TELEVİZYON YAYINLARININ UYDULAR ARACILIĞIYLA İLETİMİNDE GENLİK BİNDİRME İLE SIKLIK BİNDİRMENİN KARŞILAŞTIRILMASI

televizyon yayınlarının uydular aracılıOıyla iletiminde genlik bindirme ile sıklık bindirmenin karşılaştırılması yazan : j W . edens çeviren: o ğ u z k ı r ı m k a n

UDK: 621.397.13: 621.371.36: 621.376.2: 621.376.3

ÖZET

Günümüzde televizyon yayınlarının uluslararası iletimi uydular üzerinden de yapılmaktadır. Ancak bu yayınların uydulardan doğrudan yayını üzerine çalışmalar sürdürülmektedir. Bu yazıda uydular aracılığıyla televizyon yayınlarında kullanılacak bindirme türü tartışılmakta ve bu konuda yapılan deneyler özetlenmektedir.

SUMMRRY

Today the intemational transmission of televi sion programs between the national TV centers are also achieved via satellites. But the studies on the direct transmission of these programs from the satellites to the receivers are going on. in this paper the modulation methods to be used in the TV transmission are discussed and experiments performed on this subject are summa rized.

1. GÎRÎŞ

Son yıllarda, TV yayınlarının uydular aracılığı ile iletimi konusunda yoğun çalışmalar başladı, özellikle klasik haberleşme dizgelerine bile sa hip olmayan birçok ülkede, uydunun doğrudan ya yın yoluyla eğitim amacıyla kullanılması planlan maktadır. Bu ülkelerden çoğu Güney Amerika ve Afrika ülkeleri. Hindistan da bu konuyla yakın dan ilgilenen bir ülkedir.

Dizge

A. Yerden mikrodalga i l e bağlantılı yayın istasyonları

B. Yaln.zca uyduya dayanan yayın dizgesi

C. Uydu i l e bağlantılı oluşan istasyonlar

D. 5 yayın istasyonundan oluşan karma dizge

Milyon Dolar

tik

Yıllık

yatırım bakını

393,60

26,28

225,05 325,15 224,04

9,50 21,78

9,78

Çizelge 1. Hindistan projesinin maliyeti.

J.f/.Edens, NV Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven. Oğuz Kırımkan, PTT.

Yukarda sözü edilen ülkelerin ortak özelliği, bü yük şehirlerin sayısının az olması buna karşılık küçük yerleşme merkezlerinin sayısının çok yüksek olmasıdır. Örneğin, Hindistan'da bugün nüfusun az bir kısmı Delhi, Kalküta, Bombay, Madras gibi büyük merkezlerde toplanmışken nüfusun büyük bir kısmı yaklaşık 560 000 köyde yaşamaktadır. Böyle bir nüfus dağılımına sahip bir ülkede yerleşim merkezlerine yer dizgeleriyle ulaşmak hem zor hem de pahalı olmaktadır. Bu durumda, başlangıç ta büyük yatırım gerektirmesine rağmen uyduyla yayın en uygun çözüm olmaktadır.

Hindistan'da bu soruna çözüm getirmek için uydu ile yer dizgelerinin oluşturduğu bir dizge plan lanmakta, buna göre programlar, a) yerel televizyon ve radyo vericileri ile büyük nüfusa sahip merkezlere, b) nüfusun yaklaşık % 80'inin yaşadığı 560 000 köye ise uydu ile doğrudan ulaştırılacaktır.

Çizelge l'den de görüldüğü gibi uygulanacak bu dizge Hindistan için en ekonomik çözüm olacaktır. İlerde bu ülkede bir resim kanalı yanında 14 de ğişik dilden yayın yapan 14 ses kanalının kulla nılması da planlanmaktadır.

Bugün Hindistan'da uydu ile 860 MHz sıklığında deneyler sürdürülmektedir.

Çizelge l'de görülen D dizgesinin maliyet dağılı mı şöyledir; uydu yer istasyonları % 1; yörüngede ki uydu % 5; ÇYS (çok yüksek sıklık) vericileri % 3; uydudan doğrudan yayın alacak TV alıcıları % 91.

