DARBE KOD MODÜLASYONU (PCM) SİSTEMLERİNİN TEMELLERİ VE 30-KANALLI PCM SİSTEMİ

tfODULASY ONLU (PCM)

Sİ STE M L E Rİ N TEMELLERİ VE

3O KANALLI PCM SİSTEMİ

UDK : 621. 376. 56 deniz balkan

1. GİRİŞ

Darbe Kod Modülasyon (PCM) sistemleri dünyanın birçok yerinde telefon şebekelerinin kapasitesini arttır mak amacıyle gerçekleştirilmiştir. Özellikle şehirlerde, haberleşme amacına yönelik yeraltı kabloları döşemek zor ve masraflı olmaktadır. Bunun yerine PCM sistemleri kullanılarak herhangi iki telefon santralı arasında daha önce döşenmiş bulunan kablolara daha fazla sayıda konuşma kanalı yerleştirme yoluna gidilmiştir.

PCM sisteminin uygulamaya konulması hızlı sayısal tümleşik devrelerin geliştirilmesinden sonra mümkün olmuştur. Uygulamada analog haberleşme sistemlerine göre daha basit devrelerle gerçekleştirilebilir olmaları önemli üstünlüklerinden birisidir. PCM haberleşmesinde iletim ortamındaki işaret sayısal dır. Hattın karakteristiği nedeniyle, bozulmaya uğrayan darbeler, tekrarlayıcılar (repetörler) yardımıyla yeniden üretilmektedir. Tekrarlayıcılar arasındaki uzaklık, tekrar layıcıya ulaşan darbelerin var ya da yok oluşlarına karar verilemeyecek derecede bozulmuş olmamaları gereği göz önünde tutularak seçilmelidir. Böylece, hattaki sayı sal konuşma işaretinin gürültüden etkilenebilirliği çok az olmaktadır.

2. DARBE KOD MODÜLASYONUN (PCM) TEMELLERİ

Bir Darbe Kod Modülasyonlu sistemin temel blok şeması Şekil 1 'de verilmiştir.

Özet

Darbe Kod Modülasyon (PCM) sistemleri dünyanın birçok yerinde telefon şebekelerinin kapasitesini ar tırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu yazıda PCM'nin temel özellikleri ve Zaman Paylaşmalı Çoklama (TDM) kısaca anlatılmakta, TÜBİTAK Marmara Araştırma Ens titüsü Elektronik Ünitesi tarafından, CCITT'nin önerile rine uygun olarak geliştirilen 30 kanallı PCM sistemi ayrıntılı olarak incelenmektedir.

Summary

Pulse Code Modulation systems have been developed throughout the ıvorld for the purpose of inereasing the information capacity of telephone netıvorks. in this article, the basic properties of PCM and Time Division Multiplexing (TDM) are briefly revieıved. The main part of the article is devoted to a detailed exposition af the 30 channel PCM system uıhich has been developed by the Electronic Research Unit of TUBITAK's (Turhish Scientific and Research Counsil) Marmara Research İnstitute, according to the recommendations ofCCITT.

Fiziksel olarak gerçekleştirilebilen haberleşme sistem lerinde modüle eden işaret, alçak geçiren filtreden geçi rilerek belirli bir üst kesim frekansına sahip olacaktır. Böyle sınırlı bir frekans bandına sahip olan işaret eşit aralıklarla ve üst kesim frekansının en az iki katı hızında örneklenirse, elde edilen örnekler orijinal işaretteki bil ginin bütününü içerirler. Sözü geçen ilke "örnekleme teoremi" olarak bilinmektedir. Örnekleme teoremi, uygulamada sürekli değişen bir işaretin iletilmesi işle minin, bu işaretten alınmış örneklerin iletilmesine indirgenebileceğini göstermektedir. Daha açıkçası, band genişliği fj olan sürekli bir işaret, birbirinden T = T 2 f kadar aralıklarla alınmış örneklerle de belirlenebilir. Böylece işaretin kendisinin iletilmesi yerine, bir saniye de bu işaretten alınan 2fy sayısındaki birbirinden bağım sız örnek değerlerinin iletilmesi yeterli olacaktır.

PCM kanalının verici tarafında, sürekli ses işaretinin bandı öncelikle bir alçak geçiren filtre ile sınırlanmakta dır. Alçak geçiren filtrenin üst sınırı 3.4 kHz olarak seçilmektedir. Bu band sesin kalite kaybına uğramadan ileti lebi Imesi için gereklidir. Filtreden geçen işaret 3.4 kHz'in iki katından biraz fazla bir değerle (8 kHz) ör neklenerek, darbe genlik modülasyonlu (PAM) işaret

ses işareti

ALÇAK GEÇİREN

SÜZGEÇ

ÖRNEIOIYİCİ a ) Ver

kTODlAYICI

HAT

K0D1.AYICISI

İLETİM

ORTAMI

İLHİM ORTAMI

HAT KOD ÇÖZÜCÜSÜ

KOD ÇÖZÜCÜSÜ

ALÇAK SÜZGEÇ

b) Alıcı t a r â p

Şekil 1. Bir darbe kod modülasyonlu sistemin temel blok şeması.

a) sürekli ses işareti

JUULfUUliLJliL bj taşıyıcı darbeler c) darbe genlik modülasyonlu işaret

Şekil 2. Darbe genlik modülasyon işlemi.

