ELK 307ELK 307 letiim Kuram-Iletiim Kuram I

Nihat KABAOLU

Ders 1

Tavsiye Edilen Kitaplar

Simon Haykin, Communication Systems, Fourth Edition Wile 2001 ISBN 047117869 1 (DersteEdition, Wiley, 2001, ISBN: 047117869-1 (Derste takip edilecek). R E Zi W H T t P i i l f R.E. Ziemer, W.H. Tranter, Principles of Communication Systems, Modulation and Noise, 5th Editi ISBN 04713925375th Edition, ISBN: 0471392537.

Dier Faydal Kaynaklar

J.G.Proakis, M.Salehi, Fundamentals of C i ti S t P ti H llCommunication Systems, Prentice-Hall, 2005.

Demir ner, letiim Kuram-I Ders Notlar, Austos 2002.

Haluk Derin, Murat Akar, letiim Kuram Modlasyon Yntemleri O D T Modlasyon Yntemleri , O.D.T.., Yaynlar.

Dersin erii letiim Sistemlerine Genel Bak letiim Sistemlerine Genel Bak

letiim Sisteminin eleri letiim Sistemlerinin Kstlamalar Analog ve Saysal Mesajlar Modlasyon ve Modlasyonun Gereklilii Kodlama Kodlama Saysal Haberlemenin Analog Haberlemeye Olan stnlkleri

Sinyaller ve Sistemlerin Temelleriy Sinyallerin Snflandrlmas Trigonometrik ve stel Fourier Serileri ve Fourier Dnm Sinyallerin Dorusal Sistemlerden letimi Sinyallerin Dorusal Sistemlerden letimi Enerji ve G Spektrumlar, z ve apraz linti Fonksiyonlar Hilbert Dnm ve zellikleri, n Zarf ve Kompleks Zarf Kavramlar Bant Geiren Sinyal ve Sistemler Faz ve Grup Gecikmesi

Dersin erii Modlasyon

Genlik Modlasyonu ift Yanbant ve Tek yanbant Modlasyonlar ift Yanbant ve Tek yanbant Modlasyonlar Modlatrler ve Demodlatrler Vericiler ve Alclar

A Modlasyonu A Modlasyonu Frekans Modlasyonu

Darbantl Frekans Modlasyonu Genibantl Frekans Modlasyonu Frekans Modlasyonlu aret retimi ve zm

Faz Modlasyonu rnekleme ve Darbe Modlasyonlary

rnekleme Teoremi Zaman Blmeli oullama Frekans Blmeli oullama Frekans Blmeli oullama Darbe Modlasyonlar: PAM, PPM, PWM, PCM Bantgenilii, Bilgi letim Hz, Kanal Kapasitesi

Ksm-1

LETMLETM SSTEMLERNESSTEMLERNE GENEL BAKIGENEL BAKI

Giri

Bir iletiim sisteminin amac, KAYNAK ad verilen bir noktadan HEDEF ad verilen bir baka noktaya bilginoktadan HEDEF ad verilen bir baka noktaya bilgi tamaktr.

Telefon, radyo ve televizyon haberleme sistemlerine verilebilecek en allm rneklerdir.

Haberleme sistemleri haberlemenin trne gre tasarlanrlartasarlanrlar.

Tasarmda, kaynak says, kullanc says, uzaklk, kullanclarn duraan ya da gezgin olular, sistemin y g g ,emniyeti, gvenlik gibi eitli faktrler gz nne alnr.

letiim sistemlerinin eleri

Tipik bir haberleme sistemi aadaki gibi modellenebilir:

Giri Mesaj

Giri Sinyali

letilen Sinyal

Alnan Sinyal

k Sinyali

k Mesaj

Vericiletim Ortam

(Kanal) Alck

DntrcsGiri

Dntrcs

Kaynak Hedef (Kullanc)

stenmeyen Etkiler (Distorsiyon, grlt)

Bir letiim Sisteminin eleri Kaynak : nsan sesi, k, s gibi mesajlar oluturur. Giri Dntrcs : Elektriksel olmayan giri

j l kt ik l d l f d t mesajn elektriksel dalga formuna dntrr. (Temel bant sinyal)

Verici : Verimli iletim iin temel bant sinyalde deiiklik y yapar.

letim Ortam (Kanal) : Verici knn gnderildii ortam (Koaksiyel kablo dalga klavuzu fiber optik hat yaortam (Koaksiyel kablo, dalga klavuzu, fiber optik hat, ya da boluk gibi).