Yazının bundan sonraki bölümünde uydu aracılığı ile yayın yapacak bir dizgede bulunması gerekli özellikler incelenecek; bu arada im gürültü ve koruma oranları üzerinde durulacaktır. Daha son ra Sıklık Bindirmeli (SB) ve Genlik Bindirmeli (GB) dizgelerin tartışıldığı bir örnek ile, 12 GHz'de çalışan sıklık değiştiricilerine iliş kin iki örnek verilecektir.

2. ÎM GÜRÜLTÜ ORANI

2.1. Tanım

Bugün esas olarak biri CCIR (Uluslararası Radyo Danışma Kurulu) diğeri de TASO (Televizyon Kul lanımı Çalışma Kurulu) tarafından kullanılan iki tanım vardır. Bu tanımlardan biri resim imine diğeri ise radyo sıklık imine ilişkindir. Aşağı da im gürültü oranı, eğer güç oranları olarak be lirtiliyorsa "i/g"; desibel olarak belirtiliyor sa "l/G" olarak gösterilecektir.

A. CCIR tanımı

CCIR'in im gürültü oranı resim imini esas alır ve resim karartma gerilimi/beyaz (i/g) resim \ resim gürültüsü etkin gerilimi resim karartma gerilimi/beyaz

Burada fmax en yüksek resim sıklığını, p(f) ise resim bandmdaki gürültünün güç tayfını göste r i r . Gürültünün etkisini azaltmak amacıyla, nor mal bir izleyicinin gözünün algılama eğrisine da yanarak CCIR bir bant geçiren süzgeç geliştirmiş t i r . Buna göre im gürültü oranının yükselmesini sağlayan ağırlık katsayısı (weighting factor) şöyle tanımlanabilir:

r. W = 10 logıo

p(f)w(f)df

burada w(f) algılama süzgecinin güç türünden geçiş işlevidir.

Buna göre im gürültü oranını, desibel olarak CCIR şöyle tanımlamaktadır:

(t/G) . = (I/G) . + W

resim,w

'resim

B. TASO tanımı

TASO'nun tanımına göre ise im gürültü oranı kapa lı devre televizyon yayınını normal alıcılarda izleyen gözlemcilerin öznel gözlemlerine dayan maktadır.Bu gözlemler sırasında radyo sıklığı gü rültüsü ime alıcı girişinde ayrıca eklenmektedir. "Taşıyıcı" olarak eşzamanlama vuruşlarındaki rad yo sıklık iminin etkin geriliminin, gürültü ola rak ise 6 MHz bant genişliğindeki etkin gürültü nün alındığı taşıyıcı gürültü oranı (t/g) alıcı nın girişinde tanımlanır.

Resmin niteliği konusunda izleyiciler deŞişik de ğerlendirme yapabilmektedirler. Bu konuda GB AYB (genlik binJirrreli artık yan bant) 525 çizgi diz gesinde yapılmış olan deneyin sonuçları Çizelge 2' de verilmiştir.

Çizelge 2'nin 5.sütunumda Yerilen delerler gerçek yayın için eşdeğer CCIR delerleridir. Bu sonuçla rın elde edilmesinde aşağıdaki noktalar gözönüne alınmıştır:

a) CCIR ve TASO tanımları arasında aşağıdaki ba ğıntı vardır:

(I/G)resim,w = (T/G)TASO

(D

bu bağıntıda TASO değerine fazladan bir gürültü nün (kamera gürültüsü gibi) eklenmediği kabul edilriştir.

(625 çizgi dizgesinde CCIR ve TASO im gürültü oranları arasındaki farkın 1 dB olduğu kanıtlan mıştır. )

b) Çizelge 2'deki TASO değerlerini değerlendiril miş im gürültü oranına çevirebilmek için, tablo nun birinci satırında TASO gözlemleri için veril miş olan değerin bir uçan nokta tarayıcısı (flying spot scanner) [(Î/G)reşim,w = 48 dB] ile gerçek yayın değişimi için ise ağırlıklı (weighted) im gürültü oranının [(1/Gresimw = 46 dB] olan bir vidikon ile alındığını bilmek gerekmektedir.

