SAYISAL SES YAYINI (DAB:DIGITAL AUDİO BROADCASTİNG)

SAY ISAL I.GİRİŞ

(DAB:

Y AY INI DIGITAL

AUDIO

199O'\\ yılların radyo yayıncılığı alanındaki en büyük gelişmelerin den birisi de DAB'dir. Uzun vadede mevcut analog FM yayınlarının yerini almak üzere planlanmıştır. DAB Yayınları yersel (T DAB Terrestrial Digital Audio Broad casting) ve uydudan (S DAB Satellite Digital Audio Broadca sting) olmak üzere iki gruba ayrıl maktadır.

B R O A D CA ST I N G ) EBU (European Broadcasting Uni on) bünyesinde oluşturulan Eııreka 147 adı verilen bir proje grubunca geliştirilen DAB, dinleyicilere ve il gili sistem üreticilerine büyük im kanlar yaratacaktır. Ayrıca, yeni geliştirilen COFDM (Coded Ortho gonal Frequency Division Mııl tiplexing) nıodülasyon tekniği ve buna bağlı SFN (Single Frequeııcy Netvvork Tek Frekans Ağı) tipi fre kans planlaması ile de mevcut fre kans sıkışıklığına çözüm getirecek niteliktedir. Üretilen prototip alıcı ve verici ile ilgili test sistemleri üzerinde yapılan denemeler olumlu sonuç vermiştir.

DAB ile birlikte, aynı frekanstan belirli bir alana birden fazla verici ile aynı programların yayınlanması durumunda da enterferansın olma yacağı bir sistem olan SFN geliş tirilmiştir.

2007 Yılından sonra genel düşünce DAB yayınlarının şimdiki FM bandına aktarılacağı yönündedir. Ancak bu tarihe kadar özellikle başlangıç aşamasında kullanılabile cek frekanslar konusunda 3 21 Temmuz 1995 tarihleri arasında Almanya'nın Wiesbaden kentinde

Erkan CAN CEPT (European Confe rence of

Başmühendis Postal and Telecommuni cations • Administrations) üyesi ülkeleri

T R T Kurumu Genel Müdürlüğü kapsayan T DAB Planlama Toplan

Teknık Planlama ve Koordinasyon Dairesi Başkanlığı ^ ^ Z L ^ t ^ ^

Ülkemize isteğimiz doğrultusunda

39? ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

TV 12. Kanal (223 230 MHz) ve L Bandının (1 2 GHz) 1452 1467 MHz aralığında bloklar verilmiştir. 1467 1492 MHz aralığı ise S DAB için kullanılacak olup paylaşımı ayrıca ileride yapılacaktır.

System D System B 223.75 224.75

Dt

DAB Blok Vısıcm Carrier SoundCarr 1

Sound Carr 2

System B/E 229.7 yf\ 729 99;

SysB

Şekil l'de TV 12. Kanalın, herbiri 1.536 MHz band genişliğinde olan 4 bloğa ayrılmış şekli verilmektedir. Planlama toplantısında mevcut sivil ve askeri sistemlerimiz gözönüne alınarak birinci öncelikli olarak blok 12A ve 12B ağırlıklı olmak üzere frekans alınmış, ikinci önce likli olarak da L Bandı tercih cdil miştir.

II.DAB YAYIN ZİNCİRİ

225.M8 Şekil 1 : DAB Bloklarının TV 12. kanala yerleştirilişi.

229 072

V E R I C; i

Kocflayıcı Program

Çoğullayıcı

Kana! Kodlayıcı

I, 11

lufodûlatör

Verici Antsı

DAB Yayın zinciri, en genel halde Şekil 2 ve Şekil 3 'de verilmektedir. Stüdyo çıkışında mono ya da stereo yayın, sayısal olarak kodlanır. Kodlanmış sinyal daha sonra da , MUSICAM (Masking Pattern Adap ted Universal Sub Band Integrated Coding And Multiplexing) tekniği ile ayrıca kodlama, sıkıştırma ve çoğullama işlemine tabi tutulur.

