MALTEPE ÜNVERSTES ELEKTRK-ELEKTRONK MÜHENDS BÖLÜMÜ ELK 41- Telsiz ve Mobil Alar 1. Ara Sınav Soruları ve Çözümleri Örenci Adı Soyadı : Örenci no : Akademik yıl : 011-01 Dönem : Bahar Tarih : 09.04.01 Sınav yeri : M-6 Sınav süresi : 80 dakika Ders sorumlusu : Yrd. Doç. Dr. B. Demir Öner Soru 1 3 4 5 6 7 8 Toplam Puan 16 0 1 17 15 0 - - 0 Not KURALLAR Sınavdan önce adınızı-soyadınızı ve örenci numaranızı yazınız. Soruların tamamını cevaplayınız. Cevaplarınızı sadece ekteki sayfalara yazınız. Yazınız mutlaka düzgün ve okunaklı olmalıdır. Okunamayan ve anlaılmayan karalama vb. kısımlar deerlendirmeye alınmayacaktır. Sonuçlarınızı mutlaka birimleri (m, kg, m/s. vb) ile veriniz. Birimsiz sonuçlar sayısal deer doru olsa bile eksik puanla (örnein yarısı gibi) deerlendirilecektir. Sınav sırasında sadece sınav kaıtları, kalem, silgi ve -kullanımına izin verildi ise- hesap makinesi masa üzerinde bulunabilir. Dier tüm eyalarınız masa altında olmalıdır. Sınav sırasında; sınavla ilgili soru sormak, arkadaınızla konumak, malzeme alıp vermek, sözlük, cep telefonu, ders notları ve dersle ilgili dier kiisel notları kullanmak yasaktır. Kurallara uymayanların davranıları sınavda kopya yapmaya teebbüs etmek veya kopya yapmak olarak deerlendirilecektir. 1/5
Soru 1 Görü Hattı letimi (Line-of-Sight Transmission) (16 puan) Görü hattı iletimindeki bozucu etkenlerden, a) Zayıflama (attenuation) nedir? Kısasa tanımlayınız. Zayıflamanın uzaklıkla ve frekansla ilikisini kısaca açıklayınız. (4 puan) b) Zayıflamanın etkisini azaltabilmek için iletim ortamında ve alıcıda hangi önlemler almaktadır? (4 puan) c) Zayıflama bozulması (attenuation distorsion) nedir? Kısasa tanımlayınız. (4 puan) d) Zayıflama bozulmasının etkisini azaltabilmek için vericide ve/veya alıcıda hangi önlemler alınmaktadır? (4 puan) a) Zayıflama, sinyalin iletim ortamında ilerlerken (yayılırken) gücünün azalmasıdır. Buna iletim kaybı (transmission loss) da denir. letim uzaklıı arttıkça ve frekans yükseldikçe sinyalin iletim ortamında uradıı zayıflama artar. (4 puan) b) Zayıflamanın etkisini giderebilmek için, 1. letim ortamında belirli aralıklarla yükselteçler (amplifiers) ya da tekrarlayıcılar (repeaters) kullanılır. Yükselteçler sinyali ve gürültüyü aynı oranda yükselttikleri için ve kendileri de ek gürültü oluturdukları için genellikle tercih edilmezler. Sayısal iletiimde tekrarlayıcılar kullanılır. ( puan). Alıcıdaki çözücü giriindeki sinyal gücünün gürültü gücüne oranı (SNR or S/N: Signal-to-Noise Ratio) belirli bir seviyenin üzerinde olmalıdır. Sayısal iletiimde, alıcının çözücü giriindeki SNR yi yükseltmek için çözücüden önce uyumlu süzgeçler (matched filters) kullanılır. ( puan) c) letim ortamında yayılan sinyalin yüksek frekans bileenleri alçak frekans bileenlerine göre daha fazla zayıflar. Böylece, alınan sinyalin dalga eklinde bozulmalar olur. Bu tür bozulmaya zayıflama bozulması (attenuation distorsion) denir. (4 puan) d) Zayıflama bozulmasını azaltmak için, alıcıda ortamın bozucu etkilerini giderici yönde kazanç (gain) ve faz (phase) özelliklerine sahip dengeleyiciler (equalizers) kullanılır. Örnein, sinyalin yüksek frekans bileenleri iletim ortamında daha fazla zayıflayacaı için, vericide ya da alıcıda sinyalin yüksek frekans bileenleri alçak frekans bileenlerine göre daha fazla güçlendirilir. (4 puan) /5
Soru Mikrodalga Link Bütçesi (Microwave Link Budget) (0 puan) Bir mikrodalga iletiim sisteminde, alıcı ile verici arasındaki uzaklık km, verici frekansı 1,5 GHz ve verici gücü 1 kw olarak veriliyor. Verici ve alıcıda çapları m olan parabolik yansıtıcılı antenler kullanılıyor. a) Vericiye uygulanan sinyal gücü P t yi dbw türünden bulunuz. (3 puan) b) Antenlerden her birinin kazancını (G t ve G r ) decibel (db) türünden hesaplayınız. (4 puan) c) Alıcı ile verici arasındaki serbest uzay kaybı L fs yi decibel (db) türünden hesaplayınız. (4 puan) d) Verici ile alıcı arasındaki toplam