GSM, HÜCRESEL HAREKETLİ HABERLEŞME SİSTEMİ

G SM " HÜCRESEL HAREKETLİ

HABERLEŞME SİSTEMİ

Adnan ÇORA"

Bu çalışmada, Avrupa Posta ve Telekomünikasyon İdareleri Konferansı'nın (Conference on European Postal and Telecommunications Admınistrations) oluşturduğu ve 1991 veya en geç 1992 ortalarında faaliyete geçecek olan bütün Avrupa'yı, tabi bu arada Türkiye'yi de kapsayacak olan hücresel hareketli bir yer haberleşmesi sisteminin (GSM) yapısı, GSM sisteminin tarihçesi ve Avrupa'da halen mevcut hücresel hareketli yer ha berleşmesi sistemleri hakkında teknik bilgiler verilmiştir. Birinci bölümde, GSM sistemi nin tanıtımı ve özelliklen iki ayrı kısımda incelenmiştir. İkinci bölümde ise GSM'in alt sis temi incelenmiş, bunu takiben 3. bölümde sistemin modülasyon, kodlama ve haberleş mesı sisteminde buna sağlanan imkânlar özetlenmiştir. Beşinci bölümde çok kısa olarak, GSM'in teknik parametreleri ve sistem olarak tavsiyeleri verilmiştir. 6 bölümde ise so nuçlar ve GSM'e ait geleceğe dönük düşünceler ifade edilmiştir

SUMMARY

İn this paper, the structure, features and facilities of a cellular land mobile radio com munication system, named Groupe Speciale Mobile (GSM), set up by the Conference on European Postal and Telecommunication Adminıstrations, which will operate in 1991 or at latest in mid 1992 and cover vvhole Europe (certainly will also include Turkey) is descrıbed The introduction gives the history of GSM system and technical data on currently existing systems in Europe. İn Section 1. defining and features of the GSM system are given. İn Section. 2. GSM radio subsystem is searched, following this in Section 3, Modulation. coding and performance features of the land mobile communi cation systems handover and its features are summarized. Technical parameters and recommendations made by GSM follovves this in Section 5 At the end in Section 6 conclusıons and future prospects of the GSM are expressed

Groupe Speciale Mobile Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü

GİRİŞ:

A vrupa endüstrisi 1992'de ticari engellerin kaldırılması şartları na kendisinihazırlarken, hare ketli haberleşme konusu ile uğraşanlar bu yönelişi önceden far ketti ve milletlerarası sanayicilere bü tün Avrupa'yı kapsayacak bir Hare ketli Telefon Sistemi'ni geliştirmeleri için izin verildi. Böylece Avrupa elektronik endüstrisinin tarihinde ilk defa politik, ticari ve endüstriyel güç ler Avrupa endüstrisi için yerli bir pa zar meydana getirmek üzere birleşti ler.

Hücresel Radyo, gittikçe artan hare ketli telefon talebi ıçirj, sınırlı olan radyo spektrumunu daha verimli kul lanmak maksadıyla tasarlanmıştır. Frekans spektrumunun her MHz'i sadece nisbeten az sayıda eş za manlı konuşmayı sağlamalı ve aynı frekans, ülke çapında veya bölgesel bir servis için gerekli kapasiteyi kar şılamak maksadıyla birçok defa tek rar kullanılmalıdır.

Hücresel Radyo, bunu, bütün bölgeyi petek şeklinde hücrelere bölmek ve frekansları ve güç seviyelerini iki veya üç hücre ödete, aynı frekansı farklı konuşmalarda kullanabilecek şekilde tahsis etmek suretiyle gerçekleştirir.

Halen, Avrupa'da kullanılmakta olan birçok sistem vardır ve bir sistem için tasarlanan hareketli ünite, bir diğeri ile kullanılamamaktadır. İngiltere ve İrlanda, Amerikan AMPS (Advanced Mobile Phone System) standardının bir türü olan TACS'ı (Total Access Communication System) kullanmak ta, İskandinav ve Benelux ülkeleri ile İspanya ve Avusturya NMT 450 ve son olarak NMT 900'ün değişik türle rini kullanmaktadırlar. Buna karşılık, Federal Almanya C 450'yi geliştirmiş, İtalya RTMS, Fransa ise Radio Com 2000 sistemini başlatmıştır. Bu sis temlerin genel karakteristikleri Tab lo. 1'de gösterilmiştir.

