Dijital Haberleşmede Yeni Standartlar – İkinci Bölüm

 Mors (CW) ile başlayan modülasyonlar zincirine yeni eklenen P25, DV, D-STAR'ı detaylı olarak anlatmaya karar verdim. Sistemin Mimarisini, faydalarını, arabirimlerini ve uygulamalarını anlatacağım

P25 SİSTEM MİMARİSİ

Şekilde sayısal P25 Sisteminin temel alıcı/vericisi blok şeması bulunmaktadır.

ABD'de kullanılmakta olan P25 Radyo Sistemleri Mimarisi üç genel bölüme ayrılabilir:

Analogdan Sayısala / Sayısaldan Analoğa (A→D/D→A) ve Ses Şifreleme/Deşifreleme P25 için IMBE diye adlandırılan (Improved Multi Band Excitation) kendine özel bir sayısal ses şifreleme yöntemi kullanılmaktadır. IMBE ses çeviricisi ses girişindeki örnek bir sesi dinler ve sadece sesi ifade eden belirlenmiş özellikleri yayınlar. Alıcı bu belirlenmiş özellikleri kullanarak girişteki sesin sentetik eşleniğini oluşturur. IMBE yoğunlukla insan sesine uyarlanmıştır ve DTMF ve sürekli test tonları gibi diğer ses tiplerini tekrar oluşturmakta iyi sonuç vermemektedir.
IMBE şifrelemesi her 20 milisaniyede 88 bitlik ses oluşturarak mikrofon girişini örnekler.

Kanal Şifreleme/Deşifreleme
Sayısal RF sistemlerinde ses ve kontrol bilgilerinin ulaşmasında ve iyileştirilmesinde hata kontrolu ve veri koruması tekniğidir. Gürültü, ses azalması ve enterferans gibi kanal netliğini bozan etkileri yenerek sistem performansını arttırmak için tasarlanmıştır.

Modülasyon / Demodülasyon ve Filtreleme
Birinci aşamada C4FM modüleli sayısal veriyi yayınlamak için 12.5 kHz kanal kullanılır. C4FM modülasyonu her sembolün bir önceki şeklinden 45 derece faz kaydırıldığı bir çeşit diferansiyel QPSK'dır (Quadrature Phase Shift Keying). Her ne kadar faz (frekans) C4FM için modüle edilse de, sabit genlikte frekans modüleli dalga şekli oluşturularak taşıyıcının genişliği sabittir.

İkinci aşamada CQPSK modülasyon tipi kullanılarak 6.25 kHz kanal üzerinden sayısal bilgi yayınlanır. CQPSK fazı modüle eder ve genlik modüleli dalga şeklini oluşturan spektrumun genişliğini azaltmak için aynı anda taşıyıcı genliğini de modüle eder.

Modülasyon 2 bitlik bilgi taşıyan her sembolü 4800 sembol / saniyede gönderir. Sembol ve bitlerin haritası aşağıda gösterilmiştir:

Veri bitleri, Sembol, C4FM Sapması (Birinci aşama), CQPSK Faz Değişimi (İkinci aşama)
01, +3, +1.8kHz, +135 derece
00, +1, +0.6kHz, +45 derece
10, *1, -0.6kHz, -45 derece
11, -3, -1.8kHz, -135 derece

C4FM modülatöründe Nyquist Raised Kosinüs Filtresi, şekillendici filtre ve bir FM modülatörü bulunmaktadır. CQFSK (İkinci aşama) modülatöründe iki taşıyıcıyı modüle eden I (In Phase) ve Q (Quadrature Phase) amplitude modülatörleri bulunmaktadır. Q fazı I fazından 90 derece gecikmelidir.

QPSK demodülatörü ya C4FM ya da CQPSK modülatöründen bir sinyal alır. Demodülatörün ilk kısımdaki FM modülayon denetleyicisi tek bir Birinci Aşama demodülatörün analog FM, C4FM ve CQPSK almasına izin verir. Bunun faydası, eğer 6.25 kHz FDMA sistemi olan İkinci Aşamaya terfi edilecekse sadece vericinin değişmesine gerek olmasıdır. Demodülatörün çoklu kullanımının anlamı ise Birinci Aşama alıcının hem analog hem de sayısal sinyalleri eşit şekilde iyi alabilmesi içindir. İkinci Aşama FDMA CQPSK sinyalinin genlik bileşenini geçirmesi için verici doğrusallaştırılması gerektirir.

P25'in FAYDALARI

P25'in standardizasyonu sonucu aşağıdaki faydaları sıralayabiliriz:

• Farklı organizasyonların birbirleri ile görüşebilmeleri
• Birçok üreticinin ürünleri ve birbirlerinden bağımsız uyumluluk
• Birinci Aşama (Standart FM radyolar) geriye dönük uyumluluk:
  

• Şifreleme uyumluluğu
• Bant genişliği verimliliği:

• Geliştirlmiş ses kalitesi:
  Gürültülü veya düşük RF taşıyıcı seviyelerinde standart radyolara göre P25 sayısal sinyalleri geliştirlmiş ses kalitesine sahiptir. IMBE ses çeviricisi sesi sayısal veriye çevirdikten sonra hata düzeltme kodları ile veri korunmaktadır. Alınan sinyaldeki ufak hataları hata düzeltme düzeltebilmektedir. Ses sayısallaştırıldığından, analog sistemlerdeki arka plan gürültülerinden arındırılmıştır.
• Geliştirilmış Fonksiyonlar:
  2400 bit / saniye sinyal ve kontrol fonksiyonları
  Çağrı seçiciliği, konferans, aktarıcı ulaşım kodları, acil durum işaretleri
  Üreticiye ait kodlama
  Özel uygulamalar için düşük hız veri imkanı, şifreleme kod ve algoritmaları   

ABD’de P25, Türkiye'de TETRA ve DİĞER SAYISAL SİSTEMLER 

Her ne kadar ABD’de kullanılan P25’den bahsetsek de, diğer bir sayısal standart olan TETRA (Terrestrial Trunked Radio) Türkiye ve Avrupa’da kullanılmaktadır.

