|
Güç yükselticisi
olarak hangi teknoloji daha iyi : SSPA ‘lar mı TWTA’lar mı?
Uydularda halen iki tür güç yükseltici kullanılıyor. Katı hal güç
yükselticisi(SSPA) alan etkili transistör(FET) kademelerinden
oluşmaktadır. Gezgin dalga tübü yükseltici(TWTA) ise RF mikrodalga
sinyalleriyle etkileşim içinde olan yüksek kolimasyonlu bir elektron
hüzmesinin kullanıldığı bir lambadır.( Bu soru da 1960'larda sıkça
sorulan "radyo lambası mı daha iyi transistör mü? sorusuna benziyor.
Sadece son 40 yılda hızları bir milyon kat artmış durumda). Tipik çıkış
güçleri C-bandı için 20W ile 60W, Ku-bandı için ise 100 W ile 200 W
arasıdır. Benzer güç düzeyleri için SSPA 'nın kütlesi biraz daha
küçüktür. Yüksek güç düzeylerinde TWTA'lar tercih edilmektedir.
Kazançları yaklaşık 55 dB'dir, bu da girişteki gücün yaklaşık bir milyon
kat arttırılmasına işaret eder.
SSPA'nın etkinliği yaklaşık yüzde 40 düzeyindedir, TWTA 'ların etkinliği
ise %60 kadardır. Yani besleme gücünün yaklaşık yarısı etkin RF çıkış
gücünün elde edilmesine yaramakta, gerisi uzaya yayılması gereken ısı
enerjisi olarak ziyan edilmektedir. Aslında, bugün faaliyette olan 10 -
15 kW güçlü tipik bir uydunun tasarımındaki en büyük güçlük içeride
biriken ısının uzaya aktarılmasına ilişkin sorunlardan
kaynaklanmaktadır. Yoksa daha büyük güneş panelleri veya akü yedekleme
sistemlerinin tasarlanmasında hiçbir güçlük yok.
Heriki yükseltici tipinde de çıkış gücünün yaklaşık giriş gücüne oranlı
gittiği lineer(doğrusal) bir bölge bulunmaktadır. Bu bölgenin ardından
bir eğri ile çıkış gücünün maksimum olduğu (giriş gücü artsa da çıkış
gücünün artmadığı) noktaya ulaşılır. Bu noktada yükselticinin doyum(satürasyon)
noktasına ulaştığı kabul edilir. (ancak bu doyum noktası SSPA'lar için
TWTA'lar için olduğu kadar kesin belirgin değildir). Bu nonlineerlik
özelliği dolayısıyla, eğer aynı yükseltici üzerinde birkaç bağımsız
taşıyıcı sinyali birarada, yani taşıyıcı başına tek kanal frekans
paylaşımlı çoklu erişim (SCPC FDMA) sisteminde birlikte bulunuyorlarsa,
o zaman giriş güçlerinin azami giriş gücünün dörtte biri yani 6dB kadar
geri çekilmesi gerekir. Bu şekilde "intermodülasyon = çapraz kipleme"
sorunundan kaçınmak mümkün olur. Eğer çalışma noktası yeterince lineer
bir bölgede seçilmemişse, transfer karakteristiğindeki düzgünsüzlük
taşıyıcı kanalının dışında komşu kanallarla girişim yapacak çok sayıda
frekans karmaşası oluşturur. Eğer TDMA(zaman paylaşımlı çoklu erişim)'da
olduğu gibi sinyallerin tüm transponder bantgenişliğini işgal edecek tek
bir taşıyıcı içine çoklandığı bir sistem seçilmiş veya herhangi bir anda
sadece bir tek taşıyıcı frekansın olduğu bir sistem seçilmiş ise sinyal
giriş gücünü geri çekmeye gerek kalmaz.
Transfer eğrisinin doğrusal uzatımının 1dB aşağısında kaldığı ve(o
yüzden) "1-dB sıkıştırma noktası" tabir edilen noktanın yukarısında SSPA
maksimum çalışma gücünün bulunduğu noktaya TWTA ile olduğundan daha
çabuk ulaşır. Ancak bu nokta SSPA'da TWTA'da olduğu kadar belirgin bir
platoda oluşmaz. SSPA 'nın maksimum güç çalışma noktası 1-dB sıkıştırma
noktası'nın yaklaşık 1dB yukarısında olmaktadır. TWTA 'da ise bu doyum
noktası yaklaşık 3dB yukarıdadır. O nedenle SSPA'nın TWTA'dan daha
lineer olduğu sıklıkla dile getirilmektedir. Ancak bu ifade yanıltıcı
olmasın. Çünkü eğer eğriler doyum noktaları değil de 1dB sıkıştırma
noktaları üstüste getirilerek karşılaştırılırlarsa iki yükselticinin
doğrusallık(linearite) derecelerinin yaklaşık aynı olduğu görülecektir.
Bir zamanlar katı hal devrelerinin lambalardan daha güvenilir olduğuna
yaygın olarak inanılmaktaydı. Ancak, Robert Strauss'un European Space
Agency (ESA) için yaptığı bir araştırma C-bandı ve Ku-bandında çalışan
TWTA'ların istatistiksel güvenilirliğinin SSPA'ların hiç de altında
kalmadığını, hatta üstüne bile çıktığını ortaya koydu. Bu parçaların
uzayda, dünyanın yarıçapının altı katı bir mesafe uzaklıkta bir yerde
yaklaşık 15-20 yıl kesintisiz olarak arıza yapmadan çalışabildiklerini
düşünmek size de hayret verici gelmiyor mu?
Yayın indirme hakkı (satellite landing right) nedir ve farklı
ülkelerde nasıl işletilir?
Yayın indirme hakkı bir uydu işletmecisinin yabancı bir pazarda uydu
hizmetleri sunma konusundaki yasal yetkilerini tanımlar.
