Frekans Modülasyonu (FM)

Elektronik Mühendisinin Günlüğü - 21.07.2012


Merhabalar.Bugün analog modülasyon tekniklerinden bir diğeri olan frekans modülasyonu(frequency modulation- FM) konusunu inceleyeceğiz.FM nedir? Hangi teknikle uygulanır? Avantajları nelerdir? Ve genlik modülasyonundan hangi konularda ayrılar? sorularına cevap arayacağız.

Bir önceki yazımda modülasyonu tanımlayıp,genlik modülasyonu üzerinde durmuştuk.Orada da bahsettiğim gibi modülasyon için iki sinyal gerekiyordu:


1-Bilgi sinyali (aktarılmak istenen veri)
2-Taşıyıcı sinyal (bilgi sinyalini üzerine kodladığımız yüksek frekanslı sinyal)

Genlik modülasyonunda taşıyıcı sinyalin genliğini bilgi sinyali doğrultusunda değiştiriyor ve frekansını sabit tutup modüle ediyorduk.Frekans modülasyonunda ise işler biraz terse dönüyor.

Frekans modülasyonunda,taşıyıcı sinyalin frekansını bilgi sinyalinin frekansına göre değiştiriyor ve genliğini sabit tutuyoruz.Bu şekilde sinyali modüle ettikten sonra alıcıya gönderiyoruz ve bilindiği üzere alıcıda da bir de modülasyon işlemi yapılıp orijinal sinyale ulaşılıyor.

Şekil:Genlik ve Frekans modülasyonları

Genlik modülasyonunda önemli olan,sinyali olabilecek en uzak mesafeye taşımaktı.Burada sinyalin kalitesi çok önemli olmuyordu.Fakat FM yayıncılıkta sinyalin kalitesi yüksektir.Radyolarda halen FM yayıncılığın kullanılmasının en önemli sebeplerinden biri de sesin kaliteli bir şekilde karşı tarafa taşınmasıdır.Radyo yayıncıları geniş bant genişliğine rağmen FM'i tercih ederler.

FM hakkında bilmemiz gereken bir diğer noktada sinyalin genliğinin modülasyona etkisi.Bilgi sinyalinin genliği ne kadar fazla olursa modülasyona uğramış sinyalin frekans değişimi de o kadar fazladır.Bu bilgi sayesinde,FM sırasında,bilgi sinyalinin genliği hakkında da yorum yapılabilir.

 FM'i AM'den ayıran en önemli özelliklerden biri de bant genişliğidir.AM'de iki tane yan bant oluşurken FM'de bu sayı çok fazladır ve hatta teorik olarak sonsuzdur.Bundan dolayıdır ki FM'de bant genişliği hesaplamak AM kadar kolay olmuyor.Bunun için değişik yöntemler var ve Bessel fonksiyonları da bu yöntemlerden biri.

SNR konusunu daha önceki yazılarımda işlemiştim.FM'de SNR önemli bir sorundur.Radyo yayınını FM ile yapmak istediğinizde karşınıza ciddi manada SNR sorunu çıkar.Sesin ana ve harmonik bileşenleri vardır.Ana frekansta sorun olmaz çünkü ana frekansın genliği gürültünün genliğinden çok yüksektir.Asıl sorun harmonik bileşenlerdedir çünkü harmonik bileşenlerin frekansları yüksek olsa da genlikleri küçüktür.Bu sorunu çözmek için alıcı ve verici de yapılan yöntemler vardır:

*Önvurgu (preemphasis) >> Verici

*Artvurgu (deemphasis) >> Alıcı

SNR(S/N) sorunun çözmek için,düşük genlikli harmonik bileşenleri vericide güçlendiriyor ve genliklerini artırıyoruz.Böylece sinyal gürültüye göre güçlendiği için SNR büyüyor (Gürültü sabit). Bu işleme önvurgu(preemphasis) denir.Tabi ki bu işlemle sinyalin karakteristiğini değiştirdiğimiz için,başka bir işlemle tekrar sinyali eski karakterine çevirmemiz gerekiyor.İşte bu işleme artvurgu(deemphasis) denir ve alıcı kısmında olur.Genlikleri yükseltilmiş harmonik bileşenlerin genlikleri düşürülür.

