UYDULAR VE İLETİŞİM UYDULARIN TÜRLERİ

UYDULAR VE İLETİŞİM UYDULARIN TÜRLERİ

1960’lı yılların başında,Amerikan Telefon ve Telgraf Şirketi(AT&T), ileri ,tasarımlı birkaç güçlü uydunun , AT&T uzak mesafe iletişim ağının tümünde daha yoğun bir iletişim trafiği gerçekleştirilebileceğini gösteren incelemeler yayınladı. Bu uyduların maliyetinin, bunlara eşdeğer yeryüzü mikrodalga sistemlerinin maliyetlerinin çok küçük bir kısmını kapsayacağını hesaplamıştılar. AT&T firması hükümete bağlı olduğundan uydu gelişimine gerek yatırımlar yapılmadı. Bunun üzerine daha küçük firmalar bu konuya yatırım yapmaya başladılar. Bu nedenle uydu teknolojisindeki gelişmeler ilk başlarda oldukça yavaş olmuştur.

Temel olarak uydu gökte bulunan bir radyo tekrarlayıcıdır(Transponder). Bir uydu sistemi şunlardan oluşur; bir transponder, uydunun çalışmasını denetleyecek yeryüzünde kurulmuş bir istasyon ve uydu sistemi aracılığıyla gerçekleştirilen iletişim trafiğinin iletimi ve alımı için gerekli tesisleri sağlayan yer istasyonlarından oluşan bir kullanıcı ağı, uydu iletimleri yol ya da yük olarak sınıflandırılır. Yol, yük çalışmasını destekleyen denetim mekanizmalarını içerir. Yük ,sistemde taşınan gerçek kullanıcı bilgisidir.

Günümüzde farklı amaçlara için kullanılan uyduları, yörüngeleri itibariyle üç başlık altında toplayabilir.

1. Sabit Yörüngeli Uydular GEO(Geosynchronouns Earth Orbit Satellites)
2. Orta Yörüngeli Uydular MEO( Medium Earth Orbit Satellites)
3. Alçak Yörüngeli Uydular LEO (Low Earth Orbit Satellites)

1-Sabit Yörüngeli Uydular: GEO’lar yeryüzünden 35 768 km yukarıda, ekvatora dik biçimde dünyanın dönüş hızıyla paralel olarak hareket etmekte ve atıldığı açıda sabit kalmaktadır. Dünyanın çevresine 120’ şer derecede atılmış üç uydu birbirleriyle bağlantısı olduğundan (intersat link) tüm yeryüzüne (iki kutup hariç) yayın yapabilmektedir. Bu tür uydular genellikle TV yayınları ve telefon iletişiminde kullanılmaktadır. Ömürleri 25 yıl olarak planlansa da genel de 15 yılı geçmemektedir. Yüksek güçte çıkış güçleri olan ve çok yükseğe atılan bu uydular geniş bantlı transponder kullanılmakta olup, yerden gönderilen sinyal en az 0,25saniye kadar geciktirir. Yer ünitelerinden kaynaklanan gecikmelerle birlikte bir saniyeyi geçebilmektedir. Bu gecikmeler nedeniyle bu uydular iki yönlü data iletişiminde pek tercih edilmemektedir.

2-Orta Yörüngeli Uydular: Yer yüzünden 2.000 ile 10.000 km yukarıda büyüklüklerine göre, elipsoidi yörünge çizerek dolaşan bu uydular, daha küçük yapıda olup,GEO uydularına göre çok dar bir alana yayın yapabilmektedir. Karmaşık yörünge yapıları olan bu uyduların, yer yüzüne yakınlığı dolayısıyla yörüngelerinde tutmak için harcanan enerji fazlalığı uyduların ömürlerinin maksimum 12 yılla sınırlanmasını gerektirmektedir.

MEO uydularından, 12 adedi dünya çevresini kapsayabilmekte ve izleme kabiliyetine sahip antenler ile bu uyduların yayınlarına ulaşılabilmektedir. Uydu sinyallerinin alınmasında ise sabit çanak antenler yeterli olmaktadır. Çünkü yer yüzündeki yayın alnındaki bir noktada yayın hiç kesilmemekte, bir uydu uzaklaşırken diğer uydunun yayın alanına kesintisiz girilmektedir. Yer yüzüne yakınlığı nedeniyle bu uyduların yayınladığı sinyalde gecikme olmadığından bu uydular data iletişimi, standart ve mobil telefon iletişimi ile GSM telefon iletişiminde kullanılmaktadır. Daha geniş bantlı iletişime imkan veren türleri (2 Ghz frekansında) özellikle mobil uydu iletişiminde, ses,görüntü ve diğer data iletişiminde kullanılmaktadırlar.

3-Alçak Yörüngeli Uydular :LEO, uydularının, küçük,büyük ve süper olmak üzere üç türü vardır. Yeryüzünden 650 ile 2.500 km yukarıda bulunan parabolik yörünge çizerek dolaşan bu uydular, çok düşük yayın gücüne sahiptirler. Yeryüzüne yakınlıkları nedeniyle yerden gönderilen sinyallerin gecikmesi önemsiz sayılarak, özellikle sayısal veri iletişimi ve GSM telefon iletişiminde kullanılırlar. Yer yüzüne çok yakın yörüngeleri nedeniyle, yayın alanları çok küçük olması sorunu,48 ve daha fazla uydunun oturtulması ile çözülmüştür. Uydular dünya çevresini kaplayarak her noktaya iletişimi taşıya bilmektedirler. Uydular dünya çevresinde dolaşırken birbirleri ile olan iletişimleri sayesinde bir Amerikalı,Çin’ de bulunan biriyle rahatlıkla telefonla görüşüp, İnternet bağlantısı kurabilmektedirler.

Yer yüzene yakın olan bu uyduların ömürleri 7 yılla sınırlanmıştır. Bu uydular çok daha karmaşık yörünge kontrolleri gerektirmemektedirler. LEO uyduların yeryüzüne olan yakınlığı, düşük yayın gücü gerektirse de yayın alanları dar olmaktadırlar. Bu nedenle uydu sayısı arttırılmıştır. Uydunun yere yakınlığı, küçük portatif elde taşınabilecek boyutlardaki ünitelerle uydu üzerinden telefon ya da data iletişimini olanak sağlamıştır. LEO uyduları özellikle seri veri iletişimi hedef alınmıştır. Her bir uydunun iletişim kapasitesi, uydular arası bağlantıda 50.000 baud saniye, yer kontrolle iletişim 50.000 baud saniye olmaktadır. Abonelerinin doğrudan uydu üzerinden yapacakları iletişimler için yerden uyduya çıkış 2.400 ile 9.600 baud saniye arasında değişirken, uydudan yere iniş 24.000 baud saniyede sınırlanmıştır.