Yere göre sabit yörüngede (GEO) bulunan bir tek uydunun çok geniş
coğrafyaları kapsayabilmesi, sabit olmayan yörüngedeki (NGSO) bir dizi
uydunun ise çok geniş ve farklı alanları sürekli kapsayabilmesi
nedeniyle uydu işletmecisinin pazarını en fazla yapabilmek üzere
uyduların kapsama alanındaki tüm ülkeleri potansiyel pazarı olarak
görmesi ve buralara hizmet vermeye çalışması doğaldır.. Her uydu çok
sayıda ülkeyi kapsama alanı içine alabilir. Iridium ve Globalstar bir
dizi uydudan oluşan konstelasyonlar ise pratik olarak tüm dünyayı
hizmetlerinin kapsama alanına alabilmektedir. Uydu işletmecisinin bir
ülkede yasal olarak uydu hizmeti sağlayabilmesi için lisans yönetimi
konusunun haricinde bir de o ülke için uydu yayın indirme hakkı alması
gerekir. Teknik açıdan bakıldığında uydu yayını çalışır durumdaki bir
alıcı yer istasyonuna sahip her ülkede hizmet verebilecektir. Uydu yayın
indirme hakkı sadece bu tür hizmetleri bir yasal müeyyide riskiyle
karşılaşmadan yabancı bir ülkede verebilmek için gerekli yasal yetkinin
alınmasına ilişkindir.
Maalesef, dünya üzerindeki çeşitli ülkelerde yayın indirme haklarının
yönetimi bir standart düzene sahip değildir. Dünya Ticaret Örgütü (WTO)
‘nun bir üyesi olarak ABD 1997 yılında diğer WTO üyelerinin ABD pazarına
ulaşabilmelerini kolaylaştırmak üzere de uygulanabilir bir düzenleme
geliştirdi. Buna göre FCC'nin Domestic International Satellite
Consolidation ("DISCO") adı verilen kurumu, WTO üyesi herhangi bir
yabancı ülkeden lisans almış bir uydu işletmecisinin ABD pazarında
çalışabilmesini iki koşuldan birine bağlamaktadır. (i) Ülkedeki lisans
ihalelerinden birine katılmak (ii) veya bir yer istasyonu başvurusu
yapmak. (ister kendi adına, ister ülke içinden yabancı uydunun yayınını
almak isteyen bir ABD şirketinin aracılığıyla başvurulabilir.) Örneğin (WTO
üyesi bir ülke olan) İngilterede lisanslı bir işletmeci olan, ICO, 2 GHz
MSS bandının ihalesi sırasında bir spektrum tahsisi alarak ABD pazarına
erişme imkanı kazanmıştır. Aynı şekilde İngiltere tarafından lisanslı
bir şirket olan Inmarsat’a, FCC tarafından COMSAT, Deere & Company ve
diğer ABD şirketlerine ülke içindeki onbinlerce mobil yer terminalini
işletme izni verilmesiyle yabancı Inmarsat uydularının ABD içine yasal
olarak hizmet verebilmesinin yolu açılmıştır. Bu tür yetkilendirmelerin
tümü Uydu Yayını İndirme Hakkı kategorisi içinde yer almaktadır.
FCC ayrıca WTO üyesi olmayan ülkelerden lisanslı uyduların da ABD
pazarlarına ulaşmasını sağlayabilecek şekilde uyarlanabilir prosedürler
geliştirdi. Bürokratik yanı fazla olan bu prosedür FCC tarafından söz
konusu yabancı ülkenin uydusunun ABD pazarına ulaşması karşılığında ABD
şirketlerinin de o yabancı pazarlarda etkin rekabetçi koşullar sağladığı
inancının oluşmasına bağlanıyor.
Halen WTO üyesi ülkelerin tümünde ABD’nin sağladığı bu prosedüre
karşılık gelecek şekilde erişim sağlayan prosedürler benimsenmiş değil.
Dahası, halen çok sayıda ülke, -- ki içlerinde potansiyeli büyük uydu
pazarları bulunan ülkeler de var – WTO üyesi bile değildir. . Birçok
ülke pazarlarına uydu erişimi konusunda (kimi zaman tüm yabancı lisanslı
uyduları tümüyle yasaklayan türden) kendi rejimini benimsemiş
durumdadır. Kısacası, uydu yayını indirme hakları dünya çapında ülkeden
ülkeye değişen özellik arzetmektedir ve bu da komşu ülkelere veya global
çapta uydu hizmetleri planlayan uydu işletmecilerini en fazla güçlük
içine düşüren konulardan biridir.
Uyduya çıkış (uplink) ve uydudan geliş (downlink) frekansları niye
farklı oluyor. Uyduya çıkış frekansı niye daha yüksek oluyor?
Çıkış ve iniş frekansları uyduda ve yer istasyonunda enterferans
olması durumundan kaçınabilmek için ayrı tutulmak zorundadır. İki
sinyali birbirinden daha da yalıtabilmek için polariteleri de farklı
tutulur. (Farklı polariteler kullanılmasının esas nedeni aynı frekansın
farklı kanallar için tekrar kullanılabilmesini sağlamaktır. Aynı frekans
bandı iki ayrı kanal tarafından kullanılabilir.)
Uyduya çıkış(uplink) frekansının daha yüksek olmasının nedeni uydudaki
teçhizatı daha basitleştirmesindendir. Çünkü bu şekilde (1) uyduda daha
küçük alıcı anten kullanılabilmekte, ve (2) uydudaki güç
yükselticilerinde bulunan TWT tüplerinin daha küçük olması
sağlanmaktadır. Antenin kazancı frekansın karesiyle doğru orantılıdır, o
nedenle daha yüksek frekans kullanılmakla alış anteni daha küçük
olabiliyor. Ayrıca TWTA 'lerin büyüklükleri dalga boyuyla orantılıdır.
Frekans yükseldikçe hacmi küçülür. Böylece, pratikte daha yüksek
frekansın uyduya çıkış için, daha düşük olanın da uydudan geliş için
kullanılması adet olmuştur. Bu frekanslar örneğin C-bandında 6/4 GHz Ku-bandında
ise 14/12 GHz olur. Yer istasyonunun anten büyüklüğünü ve gücünü
arttırmak uydudakinden daha kolaydır.
