Page 35 - bilgem-teknoloji-dergisi-6

Ali DAĞDEVİREN Modüler Telsiz RF Mimarisi

Dilimize AM veya FM yayınlarını işareti FPGA ve DSP’ler ile işlemektedir. Şekil 1’de yapısı gösterilen bu mimaride ANTEN
Düşük
dinlememize yarayan cihazların ismi olarak HF ( High Frequency, 3 – 30 MHz) gibi RF işareti, aynı frekanstaki bir lokal Gürültülü Değişken
özelleşmiş bir şekilde giren radyo düşük frekanslı yayınlar ise, entegre ön osilatörle çarpılıp doğrudan temel banda RF Filtre Yükselteç Kazançlı
kelimesinin, gerçek anlamı çok daha iyileştirme katı bulundurması koşuluyla, indirilir, I ve Q bileşenlerine ayrılır. I ve Mikser IF Filtre Yükselteç
geniştir. Radyo, temel bantta işlenmiş artık doğrudan sayısallaştırılabilmektedir. Q verisi sayısallaştırılarak işlenir. Tek R I ADC
veriyi elektromanyetik spektrumun 30 Yazılım tabanlı telsizler, temel banttaki karıştırıcı kullanılıp I ve Q bileşenleri L
kHz – 300 GHz frekans aralığında, alıcı tüm işlemlerin sayısal yöntemlerle sayısallaştırıcı tarafında da doğrudan RSP
ya da verici olarak kablosuz iletimini gerçekleştirilebilmesinin sağladığı sayısal düşürücülerle ayrıştırılabilir.
sağlayan cihazlara verilen genel addır. esneklikle, farklı modülasyonlarla, farklı Sistemin bileşenlerinin işlevleri bir sonraki
Günümüz haberleşme, sanayi, sağlık, modlarda, farklı frekanslarda, farklı bölümde ele alınacaktır.
elektronik harp sistemlerinin vazgeçilmez fonksiyonları gerçekleştiren LO
bir unsurudur. haberleşmeleri, hiçbir donanım 2. Süperheterodin Alıcılar: Şekil 2. YTT genel alıcı mimarisi.
değişikliğine gitmeden sadece yazılım
Radyo, anteniyle tümleşik güncellemesiyle gerçekleştirebilmektedir. Ana blok yapısı Şekil 2’de görünen NFL (Noise Floor, ‘Gürültü Tabanı’): Alıcıdaki demodülatörün DR (Dynamic Range, ‘Dinamik Erim’): Demodülatörün aynı
düşünüldüğünde, bilginin kanal (hava, su ADC’lerin karmaşıklaşmasıyla birlikte süperheterodin alıcılarda RF işareti en az girişindeki toplam gürültüdür. Miktarı; anda çözebileceği en yüksek genlikli işaretle en düşük genlikli
vb.) ortamından geçişini çift yönlü (yüksek saat frekansı, geniş dinamik aralık bir IF’e düşürülür. işaret arasındaki genlik farkıdır. En düşük genlikli işareti
sağlayan, yazılımı (software) ve bellenimi vb.) IF frekansı daha yukarılara taşınmaya Frekans düşürme işlemi, RF bandın ve NFL = -174 dBm/Hz + NF + 10logBW
(firmware) olan elektronik devrelerden başlanmış, bu da RF analog alıcı / verici ilk LO (Lokal Osilatör) olarak kullanılan belirleyen alıcının duyarlılığı, en yüksek genlikli işareti belirleyen
oluşur. Geleneksel radyo yapısında, yüksek bölümlerini daha da kolaylaştırmıştır. sentezleyicinin karmaşıklığına göre – eşitliği ile bulunur. Burada BW alıcının açtığı çözünürlük bant ise alıcının P1dB, IIP3 veya IIP2’sidir. Dolayısıyla üç farklı
frekanslı RF (Radyo Frekansı) katını bir yukarıda olduğu gibi – tek aşamada genişliğidir. şekilde hesaplanabilir:
analog işaret işleme birimi izler. İşlevsellik Özetlenecek olursa, yazılım tabanlı gerçekleşebileceği gibi çok sayıda çevirme S (Sensitivity, ‘Duyarlılık’): Alıcıdaki demodülatörün DR = P1dB – S ( 1dB Sıkışma Noktası Dinamik Erimi)
yönünden kısıtlı, yüksek maliyetli, sabit telsizler iki ana fonksiyondan oluşur: katıyla da gerçekleşebilir. IF’e indirilen belirleyebileceği veya çözebileceği en düşük işaret seviyesidir.