Frekans modülasyonu hakkında şimdilik söyleyeceklerim bu kadar.Bir  dahaki yazımda 'Faz Modülasyonu' konusuna değinip,modülasyon bahsini şimdilik kapatacağım. Görüşmek üzere.

Modülasyon , Genlik Modülasyonu (Amplitude Modulation - AM)

Elektronik Mühendisinin Günlüğü - 12.07.2012


Bugünlerde haberleşmede kullanılan tekniklerle ilgileniyorum ve buna modülasyon teknikleriyle başladım.İlk önce modülasyonun tanımı ve neden gerektiği konularına değinip,ardından ilk ve en temel modülasyon tekniği olan 'Genlik Modülasyonu' tekniğinden bahsedeceğim.

Haberleşmede çok önemli bir kavramdır modülasyon.Modülasyonu, verici ve alıcı arasında sağlıklı,hızlı ve verimli iletimi sağlayan bir yöntem olarak tanımlarsak yanlış söylemiş olmayız herhalde.Haberleşmede karşılaşılan temel problemlerin çözümünü sağlayan bir yöntem.Örneğin, yayıncılıkta ses,görüntü gibi yüksek genişliğe sahip dalgalar gönderilir ve bunun haberleşmesini antenle sağlamanız neredeyse imkansızdır.Bunu sağlasanız bile hiç pratik olmayacaktır.Ayrıca,anten haberleşmesinde birçok iletimi aynı anda yapma ihtimaliniz de yoktur.Bir başka sorun ise,göndereceğiniz bilginin iletim sırasında bozulmasıdır.Bütün bunlar ekonomik,hızlı ve verimli haberleşmenin önünde oluşan engellerdir.Bütün bunlara çözüm olarak modülasyon tekniği üretilmiş ve bu teknikte RF(Radio Frequency - Radyo Frekansı) kullanılmıştır.RF sayesinde her verici farklı bir frekans kullanabildiğinden birden fazla iletim aynı anda gerçekleşebilmektedir.Modülasyon temel olarak, 'ses ve görüntü gibi sinyaller in yerine RF kullanıp,bu bilgileri de RF ile taşımaktır' denilebilir.

Modülasyonda asıl olarak biz; göndereceğimiz bilgiye ek olarak bir de taşıyıcı sinyal gönderiyoruz. Bu taşıyıcı sinyal yüksek frekansa sahiptir.Bilgi sinyali ile bu taşıyıcı sinyali değiştirip karşı tarafa kodlanmış(kullanılan modülasyon tekniğine göre değişir) bir sinyal gönderiyoruz. Alıcı ise,vericinin modüle ettiği sinyali demodülatör devreleriyle demodüle ederek orijinal halini yakalar.Bu şekilde,hızlı,verimli ve ekonomik bir haberleşme sağlanmış olur.

Modülasyon için kullanılan temel olarak iki yöntem vardır.Bunlar ; Analog ve Sayısal olarak adlandırılır.
Önümüzdeki birkaç yazımda bahsedeceğim konuları aşağıdaki gibi sınıflandırabiliriz:

Analog Modülasyon:
(Taşıyıcı sinüs sinyalindir.)

1- Genlik Modülasyonu (Amplitude Modulation - AM)
2- Frekans Modülasyonu (Frequency Modulation - FM)
3- Faz Modülasyonu (Phase Modulation - PM)

I- Genlik Modülasyonu

Genlik modülasyonunda taşıyıcı olarak sinüs sinyali kullanılır.Temel amaç,taşıyıcı sinyali bilgi sinyaline göre genliğini değiştirerek alıcıya göndermektir.Alıcı tarafında ise bu işlemin tam tersi gerçekleşir.Yani,alıcı genlik modülasyonuna uğrayan sinyali demodüle ederek alır.

