Fizik-Kimya-Matematik
Prof. Dr. Hüseyin Sarı
11/06/2021 - 17:30

Haberleşme: Bilgi Uzak Mesafelere Nasıl Gönderilir?

Sesimizi en fazla 1 kilometre uzağa duyurabiliriz. Ancak teknoloji sayesinde sesimizi sadece dünyanın öteki ucuna değil, dünya dışına hatta Güneş sisteminin ötesine duyurabiliriz. Peki uzak mesafelere bilgiyi nasıl gönderebiliyor ve bu kadar uzak mesafeden bilgiyi nasıl alabiliyoruz?

Haberleşebileceğimiz mesafe ve iletebileceğimiz bilgi kapasitesi hayli sınırlıdır. Örneğin sesimizi en fazla 1 kilometre uzağa duyurabiliriz. Görme yeteneğimiz de bundan çok farklı değil. Bu sınırlamalara rağmen, teknoloji sayesinde geliştirdiğimiz iletişim araçlarıyla sesimizi sadece dünyanın öteki ucuna değil, Dünya dışına hatta Güneş sisteminin ötesine duyurabilir, diğer gezegenlere gönderdiğimiz kameraları gözümüz gibi kullanabiliriz. Peki uzak mesafelere bilgiyi nasıl gönderebiliyor ve bu kadar uzak mesafeden bilgiyi nasıl alabiliyoruz?

Uzay araçları tarafından gönderilen sinyaller Dünya üzerinde kurulu devasa antenler tarafından algılanır.

Uzay araçları tarafından gönderilen sinyaller Dünya üzerinde kurulu devasa antenler tarafından algılanır.

En basitinden en karmaşığına neredeyse bütün haberleşme sistemlerinin işleyişi benzerdir. Amerikan yerlilerinin dumanla yaptıkları haberleşmede gönderilen bilgi ile Mars’taki bir aracı kontrol etmek için gönderdiğimiz bilgi benzer işlemlerden geçirilerek iletilir. Bu iki haberleşme sisteminin farkı sadece iletilen bilginin kapasitesi (hacmi) ve ne kadar uzağa iletilebildiğidir. Haberleşmede amaç, bir noktadaki bilgiyi ortam koşullarından etkilenmeyecek şekilde başka bir noktaya eksiksiz ve güvenli bir şekilde iletmektir. İletilecek bilgi her türde (ses, görüntü ve yazı) ve formatta (örneğin sayısal yani dijital veya analog) olabilir. Bilginin iletileceği mesafe ise birkaç metreden milyarlarca kilometreye kadar geniş bir aralıkta olabilir.

En basitinden bir haberleşme sistemi; bir gönderici taraf, bir alıcı taraf (hedef) ve bilginin üzerinde iletildiği bir ortamı içerir. Yayın yapan bir radyo istasyonu (gönderici), yayının iletildiği atmosfer (ortam) ve radyo alıcısı basit bir haberleşme sistemine örnek olarak verilebilir. 

Bilginin olumsuz çevre koşullarından etkilenmemesi ve uzak mesafelere iletilebilmesi için güçlü bir taşıyıcı dalga üzerine bindirilerek hedefe gönderilmesi gerekir. Bu bindirme işlemine “modülasyon” denir. Hedefe (alıcıya) ulaşan, modüle edilmiş dalga bir anten veya uygun bir alıcı tarafından algılanarak bindirmenin tersi bir işlemden (demodülasyon) geçirilir. Taşıyıcı dalgadan ayrıştırılarak eski (ilk gönderildiği) hâline gelen bilgi artık kullanıma hazırdır.

Yukarıda özetlediğimiz haberleşme sürecindeki kritik noktalardan biri, iletilecek bilginin taşıyıcı dalga üzerine bindirilmesi yani modülasyondur. Taşıyıcı dalga güçlü ve aynı zamanda kararlı bir dalga olmalıdır. Yani genlik, faz ve frekans gibi dalga parametrelerinin gelişigüzel değişmemesi gerekir. Modüle edilmemiş bir dalga ne kadar uzağa giderse gitsin herhangi bir bilgi iletmez çünkü üzerine tekdüzeliğini değiştirecek bilgi yüklenmemiştir! Modülasyon, taşıyıcı dalganın genlik, frekans, faz gibi uygun parametrelerinden birinin gönderilmek istenen bilgi ile orantılı ve kontrollü bir şekilde değiştirilmesiyle yapılır. Örneğin taşıyıcı dalganın genliği iletilecek bilgi ile orantılı bir şekilde değiştirilerek, bilgi, genlik değişimi şeklinde dalganın üzerine bindirilmiş olur. Genliği değişmiş olan dalga hedefe ulaştığında genliğindeki değişimin nasıl olduğuna bakılarak taşıdığı bilgi uygun şekilde ayrıştırılabilir. Genliği değiştirerek yapılan modülasyona “genlik modülasyonu” denir. Benzer şekilde taşıyıcı dalganın üzerine frekans veya diğer özellikleri değiştirilerek de bilgi yüklenebilir. Taşıyıcı dalganın hangi özelliği değiştirilerek modülasyon yapılıyorsa modülasyon tekniği ona göre isimlendirilir: genlik modülasyonu (AM), frekans modülasyonu (FM), faz modülasyonu (PM).