bant genişlikli, az sayıda (çoğunlukla işaret, ADC’ler ile örneklenip Seviyesi, işaret belirleme durumunda, gürültü tabanı kadardır. SFDR3 = 2/3*(IIP3-S) (3. Derece Hayal İşaretsiz Dinamik Erim)
sadece bir) modülasyonu destekleyen • RF Katı: Analog Frekans Çevirme sayısallaştıktan sonra RSP (Receive Signal Çözme durumunda (analog/video/veri çözümleme) ise gürültü
analog işaret işleme katının yerini, özellikle (Düşürme / Yükseltme / İyileştirme) Processors, Alıcı İşaret İşleyiciler) katındaki tabanından demodülatörün istediği en düşük işaret gürültü SFDR2 = 1/2*(IIP2-S) (2. Derece Hayal İşaretsiz Dinamik Erim)
son çeyrek asırda FPGA (Field • DSP Katı: Sayısal İşaret İşleme FPGA ve DSP tümleşik devrelerle sayısal oranı kadar fazladır. En düşük işaret gürültü oranını ise işaretin Seçicilik (Selectivity): Ayarlanan kanal ile komşu kanallar
Programmable Gate Array, Sahada filtrelenir, demodüle edilir ve kanallaştırılır. istenen kalitesi (bit hata oranı, ses veya görüntü kalitesi, arasındaki bastırma oranıdır. Anahtarlanan IF filtreye göre
Programlanabilir Kapı Dizileri) ve DSP Bu yazıda yazılım tabanlı telsizlerin demodülasyon tipi vb.) belirler. Denklemi; bastırma oranı değişir.
(Digital Signal Processors, Sayısal İşaret sadece RF katlarına değinilecek, popüler Şekil 2’de gösterilen genel bir YTT
İşleyiciler) tümleşik devreleri almıştır. Yarı topolojiler incelenecektir. alıcısında alt blokların işlevlerine S = NFL (Tespit) Bir YTT Alıcısının Alt Blokları ve İşlevleri
iletken teknolojisinde yaşanan gelişmelere geçmeden önce bir alıcıdaki sistem S = NFL + SNR o (Çıkış işaret gürültü oranı) (Çözme)
paralel olarak, daha karmaşık YTT (Yazılım Tabanlı Telsiz) parametrelerini ve bu parametrelerin Şekil 2’de gösterilen bir YTT alıcısında alt blokların işlevleri
analog/sayısal çeviriciler (ADC, Analog to Alıcı Mimarisi fiziksel olarak neye karşılık geldiği şeklindedir. şu şekildedir:
Digital Converters) geliştirilmiş, birim üzerinde durmak gerekir: Arakipleme (Intermodulation): Doğrusal olmayan RF
maliyet ve boyutlar küçülmüş, analog YTT alıcıları iki ana topolojide incelemek elemanların (karıştırıcı, yükselteç vs.) girişindeki iki veya daha Ayarlanabilir RF Zayıflatıcı: Alıcı antene gelen yüksek genlikli
devrelerle yapılan işlemler (demodülasyon, mümkündür: Alıcılarda Temel Sistem fazla işaretin ürettiği çok tonlu ürünlerdir. Örneğin bir işaretlerin alıcıya zarar vermesini önlemek, alıcının IIP3 (Giriş
filtrelemeler vb.) daha çok sayısal tarafa 1. Doğrudan Düşürücü Alıcılar Parametreleri: karıştırıcının girişindeki f ve f işaretleri birbiriyle modüle üçüncü dereceden kesişme noktası) ve P1dB ( 1 dB sıkışma
