RF Haberleşme İle Kablosuz İletişim

Haberleşme,  şüphesiz ki ilk günden bugüne kadar canlıların hayatında vazgeçilmez olan eylemlerden birisi. Teknolojinin olmadığı zamanlarda bile insanlar birbirleriyle haberleşmek için çeşitli yollar geliştirmiş ve bunda kısmen başarılı olmuşlar. Bu yöntemlerden en bilineni duman ile haberleşme. Genellikle düşman saldırılarını önceden öğrenmek için  kullanılan bu yöntem, kısa mesafede çok emek isteyen bir yöntemdi. Bunun yanı sıra posta güvercini, ulak gibi sistemlerde aynı zahmetlere sahip ve güvenli olmayan yöntemlerden bazıları. Bugün ise gelişen teknoloji ile  binlerce kilometre uzaklıktaki mesafelerle haberleşmemiz saniyelerimizi almakta. Bu teknolojinin ismi RF haberleşme…

RF Haberleşme Nedir?

RF haberleşme, verilerin kablosuz olarak iletimi için radyo dalgalarının kullanıldığı , bir alıcı ve bir verici ile çok uzak  mesafeler arası iletişimin sağlandığı , iletimin çok yüksek hızlara ulaştığı haberleşme yöntemidir. Bugün kullandığımız neredeyse tüm sistemlerde yer edinen RF haberleşme teknolojisi sayesinde Dünya’nın bir ucunda olan gelişmeler saniyeler içinde öğrenilebilir, hatta Dünya dışındaki gezegenlerle, uzay keşfi için kullanılan uzay araçlarıyla bile haberleşme sağlanabilir.  

RF haberleşme, kablosuz veri ve ses aktarımlarının bulunduğu cep telefonları ve televizyonların, uzaktan kontrol edilen sistemlerin ve içerisinde  veri iletimi barındıran birçok sistemin temelini oluşturmaktadır. Hepimizin hayatında büyük yer edinen Wi-Fi, Bluetooth gibi protokoller mesafeler arası kablosuz veri iletimini radyo sinyalleri ile sağlamaktadır. Şimdi olayın teorik kısmına biraz göz atalım.

Sinyal Nedir?

Cep telefonlarıyla görüşme yaparken, evlerimizde televizyon izlerken ve ya internet üzerinden herhangi bir şey yaparken aslında sürekli veri iletimi ve cihazlar arası haberleşme gerçekleşmektedir. Bu iletişimin temeli ise sinyallere dayanmaktadır.Sinyaller, fiziksel değişkenlerin durumu hakkında bilgi taşıyan yapılardır. Tipik olarak iki farklı sinyal mevcuttur. Analog sinyal ve dijital sinyal. Kabaca bakacak olursak, analog sinyal kesintisiz ve değer aralığı sonsuz olan değişkenlik gösteren sinyallerdir. Dijital sinyaller ise 0 ve 1 değerlerinden oluşan sinyallerdir. RF haberleşme ile yapılan işlem, bilgi taşıyan bu sinyallerin  radyo dalgaları vasıtası  ile mesafe fark etmeksizin bir noktadan bir noktaya iletimini sağlamaktır.

Mesafeler arası haberleşmeyi sağlamak için iki temel sisteme ihtiyaç duyulur. Bunlar alıcı ve verici sistemlerdir. Verici devre, veriyi iletilecek hale getirip gerekli kuvvetlendirmeyi yapar ve gönderilecek bilgiyi şifreler. Alıcı devre ise gelen veriyi yakalayıp şifresini çözerek işlem yapar ve veri iletimi tamamlanmış olur. Bu işlemdeki  en temel husus ise sinyalin gönderileceği mesafeye göre güçlendirilmesi gerektiğidir. Peki bu güçlendirme nasıl yapılmaktadır? Buradaki anahtar kelimemiz modülasyon.

Modülasyon                                         

İletilecek olan düşük frekanslı ses,görüntü ve ya herhangi bir veri sinyali, iletilmek için yüksek frekansa sahip taşıyıcıya ihtiyaç duymaktadır. Bu taşıyıcı da radyo dalgalarıdır. Bilgi içeren sinyal, radyo dalgası üzerine bindirilerek güçlendirilecek , devamında  yayılma ortamına bırakılacak  ve alıcı istasyondan tarafından yakalanmayı bekleyecektir. Buradaki  bilgi sinyalinin taşıyıcı sinyal üzerine bindirilmesi  işlemine ise modülasyon denmektedir. Basit bir örnekle olayın anlaşılmasını sağlayalım. Ankara’dan Amerika’ya gidecek bir yolcu düşünelim. Bu yolcu, Amerika’ya yaya olarak gitmek istese gücü yetmeyecek ve asla varamayacaktır. Gitmek için uçak kullanırsa yolculuğunu başarıyla tamamlayacaktır. Bu olayda Ankara’yı verici, yolcuyu bilgi içeren sinyal, yolcunun uçağa binmesini modülasyon,uçağı radyo dalgası , Amerika’yı da alıcı olarak düşünebiliriz. Yapılan işlem temelinde bundan ibaret.