Bu uydular kullanılarak yapılan en büyük proje IRIDIUM olup, 66 ayrı uydunun 780 km yukarıya dünya çevresini kapsayacak şekilde yerleştirilmesidir. 1997 yılında parti parti uzaya gönderilen bu uydular 1998 yılında tamamlanmış olup,1999 yılında belirli bölgelerde doğrudan uydu bağlantılı, etkileşimli TV ,GSM telefon iletişimini ve İnternet erişimlerini sunmaya başlamıştır. IRIDIUM projesinin kilit noktası, atılan 66 uydunun birbirleri ile ses, data iletimini,Ka frekans bandında da kurmalarıdır. Bu iletişim ağı yeryüzünden gönderilen diğer yer iletişim sinyalleri ile birleşerek bir anda dünyanın çevresini kaplayabilmektedir. Uydulara yerden çıkış,değişik noktalardan, farklı verilerle farklı hedeflere yöneltilebilmektedir. Buna karşılık IRIDIUM uydularından yeryüzüne yapılan iletişim L bandında olmakta, cep telefonları, çağrı cihazları ve otomobil telefonlar her noktada bu yayını alabilmektedirler.

IRIDIUM projesini takiben özellikle direk uydu bağlantılı telefon görüşmelerini sağlaması planlanan 288 uydudan oluşmuş TELEDESİC projesi,ICO iletişim şirketinin 10.000 km ‘ye atmayı planladığı 12 MEO uydusu, deniz haberleşmesi ve mobil telefon iletişimi için, benzer amaçlı Global Star iletişim projesi ile bütün telefon görüşmelerini bakır kablodan kurtarma amaçlı projeler geliştirilmiştir.

UYDULAR ve İŞLEVLERİ

En basit uydu türü, pasif yansıtıcıdır; pasif yansıtıcı, bir sinyali bir yerden bir başka yere ‘sıçratan’ bir cihazdır. Uydular temelde aktarıcı sistemlerdir. Yeryüzünden gönderilen sinyallerin tekrar yeryüzüne farklı bölge ya da bölgelere çok geniş bir alanı içine alacak şekilde gönderilirler. Yörüngedeki yapay bir uyduyu kullanmanın üstünlüğü dünyadan gönderilen sinyalleri alıp üzerindeki bir verici ile dünyaya geri gönderen ve güneş enerjisi ile çalışan araçlardan oluşmasıdır.

Uyduların çalışması için gerekli enerjinin bataryalardan sağlanması yanında, bu bataryaları şarj etmek için güneş pillerine ihtiyaç vardır. Uydunun tipine ve yayın gücüne bağlı olarak, bu güneş pillerini toplam DC doğru akım gücü 2 ile 5 kwatt arasında değişmektedir. Uyduların yer yayın güçleri, yayın alanları, ayak izleri(footprint) ile doğru orantılıdır. Yayın alanı ne kadar geniş olursa yayın gücü o kadar güçlü olmalıdır.

Uyduların belirli bir ömürleri vardır. Bu ömür uydunun uzaydaki yörüngesinde kalmasını sağlayan minik yörünge roketlerinin yakıtı ile sınırlıdır. Bu yakıtın kullanılmaya başlanması uydunun yörüngeye atılması ile başlar. Uydu ilk atıldığında, istenilen pozisyon ve açıya gelebilmesi için roketler kullanılır. Uyduların çalıştığı sürece bulunduğu yerde kalması için yer istasyonundan gönderilen komutlar ile bu roketler ateşlenir ve yörüngesi sabitlenir. Roket yakıtının bitimine yakın, son kalan yakıt ile uydu yörünge dışına çıkarılarak uzayda dolaşmayı terk eder.

Uydunun yayın amaçlı bölümü ise şu kademelerden oluşur:
1. Alıcı Antenler: Yer yüzünden gönderilen sinyalleri alan çanak antenler ve alıcı grubu,
2. Çevirici ve Yükselteçler: Yeryüzünden gönderilen sinyalleri alıp, yükselterek tekrar yayınlamak için farklı frekansa çeviren ‘transponder’ bölümleri,
3. Verici Antenler: Uydunun farklı bölgelere yayın yapabilmesi için yönleri ayarlanabilen verici çanak antenler.

Uyduda aktarıcı (transponder) sayısı amacına göre 4 ile 36 arasında değişmekte ve her transponderin bant genişliği de 27,36,72,96 mhz frekans aralıklarında olabilmektedir. 36 mhz ‘lik bir trasnponderden yapılan 45 watt çıkış gücündeki yayının, yeryüzüne DBS(Direct Broadcast Satellite) spot yayın olarak gelmesi bu sinyalin ayak izinin yayın merkezinde 54dBw, en dış alanda ise 44dBw olarak ölçümüne, kısacası merkezde 60 cm çanak ile rahatlıkla izlenebilmesine imkan verir. Türksat 1C uydusunun yayınlarının Ankara merkezde 60dBw olduğu düşünülürse 40 cm bir çanak ile yayınlar rahatlıkla alınabilmektedir.(Türksat 1C uydusundan yayın yapan bir transponderin gücü 100 watt olarak bilinmektedir).
Uyduların çalışma frekanslarından söz edilirse, iki ayrı frekans tanımlana bilir. Birincisi;uyduya çıkış(uplink) frekansı, ikincisi; uydudan yeryüzüne iniş yayının (down link) frekansıdır.Mevcut uydu çalışma frekanslarını tablolaştıracak olursak;
Bant Uplink Frekansı Downlink Frekansı Bant Genişliği
C Band 5.9,6.4 Ghz 3.7,4.2 Ghz 3.7,6.4 Ghz
KU Band 14,14.8 Ghz 10.7,12 Ghz 10,18 Ghz
K Band 29,30 Ghz 19,20 Ghz 19,30 Ghz
Ka Band 38,40 Ghz 26,28 Ghz 26.5,40 Ghz
Tablo-2 uydu çalışma frekanslarını
Ku Band DBS uydu yayını için ise :
Uplink Frekansı :17.3,18.1 Ghz Downlink Frekansı : 11.7, 12.5 Ghz
Yörünge Aralıkları ve Frekans Tahsisi
Senkron uydular(yörüngede,yeryüzünün açısal hızına eşit bir açısal hızla dairesel bir patern izleyerek dönen uydulardır), senkron bir yörüngenin belli bir yayı içinde sınırlı bir alanı ve frekans tayfını paylaşmak zorundadır. Birbirine yakın ya da aynı frekansta çalışan uyduların iletimlerinin birbirleriyle karışmasını önlemek için uydular uzayda bir birlerinden yeterince uzakta bulundurulmalıdır( Şekil-9). Uzaydaki belli bir alan içinde konumlandırılabilecek uydu yapılarının sayısı için fiziksel koşullardan kaynaklanan bir sınırlama söz konusudur. Gereken uzaysal ayırma işlemi şu değişkenlere bağlıdır:
1. Hem yer istasyonun hem uydu antenlerinin hüzme genişlikleri ve yan lob yayılımı
2. RF taşıyıcı frekansı
3. Kullanım kodlama ya da modülasyon tekniği
4. Kabul edilebilir girişim sınırları
5. Gönderme taşıtıcı gücü
Genel olarak,yukarıda belirtilen değişkenlere bağlı olmak kaydıyla ile arası uzaysal ayırma gerekmektedir.
Uydu A Uydu B

