa, tüm cihazlar aynı kanaldan yayın yapmak zorundadır.

18 2.4 GHz Frekans Bandı Kullanılabilecek kanal sayısı, ülkelere göre değişiklik göstermektedir. Örneğin, Amerikada 12,13 ve 14 nolu kanallar Wi-Fi iletişimide kullanılmasına izin verilmemektedir. Çünkü, bu servisler uydu ve TV servisleri tarafından kullanılmaktadır. Diğer ülkelerde ise, 1 ile 13 arasındaki kanallar kullanılabilir. Bazı yerlerde 14 nolu kanalın kullanımı da mümknüdür. Kurumsal anlamda kablosuz ağ tasarımı yapılırken, 1, 6 ve 11 nolu kanalların kullanımı kanal çakışmasının en az olduğu aralıklardır. Bu bir tasarım önerisidir. Kanal çakışmasını en aza indirmek için, kanallar arasında 5 birim mesafe olması önerilir. Yani, 3, 8, 13 dizilimi de kanal çakışmasınından en az etkilenebilecek bir kanal dizilimi olabilir. Ancak, dünyanın çoğu ülkesinde, 13 nolu kanalın kullanımı mümkün değildir.

19 2.4 GHz Frekans Bandı

20 5 GHz Frekans Bandı 5 Ghz frekans badı daha fazla sayıda kanallara sahiptir. 2.4 GHz in aksine, kanallar birbirleri ile içe geçmezler. Bundan dolayı, tüm kanallar aynı anda birbilerini etkilemeden çalışabilir.

21 5 GHz Frekans Bandı Amerika da 36, 40, 44, 48, 149, 153, 157, 161 ve 165 nolu kanallar sadece örgü ağları için kullanılabilir. Görüldüğü gibi, oldukça fazla kullanılabilecek ve iç içe geçmemiş kanal mevcuttur. Bu açıdan 5 GHz frekans bandı kullanımı kanal çakışması problemini ciddi ölçüde azaltacaktır. Ancak, mesafe olarak 2.4 GHz e göre daha az uzaklıklara sinyal taşıyabilmektedir. Günümüzde, çoğu Wi-Fi cihazı 2.4 GHz frekans bandını kullanmaktadır. Ancak, yaşanan kanal çakışması problemlerinden dolayı, 5 GHz frekans bandına geçiş yapılmaktadır ac standardı ile artık varsayılan olarak Wi-Fi cihazlar 5 GHz olarak gelmeye başlamıştır.

22 Güç ve Alıcı Hassasiyeti Kurumsal kablosuz bir ağ tasarlarken kablosuz sinyallerin gidebileceği mesafeyi bilmek gerekmektedir. Bu bilgiye göre, erişim noktalarının yerleri tespit edilebilir. Farklı kablosuz router yada erişim noktaları farklı seviyelerde güçlere sahiptir. Bazılarının sinyal gönderim gücü oldukça iyiken, bazılarının sinyali yakalama gücü oldukça iyidir. Bu bilgiler ışığında, cihazların konumlarını tespit etmek performans açısından hayati öneme sahiptir. Bir kablosuz cihazın sinyal gönderim gücü iki metrik ile ölçülebilir. Miliwatt (mw), Watt ın binde birini ifade eder. Örneğin, bir ampül 40 watt güce sahip olabilir. Uzun mesafeler için kullaılcak olan kablosuz bir cihazın sinyal gönderim gücü 100mW olabilir. Bu değer, 40 Watt lık bir ampülün 400 de 1 ine eşdeğerdir. -dbm, lagoritma kullanılarak hesaplanır ve daha göreceli bir ölçümdür. Örneğin, 1 mw 0 dbm, 10 mw 10 dbm, 100 mw 20 dbm e eşdeğerdir. mw ile dbm arasında bu bağlantıları kullanabiliriz: Örneğin 2.5 mw dbm cinsinden elde etmek istersek,

23 Yol Kaybı Radyo dalgası bir mesafe boyunca oluşurken oluşan güç yoğunluğundaki azalmalardır. Yol kaybında ki birincil faktör radyo dalgalarının kendi aralarındaki sinyal gücü azalmalarıdır. Radyo dalgaları ile güç yoğunluğu arasında bir ters kare bağıntısı bulunur. Örneğin; mesafeyi iki kat artırdığımız vakit gücün yalnızca dörtte biri kalır. Verici gücünün yanı sıra, menzili etkileyen bir diğer faktörde alıcı hassaslığıdır. Genellikle dbm şeklinde ifade edilir. Hem çıkış gücü hem de alıcı hassasiyeti dbm olarak ifade edildiğinden bir sistemin maruz kalabileceği azami yol kaybı: "Maksimum yol kaybı = Yayın(iletim) Gücü - Alıcı Hassasiyeti + Kazançlar-Kayıplar " ile hesaplanabilir.