Günümüzde kullanılan 3 çeşit modülasyon tipi bulunmaktadır. Bunlar genlik modülasyonu, frekans modülasyonu ve faz modülasyonu.

Genlik Modülasyonu

Genlik modülasyonunda taşıyıcı sinyal bir sinüs dalgasıdır. İletilecek olan bilgi sinyaline göre taşıyıcı sinyalin genliği üzerinde değişmeler yapılarak taşıyıcı ile bilgi sinyali üst üste bindirilir. Aşağıdaki görselde görüleceği üzere (AM sinyal) bilgi sinyalinin genliğindeki değişmelere göre taşıyıcı sinyalin genliğinde değişmeler meydana gelmektedir.  Bu modülasyon türü, ticari ses ve görüntü yayınında kullanılır ve diğer türlere göre daha ucuz bir yöntemdir ama kalite olarak beklenen performansı veremeyebilir.

Frekans Ve Faz Modülasyonu                                                       

Bu modülasyon türünde taşınacak olan bilgi sinyalinin genliğine göre,  taşıyıcı sinyalin genliği sabit kalıp  frekansı değişmektedir. Görselde görüldüğü gibi bilgi sinyalinin genliğinin yükseldiği sırada taşıyıcı sinyalin frekansı artmakta. Bu modülasyon ile üretilen vericiler çok güçlü değildir. Ana amaç, sesin bozulmadan uzak mesafelere kaliteli iletimini yapmaktır. Günümüzde radyo vericileri temel olarak bu modülasyon türünü kullanmaktadır.

Faz modülasyonu ise frekans modülasyonuyla çok benzer bir yapıya sahiptir. Faz modülasyonunda taşıyıcı sinyalin fazı, bilgi sinyalinin frekans ve genliğindeki değişmelere bağlı olarak değişir.

Modülasyon Sonrası İşlemler

RF haberleşme sistemlerinde elektromanyetik dalga, iletim ortamına bir anten ile aktarılır. Antenin fiziksel boyutu ve yapısı, esas olarak, iletilmek istenen bilgi sinyalinin frekansına ve iletişim kurulacak mesafe boyutuna bağlı olarak değişir( görselde NASA’nın ‘ Mars Odyssey ’ ile haberleşmek için kullandığı anteni görebilirsiniz). Verici devre modüle edilmiş sinyali sistemin son halkası olan anten vasıtasıyla iletici ortama bırakır.  Alıcı sistem de  üzerinde bulunan anten sayesinde modüle edilmiş olan taşıyıcı sinyali yakalar ve devamında demodülasyon işlemi başlar. İsminden de anlaşılacağı gibi bu işlem modülasyon işleminin tersidir. Demodülasyon işlemi ile birbiri üzerine bindirilmiş olan taşıyıcı sinyal ile bilgi sinyali birbirinden ayrılır. Bu işlem için gerekli filtreleme devreleri kullanılır ve filtreleme işlemlerinden sonra ise alıcı devre bilgi sinyalini elde etmiş ve bunu kullanmaya hazır hale gelmiş demektir.  

Alıcı ve verici sistemlerde iletimin kalitesini arttırmak amacıyla birçok elektronik devre elemanı kullanılır . Bu elemanlar sisteme osilasyon sağlamak amacıyla osilatörler, sinyalleri güçlendirmek için yükseltgeçler, yapılacak işleme göre dedektörler olabilir ama genel hatlarıyla yapılan işlemler yazımızda bahsettiğimiz hususlar üzerinde gerçekleştirilir. Haberleşme alanı günümüzde epey uğraş,yüksek matematik ve elektronik  donanımı gerektiren ama çalışması keyif verici  başlı başına bir mühendislik alanı. Bu yazıda ise bu alanın başlıklarından biri olan RF haberleşme alanına genel bir bakış attık. Her ne kadar biz farkında olmasakta, hayatımızın her anında RF haberleşme teknolojisi kullanılmakta. Cep telefonlarımızda, televizyonlarda, radyolarda, hava aracı haberleşmelerinde ve sayamayacağımız kadar çok alanda bu sistem insanlığa büyük katkı vermektedir.

Kaynakça

wikipedia.org

nasa.gov

ni.com