3-

uydu yer mer.
yer yüzünün merkezi
Şekil –9 Senkron Yörüngedeki Uyduların Uzaysal Ayırması
Uydu iletişiminde kullanılan en yaygın taşıyıcı frekansı 6/4 Ghz band ile 14/12 Ghz bandıdır.ilk sayı yer istasyonundan transpondere olan frekans, ikinci sayı ise transponderden yer istasyonuna ait frekansı göstermektedir.
UYDU VERİCİ SİSTEMLERİ( UPLİNK)
Uplink sistemlerde Ku bandı yayının 14Ghz olduğu düşünülürse, bu sinyalin dalga boyu yaklaşık 2 cm kadar olacaktır. Yani 2 cm çaplı bir çanak anten tam dalga boyunda olduğundan normal yayın yapabilecektir. Ancak uyduların 2’şer derecelerde 35 768 km yukarıda yörüngeye yerleştirilmesi nedeniyle diğer uydularla olabilecek tüm sinyal girişimlerinin engellenmesi ve çok daha spot yayın yapılabilmesi için anten çapı dalga boyunun 100 katı kadar yani Ku bant için 2 m ve daha yüksek olmalıdır.
Yeryüzündeki alıcı antenlerde ise, büyük anten demek daha çok, daha güçlü sinyal alınmasının yanı sıra, diğer uydulardan gelen sinyallerinde alınması gürültü ve girişimlerin çoğalması demektir. Bu nedenle görüntü sinyalinin önce 27 mhz’lik bir FM modülasyona tabi tutulması ile oldukça geniş bir bant ayrılır, daha sonra bu taşıyıcıdan yüksek sinyal gürültü kalitesi ile görüntü sinyali ayrılır.
Her bir aktarıcı (transponder) üzerinde TV yayınları için 36 mhz kanal ayrılmıştır ve bu 36 mhz kanallar 4’er mhz lik dilimlere bölünmüştür. Yer vericisinden gönderilen görüntü sinyali 27 mhz lik taşıyıcı üzerine FM modüleli olarak yüklendiğinden,36 mhz’den sonra kalan boşluklarda radyo yayınları ve diğer veri aktarımları sağlanabilmektedir.
Analog yayın yapan sistemlerde 36 mhz bant genişliğine sahip bir aktarıcıda (transponder) 27 mhz görüntü için ayrılır, 2 kanal ses üst ya da alt banda 6,6.5,7 mhz aralıkta yerleştirilir. Aktarıcıda (transponder) kalan boşluklarda FM radyolar için ya da düşük hızlı bilgisayar verileri diğer taşıyıcılar yerleşir.
Diğer veri,ses kanalları
2 kanal ses taşıyıcı diğer veri kanalları

FM modüleli Video taşıyıcı
27Mhz
11.394Ghz
Şekil –10 36Mhz Transponderde Analog Yayın Frekans Dağılım Örneği
Normal çalışan bir uydunun ömrü 10-15 yıl arasındadır ve 100 milyon dolara yörüngesine oturtulan uydunun üretim maliyetleri de bir o kadar tutar. Uydu çalışmaya başladığında işletme masrafları da düşünülürse, bir uydunun yıllık kazancı en az 20 milyon dolar olmalı ki kar edebilsin. Bu nedenle 36 mhz lik bir transponderin yıllık kirası 2,3.5 milyon dolar arasında olmaktadır.
Bu TV yayıncılığı için çok yüksek maliyetler getirmektedir. Ayrıca uydularda bulunan aktarıcı sayısı sınırlı olduğundan her kanala uydu bağlantısı verilmemekteydi. Örneğin Türksat 1-B 16 transpondere sahip olup, toplam 20 kanal yayına imkan verebilmektedir. Uydu kanallarının sınırlı olması kira ücretlerinin fazla olmasına neden olmaktadır. Buna karşın çözümü dijital teknoloji ile bulunmuştur. Dijital görüntü sinyal yüksek hızlı mikroişlemci yardımıyla sıkıştırılmış ve görüntü kalitesinden çok az bir kayıpla, sayısal görüntü veri hızı 270mbsn den 8 mbsn lere düşürülebilmiştir. MPEG-2 (Motion Picture Experts Group 2) formatlı olan bu sıkıştırma tekniği, uluslararası sayısal TV yayıncılığı için yayın kalitesinde 8-15 milyon bilgi sn. Aktarma hızı kabul edilmiştir. Ev tipi video kalitesinde yayın aktarımı için 2mbsn yeterli olabilmektedir.
Uydu yayıncılığında MPEG formatlı 8 mbsn veri hızı, bir transponder üzerinde yaklaşık 9 mhz frekans bant genişliği kapsamaktadır. Bu nedenle 36 mhz lik bir uydu transponderinden eskiden 1TV kanalı yayınlanabilmesine karşın , bugün sıkıştırılmış MPEG2 formatla (9 mhz den) 4 ayrı kanal TV yayınlanabilmektedir. Ayrıca kalite kaybının biraz daha artması sorun yaratmayacaksa sıkıştırma arttırılarak, bir aktarıcıdan (transponder) 8 ayrı TV kanalı yayını yapılabilmektedir. Bu da uydu kapasitelerinin 4 ya da 8 kat artması ve o oranda uydu kiralarının düşmesi demektir.