1981'de bir Fransız Alman ortak ça lışması, ortak bir yaklaşımı geliştir mek için başlatılmıştı ve bunun Avru pa için bir standart haline gelmesi ümit ediliyordu. Çok geçmeden Av rupa PTT'leri Birliği (CEPT: Confe rence on the European Postal and Telecommunication Administrations) işi ele aldı ve Harmonizasyon Komi tesi'nin gözetimi altında Özel Hare ketli Grubu'nu (Group Speciale Mo

381 ELEKTRİK 1 Of MÜHENDİSLİĞİ İ O 3

1" PRISFÖRTECKNING

DIVEF(SE APPAF(ATEF( frln

L. M. ERICSSON & C:o

STOCKHOLM.

it 0te yandan, nem GSM sisteminin diğer kullanıcıları tarafından son derece kapsamlı bir şekilde hem de çok farklı diğer radyo servisleri tarafından paylaşılması gereken bir radyo iletim ortamı vardır. „

bile, GSM) kurdu. GSM, 1990'larda bütün Avrupa'yı kapsayacak bir sis temi tanımlamakla görevlendirilmişti. Şimdi ise 1991'in ortalarında bir ser visi işletmeye koyacak şekilde teçhi zat temin etmek üzere 17 PTT idare si, bu sistemi gerçekleştirmeye ken dilerini adayan bir memorandum im zalamışlardır.

1.1. GSM SİSTEMİNİN ÖZELLİKLERİ

GSM'in ilk yılları, esas olarak verinin

(data) hareketli (mobile) ile Yer İstas yonu (BS) arasında taşınması için radyo tekniklerinin seçimine tahsis edilmişti. 1986'dan önce GSM, üye ülkelerin farklı adaylarının bu bağlantı için yaptıkları teklifleri denemeye ha zırdı. 1986'nın sonunda Paris'te, altı farklı sistem denendi. GSM, adayları değerlendirmek için önem sırasına göre yedi kriterlik bir liste hazırlamıştı. Tablo. 2'de verilen bu listenin başında kilometre kare başına bir MHz'deki eş zamanlı konuşmaların sayısı olan spektral verimlilik gelmekteydi.

Sistemin Adı

NMT450

Frekans Bandı (Mhz)

Kapsadığı Band(Mhz)

NMT900

TACS (ETACS)

Ocak 1985

C450

RC2000

RTMS

Tablo 1: AVRUPA HÜCRESEL Radyo Standartları

Kanal Aralığı (Khz)

12.5

15(16)

20 12.5

Kullanıldığı Ülkeler

Abone Sayısı (Mayıs 1988

İsveç, Norveç, Dani marka, Finlan., İspan ya, Avusturya, Hollan da, İzlanda, Luxertı. Belçika

505880

İsveç, Norveç, Danimarka, Finlandiya. İsviçre

79990

İngiltere. İrlan

da

F. Almanya, Portekiz Fransa İtalya

65620 62170 1986

186 381 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

İşletmeye Açılışı

Ekim 1981

Aralık 1986

330620 Eylül 1985 Ekim 1985 Eylül 1985

Spektrumun verimliliği Sub]ektıf ses kalitesi Hareketlinin maliyeti

Elde taşınabilirlik Yer İstasyonu maliyetleri Yeni servisleri destekleme ımkânlan Mevcut sistemlerde bırarada varoiabılme

Tablo. 2: GSM Sistemi Tarafından karşılanması gereken kriterler:

Bu seçimde hiç bir adayın teklifi kabul edilmedi, fakat t>ır çok farklı sistemin yaklaşımı ve düşüncelerine dayaiı bir sistemin tasiağını hazırlamak fikri ka bui edilmişti.

Ciddi olarak müzakere edilmeyen bir konu ise Hücresel Radyo'nun perfor mansı idi. Performans, ilk oiarak or tak kanal girişimi ı'co channel inter ference) ile sınırlıdır ve telefonun ka litesi, şayet sayısai iletim kullanılıyor sa, ortak kanal girişiminin çok yük sek seviyelerinde elde edilebilir. Bu, hücrelerin daha sık tekrarlanabilme lerine imkân verir ve sadece bu faktör ile GSM sisteminin NMT sistemine göre temelde spektral verimlilik açı sından 3 kat daha gelişmiş imkânlar sunduğu tahmin edilmiştir. Sayısal iletimi destekleyen diğer bir faktör de bütün dünyada telekomünikasyon endüstrisinin hızla sayısal metodlara dönüşmesi ve ISDN'in gerçekleştiril mesi ile bugüne kadar olduğundan çok daha yüksek seviyede bir sayısal işaretleşmeyi sağlayacak oluşudur.

Önemli bir konu da en uygun iletim metodunun hangisi olduğudur. Adaylar tarafından çeşitli yaklaşımlar (FDMA, TDMA, CDM gibi) ileri sürül müş fakat TDMA (Time Dîvision Mul tipie Access: Zaman Bölmeli Çoklu Giriş)'in uygulanması için Nisan 1987'de nihai karara varılmıştır.