Diğer Programlar

Alıcı Anten

n

Demodilatcf

AL IC[

Hata

Kanal

Ayran

Şekil 2 : Stüdyo Alıcı arası yayın zinciri

Daha sonra da seçilen iletim orta mına uygun olarak (Kablo, uydu, R/L gibi) gerekli kodlama ve mo dülasyon işlemleri uygulanır. Veri cilere kadar iletilen bilgiler burada COFDM modülasyon tekniği ile modüle edildikten sonra verici anteninden yayınlanır.

V E •R î C I

R DAT CD

Mısıcam Kodlayıcı

CCFDM Kod/M>d.

,

Program

Verici

Geniş spektrumlu alıcılar tarafından alınan bu yayın gerekli dönüşüm

ALICI ii

lerden sonra ses olarak dinlenir. Bu

0OFDM

Mjsıcam

arada, yayınla birlikte stüdyodan

Dönüştürüci

Kodçöaiicû

girilen diğer veriler de (Data) alıcı

da gerekli dönüşümlerden sonra uy Şekil 3 : Stüdyo Alıcı arası yayın zinciri gun alıcı sistemlerinden alınabilir.

Almanlar tarafından geliştirilen MUSICAM tekniği ile insan kula ğının algılayamayacağı nitelikte sayısal bilgi indirimi yapılır. MUSICAM bit azaltma tekniğinde insan kulağının duyma karakteris tiği kullanılır. Kullanılan bu karak teristikler Şekil 4 ve Şekil 5'de ve

rilmektedir. Şekil 4, kulağın mini mum duyma seviye eğrisini, Şekil 5 ise B seviyesinde duyulan bir sesin maskeleme etkisinden dolayı A'nın duyulamayacağını açıklamaktadır. Bu durumda birinci şekilde A duyulabilir olduğundan iletilir. İkin ci Şekilde B duyulabilir ancak bura

daki A sinyali B'nin çok yakınında olduğundan, yani B tarafından mas kelendiği için duyulamayacağından gönderilmez. Böylece. 1411 kbit/s olan stereo kodlama bilgisi 256, 224 ya da 192 kbit/s'ye kadar indirgenir. Sayısal bilgi indirgeme oranı 7'ye kadar çıkabilmektedir. Bu azaltma.

39S ELEKTRİK A AK. MÜHENDİSLİĞİ l*rO

bilginin iletini band genişliği ve Ses

dolayısıyla da gerekli güç tasarrufu Basınç

sağlamaktadır.

Seviyesi

Ses Basınç Seviyesi

III.STÜDYODA SESİN KOD LANMASI

Mevcul yayın zincirinde, kaliteyi bo zucu nitelikteki bazı sorunlar analog sistemde aşılamamaktadır. Bu bozu cu etkilerin başlıcaları gürültü, ile tim zincirindeki sistemlerin perfor mans bozuklukları, atmosferik şart lar gibi sayılabilir.

!

i

Şekil

y Minimum Duyulabilir Seviye

Frekans • ! 4

B'nın Maskelemesinden

Sonra Yem

B

Seviye

Şekil 5

Yayıncılar, çözülemeyen yada tama men yok edilemeyen bu tür sorun lara rağmen yayın kalitesini artır mak için yoğun uğraşı içinde olmuş lardır. Bu çalışmalar sonucu gelişti rilen ve en azından stüdyoda çok kaliteli ses elde etmeyi amaçlayan Compact Disc (CD yada CD I). Rotary Head Digital Audio Tape (R DAT). Digital Compact Disc (DCD). Mini Disc (MD) gibi stüdyo teçhizatları kullanılmaktadır.

DAB yayını için stüdyoda, sesin

yukarıda belirtilen olanaklarla

sayısal olarak kaydedilmesi yada

analog

kayıtların

sayısala

dönüştürülmesi gerekir. Stüdyoda

kodlama işlemine tabi tutulacak ses

kaynaklarının sayısı kodlama oranı

na bağlıdır. DAB Yayın sisteminde,

ses kodlaması. bir alt band ses kod

lama ve sıkıştırma tekniği olan

MUSİCAM ile yapılır. Mono yayın

için 32. 48. 64. 80. 96. 112. 128. 160

ve 192 kbit/s'lik örnekleme oran

ları, stereo ve dual ses için de bu

örnekleme oranlarının iki katı kul

lanılır. Farklı kodlama oranları ya

yıncılar tarafından istenilen kaliteye

bağlı olarak seçilebilir.