2-8Mbs veri hızında modüleli MPEG 2
diğer veri kanalları veri taşıyıcılar 4 ayrı video kanalı için(ses dahil)

diğer veri kanalları

8Mhz 8 Mhz 8 Mhz 8 Mhz
tüm taşıyıcılar bu noktalardan uyduya ulaşabilir 11.394Ghz
toplam güçleri traspondere ayrılan gücü aşmaması
Şekil- 11 36Mhz Transpondere de MPEG1 kodlama ile 4Kanal TV Yayını
Analog ve dijital yayıncılıkta, uydu vericilerinin(uplink) istenilen her noktadan ayrı frekanslarda, aktarıcıya(transponder) ulaşması yöntemi FDMA (Freqency Division Multiple Access) frekans bölüşümlü çoklu erişim adıyla bilinir,diğer bir yöntemde ise aynı frekansta değişik zaman dilimlerinde, tek bir transpondere ulaşarak çok kanalın yayınlanması mümkün olmaktadır. Bu yönteme TDMA(Time Division Multiple Access) zaman bölüşümlü çoklu erişim adı verilmektedir1.
Frekans Bölmeli Çoklu Erişim(FDMA): Belli bir RF bant genişliğinin,alt bölümler adı verilen daha küçük frekans bantlarına bölündüğü bir çoklu erişim yöntemidir. Her alt bölüm tek bir ses bandı kanalını taşımada kullanılır. İki yer istasyonunun aynı anda alt bölümde iletim yapmamalarını sağlamak amacıyla bir denetim mekanizması kullanılır. temel olarak denetim mekanizması alt bölümlerden her biri için bir alma istasyonu belirler. Talebe bağlı olarak tahsis sistemlerinde denetim mekanizması aynı zamanda kaynak yer istasyonları ile varış yeri yer istasyonları arasında ses bandı bağlantıları kurmada ya da sonlandırmada kullanılır. Dolayısıyla belli bir anda alt bölümlerden herhangi biri yer istasyonlarından herhangi biri tarafından kullanılır. Tipik olarak her altbölüm 4 khz lik tek bir ses bandı kanalı taşımada kullanılır; ancak zaman zaman gruplara, süper gruplara, hatta ana gruplara daha büyük bir alt bölüm tahsis edilir.
Zaman Bölmeli Çoklu Erişim(TDMA): Günümüzde kullanılan en yaygın çoklu erişim yöntemidir. Sayısal modülasyonlu taşıyıcıların iletiminde en verimli yöntemi sağlar. TDMA, bir uydu ağı içinde ortak bir uydu transponderi aracılığıyla iletişim gerçekleştiren yer istasyonları arasında sayısal modülasyonlu taşıyıcıları zaman bölmeli çoğullama yöntemidir. TDMA’da her yer istasyonu bir TDMA çerçevesi içinde kesin olarak belirlenmiş bir zaman bölmesi sırasında, sayısal modülasyonlu bir taşıyıcının kısa bir yoğun bilgi(patlama) gönderir. İstasyonların patlamaları, uydu transponderine farklı bir zamanlarda ulaşılacak şekilde senkronize edilir. Dolayısıyla, belli bir anda transponderde yalnızca tek bir yer istasyonunun taşıyıcı mevcuttur; böylece başka bir yer istasyonunun taşıyıcı ile çarpışma önlenmiş olur. Transponder ; yer istasyonu iletimlerini alan, yükselten,sonra bu iletimleri bütün katılan istasyonların aldığı bir indirme hattı hüzmesi şeklinde tekrar ileten RF’den RF’ ye bir tekrarlayıcıdır.
Uyduların yayınları aktarımları anında, yerden gönderilen sinyallerin bazen bir, bazen birden fazla görüntü ve ses yayını taşımaları mümkündür. Transponder içinde ayrılan frekans bantlarında kalmak şartıyla, tek bir taşıyıcı sinyal birden fazla bilgiyi taşıyorsa, bu yöntem MCPC( Multi Channel Per Carrier) adı verilir. Eğer frekansları farklı olan her taşıyıcı ayrı bir bilgiyi taşıyorsa,bu yönteme SCPC( Single Channel Per Carrier) adı verilir. Bu yöntemde aynı aktarıcıya (transponder), farklı frekanslarda olmak şartıyla, farklı noktalardan yayınlara ulaştırılabilir ve sorun çıkmadan yere yansıtılır.
CCVS Video
Güç Amp. 10 Watt Uplink çanak anten giriş
14 Ghz modüleli sinyal
Motorize Çanak
Kanal seçici Kanal ayarı
Şekil-12 Uydu Verici(uplink) Blok Şeması
Yukarıda çizilmiş olan devre, genel uydu verici blok şeması analog TV yayını için kullanılan sistemi içermektedir. Birleşik video sinyali ilk amplifikatör katında, kazanç ayarına ve %100 lük bir seviyede limitleme işlemi uğrar. Seviyesi sınırlanan video sinyali FM modülatör devresine uygulanır. 27 mhz lik taşıyıcı sinyali frekans modüleli olarak etkileyen video sinyali, istenmeyen harmonik ve gürültülerden temizlenmesi için aktif ve pasif filtrelerden ve yükselteçlerden geçer. Daha sonra mixer katına uygulanır. Ku ,C,K bandından hangisinde ve hangi frekansta yayın yapacaksa o frekansın ayarlandığı ana osilatörden alınan çıkış uygun katlayıcıya gelir. Katlayıcı devrede, ince frekans ayarı yapılır ve katlayıcı çıkış mixer katına uygulanır. Mixer katının çıkış tank devreleri 27 mhz+taşıyıcı frekansına ayarlandığından(14 Ghz Ku bant için), yayın için istenilen frekans video sinyaliyle birlikte çıkış tank devrelerinde elde edilmiş olur. Takip eden devrelerde modüleli taşıyıcının , modülasyondan dolayı meydana galen harmonik ve gürültülerini filtre etme işlemi yapılır. Birleştirici katına gelmeden önce 1 watt güce ulaştırılan sinyale, ses ve diğer kanalların eklenmesi , birleştirici katında olur. Tek bir anten ve tek bir güç amplifikatörü kullanarak, birden dazla yayının yapılmasını sağlamak için farklı frekanslardaki sinyaller birleştirici kata uygulanır. Bu katın çıkışı , uygun bir transmisyon hattı ile çanak üzerine monte edilmiş olan güç amplifikatörüne iletilir. Güç amplifikatörleri yarı iletken elemanlı ( MOSFET tipte) olup, çıkış güçleri yayın bant genişliklerine bağlı olarak 2 w ile 25 w arasında değişmektedir.Bir örnek vermek gerekirse 5 mhz görüntü sinyali yayında, güç amplifikatörünün 20 w çıkış gücü vermesi ve bu sinyalin 2 m’lik bir anten kullanılarak, Türksat ve Eutelsat uydularına yeterince güçlü olarak sinyal aktarması mümkündür. ( yayın bant genişliği ne kadar dar ise çıkış gücü o kadar düşük olur). Uyduların ’lik yörüngeye 1’er derece açıyla yerleştirilmesi ve Ku bandında yeterli bant genişliği olmaması nedeniyle, uydu çıkışından yapılan yayınlar,aynı frekansta olmasına rağmen, anten yönleri(polarizasyon) dikey ve yatay olmak üzere ayarlanarak daha çok kanalın yayınlanması da mümkündür.
UYDU ALICI SİSTEMLERİ( DOWN LİNK)
Uydularla yapılan yayınların yüksek frekanslı sinyallerden oluşması, ve mesafenin uzaklığı nedeniyle yayınların yer yüzeyinden yeterince güçlü alınabilmesi için yüksek kazançlı bir anten sistemi ile alınması gerekmektedir. Mikro dalga frekanslarındaki sinyallerin, odaklanmış olarak gitmesi ve yüksek yansıma özellikleri dolayısıyla alıcı antenler yansıma – odaklama özelliğine sahip çanak antenler türündedir.
Mikro dalga sinyaller alıcı antenin içine çarparak merkez noktasına yansır, merkez noktasındaki toplayıcı, güçlendirici ile (LNB) sinyaller alıcı devrelerine iletilir. Çanak antenin çapı ne kadar büyük olursa, alış gücü o kadar yüksek olmaktadır. Uydudan gönderilen sinyallerin belirli bir şiddete alınabilmesi için her bölgeye düşen yayın gücüne bağlı olarak anten büyüklükleri tespit edilir.
Antenler alış türlerine bağlı olarak iki ayrı tipte olabilirler. Alıcı antenlerinde sinyal alış gücü çanak çapıyla doğru orantılıdır. Çanak büyürse yayın alışı güçlenir. Alıcı ve verici çanak antenlerin yapıları iki çeşittir. ‘Parabolik’ ve ‘Off-set’ antenler. Tüm yayın çeşitleri için her iki anten tipi de kullanılabilmesine rağmen off-set tipi antenler daha iyi ve temiz yayın alınmasına imkan vermektedir. Parabolik antenler, küresel yapıda olup antenin merkez çap noktasına konulan alıcı LNB ünitesine sinyalleri yansıtması prensibinde çalışır.
Uydu yayın dalgaları Uydu yayın dalgaları

