modulation documents, Schemes and Mind Maps of Analog Communication

Download modulation documents and more Schemes and Mind Maps Analog Communication in PDF only on Docsity!

T.C.

MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI

MEGEP

(MESLEKÎ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN

GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ)

ELEKTRİK ELEKTRONİK TEKNOLOJİSİ

ANALOG VE SAYISAL HABERLEŞME

ANKARA 2007

Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller;

• Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır).
• Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır.
• Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir.
• Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler.
• Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır.
• Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

ii

AÇIKLAMALAR

KOD 523EO

ALAN Elektrik Elektronik Teknolojisi

DAL/MESLEK Haberleşme Sistemleri

MODÜLÜN ADI Analog ve Sayısal Haberleşme

MODÜLÜN TANIMI Analog^ ve^ sayısal^ haberleşme^ sistemlerinde^ modülasyon işleminin anlatıldığı öğrenme materyalidir

SÜRE 40/

ÖN KOŞUL

YETERLİK

Analog ve sayısal haberleşme sistemlerinde modülasyon işlemini yapabilmek

MODÜLÜN AMACI

Genel Amaç Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, analog ve sayısal haberleşme tekniklerini kullanarak haberleşme sistemlerinin mantığını kavrayacaksınız. Amaçlar

1. Haberleşme sistemlerinde modülasyonun gerekliliğini öğreneceksiniz. Analog haberleşmede genlik ve frekans modülasyonunu kullanacaksınız. 2. Sayısal haberleşmede kullanılan darbe kod modülasyonunu ve kodlama tekniklerini kavrayacaksınız. EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI

Osiloskop, analog haberleşme deney seti, sayısal haberleşme deney seti, spektrum analizörü

ÖLÇME VE

DEĞERLENDİRME

Modülün içinde yer alan herhangi bir öğrenme faaliyetinden sonra, verilen ölçme araçları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Modül sonunda öğretmeniniz tarafından teorik ve pratik performansınızı tespit etmek amacıyla size ölçme teknikleri uygulanacak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçülerek değerlendirilecektir.

AÇIKLAMALAR

GİRİŞ

Sevgili Öğrenci,

Bu modül sonunda, analog ve sayısal haberleşmenin temel prensiplerini, haberleşme sistemlerinde kullanılan modülasyon çeşitlerinden genlik modülasyonu, frekans modülasyonu ve darbe kod modülasyonunu öğrenmiş olacaksınız.

Teknolojinin hızla ilerlediği günümüzde elektronik haberleşme insanlar arası iletişimin büyük bir yüzdesini sağlar duruma gelmiştir. Bunun nedenleri bilgisayar ve internet kullanımının yaygınlaşması, tv ve radyo yayınlarının artması ile elektronik iletişimin diğer haberleşme yöntemlerine göre çok daha yaygın ve hızlı hale gelmesidir.

Elektronik haberleşme cihazlarının bu derece yaygın ve etkin kullanıldığı günümüzde bu tür cihazların kurulumu bakım ve onarımını yapabilmek için temel olarak bu cihazların birbirleriyle haberleşme mantığını bilmemiz gerekir. Cihazların türü markası ve modeli farklılık gösterse de temel iletişim prensipleri hep aynıdır.

Bu kitapçıkta elektronik haberleşme cihazlarında en yaygın olarak kullanılan modülasyon çeşitlerinden frekans modülasyonu, genlik modülasyonu ve darbe kod modülasyonu prensipleri anlatılmaktadır.

GİRİŞ

ÖĞRENME FAALİYETİ-

Haberleşme sistemlerinde modülasyonun gerekliliğini öğreneceksiniz. Analog haberleşmede genlik ve frekans modülasyonunu kullanacaksınız.

Günlük hayatta hepimizin kullandığı radyo, televizyon bilgisayar gibi cihazların ses görüntü veya veri aktarmada nasıl bir sistem kullandıklarını araştırınız.