24 Kazançlar, yönlü iletim veya alıcı antenlerden kaynaklanan kazanımları içerir. Anten kazançları genellikle izotropik bir anten referans alınarak dbi cinsinden ifade edilir. Kayıplar ise kablo zayıflaması, bir filtre veya çevresel koşulları içerir. Bu ilişki bir sistemin alıcıda ki gücü ölçebilmek için tüm kazançlar ve kayıplar ile birlikte bir bağlantı şeklinde ifade edilir. "Alınan Güç = İletim Gücü + Kazançlar Kayıplar " Hedef, alınan gücü alıcı hassasiyetinden daha büyük yapmaktır. Serbest alanda (ideal bir koşul), aralığı etkileyen tek faktör ters karedir. Bununla birlikte dünyada bu aralığı etkileyebilecek etkenler bulunur: Duvarlar, ağaçlar ve tepeler gibi engeller önemli sinyal kaybına neden olur, Havadaki nem RF etkiler, Metal objeler, aynı dalgadan yeni sürümler oluşturarak radyo dalgalarını yansıtabilir. Bu çoklu dalgalar alıcıya farklı zamanlarda ulaşır ve yıkıcı olarak (bazen yapıcı) olarak etkileşime girer ve buna çoklu yol denir.

25 Sönme Aralığı Üreticiler mesafe aralıklarını belirtirken genellikle engelleri görmezden gelirler ve yalnızca bir gözlem hattını veya ideal yol aralığını belirtirler. Aslında bir yönden haklıdırlar. Çünkü modülün kullanabileceği tüm ortamları bilmek imkânsızdır. Üreticiler çevresel koşulları sağlayabilmek için bazen hesaplarına sönme aralığı da eklerler. Sönme aralığı, bir sistem tasarımcısı tarafından bilinmeyen değerleri hesaba katması demektir. Sönme aralığı ne kadar yüksek olursa genel bağlantı kalitesinde o kadar kaliteli olur. Bir sönme aralığı sıfır olarak ayarlandığında, bağlantı yalnızca gözlem hattı koşullarında geçer ve çoğu tasarımcı için pratik değildir. Sönme aralığı için dbm arası uygun aralıktır. Örneğin 20 dbm lik iletim gücü, -100 dbm lik bir alıcı hassasiyeti, 6 db anten kazancı ve 12 db bir sönme aralığı olduğunu varsayalım. "Maksimum yol kaybı = Yayın (iletim) Gücü - Alıcı Hassasiyeti + Kazançlar - Kayıplar" "20-(-100) = 120 db" Menzil mesafesini bulmak için ise Mesafe (km) = (10)^((maksimum yol kaybı-32,44-20 log(f) )/20) Formüldeki f frekansı temsil etmektedir. Şimdi 120 db yol kaybı ve 2.45 GHz frekansta menzil mesafesi; (10)^((120-32,44-20 log(2450) )/20 ) = 9,735 km

26 Şekilde maksimum yol kaybı ile 2.45 GHz frekansı göstermektedir Deneysel yöntemler aralığın belirlenmesinde çok yararlı olmasına rağmen dünya ölçümleri için ideal gözlem hattını elde etmek zordur ve bir sönme aralığının sisteme ne kadar katıldığını anlamayı da zorlaştırır. Bir testte elde edilen aralığı etkileyebilecek faktörler; anten kazancı, anten yüksekliği ve parazittir. Anten kazancı, sistemde kazanç sağlayan kilit bir kaynaktır.

27 Güç ve Alıcı Hassasiyeti 10 mw (10 dbm) metre

28 Güç ve Alıcı Hassasiyeti 100 mw (20 dbm) metre

29 Güç ve Alıcı Hassasiyeti 100 mw (20 dbm) 5 10 kilometre

30 Güç ve Alıcı Hassasiyeti 500 mw (27 dbm) kilometre

31 Güç ve Alıcı Hassasiyeti Kablosuz sinyal gönderim gücü iletişimin yarısını ifade eder. Diğer yarısı ise, alıcının sinyali algılayabilme gücüdür. Bu duruma alıcı duyarlılığı da denilir. Alıcının duyarlılığı dbm cinsinden ölçülür. Genellikle, -40 ile -80 dbm arası değerler kablosuz iletişim performansı açısından kabul edilebilir aralıktır. Buradaki işareti, bir mw dan oldukça küçük oranlardaki sinyalleri ifade eder.