LNB LNB

Parabol anten orta aksı
PARABOLİK ALICI ÇANAK OFF-SET ALICI ÇANAK
Şekil-13 Normal ve Off-set Çanak Sinyal Alışları
Oldukça yüksek kazanç sağlayan bu antenin sinyal gürültü oranın yüksek olmasına karşın, yan ve alt yansımalarda alıcı üniteye (LNB’ ye) geldiğinden istenmeyen gölgelerin oluşmasına neden olur. Bu yansımaların önüne geçmek için Off-set anten çıkarılmıştır.Elipsoide yapıda ve LNB’nin merkeze tam gelmediği bu antenlerde, çanak içinden oluşacak alt yansımalar LNB’ ye ulaşmamaktadır. Off-set antenlerin kazancı, kendinden %25 daha büyük olan parabolik antenlere eşittir. Bu nedenle daha küçük olan bu antenlerin küreselliği, iç bükeyliği de az olduğundan içinde kar ve su birikmesi olmaz.

Uydu alıcılarının çalışama prensibi anlatılırken alıcının içi ve anten üzerindeki LNB nin iç devreleri aşağıdaki şekilde(şekil-14) çizilmiştir.

Alıcı kısmının çalışmasında, önce sinyaller çanakta toplanır ve LNB üstüne yansır. LNB(Low Black Down Converter) düşük gürültülü çevirici amplifikatör olup, sinyalin ilk alındığı noktadır. Uydu alıcılarında kullanılan LNB sistemler iki tür olup, bunlardan LNA (Low Noise Amplifier) düşük gürültü amplifikatör türünde, Ku bantta yapılan uydu yayınının çanak tarafından alınıp LNA üstüne yansıtıldığında,frekansı değiştirilmeden, olduğu gibi yükseltilerek alıcı katlara iletilmesini sağlar LNA sisteminde, LNA ile alıcı arasında kaliteli iletim Hattı kullanılması gerekir ve kayıpların az olması için bu kablo oldukça kısa tutulmalıdır. LNB’ ler ise Ku bantlı gelen sinyali, önce belirli bir seviyeye yükselterek, daha sonra daha düşük frekansa(950-2050 mhz arasına) indirgeyerek alıcı katlara normal koaksiyel kabloyla uzun mesafelere iletilir. LNB ünitelerinin çanak anten üzerine montajında, polarizasyonları alınmak istenen sinyalin yayın polarizasyonuna çevrilerek(dikey veya yatay) daha güçlü bir alış sağlanır. Bazı LNB üniteleri mekanik polarizeli olup alıcıdan gönderilen kontrol voltajı ile mekanik yön değişimi yaparken, yeni LNB ‘ler içlerinde hem dikey hem yatay polarizede yerleştirilmiş alıcı antene sahiptir. Bu antenlerden hangisinin kullanılacağı alıcıdan gönderilen kontrol voltajı ile elektronik olarak seçilebilir.

