HÜCRESEL TELEFON SİSTEMİ

Selime ELMALI

İlk olarak 1947 yılında geliştirilen hücresel telefon siste mi, taşıtlarda telefon kullanımını olanaklı kılarak ha berleşme alanına radyo haberleşmesinin değişik bir uy gulaması olarak girdi. Türkiye'de ilk olarak 1987 yılında kullanılmaya başlanan hücresel telefon sisteminin ulus lararası bir standarta kavuşması ile birlikte kullanımının artacağı ve tüm dünyadaki abone sayısının 2000 ılında 10 milyona ulaşacağı tahmin ediliyor.

Hücresel telefon sistemi, aynı frekansın, tanımlı alanlar içinde konuşma kanalı olarak birden fazla sayıda kul lanılması ilkesine göre çalışır. Tekrar kullanılan frekans ların birbirleriyle etkileşiminin önlenmesi aynı frekansın kullanıldığı alanların birbirlerinden yeteri kadar uzakta tanımlanmasıyla sağlanır. Sistem merkezi bir yapıya sa hiptir ve başlıca dört bileşenden oluşur: Taşınır telefon santrali, ana istasyonlar, radyo kanalları ve abonelerin kullandığı taşınır radyo telefonlar. Taşınır telefon santrali bu yapının merkezi ve anahtarlama noktasıdır. Bu sant

ralin sorumlu olacağı alan ise trafik alanı olarak isimlen dirilir ve tıpkı bir bal peteği gibi hücrelere bölünmüştür. Tüm trafik alanlarının bileşimi ise hücresel telefon ağını oluşturur. Her hücreye, bir alıcı verici ile donatılmış ana istasyonlar yerleştirilir. Santralin hücrelerle haberleş mesi bu alıcı vericilerle gerçekleşir. Olağan telefonlar dan taşınır telefonların aranması ve tersi durum için taşı nır telefon santrallerinin yerleşik santrallere de bağlan tısı vardır (Şekil 1).

Radyo kanallarının ana istasyonlar arasındaki dağılımı verimlilik açısından önemli bir noktayı oluşturur. Toplam konuşma kanallarından belirli bir bölümü bir ana istasyo na verilirken geriye kalan kanallar bu .ana istasyona komşu olan diğer istasyonlar arasında dağıtılır. Ana is tasyon vericilerinin çıkış gücünün düşük olması bu istas yona verilmiş bir kanalın (frekansın) buna komşu olma yan diğer ana istasyonlarda da tekrar tekrar kullanılabil mesini sağlar. Oluşturulacak ana istasyon ağı bölgenin

_ _ , AÇIKLAMALAR ( A ) Takınır Telefon Sanbdı ( B ) Ve rleşikTelefon Santral

Q A na istasyon

ŞEKİL.I Taşınır radyo telefon abonesinin halk tipi santrala _ bağlantısı yüzeysel yapısına ve abone yoğunluğuna göre seçilir. Kırsal alanlarda yaklaşık 25 km yarıçapında büyük bo yutlu hücreler oluşturmak olasıdır. Küçük hücre tekno lojisi uygulandığı zaman ise ana istasyon vericisinin gü cü ve anten yüksekliği istenilen kapsamdaki alanı oluş turacak şekilde ayarlanır. Şebekenin genişletilmesi, hücrelerin bölünmesi çoklu kanal kullanımı ve santral ka pasitesinin artırılmasıyla sağlanır. Küçük hücre teknolo jisinin uygulanmasında hücre sayısının artmasıyla bir likte denetimin güçleşmesi ve işletim maliyetinin yüksel mesi sınırlayıcı etkenlerdir.

