Veri iletimi temelleri Bölüm II

Bilgi akışı ne kadar hızlı olabilir? Bu bölümde dijital haberleşme ağının tasarımında, yürürlükteki temel mühendislik etkenlerini tespit edeceğiz. Sayısal elektronik ile haberleşme elektroniğinin buluştuğu noktada neler oluyor okuyun!

Bilgi akışı ne kadar hızlı olabilir?
Bu bölümde dijital haberleşme ağının tasarımında, yürürlükteki temel mühendislik etkenlerini tespit edeceğiz.

Bunun için şu soruyu göz önünde tutmakta fayda var: 'Herhangi bir kanalda bilgi gönderim hızı maksimum ne olabilir?'

Dijital bilgiyi bir kaynaktan (örneğin ,bir bilgisayar) diğer bir hedefe (örneğin bir yazıcı) göndermek gereksinimi duyuyoruz.Bilgimizin 1000000 bitten oluştuğunu kabul edelim.Bu bilgiyi haberleşme ağından en çabuk ne kadar sürede gönderebiliriz?

• 1 saniyeden daha fazla? 1 milisaniyeden daha fazla? Anında?

İşte yazı dizimizin sonunda, mümkün olan bazı iletim metotları sayesinde sorumuza yanıt bulacağız.

Haberleşme Metotları
Binary (ikili) İşaretleme
Tekli Kabloda İkili İşaretleme:
Burada iletim hızı hattın bandgenişliği ile sınırlandırılmıştır

Çoklu Paralel Kabloda İkili İşaretleme:
Çoklu kablolar kullanıldığında kanaldaki veri iletimi, kablo sayısıyla doğru orantılı olarak artacaktır.

Çoklu-Düzey İşaretleme
Tek Kabloda Çoklu-Düzey İşaretleme:
Kanal boyunca veri iletiminin ikili (iki sembol durumu 1,0) olması gerektiği gibi bir sınırlama yoktur.İşaretleme herhangi sayıda voltaj düzeyinde veya sembol tipinde olabilir.

D C B A

Örneğin, 4 düzeyli voltaj kullanımı demek ;her seviyeyi ayrı ayrı iki bit ile kodlayabilmemiz demektir. (00 = level A, 01= level B, 10= level C, 11 = level D). Bu şu anlama gelir;sembol durumunu her değiştirişimizde, iki bitlik bir bilgi iletilir. (İkili işaretlemede bir bitlik bilgi iletiliyordu.) Böylece verilen bir bandgenişliğinde bilgiyi iki kat daha hızlı iletmiş olduk.Veya aynı iletim hızında bandgenişliğini yarıya indirmiş olduk.

Çoklu Kabloda Çoklu-Düzey İşaretleme:
İstenildiğinde paralel kanallarda çoklu-düzey işaretleme kullanılması mümkündür.(M-ary işaretleme olarak ifadelendirilir) Faydası ise her kanaldan ayrı ayrı iletim sağlanmasıdır.Daha fazla veri iletilebilir.

Çoklu-Düzey Sembol İşleme
İlke olarak dijital bilgi iletiminde istediğimiz sayıda sembol (sembol durumu) kullanabiliriz.Mesela,neden 1024 farklı voltaj seviyesi kullanmayalım.Böylelikle her durum (sembol) log21024 = 10 bit iletecektir.Veya 1048576 seviyesi kullanabiliriz.Buda bize; log21048576 = 20 bit lik bir hak tanıyacaktır. Açıkça görülüyor ki alıcı ekipmanın herbir durumu(voltaj seviyelerini,frekanslarını,vb.) hatasız bir şekilde çözebilmesi için pratikte bu seviyenin bir sınırı olmalı.Bu sınırı genellikle kanalda ,alıcıda ve vericide bir şekilde oluşan gürültü ve distorsiyon koyar.Örneğin günümüzde kullanılan 56 kbps 'lik modemler 1024 farklı sembol kullanırlar.Cep telefonlarında ise sadece 2 veya 4 seviye kullanılır.Şimdi bazılarımız biraz şaşırdı demi?Teknolojik olarak daha gelişmiş olan cep telefonlarında modemden daha fazla sayıda sembol kullanılmalı diye düşündü.Fakat cep telefonlarında kullanılan kanal,çevre koşullarından dolayı telefon hattına oranla çok daha fazla gürültü (tabiki elektriksel olarak) içeriyor.Bu nedenle mobil telefonlarda bandgenişliği problemi yaşanıyor.

