tmmob elektrİk mÜhendİslerİ odasİ · olduğunda, multipath (çokyollu) dalgalar oluşur. bu...

TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASİ

: * • . » *

A

TMMOBELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASIANKARA ŞUBESİ

ODTÜELEKTRİK -ELEKTRONİKMÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜBİTAK

ÖNSÖZ

TBMMO Elektrik Mühendisleri Odası Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği 7Ulusal Kongresini ve Sergisini Orta Doğu Teknik Üniversitesi'nde gerçekleştirmişolmaktan onur ve sevinç duymaktayız. Üniversite olarak kongreye ikinci kez evsahipliğiyapmamız bizi fazlasıyla mutlu etmiştir, ama mutluluğumuz asıl geçen süre içindeOdamızın, meslek yaşamımızın ve Üniversitemizin ne kadar gelişmiş olduğunugözlemekten kaynaklanmaktadır.

Gerçekten de ilgi alanlarımızın çeşitlenmesi, bu alanlarda belli bir beceriye ulaşılmış olması,eskiden güçlü olduğumuz dallarda da gücümüzün sürmesi Elektrik-Elektronik veBilgisayar Mühendislerimizin ülke genelinde giderek daha fazla söz sahibi olmalarıolgusunu yaratmaktadır. Bireysel basanlarımızın kurumlarımızı da ülke ekonomisi vegelişmesi bakımdan güçlendirmekte olduğu açıktır. Nitekim bu sektörlerde faaliyetgösteren kuruluş sayısı hızla artmaktadır. Bu sayısal gelişmenin nitelik bakımından da aynıhızla sürdüğünü görmek sevindiricidir. Kongremiz ve sergimiz bunun en somut kanıtınıoluşturmaktadır.

20001i yılların Türkiye'sinin ihtiyaçlarını yakahyabilmek için daha çok şeyler yapılmasıgerekmektedir. Endüstri-Eğitim Kurumları ve Meslek Odaları arasındaki iletişim vekarşılıklı etkileşimi güçlendirmek gerekmektedir. Bu geçmişe oranla daha sevindirici birdüzeyde sürüyor da olsa henüz gelişmiş ülkelerdeki başardı örneklerin uzağmdadır.Önümüzdeki yıllarda bu konuda daha fazla çabaya ihtiyaç vardır.

Tüm katılımcılara Kongre ve Sergimize vermiş oldukları güç için teşekkür ediyorum.Sizlen Üniversitemizde görmenin kıvancıyla selamlıyor saygılarımı sunuyorum.

Prof. Dr. Fatik CanatanYürütme Kurulu Başkam

ELEKTRİK-ELEKTRONİK-BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ7. ULUSAL KONGRESİ

YÜRÜTME KURULU

Fatih CANATAN (Başkan, ODTÜ)

M. Mete BULUT (ODTÜ) M. Asım RASAN (EMO)Cengiz BEŞİKÇİ (ODTÜ) Cengiz GÖLTAŞ (EMO)Gönül SAYAN (ODTÜ) H. Ali YİĞİT (EMO)Cemil ARIKAN (TÜBİTAK) Kubilay ÖZBEK (EMO)M. Hacim KAMOY (ASELSAN) M. Sıtkı Çiğdem (EMO)Hüseyin ARABUL (BARMEK) Funda BAŞARAN (EMO)Aydın GÜRPINAR (ENERSİS) Mustafa ÖZTÜRK (EMO)

EDİTÖRLER

Fatih CANATAN Mehmet Mete BULUT

-'i £ou 50, (£00-

GEZGİN (MOBILE) İLETİŞİMDE FADİNG TÜRLERİ, AZALTIM VEBİRLEŞTİRME TEKNİKLERİ

Özden ÖZBEN , İ. Hakkı ÇAVDARCumhuriyet Üniversitesi, Elektrik Mühendisliği Bölümü SİVAS

Karadeniz Teknik Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü TRABZONE-posta: [email protected]. [email protected] edu.tr

ABSTRACTRandom phase and amplitude fluctuations,

mobile Communications due to movement of themobile units have an important role in system design.Performance of mobile communication betweenmobile unit and base station effected by fading isintroduced, additional dıversity and combiningtechniques are presented in this study. As anapplication, a computer simulation is realized forfading, dıversity and combining techniques and theresults are given.

1 GirişMobil birimin anten yüksekliği çevresel

yükseltilerden ve taşıyıcı frekans dalga boyu da,çevresel yapılar arasındaki uzaklıklardan daha kısaolduğunda, multipath (çokyollu) dalgalar oluşur. Buçokyollu dalgalar, binalar arasında yansıdığı veyasaçıldığı zaman, uzayda birçok duran dalga çiftlerioluşacaktır. İşte bu dalgaların toplamı da, mobilbirimde, bir işaret fading (bayılım) olayına sebep olur[1]. Mobil birim hareket etmediğinde, sadece okonumdaki duran dalgaların ve gelen dalgalarıntoplamını aldığından, genlik sabit kalacaktır (etraftabir saçıcı yokken). İşaretin düzensizliği, yaklaşık 40dB'lik bir aralıkta meydana gelir. (+10 dB veya, -30dB) Eğer mobil birim hızlı hareket ederse, budüzensiz değişim oranı da hızlı olacaktır. Yani,düzensiz bayılım olayı, mobil birimin hızına veetraftaki saçıcılara bağlıdır. r(t) ve r(x), dBseviyesinde alınan gerçek işaret değerleri olmaküzere, alınan r(t). iki kısma ayrılabilir [2].

• Long term fading (uzun bayılım) (m(t)) (log-normal fading)

• Short term fading (kısa bayılım) (rc(î))(Rayleigh fading)

r(t) = m(t) * r,(t)

r(x) = m(x) * r:(x)

1.1 Uzun Bayılım

yada

Uzun bayılım Şekil 2'de görüldüğü gibi,bayıhfnli işareti ortalaması veya zarfıdır. Aynızamanda, her uzun bayılım değerine, local-mean'dadenilir. Tahmini yerel değer (local mean), m(x), (x,noktasındaki)

matematiksel olarak, aşağıdaki gibi ifade edilir (m(x),r(x) in zarfıdır):

m(x) = j a

b r(x) dx = l a

b m(x) ro(x)dx a=x rL, b=x1+L)

2L uzunluğu, 20-40 dalga boyu olarakseçilebilir. 40 dalga boyluk bir aralıkta 50den fazlaörneğin kullanılması, uygun bir ortalama alma işlemiolacaktır. Uzun bayılım m(x) asıl olarak, yeryüzükonfigürasyonları ve verici istasyon ile mobil birimarasındaki insan yapısı çevresel etkiler tarafındanoluşturulur Yeryüzü konfigürasyonları, şu şekillerdeolabilir: Açık alan, düz alan, tepeli alan, dağlık alan.İnsan yapısı çevresel etkiler ise. yine dört ayrı kısmaayrılabilir: Kırsal alan (köy), gelişmiş kırsal alan,kasaba veya mahalle, kentsel alan [3]. Uzun bayılımdüzensiz değişimi, (bu düzensizliğin istatistikseldoğasının bir sonucu olarak) log-normal dağılımbiçimine sahiptir.

•o•"ÎT '0

^.0

Jekıl 1.

A

: 3

güc

ıret

r

Kısa bayılım

Kısa bayılım.

A rfl(t)

Uzun bayılım

\er>ü/ü

• * ()

I

Zaman

konlunj

I

>

(mesafe)

(1)

(2)

Zaman (mesafe)Şekil 2. Uzun bayılım.

ELEKTRİK, ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ

1.2 Kısa Baydım

Kısa bayılım, ev. bina veya diğer insanyapılarından ve mobil birimin etrafındaki ağaçlar gibidoğal yapılardan oluşmuş yerel saçıcılardan,gönderilen dalganın çokyollu yansıması ile oluşur.Alıcı ve verici arasındaki dağ veya tepe gibi engeller,kısa bayılımda etkili değildir. Bir alıcı ve bir de vericidüşünüldüğünde, üç farklı durum ortaya çıkabilir:

• Mobil birim ve yakınındaki saçıcılarhareketsiz.

• Mobil birim hareketsiz, fakat etrafındahareketli taşıtlar var. Fade sayısı, taşıtlar ile alıcıarasındaki uzaklığa ve trafik akışına bağlı olacaktır.

• Mobil alıcı, V hızı ile hareket ediyor ve etraftasaçıcı yok. Bu durumda, mobil birimin hareketine göre6 açısıyla ulaşan işaret, aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

Sr = A exp [ j (27tf,t - pxcos9) ]

|3 Dalga sayısı (fi=2n/X), Â Dalga boyu, j27ifttifadesi, zaman domeninde ft iletim frekansınınyayılımını gösteren kompleks üstel bir ifadedir. xKonum (x = Vt), V, mobil alıcının hızı, A, sabit genlikdeğeri, ve ft, iletim frekansıdır. fr alınan frekans,iletim frekansı ile, doppler frekansının farkıdır ve bu,ifade yeniden düzenlenerek gösterilebilir.