Ancak, trafik arttıkça frekans spektrumu daha kıt hale gelmekte, bu
yüzden mevcut spektrumu daha verimli kullanabilmek için gittikçe daha
sofistike modülasyon ve kodlama metodları geliştirilmektedir. Örneğin
uyduya çıkış ve dönüş için "ters bant" frekanslarının da kullanılması
kavramı geliştirilmiştir. Böylelikle gelecekte bir gün, mevcut frekans
planına ek olarak düşük frekanslarında uyduya çıkışta, yüksek
frekansların da geri dönüşte kullanılacağı bir konfigürasyon söz konusu
olabilecektir. Bu düzenleme mevcut uyduların bir derece mesafeyle yanına
yerleştirilecek yeni uyduların spektrum kapasitesini iki katına
çıkartmasını ve böylelikle mevcut jeostasyoner yörünge dilimlerinin de
sayısının iki misli arttırılmasını sağlamaktadır. Bu şimdiki uyduların
eskisine göre çok daha güçlü olması ve eskinin daha muhafazakar
yaklaşımlarının bu durumda artık gerekli olmaması nedeniyle şimdi pratik
olarak uygulanabilir bir teknik haline gelmiştir.
Ku- bandı ile C-bandı karşılaştırılırsa birbirine göre avantaj ve
dezavantajları nelerdir?.
Ku-band, C-banda göre daha küçük çanaklar kullanılmasına izin verir.
Bunun nedeni sadece Ku-bandı için uydu EIRP değerlerinin tipik olarak
9.5dB kadar daha yüksek olmasındandır ki bu da daha yüksek olan boş alan
kaybını telafi etmektedir. Yani, 20 log(12 GHz/4 GHz) = 9.5 dB
olmaktadır. Eşit kazanca sahip yer istasyonu antenleri aynı alış gücüne
sahiptirler. Öte yandan kazanç frekansın karesi ile doğru orantılı
olduğundan Ku-bandında daha küçük bir anten aynı kazancı elde etmekte
kulanılabilmektedir.
Ku-bandında EIRP değeri daha yüksek olabilmektedir çünkü yersel
sistemlerle enterferans olasılığı da çok daha düşüktür. Öte yandan,
C-bandı ise uydu haberleşmelerinin yanı sıra yaygın olarak yersel
mikrodalga linkleri için de kullanılmaktadır. Heriki tür sistem dar
hüzmeli çanakların farklı yönlere bakması nedeniyle birarada
kullanılabilmektedir. Ku bandının esas dezavantajı ise yağmurdaki
zayıflama kaybının ve G/T bozulmasının C bandındakine göre daha yüksek
olmasındadır.
Jeosenkron(GEO) yörüngede halen kaç tane ticari haberleşme uydusu
var, ve her yıl yaklaşık kaç tane yeni uydu atılıyor.
Halen yaklaşık 220 ticari uydu GEO yörüngede bulunuyor. Aynı şekilde
ticari uydu sektörü her yıl yaklaşık 15 - 20 uyduyu yörüngeye
yerleştiriyor. Ancak 2001 yılında bir daralma oldu, 2002'den itibaren
ise tekrar toparlanmaya geçildi. Fırlatma sektöründeki atıl kapasite
biraz da uydu üretimindeki teknolojik gelişmelerin yarattığı
yavaşlamadan kaynaklanmaktadır.
Bir güç yükselticisinde kazancı belirleyen şey amfinin nominal gücü
müdür?. Örneğin, bir HPA'nın yüksek nominal güç değerine sahip olması
aynı zamanda yüksek kazanca sahip olduğunu da gösterir mi?
Bir yükselticinin(amfinin) kazancı deyince çıkış gücünün giriş
gücüne oranı kasdedilmektedir. Yani sadece eğer giriş gücü düşük iken
çıkış gücü yüksek oluyor ise bu durum kazancın yüksek olmasına işaret
eder. Örneğin bir yer istasyonundaki TWTA'nın kazancı devredeki aktif
dalga boylarının sayısına bağlı olarak 45dB'den 75dB'ye kadar olabilir.
C bandında çalışan bir helis tip TWTA'nın çıkış gücü birkaç watt'tan
3kW'a kadar olabilmektedir. Öte yandan akuple oyuklu(coupled cavity)
TWTA'lar ile 10kW kadar güç seviyeleri elde edilebilmektedir. Ku
bandında çalışan Helis TWTA'lar daha düşük güce sahiptir. Maksimum
güçleri yaklaşık 700W olur. Eğer karşılaştırma yapılacaksa TWTA, SSPA ve
KPA ya da yer istasyonu HPA'ları için speklerin dikkatlice incelenmesi
gerekir. Bir TWTA için nominal güç satürasyon(doyum) gücüdür, çünkü tek
taşıyıcılı sinyallerle TWTA'lar bu güçte çalıştırılırlar. Öte yandan bir
SSPA için nominal güç 1dB sıkıştırma noktasıdır. Ayrıca bir TWT'nin
çıkış gücü ile TWTA'nın çıkış flanşındaki güç farklıdır. (Çünkü 0.5 -
0.7dB daha düşük olur)
Ku bandında çalışan tipik bir uydu TWTA 'sının kazancı 55 - 60 dB
arasıdır. 60 dB kazanç demek giriş gücüne kıyasla çıkış gücünün bire bir
milyon kat olması demektir. Çalışma sırasındaki kazancı saturasyonda
(tek taşıyıcı) çalıştırılması veya lineer bölgesinde çalıştırılması(çok
taşıyıcılı sinyal) durumlarına göre değişecektir.
Yörüngedeki uyduların tamirini ve yakıt yenilemesini yapabilecek bir
robot sisteminin gerçekleşmesi ve ticari uydular için kullanılabilmesi
ne zaman gerçekleşebilir?
Halen bu konuda "Ranger" adı verilen bir sistemin projesi Maryland
Üniversitesi, College Park, Uzay Mühendisliği Bölümü tarafından
yıllardan beri NASA desteğinde ve uzay sistemleri laboratuvarı başkanı,
Dr. David Akin sorumluluğunda yürütülüyor.
