UYDU YAYINCILI İLE İLGİLİ MERAK EDİLENLER

 

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).

 

 

 

key@key.com.tr