P25 ve TETRA sayısal mobil radyo standartlarında öncü olsalar da Uluslararası Telekominikasyon Birliğinin Radyo Haberleşme Bölümü’ne (ITU-R) diğer sayısal radyo sistemleri de sunulmuştur. ITU-R telsiz haberleşmesi kapsamında geliştirilen teknik özellikleri ve uygulama yöntemlerini belirlemekle yükümlüdür.

Sayısal radyo sistemleri FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) ve FHMA (İsrail) (Frequency Hopping Multiple Access) gibi birçok kanal ulaşım metodları ile çalışabilmektedir.

Proje 25 (ABD’de), Tetrapol (Fransa tarafından sunulmuş) ve EDACS Aegis (Ericsson – İsveç) üç farklı FDMA sistemidir, TETRA (Avrupa ülkeleri), DIMRS (Kanada) ve IDRA (Japonya) da üç farklı TDMA sistemidir.

P25 ARABİRİMLERİ

Kullanıcının isteğine bağlı olarak ortak arabirimler kullanılarak farklı sistemler üretilebilmektedir. Bu arabirimler standartlaştırılmış olup, trunk ve klasik sistemler veya sadece ses, veri veya ses/veri, ayrıca şiifreli ya da şifresiz olabilmektedir.

P25’in RF Alt Sistemine (RFSS) bir çok arabirim uygulanabilmektedir. En önemlisi radyodan radyoya ortak hava protokolu destekleyen arabirimdir. (9,6 kbps FDMA ve IMBE ses şifreleyicili).

İsteğe bağlı arabirimler: RFSS’den diğer geniş alan sistemlere bağlantılar, telefon (PSTN) arabirimi, RFSS’den ağ yönetimi arabirimi, veri aktarma ve ağ arabirimi, merkez istasyon arabirimi ve diğer alt sistemlere bağlanma arabirimleri mevcuttur.

P25 UYGULAMALARI

Mevcut analog sistemlerdeki her türlü uyarlama P25 cihazlarında da kullanılabilmektedir. Merkez istasyonlar, uzaktan kumanda, aktarıcılar, geleneksel P25 sistemlerinin uygulamalarındandır. Alıcı hassasiyeti ve verici RF güç seviyeleri analog cihazlara çok benzemektedir. Böylece P25 cihazları analog cihazlarla birebir değiştirilebilmektedir.

ABD’deki P25 Frekans Bantlarını incelersek: VHF (136-174 MHz), UHF (403-512 MHz ile 806-870 MHz). Ayrıca P25 birinci aşama teknolojisi FCC tarafından 700 MHz (746-806 MHz) dijital acil durum bandına da uygulanmıştır.

P25 havadan veri transferini veri paketleri ile yapmaktadır. Bazı veri uygulamaları: OTAR (Havadan tekrarlama – Over the air rekeying), Trunk Sistemi Kontrol Kanalı mesajları ve kullanıcıya ait veri uygulamaları, örneğin GPS, Alarm takibi ve sistem durumu gibi.

P25 sayısal kodları çok farklı bilgilerle donatılmıştır. Senkronizasyon bitleri (48) her 180 ms'de bir ses mesajı ile gönderilmektedir (Alıcıların gecikmesi durumuna karşı). Ağ belirleyici 64 bit, Veri ünitesi tipi belirleyici 4 bit, Ağ ulaşım kodu 12 bit (CTCSS veya DCS kodları için de kullanılmakta), durum sembolleri 2 bit, üretici belirteci 8bit, Algoritma (şifreleme tipi) belirteci 8 bit, Anahtar belirteci 16 bit, Mesaj belirteci 72 bit, Grup-Çağrı 16bit, Düşük Hız Veri 16 bit, Ünite belirteci 24 bit, Kaynak ve Hedef belirteçleri 24'er bit, Şifreleme göstergeci 1 bit, Bağlantı Kontrol Şekli 8 bit ve diğer veri paketi sayısal kodları mevcuttur.

Ses aktarımı grup çağrı, acil durum grup çağrı ve normal çağrı şeklindedir. Ayrıca daha önce bahsettiğim gibi şifreli veya şifresiz, P25 sayısal veya analog da olabilmektedir.

Telsizlerde mandal (Push To Talk), kanal düğmesi (Frekans, NAC, TGID, şifreleme), Acil anahtarı, tuş takımı ve gösterge bulunmaktadır.

Trunk sistemlerinde bir çok kontrol mesajı bulunmaktadır. Bu paket verileri bilgi aktarımı ve diğer bir çok mesajı içermektedir. Örneğin: Acil Alarm durumu, Çağrı zili, Radyo kontrolu, Çağrı alma/almama, Durum bilgisi, Mesaj, Telefona bağlanma, Uzaktan ulaşım…

Diğer bölümlerde görüşmek özere.

Tunç Gündoğdu
TA2P- New York

Gelecek Bölümler:
SAYISAL ve ANALOG KAPSAMA ALANLARI ile
P25 PERFORMANSI ve STANDARDI, IMBE SES ÇEVİRİCİSİ

DV: Digital Voice

D-STAR: Yüksek Hızda Ses ve Veri Aktarımı ve Röleleri