Yukarıdaki şekilde sırasıyla; bilgi sinyali,taşıyıcı sinyal ve genlik modülasyonuna uğramış çıkış sinyalini görmekteyiz.Görüldüğü gibi bilgi sinyali,taşıyıcı sinyali kendi doğrultusunda değiştirmiş ve sonuşta bir çıktı üretilmiştir.Şekilden de anlaşılacağı üzere,taşıyıcı sinyalin frekansı,bilgi sinyalinin frekansından çok yüksektir.

ft taşıyıcı frekansı ve fs bilgi sinyalinin frekansı olsun.Genlik modülasyonu yapıldığında fs+ft  ve fs - ft de iki tane sinyalin olduğu görülür.Bunlara yan bantlar denir.Bunlara ek olarak bir de ft  de bir taşıyıcı sinyal olduğu görülür.ft nin görülmediği genlik modülasyonuna DSB(Double Side Band) yani taşıyıcısı bastırılmış genlik modülasyonu denir.Taşıyıcının olamaması bütün enerjinin modülasyon sonucunda oluşan sinyallerde birkmesi demektir.Taşıyıcı olması durumunda ise taşıyıcının da bir enerjisi olacaktır.Fakat her ne kadar teoride böyle olsa da alıcı açısından düşünürsek,taşıyıcıyı bilmeden gelen sinyali demodüle etmesi çok güçleşecektir ve bu yüzden DSB çok kullanışlı değildir.

DSB'ye ek olarak,SSB(Single Side Band) yani taşıyıcısı ve bir yönü bastırılmış genlik modülasyonu ve VSB(Vestigial Side Band) yani taşıyıcısı olan fakat bir yan bandı kısmen bastırılmış genlik modülasyonları da mevcuttur.

Son olarak, RF bant genişliği,bilgi sinyalinin bant genişliğinin iki katı kadar olmalıdır.Bant Genişliğini BW(Band Width) ile gösteriyoruz.

BW=2*fs

Şimdilik bu kadar yeter.Önümüzdeki yazılarımda diğer modülasyon tekniklerinden bahsedeceğim.

Görüşmek üzere.

Yerel Dağıtım Şebekesi

Elektronik Mühendisinin Günlüğü - 10.07.2012


3-4 gündür yazı yazamıyorum çünkü bu süre içerisinde sahada arıza tespit ve onarımına gittim.Telekom'a bildirilen telefon ve internet arızalarının çözümü için Telekom ekipleriyle birlikte sokaklardaydım.Burada birçok gözlem yaptım ve yeni şeyler öğrendim.Bunları sizinle paylaşmak isterim:

Yerel dağıtım şebekesi dediğimiz şey aslında Telekomdan sizin evinize kadar gelen telefon ve internet sisteminin özetidir.Biz şimdilik sabit haberleşmenin sadece yerel dağıtım şebekesi kısmıyla ilgileneceğiz çünkü bunu bir de taşıma şebekesi bölümü var ki bu da santraller gibi şebeke bileşenlerini oluşturduğu kısımdır.

Yerel dağıtım şebekesini aşağıdaki gibi özetleyebiliriz :

Santral → Repertitör → Saha Dolabı → Abone

Saha dolabı tam da bu fotoğraftaki gibi birşey.Saha dolabına repertitörden gelen dağıtıma prensibal denir ve resimde görünen saha dolaplarının genellikle ortasında olan kısımdır.Saha dolabından da aboneye giden bölüme lokal denir ve saha dolabının sağ ve sol kenarlarında bulunan bağlantılardır.

Bu saha dolapları şehrin belirli bölgelerine yerleştirilir ve temel olarak köprü görevi yaparlar. Ülkemizde 1200'lük ve 2400'lük saha dolapları vardır.

Saha dolaplarının bir önemli bir avantajı  ise kolay arıza tesbitidir.Siz Telekom'a bir arıza bildirimi verdiğinizde ekipler ilk olarak sizin saha dolabınıza gelerek burdan sorunu çözmeye çalışırlar.Sizin prensibal bağlantınızı krone bıçağı ile söküp,yanlarında getirdikleri telefonu oraya bağlarlar ve telefondan çevir sesinin gelip gelmediğini kontrol ederler.Eğer telefondan çevir sesi alınabiliyorsa bu; repertitör ile saha dolabı arasının temiz olduğu anlamına gelir.Eğer çevir sesini alamazlarsa Sorun ya rensibal bağlantıda ya da repertitörde kalmıştır.Buna ekipler müdehale edemezler ve durumu santrale bildirip,repertitörden sorunun halledilmesini isterler.Prensibalden çevir sesini aldıktan sonra sizin prensibal bağlantınızı tekrar yerine montelerler.Sonrasında ise,sizin lokal(yerel) bağlantınızı söküp,aynı işlemleri yaparlar.Eğer buradan da çevir sesi alınıyorsa saha dolabında bir sorun yok demektir.Sıradaki işlem ise terminal kutusuna aynı işlemi yapmaktır.

