ASELSAN Sayfa Dönüş

Telsiz Haberleşme Sistemleri

Ömer ERTEKİN * Elektronik Mühendisi

Ticari ve sosyal hayatın gelişmesi, özellikle şehirlerdeki nüfus yoğunluğunun artması ile güvenli ve etkin bir haberleşmenin önemi her geçen gün artmaya başlamıştır. Haberleşme, ticaret, sağlık, eğitim, genel hizmetler ve güvenlik gibi alanlarda vazgeçilmez bir şekilde yerini almaya başlamıştır. Telsiz Haberleşmesi, yalnızca haberleşme gereksiniminin artmasına paralel olarak değil aynı zamanda gezginlik özelliğinden ötürü tercih edilmekte ve hızla gelişmektedir. Bu gelişme telsiz kullanıcı sayısının artmasının ya da frekans spektrumunun kullanımının gözlenmesiyle anlaşılabilir. Bu yazıda dünyada telsiz sistemlerindeki gelişmeler, geçmiş, mevcut ve gelecekteki sistemler anlatılmıştır.

Telsiz haberleşme sistemlerinde iletilmek istenen mesaj (ses veya veri), taşıyıcı görevi yapan elektromanyetik bir dalga sayesinde iletilir. Belli bir frekanstan göndermeç ile yayınlanan bu dalga, bir anten vasıtasıyla almaca aktarılır. Almaçta elde edilen mesaj, ses ise bir hoparlöre, veri ise başka bir dış birime gönderilir ve bu yolla iletişim gerçekleşir.

Telsiz sistemleri kullanım yerine ve amacına göre çeşitli şekillerde isimlendirilmiştir. Bu isimler Avrupada PMR (Private Mobile Radio) ve PAMR (Public Access Mobile Radio) olarak sayılabilir. PMR kullanıcı gruplarına özel tahsisli kanal kullanımı ve sistemin kullanıcı grubu tarafından işletilmesi ya da işletiminin kontrol edilmesi anlamına gelirken, PAMR da konuşma kanallarının birden fazla kullanıcı grubu tarafından ortak kullanımı ve sistemin bir operatör tarafından işletilmesi anlamına gelmektedir.

Telsiz haberleşme sistemleri, diğer tüm haberleşme sistemlerinde olduğu gibi teknolojik gelişime paralel olarak, belirli zaman aralıklarında sınırlı bir çerçeve içinde gelişmelerini sürdürmüşler, ancak teknolojik gelişmenin evrimsel olduğu zamanlarda ise evrimsel bir gelişmeye tabii olmuşlardır. Bu anlamda analog teknolojilerin kullanıldığı aralıkta tasarlanan telsizler birinci nesil, sayısal teknolojilerin kullanıldığı aralıkta tasarlanan telsizler ise ikinci nesil telsizler olarak adlandırılmışlardır.

BİRİNCİ NESİL TELSİZ SİSTEMLERİ

Konvansiyonel Sistemler

Konvansiyonel sistemler, bir çevrim içindeki bütün kullanıcıların aynı kanalda beklediği ve bu kanaldan alma gönderme yaptığı sistemlerdir. Telsizlerin, alma ve göndermede aynı frekansı kullanarak çalışmasına simpleks çalışma; farklı frekanslar üzerinden çalışmasına ise dupleks çalışma adı verilmektedir
Simpleks çalışmada sistemdeki tüm birimler alma ve gönderme işlemlerini tek bir frekans üzerinden yaparlar. Telsizin alma sırasında göndermeci, gönderme sırasında ise almacı pasif konuma geçer. Simpleks çalışma metodu Şekil-1'de görülmektedir.