32 Güç ve Alıcı Hassasiyeti İki kablosuz cihaz arasındaki mesafe birbire yakınsa, aralarındaki bağlantı oldukça sağlam olur. Çünkü, aralarında kurdukları sinyalin gücü oldukça iyidir. Bu durumun performans üzerine doğrudan etkisi vardır.

33 Güç ve Alıcı Hassasiyeti Kablosuz alıcı cihaz, sinyal üreten cihazdan uzaklaştıkça, bağlantı da yavaşlamalar meydana gelir. Çünkü, sinyal kalitesinde azalma meydana gelmiştir.

34 Güç ve Alıcı Hassasiyeti Sinyal alıcı cihaz, daha da uzaklaştırılırsa bağlantı tamamen kopabilir. Dış ortamlarda optimal sinyal aralığı -40 dbm ile -60 dbm arasıdır. Cihazlar birbirlerine yaklaştıkça, -40 dbm e doğru yaklaşırlerken, uzaklaştıkça -60 dbm e doğru yaklaşırlar.

35 Çok Yollu Yayılım Kablosuz haberleşme sisteminde verici antenden çıkan sinyal kanal üzerinde birçok yoldan alıcı antene ulaşabilir. Buna çok yollu yayılım (multipath propagation) denir. Antenlerin direkt olarak birbirlerini gördükleri (LOS: Line of Side) yol haricinde binalardan, ağaçlardan veya başka yerlerden yansımalarla birlikte sinyalin gecikmiş alımları gelebilir. Anten arasındaki her bir yola çoklu yol bileşeni denir ve her yolun farklı bir zayıflatması ve zaman gecikmesi vardır. Bunların alıcı antene toplamı ise alınan sinyali bozabilir bu olaya sönümleme yani işaret girişime uğramıştır intersymbol interference etkisi mevcuttur. Böyle bir kanalı modellemek için zamanla değişen dürtü cevabına sahip bir model ele alınır. İşaretin kanaldan çok yollu yayılımı Rayleigh dağılımıyla modellenir.

36 Çok Yollu Yayılım Çok yollu yayılımın matematiksel modeli doğrusal sistemler için birim vuruş tepkeleri metoduyla ifade edilebilir. İletilen sinyal darbe şeklinde formülde gösterildiği gibidir. x(t)=δ(t) Alıcıda, bir çok elektromanyetik yol sebebiyle birden fazla darbe alınacaktır, her darbe farklı zamanlarda alıcıya ulaşacaktır. Elektromanyetik dalgalar ışık hızıyla yayılırlar ve her yolun geometrik uzunluğu birbirinden farklıdır (serbest uzayda ışık 3 km lik yolu 1μs de alır). N alınan darbe sayısıdır. T(n) n. darbenin gecikme süresidir ve p(n) alınan sinyalin komplex olarak genlik ve faz şeklinde ifade edilmiş halidir. Sonuç olarak y(t) çokyollu yayılımı h(t) nin birim vuruş tepkesi olarak ifade edilişi formülde olduğu gibidir.

37 Anten Nedir? Nasıl Çalışır? Antenler, boşlukta yayılan elektromanyetik dalgaları toplayarak iletim kanalı içerisinde yayılmayı sağlamak (receiver) ya da boşluğa elektromanyetik dalgalar yaymak (transmitter) amacıyla tasarlanmışlardır. Antenler, verileri yaydıkları dalgalar itibariyle kilometrelerce uzaklara taşıyabilirler. Bir antenin gönderme ve alma özellikleri aynıdır. Buna antenlerin karşılıklılık (reciprocity) özelliği denir. Uydular arası iletişimde, aynı anten hem göndermede hem de almada kullanılır. Antenler modern Telekomünikasyon un en önemli yapı taşıdırlar. Genellikle bir anten, elemanlarıyla iletken malzemeyle elektriksel olarak bağlı alıcı ve vericiden oluşur. Verici anten de elektronlar sınırlandırılarak bir elektrik alan oluştururlar ve aynı zamanda bir de manyetik alan oluştururlar. Bu, zamanla beraber değişmekte olan dalgalar uzaya ya da boşluğa enine elektromanyetik dalga olarak yayılır. Tersinde ise, yani antene gelen elektromanyetik dalga anten üzerinde bulunan elektronları ileri geri hareket etmesine sebep olarak, giderek hızlanan bir titreşim meydana getirir. Bu da antenin içinde elektronların hareketinden dolayı akım oluşmasını sağlar.