1.2. SİSTEMİN TANITIMI

Burada, tabiatıyla ancak sistemin ana elemanlarına kısa bir bakış veri lecek ve bunların fonksiyonları kısaca tanıtılacaktır. GSM yaklaşımının altın da yatan ana felsefelerden biri, sis temdeki ana bağlantıların (interfaces) halka açık olmasıdır. Bütün bağlantı ların geliştirilmesi ve standardizasyo

nu için önemli ölçüde zaman ve gay ret sarfedilmıştir. GSM sisteminin katları 1, 2, ve 3 (fiziksel, veri linki ve şebeke katları) olarak belirlenmiştir. Bu durum, GSM sisteminin, halen mevcutsistemle olan önemli farklılık larından birisidir. Şüphesiz diğer önemli bir farklılık, hava bağlantısı (air interface) ve sayısal iletimin kulla nılmasıdır.

Hareketli istasyon, klasik, araca monteli 20 W'da çalışan telefondan tipik olarak 5 W'ın altında yayın yapan ve gittikçe popüler hale gelen, elde taşınır ünitelere kadar değişik şekil lerde olabilir. Elde taşınır ünitenin büyüklüğü ve ağırlığını belirleyen ana faktörlerden birisi batarya paketidir. Sistemin bir özelliği de ya daha küçük boyutlarda olması veya yüklemeler (şarj) arasında daha uzun ömür ver mek üzere tasarlanmış olmasıdır. Mevcut analog sistemlerde bu süre 24 saatten daha azdır. Hareketli kullanıcı bir konuşmayı başlattığında, kendi teçhizatı lokal bir Yer Istasyonu'nu (BS) arayacaktır. Bir Yer İstasyonu Sistemi (BSS), Bir Yer İstasyonu Kontrolörü (BSC) ile bir veya daha çok sayıda Yer Alıcı Ve rici İstasyonlarını (Base Trasceiver Stations) ihtiva eder. Bunların her biri bir veya daha çok frekans kanallı bir radyo hücresi temin eder (pratikte durum bundan çok daha kompleks dir.) BTS, radyo bağlantısının 1. ve 2. katlarını teşkil etmektedir. (Yani ha tası düzeltilmiş bir veri yolu (error corrected data path) Her BTS kanal larından birini kontrol fonksiyonlarına tahsis eder, kalan kanallar trafiğe ay rılır. Hareketli, bir defa, bir BTC'ye gi riş yapıp senkronize olduğunda, BSC ona iki yönlü bir işaretleşme kanalı tahsis edecek ve Hareketli Servisler

Bağlantı Merkezı'ne (Mobile Switc hing Centrej.bu yol açacaktır. MSC, şebeke içerisinde trafiği işaretleşme yi yönlendirir ve diğer şebekelerle birlikte çalışır. MSC, ilâve fonksiyon larıyla birlikte bir ana ISDN santralı (exchange) ve hareketli uygulamaları destekleyecek olan bağlantılardan ibarettir. Bir hareketli, sisteme giriş yapmak için talepte bulunduğunda, kendi IMS I (International Mobile Subscrıber Identity) kimliğini belirt mek zorundadır. Bu kimlik abonenin sisteme girişine izm verildiğini doğru lamaya yarayacak özel bir numara dır. Bu işlem, belgeleme (authentica tion) olarak isimlendirilir. Bununla bir likte, sistem abonenin nerede yerleş miş olduğunu bulmak zorundadır. Her abone bir ana şebekeye ve mümkün olduğu takdirde de o şebeke içinde bir MSC'ye ait olmalıdır. Bu durum, Ana Yerleşim Kaydedicisi'ne (Home Location Register HLR) bir giriş yapmak suretiyle gerçekleştirilir. Bu kaydedici, abonenin izin verildiği servisler hakkındaki bilgileri taşır. HLR aynı zamanda tek bir belgeleme anahtarı ve ilgili çağrı / cevap jenera tör de ihtiva eder.

2. GSM RADY O ALT SİSTEMİ

Bu bölümde de GSM radyo telefon şebekesinin radyo alt sistemi ince lenmiştir. Lojik kanalların verisinin hatadan nasıl korunduğu, fiziksel ka nallara nasıl yerleştirildiği ve son ola rak da radyo linki üzerinden yarıklara (brust) nasıl yerleştirildiği kısaca an latılacaktır.

381 ELEKTRİK | Q« MÜHENDİSLİĞİ ± O /

CrSM sistemi, coğrafi bölgeyi kısımlara ayırmak için çok iyi bilinen hexagonal hücreler şeklinde bölgeyi hücrelere ayırır. Bu hücreler 1 km'ye kadar küçük çapta olabilir. „

band genişliği verimli modülasyon kullanması bu gereklerden dolayıdır. İletim şekil ve modülasyon tipi bir sonraki bölümde daha geniş incele necektir.

Radyo alt sisteminin amacı, veri linki katına, baştan sona kadar tanımlan mış bir "bit pipe"ı kabul edilebilir bir iletim gecikmesi (transmission delay) ve lojik kanalların her biri için makul bir kalite temin etmektir. Bu maksadın tahakkuku için fiziksel kat 4 kategori de gruplandırılabilen çeşitli amaçları yerine getirir (şekil. 1).