Terminal kutusu ise birçok aboneye hat dağıtan ve genellikle bina girişlerinde bulunan resimdeki bölümdür.Ekipler buraya gelerek saha dolabında yaptıkları işlemi burada da yaparlar ve eğer burada bir sorun varsa buradaki bağlantıları tazelerler.Eğer burada da bir sorun yoksa artık sorun abonede kalmış demektir.Son işlem olarak aboneye gidilir ve telefonda,ev içi bağlantı kablolarında vb. sorunlar olup olmadığına bakılır.Ve burada saptanan sorunda helledilip,abonenin sorunu çözülmüş olur.



Not: İnternet arızalarında yalın internet konusunda bir püf nokta var.Yalın internet olan abonede telefon olmadığından modem giriş kablosunu ekipler telefonlarına bağladığında çevir sesi alamazlar.Santrali arayarak aboneye bir bağlantı yapmalarını ister ve çevir sesinin gelip gelmediğini bu şekilde kontrol edersiniz.Çevir sesi geliyorsa aboneye kadar gelen kısımda hat temiz demektir.

Noise Margin ve Line Attenuation (Hat Zayıflaması)

Elektronik Mühendisinin Günlüğü - 06.07.2012


Bir önceki yazımda SNR'dan bahsetmiştim ve SNR'ın ne demek olduğu,nasıl hesaplandığı ve nasıl geliştirilebileceğinden bahsetmiştim. Bugün ise SNR ile aynı anlamda kullanılan 'noise margin' ve ayrıca 'line attenuation' konularından bahsedeceğim.

Noise margin ile SNR aynı anlamda kullanılıyor demiştim fakat aslında bu sadece haberleşmede geçerli.Kısaca noise margini tanımlamak istersek;bir devrenin gürültüye dayanma miktarı diyebiliriz.SNR da böyle tanımlanıyordu ama dediğim gibi bu benzerlik hatta aynılık sadece haberleşmede geçerli.Dijital devrelerde noise margin tanım olarak aynı şeyi ihtiva etse de,biraz farklı anlaşılıyor.

Şimdi ADSL için noise margin ve line attenuation(hat zayıflaması) konularına değinelim:

Noise margin,internet hattınızdaki gürültü seviyesini gösteren bir kavramdır.Yani noise margin ne kadar yüksekse sisteminiz o kadar iyi demektir.Bir başka deyişle,sisteminizdeki gürültü seviyesi o kadar az demektir.
Eğer hattınızın noise margin değeri 6 dB ve altı ise sisteminiz çok kötü durumdadır ve bağlantı kuramazsınız.11 dB-20 dB arasında ise iyi bir sisteminiz var,20 dB-28 dB arasında ise mükemmel bir sisteminiz var demektir.

Dijital devrelerde ise noise margini; "sinyalin,bir operasyon için gereken minimum değeri aşan miktarı" şeklinde tanımlayabiliriz. Örneğin, 0 V-1,5 V arası logic 0 ve 3,5 V-5 V ise logic 1 olsun.Burada low değer için noise margin 1,5 Voltun altındaki değerler olabilirken,high değer için noise margin 3,5 Voltun üzerindeki değerler olabilir.Bu değer oran değil,kesin bir değer olarak bulunacaktır.Tekrar düşünelim;bir sisteminiz var ve hesaplamalar sonucu bulduğunuz düşük değer sizin düşük noise margininizdir.Hesaplamalar sonucu bulduğunuz yüksek değer ise sizin yüksek noise margininiz olur.Tabiki devrenizin düşük ve yüksek değer aralıklaraında olması koşuluyla.

Line attenuation(hat zayıflaması) ise kablo uzunluğu vb. nedenlerden dolayı sinyalinizdeki kaybı bildiren birimdir.Noise marginin aksine bu değer ne kadar yüksekse sisteminiz o kadar kötü demektir.Değeriniz, 20 dB-30 dB arasında ise mükemmel,30 dB-40 dB arasında ise çok iyi,40 dB-50 dB arasında ise iyi 50 dB üzeri ise kötü bir sisteminiz var demektir.