Oluşabilecek Çağrı Türleri

Taşınır telefon sisteminde her abone bir taşınır telefon santraline kayıtlıdır. Bir abone için kayıtlı olduğu santra lin dışındaki santraller ziyaret edilen santral olarak isim lendirilir. Bu tanımlamaya göre aboneler ait oldukları santral alanında bulunuyorlarsa yerli abone, diğer sant rallerin alanında bulunuyorlarsa ziyaretçi abone olmak üzere iki konumda bulunabilirler. Bir santralde yerli abo neye ait tüm bilgiler varken ziyaretçi aboneler için yalnız ca yerli abonelere sağlanan servis düzeyini sağlayacak olan ve ziyaretçi abonenin ait olduğu santralden alınan geçici bilgiler vardır. Bir taşınır radyo telefona yapılan çağrı ki bu bir yerleşik santralden, ait olduğu taşınır tele

fon santralinin diğer bir abonesinden ya da başka bir taşınır telefon santrali abonesinden gelebilir ilk olarak ait olduğu santrale yönlendirilir. Santral sorumlu olduğu tüm ana istasyonlara çağrıyı iletir, abone hangi istasyon alanında ise çağrı o istasyona kilitlenir. Çağrının taşınır telefon santraline yönlendirilmesi işlemi farklı durumlar için şu şekilde gelişir:

• Çağrı yerleşik santrale bağlı normal bir telefondan yapılmışsa bu yerleşik santral tarafından aranan taşınır telefonun ait olduğu santrale yönlendirilir. Yönlendirme yerleşik santraller ve taşınır telefon santrali arasında varolan bağlantılar üzerinden yapılır. • Aynı santralin abonesi olan diğer bir taşınır telefon ta rafından yapılmışsa arayan abonenin o anda alanında bulunduğu ana istasyon tarafından santrale yönlendirilir.

• Başka bir trafik alanında bulunan taşınır telefon ta rafından yapılmışsa bu abonenin alanında bulunduğu ana istasyon aracılığıyla o trafik alanının taşınır telefon sant raline bu santralden de üzerinden geçilmesi gereken yerleşik santrale yönlendirilir. Bu noktadan sonra işlem birinci durumdaki gibi devam eder.

Hücresel telefon sisteminde servisin sürekli olmasını sağlayan iki özel işlem vardır: Radyo telefonun ait oldu ğu trafik alanı içindeki ana istasyon hücrelerinin birinden diğerine geçerken iletişimde kesinti olmaması ve bir tra fik alanından diğer trafik alanına geçerken bu aboneye ait bilgilerin servisi aksatmayacak şekilde alanına girilen yeni santrale aktarılması. Bunlardan birinci durum "kay ma" ikinci durum "gezinme" olarak isimlendirilir.

Kayma:

Bir radyo telefon hareket halinde iken sorumlu santral bu abonesini sürekli izler. Bir ana istasyona ait alan küçül dükçe konuşmakta olan radyo telefonun bu alanın sınırı na ulaşma olasılığı artar. Bu nedenden dolayı santral, sürmekte olan konuşmaları bir istasyondan diğerine ak tarabilme yeteneğine sahiptir. Bir çağrı başladığı anda santral tarafından komşu istasyonlarda işaret seviyesi ölçümleri başlatılır. Bu istasyonlardan radyo telefona gönderilip geri dönen işaretler santrale gönderilerek ölçümleri yapılır. Ölçüm sonuçlarına göre eğer başka bir ana istasyon daha nitelikli iletişim sağlıyorsa konuşma 300 ms sürelik bir kesintiyle bu istasyona aktarılır.

Gezinme:

Daha önce her taşınır telefon abonesinin bir santrale kayıtlı olduğunu söylemiştik. Bir abone ait olduğu sant ralin alanından başka bir santralin alanına hareket ettiği zaman radyo telefon aracı bunun farkına varır ve ziyaret edilen santralle haberleşerek trafik alan bilgisini yeniler. Ziyaret edilen santral abonenin ait olduğu santrali araya rak abonesinin kendi alanına girdiğini bildirir. Abonenin kendi santrali bu abonesiyle ilgili gerekli bilgileri ziyaret edilen santrale bildirir ve abonesinin durum bilgisini yeni ler. Artık bu aboneye gelen çağrıların tümü ziyaret edilen santrale yönlendirilecek, abonenin yapacağı çağrılar da ziyaret edilen santral tarafından denetlenip gerçekleştiri lecektir. Ancak bu geçiş sırasında sürmekte olan bir ko nuşma kesintiye uğrar.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ • 351