Örneğin. 192 kbit/s'lik mono yayın için yada 384 kbit/s'lik stereo yayın için kodlama durumunda oldukça yük sek kaliteli ses elde edilir. Ancak bu durumda 1.5 MHz'lik band içinde sadece 6 mono yada 3 stereo DAB ses yayını yapılabilir. DAB vavın larında 1 ile 6

arasındaki programlar 1.5 MHz'lik bloklar içinde gönderilir. Genelde 128 kbit/s'lik örnekleme oranı mono yayın için kullanılır ve bu durumda da bir bloktan 5 ste reo yada 10 mono yayın gönderilebilir. Mevcut FM yayınlarının kalitesinde bir yayın için 64 kbit/s'lik örnekleme oranı ve AM kalitesinde bir yayın için de 48 kbit/s'lik örnekleme oranı kullanılır.

DAB ile. ses yayınına ilaveten ayrıca RDS (Radio Dala Systcm Radyo Data Sistem) sistemindekine benzer alıcı ekranına yönelik servis hizmetleri de verilecektir. Bunlara örnek olarak zaman, takvim, servis adı kimliği, reklamlar, program adı. program türü v.b. sayılabilir.

Bu arada RDS sisteminin ileride DAB ile birleştirilerek yapılması ve ortak alıcı üretilmesi planlan maktadır. Bu amaçla gerek RDS gerekse DAB'ın bazı fonksiyonları ortak olarak belirlenmiştir.

IV.SESİN STÜDYODAN VERİ CİLERE İLETİMİ

Kodlanan ses sinyali stüdyo çıkışın dan itibaren vericilere kadar uydu ya da radyolink sistemleri ile iletilir. Kablolu yayın durumunda ise ge rekli dönüşümlerle sinyalin kanal lardan dağıtımı sağlanır.

V.DAIİ VERİCİLERİ

DAB vericileri sayısal olarak kod lanmış 6ya kadar stereo (yada mono) program ile 2 veri (dala) kanalı üzerinde işlem yapabilecek şekilde dizayn edilmiştir 1.5 MHz içine yerleştirilen yukarıda belirtilen program ve veriler COFDM modülasyotumdan sonra Band II. Band III yada L Bandından seçilen bir frekansa modüle edilerek verici den yayınlanacaktır.

Yukarıda belirtilen T DAB Planla ma Toplantısına kadar EBlTnun ilgili çalışma grubunda T DAB baş langıç yayın frekans ve alıcı tarama bandı olarak Band II (47 68 MHz). Band III (216 240 MHz aralığı) ve L Bandı (1452 1467 MHz aralığı) ola rak belirlenmişti. Ancak askeri sis temler, mevcut diğer sistemlerden gelen kısıtlamalar ve toplantıda genel eğilimin Band III'e kayması nedeniyle Band ilden oldukça az frekans bloğu tahsis edilmiş olup alıcı ve verici üreticilerinin Band H'yi sistemlerine dahil etmeme durumu ortaya çıkmıştır.

DAB Vericileri genel olarak aşağıdaki ünitelerden oluşur;

• Mono yada stero kodlayıcı.

• COFDM modülalör (kanal kodla yıcı).

• RF modiilatör.

395 ELEKTRİK MÜIIENDİSI.İÛİ

• Besleme üniteleri ile birlikte ampli farklıdır. Alıcıda, stüdyodan itibaren

fikatörler.

sinyal üzerinde yapılan bir di/i

• Uygun iıılcrface üniteleri.

kodlama işleminin tersinin yapıl ması sözkonusudur. Alıcının bu

frekans kontrol (AFC). otomatik kazanç kontrol (AFC) ve faz referans bilgilerini taşır.

• Sigorta paneli.

işlemleri yapabilmesi için vericiden

• A/D çeviriciler,

program sinyalinin yanı sıra bu kodlama işlemine ait bilgiler de

• Test ve ölçü cihazları.

gönderilir. Kodlanma ilişkin blok şema Şekil 6'da verilmektedir.