Spektrum aralığı frekans, zaman ve coğrafik bölge açısından spektrum kaynaklarının mümkün olduğu kadar küçük bir kısmını kullanmakta olan özel bir hareketli istasyonun ihtiyaç larına uygun fiziksel kanallar temin etmek üzere kısımlara ayrılmalıdır.

GSM sistemi, coğrafi bölgeyi kısımla ra ayırmak için çok iyi bilinen hexa gonal hücreler şeklinde bölgeyi hüc relere ayırır. Bu hücreler 1 km'ye ka dar küçük çapta olabilir. Her hücreye, önceden tahsis edilmiş belirli sayıda frekans/zaman kanallarıyla teçhiz

TCH

TRAFİK KANALLARI

<•

BCCH

İŞARETLEŞME KANALLARI

"N. CCCH

DCCH

Radyo alt sistemi linkin, hareketli ve Yer İstasyonları (BS) arasındaki fi ziksel katı oluşturur. Öyle ki radyo alt sistemi hareketli abone ile şebeke arasındaki fiziksel bağlantıyı temin eder. Şekil. 1 fiziki katın bir görünü münü göstermektedir

Bir tarafta fiziksel kat, trafik kanalları (TCH) ve işaretleşme kanalları (Ya yın kontrol Kanalı •• BCCH), ortak kontrol kanalı (CCH), tahsis edilen kontrol kanalı (DDCH)'na ayrılabilen farklı bir grup lojik kanal yoluyla veri linki katı ile bağlanır. Şekilden görül düğü gibi bu kanallardan bazıları alt kanallara da bölünmüştür. Trafik ka nalı 6 farklı şekilde mevcuttur, yanı hem tam oranlıkonuşma (full rate speech) veya veri kanalı olarak (2, 4

4, 8 9, 6 kbit/s) hem de yarı oranlı veri kanalı (2, 4 4, 8 ve 9, 6 kbit/s ı olarak.

Öte yandan, hem GSM sisteminin diğer kullanıcıları tarafından son de rece kapsamlı bir şekilde hem de çok farklı diğer radyo servisleri tarafından paylaşılması gereken bir radyo iletim ortamı vardır. Bu nedenle radyo fre kans kaynaklarını tahsis ederken çok sınırlı bir imkân olan radyo spketrumu hesaba katılmalıdır. Ayrıca, hareketli terminalin hareketinden dolayı radyo linkinin güvenilemez ve zamanla de ğişen tabiatı gözönüne alınmayı ge rektirir. Yüksek kapasiteli nücresel sistemin, karışık zaman ve frekans bölmeli çoklu girişli sayısal iletim ve

SCH FCCH iI

Hata koruma ve Deteksiyon

Lojik kanalların fiziksel kanallara yerleştirilmesi

Fiziksel kanallar üzerinde yarıkların inşası ve iletimi

Bulma (detection) Radyo Altsistemi

Link Kontrolü

Fiziksel kat

Fiziksel Kaynak

Şekil 1:MS BS LİNKİNİN fiziksel katı

Veri yarıkları inşa ederek bunları radyo yolu üzerinden iletmek su retiyle fiziksei kanalla! meydana getirmek,

Özel bir lojik kanalın baştan sona ihtiyaçlarını gözönüne alarak lojik kanalları bu fiziksel kanallara yer leştirmek,

Özel ihtiyaçlarına göre her lojik kanala hata korumayı uygula mak.

Verilen kaynakları tahsis etmek için radyo ortamını göziemek ve kontrol etmek; kanal değişikliği (handover) ve güç kontrolü gibi fonksiyonlarla propagasyon ka rakteristiklerinin değişimlerini saymak.

edilmiş olan bir Yer İstasyonu tara fından serviste buiunulur Bu suretle radyo yayınının kapsayacağı alan çok Küçük hale getirilir, böylece belirli bir Kanalın tekrar kullanılabileceği mesa fe de oldukça küçülür. Bu kavram ki analog mobıl telefon şebekelerinde başarıyla kullanıldı son derece yük sek spektrum kapasitesi sağlar.

CEPT, GSM tarafından kullanılmak üzere iki frekans bandı tahsis etmiştir Bunlardan 890 915 MHz bandı hare ketli terminalden yer istasyonuna doğru kullanılacaktır. Bu bandlar 890,2/935,2 MHz'den başlayan çiftler şeklinde 200 kHz aralıklarla 124 taşı yıcı çiftine bölünmüştür. Şekil. 2'den de görüldüğü gibi frekans spektrumu,

188 381 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

f"

6! 7

Ver.

!

Deneme

\ . "^

Veri

3«

S"

Yarıl .'Burstl 1 İJ Ol!

