Veri İletimi Temelleri – IV

Veri İletiminin Temelleri yazı dizimiz devam ediyor. Bu sayıda "AC kuplaj kanallarında veri kodlaması, kodlanmış verinin bandgenişliği verimliliği. veri kodlaması ve telefon kanalı" konuları işleniyor.

Şimdiye kadarki anlatımlarımızda kanalın bilgi sinyaline ait frekans bileşimlerini 0 Hz den B Hz 'e kadar geçirdiğini kabul ettik.(Band genişliğini B olarak gösteriyoruz.) Fakat birçok haberleşme kanalı var ki alçak frekans bileşimlerini geçiremiyor.Çünkü pratik sebeplerden dolayı (istenmeyen dc-offsetleri yok etmek için) ac-kuplaj ekipmanlarına ihtiyaç duyuyorlar.Bu kanallardan bir tanesi de sabit telefon hattıdır.
Sabit telefon hattı band geçiren hatlara klasik bir örnektir.Yani,şekil 1'de görüldüğü gibi,300Hz alçak kesim frekansı ve 3000Hz de yüksek kesim frekansıdır.Sadece bu frekans aralığındaki frekans bileşimlerini geçirirler.

Şekil-1

Alçak kesim frekansı (ac-kuplaj) telefon hattına kapasitif ve/veya indüktif kuplaj yapılarak elde edilir.Bu işlem hem telefon santralinde hem de abonede yapılır ve dc gücün tıpkı ses bilgisi veya veri bilgisi gibi aynı hat üzerinden gitmesini sağlar.Yüksek kesim frekansı ise santraldeki gürültüyü ve ayrıca uzun telefon kablolarında oluşan iletim hattı filtreleme etkilerini minimalize etmek için tasarlanmış bir filtrelemedir.
Şekil 1 deki 300Hz ile 3000Hz arasındaki grafiğin eğri olması sinyalin rasgele zayıfladığını gösterir.

AC kuplaj Kanallarında Veri Kodlaması
NRZ ve Manchester Kodlama
Modüle edilmemiş veri sembollerinin ac-kuplaj kanalından bozulmadan geçebilmesi için sembol dizininin 0 Hz de veya civarında çok küçük bir enerjisinin olması veya hiç enerjisinin olmaması gerekmektedir.[Bakınız Şekil 6 ]Bu şu anlama gelmektedir. 1 lerden ve 0 lardan oluşan uzun olmayan dizinlerin iletimini sağlamak için veri ya karıştırılmalıdır ya da kodlanmalıdır.

Şekil-2

Karıştırma işlemi veri sembollerinin yeniden düzenlenmesi şeklinde yapılır.Böylece karıştırma işlemi sonucu elde edilen dalga şekli , 1 lerden ve 0 lardan oluşan uzun dizinlerin oluşma olasılığını azaltır veya yok eder.Fakat bu işlem bazen kabul edilemeyecek kadar gecikmeye sebep olabilir-özellikle dijital ses iletimi söz konusu olduğunda.Bu yüzden çoğu durumlarda-bandgenişliğinin artması sonucu ek bir masraf ortaya çıksa dahi- karıştırma işlemi yerine verinin kodlanması işlemi tercih edilir.Birçok veri kodlama teknikleri mevcuttur.En yaygın olanı Manchester Kodlama dır. Manchester kodlama, sıfıra dönmeyen ( non-return-to-zero NRZ ) kodlama ile karşılaştırıldığında hiçbir zaman 1 lerin ve 0 ların arka arkaya gelerek uzun dizinler oluşturmasına izin vermez. [Bakınız Şekil 2] (yani arka arkaya birçok defa 1 in veya 0 ın gelmesi gibi.)

Kodlanmış Verinin Bandgenişliği Verimliliği (Bandwidth efficiency)

Şekil 3 de Manchester kodlanmış bir sinyalin spektrumu ile Bipolar dalga şekline sahip sinyalin spektrumu karşılaştırılmıştır.Kodlama işlemi etkisi- sinyalin dc içeriğini bastırması-açık bir şekilde görülmektedir.

NRZ için bandgenişliği verimliliği 2 bit/saniye/Hz, Manchester kodlama için ise 1 bit/saniye/Hz dir.

Şekil-3

Bipolar dalga şekli ile unipolar dalga şeklini tekrar hatırlamak için Şekil 4 e bakınız.

Şekil-4

Veri Kodlaması ve Telefon Kanalı
Veri kodlama işlemi sinyal enerjisini 0 Hz 'den öteye etkili bir şekilde taşımasına ve ac-kuplaj işlemlerine izin vermesine rağmen,frekans bileşenlerinin yeterli miktarda ötelenmesine yetmez. Bu yüzden temelband veri sembol dizininin frekans bileşenlerinin, telefon hattının sahip olduğu bandgenişliğinden tamamen geçmesini sağlayamaz. [Bakınız Şekil 5]

Şekil-5

Telefon hattında veri geçişinde minimum distorsiyonu sağlamak için,açıkça görülüyor ki veri sinyalinin enerji spektralinin kanalın geçirdiği frekans aralığının tam ortasında yer alması gerekiyor. [Bakınız Şekil 6 ] Bu gerekliliği ise temelband veri dizinini bir taşıyıcı sinyal ile modüle ederek başarıyoruz.

Şekil-6

Bu ay veri iletimi ile ilgili örnekler çözmeyi düşünüyordum fakat matematiksel örnekler çözmek yerine bir uygulamaya yer vermenin daha faydalı olacağını düşündüm.
Gelecek ay yeni bir yazı dizisine başlıyorum.Konuyu henüz tam olarak belirleyemedim.Kaldığımız yerden devam edip Bandgeçiren Dijital Modülasyon Tekniklerine ya da biraz ileriye gidip Kodlama Teorisi ve Uygulamaları'na başlayabilirim.Galiba sizlerden gelen istek üzerine karar vereceğim.

Mustafa GÜLERCAN
gulercan@hacettepe.edu.tr