Şekil-1. Simpleks Sistem

Şekil-2. Yarı Dupleks Sistem

Dupleks çalışmada ise telsizler alma ve gönderme işlemlerini farklı frekanslar üzerinden yaptıklarından sistemde iki taraflı telefon görüşmesi şeklinde görüşme gerçekleşebilir. Tam dupleks ve yarı dupleks olmak üzere iki çeşit dupleks çalışma metodu vardır. Tam dupleks çalışan bir sistemde, sistemdeki tüm birimler aynı anda alma ve gönderme yapma özelliğine sahiptirler. Yarı dupleks çalışan bir sistemde ise yalnızca tekrarlayıcı telsiz bu özelliğe sahiptir; diğer telsizler aynı anda alma ve gönderme yapamaz. Yarı dupleks çalışma prensibi Şekil-2' de gösterilmiştir.

Klasik Telsiz Sisteminde haberleşme, aldığını gönderen bir aktarıcı (repeater) aracılığıyla olur. Sistemde birden fazla kanal olabilir. Telsiz kullanıcıları hangi kanalda görüşmek isterlerse telsizlerini o kanala getirirler.

Telsiz Sistemlerinde Kullanılan Özellikler

Konvansiyonel telsizlerde telsizlerin daha verimli kullanılabilmesi ve konvansiyonel telsiz ve tekrarlayıcılardan birçok kullanıcı grubunun sistem olarak yararlanabilmesi için sistemlere çeşitli ilave özellikler kazandırılmaktadır. Bu özellikler aşağıda anlatılmıştır:

• Ton Kodlu Susturma
• Seçmeli Çağrı
• Kimlik Tanıtma
• Kanal Tarama
• Gönderme Zamanını Sınırlama
• Meşgul Kanalda Yayın Kilidi

Ton Kodlu Susturma (TKS)

Susturma tekniklerinden olan TKS, sistemdeki telsizlere yazılım ile kazandırılabilen bir özelliktir. TKS özelliğine sahip bir sistemde, telsizlerin gönderdiği mesajlara özel bir ton eklenir. Gönderilen mesajı etkilememesi için ses işaret bandının altında (300Hz-3kHz) yer alan bu ton, telsiz göndermeye geçtiğinde üretilerek gönderilen mesaja eklenir. TKS özelliğine sahip telsizler bu özel tonu tanıyarak almaç devrelerinin açılmasını sağlarlar. Böylelikle telsizler yalnızca doğru tonu içeren mesajlara tepki verirler; diğer mesajları dikkate almazlar. TKS özelliği sayesinde sisteme aşağıda anlatılan nitelikleri kazandırmak mümkün olmaktadır.

Seçmeli Çağrı

Seçmeli Çağrı özelliği olan sistemlerde her telsize ve/veya gruba birer "çağrı numarası" verilmektedir. İstenen telsiz veya gruba bu numara vasıtasıyla çağrı yapılır. Böylece yapılan çağrı sadece ilgili telsize adreslenmiş olur ve kullanıcılar, kendileri çağrılmadıkça kanaldaki diğer konuşmaları dinlemek zorunda kalmazlar.
Seçmeli Çağrı sistemlerinde kullanılan çeşitli yöntemler mevcuttur. Yaygın olarak kullanılan yöntemler 2-ton ve 5-ton Seçmeli Çağrı sistemleridir. Günümüzde 2-ton sisteminin gelişmiş şekli olan 5-ton sistemler tercih edilmektedir. Bu sistemde her "adres" 5 rakamdan oluşur. 0-9 arası rakamların her birini temsil eden birer ton seçilir. İki aynı rakamın yan yana geldiği durumlar için bir tekrar tonu üretilir. Her bir "5 ton dizisi" bir adresi temsil eder.

Kimlik Tanıtma

Seçmeli Çağrı sistemlerinin bir yan özelliği olan "kimlik gönderme" telsize programlanmış olan kimliğin (ANI) bas-konuş mandalına basılmasıyla gönderilmesidir. Bu özellik sayesinde kanalda sürdürülmekte olan konuşmalar kontrol edilebilmektedir. Bu özelliğin bir başka kullanımı, telsizin bir çağrı aldığında kimliğini yollamasıdır (auto acknowledge). Böylece yapılan bir çağrının istenen telsize ulaştığı anlaşılmış olur.