15B 25 Dİ' 0.57^ ms

—13

Şekil 2: TEMEL ZAMAN ÇERÇEVESİ, zaman aralığı ve yarık yapıları

sabit tahsisli TDMA sistemi kullanıla rak zaman aralıklarına bölünmüştür. Bu sistemde zaman ekseni 0,577 ms'lik zaman aralıklarına bölünmüş olup 8 aralık (O'dan 7'ye kadar nu maralanan) 4,615 ms'lik bir zaman çerçevesi teşkil ederler. Özel bir za man aralığının tekrar vuku bulması (mesela, slot no.3) —her çerçeve bir fiziksel kanal teşkil ettiğinden— her 4.615 ms'de bir olur. Bu yapı her iki yönde de yani hem aşağı doğru hem de yukarı doğru kullanılmıştır. Veri bu zaman aralıklarına (time slots) yer leştirilen yarıklarda iletilir. Bu yarıklar aralıklardan biraz daha kısadır, 0.546 ms.

Şekil. 2 bir yarıktaki veri yapısını da göstermektedir. Bu 271 kbit/s ora nında iletilen 148 biti ihtiva eder. Gerçek veri iletimi için 114 bit elde edilebilmektedir. Kaian bitler yarıkla rın alınmasında (receptıon) ve bulun masında (detection) yardımcı olmak üzere kullanılır, her iki uçtaki 3 bitlik kuyruk bitleri, veri bitlerinin eşit bir şekilde kenarlara doğru ve ortada

eşit bir şekilde yerleşmesini sağlar. Yarığın ortasındaki deneme (traınıng) dizisi, alıcı (receıver) tarafından saçı iım dengeliyicisını (dıspersıon eçuali zer) ayarlamak, oropagasyon karak teristiklerini senkronize ve tahmin et mekte kullanılır.

Yarık, band genişliği zaman çarpımı (BT product) 0,3 olan Gausstan mi nimum Shift Keying tekniğini kullana rak özel bir hücreye tahsis edilenler den bir taşıyıcıyı modüle eder. Fre kans sıçraması (hopping) olmaksızın bir fiziksel kanala ait olan her yarık aynı taşıyıcı frekansını kullanarak ile tilir. Bu durumda frekans, yarıklar arasında değişir, ifade edildiği gibi fi ziksel kanallar 4, 615 ms'de 114 bit çıkışı veya 24,7 kbıt/s'lik hız temin ederler.

3. MODÜLASY ON, KODLAMA VE SİSTEMİNİN PERFORMANSI

GSM sisteminde TDMA faktörünün 8 olması kararlaştırılmıştır. Bu, taşıyıcı başına 8 tam oranlı trafik kanalı yer

leştirilecek demektir. Konuşma için 65 ms'lik bir gecikme marjini giriş iş lemi için kabul edilmiştir. Modülasyon tipi olarak DPM (Digital Phase Mo dulation) seçilmiştir. Bu bir yarıkta sabit envelop modülasyonunun arzu edilen bir özelliğini ihtiva eder. Spektral verimlilik açısından C/l oranı ortak kanal direnci olarak 10 12 dB'den daha iyidir ve spektral verim lilik sayısı en azından mevcut analog sistemler kadar iyi olacaktır. 8'lik bir TDMA faktörü 200 kHz'lik taşıycı ara lığı ile birlikte taşıyıcı başına tek ka nallı bir sistemde 25 kHz olarak iyi bir karşılık olacaktır. Sayısal iletim için sabit envelop modülasyonu, her mo dülatör yongası, zamanla sınırlı veya hatta sınırsız aralıkta belirli bir faz de ğişikliğine sebep olur. Maksimum faz değişikliği modülasyon indeksi h ta rafından belirlenir: h=1 (faz değişikliği 180°), h=1/2 (faz değişikliği 90°) dir. Bu değerlerle arzu edilen basitleşti rilmiş alıcıların gerçekleştirilmesi mümkündür. GMSK (Gaussian mini mum Shift Keying) modülasyon türü olarak kabul edilmiştir. GMSK, Mini mum Shift keyingm (MSK)'m bir türü veya türevidir. Burada, faz her yonga aralığında, en son yonganın sonunda gerçekleştirilen açıdan başlayarak, doğrusal bir şekilde davranır. Böyle ce, MSK faz eğrileri doğrusaldır ve faz zaman eksenine devamlıdır. Bu nunla birlikte, birinci türev, yanı fre kansın ani değeri düzgün değildir ve spektrum nisbeten genişler. Şekil.3 bir GMSK modülatörünün şematik blok diyagramını göstermektedir. GMSK'in kontrol parametresi, nor malize edilmiş band genişliği BT'dir (T: çip süresi).