Sr = A exp [j27i(f, - (V/Â)cos8)t]

Bu ifadede, fD = (V/?)cosG, Dopplerfrekansıdır. Bu madde ayrıca, tek saçıcılı ve çoksaçıcılı olarak iki ayrı grupta incelenebilir.

2 Bayılım AzaltımıAzaltım, mobil alıcıda ilişkisiz (uncorrelated) iki

ya da daha fazla giriş sağlar. Burada ilişki derken, ikiişaret bayılımlı kanaldan bahsedilir. Bu iki kanaltarafından taşınan mesajlar daima aynıdır. Buradaamacımız, iki bayılım kanalı arasındaki ilişkiyi en azyapmaya çalışmaktır [4]. Algıdan sonra bu işaretlerbirleştirilir ve mesaj saptanmadan önce bayılımlaryumuşatılır. Bayılım türlerinden olan uzun bayılımıazaltmak için makroskopik, kısa bayılımı azaltmakiçin, mikroskopik azaltım kullanılır

Ri \

Zaman (Mesafe)

Şekil 3. Bayılım azaltımı örneği Ri ve Rjbayılım zarfları seçici birleştirme tekniği ilebirleştirilerek, yeni işaretin zarfı elde ediliyor (Rij).

2.1 Makroskopik Azaltım (Verici TarafındaYapılır)

Yerel algıdaki değişim, yeryüzü kontumtarafından belirlenir Eğer tek bir gönderici antenkullanılırsa, mobil birim bazı yeryüzüengellemelerinden dolayı, işareti alamayabilecektir.Böylece, iki anten kullanılması ile alınan işaretler ikitane olur ve bunların birleştirilmesi, uzun bayılımıazaltır. Makroskopik azaltım kullanılması durumunda,seçici birleştirme tekniğinin kullanılması önerilir.Vericide iki dallı (two-branch) anten kullanılmasıdurumunda, iki alıcı anten arasındaki ayrımınderecesi, iki bayılım zarfı arasındaki ilişkininderecesini verir. Anten yerleşimi, Şekil 4'tegösterilmiştir. T| = h/D = 11 olarak alınması normalkabul edilir, (h --» anten yüksekliği, D -> Antenlerarasındaki uzaklık.)

Yani, eğer anten yüksekliği 30 m olursa*)d > 8k,eğer 50 m olursa, d > 14/. olmalıdır. Bu antenkonumlaması, antenlerin aynı seviyede ve yataydaolmalarını gerektirir. Bu antenler, dikeydeayrımlanamaz.

AV y *

Şekil 4. Vericikonumlandırılması.

(b)

taraftaki antenlerin

2.2 Mikroskopik Azaltım (Alıcı Tarafında Ya-pılır)

Altı adet mikroskopik azaltım vardır. Bunlarıntamamı rayleigh tipi bayılımı azaltır ve yine tamamı,2 ya da daha fazla anten ya da iki frekans gerektirir.Ayrıca, bunlar da kendi aralarında birleştirilebilir Buazaltım teknikleri aşağıdadır:

2.2.1 Konum İle Azaltım (Space)Fiziksel olarak, d kadar birbirinden ayrılmış

antenler, aralarındaki ilişkinin az olduğu iki işaretsunar, d ayrımı, anten konumunun ayarlanması ileyapılır. (Burada anten konumlaması hem yatayda,hem de dikeyde yapılabilir)

2.2.2 Frekans İle Azaltım (Selective)Eğer sınırlı bir frekans aralığında iki farklı

frekans kullanılırsa, aynı bayılım gözlenmez Bubayılım türü, A zaman gecikme yayılması (delayspread) ile ilgilidir. Eğer A=0 ise, bayılım yoktur. Amamobil radyoda böyle bir duruma raslanmaz.Bayılımlar arası fark, Bc bant genişliğine bağlıdır, (ikifrekans arasındaki aralık.) Bu bant genişliği ise Acinsinden: Bc = 1 / (2rcA) olarak ifade edilir. Örneğin;A=0.5 M-S için (kasabalarda (suburban)), Bc = 300 kHz,A=3 ıxs için (kentlerde (urban)), Bc = 50 kHz A=0.2 us


için (Açık alanlarda (öpen area)), B, = 8 Mhz. Yani,kentsel alanda 50 kHz iik

bir aralığa sahip iki frekans, ilişkisiz iki işaretinalınabilmesine yo! açarken bu değer açık alanda 300kHze çıkar. «Burada ilişki katsayısı 0 5 alınmıştır.)Genelde bu aralık vmobıl sistemlerde) 300 kHz olarakaiınır Açık alanlarda zaten bayılım az olacağından,azaitıma gerek kalmayacaktır

2.2.3 Polarizasyon île AzaltımAna istasyondan, E> ve Ey bileşenli iki polarızeli

anten ile iletilen işaret alıcıda yine iki polarizelı antenile alınır. Deneysel olarak, iki farklı bayılıma sahip(ilişkisiz; işaretin alındığı görülmüştür Polarizasyonile azaltım kullanılması durumunda guç iki antenebölündüğünden dolayı, 3 dB İik bir azalmaya uğra."

2.2.4 Alan Bileşeni Enerji YoğunluğuBu fıkır E-alanının propagasyonunda. H-

alanının daima buna bağlı kalacağı prensibinden yolaçıkar E ve H aynı mesajı taşırlar Saçıcıolmadığında bu ikisi ayırdedılemez Bu ıkı bileşeninyansıma mekanizmaları birbirinden farklıdır Bir teksaçıcı olması durumunda yansıyan duran dalga (E veH için) 90 derece faz farklı olacaktır E maksimumolduğunda H minimum olacaktır Mobil alıcıda, birçokE ve H alan çiftleri toplanabilir Bu teknik, antenlerarasında bir ayrım gerektirmez Bu tekniğinkullanılmasının avantajı, 100 Mhz veya altı gibi dahaduşuk frekanslarda kullanılabümesidiı Frekansyüksek olduğunda konum azaltım kullanılması dahauygundur

2 2.5 Açı İle Azaltımİşiem frekansı 10 GHz ya da daha yüksek

olduğunda ıkı ya da daha fazla yönlü anten (alıcıda)farkiı yönlerde konumlandırılır Bunun, vericiden çokalıcıda kullanılması daha uygundur

2 2.6 Zaman İle Azaltımiletilen özdeş mesajlar. farklı zaman

aralıklarında gönderilir. Bunun yapılması ile ikiilişkisiz bayıhma sahip işaret alınacağı açıktır Amamobil birim hareket etmeden durduğunda zayıf biryerel değer ve derin bayılımlar olabilecektir

3 Birleştirme TeknikleriDört ana birleştirme tekniği vardır Seçici

(Selectıve) Anahtarlamalı (svvıtched). Maksimumoran (maxima!-ratio) ve Eşit kazanç (equal-gain) Herdıversıty bu tekniklerden herhangi birineuygulanabilir

3.1 Seçici (Selective) BirleştirmeM farklı bayılıml! işaretten en kuvvetli olanını

seçer M arttığında, bayılım azalır3.2 Anahtarlamalı (Svvitched) Birleştirmeİki bayılımh ve ı!ışk'3iz işaret seçilir Alıcıdaki

eşik seviyesini aşan A işareti L seviyesinin altınadüşene kadar seçkin olarak kalır Daha sonra alıcı, Bişaretinin eşiği geçip geçmediğine bakmaksızın B'yeanahtarlanır Eğer L seviyesinin altında ise. Ayadener Eğer L değerinin üstünde ise. Bde kalır. Buyöntem secici birleşime kadar 'yi değildir Fakat, tekalıcı g^ekiiirhgmden ucuzdur

3.3 Maksimum Oran (Maxımal-Ratio)Birleştirme

Maksimum ışaret-gürültü oranı anlamındadırEn iyi birleştirme tekniğidir. Basebandda alınanişaret, farklı dallardaki işaret-gürültu oranlarının (y)toplamlarıdır (y = ıM >-.). Bu birleştirmede, (iki dallı biriletimde) iki alıcıya ihtiyaç duyulur ve devre çokkomplekstir.