Alc : Vericide ve kanalda yaplan deiikliklerin etkisini t d k ld k i i l i li i lortadan kaldrmak iin alnan sinyali iler.

k Dntrcs : Elektriksel dalga formunu kullancnn ihtiya duyaca orijinal yapsna dntrr.y y j y p

Hedef : Mesajn iletilecei birim. nsan, bilgisayar gibi.

letiim Sistemlerinin Kstlamalarletilen sinyal, iletim ortamnn neden olduuaada sralanan istenmeyen etkilere maruz kalr :

GRLT : Sistemin dndaki ya da iindeki doal sreler tarafndan retilen rasgele ve ngrlemeyensreler tarafndan retilen, rasgele ve ngrlemeyen elektriksel sinyallerdir. Harici Grlt Kaynaklar : Elektrikli cihazlarn kontrol Harici Grlt Kaynaklar : Elektrikli cihazlarn kontrol

anahtarlar, otomobil ateleme radyasyonu, floresan klar, gne nlar, elektrik frtnalar gibi. Gerekli nlem alndnda, harici grlt en aza indirgenebilir hatta yok edilebilir.

Dahili Grlt Kaynaklar : letkenlerdeki elektronlarn sl hareketi (termal grlt), elektronik aygtlardaki ykl tayclarn rasgele emisyonu, difzyonu ya da yeniden birlemeleri (arpmarasgele emisyonu, difzyonu ya da yeniden birlemeleri (arpma grlts). Gerekli nlem alndnda, dahili grlt azaltlabilir, ancak asla yok edilemez.

letiim Sistemlerinin Kstlamalarletiim hznda snrlama getiren en temel unsurlardan birisigrltdr.

Sinyal Grlt Oran (SNR)Sinyal Grlt Oran (SNR)Sinyal Grlt Oran (SNR)Sinyal Grlt Oran (SNR)

Sinyal GcSNRG l G

=

Vericiden uzaklatka grlt seviyesi artarken iaretin S

Grlt Gc

gc azalr. Bu nedenle SNR kanal boyunca srekli azalr.Zayflamay nlemek amacyla alnan sinyali kuvvetlendirmekgrlty de kuvvetlendirir Ayrca byle bir durumdagrlty de kuvvetlendirir. Ayrca, byle bir durumda, ykselte devresinin oluturaca grlt nedeniyle SNRdaha da ktleecektir. SNR iyiletirmek iin alcda baz y zel filtreler kullanlr.

letiim Sistemlerinin Kstlamalar ZAYIFLAMA : Sinyalin iletim ortamnda ilerlerken gcnde

meydana gelen azalma olarak tanmlanr. letim kaybolarak da adlandrlr. Uzaklk ve frekansla doru

orantldr. letim ortam olarak atmosferin kullanlmas durumunda yamur ve kar da zayflamay artran bir etki yapar. letim ortam boyunca repetrler kullanlarak, y p y p ,alcda ise kanaln genlik ve faz karakteristiinin tam tersi genlik ve faz karakteristiine sahip zel filtreler(equalizer: denkletirici) kullanlarak zayflama nlenebilir.de et c ) u a a a ay a a e eb

DSTORSYON : Sistemin kusurlu cevabnn neden olduu dalga eklindeki deiiklikler olarak tanmlanr. Distorsiyon il il i li kli i biletilen sinyalin eklini bozar.