LNB’ lerin girişinde iki ayrı konumda mikro antenler bulunur, birisi yatay, birisi dikey konumda olan antenlerin topladığı sinyaller ayrı ayrı GASFET( Gallium Arsenide FET) transistörle yapılan, çok düşük gürültülü RF ön amplifikatör katına uygulanır. Bu iki ayrı RF amplifikatörler, alıcıdan gelen yatay ya da dikey yayın seçme komutu (13 volt yatay,17 volt dikey) ile seçilerek ileri ki katlara sinyal aktarırlar. LNB besleme ve polarizasyon seçme voltajı LNB RF kablosu üzerinden verilir. Polarizasyonla seçilen amplifikatör çıkışı, tekrar FET transistörlerden oluşmuş ve 20 dB kazanç verebilen, 2 katlı RF amplifikatör devresine uygulanır. Bu devre çıkışında bulunan ve çalışma frekansına ayarlı bant geçiren filtre, sinyalin elektronik temizliğini yapar ’mixer’ katına aktarır. Karıştırma ‘Heterodyne’ prensibine de frekans çevrimi yapabilmek için, mixerin diğer girişine (Ku bandı için) 9,75 Ghz lik devamlı bir sinüs dalgası verilir. 9,75 Ghz lik sinyal FET transistörlü sabit bir rezonatör( dielectric resonator) yardımıyla, gürültüsüz ve kararlı olarak üretilir.

Sabit osilatör frekansı ile LNB antenine gelip yükseltilen, Ku band kapsamındaki sinyaller mixer katında karıştırılarak, çıkışında ikisinin arasındaki fark frekanslar elde edilir. Antene gelen sinyallerinin bant genişliği 10,7 ile 1,8 Ghz arasında olduğu düşünülürse, mixerde sabit 9,75 Ghz lik sinyalle olan farklarını çıkışa veren devre ise, mixer çıkışında 950 mhz ile 2050 mhz bant genişliğinde ve giriş sinyalinde bulunan tüm FM,AM modülasyon özelliklerini taşıyan bir çıkış alınmış olur. Bir örnek vermek gerekirse; Türksat 1C den yayın yapan TRT 1 kanalını taşıyan yayın frekansı 11,177 Ghz dır. Bu frekansın normal LNB çıkışında 11,177-9,750=1,427 mhz olarak görüleceği hesaplanır. Bu da bize alıcıda kanal seçerken ayarlamamız geren frekansı verir.

Günümüzde uyduların üzerinden yapılan yayınların çokluğu kanalların arasının sıkıştırılmasına neden olmuştur. Bu nedenle Ku bandında yer yayınları için ayrılan bant genişliği 10,7 Ghz ile 12,8 Ghz arasında genişletilmiş olup alıcı sistemlerinin bu yayınları alabilmesi için LNB lerin sabit osilatör frekansı da değiştirilmiştir. Sabit osilatör frekansları 9,75 Ghz,10 Ghz ,10,6 Ghz olan değişik türde LNB ler üretilmiştir. Bu LNB ler sayesinde uydu alıcılarına gelen indirgenmiş sinyallerin bandı 650 ile 2050 Mhz genişliğine çıkarılmıştır. Uydu alıcıları LNB lerdeki bu sabit osilatör frekansı değişikliği komutunu kabloda taşınan DC akım üzerine bindirilen 20 ya da 22 Khz frekansındaki kare dalga ile yapmaktadırlar.

IF DEMOD. Katına Kanal seçme ve ayar mp.

Şekil-14 Uydu Alıcı Tuner ve LNB iç Blok Şeması

Mixer çıkışından sonraki, 4 kademeli IF muayyen frekans katları oldukça keskin bir kazanç eğrisine sahiptirler. IF katlarında, seçilen frekans dışındaki istenmeyen tüm harmonik ve gürültüler yok edilirler ve IF katları çıkışı ya seri kondansatör ile ya da minik RF transformatör ile LNB çıkışı olarak koaksiyel kabloya verilerek alıcıya ulaştırılır. Alıcıdan gelen kablo LNB nin çalışması için gerekli DC akımı da taşıdığından bu akım seri bobin ve filtre yardımıyla LNB içindeki voltaj regülatör katına ulaştırılır. LNB’ ler 12 ile 18 volt DC akımla çalışırken,LNB’ lerin seçiminde kullanılan 1,8 dB 1,2 dB 1dB, 0,7 dB türündeki sınıflama, LNB’ lerin gürültü oranlarını vermektedir. Gürültü oranı ne kadar düşük ise LNB içinde yapılan yükseltme o kadar yüksek olacaktır ve daha küçük anten ile daha iyi yayın alınabilmesi sağlayacaktır.

LNB çıkışı uygun kablo ile uydu alıcısına aktarılır. Eğer mesafe uzun ise uygun bir aktif hat yükseltici kullanılabilir. Alıcı içindeki ilk kat bir RF yükselteçtir. Bu LNB’den gelen sinyali alıcı içinde istenilen seviyeye çıkarmak için kullanılır. çıkışında bulunan silikon PIN diyotu, yüksek frekansta seviye kontrolü yapabilen bir elemandır.AGC otomatik kazanç kontrolü alıcının ileri ki devrelerinde gönderilerek, PIN diyotunun çıkışında tüm bant genişliğinde sabit seviyede RF sinyali elde edilmesini sağlar. İstenilen kanal frekansında yükseltme yapabilen ikinci RF amplifikatörü için frekans kontrol bilgileri ana PLL(faz kilitleme) osilatörden gelmektedir. Bu yöntemle daha keskin bir kazanç eğrisi sağlanabilmektedir.