Yine TASO'ya göre, uçan nokta tarayıcısı ve ağır l ı k l ı im gürültü oranı için normal bir kamera [ ( t / G ) r e s i m > w = 43 dB] kullanılmıştır.

(l)'de verilen bağıntı ve yukarda belirtilen ko şullar Çizelgenin 5.sütunundaki değerlerin nasıl elde edildiğini açıklamaktadır.

2.2. Îm Gürültü Oranı Açısından Sıklık Bindirme i l e Genlik Bindirmenin Karşılaştırılması

Sıklık bindirmedeki im gürültü oranı genlik bin dirmedeki im gürültü oranı ile karşılaştırıldı ğında aşağıdaki bağıntı bulunur:

71755^7 = 2^Ftepe/W T i ^

(2)

burada;

casi •»»»rl. Hrm.

_Anlann_

T/G (TASO)

Çok i y i

N i t e l i m i çok i y i .

46*

İyi

Zevkle izlenebilir, kansna

algılanahiliyor.

Orta

Kabul e d i l e b i l i r n i t e l i k t e ;

karışım rahatsız edici deçil.

Fena sayılmaz Niteliği i y i de?il , düzeltil 25

mesi gerekir; karışırı hafif

rahatsız edici.

Kötü

Nitelimi kntii f.ı|;:.L izlenebi 19 l i r ; ka rı sır? • i ce rahats ı z edici.

Cok kötü

İzienemiyecek kadar kötü

(•" 'resi.,,, fCCIŞj 49,D 40,3 32,2 25,9

19,9

Çizelge 2. TASO gürültü değerlerinin CCIR değer lendirilmiş gürültü ile karşılaştı rılması.

U>

». (T/G) relim izleyici girişi (dB)

S0 dB

Şekil 1. GB ve SB için, 15 MHz bant genişliğinde izleyici girişindeki im gürültü oranının izleyici çıkışındaki im gürültü oranına göre karşılaştırılması.

en büyük sıklık sapması, te fmax e n y ü k s e k resim sıklığı,

Y ise önvurgulama (pre emphasis) katkısıdır.

aynı bilginin SB'li olarak taşınması durumunda bant jenişliği yaklaşık 30 İffiz olmaktadır.

Bu bağıntıyı desibel olarak yazarsak, (l/G)bü,W (l/G) GB,w= 10 locgı10 24 + 10 lo 5ıo m

burada bindirme endeksi m = AFt_epeİtmax dır.

Bant genişliği 5 MHz olan siyah beyaz Ğ25 çizgi dizgesinde m=2, WGB = 8,5 dB, WSB = 16,3 dB alarak im gürültü oranları arasındaki farkı hesaplayacak olursak;

> ( Î / G SB,W

= 1 3 , 8 + 6 8 , 5 + 1 6 , 3 + 0 , 4 dB

bulunur.

= 2 7 , 6 + 0 , 4 = 2 8 dB

Im gürültü oranındaki 27,6 dB'lik a r t ı ş ı n nedeni sıklık bindirme sezicisidir (FM detector). Sezici nin yol açtığı bu artış Şekil I1 de gösterilmiştir. Şekilden de anlaşılacağı gibi SB ve GB imlerinin im gürültü oranlarının eşit olduğunu varsaydığı mızda, SB için gerekli taşıyıcı gürültü oranının GB için gerekli olandan daha düşük olduğunu görü rüz. Bu ise SB'de gerekli çıkış gücünün GB'ye gö re düşük olduğunu gösterir, yani SB güç açısından daha ekonomiktir. Ancak güçteki bu kazanca karşı lık SB'de resmin taşınması için gerekli bant ge n i ş l i ğ i GB'ye göre çok fazladır. Örneğin GB'li bir resim bilgisinin bant genişliği 5 MHz iken,

10 000

3. KORUM.\ ORANI AÇISINDAN SB i l e GB'nİn KARS İLAŞTIRILMASI

Uydu dizgelerinin planlanmasında bir bindirme tü rünün diğer bindirme türüne göre koruma oranı (protection ratio) çok önemlidir, önemli bazı du rumlar için bu oran aşağıda verilmiştir:

eğer genlik bindirme genlik bindirmeye karışır sa = 60 dB eğer sıklık bindirme sıklık bindirmeye Karışır sa = 22 dB eğer sıklık bindirme genlik bindirmeye karışır sa = 45 dB eğer genlik bindimle sıklık bindirmeye karışır sa = 21 dB

Karışma olayı yalnız taşıyıcının çevresinde ise koruma oranları yalnızca resimdeki algılanabilir bozulmalar için geçerlidir. SB için bindirme kat sayısının m=2 olarak alınmasına karşılık GB için böyle bir sınırlama getirilmemiştir.