3.4 Eşit Kazanç (Equal Gain) BirleştirmeBütün farklı fazları tek bir noktaya getirir ve

bunları birleştirir Böylece birleşik işaret, farklıdallardaki farklı bayılımh işaretlerinin zarflarınıntoplamı haline gelir. Görece yapımı basittir vegenelde iletim istasyonlarında kullanılır

4 Simülasyon ÇalışmalarıKısa bayıhmın, rayleigh türü bir dağılım

gösterdiği biliniyor Bu noktadan hareketle uygunveriler eşliğinde bu dağılımın sağlandığı varsayılarak,düşünse! bir bölge üzerinde sözkonusu dağılım eldeedilmiş bu veriler konum ile azaltım ve frekans ileazaltım yöntemlerine uygulanmış, bu yöntemlersonucunda elde edilen iki ilişkisiz bayılım, seçicibirleştirme tekniği ile birleştirilmiş, son olaraksonuçlar, konum ve zaman ekseninde verilmiştir [5],

Rayleigh olasılık dağılım fonksiyonu aşağıdakigibi verilir:

PR(x)=(x/V)exp(-x 12a )Bu dağılım temeline dayalı olarak gerçeklenen

simülasyonda a güç değerinin, belirli bir bölge içinsürekli aynı değerde olduğu varsayılıyor Bubölgelerin altalan olarak saptandığı bir güzergahüzerinde, ayrı ayrı altalanlara ayırma tekniğikullanılarak, o bölgenin karakteristik yapısı eldeedilebilir Böylece, <->• değerinin değişmediği çeşitlialtalanlardan oluşmuş bir asıl güzergah üzerinde busimülasyon gerçeklenebilır. Kolayca görülür ki,altalanların sayısının fazla oluşu ile güzergahınkarakteristiği, daha nitelikli olarak saptanabilir.

- güç değerinin -15 dB olduğu bir aitalanın.1000 adet dalga boyundan oluşan (her bayılımdeğişkeninin her yarım dalgada alındığı varsayılıyor);352.8 metre uzunluğunda olduğu görülür (bu veriler.850 MHz'lik iletişim frekansında saptanmıştır) Konumile azaltımda yönsemesiz iki anten arasındaki ayrımın10; olduğu, frekans ile azaltımda ise ilişkisiz ikibayıiım eide etmeye yetecek kadar birbirinden farklıiki frekans kullanıldığı düşünüldü

Herhangi bir azaltım yapılmadığında. (-20dB İik bir seviye için) seviye geçiş oranı sayısı bualtalan üzerinde % 21.91 iik bir değerde iken, konumile azaltım-seçici birleştirme tekniğinin kullanılması ilebu oran, % 6 8 değerine iniyor. Frekans ile azaltım-seçici birleştirme tekniği kullanıldığında ise bu değer,% 9.35 olarak elde ediliyor Ortalama bayıhm süresi,(-20 dB için) normal bayılımda % 32.44. konum ileazaltım-seçici birleştirme tekniğinin kullanılmasıdurumunda % 10 57, frekans ile azaltım-seçicibirleştirme tekniğinin kullanılmas: durumunda ise %


10 42 olarak elde ediliyor Ortalama gOç seviyesinormal bayıhmda -16 4987 dB konum iie azaltım-seçici birleştirme teknığımn kullanılması durumunda -9.5146 dB. frekans ile %azaltım-seç;cı birleştirmetekniğinin kullanılması durumunda ise -9 4324 dBolarak elde ediliyor. Ortalama güç seviyesi temelinedayanarak konum ile azaltım-seçici birleştirmetekniğinin kullanılması % 42 33. frekans ile azaltım-seçici birleştirme tekniğinin kullanılması % 42.82oranında bir iyileşme sağlıyor. Bir örnek olarak. 30km/s hızındaki bir araç, bu güzergahı 42 35 saniyedealır. Alınan işaret, normal bir bayıhmda bu sürenin13 73 saniyesinde konum ile azaltım-seçicibirleştirme tekniğinde 4 47 saniyesinde, frekans ileazaltım-seçici birleştirme tekniğinde ise, 4 41saniyesinde -20 dB nin altındadır.

Eldeki bu alan üzerinde oluştuğu varsayılanbayılım konum ile azaltım ve seçici birleştirmetekniği kullanılarak elde edilen bayıiım ve ayrıcafrekans ile azaltım ve seçici birleştirme tekniğikullanılarak elde edilen bayılım, Şekil 6da verilmiştir

3G0 350Mesafe (zaman)

(a)«Su--

.•••;0 2% 300 350Mesafe ; / a r l a r ı •

(b)

L'O .--O 350Mf-'-iat-? (züman;

(c)

Şekil 6. Bir altalan için a) Normal bayılım b) Konumile azaltım-seçic; birleştirme tekniği kullanılarak eldeedilen bayılım c) Frekans ile azaltım-seçicibirleştirme tekniği kullanılarak elde edilen bayılım.

5 SonuçBu çalışmada özellikle mobil haberleşmede ve

tasarımında oldukça önemli problemler doğuranbayilım olayı doğal veriler altında normal bir kent içitrafiğinin ve yapılarının bulunduğu varsayılan bir alaniçin (yazı içinde altaian olarak veriliyor) incelenmiş,bayıhmın azal-tılmasına ilişkin iki ayrı yöntemverilmiş ve bunlar olası birleştirme tekniklerindenbirine uygulanarak sunul-muştur Temel olarak konumile azaltım yönteminin daha uygun gibi görünmesinerağmen fark çok fazla değildir. Bu sonuçlardangörüldüğü gibi verilen karaktenstık özelliklere sahipolduğu düşünülen her bölge, bu tipte fakat farklı ndeğerlen ile tanımlanabilen altalanlara bölünebilir Bualtalanlarm. arka arkaya konumlandırıl-ması ile bölge,gerçeğe yakm bir biçimde simüle edilebilir. Fakatgörüldüğü gibi, aynı a değerine sahip bir altalanınuzunluğu 1000/ değerinden küçük olamaz. Buçalışmalar sonucunda frekans ve konum ile azaltırnyöntemlerinin, gerçek değer üzerinde oldukça iyi birazaltım sağlayabildikleri görülür Her iki tekniğinbirbirinden çok farklı bir sonuç vermediği de, ayrıcagörülmektedir.

Kaynakça[1] Özden ÖZBEN, "İletişim Sistemlerinde Fading"

Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen BilimleriEnstitüsü Elektronik Mühendisliği Bölümü,Doktora Seminer notları, Haziran 1996

[2] VVilliam C Y LEE Mobıle CellularTelecommunıcations Systems" McGravv HillInternational Editions. 1990

[3] İsmail H. ÇAVDAR, 'Gezgin İletişim Tekniği",Karadeniz Teknik Üniversitesi ElektronikMühendisliği Lisansüstü Ders notları. 1996

[4] John G PROAKIS Digital Communications",McGravv Hıll International Book Company, 2 ndprintıng 1985.

[5] Özden OZBEN. Gezgin (Mobile) İletişimdeFading Analizi ve Fading Azaltma Teknikleri" 5.Sinyal İşleme ve Uygulamaları Kurultayı, Mayıs1997, Kuşadası İZMİR.


KAFES YAPISI KULLANARAK SİMETRİK OLMAYAN YARI DÜZLEMDEÖZBAĞLANIMLI MODELLEME

Nurşen Yıldız SARINetaş, Ümraniye

ABSTRACT

The implementation of the method of 2-D orthogonallattice structures for AR modeling of random fields isrepresented here based on the asymmetric half-plane models. The most important facility of thismethod arises from its property of orthogonality. Thisproperty allows the filter to be updated in orderwithout recalculation of the previous lower order filtercoefficients. The algoritm owes its robust numericalbehaviour to this property of orthogonality. Themethod offers a complete solution for the Levinsontype algorithm to compute the prediction error filtercoefficients using lattice parameters from the given2-D augmented normal equations. The proposedtheory can be used for the quarter-plane andasymmetric half-plane models. Examples areconsidered for the given data cases. Powerspectrums of the 2-D AR data fields are estimatedusing asymmetric half plane models, and the resultsobtained are compared for data fields of differentsizes..

I. GİRİŞ

iki boyutlu alanların yansıma katsayıları ilemodellenmesi konusunda ilk çalışma Marzetta [1]tarafından yapılmıştır. Marzetta'nın geliştirdiğiyöntem 2-B özyinelemeli süzgeç tasarımına [2] veimgelerin doğrusal öngörü ile kodlanmasınabaşarıyla uygulanmıştır [3]. Daha sonra Parker veKayran [4], model derecesinin artmasıyla destekbölgesinde daha çok nokta kullanan farklı biryaklaşım ortaya atmışlardır. Ertüzün [5] ise üçparametreli kafes yapısından yola çıkarak yeni vegeliştirilmiş bir kafes yapısı sunmuştur. Kayran'ınson olarak geliştirdiği yapıda [6] Levinson tipialgoritmanın tam çözümünü sunulmuştur. Buyapıda verilen 2-B'lu normal denklemlerden kafesparametreleri kullanılarak öngörü yanılgısüzgeçlerinin katsayıları hesaplanmıştır. Önerilenyöntem çeyrek-düzlem ve simetrik olmayan yarı-düzlem modellerine uygulanabilmektedir. Buradayapılan simetrik-olmayan yarı düzlem modellerininkovaryansların verildiği durum yerine doğrudanverilerle uğraşıldığı durum için başarımınınaraştırılmasıdır.