Bir VSAT Terminalinde hem TDMA, hem de BOD sistemleri birarada
olabilir mi ?
TDMA (time division multiple access – zaman paylaşımlı çoklu erişim)
BOD(bandwidth on demand - isteğe göre bant genişliği)
Prensip olarak TDMA ‘nın değişken bant genişliğiyle kullanılamaması için
bir neden yoktur. Ancak, pratikte bir TDMA sisteminde kullanıcı
kendisine verilen zaman diliminde o transponderin tüm bant genişliğini
kullanır.
TDMA ‘nın FDMA ‘ya göre en önemli avantajı farklı taşıyıcılar arasında
intermodülasyon enterferansına neden olmamak için gereken "backoff" ‘un
bunda gerekmemesidir. Tipik bir backoff değeri yaklaşık 6 dB, yani
maksimum giriş gücünün dörtte biri kadardır, Yani bu şekilde çalışma
noktası yükseltici çıkışına göre giriş gücü karakteristik eğrisinin
yeterince doğrusal bir kısmında gerçekleşmektedir. O yüzden TDMA ile
transponder tam güçte çalıştırılabilir ve maksimum veri hızı alınabilir.
Eğer bir kulanıcıya bant genişliğinin sadece bir kısmı tahsis edilmişse
o zaman TDMA/FDMA çoklu erişim metodu kullanılabilir. Bu mümkün olmakla
beraber TDMA’nın esas avantajının kullanılmaması olacaktır.
Ancak, bazen kullanılabilecek bir metot da bağımsız tüm taşıyıcıları br
tek taşıyıcının üzerine çoklamak olabilir. Böylelikle intermodülasyon
olmayacağı için yükseltici tam güçte çalıştırılabilir. O zaman tüm
kullanıcılar taşıyıcının tümünü alır, ve kullanıcıların yerdeki uç
cihazları sadece o terminale gönderilmiş olan verileri süzerek alır.
Böyle bir durumda bir kullanıcıya tahsis edilen bant genişliğini dinamik
olarak değiştirmek "statistical multiplexing" (istatistiksel çoklama)
denilen bir yöntemle mümkündür. Örneğin DBS televizyon yayınında yapılan
budur. 24 MHz ‘lik bir transponder tek taşıyıcıyla yaklaşık 10 NTSC
televizyon kanalını aktarır. Taşıyıcıda bulunan her kanalın veri hızı
herhangi bir andaki resim içeriğinin gereklerine göre sürekli arttırılıp
azaltılmaktadır. Bu bir TDM (time division multiplexing - zaman
paylaşımlı çoklama) örneğidir ve TDMA (time division multiple access –
zaman paylaşımlı çoklu erişim) ‘den bu yönüyle farklıdır. .
Maliyet, etkinlik bakımından Ka-bandının, Ku-bandı ve C-bandı
sistemlerle karşılaştırmasını yapabilir misiniz?
Ku-bandı, C-bandına kıyasla daha küçük çanak kullanımına izin
vermektedir. Ancak, bu sadece Ku-bandındaki uydu EIRP değerinin tipik
olarak C bandına göre 9.5 dB kadar daha yüksek olmasındandır.
Ka, bandı ve malzemeleri henüz yeni oldukları için temini güç ve
fiyatları pahalıdır. Ka bandının en önemli avantajı frekans
spektrumlarının şu anda büyük ölçüde boş durumda olmasındandır.
Ku-band, C-band ve Ka-band transponderlerin avantaj ve dezavantajları
nelerdir??
Sanırım, sıkca duymuşsunuzdur, Ku bandı yayınlar için C bandı
yayınlardan daha küçük çanaklar gerekir. Ku bandındaki uydu EIRP
değerleri tipik olarak C bandındakinden 9.5 dB daha yüksek olur. Yani
eşit kazanca sahip C-bandı ve Ku-bandı antenler ayni gücü alırlar.
Ancak, Ku bandında eşit kazanç için C bandındakinden daha küçük çanak
yeterlidir.
Bunun esas nedeni, Ku – bandındaki daha yüksek uydu EIRP değerinin
C-bandına kıyasla daha yüksek olan boş alan kaybını telafi etmektedir.
C-bandında, 20 log(12 GHz/4 GHz) = 9.5 dB olmaktadır. Eşit kazancı olan
iki çanağın uydudan alabilecekleri güç aynı olmasına karşın, kazanç
frekansın karesiyle doğru orantılı olduğundan, Ku bandında daha küçük
çanak kullanılarak aynı kazanç elde edilebilmektedir.
Ku-bandında EIRP değerinin daha yüksek olabilmesi biraz da yersel
sistemlerle enterferans olasılığının daha düşük olmasındandır. C-bandı
ise uydu haberleşmelerinin dışında yersel mikrodalga linkleri için de
yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu iki uygulama türünün bir arada
varolabilmeleri dar hüzme antenlerinin farklı yönlere bakması
nedeniyledir.
Ku-bandı yayınların başlıca dezavantajı ise C bandına göre yağmur kaybı
zayıflatmasının ve G/T kötüleşmesinin yüksek olmasındandır.
Ka-bandında ise yağmur zayıflaması daha yüksektir. C-bandı yayının
günün, vaktinin %99.95 ‘inde mevcut durumda olmasına karşın Ka bandında
bu oran 98’e düşmektedir. Ayrıca, altyapı unsurları ve gerekli
donanımların C veya Ku bandına göre temini güç durumdadır. Ka-bandını
halen cazip yapan en önemli husus, bu spektrumun henüz tümüyle tahsis
edilmiş durumda olmayışıdır
Bir ara, 18 GHz ‘den 40 GHz’e kadar kısaca "K band" ifadesi
kullanılmaktaydı. Atmosferde 22GHz dolayında bir su buharı rezonans
frekansı keşfedilmişti. Bu frekansın altındaki frekansa kısaca Ku-bandı,
üstündekine ise Ka-bandı denirdi. Bugün hala Ku-bandı terimi 11 GHz ile
20 GHz aralığı, 20GHz ile 30GHz frekansları arasına Ka-bandı için
kullanılmaktadır. Bant tanımlamalarına gelişigüzel verilmiş isimler
olarak bakılması, ve harf anlamları aranmaması daha uygun olur.