İZ •^tFtFb giriş cipleri

Gaussian filter

—* COS _

4> 1

ı" —* sin l_

^*.v coswt

JL cos(wt+Q)

ılı

»

VJ

T

— sinwt

Şekil 3: BİR GMSK MODÜLATÖRÜNÜN şematik blok diyagramı

381 • ELEKTRİK j QQ MÜHENDİSLİĞİ l ö "

*Bu gerçekleştirme işlemi esnasında, ses kalitesi ve gerçekçi iletim hata istatistikleri, eşiğe göre bir gösterge temin etmek üzere belirtilmelidir. Gerçekçi demek propogasyon ve girişim çalışması esnasmdakiLere benzer olacak demektir. „

Kodlama ve Tarama (Coding and Interleaving): Sayısal iletimin en önemli avantajlarından biri kanal kodlaması yoluyla hata korumasının mümkün hale gelmesidir. Özellikle, son derece değişen propagasyon şartları olan hareketli radyo ortamın da hata düzeltme kodlaması, '1a d/ngtn oluşturduğu boşlukları kapat makta son derece etkindir. Bir TDMA sisteminde frekans sıçramaları ile hata yarıkları meydana gelebilir. Bunlar ortak kanal işaretlerini karıştı rarak ortaya çıkarlar.Böylece alıcının hassasiyetinde ve C/l'ın eşik değe rinde önemli gelişme sağlanabilir. GSM'in ilgili çalışma grubu kodlama türü olarak blok kodlama veya katla malı (convolution) kodlama; hatta bunların seri bir bileşimini de öngör mektedir.

Performans: Bir sistemin nihai iletim performansı, onun tasarımı, fiyat et kin bir gerçekleştirmeyi kolaylaştır mak üzere gerçekleştirme kayıpları için bir miktar pay bırakılmalıdır. Bu gerçekleştirme işlemi esnasında, ses kalitesi ve gerçekçi iletim hata ista tistikleri, eşiğe göre bir gösterge te min etmek üzere belirtilmelidir. Ger çekçi demek propogasyon ve girişim çalışması esnasındakilere benzer olacak demektir.

İşaret işleminin (signal processing) ve çok yollu yayılımın, saçılım özel liği gösteren kanallar boyunca yay ılı mının çok boyutlu istatistik tabiatın dan dolayı iletim performansının ana litik olarak rakamlarla elde edilebil mesi için bir yol yoktur. Şekil. 4 simü lasyon modelinin yazılım bloklarını göstermektedir.

Şimülasyon modelinin blokları iki grup halinde incelenebilir. Birincisi, işaret formatı ve propagason model leri tarafından belirlenir. Bu gruptaki bloklar (şekilde 1. ve 2. satıriar) kendi kendine izah edilebilir. GMSK modü lünü ihtiva eden blok, ayırgan (dis persive) kanalın farklı yollarında kat kıda bulunanları taşındıkları gibi top lamalıdır. İkinci grup yazılım modülleri ise alıcının işaret işleme zincirini gös terirler Burada, ilk adımda, alınan işaret filtrelenir. Burada karakteristik öyle seçilmelidir ki komşu kanallar daki girişimin bastırılması sağlanma lıdır.

Hata Koruma ve Deteksiyon: Rad yo yolu üzerinde veriyi iletim hatala rından korumak için 3 tip koruma mekanizması uygulanır: Tarama (in

terleaving), katlamalı kod (convoluti on code) ve blok kodlama (block co ding). Tarama, bir hareketli ortamın da meydana gelen iletim hatalarını (randomize) rastgele dağıtmak için kullanılır. Katlamalı kodlama, iletim hatalarını düzeltmek için güçlü bir araç teşkil ederken blok kodlama esas olarak, alıcının veri linkinde dü zeltilemeyecek hataların olduğunu göstermek için kullanılır. Kodlama ve tarama düzenleri kodlanacak lojik kanala bağlanır. Genel olarak, n bit ihtiva eden bir veri çerçevesi m adet kodlanmış bite dönüştürülür (Şekil. 2). Normal yarığın yapısı (herbiri 57 bit'lik iki kısım) 19'un tamsayı çarpımı olan bir m sayısını gerektirir. Bu bitler, ondan sonra değiştirilir (scrambled) ve I adet gruba bölünür. I grupları ar tık I adet yarıkta iletilir, l'nın sayısı ta rama derecesi olarak isimlendirilir. Kod oranları farklı sayıda olabilir. Kodlama ve kod çözme mekanizma larını basitleştirmek için, kodları belir lemek üzere sadece 4 polinom belir lenmiştir. Bu ise r= 1/4 oranında bir katlamalı kod temin eder. Lojik kana lın ihtiyaçlarını yerine getirmek için, yarıkların bit yapısına, kod oranlarına, meselâ, r=244/456=0.535'e uydur mak gerekir. Şekil. 5 ses kodlama iş leminin tarama şeklini, şekil. 6 trafik kanallarının fiziksel kanallara yerleş tirilişini, şekil. 7 genel kodlama ve ta ramayı gösterir.

