İletim ortamı

İletim ortamı, telekomünikasyon amaçları için sinyallerin yayılmasına aracılık edebilen bir ortamdır. Sinyaller tipik olarak seçilen ortam için uygun bir tür dalgaya empoze edilmektedir. Örneğin, veriler sesi modüle edebilir ve sesler için bir iletim ortamı hava olabilir, ancak katılar ve sıvılar da iletim ortamı olarak işlev görebilmektedir. Vakum veya hava, ışık ve radyo dalgaları gibi elektromanyetik dalgalar için iyi bir iletim ortamı oluşturmaktadır. Elektromanyetik dalgaların yayılması için maddi madde gerekli olmasa da, bu tür dalgalar genellikle içinden geçtikleri iletim ortamından, örneğin ortamlar arasındaki arayüzlerde absorpsiyon, yansıma veya kırılma ile etkilenmektedir. Bu nedenle, dalgaları iletmek veya yönlendirmek için teknik cihazlar kullanılabilmektedir. Bu nedenle, iletim ortamı olarak bir optik fiber veya bir bakır kablo kullanılmaktadır.

Koaksiyel kablo, bir iletim ortamı örneği

Elektromanyetik radyasyon, fiber optik gibi bir optik ortam aracılığıyla veya çift bükümlü teller, koaksiyel kablo veya dielektrik levha dalga kılavuzları aracılığıyla iletilebilmektedir. Ayrıca su, hava, cam veya beton gibi belirli dalga boyuna karşı şeffaf olan herhangi bir fiziksel malzemeden de geçebilmektedir. Ses, tanımı gereği maddenin titreşimidir, bu nedenle diğer mekanik dalgalar ve ısı enerjisi gibi iletim için fiziksel bir ortama ihtiyaç duymaktadır. Tarihsel olarak bilim, aktarım ortamını açıklamak için çeşitli eter teorilerini birleştirmiştir. Bununla birlikte, elektromanyetik dalgaların fiziksel bir iletim ortamı gerektirmediği ve bu nedenle boş alanın "vakumu" içinden geçebileceği artık bilinmektedir. Yalıtkan vakum bölgeleri, serbest elektronlar, delikler veya iyonların mevcudiyeti yoluyla elektrik iletimi için iletken hale gelebilmektedir.

Telekomünikasyon

Veri iletişiminde fiziksel bir ortam, üzerinde bir sinyalin yayıldığı iletim yoludur. İletişim kanalı olarak birçok farklı türde iletim ortamı kullanılmaktadır.

Birçok iletişim biçiminde iletişim elektromanyetik dalgalar biçimindedir. Kılavuzlu iletim ortamıyla, dalgalar fiziksel bir yol boyunca yönlendirilmektedir; rehberli ortam örnekleri arasında telefon hatları, bükümlü çift kablolar, koaksiyel kablolar ve optik fiberler bulunmaktadır. Kılavuzsuz aktarım ortamları, izlediği yolu tanımlamak için fiziksel araçlar kullanmadan veri aktarımına izin veren yöntemlerdir. Bunun örnekleri mikrodalga, radyo veya kızılötesidir. Kılavuzsuz ortam, elektromanyetik dalgaların iletilmesi için bir araç sağlamaktadır. Ancak onları yönlendirmez; örnekler hava, vakum ve deniz suyu yoluyla yayılmadır.

Doğrudan bağlantı terimi, sinyallerin, sinyal gücünü artırmak için kullanılan amplifikatörler veya tekrarlayıcılar dışında, hiçbir ara cihaz olmaksızın vericilerden alıcılara doğrudan yayıldığı iki cihaz arasındaki iletim yolunu belirtmek için kullanılmaktadır. Bu terim hem kılavuzlu hem de kılavuzsuz medya için geçerli olabilmektedir.

Tek yönlü ve çift yönlü

İletim tek yönlü, yarı çift yönlü veya tam çift yönlü olabilir.