Kanal Tarama

Kanal Tarama özelliği telsizin yayın olan kanalı bulup, o kanalı izlemesi işlevidir. Bu özellik, birden fazla kanalı izlemek ve izlediği kanallardan herhangi birinden çağrı aldığında, o kanaldan çağrıya cevap vermek isteyen kullanıcılar için tasarlanmıştır.

Gönderme Zamanını Sınırlama

Bu özellik telsizin göndermede kalma süresini sınırlayarak bas-konuş mandalının sürekli basılı kalması halinde kanalın meşgul edilmesini önler.

Meşgul Kanal Kilidi

Meşgul Kanal Kilidi olan bir telsizin, kanalda yayın varken gönderme yapması engellenebilir. Böylece kanalda yayın varsa, bas-konuş mandalına basılsa bile bir anda birden fazla telsiz gönderme yapamaz.

Trunk Sistemleri

Klasik Telsiz Sistemlerinde kanallar sürekli olarak kullanılmamaktadır. Bundan ötürü farklı kullanıcılara yeni kanallar verilmeksizin var olan kanalları zaman paylaşımlı kullandırarak frekans spektrumu daha verimli kullanılabilir. Bu çözüm Trunk Telsiz Sistemidir. Trunk Telsiz Sistemi bir akıl etrafında toplanmış birden fazla kanallı klasik telsiz sistemi olarak düşünülebilir. Kanallardan birisi sistem ve telsizler arasında işaretleşme için kullanılır ve Kontrol Kanalı olarak adlandırılır. Diğer kanallar ses veya data haberleşmesi için kullanılır ve Trafik Kanalı olarak adlandırılır.

Trunk Telsiz Sisteminde telsiz kullanıcıları görüşmek istedikleri telsiz kullanıcısını ya da grubu sisteme bildirir. Kontrol kanalından gelen istekleri değerlendiren Trunk Telsiz Sistemi ses veya data haberleşme isteğine boş olan trafik kanallarından birisini atar. Görüşme bitimine kadar kanal görüşme isteğinde bulunan telsiz ve görüşülmek istenen telsiz veya grup tarafından kullanılır. Kullanılan trafik kanalı görüşme bitimi sonunda boş trafik kanalı listesine dahil edilir ve yeni bir istek için kullanılabilir. Trunk Telsiz Sistemi içindeki trafik kanallarının tümü kullanımdayken gelen data veya ses haberleşme istekleri Kanal Sırası'na alınır. Trafik kanallarından biri boşaldığında, sırada bekleyen isteklerden birisi için kullanılır.

1979'da ABD'de tanıtılan Trunk Telsiz Sistemi üzerinde çalışmalar 1980'lerde hızlandı. ABD'de bazı büyük telsiz firmaları tarafından geliştirilen Trunk Telsiz Sistemleri ortak bir standarda sahip değildir. Buna karşın İngiltere'de DTI (Department of Trade and Industry) telsiz ve sistem arasında işleyecek olan açık işaretleşme standardı olan MPT 1327'nin geliştirilmesini sağladı. Aynı zamanda, bu standarda uygun olarak çalışacak telsizler için de MPT 1343 standardını geliştirdi.

İKİNCİ NESİL TELSİZ SİSTEMLERİ

TETRAPOL
TETRAPOL, Fransız PMR üreticisi olan MATRA tarafından ortaya atılmış bir sistemdir. Bu sistem temel olarak FDMA kanal erişim tekniği ve GMSK modülasyon yöntemi üzerine kurulmuştur. Sistemin temel özelliği denenmiş ve karmaşık olmayan teknolojileri kullanmasıdır. Bu sistem TETRAPOL adıyla standartlaşma aşamasına girmeden önce MATRA tarafından ACROPOL adıyla tasarlanmış ve üretilmiştir.