SNR (Signal-to-Noise Ratio)

Elektronik Mühendisinin Günlüğü - 04.07.2012


İngilizce'sinden SNR veya S/N (signal-to-noise ratio) olarak kısaltılan kavram haberleşmede çok önemli bir rol oynar. Haberleşmede göndermek istediğimiz sinyalleri elektromanyetik dalgaları veya iletken kullanarak gönderiyoruz. Fakat göndermek istediğimiz sinyali(işaret) tam olarak karşı tarafa iletemiyoruz. Bunun en önemli sebebi ise gürültü(parazit). Bu gürültüler; Güneşten,bulutlardan,fabrikalardan veya sıcaklıktan dolayı oluşabilir. Gürültü elektronik haberleşmede istenilmeyen bir şey olsa da kaçınılmazdır. Biz bu gürültüyü tamamen yok edemesek bile en aza indirmeye çalışırız ki göndereceğimiz bilgi karşı tarafa neredeyse aynen iletilebilsin. İşte biz,göndermek istediğimiz sinyalin gücünün,bu sinytali gönderirken oluşan gürültünün gücüne oranına SNR diyoruz. Burada kastedilen güç ortalama güçtür ve sinyal gücü ile gürültü gücü sistemin aynı(veya benzer) noktalarından ölçülmesi gerekir. Eğer SNR,sinyalin gücünün gürültünün gücüne oranı ise tabiki SNR'ın yüksek olması beklenir ki bu;sinyal gürültüye göre güçlü anlamına gelir. Biz SNR'ı dB(desibel) cinsinden ifade ederiz ve bunun için sinyal gücü ve gürültü gücü oranının logaritmasını alıp 10 ile çarparız:

SNRdB = 10*log(Psinyal/Pgürültü)

Eğer sinyal ve gürültü aynı empedanstalar ise, bunların güçlerini oranlamak yerine amplitudelarını oranlayıp karesini alarak da SNR bulunabilir:

SNRdB = 20*log(Asinyal/Agürültü)                 (A:Amplitude)

Sistemlerimizde daha iyi sonuçlar alabilmek için SNR'ı geliştirmek isteriz ve bunun için filtre kullanabiliriz. Ama filtre kullanabilmemiz için gürültünün karakteristiğini ve bu karakteristiğin sinyalin karakteristiğiden farklı olduğunu bilmemiz gerekir. Aksi takdirde;örneğin,gürültünün karakteristiğini bilmiyorsak,ne tür bir filtre uygulayacağımızı da doğal olarak bilemeyiz. Diğer taraftan eğer gürültünün karakteristiğini biliyor fakat bu karakteristik sinyalinki ile aynı çıkıyorsa yine filtreleme yapmak güçleşir çünkü gürültüyü filtreleyelim derken sinyali de kaybedebiliriz.

Yukarı da empedanstan söz etmiştik.Kısaca onun da ne olduğundan bahsedelim : empedans,bir devrede AC akıma karşı koyan zorluk olarak tanımlanabilir. Tabi bunun için devrede kondansatör gibi zamana bağımlı elemanların olması gerekir. Bu elemanların direnci yerine özdirencinden bahsedilir. Öz direnç aynı zamanda faz kavramını da içerir. Özdirencin genliğini bulurken gerilimi akıma oranlıyoruz. Özdirencin fazını bulurken de, akımla gerilim arasındaki faz farkına bakıyoruz.
DC devrelerde empedans olmaz çünkü zamana bağımlı eleman yoktur.

Merhaba !

Merhabalar!


Ben Metin Öztürk. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği öğrencisiyim. Şuan için 3. sınıf bitti ve Güz Dönemi'nde 4. sınıfa başlayacağım inşallah. Şu sıralarda Eskişehir Türk Telekom'da staj yapmaktayım ve gerek burada gerekse kişisel çalışmalarımla öğrendiğim şeyleri paylaşmak için böyle bir blog açtım.

Dinamik bir bilgi dağarcığa sahip olmak gerektiğine inandığım için özellikle kendi alanımda yeni şeyler öğrenmek çok hoşuma gidiyor.Öğrenmeyi ve araştırmayı sevenlerle deneyim ve bilgilerimi paylaşmak ilginç olabilir diye düşünüyorum.Bu bloğun tam da bu amaca hizmet edeceği düşüncesi ve inancıyla yola çıktım.
Bakalım bir elektronik mühendisinin günlüğünde neler varmış :)