II- İKİ BOYUT VE NEDENSELLİK

Bir boyutlu çoğu sistemin önemli bir özelliğinedenselliktir. iki boyutlu alanlar söz konusuolduğunda, nedensellik verilerin yapısındakendiliğinden var olan bir durum değildir. Bundanbaşka, eldeki veriler öyle olabilir ki izgesel yoğunlukişlevi (SDF = Spectral Density Function) rasyonelolduğu halde, sonlu-dereceden doğrusal bir sistemkullanılarak nedensel gerçekleme mümkünolmayabilir. Bunun sebebi genellikle iki-boyutlu birpolinomun daha düşük dereceden polinomlarınçarpımı olarak ifade edilememesidir. Genellikle iki-boyutlu alanlar için nedensel, yarı-nedensel venedensel olmayan gösterimler göz önüne alınabilir.

Burada nedensel 2-B'lu alanlar kullanılarak simetrikolmayan yarı-düzlem desteği ile kafes parametreleriöngörülecektir. iki-boyutta nedensellik şöyle

açıklanabilir: {«^ j rasgele alanına ilişkin örneklerin

herhangi bir-boyutlu dizi {wjşeklinde sıralandığınıdüşünelim. Eğer ûtı yalnızca ;/, ,'den önce gelenelemanlara bağlı ise, üı 'ye u, 'nin nedensel

öngörüsü denir. Yapılan uygulamada kullanılan 2-B'lu alan satır taraması yöntemi ile elde edilmiş vebu alana ilişkin kafes parametreleri Şekil 1'de verilensimetrik olmayan yarı düzlem modeli ileöngörülmüştür.

""n,

Şekil 1: Simetrikolmayan yarı-düzlem dizilimi

III- 2-B'LU KAFES YAPISI

(m+1)x1 boyutlu a'"° ve g(™> vektörleri kendilerinekarşılık gelen ileri ve geri yönde öngörücülerinkatsayı ağırlık vektörlerini göstersinler. Sıfırına


örneğin m geçmiş değere sahip öngörü destekbölgesi ile öngörülmesinden oluşacak ileri yöndeöngörü yanılgı? :

J\,""lkrk ~ "o" y,,Jkrk:>

ile ver.ıır. Burada,

<•• - I / ıı J' ' I > .... ti J' (m>

v e

: p<q için

olarak belirlidir. y((krk\ )-i) gösterimi, y ( ^ ,k2)' ninarkasındaki i. elemanı ifade etmektedir.fu'" (krk, /nin z-dönüşümü alınarak aşağıdakibağıntı elde edilir.

Burada

Yukarıdaki bağıntıdaki O0m(z1,z2)bölgesindeki dizilimi tanımlamaktadır.

O0mCr = :) = [l Ö,(:r=:) Sj:,,

(2.a)

öngörü

Sp(=r=:> = -Y(z,,z:)

p 0,1 m için

(2.c)

ö:(zrz, >'ler öngörü bölgesinde kullanılan örneknoktanın konumunu gösterirler. Eğer öngörübölgesindeki elemanları sıralamak için yalnızca yatayve düşey yönleri kullanırsak aşağıdaki bağıntıyı eldeederiz.

ö (z , ; J :*! .düşey yön iç in\

6 J' z rz _,,) z ] , vn?flv yön iç in)i = 1,2 m iç i

(3)

y((kı ,k2)-m)'in yani m. örneğin (son eleman), öngörübölgesinde kendinden önceki m örnek tarafındanöngörülmesi ile oluşacak geri yönde öngörü yanılgısıaşağıdaki gibi tanımlanır.

(4.a)

* : < / < / ] '(4,b)

olarak belirlidir. (2.b)'de tanımlanan dizilim vektörükullanılarak h'J ık,.k,)' nin z-dönüşümü aşağıdakigibi yazılabilir.

,n <-;•-•>-- fim" (5)

(m-1).derece ileri ve geri yönde kestirim süzgeçlerineilişkin katsayı ağırlık vektörleri sırası ile u" ' vefij ' olarak verilmiş olsun. Derece aşamasıyöntemiyle m.derece katsayılar aşağıdaki gibi eldeedilir:

\a"" ' "I '" » 1

o j "• LA',,, J

o 1 „;,»"]- r " \

<> J

(6)

(7)

Burada r "" ve rh'"" sırasıyla m. dereceden ileri ve

geri yönde kestirimcilerin yansıma katsayıları veyakısmi ilişki katsayılarıdır. Yukarıdaki eşitliklerin heriki tarafını (m+1) x (m+1) boyutlu özilişki matrisi ileçarpalım. Eşitliğin sol tarafı m.derecedengenişletilmiş normal denklemleri verir.

om

\ o..v e c J (8)

E'"' ve E'"' sırasıyla ileri ve geri yönde kestirim

hata güçleridir.

Hata yayılım denklemleri en genel hali ile aşağıdakigibi yazılabilir:

(9)

p güncelleme anındaki süzgeç derecesi ve Mulaşılmak istenen süzgeç derecesi olmak üzerep=1,2,....M ve n=1,2,...pö\r.

ilk koşullar,

a-,,A-,/

krk\)

1

Fj"',

Ç"/ r

'!k

(k.

,k: j

.k. ı


f ' . ' . ' k , . k , / = / > ! ' < A - , . A , :-r y , , k . . k , >--/>) (10)

p=0,1.2.... M

eşitliği ile belirlidir.

Algoritma 0.dereceden başl^* ve M. dereceye kadardevam eder. Kestirim yanılgı güçleri aşağıdaki gibiifade edilir:

i

- r'"'- r. "

ı(11)

IV. DENEY SONUÇLARI

Aşağıda verilen fark denklemi kullanılarak simetrikolmayan yarı düzlem için satır yönünde taranmış birveri alanı elde edilmiştir.

y ' k r k , ı = \ u k , . k , ı + O.ISyf k ; - l.k, ) + ( ) J 5 y ( k t - l , k , - / j

+ 0 . 2 . \ v ( k . . k . - I ı + 0 . 1 0 5 y ı k , + l . k \ - l )

Burada w(k1k ;) ortalaması sıfır, değişintisi bir olanbeyaz gürültüdür. Katsayılar kararlılık ölçütlerinisağlayacak şekilde seçilmişlerdir.

Kafes yapısı kullanılarak üretilen bu veri alanınailişkin katsayılar öngörülmüş ve izgeler kestirilmiştir.Değişik veri alanı boyutları üzerinde denemeleryapılmıştır ve sonuçlar göstermiştir ki yönteminbaşarımı veri alanın boyutuna bağlı değildir. Eldekiveriler az olsa bile kestirim yeterince iyi olmaktadır.Bu durumun çeyrek-düzlem için doğruluğu dahaönce gösterilmiştir [7].

Sonuçlara ilişkin izge ve çevrit çizimleri ve bulunankatsayılar aşağıdadır.

GerçekKatsayılar

0.180.350.25

0.105

Veri boyutu ve öngörülen katsayılar10x10

0.24280.30220.28580.1846

100x1000.25570.31310.26960.1618

Tablo 1

Gerçek Kats. Kafes Kats.

40


-2

2

•2 0w1

2 -2 0w1

2

Şekil: 2 100x100 Veri alanı için izge ve çevritler


5 - " ' - " " ••-•, 5 r - - " " " ' ••-.

Gerçek Kats.

40

Kafes Kats.

40

-2 0

40

Şekil: 3 10x10 Veri alanı için izge ve çevritler


Şekil 2 ve Şekil 3 ve Tablo 1'den görüldüğü üzereöngörü ve kestirim sonuçları oldukça iyidir ve buyöntem imgeler için de katsayı bulunmasundakullanılabilir. Kafes yapısı modülerdir ve sadece ilkkoşul alanları değiştirilerek çeyrek-düzlemdensimetrik-olmayan yarı düzleme kolayca geçilebilir.