haline dönüştürülür. Şekil 2'de görüldüğü gibi darbe genlik modülasyon işlemi, taşıyıcı darbelerin genlikleri nin sürekli ses işareti tarafından modüle edilmesi olarak da yorumlanabilir. Ses işaretini belirleyen örneklerin genliklerini olduğu gibi iletmeye çalışmak yerine, belirli sayıda bazı genlik değerlerinin gönderilebileceği düşünülebilir. Bu durum da, darbe genlik modülasyonlu ses işareti içindeki ger çek bir genlik yerine, buna en yakın olan belirli genlik değeri karşı düşecektir. Bu genlik değeri alıcı tarafa giderken iletimde karşılaştığı bozucu etkenler nedeniyle değişikliğe uğrayabilir. Eğer bu bozulma çok fazla değil se alıcı tarafta hangi genlik değerinin gönderilmiş olduğu anlaşılabilir ve bu değer yeniden oluşturulur. Sürekli bir işareti bu biçimde sonlu sayıdaki belirli gen lik değerleriyle belirlemeye "kuvantalama işlemi" adı verilir. Daha başlangıçta kuvantalama işleminin özelliği

nedeniyle, örneklerin genliklerine eklenen hatalar ku vantalama gürültüsünü doğurur.

Bir ses işaretinin belirlenmesi çok sayıda kuvantalan mış genlik değerlerinin kullanılmasını gerektirmektedir. Kuvantalanmış PAM darbelerini olduğu gibi iletmek, çok sayıdaki genlik değerlerini birbirinden ayırdedebi len ve gerçekleştirilmesi oldukça güç devrelerin kulla nılmasını gerektirir. Darbelerin var ya da yok olduklarına karar verebilen devrelerin tasarımı daha kolaydır. Bu nedenle, kuvanta değerlerini kendilerine karşı gelen kod kelimeleriyle belirlemek uygun olacaktır. Bu işlem, kodlayıcı tarafından gerçekleştirilir. Bir kod kelimesi içindeki ikili evcik (binary digit) sayısı yükseldikçe işaret daha fazla sayıda kuvantalama değeri ile belir lenebilir. Bu durum ses işaretinin sadakatle iletilmesini mümkün kılar. Fakat bu işlem aynı zamanda sistem band genişliğini arttırır. Bu iki çelişkili husus göz önün de tutularak yapılan araştırmalar sonunda, bir kuvanta değerini 8 BİT'ten oluşan kod kelimeleriyle yapmanın en optimum çözüm olduğu belirlenmiştir. Buna göre, 2S = 256 kuvanta değeri bulunacaktır.

Elde edilen tek polariteli sayısal işareti bu biçimiyle tekrarlayıcıları içeren iletim ortamına vermekte bazı sakıncalar vardır. Gerçekten, uzun bir " O " dizisi oluş tuğu takdirde, tekrarlayıcılarda zaman bilgisinin elde edilmesi zorlaşmaktadır, ö t e yandan tek polariteli işaret alçak frekanslarda önemli ölçüde enerjiye sahip oldu ğundan, bir da düzeyinin ortaya çıkmasına neden olur ve bu durum tekrarlayıcılarda darbelerin varlığı ya da yokluğu hususunda karar verme açısından yanılgıya yol açar.

Uzun " O " dizilerini önlemek için sayısal işarete artık bilgi (redundant information) eklemek, de bileşenini yok etmek için de işareti iki bolariteli hale dönüştürmek bir çaredir. Bu işlemler hat kodlayıcısı tarafından yapı lır.

f Hatta verilen işaret, hattın karakteristiği nedeniyle bozulmaya uğradığından hatta belirli aralıklarla konul muş tekrarlayıcılarda yeniden üretilir. Tekrarlayıcı sadece darbenin var ya da yok olduğuna karar vereceğin den, işaretin gürültü bağışıklığı yüksektir.

Alıcı tarafta öncelikle tek polariteli sayısal işaret yeniden üretilir. Kod çözücü sayısal işareti darbe genlik modülas yonlu işaret şekline dönüştürür. Darbe genlik modülas yonlu işaret alçak geçiren bir filtreden geçirildikten sonra orijinal ses işareti elde edilir. Kodlayıcıda sonlu sayıda kuvantalama değeri olduğundan, alıcı tarafta yeniden üretilen darbe genlik modülasyonlu işaret içinde

de sonlu sayıda genlik değeri bulunmaktadır. Bu nedeni orijinal ses işareti ile alıcıda yeniden oluşturulan işare arasında farklılık görülür. Bu farklılık PCM haberleşme sinde en önemli işaret bozulması kaynağı olanı kuvan talamagörültüsüdür.

3. ZAMAN PAYLAŞMALI ÇOKLAMA (TDM

Zaman paylaşmalı çoklama (TDM) tek bir iletim orta minin zaman içinde birden fazla işaret tarafından paylaşılmasıdır. Bu tür çoklamanın uygulanabilmesi için iletim ortamını paylaşan işaretlerin zamanda ayrık olmaları gerekir.

KANAL 1

KANAL 2

KANAL 3

KANAL 4

IÇlÇE GEÇMİŞ

PAKA ÖRNEKLERİ

KOBLAVıCı ÇıKıŞı

Şekil 3. TDM çoklama.

PCM sistemlerinde, çeşitli kanallara ait darbe genlik modülasyonlu işaretlerin, zaman paylaşımlı çoklama yoluyla iletimi uygulanmaktadır. Mevcut iletim orta mının kapasitesi, bu uygulama nedeniyle art ir ılabi İm ek tedir. Şekil 3'de herbirisi zamanda değişen aort ayrı işaretin zaman paylaşımlı çoklama yoluyla aynı PCM darbe dizisi içinde yer alma işlemi görülmektedir. Band genişlikleri alçak geçiren filtrelerle sınırlanmış olan işaretlerin herbirinden sırasıyle alınan örneklerin ortak hatta (BUS) verilmesiyle içice geçmiş darbe genlik modülasyonlu işaret oluşur. Kanallardan herhangi birine ait bir örnekleme aralığında öteki kanallara ait örnekler sıralanmıştır. İletim ortamında, aynı sırayla bu örnekleri ifade eden kod kelimeleri gönderilerek PCM darbe dizisi oluşturulur.