Bir uydudaki (GEO veya LEO) bir transpondere düşen toplam bant
genişliği ne kadardır?
Jeosenkron(GEO) yörüngede bulunan(yerden bakınca sabit duran)
uydulardaki FSS sabit uydu yayınlarının iki frekans bandı bulunur.
Birincisi C-band (6/4 GHz)'dir ve bu banttaki standart bant genişliği 36
MHz'dir. Bu bant genişliği bir FM video kanalını taşımakta yeterli
olması bakımından standart hale geldi. İkincisi, Ku-bandı (14/12 GHz) 'dir
ve bu bant için de 27 MHz ve 54 MHz olmak üzere tipik iki bant genişliği
bulunmaktadır. Heriki bantta da uyduya doğru ve uydudan aşağı doğru
heriki yöndeki toplam uydu bant genişliği 500 MHz'dir. İki tane lineer
polarizasyon (V,H) için bu bant genişliği C bandında 24 tane, 36'şar MHz
transponder için, Ku bandında ise tipik olarak yirmi-dört tane 27 MHz ve
dört tane 54 MHz transponder kullanabilmeye yeterlidir. DBS (17/12 GHz)
yayınlarda, her transponderin bant genişliği 24 MHz 'dir. İki tane
sirküler (L,R) polarizasyondan her birinde 16 transponder olabilir (uydu
yeri başına 32 transponder). Ka-bandındaki (30/20 GHz) önerilen
genişbant uydularında ise, tipik uydu bantgenişliği yine 500 MHz
olmaktadır. Ancak bu spektrum tipik olarak frekans yeniden kullandırma
hücrelerine bölünmüştür. Örneğin, şu anda fonksiyon dışı kalmş olan
Astrolink sisteminde spektrumun küme başına dört hücreye bölünmesi
öngörülmüştü. Her hücre 125 MHz olacaktı ve bir derecelik tek hüzmeden
oluşacaktı.
Jeosenkron olmayan yörüngeler için tipik transponder bant genişlikleri
belirlenmiş değildir. Ancak toplam bant genişlikleri genelde GEO 'dakilerden
çok daha küçük olur. Örneğin bir Iridium uydusu FDMA/TDMA kullanarak
5.15 MHz bir spektrum işgal eder. Bir Globalstar uydusu ise
kanallaştırılmış CDMA kullanarak 10 MHz bir spektrum kullanır. Bu
sistemler uydu üzerinden telefon hizmeti vermektedir. Heriki sistem de
sahibi olan şirketleri batırmıştı, ancak yeniden organizasyonla (sahip
değiştirerek) halen çalışmaktalar.
Bir uydunun EIRP değerleri tüm ömrü boyunca aynı mı kalır?, Değilse
her yıl ne kadar azalır?
Bir uydunun ömrü süresi içinde transponder performansında küçük
ölçüde de olsa bir zayıflama olabilir. Ancak EIRP prensip olarak sabit
kabul edilir. Link tasarımı ön çalışmaları sırasında matbu EIRP ayak
izleri kullanılabilir. İnce ayrıntılar hassas şekilde hesaplandıktan
sonra ise müşteri, uydu işletmecsi ile görüşerek tasarıma son şeklini
verilebilir. Çünkü transponderlerin performansları arasında küçük
farklar bulunur. Transponder yaşlanmasının etkileri de işletmeci ile
görüşülebilir. Ancak, bu etkiler genelde çok küçüktür. Çoğu zaman link
bütçe hesabında bu küçük etkilerin olsun, yağmur kaybı, vs diğer
etkilerin olsun giderilebilmesine yetecek marj bulunur.
Güneş enerji panellerinin verimi zamanla güneşten gelen küçük
partiküllerin etkisi sonucu biraz düşebilir. Ancak panelin boyutları
gerekli gücü en kötü durumda bile sağlayabilmesine yetecek şekilde
düşünülmüştür. Örneğin dünyanın güneşten en uzak olduğu, dolayısıyla
güneşin gücünün en az olduğu 23.5 derece durumu ve panelerin verim
zayıflamasının en fazla olduğu durumlar (uydunun ömür sonu = EOL) da
hesaba katılmıştır.
Frekans ve band genişliği ne bakımdan farklıdır?
Frekans bir elektromanyetik dalganın saniyede yaptığı tur sayısıdır.
Frekansın birimi hertz (Hz) ‘dir, ve bu saniyede bir saykıl(tur) ifade
eder. Frekans periyodun (yani bir turun tekrarı için gereken saniye
cinsinden sürenin) bir bölüsüdür. Örneğin tipik bir C-bandı uydudan iniş
yolunun merkez frekansı 4 gigahertz (GHz) ‘dir. Bu değer saniyede dört
milyar demektir. Bu frekanstaki bir sinyalin periyodu 0.25 nanosaniye(ns)
ya da bir saniyenin 0.25 trilyon’da biridir. Işık hızında seyahat eden
elektromanyetik dalgaların dalga boyu bu frekansta 7.5cm olmaktadır.
Eğer bir elektromanyetik sinyalin sadece bir tek frekansı olsaydı bu
sinüsoid sinyalin boyu ve süresi sonsuz olur, hiçbir bilgi de taşımazdı.
Tek frekanslı, sinüs dalga şekilli bir ses sinyali, örneğin concert A
(440 Hz) böyle saf bir frekansa işaret eder.
Band genişliği ise birçok farklı frekanstan oluşur. Bir elektromanyetik
sinyal , dalga şeklinin üç özelliğinden birini değiştirerek bilgi
aktarır: genliğini, frekansını, veya fazını değiştirir. Bu işleme
modülasyon denir ve bu farklı güç seviyelerine sahip bir dizi frekansın
ortaya çıkmasına yol açar. Band genişliği ile güç, ikisi birlikte bir
sinyalin aktarabileceği bilgi miktarını belirler.