1. ANALOG HABERLEŞME

1.1. Temel Kavramlar

1.1.1. Haberleşme

Anlamlı bir bilginin karşılıklı alış verişine haberleşme denir. Teknolojinin hızla ilerlemesi, elektronik medya, internet ve kablosuz iletişimin de yaygınlaşmasıyla elektronik cihazlarla haberleşme, günümüzde iletişim kavramına küresel bir anlam katmış ve iletişimin büyük bir kısmı artık elektronik ortamda yapılır hale gelmiştir.

1.1.2. Haberleşme Sisteminin Başlıca Elemanları

Tüm haberleşme sistemleri aşağıda belirtilen elemanlara sahiptir.

1.1.2.1. Verici

Gönderilecek bilgiyi ortamda iletilecek hale getiren, gerekli kodlamaları ve kuvvetlendirmeyi yapan elektronik devrelerdir. Vericilerin gücüne göre iletim yapabildikleri mesafeler değişmektedir.

Örneğin; telsiz vericileri 2W-600 W, radyo vericileri 1000 W-10 KW, baz istasyonları 25 W, cep telefonu 3 W (beklemede 500 mw) çıkış gücüne sahiptir.

1.1.2.2. İletim Ortamı

Verici tarafından iletime hazır hale getirilen sinyalin gönderildiği ortamdır. İletim ortamları kılavuzlu (kablolu) veya kılavuzsuz (kablosuz olmak) olmak üzere ikiye ayrılır.

ÖĞRENME FAALİYETİ–

AMAÇ

ARAŞTIRMA

Ø Kılavuzlu iletim ortamı: Bakır kablo, bükümlü kablo, koaksiyel kablo, fiber optik kablo, mikrodalga kılavuzu gibi kablolu ortamları ifade eder. Veri iletişimi sadece bu kabloların bağlı olduğu cihazlar arasında olur.

Ø Kılavuzsuz iletim ortamı: Hava, su, boşluk gibi doğal ortamlardır. Bu ortamlarda iletilen veri uygun alıcı cihaz kullanılarak radyo ve televizyon yayınlarında olduğu gibi herkes tarafından alınabilir.

1.1.2.3. İletim Ortamından Kaynaklanan Bozulmalar ve Gürültü

Ø İşaret Zayıflaması (Attenuation): İletişim mesafesi arttıkça sinyal zayıflar ve alıcıya yeterli enerji ulaşmayabilir.

Ø İşaret distorsiyonu: Ortam üzerinde ilerleyen sinyalin içerdiği farklı frekansların farklı zayıflamalarla hedefe ulaşmasıdır. Bu durumda bilgi alıcıya tam ve doğru olarak ulaşmayabilir. Veride bozulmalar olabilir.

Ø Gecikme distorsiyonu (dispersiyon) bozulması: Sinyali oluşturan farklı frekansların veya fiber optik kablo içindeki ışık ışınlarının farklı yollar takip etmesi sebebiyle hedefe farklı zamanlarda varmasının sonucu olarak işaret şeklinin değişmesidir.

Ø Gürültü: Gönderilen asıl sinyali bozan ve sisteme istem dışı dahil olan herhangi bir enerjidir. Güneş ışığı, floresan lamba, motor ateşleme sistemleri birer gürültü kaynağıdır. Gürültü (bozucu etkiler) çeşitleri şu şekilde sıralanabilir:

• Interference (girişim-parazit): İstenmeyen sinyaller sistemimize girerek sinyalimizde bozucu etki meydana getirebilirler. İstenmeyen sinyallerin sisteme girerek sinyali bozmasına interference denir. Interference etkisinden kurtulmak için istenmeyen sinyal kaynakları sistem den uzaklaştırılır.
• Termal (ısıl) Gürültü: Devreyi oluşturan; direnç, transistör vb. elemanlarda bulunan serbest elektronlar ortam sıcaklığı nedeniyle gürültü oluşturabilir. Bu çeşit gürültü; termal gürültü, beyaz gürültü ya da Johnson gürültüsü olarak isimlendirilir. Gürültü tarafından oluşturulan güç Johnson güç formülü ile ifade edilir.

Pn = 4kTB

Bu formülde; Pn: Gürültü tarafından üretilen güç k: Boltzman sabiti 1.38*10-23^ J/K T :Sıcaklık (Kelvin) B :Bant genişliği (Hertz)

1.1.3. Frekans, Periyot ve Dalga Boyu

1.1.3.1. Frekans

İşaretin 1 saniyedeki tekrarlama (cycle-saykıl) sayısıdır. Birimi Hertz’dir.