VI.KODLAYICILAR

Ses sinyalinin vericide paketler ha linde sayısal olarak düzenlenmesin

Vericideki kodlayıcı. stüdyodan MU den sonra, her pakete diğer bilgilere S1CAM tekniği ile kodlanmış olarak ilaveten bir de "copyright" bilgisi gelen 1 ile 6 arasındaki stereo ya da eklenir. Bu bilgi alıcılara yayınla bunların değişik kombinezonları ile nan programın kaydedilip kaydedi veri paketleri üzerinde işlem lenıcycccğini bildirir.

MSC kanalı genel pakel yapısı için de en geniş alana sahip kanaldır Programlar MSC içinde taşınır. FIC kanalı içinde ise MCI (Mııltiple.\ Configuration Information) bilgisi taşınır. MCI alıcıya, multipleks ka nalı içinde taşınan bilgilerin yerle şim durumu hakkında bilgi taşır.

VIII.DAIİ ALICILARI

Prototip aşamasında olan DAB alıcı

yapabilecek şekilde dizayn edilmiştir. VII. TRANSMİSYON PAKETLERİ üretimi, gelişmesini tamamladığın

da RDS alıcısına benzer ancak daha

Veicide sinyalin kodlanması işlemin de, öncelikle, stüdyodan sayısal ola rak gelen sinyal çok fazlı filtre siste mi ile 32 alt banda ayrılır. Bu bölme işleminden sonra hatasız olarak elde edilen örnekler ayrıştırılır ve yeniden bloklar halinde düzenlenir. Daha sonra da kuantalama işlemine tabi tutulur. Örneklerin bloklara yerleş tirilişi dinamik olup bloktan bloğa

DAB Multipleks sinyalinin basit ya pısı Şekil 7'de verilmektedir. Mul tipleks sinyali paketler halinde dü zenlenir. Pakette, program bilgile rine ilaveten FIC (Fast Information Channel). SC (Synchronizalion Channel) ve MSC (Main Service Channel) yer alır. SC: alıcıya paket yapısı, kontrol bilgileri, otomatik

fonksiyonel olacaktır. DAB alıcısın da hedeflenen nitelikler;

• Hızlı ve kolayca bütün radyo programlarına ulaşabilmesi,

• Hafızasında hir takını bilgilerin depolanması ile yayında oluşabilecek sorunlarda dinleyiciyi lıeıneıı uyarabilınesi.

• Statik ve dinamik bilgileri

PCM Audio Ö nekleri Filtreleme 48kHz » İşlemi

32 Altband

Kuantalama ve Kodlama

Verilerin Paket Kodlanm^s Ses Diyesi Haline Getiril

Sesin Akustik Çözümleme Modeli

Bit Yerleştirme Şekil 6 :Sesin kodlanması (ISO 11172 3 Modeli)

Senkron izasyon Kanalı

Radyo 1

Radyo 2

—

Şekil 7 : DAB Multipleks yapısı.

Radyo 3 Radyo 4 Radyo 5

sr

•

395 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

verebilmesi,

• Yayınlanan kodlu bilgileri doğru olarak çözebilmesi,

• Üzerinde karakterleri doğnı

ve tam olarak gösterebile

cek ekranının olması,

Kodlu Basebaru

DAB Smyalı

• DAB (Sayısal radyo)

yayınları dışında analog

FM ve AM yayınlarını da

Paket Açma

Yeniden Yapılandırma

ISO 11172 3 Model

Şekil 8 Alıcı kodçoaioi yapısı.

Kodl amadaki Fıltrel eme Tersi

PCM Ses Önekleri 48 k t t

alabilmesi,

• Mono stereo dual sese uygun dona nımlarının olması gerekir.

Alıcıda öncelikle kodlu olarak gelen sinyalin kodçözümü yapılır. Genel kodçözücü yapısı Şekil 8'de göste rilmektedir. Kodçözme işlemi mııl tipleks şeklinde birleştirilen sinyal lerin ayrıştırılması, sıkıştırılan sinyalin açılması ve kodlayıcıda yapılan fıltreleine işleminin tersini yapmaktan ibarettir. Alıcıda genel olarak stüdyodan itibaren sinyal üzerinde yapılan bir dizi kodlama işleminin tersinin yapılması sözkonusudur. Bu nedenle, alıcıya stüdyodan itibaren sinyal üzerinde yapılan bütün işlemlere ilişkin bilgiler gönderilir.