SistemSistem

Giri Sinyali k Sinyali (Distorsiyona uram)

letiim Sistemlerinin KstlamalarDistorsiyonu nlemek iin sistemin bantgenilii sistem cevap karakteristiinin sabit olduu blgede seilmelidir ve sistemin bantgenilii sinyalin bantgeniliinden byk g y g yolmaldr. Ancak, pratik uygulamalar iin bu koullar yerine getirmek genelde mmkn deildir. Dorusal distorsion olmas durumunda, distorsiyon ortadan , ykaldrlabilir, ya da alcda denkletirici kullanlarak en aza indirgenebilir.GRM A f k b d d ki iki d d h f l GRM : Ayn frekans bandndaki iki ya da daha fazla sinyalin kombinezonu nedeniyle oluur. Giriim, eklenmi iki sinyal sonucu oluan daha kuvvetli bir sinyal meydana

i bil i ibi bi bi i i l bi kil igetirebilecei gibi birbirinin gcn azaltan bir etkileim sonucunda daha zayf bir sinyal de meydana getirebilir.

Analog ve Saysal Mesajlar

Analog Mesajlar : Deerleri srekli bir blgede deien veriler ile karakterize edilirlerdeien veriler ile karakterize edilirler. Analog Mesajlara rnekler

Belli bir blgenin atmosferik basnc ya da scakl, g y mikrofonun kndaki ses sinyali gibi

Saysal Mesajlar : Sonlu saydaki semboller ile oluturulurlaroluturulurlar. Saysal Mesajlara rnekler

Morse alfabesi ile kodlanm telgraf mesaj, bilgisayarMorse alfabesi ile kodlanm telgraf mesaj, bilgisayar mesajlar gibi

Not :Not : kili Saysal Mesajkili Saysal Mesaj iki sembolden meydana getirilir.MM li S l M jli S l M j M b ld d ti iliMM--li Saysal Mesajli Saysal Mesaj M sembolden meydana getirilir.

Analog ve Saysal Mesajlar

Alcnn grevi, kanaln kndaki grltl ve bozulmu olan sinyalden mesaj elde etmesidirolan sinyalden mesaj elde etmesidir.

Saysal mesajlar sonlu sayda elektrik sinyal kmesi kullanlarak iletildikleri iin saysal sinyallerden mesajn karlmas analog olanlara gre daha kolaydr.

a) letilen sinyal) y

b) Alnan sinyal (Grltsz)

c) Alnan sinyal (Grltl)

d) Alcda yeniden retilen sinyal (Gecikmeli)

Modlasyon

eitli bilgi kaynaklarndan retilen temel band sinyallerin verilen bir kanal zerinden her zamansinyallerin verilen bir kanal zerinden her zaman dorudan iletimi mmkn deildir. Bu yzden, temel band sinyali yksek frekansl tayctemel band sinyali yksek frekansl tayc sinyalin baz parametrelerini deitirmek iin kullanlr. Bu ilem MODLASYON olarak bilinir.

Alcda ise, temel band sinyali elde edebilmek iin DEMODLASYON ad verilen vericideki modlasyon ileminin tersi bir ilemden geer.

ModlasyonTayc dalga tipine bal olarak iki trmodlasyon vardr : Srekli Dalga Modlasyonu : Burada tayc

yksek frekansl bir sinstr. Bu sinsn parametrelerinden biri (genlik, frekans ya da faz) temel bant sinyalin genlii ile orantl olarak d i ti ilideitirilir. Analog Srekli Dalga Modlasyonu : Burada modle

eden sinyal analogtur Genlik Modlasyonu(AM)eden sinyal analogtur. Genlik Modlasyonu(AM), Frekans Modlasyonu(FM)1 ve Faz Modlasyonu(PM)1bu modlasyon trdr.

1 : Bazen FM ve PM birlikte A Modlasyonu (Angle Modulation) olarak da adlandrlr.

Modlasyon

Tayc( )m t

Modle edici (temel bant) sinyal

Genlik modleli dalga

Frekans ya da Faz modleli dalga

Modlasyon Saysal Srekli Dalga Modlasyonu : Burada modle

eden sinyal saysaldr ve bu sinyal sinzoidal t lik f k f k di lii ltaycnn genlik, frekans ve fazn kendi genliiyle orantl olarak deitirir. Modle edici sinyalin ikili ya da M li oluuna bal olarak saysal srekli dalgaM li oluuna bal olarak saysal srekli dalga modlasyonu iki trdr. kili Modlasyon : Burada, modle edici sinyal sfra dnmeyen