Frekans

f

T

formülüyle hesaplanabilir. Burada:

f = Frekans T= Peryot ‘tur.

f=1 KHz=1000Hz=10^3 Hz f=1 MHz=1 000 000= 10^6 Hz f=1GHz=1 000 000 000=10^9 Hz

Örnek: Peryodu 1mS olan sinüsoidal sinyalin frekansını hesaplayınız.

Çözüm:

3 3

f Hz KHz

T − sn

1.1.3.2. Periyot

İşaretin bir saykılını tamamlama süresidir. Birimi saniyedir. Frekansın tersidir. Aşağıdaki formül ile hesaplanır.

T

f

Örnek: Frekansı 1Mhz olan sinyalin peryodunu bulunuz.

Çözüm:

6 6 6

T sn sn

f

−

1.1.3.3. Dalga Boyu

Bir işaretin 1 saykılının aldığı yola dalga boyu denir. Λ Simgesi ile gösterilir. Birimi metredir.

ışıkhızı c

frekans f

c 300000000 m / sn

f Hertz

Örnek: Frekansı 100KHz olan bir sinyalin dalga boyu ne kadardır?

Çözüm:

6 3 3

c

m m Km

f

1.1.4. Modülasyon

Bilgi işaretinin genellikle daha uzak mesafelere gönderilebilmesi için kendinden çok daha yüksek frekanslı bir taşıyıcının sinyal üzerine bindirilmesine modülasyon denir. Modülasyon işlemi sırasında taşıyıcı sinyalin genlik, frekans, faz vb. gibi özellikleri, bilgi sinyaline ve yapılan modülasyonun türüne göre değişime uğrar.

1.1.5. Modülasyonun Gerekliliği

Bilgi işaretini göndermek için gerekli anten boyu, dalga boyunun katları olmak zorundadır. Anten boyları genellikle λ/2 ve λ/4 uzunluktadır. Bilgi işaretinin frekansı düşük olduğundan dalga boyları çok büyüktür. Dolayısıyla bilgi işaretini modülesiz olarak iletebilmek için kullanılacak anten boyları da çok büyük olmak zorundadır. Çoğu zaman bu büyüklükte anten kullanmak imkânsızdır. Halbuki bilgi sinyali kendinden çok yüksek frekanslı bir taşıyıcı sinyal ile modüle edildiğinde bilgi çok daha küçük boyutlu antenler vasıtasıyla gönderilebilir. Bunu şöyle bir örnekle açıklayalım: 20 KHz’ lik yani 6 3 3

λ = = m = Km dalga boyuna sahip bir bilgi sinyalini modülesiz olarak

göndermek istersek kullanacağımız antenin boyu

Km

Km

= = olmalıdır. Oysaki

bu bilgi sinyalini 20 MHz’lik yani

6 6

λ = = m dalga boyuna sahip bir taşıyıcı sinyalle modüle edersek

kullanacağımız anten boyutunun

m

m

= = olması yeterli olacaktır.

1.1.6. Modülasyon Çeşitleri

Modülasyon temel olarak analog modülasyon ve sayısal modülasyon olarak ikiye ayrılır. Analog ve sayısal modülasyonun da kendi içinde çeşitli türleri vardır. Farklı modülasyon türleri aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.

Şekil 1.1: Genlik modüleli sinyal frekans tayfı

1.2.1.1. Çift Yan Bant Genlik Modülasyonu Elde Edilmesi

Genlik modülasyonu üretmekte kullanılan devreye modülatör denir. Modülatör taşıyıcı sinyal ile bilgi sinyalini uygun şekilde birleştirerek modüleli sinyali oluşturur.

Şekil 1.2: Çift yan bant genlik modülasyonlu verici blok şeması

Ø Bilgi İşareti

Bilgi işareti asıl gönderilmek istenen düşük frekanslı işarettir. (Ses bandı için fm=3KHz lik bir işarettir)

Şekil 1.3: Bilgi işareti

Ø Taşıyıcı işaret

Taşıyıcı işaret yüksek frekanslı sinüs ya da kosinüs işaretidir.