Şekil 8 : Alıcı kodçözücü yapısı.

3.

stereo 224 kbit/s

4.

5.

6.

mono 64 kbit/s

7.

data 64 kbit/s

8.

data 24 kbit/s

IX.SONUÇ

DAB'nin en büyük kazancı belirli bir bölgede vericilerin aynı programı yayınlamak koşuluyla aynı frekanstan yayın yapabilmelerini olanak sağlayan SFN tipi çalışmadır. Bu durum mevcut frekans sıkışıklığını son verecek özelliktedir. SFN tipi frekans planlamasında, yayınlanan sinyale

alanları 80 120 kın (kara orta mında) arasında olacak şekilde belirlenmiştir. Bu uzaklıklar sinya lin yayılacağı ortama (kara. deniz v.b.) ve yayın frekansına göre değişmektedir.

Bu sistem için belirlenen ve ülke mizde başlangıç aşamasında kulla nılacak olan frekanslar, mcvcııl yayın yapan 11. ve 12. kanal TV vericileri ile diğer bazı servisleri etkileyecektir. Aynı zamanda ülkemizden kaynaklanan yayın nedeniyle başka ülkeler de etkilenecektir. Bu nedenle mevcut sistemlerin korunması için gerekli planlama ve diğer bazı tedbirlerin alınması gerekecektir.

Prototip olarak Eureka 147 projesi çerçevesinde üretilen alıcının bazı fonksiyonları ve özellikleri;

bir süre (Guard Intcrval) eklenir. Alıcıda, eklenen bu süre kadar daha gecikmeli gelen sinyaller ilk gelen sinyalle toplanarak güçlenmesini

Ülkemizde DAB yayınlarının baş langıcı olarak 1999 yılı öngörül mektedir. Bu konudaki kararları ve gerekli izinleri 3984 sayılı yasa

• RF Giriş empedeansı 75 olun,

sağlar ve böylece aynı programı

• RF Tuning adımı 16 kHz,

yayınlayan ve yansıyarak ya da başka vericilerden gelen sinyaller

• Vericilerin çalışma modlanna göre RF alıcıda birbirini yapıcı etki ederler.

alış frekansları 87.5 MHz 1.5 GHz arası, (1.5 GHz bandında alman sinyal alıcıda 170 240 MHz aralığına indirgenir.

Verilen süreden fazla geciken sinyal ise daha önce gelen sinyalleri bozucu etkisi olacaktır. Bu süre 250 300 nano saniye dolayında olup

• Minimınn ve maksimum sinyal alış böylece 75 90 km daha fazla yol

seviyeleri 80 ve 10 dBm,

katederek gelen dalgalar alıcıda

çerçevesinde kurulan Radyo ve Televizyon Üst Kurulu verecektir. Avrupa'da ise. deneme yayınları, başta Almanya olmak üzere baş lamış durumda olup düzenli yayın lara 1997 yılında başlanacaktır.

Prototip olarak geliştirilen DAB kodlama, verici ve alıcı sistem lerinin zamanla seri üretim ve

• Çalışma nıod'ları arasında otomatik geçiş,

• Alıcı çıkışı mono, stereo yada dual ses'e uygun,

• Alıcı 8 ayrı kanal üzerinde işlem yap maya uygun olup bu kanallar ve kod çözme oranlan aşağıda verilmektedir.

toplanarak daha güçlü sinyal elde edilecektir. SFN ile birlikte ilk defa Şebeke Kazancı (Netuork Gain) tanımı ortaya çıkmıştır. Bu kazanç aynı frekanstan ve aynı programı yayınlayan 2 verici durumunda 7.6 dB, 3 verici durumunda 11.4 dB ve 4 verici durumunda ise 13.8 dB

talebin artmasıyla ucuzlaması bek lenmektedir. Başlangıç aşamasında uyumluluk bakımından alıcılar mevcut analog yayınları da alabilecektir.

KAYNAKÇA:

olmaktadır.

EBU (Europen Broadcasting Union)

Kanal No 1. 2.

Programlar stereo 256 kbit/s stereo 224 kbit/s

Teknik Dokümanları DAB için prototip vericiler en fazla (Teclmical Revie\v) 10 kW (ERP) gücünde ve yayın

3 9 S ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