4. KANAL DEĞİŞİKLİĞİ VE GSM SİSTEMİNİN GELİŞTİRİLMİŞ İMKANLARI

Kanal Değişikliği (Handover) işle

rasgele bit üretimi

ı—* Kanal

• kodlama

1 tarama —

I

time slot forming

—A +çok yollu I

,

rasgele çip üretimi

— +çok yollu

ı hata sayma —

Viterbi+ blok kod çözme

Şekil 4: ŞİMÜLASYON modelinin modülleri

190 381 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

ters tarama

1 seviye faktörü

ortak kanal girişimi

(

Gaussien J gürültü V.

Lineer demodülasyon +dengeleme

filtreleme

minin gayesi ve gerektirdikleri: Kanal değişikliği işlemi —ki bununla hareketli bir abonenin, bir sistemde hücreler şebekesi içinde hareket ederken bir konuşmanın devamının sağlanmasını kastediyoruz— hücre sel radyonun belli başlı prensiplerin den biridir. Kanal değişikliğinin çeşitli tipleri mümkündür. Meselâ;

1) Hücre içinde kanal değişikliği Aynı hücredeki trafik kanalları arasında,

2) Hücrelerarası kanal değişikliği Farklı hücrelerdeki trafik kanalları arasında,

3) MSC'Iar arasında kanal değişikli ği Farklı MSC'Ierden hücreler deki trafik kanalları arasında.

Kanal değişikliği birtakım nedenler den dolayı gerekli olabilir ki bunların bazıları şunlardır:

a) Link kalitesinin bozulması: Ha reketli abone, şebeke içinde dolaşır ken, serviste bulunan hücreden ge len işaret temin eden, komşu bir hücreye anahtarlamak gerekecektir. İlave olarak, "karıştırması sınırlı" sis temde, geliştirilmiş (düzeltilmiş) bir hücreye anahtarlamak gerekecektir. C/l oranının bozulması, hareketlinin

hücre içindeki hareketinden dolayı veya ortak kanal hücre değişikliğin den gelen karıştırma seviyesinden dolayi, yani yeni bir trafik kanal veri cisinin anahtarlanmasından dolayı olabilir.

b) Girişimi minimize etmek: Bir ha reketli, bir hücre boyunca hareket ederken her ne kadar kendi işaret şiddeti ve C/l oranları kabul edilebilir bir seviyede ise de bu, bir ortak kanal hücresi içinde kabul edilmeyecek de recede bir girişime sebep olabilir. Konuşmayı diğer bir hücreye aktar mak suretiyle girişim önlenebilir.

c) Trafik dağılımının yönetimi: Kü çük hücreli bir yoğun yerleşim şebe kesinde, bir hareketli bir kaç hücre den uygun şekilde serviste bulunulu yorsa bazı durumlar ortaya çıkabilir. Bu durumda, şebeke, hücreler ara sında trafik talebini daha düzgün bir şekilde dağıtmak için kanal değişikliği yolunu seçebilir. Tipik olarak, bu ko nuşmaları tıkanmış bir hücrenin tı kanmamış komşu hücrelere nakledil mesiyle gerçekleştirilir. Bu şekil kanal değişikliği GSM'de tam ve yarım oranlı kanallı hücrelerde trafiği yö neltmek için gerekli olacaktır. Meselâ, dolmuş bir tam oranlı kanalı yeni bir

"», v* •>•** * '

20ms, Blokeli köşegen taramanın zaman aralıklarına tahsisi rm

20 ms

Şekil 5: SES KODLAMA işlemi

Tl IT II. II 1

TCOİ TCI

İTC10 TC11İACCH TC12 TC13 İTC14| (a) Tam oranlı bir kanal

ÂlLOm*

i TC23 |Boş

TC O

TC7

Varı oranlı bir kanaUİV ı"»<let')

ACCH İşaretleşme verisi zaman aralığı. TCx : Trafik verisinin zaman çerçevesi no. Boş • Çerçeve kullanılmamaktadır.

Şekil 6: TRAFİK KANALLARININ fiziksel kanallara yerleştirilmesi

381 ELEKTRİK | A |

MÜHENDİSLİĞİ J . 5 f JL

Kodlama

Kodlanmamış veri

Modülasyon tipi: GMSK Modülasyon derinliği: BT 0,3 Veri iletim oranı: 270.883 kbıt/s Kanal/band sayısı: 8(16) Kullanıcı veri oranı (Nominal): 16 (8) kbit/s TDMA çerçeve periyodu: 4, 62 ms Zaman aralıklarının süresi: 0,58 ms

Kodlanmış veri

Tarama

19 i

Şekil 7: GENEL KODLAMA ve tarama düzeni

konuşma için serbest hale getirmek üzere bir konuşmayı yarı oranlı bir kanala aktarmak.