Özetleyecek olursak, uydudan alınan yayında gen lik bindirmeli dizgeler sıklık bindirmeli dizge lere göre daha az bant gerektirirler ancak genlik bindirmeli dizgeler dış etkenlerden daha fazla etkilenmektedirler. SB için bunun tam t e r s i söy lenebilir. Sonuç olarak GB dizgelerde aynı sık lıkta değişik program yayımlayabilmek ancak diz gelerin birbirinden çok uzak olmaları i l e sağla nabilir.

4. UYDU YÖRÜNGESİNİN KAPASİTESİ

SB'li yayınlar için uydunun kapasitesi Şekil 2 ve 3'te gösterilmiştir. Bu şekillerde CCIR bel

mnn S

«I

500 Cğ

tf

•ip*

50000 c

.5

25000 I" >

10000 e s

5000 .Ü

1*~/ f~

//

2500 %

N i ıOOO I

70 / U>

••

250 50 60 70 90 90 100 etkin yayınım gücü + duyarlılık (dBW /K)

Tve

CYB

1* bunt genişliği artış oranı Prs/Fmax

Şekil 2. A2ICI duyarlılığı ile uydunun etkin yayınım gücü toplamına karşı telefon kanal sayısı.

Şekil 3. Telefon için yörüngedeki kanal sayıları nın ve koruma oranının h,~nt genişliği artış orsnma göre değişimi.

geleri temel alınmıştır.

Şekillerde kapasite telefon kanalı olarak veril mesine rağmen televizyon kanalları hakkında da kabaca bir fikir vermektedir. Şekil 2'de, veri len bir bant genişliği için telefon kanallarının sayısı uydunun etkin yayınım gücü ile yer istas yonu alıcısının duyarlılığının toplamının işlevi olarak verilmiştir. Toplamın küçük delerlerinde kanal sayısı hızla artar. Daha büyük delerlerde ise kanal başına sıklık sapması düşebilir, tike olarak, bir uydunun çalışma maliyetini düşürmek için uyduyu elden geldiğince fazla bilgi ile yüklemek gerekmektedir. Bu ise kanal başına dü şen bant genişliğini azaltmak, yüksek çıkış gücü sağlamak ve duyarlığı çok yüksek olan alıcılar kullanmak demektir.

Şekil 3'te ise bir kanala göre yörüngedeki komşu kanalların sayısı bant genişliğinin artma oranı nın (bindirme endeksinin) bir işlevi olarak ve rilmiştir. Ancak burada sınırlayıcı etken olarak girişim alınmıştır. Noktalı çizgiler, 30 metre çaplı bir alıcı anten varsayılarak değişmez yö rünge aralığı ve değişmez uydu (transponder) bandı için kanal sayılarının bant genişli'ği art masına olan bağımlılığını göstermektedir. Burada da girişim tek sınırlayıcı etken olarak alınmış tır.

Şekil 3'te görülen ikinci eğri ise Çizelge l'de verilen nitelik derecesi 1 olan bir serviste bir kanal için gerekli im gürültü oranını bant geniş liği artmasının işlevi olarak göstermektedir. Bir kanal için gerekli im gücü, "güç sınırlandırılmış bölge"ye kadar, bant genişliğinin artması ile hız la azalır.

Uzay zayıflaması Atmosfer kaybı

182 ,2 dB 1 dB

Vericinin besleme kaybı 1 dB

Diğer kayıplar Toplam kayıplar

1 dB 185 ,2 dB

Veriş gücü

Veriş anteninin kazancı ( 3 dB nok talarında)

Alış anteninin kazancı*

19 dBW 3.1 dB ?1, 2 dB

75,2 d B * "

**A75 F

uydusunun çıkış gücü 4 dB düşük olduğundan aynı Î/G o ranı ten ç spı 3

çizelge 3. Hindistan'da kullanılması önerilen deneysel yayın uydusunun dizge özel likleri.