Pratikte herhangi bir sinyalin süzülerek elde edilen sınırlı bir band
genişliği olur. Öyle ki, modülasyon ile elde edilen toplam gücün %95
kadarı bu bandgenişliğinin içinde kalır. Örneğin normal kalitede bir
telefon kanalının band genişliği 4kHz’dir. Bu band genişliği
anlaşılabilir konuşma sesini aktarabilir şekilde tasarlanmıştır. Ancak
insan kulağının ayırd edebildiği 4kHz ile 20kHz arasındaki sesler
yuvarlanır. O yüzden benzer seslerin telefonda ayırd edilebilmesi güç
olur. Öte yandan, CD ‘ler 20 kHz band genişliğinin tamamını taşır, ve o
nedenle ürettikleri ses kalitesi orijinal sese oldukça yakındır.
Bir başka örnek olarak, tipik bir C-bandı uydu transponderinin band
genişliği 36MHz’dir. Bu band genişliği tarihsel olarak bir frekans
modülasyonlu (FM) televizyon sinyalini taşımaya yeterli bulunan bir band
genişliği olmuştur. Ku-bandında ise 27MHz ve 54MHz band genişliklerine
sahip transponderler olur. Digital bir sinyalin gerektirdiği band
genişliği gerekli bilgi bit hızı ile, kullanılan modülasyon ve kodlama
metodları tarafından belirlenir.. Bit hızı arttıkça, gerekli band
genişliği de artacaktır. Modülasyon metodu sembol başına bit sayısını
belirler. Örneğin QPSK için sembol başına iki bit bulunur.
Elektromanyetik spektrum olabildiğince etkin bir şekilde kullanılması
gereken değerli bir kıymettir. Bugün mühendisler, aynı band genişliğiyle
daha fazla bilgi aktarabilmek, veya belirli bir bit hızı için daha az
band genişliği kulanmak üzere daha etkili modülasyon tekniklerini
(örneğin 8PSK gibi) araştırmaktalar. 8PSK modülasyonunda sembol başına
üç bit bulunur. Sonuç olarak da QPSK’ya göre aynı miktar band genişliği
kullanılarak aktarılabilen bit hızı %50 arttırılabilmektedir.
Afrika'da 1.2 m anteni ile Ku-bandı yayınları yağış yüzünden
alamayanlar ne yapabilir?
Tek çare daha büyük çanak kullanmak. Örneğin, Crane (yağmur bölgesi
tipi H, yani yoğun yağış alan tipik olarak tropik coğrafi iklim) %99.5
yağış alır, yani yağış almadığı saat sayısı ayda ortalama 3.6 saatten
ibarettir. Ku bandında(12 GHz) tipik yağış zayıflaması, 3.4 dB'si
gürültü sıcaklığının artışı, 4.6 dB'si de sinyal zayıflaması olmak üzere
toplam ortalama 8.0 dB kabul edilebilir. Çanağın kazancı çapının
karesiyle doğru orantılı olacağına göre, eğer çap 2.5 kat arttırılırsa
yani 1.2 m'den 3.0 m 'ye yükseltilirse yağış zayıflaması vaktin %99.5 'u
için giderilmiş olacaktır.
Bir digital TV yayınında sembol hızı ve FEC neye göre seçilir?
Bir uydu haberleşme linkinin tasarımında en öncelikle gözönünde
bulundurulan konulardan birisi de band genişliği ile güç arasındaki
klasik tercih zorunluluğudur. Maksimum sembol hızı elinizde bulunan band
genişliği ile belirlenir. Forward Error Correction (FEC = Önceden Hata
Düzeltme) kodlaması ise belirli bir maksimum bit hata oranı değerini
elde edebilmek için mevcut güç ve bant genişliği tarafından belirlenir.
Sembol hızı Rs band genişliğine oranlıdır. Belirli bir sembol hızı
için, en önemli birim olan bilgi bit hızı Rb ise modülasyon metoduna
bağlı kalacaktır. Faz kaydırmalı anahtarlama (PSK) modülasyonunda
taşıyıcının her faz durumu m bit sayısını ifade eden bir sembolü temsil
etmektedir. Örneğin, BPSK modülasyonunda sembol başına bir bit bulunur
(m = 1); QPSK modülasyonunda ise sembol başına iki bit bulunur (m = 2);
8PSK modülasyonunda sembol başına 3 bit vardır (m = 3). PSK
modülasyonunun derecesi yükseldikçe sembol başına olan bit sayısı artar.
Sonuçta belirli birsembol hızı ve yani belirli bir bant genişliği için
ortaya çıkan bilgi bit hızı artar.
FEC kodlaması bu ortaya çıkan belirli bilgi bit hızı ve belirli en fazla
bit hata oranı için gerekli güç miktarını azaltmakta kullanılır. Ancak
bu kodlama da band genişliğini arttırır. Çünkü birim zamanda aktarılacak
bit sayısı (bilgi bitleri + kod bitleri toplamı olarak) artmaktadır. Kod
oranı r bilgi bitleri sayısının toplam bit sayısına oranını temsil
etmektedir. Yani bant genişliği kod oranı ile ters orantılı olarak
değişmektedir. Kod hızı Rc, bilgi bit hızı Rb 'nin kod hızı r 'ye
bölünmesiyle elde edilir. (Kodlama yoksa r = 1 olur.)
Bu eşitlliklerin matematiksel olarak ifadesi şöyle özetlenebilir:
Rc = Rb / r
Rs = Rc / m
B = k Rs = k Rc / m = k Rb / (m r)
Burada k (tipik değeri 1.2 dolayında olan) bir çarpım faktörüdür ve
değeri sembollerarası girişimi azaltmak ve band genişliğini arttırmak
üzere darbe şekillerini düzenleyen temelband süzülmesi ile ilgilidir.
Eğer Bilgi bit hızı Rb cinsinden eşitliğe bakarsak;
Rb = m r B / k elde ederiz.
Yani bilgi bit hızı sembol başına bit sayısı ile, kod hızı, ve mevcut
band genişliği miktarının çarpımı ile orantılı bir değer olacaktır.