KAYNAKLAR

[1] T.L. Marzetta. "Two-dimensional linear prediction:Autocorrelation arrays, mimimum-phase predictionerror filters, and reflection coefficient arrays," IEEETrans. Acoust., Speech, Signal Processing.,vol.ASSP-28, pp. 725-733, Dec. 1980[2] ."The design of 2-D recursive filters in the 2-D reflection coefficient domain," in Proc. Int. Conf.Acoust., Speech, Signal Processing, WashingtonD.C, Apr. 1979, pp. 673-676[3] P. Poehler ve J. Choi, "Linear Predictive Codingof Imagery for Data Communications" in Proc. IEEEInt. Conf. Acoust., Speech, Signal Processing,Boston, MA, Apr. 1983, pp.1240-1243[4] S.R. Parker ve A.H. Kayran "Lattice ParameterAutoregressive Modeling of 2-D Fields Part I: TheQuarter Plane Case", IEEE Trans. Acoust., Speech,Signal Processing., vol.ASSP-32, pp. 872-885, Aug..1984[5] A. Ertüzün, A.H.Kayran ve E.Panayırcı "EntroptyRelations of 2-D Lattice Filters" in Proc. Bilcon Conf.Contr. Signal Processing, Ankara, Türkiye, Temmuz1990.pp. 1337-1343[6] A.H. Kayran "Two-Dimensional Orthogonal LatticeStructures for autoregressive Modeling of RandomFields" IEEE Trans. On signal Processing, Vol.44,No.4 April 1996 pp.963-978[7] N.Yıldız Sarı, A.H. Kayran "İki-Boyutlu Dik KafesSüzgeçleri ile Sınırlı Veri Alanlarının Modellenmesi"///.S/L/ Kurultayı, Nisan 1995 Kapadokya pp.A-240-245

ELEKTRİK, ELEKTROHİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ

YERSEL GEZGİN İLETİŞİM SİSTEMLERİNDE MULTIPATH (ÇOK YOLLU)YAYILIMININ SİSTEM BAŞARIMINA ETKİSİNİN ANALİZİ

İ. Hakkı ÇAVDAR Gülsevil DİNÇ

Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü61080 TRABZON

EPosta: çavdar geedec.bim.ktu.edu.tr, [email protected]

ABSTRACT

If a signal is transmitted behveen a base stationand a mobile unit that is moving through a multipathenvironment, wave interference among the multipathcomponents results in severe fading of the receivedsignal.

Amplitude fluctuations in signals received övermobile radio channeis are typically modelled by aRayleigh distrubitions. The Rician distrubition applies tothe case when there is a direct line-of-sight (LOS)component which contributes to the recevied signal. Ifthere is a signal steady component and a large numberof the multipath signals, the propagation environment ofthe mobile radio is modelled by Rician distribution.

These models are theoritically predicted if alarge number of random multipath signals exist in thechannel with ali signal contributions on the same order ofmagnitude (i. e. no dominate components).

When the effective number of scatterers (N) issmall, significant deviations from the both Rayleigh andRician distributions can be expected.

İn this study, we tried to determinite the receivedsignal both on Rayleigh and Rician channeis for small Nnamed Non-Rayleigh or Non-Rician channeis.

I. Giriş

Gezgin iletişim kanallarında alıcı antenindegörülen işaretin genlik dağılımını belirleyen önemlifaktörlerden biri iletişim ortamında var olan sağıcılardır.Bu sağıcıların, alınan işareti önemli ölçüde etkileyenparametreleri olan sayıları, konumları ve yansıtmakatsayılarının tamamen rastgele olması böyle bir iletişimkanalının modellenmesini güçleştirmektedir. Literatürdegezgin radyo kanallarının modellenmesinde kullanılacakbir çok metod olmasıyla birlikte en kapsamlı modelistatistiksel modeller olan Rayleigh ve Rician Model 'dır.Her iki model de alınan işaretin istatistiksel dağılımıçıkarılmış ve iletişim kanalı parametreleri bu dağılımüzerinden çıkarılmaya çalışılmıştır. Rician Model alıcı veverici antenin biribirini gördüğü durumlarda RayleighModel ise antenlerin birbirini göremediği durumlardasistem modelini verir.

Teorik olarak Rayleigh ve Rician Modelde, alıcıanteni tarafından iletişim ortamı üzerinde bulunan etkin

saçıcılardan yansımış çok yollu işaretlerin toplamıalınır. Bu çok yollu işaretlerin genliklerinin vektöreltoplamı alınan işarette fadinge (bayılma) nedenolur. Her iki model de saçılmış işaretlerin çoksayıda olduğu yani etkin saçıcı sayısının yeterincebüyük olduğunu varsaymaktadır. Saçılmış çokyollu işaretlerin sayısı, ortamdaki etkin saçıcılarınsayısı ile doğrudan ilişkili olup gezgin iletişimsistemlerinde yeteri kadar saçıcı mevcutolduğundan Rayleigh ve Rician Model başarılımodellerdir. Ancak etkin saçıcı sayısının küçükolduğu durumlarda (ortamlarda) alınan işaretingenlik dağılımının bu modelllerden uzaklaşmasıbeklenir. Bu çalışmada etkin saçıcı sayısı (N)2,3..10 alınarak alınan işaretin genlik dağılımı içinbir model geliştirtirilmiş ve modele uygun birbilgisayar yazılımı ile elde edilen sonuçlar, teorikRayleigh ve Rician Model kullanılarak alınansonuçlarla karşılaştırılmıştır.

II. Rayleigh ve Rician Model

Hücresel haberleşme sistemlerinin esasıolan hareketlilikten ötürü, alıcı ve vericininbirbirine göre konumları her zaman sabitolamaması nedeniyle antenlerin birbirinigöremeyeceği anlarda alıcı antenin doğrudandalgayı alamayacağı açıktır. Bu durumda alıcıanten doğrudan dalgayı değil yalnızca yayılımortamında bulunan saçıcılardan yansıyanişaretlerin fazörel toplamının oluşturduğu işaretialacaktır.

Vericiden gönderilecek elektromanyetikdalganın yayılım kanalı üzerinde bulunabileceksonsuz sayıdaki saçıcı üzerinden yansıyıp alıcıantene ulaştığı düşünüldüğünde alıcı antendekiişareti belirlemek oldukça güç olacaktır. Ortamdayeterli sayıda rastlantısal olarak yerleşmişsaçıcıların varlığı düşünüldüğünde alıcı antenitarafından alınan işaretin genliğinin Rayleighdağılımına sahip olduğu yine yapılan teorikçalışmalarla belirlenmiştir. Bu durumda alıcıanteninde görülen işaretin olasılık dağılımfonksiyonu aşağıdaki gibi olacaktır[1].


r ' K

O

r > 0

dieer(1)

Alıcı ve verici antenin birbirini gördüğüdurumlarda ise alıcı anteninde saçıcılardan yansıyanişaretlerin yanında doğruda dalga alınacaktır. Budurumda alınan işaretin genlik dağılımının Riciandağılımı ile verilebileceği gösterilmişti^ ].

f(r) =+ A " ) ).I0(A0.r.K) r>0

diğer

(2)

Ao:Doğrudan dalganın gücüIO:O. dereceden 1. tür Bessel işlevidir.

(3)

III. Non-Rayleigh ve Non-Rician Model

Alıcı ve verici anteninin birbirine göre konumlarıve yayılım ortamında olabilecek saçıcıların sayıları vekonumları tamamen rastlantısaldır. Bu nedenle yayılımortamındaki saçıcıların sayılarının yeterince fazlaolmamasının olası durumlardan biri olacağı açıktır. Böylebir durumda verilen modelinin esaslarından biri olansaçıcıların yeterli sayıda olması şartı sağlanama-yacağından bu koşullar altında alıcı anteninde görülenişareti bu modellerle belirlemek doğru olmayacaktır.

Vericiden gönderilecek elektromanyetik dalganınyayılım kanalı üzerinde bulunabilecek sonsuz sayıdakisaçıcı üzerinden yansıyıp alıcı antene ulaştığıdüşünüldüğünde alıcı antendeki işareti belirlemekoldukça güç olacaktır. Ancak gerçekte alıcı anteninimerkez kabul eden 100X yarıçaplı bir dairesel bölgedahilindeki saçıcılar üzerinden saçılmış işaretlerin alıcıanten üzerinde etkili oldukları gösterilmiştir[2 ].

Yayılım ortamında saçıcı sayısının az olmasıdurumda, alınan işareti belirlemek amacı ile yapılançalışmada, etkin saçıcı bölgesi olarak yukarıda sözüedilen 100X. yarıçaplı dairesel alan esas alınarak bubölge dahilindeki saçıcılar üzerinden yansıyıp alıcıantene ulaşan işaretler ayrı ayrı hesaplandığındaalıcıdaki toplam işaret aşağıdaki gibi belirlenmiştir.

Alıcı anteni merkez kabul eden 1OOX."lık birdairesel alan dahilindeki saçıclardan yansıyarak alıcıantene ulaşan herhangi andaki işareti [3] ;

s a = (4)1=0

S,: i. saçıcıdan yansıyarak alıcı antenine ulaşan işaretbileşeni olup

S I = Aj exp(yo,)

ile verilir.

A,:i. saçıcının yansıtma katsayısı

Ö. = mod 2K\ ——

(5)

(6)

saçıcıdan alıcıyap,. işaretin i.sağıcıya veulaşması için aldığı yol0,:alıcıya i. saçıcıdan yansıyan İşaretin fazı

Şekil 1: İki saçıcılı iletişim kanalı için alınan işaretibelirlemede kullanılan model[4].

r,:i. saçıcının alıcıya uzaklığı,R=100Â

Verilen ifadelerden anlaşılacağı gibisaçıcıya gelen işaretin fazı doğrudan saçıcınınkonumuna bağlıdır. Etkin saçıcı bölgesi içerisindealıcıya ulaşan işaretin izlediği yol p;

p = p'~r = r + Vr" + L~ - 2rLcos6 (7)

Burada Lalıcı-verici arasındaki uzaklık, r ve 8olasılık yoğunluk fonksiyonları aşağıdaki gibi olanbağımsız rastlantı değişkenleridir.