Burada, her kanal için birbirinin aynı filtreler ve tasarımı analog devrelerin tasarımından daha kolay olan eşza manlama (senkronizasyon) devrelerinin kullanılması TDM sistemlerinin seçiminde önemli rol oynar.

4. PCM'de ÇERÇEVE YAPISI

PCM sistemlerinde ses işaretlerinden alınan örnekleri temsil eden kod kelimeleri iletim ortamına TDM çok lama ilkesine göre gönderilmektedir. Bu darbe dizisi içinde ses işaretlerini ifade eden kod kelimelerinden başka, ses kanallarının işaretleşmesini ve ses işaretlerinin alıcıda ait oldukları ses kanallarına dağıtılmasını sağla mak amacıyle peryodik olarak bazı kod kelimeleri de yer almaktadır. Bu nedenle, hatta verilen darbe dizisi çerçe

ELEKTRÎK MÜHENDİSLİĞİ 276

9LZ

oe

)sıdo<Ç

oSPU

l 6 ' . I(JUJO|C3

»HOOS

rmTTTTI 1111111 H 11111111111111 N 11 : ıwiNvnn>ı

ısı n

—çz vo

IIIIIIIIIIIIIIM

I I ıiffoc

111111111111111111111111111ITTTT

•ou

015100

•OU IU4IJJ<J UDCUD2

İ3 uı nu nunununun un ru

'°w ııg ıvınıa ısvvıvz

NVWVZ

ve ve çoklu çerçeve adı verdiğimiz birimlerin tekrarlan masından oluşan peryodik bir yapı içindedir.

Her iki yapının başka bir görevi de, dönüş yönündeki bazı çerçeve ya da çoklu çerçeve BIT'leri ile bazı hata durumlarının işaret edilmesini sağlamaktır. Hatalı durumlarda sistemin kullanıcıya uyarıda bulunması ve kullanıcının da sistemi servisten alakoyması gerekmek tedir.

5. TÜBİTAK 30 KANALLI PCM SİSTEMİ

5.1. GİRİŞ

Bu bölümde TÜBİTAK, Marmara Araştırma Enstitüsü, Elektronik Ünitesinde CCITT'nin (The International Telegraph and Telephone Consultative Committee) önerilerine uygun olarak geliştirilmekte olan 30 kanallı PCM sisteminin özellikleri ve bu sistemin gerçekleştiril mesinde PCM'e ilişkin temel kavramların uygulanması açıklanmaktadır.

5.2. 30 KANALLI PCM ÇERÇEVE YAPISI

5.2.1. GİRİŞ

30 kanallı PCM sisteminin çerçeve yapısı Şekil 4 de gösterilmiştir. Bu sistemde, çerçeve adı verilen bir ör nekleme peryodu, herbiri 8 BİT içeren ve 0 31 arasın da numaralanmış olan 32 tane zaman dilimi içerir.

1 15 ve 17 31 numaralı zaman dilimlerinden herbiri sırasıyla TDM ilkesine göre çoklanrrv; alan 30 konuşma kanalından birine ayrılmıştır. 0 numaralı zaman dilimi çerçeve eşzamanlaması ve bu eşzamanlama kaybolduğu zaman verilmesi gereken alarm işaretini taşır. Çerçeve eşzamanlaması konuşma işareti taşıyan zaman dilim lerinin alıcıda doğru sırasıyle ait oldukları kanallara bağlanmasını sağlar.

0 15 arasında numaralanmış olan 16 ardışık çerçeve bir çoklu çerçeveyi oluşturmaktadır. 16 numaralı zaman dilimi kanal işaretleşmesine çoklu çerçeve eşzaman laması için kullanılır. Çoklu çerçeve eşzamanlaması kanal işaretleşme bilgilerinin alıcıda doğru sırasıyle ait oldukları kanallara iletilmesini sağlar.

Sistemde kanal örnekleme hızı 8000 örnek/saniye olup, bir çerçeve içinde de herbiri 8 BİT içeren 32 zaman dilimi bulunduğundan, hatta verilen toplam BİT hızı 2.048 M.Bit/saniye olur.

5.2.2. ÇERÇEVE EŞZAMANLAMASI

Çerçeve eşzamanlaması her çift numaralı çerçevenin, 0 numaralı zaman diliminin 2 8 numaralı evciklerine oturtulmuş olan 0011011 kodu ile gerçekleştirilir.

Bu kod arka arkaya 3 defa hatalı olarak alınırsa çerçeve eşzamanlaması kaçmış demektir. Bu halde sistemde bir alarm ortaya çıkacak ve yeniden eşzamanlama işlemi başlayacaktır. Eşzamanlama kodunun bir defa doğru olarak alınmasından sonra, bu kodu içinde bulundur mayan müteakip çerçevenin alınması ve bunu da takip eden çerçeve içindeki eşzamanlama kodunun tekrar doğru olarak alınması eşzamanlamanın yeniden sağ landığını gösterir.

5.2.3. ÇOKLU ÇERÇEVE EŞZAMANLAMASI

Çoklu çerçeve eşzamanlaması her çoklu çerçevenin 0 numaralı çerçevesinin, 16 numaralı zaman diliminin 14 numaralı evciklerine oturtulmuş olan 0000 koduyla sağlanır. Birbirini takipeden iki çoklu çerçevede bu kod doğru olarak alınamazsa çoklu çerçeve eşzamanlaması kaçmış demektir. Bu durumda eşzamanlanmanın tekrar sağlanması için işlemler başlayacak ve alarm verilecektir. 0000 kodunun tekrardan bir kere yakalanması çoklu çerçeve eşzamanlamasının yeniden sağlandığını göste rir.