Örneğin, QPSK 'da bit hızı BPSK'dakinin iki katıdır.. Dahası, QPSK
belirli bir bit hızı için BPSK ile aynı miktar güce ihtiyaç duymaktadır.
O yüzden yarısı kadar bant genişliğine gerek duyması nedeniyle QPSK
geçmişte en tercih edilen modülasyon şekli olmuştur. Oysa bugün uydu
haberleşme tasarımlarında Spektral etkinliğin arttırılmasına daha fazla
önem verilmektedir. Önceleri kullanılan modülasyon için endüstri
standardı QPSK idi. Ancak yukarıdaki ilişkilerin gösterdiği gibi 8PSK
ile ayni transponder bant genişliği için veri aktarma hızını %50
arttırmak mümkün olmaktadır. (sembol başına 2 bite karşılık 3 bit olması
nedeniyle). Ancak, 8PSK hem BPSK ve hem de QPSK 'dan daha fazla güce
gerek duymaktadır. Öte yandan sofistike kodlama metodlarının
kullanılması gücü azaltabilir. Hem modülasyon hem de kodlamayı
birleştiren (trellis coded modulation denilen) belirli tekniklerin
kullanılmasıyla, band genişliğini pek arttırmadan gücü azaltmak mümkün
olmaktadır. İşemci hızı ve yeteneklerindeki önemli gelişmeler ve
bilgisayar çip teknolojinin gelişmesi sayesinde halen bu tekniklerin
uygulanabilmesi mümkün hale gelmiştir.
Ku-bandında karşılaşılaşılabilecek en fazla zayıflama (attenuation)
ne kadardır. ?
Yağmur v.s yoğunluğuna bağlı olduğundan, en fazla zayıflama diye
birşey yoktur. Ancak Ku-bandındaki herhangi projede tasarım hedefi
olarak yağmur zayıflaması ve G/T zayıflamasına karşılık olarak 7 dB ile
10 dB arası bir marj bırakılması uygundur. Ku-bandı iniş frekansı olan
mesela 12 GHz için bu marj Florida’da (Crane yağmur istatistiklerine
göre E tipi bölge için) %99.7 ile %99.8 arası bir yayın alınabilirlik
garantisi anlamına gelmektedir. Bu durumda %0.2 ile 0.3 arası bir yağmur
marjının aşılması olasılığı olacak, bu da yayının kötüleşmesine ya da
tümüyle kaybına yolaçabilecektir.
Ücra bölgelerde yağış dolayısıyla iletişimin etkilenmesine karşı ne
gibi önlemler alınabilir.
Birinci teknik saha çeşitliliği sağlamaktır. Birbirinden 15-30 km
mesafede olan ve birbiri arasında yersel iletişim bağlantısı olan iki
yer istasyonu kullanılabilir. Her iki istasyonun birden aynı anda aynı
yağış yoğunluğuna maruz kalmaları oldukça düşük bir olasılıktır.
İkinci olasılık da gerektiği yerde ve gereken anda bir düşük frekans
bandına geçilebilmesidir. Örneğin Ku bandının bir kısmı Ka-bandı
sistemin spektrumu içinde o anda yoğun yağış olan bir kısma ait aktarım
için devreye sokulabilir. Yoğun yağış dolayısıyla olan zayıflama Ku-bandında
Ka-bandına göre çok daha azdır.
Üçüncü bir seçenek ise genişletilmiş bant genişliğinin dinamik olarak
porsiyonlandırılmasıyla belirli bir veri hızı için gereken gücün
azaltılması ve daha dayanıklı bir Önceden Hata Düzeltme (FEC)
kodlamasına imkan sağlanmasıdır. Ancak bu metod problemi sadece
hafifletmekte kullanılabilir, yoksa özellikle yüksek (Ka-bandı gibi)
frekanslarda yağmur dolayısıyla ortaya çıkan zayıflama sorununu tümüyle
telafi etmekte kullanılamaz.
Eb/No ile BER arasındaki matematiksel ilişki nasıldır ?
Bit başına düşen enerjinin gürültü yoğunluğuna oranı demek olan “ Eb/No
“ üç faktöre dayanmaktadır.: Bit hata oranı (BER), kipleme(modülasyon)
için kullanılan yöntem ve kodlama yöntemi. Pratikte modemin işlemedeki
kayıplarına karşılık gelmek üzere teorik ideal değerin üzerine tipik
olarak 0.5 dB ile 1.5 dB arası bir marjın eklenmesi gerekir.
Eğer kipleme yöntemi “Binary Phase Shift Keying (BPSK)” veya “Quaternery
Phase Shift Keying (QPSK)” ise BER (yani bit hatası “p” nin olasılığı)
ile Eb/No arasındaki ilişki ya “Q fonksiyonu” denilen ifade cinsinden,
ya da komplementer hata fonksiyonu cinsinden ifade edilecektir. BPSK
veya QPSK için bu ilişki aynidir. Kodlanmamış bir sistem için
p = Q(karekök{2 Eb/No}) = (1/2) erfc(karekök{Eb/No}) , olmaktadır.
Burada Eb/No nümerik bir değerdir. Bunun dB cinsinden karşılığı 10 log(Eb/No)
olur. Diğer modülasyon türleri içn de benzeri tarzda eşitlik formülleri
kurulabilir. Bu hesapların nasıl yapılabileceği Bernard Sklar’ın,
Digital Communications (Prentice Hall) kitabında ayrıntılı bir şekilde
yer almaktadır. Pratikte ise bir mühendis gerekli ilişkileri temel
prensipleri kullanarak hesaplamak yerine ölçülen grafiklerden
çıkartabilir. Bu grafiklerin adı konuyla ilgili terminolojide "waterfall
curves" (çağlayan eğrileri) olarak geçmektedir (aşağı doğru dökülen
eğimli görüntüsünden dolayı). Kodlama yapıldıktan sonra ise Eb/No ‘nun
değeri kodlama kazancı "coding gain" olarak adlandırılan bir miktarda
azalır ve band genişliği de bu miktarda artar..