38 Anten Yüksekliği ve Frensel Bölge Bir antenin yerden yüksekliğini arttırmak iki ana konuda size yardımcı olabilir. İlk olarak sizi araba, insan, ağaç ve bina gibi muhtemel engeller üzerinde bulmanıza yardımcı olabilir. İkincisi gerçek RF gözlem hattı Fresnel bölgesinde en az %60 açıklık elde etmenize yardımcı olabilir. Frensel bölgesi, alanın sinyal dalga boyuyla tanımlanan alıcı verici arasındaki elipsoit bir hacimdir. Optimal sinyal elde etmek için bir sinyalin engeller etrafında olması gereken uygun boşluğu hesaplamak için kullanılır. Genel bir kural, gözlem hattı (LOS) yolunun anten yüksekliği %60 dan fazla olmayan engeller üzerinde açık olmasıdır. Dünyanın eğriliği, uzun menzilli kablosuz bağlantılar için LOS u da etkileyebilir. Tabloda bağlantı yolunun orta noktasındaki yerküre yüksekliği, tepeler veya diğer arazi özellikleri için hesaplanmayan ve anten yüksekliği Fresnel alanında en az %60 lık bir sinyal elde eden etkisi için bazı örnekler sunulmuştur

39 Anten Yüksekliği ve Frensel Bölge Birçok pratik ortamda alıcı vericileri daha düşük bir anten yüksekliğinde çalışabilir ancak üreticiler antenlerini uygun bir yüksekliği yerleştirmeleri iyi olur. En iyi menzili elde etmek için uygun bir anten yüksekliğine sahip olunmalı. Şekilde, yol mesafesi, engel yüksekliği ve anten yüksekliği Fresnel alanıyla nasıl bir ilişkisi olduğunu göstermektedir. Gürültü ve parazit, kablosuz bir sistemin menzilini olumsuz etkileyebilir. Gürültü kontrol edilemez ancak bir sorun olması dâhilinde hesaplamaya dahil edilmelidir. 902 ila 928 mhz (Kuzey Amerika) ve 2,4 GHz(dünya çapında) olan endüstriyel, bilimsel ve tıbbı bantlarda girişim beklenebilir ancak bunu hesaplamak zordur. Üreticiler deneysel testleri yalnızca girişim olmadığında yapabilirler.

40 Antenler WLAN için önemli anten karakteristikleri: Frekans: 2.4 GHz (IEEE802.11b/g) vs. 5 GHz (IEEE802.11a/h) Empedans: 50 (Ohm), WLAN cihazı, antenler ve kablolar için aynı olması gerekiyor Kazanç: belirli bir yönde enerji odaklı Yön: omnidirectional, directional; horizontal and vertical sinyal genişliği Polarizasyon: linear vertical/ horizontal, dairesel VSWR: Geri dönüş kaybı VSWR stands for Voltage Standing Wave Ratio. VSWR, antenden yansıyan gücü açıklayan yansıma katsayısının bir fonksiyonudur.

41 Antenler Kablosuz cihazlar farklı özellikte antenlere sahip olabilir. Bazı cihazların antenleri cihazın içerisinde gömülü halde bulurken, bazılarının sonradan modüler olarak takılabilir. Farklı karakteristik özelliklerde bir çok anten vardır. Ancak, günümüzde en çok kullanılan ve bilinen anten tipleri 3 tanedir. Bunlar, Omnidirectional, Monopol Antenler(Monopole Antennas) Yarım Dalga Dipol Antenleri (Half Wawe Dipole Antennas) Katlanmış Dipol Antenleri (Folded Dipole Antennas) Yönlü Antenler (Directional Antennas) Sector Focused antenlerdir. Yagi-Uda Antenleri (Yagi-uda Antennas) Çanak Antenler (Dish Antennas) Log-Periyodik Antenler (Log-Periodic Antennas) Rombik Antenler (Rhombic Antennas)

42 Antenler Topografik özellikler, Dağ ve Tepeler Binalar. Sık Orman ve Ağaçlıklar Diğer suni veya Doğal Engeller Line of site

43 Antenler Elektromanyetik Dalgalar hüzme şeklinde yayılır. Yayılım sırasında sanal bir yol izlerler. Sinyallerin gidiş ve dönüşleri bu yol üzerinden olur. Fresnel Zone