Simpleks iletimde, sinyaller yalnızca bir yönde iletilmektedir. İstasyonlardan biri verici, diğeri alıcıdır. Yarım dupleks operasyonda, her iki istasyon da iletim yapabilmektedir, ancak her seferinde sadece bir tane olmak üzeredir. Tam çift yönlü çalışmada, her iki istasyon aynı anda iletim yapabilmektedir. İkinci durumda, ortam aynı anda her iki yönde de sinyal taşımaktadır.

Türleri

Genel olarak, bir iletim ortamı şu şekilde sınıflandırılabilir:

• doğrusal, eğer ortamdaki herhangi bir noktada farklı dalgalar üst üste binerse;
• kapsam olarak sonlu ise sınırlı, aksi takdirde sınırsız;
• fiziksel özellikleri farklı noktalarda değişmiyorsa tek tip veya homojen;
• izotropik, eğer fiziksel özellikleri farklı yönlerde aynıysa.

İki ana iletim ortamı türü vardır:

• güdümlü ortam—dalgalar, iletim hattı gibi katı bir ortam boyunca yönlendirilir;
• güdümsüz ortam—iletim ve alım bir anten aracılığıyla sağlanmaktadır.

Ağ oluşturmada kullanılan en yaygın fiziksel ortamlardan biri bakır teldir. Nispeten düşük miktarda güç kullanarak sinyalleri uzun mesafelere taşımak için bakır tel kullanılmaktadır. Korumasız bükümlü çift (UTP), dört çift halinde düzenlenmiş sekiz telli bakır teldir.^[1]

Kılavuzlu medya

Bükülmüş çift

Bükümlü çift kablolama, elektromanyetik uyumluluğu geliştirmek amacıyla tek bir devrede iki iletkeninin birlikte büküldüğü bir kablolama türüdür. Tek bir iletken veya bükümsüz dengeli bir çift ile karşılaştırıldığında, bükümlü bir çift, çiftten gelen elektromanyetik radyasyonu ve komşu çiftler arasındaki karışmayı azaltmaktadır ve harici elektromanyetik girişimin reddedilmesini iyileştirmektedir. Alexander Graham Bell tarafından icat edilmiştir.^[2]

Koaksiyel kablo

RG-59 esnek koaksiyel kablo şunlardan oluşmaktadır:

1. Dış plastik kılıf
2. Dokuma bakır kalkan
3. İç dielektrik yalıtkan
4. Bakır çekirdek

Bir koaksiyel kablonun kesit görünümü

Koaksiyel kablo veya koaksiyel, boru şeklinde bir yalıtkan katmanla çevrili bir iç iletkene sahip ve boru şeklinde bir iletken kalkanla çevrili bir elektrik kablosu türüdür. Birçok koaksiyel kabloda ayrıca yalıtkan bir dış kılıf veya kılıf bulunmaktadır. Koaksiyel terimi, geometrik bir ekseni paylaşan iç iletken ve dış kalkandan gelmektedir. Koaksiyel kablo, tasarımın patentini 1880'de alan İngiliz fizikçi, mühendis ve matematikçi Oliver Heaviside tarafından icat edilmiştir.^[3]

Koaksiyel kablo, yüksek frekanslı elektrik sinyallerini düşük kayıplarla taşımak için kullanılan bir iletim hattı türüdür. Telefon hatlarında, geniş bant internet ağ kablolarında, yüksek hızlı bilgisayar veri yollarında, kablolu televizyon sinyallerini taşımada, radyo vericilerini ve alıcılarını antenlerine bağlama gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Diğer blendajlı kablolardan farklıdır, çünkü kablonun ve konektörlerin boyutları, iletim hattı olarak verimli bir şekilde çalışması için gerekli olan, sabit bir iletken aralığı sağlamak üzere kontrol edilmektedir

Oliver Heaviside 1880'de koaksiyel kabloyu icat etmiştir.