  
Sistem analog telsizlerle uyumlu değildir, ancak herhangi bir standarttaki analog telsizlerle sistem içi telsizlerin görüşebilmesi için kullanıcıya özel geçiş birimleri geliştirilmektedir. Bu geçiş birimleri sistem standartlarına dahil değildir.

TETRA

1990 yılında ETSI tarafından geliştirilmesine başlanmıştır. Bu amaçla RES (Radio Equipments and Systems) bünyesinde bir çalışma grubu oluşturulmuştur. TETRA, bütün profesyonel telsiz kullanıcılarının kapsandığı ses+veri ve/veya optimize paket veri sistemlerinden oluşan sayısal ve hücresel bir telsiz haberleşme şebekesidir. Bu sistem mevcut analog ya da sayısal telsiz ve telsiz sistemleri ile uyumlu değildir. TETRA sistemi kapsamındaki cihazların, mevcut sistemlerle görüşmesi için herhangi bir çözüm önerilmemektedir.

APCO 25

APCO (Association of Public Safety Communications Officials), ilk olarak 1976-1979 yılları arasında güvenlik grupları tarafından kullanılacak trunk sistemi ile ilgili fonksiyonel sistem gereksinimlerini APCO 16 projesi ile yayınladı. Ancak APCO 16'da belirtilen gereksinimleri karşılamak üzere farklı firmalar tarafından ortaya atılan ürünlerde birlikte çalışma problemleri ortaya çıktı. Bu çalışmada ortaya çıkan problemlerden yola çıkılarak APCO 25 projesi çalışmaları başlatıldı.
Var olan konvansiyonel ve trunk sistemlerinin çalıştığı tüm frekans bantlarında çalışacak şekilde geliştirilmiştir. Geliştirme aşamasındaki başlıca hedefler şunlardır:

• Var olan frekans kaynaklarını en verimli şekilde kullanmak
• Sistemin kullanıldığı süre boyunca birçok üreticiden destek alabilmek
• Kullanıcı grupları içinde ve kullanıcı grupları arasında güvenilir haberleşme sağlamak
• Kullanımı kolay cihazlar tasarlamak.

APCO 25'i diğer ikinci nesil sayısal sistemlerden ayıran en önemli özellik mevcut analog konvansiyonel telsizler ile de görüşme sağlamasıdır.

SONUÇLAR

Yukarıdaki açıklamalardan da anlaşılacağı gibi dünyanın çeşitli sosyoekonomik bölgelerinde çeşitli modülasyon ve erişim tekniklerinin kullanıldığı ikinci nesil sayısal sistemler kullanıma sunulmaktadır.

Telsiz sistemlerinde, sistemleri, bireysel çağrıların sıkça yapıldığı, kullanıcıların küçük gruplar halinde olmasından dolayı grup çağrıların kanal ekonomisi getirmekten uzak olduğu "çağrı yoğun sistemler" ve çok sayıda kullanıcının çevrim anlayışıyla büyük gruplarda toplandığı "kullanıcı yoğun sistemler" olarak tanımlayabiliriz

ETSI tarafından ikinci nesil telsiz sistemleri konusunda yapılan çalışmalara göre sayısal trunk sistemleri FDMA ya da TDMA erişim tekniği ile oluşturulabilecektir. Bireysel çağrıların sık kullanılmadığı, büyük kaplama alanı gereksinimi duyan, bir bölgede en fazla 10 kanal içeren (10 kanal/site) ve grup başına düşen kullanıcı sayısının yoğun olduğu sistemler için optimum çözüm FDMA olacaktır. Bireysel çağrıların yoğun olduğu, site başına 15'ten fazla kanala sahip, ancak kaplama alanının dar olmasına/daha fazla tekrarlayıcı telsiz kurulmasına müsaade edebilecek sistemler için TDMA optimum çözüm olacaktır.