1

İOOA

Mm--

0<r<100A

-K<6<K

(3)

O)

Geliştirilen yazılımla, r ve 6'nın bağımsızolması ve verilen aralıklarda rastgele değerleralabilmesinden yola çıkılarak belirlenen 100/. çaplıdairesel alan içersinde farklı herbir konuma Nsayıda saçıcı yerleştirerek bu saçıcıların alıcıyaves birbirlerine göre farklı durumları için saçılmışişaretlerin toplamı bulunmuştur. Ortamın tamamenrastlantısal olması nedeniyle daha sağlıklı sonuçlaralınabilmesi için her farklı ortam için program 30kez koşturulmuş ve bu verilerden yola çıkılarakalınan işaretin istatistik özellikleri çıkartılmıştır.


-14 -10

dB V

Şekil 2:N'e bağlı olarak Non-Rayleigh ortamda cdfcBV

Şekil 5 :N'e bağlı olarak Non-Rician ortamda cdf1.13 ı

' ' -

£ r 0 7 |

1.05 f

1 03 1 - - - .

0.18

û 14

I — m ıdB V) |

i - - - ( j ^ d B '•no I

0 1

| 0.08

c.oe

0.04

1.01 -0.02

Şekil 3: Non-Rayleigh ortamda işaretin ortalama değerve gücünün N'e bağlı değişimi

Şekil 6: Non-Rician ortamda işaretin ortalamadeğer ve gücünün N'e bağlı değişimi

10

10

Şekil 4: Non-Rayleigh ortamda ortalama değerler içinLCR'nin N ile değişimi

Şekil 7: Non-Rayleigh ortamda ortalama değerleriçin LCR'nin N ile değişimi


Şekii 8: Non-Rayleigh Ortamda K'nın N iie değişimi

Şekil 9: Non-Rician Ortamda K'nın N ile değişimi

Yukarıda verilen model kullanılarak alıcıanteninde görülen işaretin belirlenmesinde iki farklıdurumla karşılaşılmaktadır. İletişim ortamında doğrudandalga yoksa alıcıda yalnızca saçılmış işarettlerin fazöreltoplamı görülecektir.

51 = r. exp( j9) = £ A CXP( -M)

Ortamda doğrudan dalganın bulunması halinde alınanişaret saçılmış işaretler ile doğrudan dalganıntoplamından oluşacaktır.

52 = r.exp(j6) = A0.cxp{j<p0) + A,-.exp(;<2>,) (11)

A0:doğrudan dalganın genliği,0o:doğrudan dalganın fazı.

(10) ve (11) ifadeleri ile bulunan genlikdeğerlerinden yola çıkılarak olasılık dağılım fonksiyonlarıelde edilmiştir. Bulunan bu fonksiyonlar sırasıyla Non-Rayleigh ve Non-Rician iletişim kanallarında, alıcıanteninde görülmesi beklenen işarete ilişkin istatistikselfonksiyonlardır.

IV. Sonuçlar

Çalışmada f=850 MHz alınmış, L=20 kmseçilerek 100^'lık etkin saçıcı bölgesinde N>2 için Nparametre alınarak alınan işaretin karakteristikleri farklı

ortamlar için elde edilmiştir. Şekil 2 ve 5'dedoğrudan dalga olmaması ve olması durumlarındaalınan işaretin olasılık dağılım-fonksiyonunun N'ebağlı değişimi verilmiştir. Grafiklerdengörülebileceği üzere N'in artan değerleri ileişaret düzeyi artmaktadır. N=2'de en kötü durumortaya çıkmıştır. N'in 8'dan büyük değerleri içindağılım Rayleigh Model ve Rician Model'debelirlenen alınan işaretin dağılımınayaklaşmaktadır.

Şekil 3 ve 6'da değişik N değerlerindeher iki farklı ortam için (Non-Rayleigh ve Non-Rician) için alınan işaretlerin istatistikselkarakteristikleri olan ortalama değeri ve gücünün(o") N ile değişimi verilmiştir. N'in artandeğerlerinde ortalama değerin ve gücün arttığıgörülmektedir.

ikinci dereceden istatistiksel bir parametreolan LCR, işaretin belli bir seviyenin altına düşmesayısının bir ölçüsüdür. Şekil Rayieigh ve Ricianoramında alınan işaretin 0.01 için değerindekiLCR seviyeleri değişik N'ler için Non-Rayleigh veNon-Rician ortamlarda hesaplanmış ve grafikselolarak sunulmuştur.

Rayleigh ve Rician dağılımlarıK=10log(1/a2) ile tanımlanırlar. Şekil 8 ve 9'daalınan işaretin K değeri hesaplanıp bu değerlerinartan N değerleri için Rayleigh ve Rician Modelleriiçin verilen değerlere yaklaştığı görülmektedir.

Sunulan grafiklerden görüldüğü gibi saçıcısayısının küçük değerlerinde alınan işaretin genlikdeğişimini karakterize eden ortalama değeri(m),gücü(a2), olasılık dağılım fonksiyonu(cdf),seviyegeçiş hızı(lcr) gibi istatistiksel parametreleriRayleigh ya da Rician ortamında alınması gerekenişaretin parametrlerinden farklılık göstermektedir.Ancak N'in artan değerlerinde işaret bu ortamlardaalınması gereken işaret seviyesine yaklaşmakta-dır.

Kaynaklar

[1] i. H. Çavdar, G. Dinç, "Gezgin (Mobile) iletişimSistemlerinde Dalga Yayılımının İstatistikselModellenmesi", 4. Bilgisayar ve HaberleşmeSempozyumu, s. 135-138, 11-15 Aralık 1996,Bursa[2] Lee W.C. "Mobile Cellular TelecommunicationsSystems" McGraw Hill Book Co. USA, 1990.[3] B.T. Irons and K.D. Donohue, "Probability ofEsaure in Non-Rayleigh Fading Channels -ASimulation Study", IEEE Trans. On Com. Vol.43,No:2/3/4, pp. 1246-1247[4] G. Dinç, i. H. Çavdar, "Hücresel Gezginİletişim Sistemlerinin Non-Rayleigh FadingKanallarında Başarım Analizi" 5. Sinyal işleme veUygulamaları Kurultayı, s 62-66, 1-3 Mayıs 1997.Kuşadası, izmir

ELEKTRİK, ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL K O N M I S İ

MİKROİŞLEMCİ DENETİMLİ TEKLİ VE ÇOKLU SES KAYIT/ OKUMASİSTEMİNİN TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

M. F. GÜVFN ve M. SARITAŞGazı Üniversitesi

Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü,

06570 Maltepe-ANKARA

ABSTRACT: İn this study, a microprocessor baseddigital multiphrase speech record and playback systemhas been designed and constructed. The digital codingof speech signals was carried out by the ContinuouslyVahable Slope Delta Modulation techniçue. İn thesystem, two separste speech processor chips(TMS3477 and FX7O9), and a 8031 microprocessorchip have been employed. TMS3477 speech processorchip was used to make an independent record/playbackcircuit FX7O9 encode/retrieve chip was operated as amultiphrase short lasting record/playback circuit. Bothof the speech processor circuits were interfaced andcontroHed by the 8031 microprocessor chip Thespeech processor chips were operated by the machinecode program stored in EPROM vvhich is externallylinked to the microprocessor Apart from that the datavvhich are sent to a digital display are received andtranslated into speech vvords by the help of a 10 digitBCD data input card.

The microprocessor based independentrecord/playback circuit can store, the 30-60 secondsduration of a singie record, in 1-2 Mbit DRAM memory,wrth 64 kHz sampling frequency in Hi-fi quality. Thiscircuit can be operated separately by only the push-buttons vvhich make it more ffexible for manyapplications.

The microprocessor based multiphrase short lastingrecord/playback circuit can store 40 records in a totalduration of 15 seconds with 32 kHz sampling frequency.The unit has the capacity of pfaying back 64 differentpreprogrammed record sequences in 64 differentconditions. İn a given applîcation, the system wouldretrieve prerecorded speech message bank agah andagaih according to the programme vvritten by the user.

The circuit can be employed in complicatedapplication fields by increasing the memory capacityand microprocessor-DRAM interface. The systemoperates user-fhendly and the user can create manydifferent areas of use.

Key vvords: Speech Processor, 8031 microprocessor,CVSDM, Digital Multiphrase Record/Playback

1. GİRİŞ

Sesin analog olarak manyetik ortamlardasaklanması ve tekrar okunması çok kolay olmasına

rağmen; kayıtçının boyutu, mekanik sistemlereihtiyaç duyulması ve bilgiye erişim zorluğu nedeniylekısa süreli ve çok sayıda mesajı kaydetmek veisteğe göre tekrar okutmak ihtiyaç maliyetdengesinde her zaman gereksiz ve zahmetlibulunmaktadır.