Kanal değişikliğini gerçekleştirmek üzere gerekli kararları alabilmek için şebeke, hareketlinin çalıştığı ortamın tam bir haritasına sahip olmalıdır. Bu, bir grup ölçmelerin toplamını kapsar, meselâ işaret seviyeleri, girişim sevi yeleri, mesafeler, trafik yüklen v.s. gibi. Ondan sonra bu ölçmeler işlenir, ortalaması alınır, karşılaştırılır vs. ve o anda ortamda, kanal değişikliği için optimum hücreye ve başlangıç şart larının yerine getirilmesine karar ve rilir.

GSM sisteminin geliştirilmiş özel likleri:

Ölçmeler: GSM sistemi aşağıdaki parametrelerin ölçülmesini sağlamak üzere dizayn edilmiştir.

a) Yukarı link servis hücresi için, alınan işaret seviyesi ve alınan işa retin kalitesi serviste bulunan YER İSTASYONU tarafından ölçülür.

b) Aşağı link servis hücresi için, alı nan işaret seviyesi ve alınan işaret kalitesi HAREKETLİ İSTASYON ta rafından ölçülür, ve her 0,5 s. de ya vaş işleyen ilgili kontrol kanalı yoluyla şebekeye bildirilir.

c) Komşu hücreler için, BCCH taşıyı cısının aşağı link işaret seviyesi, hareketli istasyon tarafından ölçülür.

Komşu hücre, Yer İstasyonu Tanıtım Kodu ve taşıyıcının frekansı okunarak tanınır. En kuvvetli 6 hücre için neti celer her 0,5 s. de bir SACCH yoluyla şebekeye bildirilir.

d) Hücre içinde hareketlinin "yeri" serviste bulunan Yer İstasyonundan uzaklığı ile belirlenir.

e) Serbest trafik kanallarındaki giri şimlerin seviyeleri, kanal değişikliği için hizmet eden hücrede ve muhte mel hedef hücrelerde ölçülebilir.

f) Serviste bulunan ve hedef hücre lerdeki trafik yükleri, işletme ve bakım fonksiyonları vasıtasıyla ölçülebilir.

Komşu hücre seviyelerinin Yer İstas yonundan ziyade Hareketli İstasyon tarafından ölçülmesinin iki türlü fay dası vardır. İlki, işlemin gereği, şimdi nisbeten daha. az sayıda yer İstas yonlarında yoğunlaşmaktan ziyade geniş bir hareketli kitleye dağıtılmıştır, ikinci olarak, anormal propagasyon dan ileri gelen problemler çözülebilir.

5. GSM SİSTEMİNİN TEMEL HAVA BAĞLANTISI PARAMETLERİ VE TAVSİY ELERİ

Buraya kadar izah edilen GSM siste minin özellikleri ve sistem yapısından sonra sistemin temel hava bağlantı sı parametlerini kısaca şöyle özetle mek mümkündür.

Kanal aralığı: 200 kHz

GSM'in tavsiyeleri: 00 Başlangıç 01 Genel 02 Servis durumları 03 Şebeke durumları 04 MS BS bağlantısı ve protokoller 05 Radyo yolundaki fiziksel kat 06 Ses (audıo) durumları 07 Hareketli istasyonlar için terminal adaptörleri 08 BTS/BCS ve BSC/MSC bağlantı ları 09 Şebekelerarası çalışma 10 Servislerarası çalışma 11 Teçhizat ve tip uygunluğu özelliği 12 Şebeke idaresi (işletme ve bakım dahil).

6. SONUÇ VE GELECEK

GSM, gayelerini gerçekleştirme yo lunda faydalı bir davranışı kabul etmiş ve bunu başarmak için çalışmalarına devam etmektedir. Bu şüphesiz, PTT idareleri ve mahalli endüstrilerin re kabete dayalı baskılarıyla meydana gelebilecek, işletmecilerle endüstri arasında bir ortaklığı gerektirmekter dir. Bu çalışmalara, global pazar or tamında, Japonya ve Amerika Birle şik Devletleri ile rekabet edebilecek, Avrupa'nın teknolojik bir bütünlüğü olarak ümitle bakılabilir.

KAYNAKLAR

1) Balston. DM : "Pan European cellular radio.or 1991 and ali that" Electronics and Communıcatıon Engıneering Journal, Jan.

Feb. 1989.

2) Ochsner, Heinz: "Overvıew of the radıo subsystem'. Sessıon 3 The radio subsy stem, Digital Cellular Radıo Conference. Hagen, FRG, October 198

3) Langevvellpot, u. and Reiner, Michael; "Modulatıon. coding and performance". Sessıon 3 Adı geçen konferans.

4) Targette, Davit and Rast, Herbert; •'Handover capabilities ol the GSM System" Session 3. Adı geçen konferans.

192 381 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