(NRZ) dikdrtgen darbelerden oluur. Modle edilen parametre bir ayrk deerden dierine anahtarlanr. Bu sayede aadaki modlasyon yntemleri elde edilir : y y Genlik Kaydrmal Anahtarlama (ASK)

ya da On-Off Anahtarlama (OOK) Frekans Kaydrmal Anahtarlama (FSK) Frekans Kaydrmal Anahtarlama (FSK) Faz Kaydrmal Anahtarlama (PSK)

ya da Tersine Faz evirmeli Anahtarlama (PRK)

Modlasyon

Saysal Modleli Dalga ekilleri; (a) Temel bant iaret (b) ASK (c) PSK (d) FSK

ModlasyonDier ikili modlasyon trleri unlardr : Trevsel PSK (DPSK) Minimum Kaydrmal Anahtarlama (MSK) Minimum Kaydrmal Anahtarlama (MSK)

ya da Hzl FSK ya da Srekli Fazl PSK Drtl Taycl Modlasyon : Birbirine dik fazl iki y y

tayc kullanan bir modlasyon. Bu modlasyon tr iin Drtl Genlik Modlasyonu (QAM) tipik bir rnektirrnektir.

M li Modlasyon : Haberlemek iin M sembol kullanan modlasyon tr. M sembol unlardan y oluabilir: M farkl genlik seviyesi (ok genlikli sinyalleme) M farkl faz (ok fazl sinyalleme) M farkl faz (ok fazl sinyalleme) M farkl genlik ve faz kombinasyonu (Mli APK)

Modlasyon

11 01 10 00

4l ok genlikli alfabe

11 01 10 00 10 01 11

4l ok genlikli sinyal

Modlasyon Darbe Modlasyonu : Burada tayc periyodik

darbe trenidir. Darbelerin genlik, genilik ve pozisyonlar temel bant sinyalin genliiyle orantlpozisyonlar temel bant sinyalin genliiyle orantl olarak deitirilerek aadaki modlasyon trleri elde edilebilir : Darbe Genlik Modlasyonu (PAM) Darbe Genilik Modlasyonu (PWM) ya da Darbe

Sre Modlasyonu (PDM)Sre Modlasyonu (PDM) Darbe Konum Modlasyonu (PPM)PAM sinyalinin uygun bir ekilde kodlanmasylay yg y

Darbe Kod Modlasyonu (PCM) Trevsel Darbe Kod Modlasyonu (DPCM) Delta Modlasyonu (DM) Delta Modlasyonu (DM) Uyarlamal Delta Modlasyonu (ADM)

Modlasyon

Modlasyonun Gereklilii Modlasyon Etkin Yaylm Salar

Elekromanyetik enerjinin etkin bir ekilde yaylabilmesi iin verici antenin boyutlar yaylacak sinyalin dalgaiin verici antenin boyutlar yaylacak sinyalin dalga boyunun onda biri mertebelerinde ya da daha fazla olmal. /f ( 3 108 / ) itlii dikk t l d d t=c/f (c=3x108 m/sn) eitlii dikkate alndnda, tayc frekans arttka anten boyutunun klecei grlebilir.rnein, f = 100Hz ile 3000Hz arasndaki bir bantdarnein, f 100Hz ile 3000Hz arasndaki bir bantda bulunan ses sinyalinin dalga boyu = 3000km ile 100km arasndadr. Eer bu ses sinyali f = 100MHz lik bir taycy modle ederek iletilirse, dalga boyu =3m yetaycy modle ederek iletilirse, dalga boyu 3m ye der.Bu nedenle, temel bantl sinyalin frekans bileenlerini tayc sinyalin frekansna kaydrlabilmesi iintayc sinyalin frekansna kaydrlabilmesi iin modlasyona ihtiya vardr.

Modlasyonun Gereklilii Modlasyon Ezamanl letim Olana Sunar

Modlasyon ayn iletim ortam zerinden ayn anda bir k l b i li il il bil i i i klidiok temel bant sinyalin iletilebilmesi iin gereklidir.