Yan iletken teknolojisinin gelişmesi, sayısalentegre devrelerin küçülmesi ve ucuzlaması sonucu,sesin sayısala dönüştürülerek hafıza birimlerindesaklanması ve okunması, istenen mesajın istenildiğikadar tekrarlanmasına olanak vermektedir.

ileri teknoloji ülkelerinde, insan-makinailetişiminde, ses işlemci devreler başarıylakullanılmakta; ancak kolayca kullanılabilecek salt-okubellekti ses işlemcileri ingilizce olarakdepolandığından Türkçe mesaj iletimindekullanılamamaktadır. Bu çalışmada, istenen sessinyalleri, müzik veya konuşma, sayısal kodlanarakdepolanabimekte ve istenildiğinde çağrılarakokutulabilmektedir. Bu tip bir işlem, bir kişiselbilgisayarla kolayca gerçekleştirilebilir. Sesli yanıtsistemleri/1/, örneğin Alo-Okul ve Alo-Banka gibisistemler, bahsedilen gereğin makro uygulamalarıdır.Ancak özel amaçlı ses işlemci entegrelerinkullanılması daha pratik ve ucuz olacağından şuandaki bir boşluğu doldurmuş olacaktır. Bir öncekiçalışmada, sesin sayısallaştırılarak saklanmasının veokunmasının temelleri verilmiş ve tekli kayıt /okumadevresi incenmiştir/2,3/. Bu çalışmada ise tekli veçoklu kayıt/okuma devrelerinin mikroişlemci iledenetimlerinin nasıl yapıldığı ve bu sisteminçalışması açıklanmıştır.

2. DEVRENİN ÇALIŞMASI

Tasarlanan ve gerçekleştirilen devrenin blokdiyagramı Şekil 1de verilmiştir. Devrede, mikrofonveya hat seviyesinden alınan analog ses sinyali,yükseltildikten ve örnekleme teoremine (Nyquistkriteri) uygun bir filtre devresinden geçirildikten sonrases işlemci tümdevrelere uygulanır. Ses işlemcileri(FX709 ve TMS3477), analog ses sinyalini CVSDmodülasyon tekniği ile sayısal bilgiye dönüştürürlerIA -II.

TMS3477 tümdevresi, kendi RAMorganizasyonunu kendisi yaptığı için sesi doğrudandoğruya dışarıdan bağlı DRAM'lara (1-2 Mbit)depolayabilmektedir. Bu tüm devre, mikroişlemciyle

ELEKTRİK, ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGKİSİ

kontrol edilebileceği gibi tek başına bağımsız birkaydedici ve okuyucu devresi olarak da kullanılabilir.

FX709 tümdevresi ise, CVSDM tekniği ile sessinyallerini sayısal bilgiye dönüştürerek kendi içindeki 8bitlik kaydırmalı kayıtçısına doldurmakta ve her 8 bitdolduğunda veriler alınıp RAM belleklerindeendekslenerek saklanmaktadır. Devre, dışardanalınacak sayısal BCD verilerini de algılayabilmektedir.Bunun için devreye 10 digit BCD veri algılamakapasiteli bir giriş/çıkış kartı eklenmiştir. Böylece9999999999a kadar sayılar ön kayıtlarda okunarakifade edilebilir.

Ayrıca, devrede değişik durumlarda değişikkayıtların okunabilmesini sağlamak için 6-bitlik bir TTLgiriş bölmesi ayrılmıştır. Böylece 26 tane değişik durumkarşısında önceden programlanan kayıt dizinleriokutulabilir.

Cihazın, kaydetme ve programlama işlemleritamamlandıktan sonra bir sinyal algılayarak devreyegirmesi gerekmektedir. Bunun için mikroişlemcininkesme(ınterrupt) girişine bir basmalı buton eklenmiştir.Böylece alçak düzeyde gelen bir sinyal cihazı aktifyaparak çalıştırır.

Devrenin üzerinde, kullanıcı tarafından kolaykullanımını sağlamak için

• İkili anahtar,• Üç digitlik gösterge.• Beş adet basmalı buton,• INT basmalı butonu bulunmaktadır.Devrenin çalışma iş akış şeması Şekil 2'de

görülmektedir. Mikroişlemci programı dört ana gruptatoplanmıştır İkili anahtarla bu modlardan biri olan;kayıt modu(11), programlama modu(10), programagöre çalıştırma modu(OO) veya direkt çalıştırmamodu(01) seçilebilir. Kayıt alanı seçenekleri üçtür:Çoklu kısa kayıt/okuma alanı(A), bağımsız iki adetuzun kayıt/okuma alanları(B ve C).

Üç digitlik göstergenin en sağdaki hanesi üç farklı

I>

A.NALOC DEVKK

kayıt bölgesinden (A, B veya C) hangisindebulunulduğunu; A harfi kayıt olduğunu, P harfiprogram modunda ve O harfi çalışma modundaolduğunu göstermektedir Soldaki iki hane ise kayıtnosunu göstermektedir Direkt çalıştırma modu OOPile, programa göre çalıştırma modu 1-64P ile ifadeedilmektedir.

Beş basamaklı butondan; BAŞLA ve DURbutonları kayıt ve okuma işlemlerini başlatmak vedurdurmak için kullanılır. Hangi kayıt alanında veyahangi kayıt numarasında bulunulacağı UP ve DOWNbutonları ile seçilir. SET butonu, her moddeğişikliğinden veya modlar arası geçişlerden sonraonay için basılmayı bekler Kayıt bölümü veya kontroliçin okuma bölümleri arasında geçiş yine SET butonuile yapılmaktadır.

Cihaz açıldıktan sonra önce ikili anahtarla modseçimi yapılır. Bu seçimin öncelikle kayıt moduolması gerekir çünkü diğer modlar için kaydedilmişverilerin olması gerekmektedir.

Kayıt modunda, UP/DOvVN ile A çoklu kayıt alanı,B veya C bağımsız Kaydedici/Okuyucu alanlarındanbiri seçilir. SET'e basılması halinde en sağdaki hanekayıt alanını gösterir, en soldaki iki hane ise yanıpsönmeye başlar. B ve C kayıt alanlarından binseçilmişse SET ile onaylandıktan sonra göstergeninilk iki hanesi yanıp sönmeye başlar Bu sıradaBAŞLA'ya basıldığında kayıt başlar ve DUR'abasılana kadar veya hafıza sonuna kadaı kayıt işlemidevam eder. Kayıt işlemi bittikten sonra program,yapılan kaydı okumak üzre BAŞLA komutunu veyabaşa dönmek için SET komutunu beklet Kayıt alanıA'da ise her DUR'a basılması kayıt nosunu bi: arttırırBu şekilde 1'den 40'a kadar kayıt yapılır Göstergeyanıp sönerken DUR'a basılırsa program başa döner,eğer SET'e basılırsa program kontroi için okuma altyordamına dallanır. Burada UP/DOvVN ile okunmasıistenen kayıt nosu seçilir ve BAŞLA'ya basıldığında

SESKOD -~— -İ MtKROlŞl.EMCl

B\BBPRG CIRLSI

— GİRİŞ/ÇIKIŞ

. - - • . \

| 10 DICIT BCD VERİ |

ADRESKOD<.ÖZC(.T

•I BAKIMSIZ1 KAYDCDICİ/OKl Yİ (V

Şekil 1 - Tekli ve Çoklu Ses Kayıt/Okuma Sisteminin Blok Diyagramı

ELEKTRİK, ElEKTROMİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ

Cüıazj Aç

i. A }

K.yrl M«4o

| UPDOVN de kaya alanı MÇSÜT ik onayia

ve

KjynUanı ^ «^ b,C Kayıl Al anırCoku) (BKÖI/2

...ModDeğısfr"•4$e A ya aou ~"<

| sön | y/O-b/C

son

Mod LktaU iJJ* A"ya dor) 1 j

DUk' ı

1 ÛO-A

-4

HASLA'

K h

Kjyı! ba-fLıdı

cic-k kdydakr

•

1)1 K 1 '

J Bu tuaiokı k^i)!! |I lyuı bu arttu ve |I l.,ı,adon j

iKayıl haşkciı

dek kay.lcder- ---1

DUR1»

1 H

i K o p ü u l 1̂ :111' kay.1, >,ku

•VV IK)WN ile

I konu»] ,vın|

Mod Seciciden Modu Seç(bil

Dtrtkl Çahfinu Mo4u I

P-00' da kayalı! piognun (Umum al

_. -T! Keanıeyc. ısın ver

1 "T "Kesmeyi bekkueldığuıde İNİ

ıIt)orda/TUJiıçalış Or

Prag. Gin Çahf M**i

6 bitlik guışt oku

P-XX • tfc kayıttıpiognun dizuıou aJ

ı kesmeye izm veı

1

Kcuneyı beklet-icldı̂ iAdc IKF

aJtyordanıuül

INT )

4:P XX (kaimimokunacak kayıl

noau al

^

10 ılınıl B*"l

vcnyı al ve

kayıüajı okı

! <&£

oııayU

U I ' l K J V V N ı kİlandı pruj^raju

k.ıytlj :»cy

t

U>*j A' va doy.