5.2.4 KANAL İŞARETLEŞME BİTLERİNİN YERLEŞTİRİLMESİ

Her kanal için, Boş, Yakalama, Cevap, Görüşme Sonu, Çözülme ve Kötü Niyetli Çağırma gibi işaretleşme bilgi leri sistem içinde bulunan bazı devrelerle santraldaki seviyelerinden PCM darbe katarına uygun seviyeli bilgi ler haline dönüştürülür. İşaretleşme bilgileri PCM darbe dizisinde 1 15 numaralı çerçevelerin 16'ncı zaman diliminde yer alır.

Her konuşma kanalı için A ve B olmak üzere iki tane işaretleşme kanalı vardır. A kanalının iletim kapasitesi 1000 BİT/SANİYE, B kanalının iletim kapasitesi ise 500 BIT/SANİYE'dir. Her konuşma kanalı için işaret leşme BIT'lerinin yerleri Şekil 4'de verilmiştir.

5.2.5. SİSTEM ALARM İLETİMİ

Çerçeve eşzamanlama kodunun bulunmadığı çerçeve lerin 0 numaralı zaman dilimleri uzak tarafa alarm du* rumlarını bildirmek için kullanılır.

3 numaralı BİT çerçeve eşzamanlaması alarmını,

4 numaralı BİT hata hızının yüksek olması alarmını,

5 numaralı BİT kodlama/kod çözme işleminin yanlış olduğu alarmını taşır.

Çoklu çerçeve eşzamanlamasının bozulduğunu gös teren alarm ise, 0 numaralı çerçevenin 16'ıncı zaman diliminin 6 numaralı BIT'i ile taşınır.

Yukarda belirtilen bütün BIT'ler normal olarak"0", I alarm durumunda ise " 1 " durumundadır.

5 2.6. KULLANILMAYAN BİTLER

0 numaralı bütün zaman dilimlerinde 1 numaralı BI"; " 0 " ya da "1 "olabilir.

Sistem alarm iletimi için kullanılan 0 numaralı zaman dilimlerinin 2,6,7 ve 8 numaralı BIT'leri " 1 " durumun dadır. Çoklu çerçeve eşzamanlama işaretini içeren 16 numaralı zaman dilimlerinde 5,7 ve 8 numaralı BIT'ler " 1 " , " 0 " v e " 1 " durumundadır. Kanal işaretleşmesine ayrılan öteki bütün 16 numaralı zaman dilimlerinde 4 ve 8 numaralı BIT'ler " 1 " duru mundadır.

5.3.1. 30 KANALLI PCM BLOK DİYAGRAMI

30 Kanallı PCM sisteminin blok diyagramı Şekil 5'de verilmiştir. 30 konuşma kanalından gelen ses işaretleri sırasıyle 8 kHz hızında örneklenir. Sonuçta, TDM ilkesine göre çoklanmış darbe genlik modülasyonlu işaretler elde edilir. Darbe genlik modülasyon darbeleri genlik değerlerine en yakın kuvanta seviyelerini temsil eden 8 BIT'lik kod kelimeleriyle ifade edilirler.

Bit Dizisi Birleştiricisi devresinde konuşma kanallarına ait kod kelimeleriyle işaretleşme ve eşzamanlama bil gileri birleştirildikten sora, bileşik işaret hat kodlayıcı sına verilir. Hat kodlayıcısı bu işareti HDB3 kodu şekline çevirir.

İletim ortamında bozulan işaret yaklaşık olarak 1800 m aralıklarla hatta konmuş olan tekrarlayıcılarda yeniden üretilir.

_nn_na_..juı JUUL_

Şekil 5. PCM sistem blok diyagramı.

Alıcı tarafta verici terminaldeki işlemlerin tersi yapıl maktadır: Hattan gelen işaret yeniden tek polariteli sayısal işaret şeklinde dönüştürülür. Bu işaretten konuş ma kanallarına ait kod kelimeleri çözüldükten sonra ait oldukları kanallara dağıtılır ve alçak geçiren filtrelerden geçirildikten sonra her orijinal konuşma işaretinin ben zeri olan bir işaret elde edilir.

5.3.2. KANAL ÜNİTELERİ

Sistemin verici ve alıcı yanlarında her konuşma kanalı için Şekil 6'da görüldüğü gibi bir kanal ünitesi bulunur. Verici yandaki 4 tel veriş yolu üzerindeki bir kanal üni tesi, bir yalıtım transformatörü, değişken zayıflatıcı filtre ve kuvvetlendiriciden oluşur. Kuvvetlendiricinin

kazancı, minimum giriş seviyesinde, en yüksek giriş işareti genliği kuvvetlendirici çıkışında maksimum geri lim salınmasına erişebilecek biçimde hesaplanmıştır. Değişken zayıflatıcı, işletmelerdeki giriş seviyeleri fark lılıklarını ortadan kaldırır. Ses işaretini süzmek için alt

ve üst kesim frekansları 300 Hz ve 3400 Hz olan Caueı türü band geçiren bir filtre tasarlanmıştır. Filtrenin giri ve çıkış empedansları 600 n ' dur.

Alıcı yanda da vericiye benzer şekilde 4 tel alış yol

4 TEL

Şekil 6. Kanal ünitesi.