Ezamanl iletim iin aadaki yntemler kullanlr: Frekans Blmeli oullama (FDM) Frekans Blmeli oullama (FDM)

Her bir temel bant sinyali modle etmek iin farkl tayc frekanslar kullanlr. Bu yntemde, tayc frekanslar modleli sinyallerin spektrumlarnn birbiri ile rtmesini ve girimesinisinyallerin spektrumlarnn birbiri ile rtmesini ve girimesini engelleyecek kadar uzak seilir.Alcda ise, arzu edilen istasyon ya da sinyali semek iin ayarlanabilir bant geiren szgeler kullanlrayarlanabilir bant geiren szgeler kullanlr.

Bu sayede kanaln bant genilii herhangi bir rtme olmadan itli i ll l l leitli sinyallerce paylalm olur.

Modlasyonun Gereklilii Zaman Blmeli oullama (TDM)

Temel bant sinyaller dar darbelerden oluan PAM sinyallerine d t l Bi i li d b l i d ki b l k didntrlr. Bir sinyalin darbeleri arasndaki boluk dier sinyallerin darbeleri iin kullanlr.Bylece, eitli sinyal darbeleri birbiri arasna sokularak, iletim y yzaman belirli bir saydaki sinyal tarafndan paylalm olur.Alcda ise, darbe trenleri yerletirildikleri sralamaya uygun bir ekilde birbirinden ayrlrekilde birbirinden ayrlr.

Modlasyon Grlt ve Giriimin Etkisini AzaltrFrekans ve faz modlasyonlar iletim bandnn ve SNRFrekans ve faz modlasyonlar iletim bandnn ve SNR n kontrol edilmesine olanak salar.

Kodlama Kodlama gvenli saysal iletim iin gerekli olan bir Kodlama gvenli saysal iletim iin gerekli olan bir

sembol ileme ilemidir. Kodlama(Encoding) saysal mesaj yeni bir sembol dizisine

dntrrdntrr. Kod zme(Decoding) kodlanm diziyi orijinal haline (mesaja)

geri dntrr. Bu dnm srasnda belki iletim srasnda meydana gelen veri bozulmas nedeniyle birka hata da oluabilir.

Hata Kontrol Kodlar kanal grlts ya da bir takm eksiklikler nedeniyle olumas muhtemel hatalarn etkisini ortadan kaldrmak iin kullanlr Her bir ikili kod szcne ekstrakaldrmak iin kullanlr. Her bir ikili kod szcne ekstra kontrol bitleri ekleyerek hatalarn byk bir ounluunu sezmek hatta dzeltmek mmkndr. Aslnda bu yntemle mesaja bir fazlalk eklenerek sinyal bant genilii artrlr, ancak b il ti i i ti i d tbu iletiim emniyetini de artrr.

rnek: 0001 kod szcne 1 lerin saysn ift yapmak iin 1 eklenirse, yeni kod szc 00011 olur. Alcdaki kod zc birlerin saysnn ift olup olmadn kontrol eder Bu say iftbirlerin saysnn ift olup olmadn kontrol eder. Bu say ift deilse alc iletim esnasnda bir hata olutuunu anlar ve mesajn yeniden iletilmesini ister. Bu yntem ift parite kontrol olarak bilinir.

Saysal Haberlemenin AnalogSaysal Haberlemenin Analog Haberlemeye Olan stnlkleri y Saysal haberleme kanal grlts ve distorsiyona kar daha

dayankldr. letim yolu boyunca kullanlan repetrler saysal sinyali sezer ve grltden arndrlm olarak sinyali yeniden iletir. Bu sayede, iletim yolu boyunca grltnn birikmesi nlenir. Bu analog haberlemede mmkn deildirmmkn deildir.

Saysal devre uygulamalar esnek bir yapya sahiptir ve mikroilemcilerin, saysal anahtarlamann ve byk lekli entegre devrelerin kullanmna olanak salar.de e e u a a o a a sa a

Saysal sinyaller olduka dk hata oranyla, yksek dorulukla ve gizlilikle kodlanabilirler.

Saysal sinyallerin oullanmas olduka kolay ve daha verimlidir.y y y Saysal iletiim, bant genilii ve SNR n kontrol edilmesi

bakmndan analog haberlemeye gre olduka stndr.

Yukardaki tm bu nedenlerden tr genellikle saysal iletiim analog iletiimden daha ok tercih edilir.