Bandgenişliği-Gürültü
Kısaca şu soruya tekrar göz atalım 'Bilgiyi ne kadar hızlı iletebiliriz'
Kanaldaki bilgi iletim hızına iki temel faktör etki eder,yani;

• Dalga formunun veya sembol durumunun değişiminin mümkün olan maksimum sezim hızı
  • Kanalın bandgenişliği işaretlemede durumlar arası geçişin ne kadar hızlı olabileceğini belirler.
• Ayrık sembol durumlarını çözme yeteneği
  • Kanaldaki gürültü seviyesi,vericide oluşturulan sıralı farklı sembollerin alıcıda doğru bir şekilde çözülebilmesini engeller ve bir üst sınır koyar.
  • Kanal tarafından oluşturulan distorsiyon derecesi de sembol durumlarının değişim hızını ve sayısını sınırlandırır

Sonuç olarak, eğer kanalımız sonsuz bandgenişliğine sahipse ,veya gürültü ve distorsiyon yoksa 1000000 bitlik bir bilgiyi anında göndermemiz mümkündür.(tabii ki maksimum, ışık hızında)

Bilgi İletim Hızı

Örneğin her 6 ms de 6 bitlik bilgi gönderiliyorsa,
Bilgi iletim hızı = 6 bit / 6 ms = 1000 bit/saniye [1sn=10³ms]

Soru 2.1
Bir veri hattı 2.2 ms de 100 bit lik bir hızda bilgi paketleri gönderiyor.
a.Paket iletiminde kanal tarafından desteklenen bilgi iletim hızı nedir?
b.Eğer paketler her 5ms de gönderilebiliyorsa bilgi iletim hızımız nedir?

Soru 2.2
Kanalın bilgi kapasitesi 2400 bps ise, 1Mbyte'lık bir bilgiyi iki bilgisayar arasında iletmemiz ne kadar zamanımızı alır?

Sembol Hızı
Biliyoruz ki bir sembolde birçok bit'i kodlayabiliriz.Yani bir sembolümüz 4bitten,8 bitten, 7bitten vb.oluşabilir.

Örneğin, bilgi iletim hızı 4kbps olan bir kanalda 2 bitten oluşan sembollerin iletim hızı kbps =2kbps dir.

Soru 2.3
Bir haberleşme sisteminde bir sembol iletiminde 4 bit kullanılıyor. Sistemin kanal kapasitesi 9600 bps ise kanalın desteklediği sembol hızı nedir?

Soru 2
.4
Bir iletim kablosunda ölçülen sembol periyodu 2,5 ms olsun.Ve sistem her sembolü 6 bit ile ifade etsin.Kanal kapasitesi nedir?

Örneğin, bir sistem 8000 bps lik bilginin sürekli (ayrık olmayan) olarak gönderilmesi için 4kHz lik bir bandgenişliğine gereksinim duysun.Sistemin bandgenişliği verimliliği;
Bandwidth efficiency = 8000 bps / 4000 Hz = 2 bit/saniye/Hz

Yani 1 Hz'lik bir bandgenişliğinde saniyede 2 bit gönderebiliyor.

Soru 2.5
Bir mobil radyo 25kHz lik bir bandgenişliğinde 28kbps'lik bir veri hızını destekleyebiliyor.Ve her sembolü 2 bit ile kodluyor.Radyo kanalının badgenişliği verimliliği ve kanalın sembol hızı(baud)nedir?
Soruların cevaplarını 'cevaplar' da bulabilirsiniz.Cevapları ayırmamın nedeni soruları önce kendiniz çözmeniz içindir.Sorular zaten çok basit örneklerden ibaret.
Gelecek ay ;Multi-level işaretleme(M-ary signalling),avantajları-dezavantajları,Shannon'Hartley kanal kapasitesi hesaplamaları üzerine eğileceğim.Konumuz giderek daha detaylı hale geliyor.

Mustafa Gülercan
rebermusta@yahoo.com