Optik fiber

Bir demet optik fiber

New York City, Midtown Manhattan sokaklarının altına 432 sayılı fiber kablo döşeyen fiber ekip

Bir ucunda parlayan kırmızı ışıklı bir TOSLINK fiber optik ses kablosu, ışığı diğer uca iletmektedir

Uzun mesafeli iletişim için en yaygın kullanılan iletim ortamı olarak ortaya çıkan optik fiber, ışığı uzunluğu boyunca yönlendiren ince bir cam teldir. Optik fiberi bakıra tercih eden dört ana faktör vardır: veri hızları, mesafe, kurulum ve maliyetler. Optik fiber, bakıra kıyasla çok büyük miktarda veri taşıyabilmektedir. Sinyal tekrarlayıcılara ihtiyaç duymadan yüzlerce mil boyunca çalıştırılabilir, bu da bakım maliyetlerini düşürür ve tekrarlayıcılar yaygın bir ağ arızası kaynağı olduğundan iletişim sisteminin güvenilirliğini artırmaktadır. Cam, bakırdan daha hafiftir ve uzun mesafeli optik fiber kurarken özel ağır kaldırma ekipmanına daha az ihtiyaç duyulmaktadır. İç mekan uygulamaları için optik fiber, bakırla aynı şekilde yaklaşık bir fit başına bir dolara mal olmaktadır.^[4]

Çok modlu ve tekli mod, yaygın olarak kullanılan iki tip optik fiberdir. Çok modlu fiber, ışık kaynağı olarak LED'leri kullanmaktadır ve sinyalleri yaklaşık 2 kilometre daha kısa mesafelere taşıyabilmektedir. Tekli mod, onlarca kilometrelik mesafeler boyunca sinyalleri taşıyabilmektedir.

Optik fiber, cam (silika) veya plastiğin insan saçından biraz daha kalın bir çapa çekilmesiyle yapılan esnek, şeffaf bir fiberdir.^[5] Optik fiberler, genellikle fiberin iki ucu arasında ışık iletmek için bir araç olarak kullanılmaktadır ve fiber optik iletişimde, elektrik kablolarından daha uzun mesafelerde ve daha yüksek bant genişliklerinde (veri hızlarında) iletime izin verdikleri yerde geniş kullanım alanı bulmaktadır. Metal teller yerine fiberler kullanılmaktadır, çünkü sinyaller daha az kayıpla yol almaktadır; ek olarak, fiberler, metal tellerin aşırı derecede muzdarip olduğu bir sorun olan elektromanyetik girişime karşı bağışıktır.^[6] Fiberler ayrıca aydınlatma ve görüntüleme için kullanılmaktadır ve genellikle demetler halinde sarılır, böylece bir fiberoskop durumunda olduğu gibi ışığı veya görüntüleri kapalı alanlardan dışarı taşımak için kullanılabilirler.^[7] Özel olarak tasarlanmış fiberler, bazıları fiber optik sensörler ve fiber lazerler olmak üzere çeşitli başka uygulamalar için de kullanılmaktadır.^[8]

Optik fiberler tipik olarak, daha düşük bir kırılma indisine sahip şeffaf bir kaplama malzemesi ile çevrili bir çekirdek içermektedir. Işık, fiberin bir dalga kılavuzu olarak hareket etmesine neden olan toplam iç yansıma fenomeni tarafından çekirdekte tutulmaktadır.^[9] Birçok yayılma yolunu veya enine modu destekleyen fiberlere çok modlu fiberler, tek modu destekleyenlere ise tek modlu fiberler denir. Çok modlu fiberler genellikle daha geniş bir çekirdek çapına sahiptir ve kısa mesafeli iletişim bağlantıları ve yüksek gücün iletilmesi gereken uygulamalar için kullanılmaktadır.^[10] Tek modlu fiberler, 1.000 metreden (3.300 ft) uzun çoğu iletişim bağlantısı için kullanılmaktadır.