5. 850 MHz'te ÇALIŞAN S B ' l i DİZGELER ve SB ÎLE GB'nİn DENEYSEL OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

SB i l e GB'nin deneysel k a r ş ı l a ş t ı r ı l m a s ı 1974 y ı lında ATS F uydusu i l e başladı. Bu amaçla kurulan dizgenin özellikleri Çizelge 3'te verilmektedir. Çizelgeden de görüleceği gibi bir alıcı antenin girişindeki imin gücü

185,2 + 75,2 = 110 dBW olmaktadır. Bu i s e 75 ohm üzerinde 27,5 uV'a kar ş ı l ı k t ı r . SB'li çalışmada televizyonun bant ge n i ş l i ğ i 30 MHz olduğundan buna k a r ş ı l ı k gelen gü rültü gücü 129 dBW olur ve antenin tabanındaki im gürültü oranı 19 dB bulunur. GB'li çalışmada i s e resmin bant g e n i ş l i ğ i olan 5 MHz'te gürültü gücü

Şekil 4.

Deney dizgesinin öbek çizimi.

kanal 8 normal TV alıcısına (GB)

TV alıcısına (SB)

129 10 1og(30/5) = 136,8 dBW olur.

Böylece anten girişindeki taşıyıcı gürültü oranı

110 dB +136,8 dB = 26,8 dB bulunur.

Eğer alıcının girişindeki gürültü çarpanı (noise factor) 6 DB ise GB için toplam taşıyıcı gürültü oranı

26,8 6 = 20,8 dB olur.

Bölüm 2'de b e l i r t i l d i ğ i gibi, SB'li alışlarda im gürültü oranındaki a r t ı ş 28 DB i d i . Bu durum da SB için toplam im gürültü oranı

21,8 + 28 = 49,8 dB olmaktadır.

Buradan şu sonuca varabiliriz: Alıcıların özel l i k l e r i aynı olmak koşulu i l e , aynı im gürültü oranı için, SB'li yayınlarda gerekli olan uydu gücü GB'de gerekli olandan yaklaşık 600 kez da ha azdır.

Laboratuvarlarda yapılan çalışmalarda SB'li uydu larla aynı özelliklere sahip bir dizge g e l i ş t i r i l miş ve yapılan deneylerde SB'li alış i l e GB'li alış k a r ş ı l a ş t ı r ı l m ı ş t ı r . Şekil 4'te görülen öbek çizim bu a l ı c ı dizgenin çalışma ilkesini göster mektedir. Burada, anten üzerine, gürültü çarpanı 6 dB olan (F=6 dB) ve bir radyo sıklık yükselte ci, bir karıştırıcı salmgaç ve de bir ara sık lık yükseltecini içeren bir dizge yerleştirilmiş t i r . 120±15 MHz'teki ara sıklık imi bir eşeksen li (co axial) kablo i l e SBGB çeviricisine bağ lanmıştır. SBGB aygıtı i l e yükselteç ve k a r ı ş t ı r ı c ı Şekil 5'te görülmektedir.

Bir kırpıcı ve SB GB sezicisinden sonra elde edi len alçak sıklık imleri I. ve III.banda yerleş tirilmek üzere b i n d i r i l i r l e r .

Şekil 5. SB GB çevirici ve sıklık çevirici.

Şekil 4'te öbek çizimi görülen dizge bir resim (625 çizgi) kanalı i l e 5,5 ve 5,625 MHz'e yerleş t i r i l e n iki ses kanalını geçirecek şekilde tasa rımlanmış t i r .