Örneğin kodlanmamış bir QPSK modülasyonunda BER = 10^(-5), Eb/No değeri
ise 9.12 ya da 9.6 dB olsun. Eğer evriştirme hızı (convolutional rate)
1/2 ve kodlama baskı boyu (constraint length) 7 ve Viterbi yazılım
kararlı kod çözmesi eklenmiş ise Eb/No ‘nun değeri 4.5 dB olur. Bu
durumda kodlama kazancı 5.1 dB ‘dir. Belirli bir veri hızı için kodlama,
gerekli taşıyıcı/gürültü yoğunluğu oranını 3.2 faktörüyle azaltmaktadır.
Ancak, oranı 1/2 olan kodlamada her bilgi biti için bir fazlalık biti
olur. Böylece kodlanmış veri hızı enformasyon bit hızının iki misline
çıkar. Band genişliği de iki katı olur ve bu kodlanmamış bir BPSK
modülasyonu ile elde edilenin aynisidir. Eğer bilgi işlemedeki (yukarıda
sözü edilen) kayıpların gerektirdiği 1.0 dB marj eklenirse kodlanmış
sistem için bu BER değerine göre gerekli Eb/No değeri 5.5 dB olmaktadır.
Yüksek gerilim hatlarından (132 kV) yayılan elektromanyetik
dalgaların Ka-band uydusunun yayınlarının kalitesindeki etkisi ne olur?
Eğer alıcı ve gönderici çanak bir güç istasyonu şalt tesislerinin
yakınında bulunmaktaysa etkisi çok fazla olabilir mi?.
Uydu iletişimi 1 ile 30 GHz frekans aralığında yapılmaktadır.
Özellikle Ka – bandı ise bunun en üst 20 GHz ile 30 GHz arasında kalan
kısmındadır. Elektrik gücü dağıtımı ise 50 - 60 Hz frekansında
yapılmaktadır. Dolayısıyla yüksek gerilim hatları normal halde herhangi
bir enterferans üretmez. Şalt (devre kesilip açılması) sırasında
mikrodalga (1 GHz’in üstü) frekanslarında radyasyon üretilebilmesi ise
ancak çok güçlü akım kesintileri ve sparklar (kıvılcım atlamaları)
sonucu olabilir. (Oysa böyle birşey pratikte hiçbir zaman olmuyor. .)
Veri akış hızı ile band genişliği arasında nasıl bir ilişki var?
Gönderilen bir sembol bir bitlik bir periyot içinde taşıyıcı
sinyalinin durumu (genliği, frekansı, fazı veya bunların bir
kombinasyonu) ile ifade edilir. Digital uydu yayınlarında ortak
kulanılan bir modülasyon(kipleme) şekli Phase Shift Keying (PSK-Faz
kaydırmalı anahtarlama)dir. Örneğin, Binary Phase Shift Keying (BPSK –
ikili faz kaydırmalı anahtarlama’da), fazın (0 ve 180 derece) olmak
üzere herbiri bir biti (1 veya 0) ifade eden iki konumu olur. Quaternary
Phase Shift Keying (QPSK – Dikgen Faz kaydırmalı anahtarlama’da) ise,
(0, 90, 180, ve 270 derece) olmak üzere dört faz konumu vardır. Bunların
herbiri iki bitten oluşan bir sembolü (00, 01, 11, veya 10) ifade eder.
8 PSK ‘da ise her sembol için 3 bitten oluşan 8 faz konumu(45 derece)
olur. Aynı şekilde 16PSK‘da 16 faz konumu(22.5 derece) olur. 16 QAM
(Dikgen Genlik Modülasyonunda) ise herbiri sembol başına 4 bitlik
kombine edilmiş 16 genlik ve faz konumu bulunur.
Yayının işgal ettiği bant genişliği “B” kullanılan sembol hızı “Rs” ile
band genişliği genişleme faktörü “k” olsun. Bu “k” intersymbol
interference (ISI) yani semboller arası girişimin giderilmesi için
kullanılan temelbant darbe şekillendirme devresinin şekline göre değişir
ve tipik bir “k” değeri 1.2 kadardır. Bu değerler arasındaki ilişki B =
k Rs olmaktadır. Sembol hızı, kodlanmış bit hızı Rc ‘nin her sembol “m”
başına düşen bir sayısına bölünmesi ile elde edilir. Yani Rs = Rc/m
olur. Kodlanmış bit hızı ise enformasyon bit hızı Rb ‘nin kod hızı “r”
değerine bölünmesiyle elde edilir. Kod hızı “r” ise enformasyon
bitlerinin hızının toplam bit (yani enformasyon bitleri artı fazladanlık
bitleri) hızına oranıdır. “r”’nin değeri 1 ‘den küçüktür. . Örneğin eğer
r = ½ olursa, toplam kodlanmış bit hızı enformasyon biti hızının iki
katıdır, ve her enformasyon bitine karşılk bir fazladan bit olur. Yani
Rc = Rb/r ‘ dir.
Bu eşitlikleri birlikte kulanarak bilinen bir enformasyon bit hızı Rb,
için bant genişliği B ;
B = k Rs = k Rc/m = k Rb/(m r) olarak bulunur.
Aynı şekilde işgal edildiği bilinen bir band genişliği için enformasyon
bit hızı
Rb = (m r) B/k olmaktadır.
Örneğin, QPSK (m = 2) olsun. Bu durumda enformasyon bit hızı belirli bir
band genişliği için BPSK (m = 1) ile olması gerekenin iki katı
olmaktadır. Dahası, QPSK belirli bir bit hızı için BPSK ile aynı miktar
güce ihtiyaç duymaktadır. O yüzden yarısı kadar bant genişliğine gerek
duyması nedeniyle QPSK tercih edilen modülasyon şekli olmaktadır. 8 PSK
(m = 3) ile ise enformasyon bit hızı BPSK ile olanın 3 katı, ve QPSK ile
olanın 3/2 katıdır. Yani 8PSK, QPSK ile olandan %50 daha büyük bir bit
hızına olanak verir. Ancak 8PSK, hem BPSK hem de QPSK ile olandan iki
kat daha fazla güç gerektirmektedir. ( BER=10-8 için, 3.46 dB daha
yüksektir).
|
|