Farkında olmasak da bizler de konuşurken bir çeşit modülasyon işlemi yaparız. Aklımızdaki bir düşünceyi (bilgi) karşı tarafa iletmek için dilimiz ve dudaklarımız aracılığıyla akciğerlerimizden çıkan havayı (taşıyıcı dalga) değişikliğe uğratarak istediğimiz sesleri (kelimeler) dalganın üzerine yükleriz. Karşımızda bizi dinleyen kişi sesimizi (modüle olmuş dalga) kulağıyla (dedektör) algılayarak ses dalgasının üzerinde kendisine gönderilen mesajı (ne söylediğimizi) ses dalgasından ayıklayarak (demodülasyon) beyne iletir.

Konuşurken istediğimiz sesleri (kelimeler) ses dalgasının üzerine yükleriz. 

Dumanla haberleşmede dumanların değişik şekillerde gruplandırılması da bir çeşit modülasyondur ve bir mesaj (bilgi) içerir. Mesajı alan kabilenin üyeleri, art arda yükselen üç duman kümesinin veya aralıklarla yükselen duman kütlelerinin ne anlama geldiğini bilir. 

Anlık gönderilebilecek bilgi kapasitesi ve bilginin iletileceği mesafe, haberleşme sisteminin ne kadar gelişmiş olduğunu gösterir. Bir haberleşme sisteminin iletebileceği bilgi kapasitesi “bant genişliği” olarak adlandırılır. Basit bir tanımlamayla bant genişliği, “bir saniyede ne kadar bilginin” karşı tarafa  gönderilebildiğinin bir ölçüsüdür. Dumanla haberleşmede bant genişliği çok düşüktür çünkü iletilen mesaj sadece “Tehlike var!” veya “Her şey yolunda!” gibi durumları içerirken bir televizyon (TV) yayınında hem ses hem de görüntünün oluşturduğu büyük verinin ekranda görüntülenebilmesi için bu verilerin bir arada ve aynı anda iletilmesi gerekir. Bu nedenle TV yayınlarının bant genişliği dumanla haberleşme sistemine göre çok daha büyüktür. TV yayınlarını dumanla iletecek olsaydık ekrandaki bir sahne için belki yıllarca beklememiz gerekirdi.

Bir haberleşme sisteminin bant genişliğini taşıyıcı dalganın frekansı belirler. Dalganın bir saniyedeki dalgalanma sayısı frekans olarak adlandırılır ve Hertz (kısaca Hz) birimiyle ölçülür. Taşıyıcı dalganın frekansı ne kadar yüksekse o kadar çok bilgi aynı anda iletilebilir. Bu nedenle sadece ses bilgisini içeren radyo yayınları kilohertz (1.000 Hz) frekansındaki taşıyıcı dalgalarla kolaylıkla iletilebilirken ses ve görüntüyü içeren TV yayınlarının 1.000 kat daha yüksek megahertz (1.000.000 Hz) frekanslı taşıyıcı dalgalarla iletilmesi gerekir. İnternetin hayatımıza girmesiyle birlikte e-posta, fotoğraf, video, oyunlar gibi çok daha fazla bilginin internet üzerinden kullanıcılara ulaştırılması için TV yayınlarını iletmek amacıyla kullanılan dalgalar yetersiz kalır. Bunun için çok daha yüksek frekansa sahip dalgalar kullanmak gerekir. Bu yüzden internette veriler çok yüksek frekanslara sahip ışık dalgası ile fiberoptik kablolar kullanılarak iletilir.

Voyager 1 ve 2 uzay araçlarının Dünya’ya olan uzaklıkları sırasıyla yaklaşık 19-23 milyar kilometre.

Uzak mesafelerle yapılan haberleşmelerde taşıyıcı dalga olarak istisnasız elektromanyetik dalgalar kullanılır çünkü elektromanyetik dalgalar hem madde ortamında (atmosfer) hem de boşlukta (uzayda) yayılabilir. Uzayda kayıpsız yol alabildikleri için verileri Dünya’dan milyonlarca kilometre uzaktaki Mars’a hatta uzayın derinliklerine kadar taşıyabilirler. Ses dalgalarının ilerleyebilmesi için madde ortamına ihtiyaç duyulduğundan bu dalgalar sadece karşılıklı konuşma gibi kısa mesafeli haberleşmede doğal iletişim aracı olarak kullanılır.

Kaynak:

Yazar Hakkında:

Prof. Dr. Hüseyin Sarı
Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü
 

Fizik-Kimya-Matematik

Yapısında yanma olayının gerçekleşmesi için gerekli hidrojen ve oksijeni bulunduran suyu yakabilir miyiz?

Tasarla ve Yap köşesinin bu etkinliğinde maliyeti uygun malzemeler ile esnek paket lastiklerinin kullanıldığı bir pervaneli araba düzeneği yapıyoruz.