Fiber optik haberleşmede optik fiberlerin düşük kayıpla birleştirilebilmesi önemlidir.^[11] Bu, elektrik telini veya kablosunu birleştirmekten daha karmaşıktır ve liflerin dikkatli bir şekilde ayrılmasını, lif çekirdeklerinin hassas hizalanmasını ve bu hizalanmış damarların bağlanmasını içermektedir. Kalıcı bir bağlantı gerektiren uygulamalar için bir füzyon eklemesi yaygındır. Bu teknikte, liflerin uçlarını birlikte eritmek için bir elektrik arkı kullanılmaktadır. Diğer bir yaygın teknik, liflerin uçlarının mekanik kuvvetle temas halinde tutulduğu mekanik bir eklemedir. Geçici veya yarı kalıcı bağlantılar, özel optik fiber konektörler aracılığıyla yapılmaktadır.^[12]

Optik fiberlerin tasarımı ve uygulaması ile ilgili uygulamalı bilim ve mühendislik alanı fiber optik olarak bilinmektedir. Terim, fiber optiğin babası olarak kabul edilen Hint fizikçi Narinder Singh Kapany tarafından icat edilmiştir.^[13]

Kılavuzsuz medya

Radyo

Radyo yayılımı, radyo dalgalarının bir noktadan diğerine veya atmosferin çeşitli kısımlarına yayılırken davranışıdır.^[14] Işık dalgaları gibi elektromanyetik radyasyonun bir biçimi olarak radyo dalgaları da yansıma, kırılma, kırınım, absorpsiyon, polarizasyon ve saçılma fenomenlerinden etkilenmektedir.^[15] Değişen koşulların radyo yayılımı üzerindeki etkilerini anlamak, uluslararası kısa dalga yayıncıları için frekans seçiminden güvenilir mobil telefon sistemleri tasarlamaya, radyo navigasyonuna ve radar sistemlerinin çalışmasına kadar birçok pratik uygulamaya sahiptir.

Pratik radyo iletim sistemlerinde farklı yayılım türleri kullanılmaktadır. Görüş hattı yayılımı, verici antenden alıcı antene düz bir çizgide ilerleyen radyo dalgaları anlamına gelmektedir. Görüş hattı iletimi, cep telefonları, telsiz telefonlar, telsizler, kablosuz ağlar, FM radyo ve televizyon yayıncılığı ve radar gibi orta menzilli radyo iletiminde ve uydu televizyonu gibi uydu iletişiminde kullanılmaktadır. Dünya yüzeyindeki görüş hattı iletimi, verici ve alıcı antenlerin yüksekliğine bağlı olan görsel ufka olan mesafe ile sınırlıdır. Mikrodalga frekansları ve üzerinde mümkün olan tek yayılma yöntemidir. Mikrodalga frekanslarında, atmosferdeki nem (yağmurun azalması) iletimi bozabilmektedir.

MF, LF ve VLF bantlarındaki daha düşük frekanslarda, kırınım nedeniyle radyo dalgaları tepeler gibi engellerin üzerinden bükülebilmektedir ve Dünya'nın çevresini takip eden yüzey dalgaları olarak ufkun ötesine geçebilmektedir. Bunlara yer dalgaları denir. AM yayın istasyonları, dinleme alanlarını kapatmak için yer dalgalarını kullanmaktadır. Frekans azaldıkça, mesafe ile zayıflama azalmaktadır, bu nedenle dünya çapında iletişim kurmak için çok düşük frekanslı (VLF) ve aşırı düşük frekanslı (ELF) yer dalgaları kullanılabilir. VLF ve ELF dalgaları, su ve toprak yoluyla önemli mesafelere nüfuz edebilir ve bu frekanslar, mayın iletişimi ve batık denizaltılarla askeri iletişim için kullanılmaktadır.