Güvenlik kuvvetleri tarafından kullanılan sistemler profesyonel sistemler (PMR) olarak adlandırılmakta olup, grup çağrı yoğunluğu, bireysel çağrı yoğunluğuna göre çok fazla olan ve çevrim mantığı ile çalışan sistemlerdir. Bu tür sistemlerde, telsiz kullanıcısının hangi kullanıcılarla görüşeceği, hangi gruba dahil olacağı (Asayiş çevrimi, trafik çevrimi, istihbarat çevrimi gibi) önceden belirlenmiştir ve belirlenen bu kullanıcıların mutlaka birbirlerini duymaları gerekir. Sonuç olarak birim site başına gerekli kanal sayısı, çevrim sayısına her zaman için eşit olacaktır. Kolluk kuvvetleri uygulamasında herhangi bir çevrimin, kanalı bir diğerinden daha az kullanması ve kullanmadığı zaman da diğer çevrimler tarafından kullanılması söz konusu olmadığından, kanalların dinamik olarak tahsisi de mümkün değildir. Bu kabuller ışığında, ikinci nesil telsiz sistemleri seçimi söz konusu olduğunda, kolluk kuvvetleri için en uygun çözümünün FDMA tabanlı sistemler olacağı söylenebilir. PAMR sistemleri ise (ASELSAN ticari trunk sistemi gibi) bireysel çağrılara göre tasarlanmış olup, TDMA çözümü gerektirirler.

Avrupa'da TETRA ve TETRAPOL, ABD'de APCO 25, İDEN, EDACS ve GEOTEK FHMA, Güney Amerika'da İDEN, Kanada'da EDACS ve Meksika'da TETRAPOL sistemleri karşımıza çıkmaktadır. Almanya ve İngiltere'nin başını çektiği sosyoekonomik grup Avrupa'da TETRAPOL'a karşı TETRA'yı savunmaktadırlar. Fransa'nın önde gelen  PMR üreticilerinin yönlendirdiği sosyoekonomik grup ise TETRAPOL sistemini savunmaktadır. ABD'nin en büyük PMR üreticisi durumunda olan bir firma, Avrupa'da şiddetle karşı çıktığı ve kötülediği TETRAPOL sisteminin bir benzeri olan APCO 25 sisteminin ABD ve Kanada'da yaygınlaştırılması için çalışmaktadır. Yine aynı firma, Güney Amerika bölgesi için İDEN sistemini pazarlamaktadır. Buradan da anlaşılacağı gibi ikinci nesil sayısal sistemler birbirlerinden bazı noktalarda daha iyi, bazı noktalarda daha kötü sistemlerdir ancak kullanıcı seçiminde önemli olan sosyoekonomik çözümdür.

TETRA sisteminde TDMA ve p/4 DQPSK teknikleri kullanılmaktadır. TDMA erişim tekniği bireysel kanal ihtiyacı olan kullanıcı yoğunluğunun fazla olduğu sistemlerde kullanılmaktadır. Bunun yanında senkronizasyon gereksinimi nedeniyle almaç duyarlılığı çok iyi değildir. Sonuç olarak, TDMA TETRA sisteminde FDMA erişim tekniğinin kullanıldığı bir sisteme nazaran 1,5-2 kat daha fazla baz istasyon kullanılarak aynı kaplama alanına erişilebilir.
TETRA sisteminde senkronizasyon baz istasyondan gönderilen işaretler ile sağlanmaktadır. Direkt mod haberleşmede böyle bir imkan olmadığından direkt mod haberleşme yapacak terminallerin senkronizasyon işlemlerini kendilerinin yapmaları gerekmektedir. Bu da direkt mod yeteneğine sahip terminallerin daha pahalı olacağı anlamına gelmektedir.