2
1
aktarılmaya başlanmıştır. Artık alıcılar, RF (Homodin, Sıfır IF) olarak karıştırıcı çıkışında mf ±nf işaretleri üretir. Bunlardan noktası) değerlerini yükselterek doğrusal bölgede çalışmasını
1
2
işaretini temel banda indirip analog/video NF (Noise Figure, Gürültü Katsayısı): f ±f , 2f , 2f olanlarına ikinci dereceden(m+n=2) arakipleme sağlamak, hayal işaret seviyesini azaltmak ve VSWR’ını ( Voltage
1
2
1
2
çözümleme yerine, RF’ten bir IF’e En basit yapıdaki alıcılardır ve genelde Bir alıcının girişindeki işaret gürültü ürünleri; 2f ±f , 2f ±f , 3f , 3f olanlarına üçüncü Standing Wave Ratio, Gerilim Duran Dalga Oranı) iyileştirmek
1
1
2
1
2
2
(Intermediate Frequency, Ara Frekans) dar bantlı uygulamalarda kullanılırlar. oranının çıkışındakine oranına denir. dereceden(m+n=3) arakipleme ürünleri, vb. denir. için kullanılır.
indirip ADC’ler ile sayısallaştırmakta ve Cihazın duyarlılığını (sensitivity) belirleyen
ana faktördür. IIP2 (2 Order Input Intercept Point, ‘Giriş İkinci RF Filtre: LO geri yayılımını önlemek, hayal frekansları ve
nd
Değişken Dereceden Kesişme Noktası’): Alıcının ana işaretinin kazanç doğrudan IF işaretini bastırmak, hayal işaret seviyesini düşürmek
Mikser Kazançlı gibi fonksiyonları vardır. Tasarımda hedef alınan RF bant
ANTEN IF Filtre Yükselteç eğrisi ile 2. dereceden arakipleme bileşenlerinin kazanç eğrisinin
Düşük I kesişme noktasındaki giriş işaret seviyesidir. genişliğine göre ayarlanabilir, anahtarlanabilir (Ön Seçici) veya
Gürültülü R I RSP tek filtre (dar RF bandı) yapısındadır.
RF Filtre Yükselteç L ADC IIP3 (3 Order Input Intercept Point, ‘Giriş Üçüncü
rd
Değişken Dereceden Kesişme Noktası’): Alıcının ana işaretinin kazanç Düşük Gürültülü Yükselteç: Gerektiğinde tüm alıcı sistemin
90 o Kazançlı eğrisi ile 3. dereceden arakipleme bileşenlerinin kazanç eğrisinin gürültü katsayısını düşürerek, duyarlılığını arttırmak için
LO IF Filtre Yükselteç kesişme noktasındaki giriş işaret seviyesidir. kullanılır.
L
R I ADC RSP P1dB (1 dB Compression Point, ‘1 dB Sıkışma Noktası’): Karıştırıcı: İlk LO sentezleyiciyle birlikte frekans dönüştürme
Q
Alıcının kazanç eğrisinin doyum noktasına yaklaşarak ideal (düşürme veya yükseltme) işlevini gerçekleştirir. Alıcıdaki
Mikser kazanç eğrisinden 1 dB düştüğü yerdeki giriş işaret seviyesidir. çevirme katı sayısı kadar karıştırıcı kullanılır ve her karıştırıcıyı
Şekil 1. Doğrudan düşürücü bir alıcı yapısı.
32 Sayı 06 Mayıs-Ağustos 2011 http://www.bilgem.tubitak.gov.tr/ 33
·