Bu iki olay süresince gerçekleşen işlemler kullanıcı etki si gerektirmeksizin santral tarafından yapılır. Ancak ha berleşme niteliğinin yüksek olması bu iki olayın olabil diğince az oluşmasına bağlıdır. Çünkü yeryüzü koşulları ve istasyonlara verilen konuşma kanalı sayısının yeter siz olması bu geçişler sırasında kesintiye yol açabil mektedir. Gezinmenin az olması santralin sorumlu ol duğu alanın geniş olmasına bağlıdır. Ancak bu durumda alandaki istasyon sayısı artacaktır. Santralin bir abone sine gelen çağrıyı kendisine bağlı tüm ana istasyonlara gönderdiğini daha önce belirtmiştik. İstasyon sayısının artması bu işleyişten dolayı santralin yükünü artıracağın dan böyle bir çözüm başka sorunlar yaratacaktır.

Veri İletişiminde Kullanımı ve Sorunlar

Taşınır radyo telefonların yaygınlaşmasıyla birlikte, aynı yolla veri iletişiminin de gerçekleşmesi güncel bir konu oldu. Aboneler araçlarına bağlayacakları modem ve uç larla teleks, faks, veri tabanı gibi ses dışı haberleşmeyi de gerçekleştirebilecekler. Bir hücresel ağın üzerinden sağlanan veri iletimi bilgi bozulmasıyla ilgili bazı sorunlar la karşılaşıyor. Sorunlardan birisi, hücreden hücreye geçiş sırasında oluşan yaklaşık 300 ms kesinti ki bu bir konuşma süresince hücre boyutuna ve yüzey durumuna bağlı olarak 2 4 kez oluşur. Bu kesinti ses iletişiminde fark edilmemesine rağmen özellikle yüksek frekanslarda gerçekleştirilen veri iletiminde, önemli ölçüde veri kaybı na neden oluyor. Diğer bir sorunsa, radyo işaretlerinin bir noktadan diğer bir noktaya yalnızca bir yoldan gitmeyip binalardan vb.den oluşan yansımalarla birkaç yoldan git mesi ve bu işaretlerin alıcıya ulaştığı zaman girişimde bu lunarak işaret bozulmasına neden olması, daha da ötesi veri kaybına neden olmasıdır. Bu sorunlar modemlerin hata düzeltme özelliklerinin gelişmesiyle çözülebilir. Bu konuda önerilen çözümlerden biri radyo telefon aracı üzerine, yerleşik santral ve taşınır telefon santrali ara sında uyumlayıcı görevi yapacak bir arabirim koymak. Diğer bir öneri de özel bir hücresel iletişim prokolü ve bu protokolle çalışacak araçlarla sorunu çözmek.

Standart Çalışmaları

Şu anda dünya üzerinde örneksel (analog) çalışan yedi tür hücresel sistem bulunuyor (Tablo 1). Bunlardan

Standart

AMPS

Frekans Bantı

800 Mhz

Kanal Sayısı

Tepe (peak) Sapma 12kHz

Kontrol Kanalları 21

Kanal Genişliği

30 kHz

İşaretleşme Hızı 10kbps

İlk Uygulama

TACS 900 MHz 1000 9,5 kHz 21 25 kHz 8kbps 1985

MtfT

HCMTS

450 MHz 900 MHz

5kHz 5kHz

değişken 1

25 kHz 25 kHz

1,2kbps 300 bps

1981 1979

Tablo 1 Hücresel Sistemde Kullanılan Standartlar

AMPS Kuzey Amerika ve Kanada'da, TACS İngiltere'de, NMT Hollanda, Lüksemburg, Belçika, İspanya, Tunus, Umman, Suudi Arabistan, Malezya, Tayland, Endonez ya, İskandinav Ülkeleri ve Türkiye'de kullanılıyor. Ancak bir abonenin tüm bir anakara üzerinde dolaşımına olanak veren uluslararası bir standart kabul edilmiş değil. Varo lan sistemlerin ilerde artacak abone sayısını karşılaya mayacağı sonucu ve ISDN (sayısal tümleşik hizmetler ağı) uyumlu veri hizmetlerine olan istemin artması, ikinci

kuşak bir sayısal hücresel ağın oluşturulmasını gerekli duruma getirdi ve bu konuda uluslararası standart tartış ması gündeme geldi. Bu amaçla, Avrupa PTT'ler Konfe ransı (CEPT) Avrupa ülkelerinde geçerli olacak standart çalışmalarını gerçekleştirmek için GSM (Group Service Mobile) komitesini 1982 yılında kurdu. Oluşturulan komi tenin amaçları şunlardı:

• katılan tüm Avrupa ülkelerinde çalışabilecek taşınır radyo telefon • gelişmiş veri hizmetleri • (kullanılan frekans bandında) yüksek spektrum ve rimliliği elle taşınır boyutta radyo telefon

CEPT GSM komitesi, çalışmalarını 1988 Haziran'ında son belirlemeleri yapıp 1991'de uygulamaya geçecek şekilde planlıyor. İkinci kuşak hücresel radyoda kullanı lacak frekans kanallarını ise 1900'a kadar belirlemeyi he defliyor. Bunun nedeni ise Fransa'nın 1991'de, İngiltere ve Federal Almanya'nın da 1992'de varolan kanal kapa sitelerini aşacaklarını tahmin etmeleri. Birinci kuşak hücresel radyo sisteminde konuşma bilgi leri sürekli dalga şeklinde iletilir. Bir abone, konuşması süresince bir kanalı meşgul eder. Sayısal radyo siste minde ise ses bilgileri iletimden önce sayısal olarak kod lanır ve kullanıcı kanalı belirli süreler için meşgul eder. Bu süre de bir bilgi demetinin (burst) iletimine gerekli olan süredir. Bu konuda GSM iki tür sss kodlaması üzerinde çalışmaktadır: Birincisi alt bant kodlaması ki burda ör neksel konuşma bantı belirl isayıda alt frekans bant larına bölünmüştür. Her alt bantta tahmin edilen konuş ma enerjisi sayısal diziler şeklinde kodlanır. Bu dizilerin alımından sonra ise kod çözümleyici her alt banttaki işareti yeniden oluşturur. İkinci tür ise konuşma sesleri nin bağıntısal yazımına dayanan tahminsel kodlamadır. Radyo kullanımında verimliliğin artırılması için de zaman bölümlü çoklu giriş (TDMA Time Division Mukiple Ac cess) yöntemi öneriliyor. Bu yöntemde bant girişi belirli bir zaman dizisiyle kontrol ediliyor. Vericinin gönderdiği işaretin yansımadan dolayı birkaç yoldan gitmesinden kaynaklanan girişim sorununun çözümü için iki tür TDMA denendi. Darbantlı TDMA'da bant genişliği 10 kanal için 250 kHz iken genişbantlı TDMA'da 63 kanal için 4,5 MHz kullanılıyor. Çıkan sonuçlara göre genişbantlı TDMA yük sek riskli ve az karlı görünürken darbantlı TDMA düşük riskli ve birçok yönden daha yararlı görünüyor. Sayısal teknolojiye geçildiğinde alış ve veriş bilgi demetleri deği şik anlarda geleceğinden bunların ayrıştırılması gibi bir sorun olmayacak ve bu amaçla kullanılan süzgeç devre si radyo telefon aracından çıkarılabilecek. Böylece abo nenin kullandığı radyo telefonun boyutları da örneksel kısım ortadan kalktığı için oldukça küçülecek öyle ki abone aracını cebinde bile taşıyabilecek..Ayrıca dar bantlı TDMA kullanıldığında genişbantlı TDMA'nın tersine yüksek verici gücü de gerekmeyecek ve ana istasyon maliyeti düştüğü gibi kapasite yükselecek. Taşıyıcı bantı dar tutulduğu zaman ülkelerin halen kullandıkları frekans planlarına uyum da kolaylaşacak. Sonuç olarak GSM hedefini Darbantlı TDMA Avrupa Standardı olarak belirle miş oldu.