44 Antenler Sabit Band Genişliği Paylaşımlı Band Genişliği

45 Antenler 2 cihaz görüşüyor.. Araya bir cihaz daha ekleyerek mesafe uzatılabilir.

46 Omnidirectional Antenler Her yöne eşit oranda sinyal gönderirler. Bu antenlerin kullanımının avantajı, her yöne doğru sinyali gönderebiliyor olmasıdır. Kurumsal kablosuz ağ tasarımında bu durum ciddi avantajlar sağlar. Kablosuz komuşu cihazların yerlerinin tespiti bu antenler sayesinde oldukça kolay sağlanır. Cihazlar arasında yeterli seviyede sinyal varsa, birbirleri ile iletişim kurabilirler. Hangi yönde olduklarının bir önemi yoktur. Ideal omnidirectional anten

47 Omnidirectional Antenler Bu antenlerin en büyük dezavantajı ise, sinyal gücünü her yöne doğru dağıttığından kısa mesafelerde kullanılabilir. Mesafe uzadıkça sinyallerde bozulmalar ve kopmalar meydana gelir. Eğer, iki cihaz arasında mesafe tek yönlü olacak ve değişmeyecekse, diğer yönlere doğru yapılan sinyal boşa gidecektir ve gereksiz olacaktır.

48 Monopol Antenler(Monopole Antennas) Toprak levhası adı verilen bir iletken plaka üzerine genellikle dik olarak ve iletken plaka ile elektriksel temas ettirilmeden yerleştirilen çeyrek dalgaboyunda (λ/4) düz bir metal çubuktan oluşur. Çeyrekdalga anteni (quarter wave antenna) ya da morkoni anteni (marconi antenna; 1895 de Guglielmo Marconi tarafından üretilmiştir.) olarak ta bilinmektedir. Monopol antenin, anten çubuğu uzunluğu nun λ/4 e eşit olması durumunda ve λ/4 ün tamsayı katlarında rezonans hale gelerek maksimum dalga yayma ya da alma yaparlar. Rezonansta antenin empedansı (öz direnci) sadece dirençten oluşur (36,8Ω). Ayrıca sanal sayılar içermez. Monopol antenin empedansı, anten çubuğunun boyu λ/4 ün altına düşürüldüğünde kapasitif, λ/4 un üstüne çıkarıldığında da endüktif olur. Monopol antenler çubuk anten (stick or pole antenna), kamçı anten (whip antenna) heliks anten (helical antenna) olarak ve daha da türevleri olacak şekilde üretilmiştir. Aşağıda ki örnek resimlerle gösterilmiştir. Çubuk Anten Kamçı Anten Heliks Anten

49 Yarım Dalga Dipol Antenleri (Half Wawe Dipole Antennas) Diğer bir adı Hertz antenidir. İki monopol anten elemanından oluşan ve uzunluğu λ/2 olan bir rezonans antenidir. Rezonans empedansı (öz direnci) 73 Ω dur.

50 Katlanmış Dipol Antenleri (Folded Dipole Antennas) Yarım dalga dipol antenlerinin uçlarının katlanması ile elde edilir. Uzunluğu λ/2 olan bir rezonans antenidir. Rezonans empedansı yarım dalga dipol empedansının dört katı olup yaklaşık olarak 300 Ω dur. Bant genişliği dipol ün bant genişliğinden fazladır.

51 Yönlü Antenler (Directional Antennas) Diğer bir ismi Hüzme antenlerdir (Beam antennas). Yönlü antenler yaymada çok güçlü ışıma yapabilen, almada ise çok güçlü sinyaller alabilen antenlerdir. Bu tür antenlerin kazançları yönlendirildiği yerde çoktur. Yönlendirilmediği yerde ise çok düşüktür. Böylece istenmeyen gürültüler veya yayınlar engellenmiş olunur. Yönlü anten, aynı enerjiyi belirli bir yöne yönlendirir

52 Yagi-Uda Antenleri (Yagi-uda Antennas) Yagi anteni olarak da geçer. VHF (Very High Frequency: MHz) ve UHF ( Ultra high frequency: MHz) bantlarında televizyon yayınlarının alınmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yagi anteni metal çubuklardan ya da telden yapılmış üç tür anten elemanından oluşur: a. Bir yarım-dalga dipol ya da katlanmış dipol, b. Bir yansıtıcı eleman (reflector), c. Bir ya da daha fazla sayıda yönlendirici eleman (director) dan oluşurlar. Anten elemanları genellikle 0,1 λ aralıklarla ve yalıtkan maddeler üzerine konularak bir taşıyıcı çubuk üzerine monte edilmiştirler.