Uydu alıcısı içindeki diğer bir kat mixer dır. Mixer, yeni bir IF muayyen frekans sinyali üretir ki, bu istenilen kanalı izlemek için gerekli fark frekansı üreten kristal osilatörden gelen sinyal ile giriş sinyalinin farkı kadardır. Mixer çıkışında,IF frekansı alıcıların model ve türlerine göre 140 mhz,200 mhz ya da 480 mhz olarak seçilebilir. Uydu alıcısının kanal seçme, ayar komutları PLL kristal osilatöre uygulanır ve osilatör çıkışı kanal ayarlı osilatöre kilitlenmesi için frekans bölücü ile karşılaştırılarak, çok hassas ve 100 khz kademelerde ayarlanabilen bir osilasyon çıkışı elde edilir. Bu da 950-2050 mhz arasında istenilen her kanalın seçilmesine olanak sağlar. Ayrıca PLL kontrollü mikroişlemci aracılığıyla yapıldığından pek çok sayıda kanal için frekans ayar değerleri, uygun hafızalarda saklanarak, çok hızlı biçimde seçilebilir. Mixer çıkışında bulunan IF amplifikatörleri bir yüzey akustik dalga filtresinden (SAW,Surface Accoustical Wave) geçirilerek(27 mhz bant genişliğine sahip SAW), IF katlarının 27 mhz bant genişliğinde çok daha yüksek kazanç ile çalışmasını sağlarlar. Tuner katı için bir IF amplifikatörü bulunur ve 480 mhz lik taşıyıcı faz karşılaştırma devresine girer. Faz karşılaştırma devresinin diğer girişi, voltaj kontrollü osilatörden gelmektedir. Voltaj kontrollü osilatörün merkez frekansı 480 mhz’e ayarlı olup, fark voltajı ile kayabilmektedir. Faz karşılaştırma devresi, frekansı kayan giriş sinyali ile sabit frekanslı osilasyonu karşılaştırarak, bir fark çıkışı elde eder. Bu fark çıkışı uygun filtreden geçirildikten sonra, elde edilen sinyal birleşik video sinyali, ses ve teletext bilgileri olacaktır.

FM modülatör çıkışında elde edilen video sinyali, frekans dengeleyici (de emphesis) devresine uygulanarak, video sinyalindeki yüksek frekanslı bilgilerin seviyesi normale getirilir. DC sabitleyici (clamp) devresinden geçen video sinyali, varsa şifre çözücüye girer, yoksa uygun video çıkış katı ile doğrudan çıkışa gönderilir. Ayrıca video,ses çıkışı UHF modülatöre verilerek,TV alıcılarında doğrudan izlemesi için UHF frekansında taşıyıcıya bindirilir. Demodülatör çıkışında ses Sinyalleri videodan ayrılır ve uygun demodülatörden geçirilerek, hat amplifikatörüne ve oradan çıkışa verilir.

LNB besleme mikro işlemci dataları
IF sinyal LNB den fç=950-2050mhz SAW filtre

IF AMP. Faz kaşılaştırma fitre video kazanç düzeltici DC sabitleme video çıkış
çıkış

vco ses çıkış
geri besleme

DE modülatör katı
RF çıkış

Şekil-15 Uydu Alıcısı Genel Blok Şeması

UYDU YAYINCILIĞINDA GÖRÜNTÜ ŞİFRELEME TÜRLERİ

Pek çok uydu alıcısında şifre çözücü bölümü bulunur, ya da ses görüntü çıkışında harici şifre çözücüye bağlantı verilir. Programların şifrelenmesi ya da kodlanması, yayıncılar için, abone ve izleyici sayılarını kolaylıkla tespit etmelerini sağlar. Öncelikle kablo TV şebekelerinde denenen şifreleme, daha sonra gelişmiş şifre çözücüler sayesinde normal uydu yayınlarına da uygulanmaya başlanmıştır.şifrelenmiş programı sadece aboneler izleyebildiklerinden, özellikle paralı kanalların tercihleridir. Normal yayında, antenden çıkan sinyalin kimler ve kaç kişi tarafından alınıp izlendiğini mümkün olmaması nedeniyle, çok çeşitli türde şifrelemelere gidilmiştir. Aşağıda çok kullanılan görüntü şifreleme tekniklerinden bazılarını kısaca izah edelim.

Negatif Video : Video işaretinin senkron işaretiyle birlikte negatifinin alınması sonucu,UHF veya VHF frekansından yayınlanması işlemi. Bu yöntem çok basit bir şifreleme tekniği olup, alıcılar ya da kayıt cihazları senkron kilitlemesi yapamadığından, şifre çözücüsü olmayan ekranda garip çizgiler ve karaltılar izleyebilecektir.

Senkron İşaretinin Yerinin Değiştirilmesi : Video işaretinde siyah seviyesinin altında ve satırın sonunda olan yatay senkron sinyali, satırın daha farklı bir yerine konulursa, senkron işaretini bulamadığı için ekranda temiz taramalı bir resim alınamayacaktır.

Bir diğer sistem ise ‘Videocrypt’ adı verilen kodlama sistemidir. ‘Videocrypt’ ile kodlanmış kanalı izlemek için, abonelere alıcılarına takılmak üzere akıllı kart (Smart Card) satılır. Akıllı kart abone bilgilerini ve şifreleri çözmek için gerekli kodları silinmez hafızasında (PROM yada PAL chiplerde) taşır.

Videocrypt şifreleme tekniği her TV satırını bölerek, bölünmüş her parçayı, diğer satırlardan alınan dilimlerle karıştırarak satırları yeniden oluşturur. Bu bölme işlemi her satır için 256 dilim olabilir. Bu bölme işlemi rasgele olmaktadır. Sonuçta görüntü izlenemeyecek kadar karışık hale getirilir. Satırların bölünmesi ve diğer iki satırdan gelen dilimler ile karıştırılmasında şifre çözücünün en az 3 satırlık bir hafızası olmalı ve bu üç satırı tekrara orijinal dilimlerini yerine yerleştirilmesi için, hızlı ve karmaşık bir video anahtarlama katı bulunmaktadır.

Şifreli yayında, görüntüyle birlikte satırların bölünme ve karıştırma bilgileri,32byte olarak(teletext bilgisi yöntemiyle) video işaretine bindirilir. Kod çözme bilgisi olarak tanımlanan bu sinyaller, uydu alıcısı içindeki akıllı karta girdiğinde, akıllı kart bu bilgileri de kullanarak, kendi koduyla birlikte yeni 60 bit veri üretir. Bu 60 bit veri yardımıyla kodlanmış resim eski haline getirilir. Yayın merkezinden son verilen 32 byte bilgi içinde bulunan 4 byte’lık kısım, abone kodunu içermektedir. Eğer abone, ücretini ödemdiyse, yayın merkezi aboneyle ilgili kodu yayına eklemediği anda, akıllı kart aktif olmayıp, kod çözme işlemini gerçekleştiremeyecektir. Böylece aboneler ücret konusunda zamanında ödemek yapmak zorunda kalacaktır.