üzerinde bir kuvvetlendirici, filtre, değişken zayıflatıcı ve yalıtım transformatörü bulunmaktadır. Kuvvetlendi ricinin kazancı, girişindeki ses işaretinin maksimum tepeden tepeye değeri için transformatör çıkışında is tenen en yüksek seviye elde edilecek biçimde hesap lanmıştır. Burada alçak geçiren bir filtre ile çıkış seviye sini ayarlayan değişken zayıflatıcı kullanılmıştır. Kanal ünitesinin karakteristikleri aşağıda verildiği gibidir:

4TEL VERİŞ

: 600 £2 : 1 dBm : 1 6 dBm : 1 dB

KAYIP ( d & )

t: 18

0.9

//////////////////////

0.5

•!

t

!

Q5 " A/?///T.

0 ZOOSİD

4TELALIŞ

: 600 n

: +7 dBm : 8 dBm : 1 dB

İki PCM terminali karşılıklı bağlandığında, herhangi bir kanalın frekans ile zayrflama bozulması eğrisinin CCITT tarafından öngörülen Şekil 7'deki gabarinin içinde kalması gerekmektedir.

4 tel alış yolu girişine, kod açıcı çıkışındaki örneklerden oluşmuş değişken işaret uygulanır. Alıcı yanda işaretin örneklerinin saklanarak uzunca bir süre (125 /uS) kulla

T7.

9000 3400 3600

Şekil 7. Frekans ile zayıflama bozulması.

nılması Sin x/x biçiminde bir genlik bozulmasına neden olur. Alış yolu üzerine konan bir RC devre ile bu bozul ma giderilir.

5.3.3. ÖRNEKLEYİCİ VE KODLAYICI

Sistemde konuşma kanallarının herbirisinden 8 kHz hızında örnekler alabilmek amacıyle, her ses kanalında bu frekanstaki bir darbe dizisiyle kumanda edilen bir örnekleme anahtarı bulunmaktadır. TDM çoklamalı PAM işaretlerini elde edebilmek için anahtarlar sırasıy le kapanır açılır. Herhangibir anda anahtarlardan sadece bir tanesi iletimde, geri kalanları kesimdedir.

Sistemde kodlayıcı her bir PAM darbesini belirli bir kod kelimesi ile ifade etmektedir. Burada band genişliğini arttırmadan kuantalama £;ürültüsünü azaltmak amacıyle gerçekleştirilmiş, eşit ad irnlı olmayan (non uniform) bir kodlayıcı bulunmaktad ir. Konuşma işaretlerinin kodlanmasında en elveriş kodlayıcı eşit ad imli kodla yıcı değildir. Konuşma işaretinin genlik dağılımı uni form değildir. Belirli bir k.onuşma içinde küçük genlikli işaretlerin olasılığı büyük genlikti olanlarınkinden daha yüksektir. Bu nedenle, ola siliği yüksek olan genliklerdeki hatayı azaltmak yüksek g enliklerdeki hatayı arttırmak pahasına da olsa İşaret/ Gürültü oranını azaltacaktır, Ayrıca, konuşma işaretleri yaklaşık olarak 40 dB'lik

•128

112 96

/

80 U 48 (/> 3 2

1ı:///

o 16

Jo < (0

A

' 1//

|

U

19 A

11»

GİRİŞ GERİLİMİ (v)

Şekil 8. Üstel kodlama karakteristiği.

I bir dinamik aralığa (range) sahiptir. Eşit adımlı bir kodlama kod çözme düzeni kullanıldığı takdirde zayıf işaretlerin İşaret/gürültü oranı kuvvetli işaretlerinkine göre 40 dB daha aşağıda olur.

Sistemde kullanılan eşit adımlı olmayan (non uniform) kodlama karakteristiği ile zayıf işaretlerin İşaret/gürül tü oranını arttırmak mümkündür. Şekil 8'de verilmiş olan bu karakteristik logaritmik bir sıkıştırma ilkesinden hareketle elde edilmiştir. Kuvanta seviyelerinin sayısı düşük genlikler civarında yoğunlaştırılmıştır.

Gerçek logaritmik eğri sonsuz bir dinamik aralık (range) ve sonsuz sayıda kuvanta seviyeleri içereceğinden devre tasarımı imkansızdır. Bu nedenle, bu eğriye doğrusal dilimlerle yaklaşan bir karakteristik kullanılmaktadır. Bu karakteristik A yasasına uyar ve CCITT tarafından önerilmiştir. Kod kelimelerinden herbirisi 8 BİT ile kodlanmaktadır. Buna göre 256 kuvanta değeri vardır. 13 dilimden oluşan bu karakteristiğin bir diliminin için deki kuvanta aralıkları birbirine eşittir. Sıfır civarından dışarıya doğru gittikçe, bir dilim içindeki kuvanta ara lığı bir önceki dilimin iki katıdır.

5.3.4. BİT DİZİSİNİN OLUŞTURULMASI

Sistemde konuşma kanallarına ait kodlanmış işaretler, eşzamanlama amacıyle üretilmiş olan işaretler ve kanal işaretleşme bilgileri BİT dizisi birleştiricisi devrelerinde daha önce açıklanmış olan çerçeve yapısına göre birleş tirilir.

İşaretleşme bilgileri santrallar arasında her kanal için Boş, Yakalama, Cevap, Görüşme Sonu, Çözülme ve Kötü Niyetli Çağırma durumlarını taşımaktadır. Bu bilgiler santralda Toprak ve —48 V şeklinde ifade edil mektedir, sistem içindeki işaretleşme bilgileri adaptörü, bu bilgileri sayısal devrelere uygun şekle dönüştürmek tedir.