53 Çanak Antenler (Dish Antennas) İçinde en yaygını parabolik yansıtıcı antenler (parabolic reflector antennas ) olup uzay araştırmalarında, karasal yayınlarda ve birçok alanda kullanılır. Parabol, bir düzlemde alınan sabit bir "d" doğrusu ile sabit bir "F" noktasından eşit uzaklıktaki noktaların geometrik yerleştirilmesidir. Bu sabit noktaya odak (focus), doğruya (directrix) denir. Parabolik yansıtıcı yüzey, bir parabolün ekseni etrafında döndürülmesi ile elde edilen yüzeydir; buna paraboloid denir. Paraboloidin x eksenine dik kesiti daire şeklindedir. Buna anten açıklığı (antenna clarity) denir. Parabolik reflektörlü anteni beslenme yöntemleri: a-) Eksenden ya da önden besleme (axial or front feed) b-) Eksen dışı ya da ofset besleme (off axis or offset feed) c-) Cassegrain besleme (Cassegrain feed) d-) Gregorian besleme (Gregorian feed)

54

55 Log-Periyodik Antenler (Log-Periodic Antennas) Log-periyodik antenler, bir eksen üzerinde frekansın logaritmik fonksiyonu olan aralıklarla dizilmiş çok sayıda dipolden oluşur. Art arda gelen anten elemanları (dipoller) 180 faz farkı ile beslenirler. Bu antenler dar hüzmeli ve geniş bantlı antenlerdir, VHF ve UHF bantlarında kullanılırlar.

56 Rombik Antenler (Rhombic Antennas) Eşkenar dörtgen şeklinde, telden yapılmış, yönlü ve geniş bantlı bir antendir. HF (High Frequency) yani kısa dalga (short wave) bandında kullanılır. Antenin almagönderme yönünde bir sonlandırma direnci bulunur.

57 Sector Antenler Sinyali tek bir yöne doğru 30 ile 120 derece açı ile gönderirler. Sinyali her yöne doğru dağıtmak yerine, daha az yöne doğru daralttığından, daha uzun mesafelere sinyalleri gönderebilirler. Genelde dikdörtgen şeklinde olurlar. Cihazlar üzerinde gömülü gelebileceği gibi, modüler olarak sonradan da takılabilir. Dezavantajı ise, sinyalin gönderim aralığında olmayan cihazlarla iletişim kuramazlar. Dağıtık yapılarda olan kablosuz ağ toplojilerinde bu ciddi bir dezavantajdır.

58 Focused Antenler 5 ile 10 derece gibi daha dar bir aralıkta sinyalleri gönderir. Çok daha uzun mesafelere sinyalleri iletebilmesi bir avantajdır. Ancak, iletişim kurabilmeleri için cihazların birbirlerini doğrudan görmesi gerekmektedir.

59 Sector ve Focused Antenler Sector ve Focused antenler de kanal çakışması çok daha az olmaktadır. Çünkü, sadece belli bir yöne doğru sinyal iletimi olmaktadır. Ancak bu antenler kullanılarak kablosuz ağ tasarlamak oldukça zordur. Çünkü, komşu cihazların lokasyonlarının çok iyi şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Cihazların konumlarının performasn üzerine oldukça fazla etkisi vardır.

60 Sector ve Focused Antenler

61 Sector ve Focused Antenler Kablosuz sinyal gönderen cihaz, oldukça uzun mesafelerde sinyal gönderimi yapabilir. Ancak, alıcı cihazın mobil olması durumunda bu antane tiplerini kullanmak nerdeyse imkansızıdır. Çünkü, alıcı cihaz hareket ettiğinde, gönderen cihazın sinyal aralığından çıkmış olur ve iletişim kopar.

62 UYDULAR Uydular, bulundukları yörüngelerin yüksekliğine bağlı olarak, Dünya yüzeyinde çok geniş alanları görebilme kapasiteleri vardır. Bu geniş bakış açısı onlara karada kullanılan araçlardan çok daha hızlı veri toplama imkanı sağlar. Atmosferde bulunan farklı moleküller ile etkileşen ve bundan dolayı geri yansıyan sinyalleri Dünya yüzeyinden algılamak mümkün değildir. Uyduların büyük çoğunluğu atmosferin üzerinde bulunurlar, bu da onlara uzaydan gelen ve Dünya yüzeyinde ölçülemeyen bazı sinyalleri gözlemleme imkanı sunmaktadır. Televizyon yayını yapan kulelerin yaydıkları sinyallerin büyük çoğunluğu, Dünya nın yuvarlaklığı sebebiyle uzaya gönderilmektedir. Uydular bu gereksiz kaybı ortadan kaldırarak, çok daha geniş alanlara, çok daha yüksek verimlerde yayın yapabilme olanağı sağlarlar.