atmosfer kayıplarının (L a ) 5 db olduunu varsayarak, alıcı antene ulaan sinyali gücü P r yi dbw ve watt türünden elde ediniz. (9 puan) Yardımcı bilgiler: Dalgaboyu: λ = c / f ; c Anten kazancı a) t = 4 π / λ ; Sebest uzay kaybı: L ( 4 / ) fs = π d λ G A e P = log (00) = 30 dbw (3 puan) 8 c 3 b) Dalgaboyu: λ = = = 0, m 9 (1 puan) f 1,5 Parabolik yansıtıcılı antenlerin her biri için, Alan: A = π r = (3,14)( / ) = 3,14 m Etkin alan: A A m e = 0,56 = (0,56)(3,14) = 1,76 (1 puan) 4π A e 4(3,14)(1,76) Kazanç: G = = λ (0,) 8 = 3 m / s ; Parabolik antenin etkin alanı: Ae 0,56 = 55,9 (1 puan) = A ; G = log (55,9) = 7,43 db (1 puan) db c) d= km ve L a =5 db 4π d 4 3,14 000 Serbest uzay kaybı: Lfs = = = 3,95 0, λ 11 L = log (3,95 ) = 115,96 db ( puan) fs( db) 11 ( puan) d) Alıcıya ulaan sinyal gücü: P r P r = P t + G t + G t L fs L a = 30 + 7,43 + 7,43 115,96 5 = 36,1 dbw (6 puan) 36,1 = log P r ; 3,61 = log P r ; P r = -3,61 =,46-4 W = 46 W (3 puan) 3/5
Soru 3 Yayılı Spektrum letiimi (Spread Spectrum Communication) Yayılı Spektrum iletiiminin saladıı faydaları kısaca yazınız. (1 puan) 1) Yayılı spektrum iletiimi, gürültüye (noise), çokyolluluk bozulmasına (multipath distorsion) ve karıtırmaya (jamming) karı dayanıklıdır. (4 puan) ) Yayılı spektrum sinyalleri gizlemek (hiding) ve ifrelemek (encrypting) için kullanılır. Sadece yayılma kodunu (spreading code) bilen alıcı ifreyi çözerek gönderilen bilgiyi elde edebilir. (4 puan) 3) Aynı geni frekans bandı, çok az bir giriimle, farklı yayılma kodu kullanarak çok sayıda yayılı spektrum iletiimi için kullanılabilir. CDMA yöntemi hücresel telefon haberleme sistemlerinde kullanılmaktadır. (4 puan) Soru 4 Kod Bölüümlü Çoullama (CDMA) (17 puan) Bir CDMA sisteminde A, B ve C kullanıcı kodları, sırasıyla, c A = (-1 1-1 1-1 1-1 1) c B = (-1-1 1 1-1 -1 1 1) c C = (-1 1 1-1 -1 1 1-1) olsun. Aynı anda A nın 1 bit, B ve C nin 0 bit gönderdiini varsayalım. Bu durumda alıcıların girilerine bu üç iaretin toplamı ulaacaktır. A, B ve C den alınan sinyal güçlerinin eit olduunu varsayarak, A nın yayınladıı sinyalleri almak isteyen bir alıcının çıkıındaki sinyali elde ediniz. Alıcı 0 bit ya da 1 bit aldıına nasıl karar verir? Açıklayınız. A kullanıcısı 1 bit gönderir : -1 1-1 1-1 1-1 1 B kullanıcısı 1 bit gönderir : 1 1-1 -1 1 1-1 -1 C kullanıcısı 1 bit gönderir : 1-1 -1 1 1-1 -1 1 Alıcıya gelen toplam sinyal : 1 1-3 1 1 1-3 1 A kullanıcısının kodu : -1 1-1 1-1 1-1 1 A alıcısının çıkıı : -1 1 3 1-1 1 3 1 = +8 A kodu ile sinyal alan alıcı çıkıında +8 olduu için, A göndericisinden 1 bit alındıına karar verir. 4/5
Soru 5 Uydu letiimi Performans Uydu iletiiminde performansını etkileyen üç önemli etken nedir? Çizim yardımıyla açıklayınız. Uydu iletiiminin performansını etkileyen üç önemli etken: 1) Yer-uydu balantısı (uplink) için, yer istasyonu anteni ile uydu anteni arasındaki uzaklık (d 1 ); (5 puan) ) Uydu-yer balantısı (downlink) için, uydu anteninin yönlendirildii nokta (aim point) ile yer istasyonu anteni arasındaki uzaklık (d ); (5 puan) 3) Atmosfer zayıflatması (atmospheric attenuation). (5 puan) Yer istasyonu d 1 Uydu anteninin yönlendirildii nokta Uydu d (15 puan) Yer istasyonu Soru 6 Hücresel Alar Kanal Sayısı Hesabı (0 puan) 9000 km lik bir alanın hücresel a ile kapsandıını düünelim. Bu sistem için ayrılan frekans bandı 0 MHz ve bir kullanıcının tam çift yönlü (full-duplex) iletiim yapabilmesi için gerekli bantgenilii 5 khz olsun. Alanı 60 km olan hücrelerin kullanılması durumunda, küme büyüklüünün (N: Cluster size or reuse factor) 4 deeri için tüm hücresel a sisteminde aynı anda kullanılabilecek kanal sayısını hesaplayınız. A t = 9000 km ; A h = 60 km ; B t = 0 MHz = 0 6 Hz; B k = 5 khz = 5 3 Hz. n küme 6 Bt 0 = = = 4000 3 B 5 k kanal/küme (6 puan) At 9000 km Toplam hücre sayısı: k = 150 A = 60 km = hücre (6 puan) N = 4 için: n sistem h 6 3 Bt / Bk 0 / 5 = k = 150 = 150 00 = 150000 N 4 kanal/tüm sistem (8 puan) 5/5