5.3.5. HAT KODLAMASI

Bit Dizisi Birleştiricisi Panosundan gelen ikili PCM darbe dizisini hat üzerinden uygun biçimde iletebilmek için bir kod dönüşümü gerekmektedir. Sistemde bu kod, en fazla üç ardışık sıfıra izin verilen yüksek yoğunlukta iki kutuplu (HDB3 High Density Bipolar) olarak seçilmiş tir.

Gönderilen darbe katarında peşpeşe birçok sıfır varsa, hatta darbesiz uzun bir boşluk durumu olacaktır. Alışta gelen " 1 " lerin fazla aralanması ana osilatörün eşzaman lamasını gevşetir. Özellikle, ana frekansın bir osilatör kullanılmaksızın, gelen darbelerden doğrudan üretildiği hat darbe tekrarlayıcılarında " 1 " lerin arasının fazlaca açılması tahlike doğurur. Bu nedenden dolayı, uzun

sıfır katarlarının arasına özel bir yöntemle ana örnek bilgisinde bulunmayan " 1 " ler eklenerek darbe yoğun luğu arttırılır. Alıcının bu ek " 1 " leri gerçek"1 "lerden ayırabilmesi için "1 "lerin yönü, ardışık darbelerin işa retinin değiştirilmesi (AMI) ilkesini bozacak biçimde seçilir. Buna karşın, toplam darbe katarında (+) ve {—) toplamlarının eş kalmasını sağlamak için katara bir tane " 1 " veya iki tane " 1 " eklemek gerekir.

Hat kodlamasını gerçekleştiren devrenin girişi 2.048 MHz frekansında sıfıra dönüşsüz ve TTL seviyesinde bir darbe katarıdır. Çıkışında ise görev süresi (DUTY CYCLE) %50, HDB3 biçiminde kodlanmış ±2.37 V + %10 seviyesinde 75 12 empedanslı bir darbe katarı elde edilir.

5.3.6. DARBE KATARININ HATTA TEKRARLANMASI

PCM vericisinin çıkışındaki işaret, bir tekrarlayıcıya ulaşmadan önce aradaki hat boyunca iletimi sırasında bozulmaya uğrar.

Bu bozulmanın nedenleri:

1) Zayıflama 2) Darbe dizisinin güç spektrumundaki frekans bozul ması 3) Kablo içindeki öteki PCM işaretlerinin iletimin den gelen çapraz karışımın (CROSSTALK) ek lenmesi.

Bu bozulmuş işaretten, tekrarlayıcı, iletimin zamanlama bozulmasının ve sayısal hatanın en az olacak şekilde tekrarlanması için, darbeleri algılayıp tekrar ortaya çı karmalıdır. Bunu yapmak için, tekrarlayıcı işaret darbe lerinin var ya da yok olduğunu kontrol etmeden önce giriş işaretini bu iş için hazırlar. Bu hazırlık şu iki ana ilke çerçevesi içinde yapılır.

1) Bir zayıflama dengeleyicisiyle frekans bozulmasını ortadan kaldırmak,

2) Çapraz karışımı, işaretin özelliklerine zarar ver meyecek biçimde en aza indirmek.

Zayıflama dengelemesi işlemi darbe şekillerini düzel tirse de, darbeleri kare dalgaya çevirmek gibi bir özel liği yoktur.

İşaretin güç spektrumundaki, yarım bit hızının üzerin deki frekanslardaki zayıflamalar, işarete etkisi olmak sızın çapraz karışım gürültüsünün azaltılmasını sağlar. Çünkü darbe dizisine AMI (Alternate mark inversion) uygulanır ve içerdiği en yüksek ana frekans yarım bit hızına eşittir. Bütün kodlanmış bilgiler, bu frekansın altındaki bandtan taşınır.

&ÖNDLRİLIN IARBE DİZİSİ

L

E.LDE £DİLEN GÖZ

SAAT

ITDE EDİLEN DÂK&E DİZİSİ

Şekil 9. PCM göz eğrileri.

Yukarda açıklanan nedenlerden dolayı, dengeleme iş lemi sadece bu frekansın altında gereklidir. Spektrum daki gürültüyü atmak için bu frekansın üzeri alçak geçi ren filtre ile süzülür.

İşaret, yüksekliği, darbe dizisinin tekrar ortaya çıkarıl ması işleminin gerçekleşmesi için önceden belirlenmiş olan bir seviyeye yükselmesi ile son olarak hazırlanmış olur. Göz eğrileri (eye diagmm) diye bilinen bu hazır lanmış işaretin idealleştirilmiş bir görüntüsü Şekil 9'da görülmektedir. Kalın olarak çizilmiş olan iz, en üstte çizilmiş darbe dizisi tarafından oluşturulmakta ve bu dalga şekli terrarlayıcı içerisinde giriş işaretinin denge lenmesi, yüksek frekansların kesilmesi ve kuvvetlendiril mesi ile elde edilmektedir.

Tekrarlayıcı blok şeması Şekil 10'da verilmiştir. Yu karda belirtildiği şekilde hazırlanmış olan işaretten, bit hızı frekansında zamanlama darbeleri bir saat elde

etme devresinde oluşturulur. Hazırlanan işaret, içerdiği darbelerin ortaya çıkarılması için her zamanlama darbe sinin peryodu süresinde gözlenir. Böylece, tekrarlayıcı çıkışında, PCM vericisinin çıkışındaki darbe katarı yeniden ortaya çıkarılır.