63 tek bir uydunun sağladığı kapsama alanı

64 Uydu Çeşitleri Uydular birçok alanda kullanılmaktadır. Bu kullanım alanına bağlı olarak ağırlıkları, boyutları, fırlatıldıkları yörüngeleri ve içerdikleri bileşenlerinin hepsi değişiklik gösterebilmektedir. 1.Astronomi Uyduları: Astronomi uyduları aslında Dünya nın etrafında dönen devasa teleskoplardır. En büyük örnek, hubble uzay teleskobudur. 2.Haberleşme Uyduları: Günümüzde çalışır vaziyette olan bütün uyduların nerdeyse yarısı haberleşme amacıyla uzaya fırlatılmıştır. Bu uyduların en büyük özelliği, çoğunun dünya ile aynı açısal hıza sahip olmalarıdır. Böylece, Dünya nın yüzeyinden bu uydulara bakacak olursanız onları hareketsiz görürsünüz. 3.Atmosfer Çalışmalarında Kullanılan Uydular: Düşük bir yörünge yüksekliğine fırlatılan bu uydular, adlarından da anlaşılacağı üzere atmosferi incelemek amacıyla kullanılmaktadırlar. 4.Navigasyon Uyduları: Dünya yüzeyindeki konumunuzu belirlemek için kullanılmaktadırlar. 5.Casus Uydular: Diğer ülkelerin askeri birliklerini, füzeleri veya nükleer patlamaları gözetlemek amacıyla kullanılmaktadırlar. 6.Meteoroloji Uyduları: Hava tahminlerinde kullanılmaktadırlar.

65 Uydular nelerden oluşur? Payload modülü haberleşme uydularında komunikasyon modülü denmektedir. Servis ve komünikasyon modülleri birlikte uydunun ana yapısını oluşturmaktadırlar. Bu ana yapı bütün komponentleri kapsayan ve dış etkenlerden koruyan duvarlara sahiptir ve buna uydunun omurgası da denmektedir.

66 1.Servis Modülü: Servis modülü uydunun bataryalarını, yakıt tanklarını, Apogee Boost Motor unu, iticilerini ve reaksiyon tekerlerleri (reaction wheel) gibi mekaniksel bileşenleri içermektedir.

67 2. Komunikasyon Modülü: Komünikasyon modülü, adından da anlaşılacağı üzere uydunun haberleşmesini sağlayan bütün elektronik bileşenleri içermektedir. Ayrıca yakıt tankları ve apogee boost motor u destekleyen bir merkezi tüpe (central tube) sahiptir.

68 Alphasat uydusunun servis modülü (sağ) ve komünikasyon modülünün (sol) montajı görülmektedir. Bir uydunun sağlıklı bir şekilde yörüngesinde kalabilmesi için, 3 adet alt sisteme ihtiyacı vardır. Haberleşme uydularında bunlara ek bir de haberleşme sistemi mevcuttur.

69 Uydunun görevine bağlı olarak bunlara ek birçok farklı alt sistem eklenebilmektedir. 1.Güç Sistemi Güneş panellerinden 6-26 kw (uydunun ihtiyacına göre değişiklik gösterir) aralığında üretilen güç, elektronik komponentlerin çalışabilmesini sağlar. Coarse Sun Sensor (CSS) güneşten gelen ışıkların açısını hesaplayarak güneş panellerin maksimum verimde çalışabilmeleri için her daim güneşe dik bir konumda durmalarını sağlar. Uydu fırlatılış ve Güneş tutulmaları sırasında gücünü bataryalarından karşılamaktadır. Güneş tutulmaları maksimum 72 dakika sürmektedir ve uydu ömrünün yaklaşık %1 ini oluşturmaktadırlar.

70 2.Yükseklik ve Yörünge Kontrol Sistemi Dünya yüzeyinde oluşan kapsama alanını istenilen alanlarda tutulmasını sağlayan sistemdir. Gyro ve Star Trecker sensörleri yardımıyla uydunun Dünya ve yıldızlara göre yönelimi hesaplanır ve böylelikle antenlerin istenilen kapsama alanını oluşturması sağlanır.