Yeniden bindirme işleminin gerçekleştirilmesin den sonra 5,625 MHz'te bulunan ses kanalını bir a l t taşıyıcı salıngacı i l e 5,5 MHz'e indirip nor mal TV alıcılarına uygun duruma getirme olanağı da vardır. Pahalı süzgeçlerden kaçınmak için ye niden bindiriciden alınan im çift yan bant olarak b ı r a k ı l ı r . Bu durumun resmin n i t e l i ğ i üzerindeki etkisi çok küçüktür. Kurulan dizge ile gerçekleş t i r i l e n deneylerden bazıları şunlardır:

a) 75 ohm üzerindeki 27,5 uV'lik bir sıklık bin dirmeli siyah beyaz im, benzer bir GB'li im i l e k a r ş ı l a ş t ı r ı l m ı ş t ı r (Şekil 6); her iki imde a l ı cıya çift yan bantlı olarak sokulmuştur; GB'li bir im için çeviricinin ve siyah beyaz alıcının güç çarpanları aynı alınmıştır. 14 dB önvurgu lamalı SB'li siyah beyaz imin im gürültü oranın daki a r t ı ş 0,4 dB olmuştur.

Şekil 6.

GB'li (soldaki) ve SB'li (sağdaki) televizyon yayınlarında gürül tünün karşılaştı rılması.

.*

•*

b) Gürültüden GB'nin ve SB'nin aynı ölçüde e t k i lenmesini sağlamak için GB'li imin yeğinliğini 28 dB arttırmak gerekmiştir. Bu değer kuramsal olarak hesaplanan değerin hemen aynıdır.

Daha düşük önvurgulamanm uygulanabileceği renk li yayında i s e , 4,43 IIHz' te çok kuvvetli renk iminin bulunması nedeniyle 6 dB'lik b i r önvurgu lama olana«ı vardır. Ancak bu durumda im gürültü oranındaki a r t ı ş desibelin onda b i r l e r i düzeyin de olmaktadır. Bu deneyde önvurgulamanm gürültü üzerindeki e t k i s i göz önüne alınmamıştır.

Laboratuvarda yapılan bu deneylerde a l ı c ı anten olarak parabolik bir anten; verici olarak da di pol anten kullanılmıştır. Deneyler sonunda bu tür b i r dizgenin teknik ve ekonomik açıdan uygun ol duğu anlaşılmıştır. (Şekil 7).

Şekil 8. Schottky engelli diyodun karıştırıcı olarak kullanıldığı sıklık çarpıcılı bir 12 GHz karıştırıcısı.

6. 12 GHz ALANINDAKİ ÇALIŞMALAR

1971 yılında Cenevre'de yapılan Uzay Haberleşme si Dünya İdari Radyo Konferansında (WARC ST) Rad yo Yönetmeliği, uydu haberleşmesi konusunda gerek li yönergeleri de içermek üzere yeniden düzenlen miş ve sonuçta yayın uyduları i l e çalışacak t e l e vizyon istasyonlarının kullanabileceği sıklık bantları şöyle saptanmıştır: 620 790 MHz, 2500 2690 MHz ve 11,7 12,2 GHz. Bu bantların her hangi birinde çalışmak i ç i n , ilke olarak, a l ı c ı antenden hemen sonra gelen çevirici ön yükselte cin salıngaç ve karıştırıcısında değişiklik yap mak y e t e r l i d i r . Ancak tasarımcı açısından en bü yük zorluğun salıngacın k a r a r l ı l ı ğ ı ve salınga

anten girişi

Afi ":

••;•/•

;••

0A kaynağı

Şekil 7. 850 MHz'lik parabolik anten. ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 246 247

'• I

AS çıkısı

Şekil 9. Schottky engelli diyodun karıştırıcı ve Gunn diyodun salıngaç olarak kullanıldığı bir 12 GHz karıştırıcısı.

cin karıştırıcıya bağlanması açılarından 11,7 12,2 GHz bandında olacağı açıktır. Bu bantta karıştırıcı olarak, kaybının düşük ol ması nedeniyle, Schottky engelli diyodu kullan mak en iyi çözümdür. Salıngaç için, doğrudan is tenilen sıklıkta salınım yapan bir Gunn diyot ve ya çığ (avalanche) diyot kullanılabilir.

7. SONUÇ Yukarda verilen bilgilerden, uydu aracılığı ile televizyon yayınlarında SB'li dizgenin GB'li diz geden üstün olduğu, laboratuvarda gerçekleştiri len alıcı dizgenin teknik ve ekonomik açıdan uy gun olduğu, 12 GHz'te ise ekonomik sorunların he nüz çözülemediği anlaşılmaktadır.