Tekrarlayıcılar iletim hattına 1.8 km aralıklarla yerleş tirilirler. Giriş ve çıkış işaretleri 2.048 mbit/s hızında, iki kutuplu, %50 çalışma süreli kare dalgalardır. Çıkış seviyesi 120 fi üzerinde ±3V±%10 ya da 75Î2 üzerinde ±2.37V±%10'dur. Tekrarlayıcıya dengeli 120İ7 empe dansla girilir. Otomatik kablo dengelenmesinin sınırları 1 MHz'de5 36dB'dir.

Hat darbe tekrarlayıcılarının güç beslemeleri, hat üzerin den fantom devre yolu ile sağlanır. Bu amaçla hat darbe tekrarlayıcısının giriş ve çıkış transformatörleri orta uçludur.

f

um PtvRtsı zmş JLVBLSı

HAT (c.U)

SLNCLUVİCI

TM

lULOTOBÜ

Şekil 10. Tekrarlayıcı blok şeması.

5.3.7. PCM İŞARETİNİN ALINMASI

PCM sisteminin alıcı yanında hattan gelen işaret hat darbe tekrarlayıcısına eş yapıda bir terminal darbe tekrarlayıcısına gelmektedir. Burada yeniden üretilen darbe katarı hat kod çözücüsü tarafından sıfıra dönüşsüz ikili (BINARY) hale dönüştürülür.

Hat kod çözücüsüne gelen iki kutupla işaret HDB3 koduna uygun olduğundan, ikili işarete dönüştürülürken bu kodun gerektirdiği ilkeleri gözönüne almak gerek mektedir. Gelen işaretin içinde bir iki kutuplu bozul manın olması, ikili "O"larm bir grubunda dördüncü sıfırın alındığını gösterir. Bu nedenle kodu açarken gelen"1 "in yerine"O"yerleştirmek gerekir. Benzer biçim de, gurubun ilk "0"ının darbe olarak gönderilmiş olabi leceği gözönüne alınarak birinci''0"ı her durumda"0" varsaymak ta gerekmektedir. Bütün bu işlemler işaretin bir kaydırmalı kaydediciden geçirilmesini gerektirir.

Hattan gelen iki kutuplu HDB3 işaretin içinde hat hatalarından dolayı oluşabilecek sahte bozucuların varlığı HDB3 ilkelerine uygunluğu araştırılarak denet lenir ve bu tür bozucular gerçeklerinden ayırdedilir. Böylelikle, hem kod açma işleminde yanılgı ortadan kalkar, hem de hat hataları hakkında bilgi edinilir. Bu bilgi yardimiyle, hata sıklığı sürekli olarak gözlenir ve belirli hata oranının üzerinde devre uyarı işareti verir.

5.3.8. ALICI YANDA DARBE KATARININ ÇÖZÜLMESİ

Alıcı yanda darbe katarı hat kod çözücüsü tarafından sıfıra dönüşsüz ikili işaret haline dönüştürüldükten son ra, içerdiği bilgiler çeşitli devreler tarafından değerlen dirilir.

Eşzamanlama avlama devreleri gelen işaretteki çerçeve ve çoklu çerçeve sıralama işaretlerini gözleyerek iki tarafın eşzamanlı olarak çalışması için gerekli olan zamanlama darbelerini üretmektedir. Ayrıca , bu devreler sıralama işaretlerinin hatalı olması durumunda gerekli uyarı işaretlerini üretmektedir. Karşı taraftan gelen uyarı işaretlerini de gene bu devreler açığa çıkartır.

Darbe katarındaki işaretleşme bilgileri, işaretleşme bil gileri alıcısı tarafından değerlendirildikten sonra işaret leşme adaptörüne verilir. Bu adaptör sayısal bilgileri santaldaki toprak ve 48V düzeyinde ifade eder.

Alıcı yanda, vericideki kodlayıcının ters işlemini yapan bir kod çözücü yer alır. Gelen darbe katarı içindeki konuşma kanallarına ait örnekleri temsil eden kod keli meleri kod çözücü tarafından kendilerine karşı gelen kuvanta değerlerine dönüştürülür. Bu süratle kod çüzücü çıkışında TDM ilkesine göre çoklanmış PAM darbeleri elde edilir.

PAM darbeleri ait oldukları kanallara bir çoklama açıcısı (DEMULTIPLEXER) tarafından dağıtılır. Çok lama açısında her kanal için bir anahtar ve bir işaret tutma kondansatörü bulunmaktadır. 125 ju s süresince bir anda sadece bir anahtar olmak üzere kanal anahtarları sırasıyla kapanır. Bir kanala ait bir PAM darbesi ortak hatta bulunduğu sırada, o kanala ait anah tar kapanarak kanal kondansatörünü örnek değerine doldurur. Herhangi bir örnek, kondansatör üzerinde 125 /us tutulur. 125 /JS sonunda kondansatör yeni bir örnek değeri ile dolmaya başlar. Kanal anahtarlarını kapayıp açan darbe dizileri kanal darbeleri üretecinde elde edilir. Daha önce de belirtildiği gibi, örneklerin kon

ELEKTRİK MVHENDtSLİĞİ 276

dansatör üzerinde uzunca bir süre bekletilmesi Sin x/x biçiminden bir genlik bozulmasına neden olur. Bu bozulma bir RC devre ile giderildikten sonra işaret bir alçak geçiren filtreden geçirilerek gönderilen işarete benzer işaret elde edilir.

6.

PCA UYGULAMASININ SAĞLADIĞI

KAPASİTE ARTIŞI

PCM iletiminde, iki kablo çiftine, iki fizik devre yerine 30 telefon kanalı yerleştirilebilmektedir. Kablo çiftleri arasındaki çapraz karışım (CROSSTALK), bir sınırlama faktörü olarak, çift yönlü bir jonksiyon kablosu içinde ki çiftlerden yaklaşık olarak %30—%70 kadarının kapa sitesi 5—10 kat artırılabilir.