Şekil 1.4: Taşıyıcı sinyali

Ø Modüleli işaret: Bilgi işaretiyle taşıyıcı işaretin birleştirilmiş halidir.

Vm t t

Vm

Ø Modüleli işaret zarfı: Modüleli sinyalin pozitif ve negatif tepe değerleri üzerinden çizilecek hat modüle edici sinyale yani bilgi sinyaline özdeştir. İşte bu tepe noktalarından geçen hatta zarf denir. Aşağıdaki şekilde modüleli sinyalin pozitif ve negatif zarfları görülmektedir. Pozitif ve negatif zarflar zaman eksenine göre birbirinin simetriğidir.

Şekil 1.7: Modülasyonlu işaretin zarfı

Ø Genlik modülasyonunun matematiksel ifadesi

vm=VmSin2πfmt (Bilgi işareti) vc=VcSin2πfct (Taşıyıcı işaret) v = (Vc + VmSin2πfmt)* Sin2πfct (Taşıyıcı genliğine binen bilgi işareti=Modüleli işaret)

v = VcSin2πfct + VmSin2πfmt*Sin2πfct

taşıyıcının kendisi + iki tane sinüs çarpımı

VmSina*VcSinb= -

Vm * Vc [cos( a + b )− cos( a − b )]

sina*sinb= -

[cos( a + b )− cos( a − b )]

sin *sin

Cos a b Cos a b

a b

VmSin2πfmt*Sin2πfct =

Vm

Cos2πt(fc-fm) -

Vm

Cos2πt(fc+fm)

Vm

m

Vc

= Vm = mVc

Vm mVc

Ø Modülasyon indisi ve yüzdesi

Bilgi sinyal genliğinin taşıyıcı sinyal genliğine oranına modülasyon indisi denir. Modülasyon indisinin 100 ile çarpılmasıyla modülasyon yüzdesi elde edilir. Yapılan modülasyonun iyilik derecesini gösterir.

Vm

m

Vc

= (Bu formülü daha öncede verildi) İlk verildiği yerde terimlerini

açıklayalım) Formülde: m : Modülasyon indisi Vm: Bilgi genliği Vc: Taşıyıcı genliği

Eğer m >1 ise bozuk bir genlik modülasyonu m = 1 % 100 genlik mod. (İdeal modülasyon) 0,5 < m < 1 iyi bir modülasyon vardır.

Örnek: Modüle edici sinyal genliği 3V, taşıyıcı genliği 4V olan modüleli bir sinyalin modülasyon indisi ve modülasyon yüzdesini hesaplayınız.

Ø İkinci yol

Ø Bant genişliği

İşaretin frekans spektrumunda işgal ettiği yere bant genişliği denir. Başka bir deyişle bir elektronik devrenin çalıştığı veya geçirdiği frekans bölgesinin genişliği bant genişliği olarak ifade edilir.

Ø Çift yan bant genlik modülasyonunda bant genişliği

Çift yan bant genlik modülasyonunda bant genişliği bilgi işaretinin frekansının 2 katıdır. Bunun nedeni konunun başında bahsettiğimiz alt yan bant ve üst yan banttır. BW=2fm şeklinde ifade edilir.

Şekil 1.8: Çift yan bant GM için frekans spektrumu

Örnek: fc = 10 MHz, fm = 5 kHz ise Bant genişliği nedir?

Çözüm: BW=2fm BW=10 kHz

Örnek: Bir Çift Yan Band (ÇYB) GM sisteminde aşağıda verilen değerler kullanılmaktadır. Frekans spektrumunda oluşacak olan frekansların değerlerini ve genliklerini bulunuz, spektrumu çiziniz. ve bant genişliğini bulunuz. Vm = 10 V Vc = 10 V fc = 100 kHz fm = 1 kHz

Çözüm:

Vm

m

Vc

= =1 fc+fm = 101 kHz fc-fm = 99 kHz 5

mVc

= V

Şekil 1.9: Örnek için frekans spektrumu