71 3. İzleme ve Telemetri Sistemi Çeşitli sensörlerden alınan bilgilerin yer istasyonuna gönderilmesini sağlar. Bu bilgiler aşağıdaki gibidir: Yakıt tankların basıncı Bataryaların voltajı Uydunun ve bileşenlerinin sıcaklığı Anahtarların durumu ve pozisyonu Ayrıca Dopler etkisinin hesaplanması için (kaynağın harketi sebebiyle yaydığı sinyalde oluşan frekans kayması) için uydunun yörüngedeki pozisyon, hız ve ivme bilgilerini de ölçmektedir.

72 4.Haberleşme Sistemi Ses, video veya verilerin sağlıklı bir şekilde iletilmesini sağlar. Uydunun haberleşmesi bir uplink ve bir downlinkten oluşmaktadır. Yer istasyonundan uplink yoluyla uyduya gönderilen sinyal yükseltilir, filtrelenir, farklı bir frekan aralığına transponder lar yardımıyla dönüştürdükten sonra ise sinyali downlink yardımıyla Dünya nın belirlenen kapsama alanına gönderilir.

73 Minyatür Uydu Nedir? Minyatür uydular, kütleleri genellikle 500 kg altında olan ve dünya yörüngesinde dolanan uydu türleridir. Minyatür uydular son yıllarda giderek daha yaygın hale gelmiştir. Ne kadar birbirlerinden farklı olsalar da uydular kütleye göre kategorize edilirler. Bazı özel araştırmalarda, genellikle büyük uydular yerine bu küçük uydular kullanılır. Böylelikle hem maliyet azalır hem de uyduyu fırlatmak için büyük roket kullanılacağına, daha küçük roketler kullanılmış olunur. Ayrıca, uydu ne için yapılıyorsa istedikleri gibi özelleştirebilirler. Minyatür uydular, uygun bilimsel gözlem, veri toplama ve Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS), patentli kablosuz iletişim ağları kullanmak vb. alanlarda kullanılır. Yörüngede Bulunan Minyatür Uydular

74 1) Küçük Uydular (Small Satellites) Litaratürde "Mini Uydu" olarak da geçer. Kütleleri yaklaşık olarak 100 ile 500 kg (220 ve 1,100 lb) arasındadır. Küçük Uydu (Small Satellites)

75 2) Mikro Uydular (Micro Satellites) Kütleleri yaklaşık olarak 10 ile 100 kg (22 ve 220 lb) arasındadır. Mikro Uydu (Micro Satellites)

76 3) Nano Uydular (Nano Satellites) Kütleleri yaklaşık olarak 1 ile 10 kg (2.2 ve 22.0 lb) arasındadır. Nano Uydu (Nano Satallites)

77 4) Piko Uydular (Pico Satellites) Kütleleri yaklaşık olarak 0.1 ile 1 kg (0.2 ve 2.20 lb) arasındadır. Piko Uydular (Pico Satellites)

78 5) Femto Uydular (Femto Satellites) Kütleleri yaklaşık olarak 10 ile 100 g (0.35 ve 3.53 oz) arasındadır. Femto Uydular (Femto Satellites)

79 Minyatür Uyduların Teknik Olarak Avantajları Minyatür uydular genellikle yenilikçi itiş gücü, davranış kontrolü, iletişim ve hesaplama sistemleri gerektirir. Büyük uydular genellikle tahrik ve pozisyon kontrolü için monopropellants veya bipropellant yakıtlı, yanmalı roket sistemi kullanır. Bu sistemlerin karmaşık ve hacmi en az miktarda olan ısı dağılımı için yüzey gerektirir. Fakat mini uydular sıkıştırılmış gaz, buhar, sıvı gibi bütan ya da karbondioksit veya diğer yenilikçi tahrik sistemleri kullanarak daha basit, ucuz ve ölçülebilir bir sistem yapısını bize sağlarlar. Mini uydular genellikle minyatür olmasına rağmen UHF, VHF, S-bant ve X-bant, konvansiyonel telsiz sistemleri daha büyük uydulara göre daha güncel teknolojiyi kullanarak daha iyi sonuçlar sağlamaktadır. Uydu nun elektronik kısmı titizlikle test edilmiş ve dış mekan, yani uzayda (vakum, mikrogravite, aşırı ısı ve radyasyona maruz kalma vb.) dayanıklı olmalıdır. Minyatür uyduların testleri düşük masraf ile halledilebilir. Yeni bir donanımı da test etmek için büyük bir fırsat sağlar.