7.

YÜKSEK MERTEBEDEN SAYISAL

ÇOKLAMA SİSTEMLERİNE KISA BİR BAKIŞ

30 Kanallı PCM sistemi daha yüksek mertebeli sayısal iletim sistemlerinin ilk temel taşıdır. Az sayıda kanal içeren alçak kapasiteli sayısal sistemlerin çoklanması yo luyle, çok sayıda kanal içeren yüksek mertebeli sistemler oluşturulur. Birinci mertebeyi oluşturan 2.048 MBit/s 30 TK sisteminin 4'lü çoklanmasiyle 8.448 MBit/s 120 TK sistemi elde edilir. 2.048 MBİt/s ve 8.448 MBit/s hızındaki sistemler sayısal çoklama hiyerarşisinde alçak kapasiteli sistemlerdir. 8.448 MBit/s 120 TK sis teminin 4'lü ve 16'lı çoklanmasiyle sırasıyle 3. mertebe yi oluşturan 34.368 MBit/s480 TK ve 4. mertebeyi oluşturan 139.264 MBit/s 1920 TK sistemleri elde edilir. 139.164 MBit/s hızındaki sistem 34.368 MBit/s hızındaki sistemin 4'lü çoklanmasiyle de elde edilir. 4. mertebeye kadar olan çoklama hiyerarşisi CCITT tara fından belirlenmiştir. Bazı ülkelerde 5. mertebeden 565 MBit/s hızındaki sistemler üzerinde de çalışmalar yapıl maktadır.

Yüksek mertebeden sayısal işaretlerin iletimi çiftli kablolar, koaksiyal kablo ve radyo röle sistemleri üzerin den gerçekleştirilmektedir. Dalga kılavuzu optik elyaf ve uydu ortalamalarının bu amaçla kullanımları üzerinde araştırmalar sürmektedir.

1. mertebeden 2.048 MBit/s hızındaki işaretler halen kağıt izoleli çiftli kablolar üzerinden geçirilmektedir. 8.448 MBit/s hızındaki işaretler ekranlı kablo çiftle rinden 4.3 km aralıklı tekrarlayıcılar yerleştirmek sure tiyle geçirilmektedir. Geniş band nitelikleri dolayısıyle sayısal haberleşmede koaksiyal kablolar çok uygun bir iletim ortamı oluştururlar. 34.368 MBit/s hızındaki işaretleri 2 km aralıklı tekrarlayıcılar kullanmak sure tiyle koaksiyal kablolarla iletmek mümkündür. Gene koaksiyal kablolar üzerinden ve 2 km aralıklı tekrarlayı cılar kullanmak yoluyla 4. mertebeden işaretlerin iletimi dünya çapında sağlanmıştır.

Radyo röle sistemleri uzak mesafe ve engebeli araziler için elverişlidir. Bir çok ülkede 2GHz ve 10GHz arasın daki spektrumu analog iletim sistemleri işgal etmek tedir. Bu nedenle sayısal iletim için daha yüksek frekans ların kullanılması kaçınılmaz olmuş; çalışmalar 11 GHz ve 19 GHz bandlarında çalışan radyo röle sistemleri üzerinde yoğunlaştırılmıştır.

8. SONUÇ

TÜBİTAK Marmara Araştırma Enstitüsü, Elektronik Ünitesi'nde, 1. mertebeden PCM sistemi ile başlatılan mevcut iletim ortalamalarının kapasite artırım çalışmala rına, 2. mertebeden sistemler üzerindeki, çalışmalarla devam edilmektedir. 2. mertebeden sistemlerin daha önce döşenmiş olan çiftli simetrik kablolar ya da koak siyal kablolar üzerinden iletimi mümkün olacaktır. Ayrı ca, ülke çapında yerleşmiş bir kablo şebekesinin bulun maması nedeniyle, bazı yerlerde, birçok üstünlükleri olan radyo röle sistemlerinin kullanılması uygun görül müştür. Bu amaçla, 11 GHz bandında çalışan alçak kapasiteli bir radyo röle sistemi üzerinde çalışmalar ya pılmaktadır. Geliştirilmekte olan radyo röle sisteminin, farklı şebeke düzenlemelerine ve daha yüksek merte beden sayısal sistemlere de uyarlanabilecek bir esneklikte olması üzerinde özellikle durulmaktadır.

KAYNAKLAR

1. BYLANSKI, P. and INGRAM, D.G.VV."Digital Transmission Systems" IEE Telecommunications Series 4

2. C.C.I.T.T. SIXTH PLENARY ASSEMBLY "Line Transmission" ORANGE BOOK, Volume II 1.2.

3. MEMBERSOFTHETECHNICALSTAFF 'Transmission Systems for Communications" Bell Telephone Laboratories.

4. PHILIPS TELECOMMUNICATIE INDUSTRIE "PCM System for 30 Telephone Channels, 8TR 602/15" Parti II.

5. SÜER, S., YETİŞ, O'., KOÇAK, S. TÜBİTAK, Marmara Araştırma Enstitüsü Elektronik Ünitesi, 30 Kanallı PCM Sistemi Raporları.

6. Navaro, D. "8.448 MBIT/s Frekans Doğrulamalı İkinci Mertebeden Sayısal Çoklama Sisteminin Temelleri" ÜNİTE İÇİ RAPOR NO: UI 78 /1

7. BEYGU, A. ARF, S., NAVARO, D. "11 GHz Bandında Çalışan Bir Sayısal Radyo röle Sistemi Proje Önerisi" ÜNİTE İÇİ RAPOR NO: UI 78/8

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 275