Orta dalga ve kısa dalga frekanslarında (MF ve HF bantları) radyo dalgaları, iyonosfer adı verilen atmosferde yüksek yüklü parçacıklar (iyonlar) tabakasında kırılabilir. Bu, gökyüzüne bir açıyla iletilen radyo dalgalarının ufkun ötesinde, büyük mesafelerde, hatta kıtalararası mesafelerde Dünya'ya geri yansıtılabileceği anlamına gelmektedir. Buna gök dalgası yayılımı denir. Amatör radyo operatörleri tarafından diğer ülkelerle ve uluslararası yayın yapan kısa dalga yayın istasyonlarıyla konuşmak için kullanılmaktadır. Skywave iletişimi, üst atmosferdeki koşullara bağlı olarak değişkendir; en çok geceleri ve kışın güvenilirdir. Güvenilmezliği nedeniyle, 1960'larda iletişim uydularının ortaya çıkmasından bu yana, daha önce skywave'leri kullanan birçok uzun menzilli iletişim artık uyduları kullanılmaktadır.

Ek olarak, özel iletişim sistemlerinde kullanılan troposferik saçılma ve yakın dikey insidanslı gökyüzü dalgası (NVIS) gibi daha az yaygın olan birkaç radyo yayılım mekanizması vardır.

Dijital kodlama

Verilerin iletilmesi ve alınması tipik olarak dört adımda gerçekleştirilmektedir:^[16]

1. Verici uçta, veriler ikili bir gösterimle kodlanmaktadır.
2. İkili gösterim tarafından belirtildiği gibi bir taşıyıcı sinyal modüle edilmektedir.
3. Alıcı uçta, taşıyıcı sinyal ikili gösterime demodüle edilmektedir.
4. Veriler ikili gösterimden çözülmektedir.

Kaynakça

1. Agrawal, Manish (2010). Business Data Communications. John Wiley & Sons, Inc. s. 37. ISBN 978-0470483367.
2. McBee, David Barnett, David Groth, Jim (2004). Cabling : the complete guide to network wiring (3.3url=https://books.google.com/books?id=AKDSTYu3nl4C&pg=PA11 bas.). San Francisco: SYBEX. s. 11. ISBN 9780782143317. 2 Ocak 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Temmuz 2021.
3. Nahin, Paul J. (2002). Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. ISBN 0-8018-6909-9.
4. Agrawal, Manish (2010). Business Data Communications. John Wiley & Sons, Inc. ss. 41-43. ISBN 978-0470483367.
5. "Optical Fiber". www.thefoa.org. The Fiber Optic Association. 24 Ocak 2009 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Nisan 2015.
6. Senior, John M.; Jamro, M. Yousif (2009). Optical fiber communications: principles and practice. Pearson Education. ss. 7-9. ISBN 978-0130326812.
7. "Birth of Fiberscopes". www.olympus-global.com. Olympus Corporation. 13 Kasım 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Nisan 2015.
8. Lee, Byoungho (2003). "Review of the present status of optical fiber sensors". Optical Fiber Technology. 9 (2): 57-79. Bibcode:2003OptFT...9...57L. doi:10.1016/s1068-5200(02)00527-8.
9. Senior, pp. 12–14
10. The Optical Industry & Systems Purchasing Directory (İngilizce). Optical Publishing Company. 1984. 10 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Temmuz 2021.
11. Senior, p. 218
12. Senior, pp. 234–235
13. "Narinder Singh Kapany Chair in Opto-electronics". ucsc.edu. 8 Nisan 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi.
14. H. P. Westman et al., (ed), Reference Data for Radio Engineers, Fifth Edition, 1968, Howard W. Sams and Co., 0-672-20678-1, Library of Congress Card No. 43-14665 page 26-1
15. Demetrius T Paris and F. Kenneth Hurd, Basic Electromagnetic Theory, McGraw Hill, New York 1969 0-07-048470-8, Chapter 8
16. Agrawal, Manish (2010). Business Data Communications. John Wiley & Sons, Inc. s. 54. ISBN 978-0470483367.