D2 MAC(D2 Multiplexed Analog Components); Sistemli yayınlarda kullanılan kodlama sistemi ise ‘Eurocrypt’ adıyla bilinmektedir. Bu sistemde kod çözme işlemi gerçekleştirmek için abonelere ait bilgiler sıra ile yayına bindirilir ve abone bilgileri(şifresi) belirli zamanlarda tekrarlanır. Her alıcıda uygun D2MAC çözücüsünün bulunması zorunludur.

B MAC,C MAC, D MAC:Video yayınları özel bir şifrelemeye gerek duyulmaksızın, alıcı içinde uygun MAC çözücülerinin bulunması ya a harici kod çözücüleri takılması yayının izlemesi için yeterli olacaktır.( Normal uydu alıcılarında bu sistemleri alabilecek katlar bulunmamaktadır.)

Diğer kodlama sistemleri:
-SYSTER çoğunluklu SECAM yayınlarının kullanıldığı kodlamadır.
-SC secam kullanıcıları için geliştirilmiştir.
-D2 MAC yayınları için EM,ES türü şifrelemeler kullanılmaktadır. EM(Eurocrypt M) sisteminde karmaşık işlemler için decoder ile 8 bit bir iletişim kurulur.ü
ES Eurocrypt şifrelemesinde, şifre çözme işlemleri için alıcının kod çözücüsü(decoder) ile 9600 baud hızında seri iletişim kurulur.

-Türkiye’de şifreli yayın yapan kanal olan CİNE 5 en son geliştirilen tekniklerden olan satır kaydırma ve değiştirme(line shift) tekniğini kullanmaktadır. Bir kare içinde 32 satırın rasgele birbirleri ile yer değiştirmesi ve satır başlangıçlarının rasgele kaydırılması sisteminde, şifreyi çözmek için daha karmaşık devrelere ihtiyaç vardır. Sınırsız abone sayısını içeren bu teknik ‘video crypt ‘ tekniğindeki gibi, abone bilgileri ve kod çözme verileri, resim sinyali üzerine ikinci bir kodlama ile yüklenir. Decoder cihazı yayında kendi abone kodunu görmediği zaman, kod çözme işlemini gerçekleştirmez.

Yüz binlerce aboneye ait kod bilgileri, aynen teletext bilgileri gibi resim kareleri arasında kullanılmayan satırlarda gönderilir. Merkezi bilgisayarda yüklenen bu abone kodları, birkaç saniye içinde verilebilmektedir.

Satır kaydırmalı kodlamada, kodun çözülme işlemini zorlaştırmak için satır kaydırma ve değiştirme bilgileri her 32 satır için ayrı olabilmektedir. Bu da her karede 20 ayrı kodlama sıralaması yapılabilmeyi getirir. CİNE 5 bu karmaşık kod çözme işlemi için gerekli elektronik devrenin büyüklüğü yüzünden, uydu alıcısı içine konulmayıp harici decoderleri tercih etmişlerdir.

UYDU YAYINI İLE ULUSAL YAYIN AĞININ KURULMASI

Türkiye’de yayıncılık kurallarını koyan ve denetleyen kurum,RTÜK( Radyo Televizyon Üst Kurulu) radyo ve televizyon yayınlarının elektromanyetik dalgalar ile yapılamasında, yayın yapacak kanalları üç ana grupta toplamıştır. Lokal yayın kanalları, UHF ya da VHF bandında, kendisine ayrılan bir frekansta düşük güçte bir verici ile sadece o şehirde ya da kasabaya yayın yapabilmektedir. Bölgesel yayın kanalları ise merkez stüdyolarının bulunduğu şehir ile yakın illerde yayın yapılaması esasına dayanmaktadır. Bölgesel yayıncılıkta, şehirlere merkez stüdyo yayınının aktarılması genellikle radyo link sistemleri ile yapılır.

Ulusal çapta yayın yapmak isteyen kurumlar, merkez stüdyolarının yayın çıkışını, ülke genelini kapsayan bir uyduya göndererek yapmaktadırlar. Büyük yayın kurumları iletişim uydularından yayın ayak izi ülke genelini kapsayan bir aktarıcıdan(transponder) yayın frekans bandı kiralanmaktadır. Analog yayınlar için 36 mhz lik bir transponder, dijital yayınlar için 8 ile 10 mhz lik bir frekans bandı kiralayan kanallar, ulusal yayınlarını bu uydular ile ülke geneline yayabilmektedirler.

Sistemin çalışmasını anlatacak olursak, merkez stüdyoları İstanbul’da bulunan bir ulusal TV istasyonu, yayın çıkışını stüdyo merkezinde bulunan bir UPLİNK ile TÜRKSAT uydusuna iletilmektedir. Türksat uydusunda ilgili transponder bu sinyali alır, frekansını değiştirerek(geliş frekansı 14 Ghz, geri yayın frekansı 11,12 Ghz dır.), geriye tekrar antenin yayın alanı doğrultusunda yeryüzüne gönderilir. Uydu alıcısı çıkışından alınan kanalın sinyali, bir kare senkronlayıcıya(frame synchroniser) verilerek, uydudan gelen sinyalde, gerekli düzeltmeler ve ayarlar yapılır.(Kare senkronlayıcılar uydudan gelen sinyaldeki gürültüleri giderebilir. Siyah ,beyaz, renk doyumu,renk faz ayarlarını yapabilir. Ayrıca yatay senkron sinyalleri ile renk referans sinyalini tekrar ürettiğinden, daha temiz bir video sinyali elde edilir).

Kare senkronlayıcıların çıkışındaki video sinyali ve uydu alıcısından gelen ses sinyali, o bölgedeki yer vericisinin girişine aktarılarak, bölgeye yayın ulaştırılmış olur. Yer vericisi,UHF ya da VHF bantlarından yayın yapıp,doğrudan evlerdeki alıcılara yayını ulaştırmaktadır. Evinde çanak anteni ve uydu alıcısı olan kişiler ise, isterlerse uydu yayınını dorudan alabilmekte,yer vericisinde olabilecek sorunlardan dolayı kesilmelerden etkilenmemektedir.

Yorum yazın