p/4 DQPSK modülasyon tekniğinde filtreleme yapılmadığında modüle edilmiş işaret daha geniş bir frekans spektrumuna yayılmaktadır. 25 kHz kanal genişliğinin tanımlandığı TETRA sisteminde bu durumda yan kanallara taşma ve desentizasyon tehlikesi baş göstermektedir. Spektrum kullanımın iyileştirilmesi amacı ile darbe şekillendirici filtreler kullanılmaktadır. Bu filtrelerin kullanımı da taşıyıcı işaretin genlik modüle olmasına yol açmaktadır. Genlik modüleli işaretin kayıpsız taşınması için ise doğrusal yükselteçler kullanılmaktadır. Doğrusal yükselteçler verimin düşük ve yapımın pahalı olduğu yükselteçlerdir.

TETRAPOL sisteminde FDMA ve GMSK teknikleri kullanılmaktadır. Burada ilk akla gelen FDMA baz istasyonunda birden fazla güç yükseltecinin kullanılacağı ve bunların karmaşık birleştiriciler ile birleştirildikten sonra kullanılabileceğidir. Ancak TETRA sisteminde de 4 kanaldan fazla ihtiyaç duyulduğunda bu birimlerin kullanılması gerektiği açıktır.

TDMA sisteminde yalnızca bir zaman dilimi kullanılsa bile, zaman dilimlerinin tamamı gönderilmektedir. Yani düşük yoğunlukta bile gereksiz güç tüketimi ve kanal kullanımı ortaya çıkmaktadır. Oysa FDMA sisteminde bir kullanıcı için bir frekans bölgesi kullanılır ve sadece bu aralık için güç harcanır.

Ancak TETRA sisteminin, ekonomik ömrünü doldurmuş analog telsiz sistemlerini değiştirme arayışlarında olan ülkelerinin katılımıyla ETSI tarafından standart haline getirilmiş, yüksek çağrı ve veri iletme kapasitesine sahip bir sayısal telsiz sistemi olduğu unutulmamalıdır. Sonuç olarak bütün bu özellikleri ile PAMR sistemi için en uygun çözümün TETRA olduğunu söylemek yanlış olmaz

ABD, APCO 25 sistemi FDMA ve C4FM tekniklerini kullanmaktadır. Sistem ABD ve Kanada güvenlik kuruluşlarının üretici firmalarla ortak çalışmaları sonucunda ortaya çıkmıştır. APCO 25 sistemi 12,5 kHz kanal aralığında hem analog hem sayısal haberleşmeyi desteklemektedir. Ülkemizde de ABD'de olduğu gibi analog sistemler yaygın olarak kullanılmaktadır. Sayısal sistemlere geçişte bu sistemlerin tamamını atmak ve yeni yatırımlara girmek tamamen anlamsızdır. Tamamen sayısal bir sistem kurmak ancak, yeni bir sistem kurmak isteyen kullanıcılar için uygun ve ekonomik olacaktır.

KAYNAKÇA

1    http://www.tetramou.com        
2    http://www.tetrapol.com       
3    http://www.apcoint.org       
4    http://www.mot.com       
5    http://www2.geotek.com       
6    http://www.trascrypt.com       
7    http://www.ericsson.com       
8    Mobile Data Communication Systems, Artech House, 1995
9    IEEE communications Magazine Mayıs 1995, IEEE, 1995
10    GMM (Global Mobility Multimedia), ETSI, 1996
11    Elektrik Mühendisliği Dergisi, Temmuz 1997 sayısı, EMO,1997
12    Cellular&Mobile International, Mayıs, 1997
13    Radio Resource International, Haziran, 1997
14    Cellular&Mobile International, Temmuz/Ağustos, 1997
15    Mobile Europe, Şubat, 1997
16    ERC Report 52 (Methodology For The Assessment Of PMR Systems In Terms Of Spectrum, Efficiency, Operation And Implementation, ERC, 1997

ÖZGEÇMİŞ