Kaydı oku

Bir soıırakıokıuıacak

kayıl |

!xxo

^j 1: • p u ^ i i i u

\^l A' ! !

koiıüul içinVay di uku

i Bu aoıuAı Layı!

III' IH)WNılc!ı;uıgı k)kıi]iaı

kaydı *c\

tI-)UR'

tsı;p

Şekil 2 - Tekli ve Çoklu Ses Kayıt/Okuma Sisteminin Çalışma iş Akış Diyagramı


kayıt okunur. Kayıt okunduktan sonra bir sonraki kayıtokunmak üzere bekler ve tekrar BAŞLA'ya basıldığındabir sonraki kayıt alanı okunur ve işlem bu şekilde 1'denson yapılan kayıt nosunu okununcaya kadar devameder. Eğer SET'e basılırsa program, en son okunankayıttan sonraki kayıt nosuna kayıt yapmak üzere geridöner.

Programlama modunun(10) seçilebilmesi içinönceden A, B ve C kayıt alanlarının kayıtlı olmasıgerekmektedir. Mod seçiciden (10) seçildikten sonragöstergede OOP görünür ve SET ile onaylandığındaOOP. görünür. Bu sırada UP/DOVVN ile 00P.-64P.arasında bir program numarası seçilir. Bir programnumarasına en çok 8 ayrı kayıt programlanabilir.Program seçilip SET ile onaylandıktan sonragöstergede P. yerine kayıt dizininin ilkini göstermeküzere 1 yanar. Bundan sonra UP/DOVVN ile kayıt nosuseçilir. 01-40 arasındaki numaralar A kayıt alanındakikayıtları, 44, B kayıt alanındaki kaydı; ve 55, C kayıtalanındaki kaydı ifade etmektedir. Ayrıca 00 numarasıözel bir numara olup okuma modlarında sayı okumaaltyordamını çağırmak için atanmıştır. UP/DOVVN ileyukarıda belirtilen kayıt numaralarından biri seçildiktensonra SET'e basılarak program kaydı yapılmış olur vebir sonraki kayıt için harf göstergesinde 2 yanar. Buşekilde istenen kayıt numarası seçilip SET'e basılarakprogram kayıt işlemi 8. kayda kadar devam eder ve 8kayıt sonunda veya SET yerine DUR'a basıldığındaprogramın kaydı bitmiş olur. Bundan sonra bir sonrakikayıt dizininin kaydı için göstergede program nosu veharf göstergesinde P. yanıp sönmeye başlar. Eğerbaşka program kaydı yapılmak istenirse yukarıdakiişlemler isteğe bağlı olarak tekrarlanır.

Diğer iki mod, Direkt çalıştırma modu (01) veprograma göre çalıştırma (00) modlandır. Direktçalıştırma moduna girildiğinde göstergede 00Ogörünecektir Bundan sonra program kesmeye (INT)izin verir ve bekler. Kesme, devrede INT butonu ilesimüle edilmiştir. Her kesme sinyali geldiğinde 00 noluprogramdaki kayıt dizini okunur. Programa göreçalıştırma modunda ise yine göstergede 00O görünürve program kesme sinyalini bekler. Kesme geldiğinde 6bitlik veri girişi alınır ve ona karşılık gelen programnumarasındaki kayıt dizini okunur. Her kesmegeldiğinde bu işlem tekrarlanır.

Bunların dışında B ve C kayıt alanlarındakibağımsız kaydedici/okuyucu devreler tek başınakullanılmak istenirse içindeki 10 bitlik modprogramlayıcısı anahtarının, 5. anahtar, kapalıkonumuna alınarak devrenin basmalı butonlar ilekontrol edilmesi sağlanır. Devrede REC, PlAY, PAUSEve STOP bırtonları mevcuttur. REC butonunabasıldığında kayıt işlemi başlar. PLAY, yapılan kaydıtekrar okumak için kullanılır. PAUSE, kayıt ve okumaişlemlerini tekrar basılana kadar bekletir. STOP butonuise kayıt veya yeniden okuma işlemini durdurmayayarar.

3. SONUÇ VE TARTIŞMA

• CVSDM kodlama yapmak daha az hafızagerektirmekte ancak kayıt süresinin kısa olmasıönemli bir problem yaratmaktadır.• Örnekleme frekansı, hem kayıt süresine hem deses kalitesine etki etmekte ancak bu çalışmada 32 ve64 kHz gibi yüksek örnekleme frekanslarından ödünverilmemiştir.• Devremiz, normal CD çalar ses kalitesine 64 kHzörnekleme frekansında ulaşabilmektedir. B •. o C kayıtalanlarında, 64 kHz örnekleme frekans i-ia kayıtsüresi 30 saniye olmaktadır. 32 kHz örneklemefrekansında bu süre iki katına çıkmakta :Üv.?>k seskalitesi biraz bozulmaktadır.• Çoklu kayıt alanı olarak mikroişlemcininadresleyebildiği bellek miktarı 64 Kbyte olduğundan,mikrobilgisayarın kayıt ve program indislemesi içinayrılan bellek miktarı dışında 48 Kbyte'lık bir sesverisi kayıt alanı kalmaktadır. Bu kayıt alanı, 32 kHzörnekleme frekansında yaklaşık 15 saniyelikkayıt imkanı vermektedir. Bunun için 64 kHzyerine 32 kHz 'lik normal bir kayıt kalitesi tercihedişmiştir.• Devrenin bellek kapasitesinin genişletilmesi ilekayıt süresi uzatılabilir.• Devremiz, istenilen uzun süreli sabit mesajlarınyanısıra BCD göstergeye giden değişkenmesajları da sözlü sunabilmektedir. Sabitmesajların sözlü ifadeleri iki adet bağımsızkayıt/okuma entegreleri ile değişken mesajların sözlüifadeleri ise çoklu kayıt/okuma işlemi yapabilenentegre ile sağlanmıştır.• Böylece devre, saat, yazarkasa, asansör katgöstergesi v b . gibi her türlü sayısal gösregeye sahipcihazlara uyarlanabilir.

KAYNAKÇA

1 İlhami Kul, Bilgisayarla Ses ve Müzik Teknolojisi,Sistem Yayıncılık, 1995.

2. M. F. Güven, M. Sarıtaş, Ses İşlemcisi KullanarakSayısal Ses Kayıt/Okuma Devresi Tasarımı veGerçekleştirilmesi, Elektrik Mühendisliği 6. UlusalKongresi, 11-17 Eylül 1995, Bursa, pp:760-64.

3. M. F. Güven, Mikroişlemci Tabanlı Çoklu SesKayıt Okuma Sisteminin Tasarımı veGerçekleştirilmesi, Gazi Univ., FBE, YüksekLisans Tezi, Temmuz-1996, Ankara.

4 H. Nakajima, T. Ooi, J. Fukuda and A. Iga, DigitalAudio Technology, Sony Corporation, 1979.

5. D A . Greefkes, K. Reimens, Code Modulation withDigitally Controlled Companding for SpeechTransmission, Philips Tech. Rev. Vol.31,No.11/12, pp:335-53,1970

6 N. S. Jayant, Digital Coding of SpeechVVaveforms: PCM, DPCM, and DM Quantizers,Proc. of IEEE, Vol. 62, No.5, 1974

7 Digital Telephony, Bell Company, 1980.


Kaotik İletişim Teknikleri Kullanılarak Bilgi İletimindekiGüvenilirliğin Sağlanması

Cebrail ÇİFTLİKLİ, İbrahim DEVELİ

Erciyes ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Bölümü

38039 - KAYSERİ

ABSTRACT: İn this paper the chaotic transmission techniques that have been used in secure Communicationssystems are discussed. Chua 's circuit is employed to generate chaotic signals in ali the techniques included here.The advantages and disadvantages of the techniçues are compared with other classical transmission techniques inthe literatüre.

GİRİŞ

Geçmişte insanlar, birçok vesile ile kaotikdavranış biçimlerini görme fırsatını bulmuşlardır. Birfizik deneyi sırasında, deneyde ne tarafa gittiği belliolmayan ve gelişigüzel bir davranış biçimi gibigörülen cevaplarla karşılaşan bilimadamları, bunaneden olarak gürültüyü veya deneyin bozulduğunusebep göstermişlerdir[1].

Son on yıl boyunca, çeşitli fiziksel sistemlerdekaotik olguya olan ilginin büyük oranda arttığıgörülmektedir. Karmaşa ve kaosun gözlenmesineparalel olarak, bu olaylarla ilgili ölçümlerin yapılması,deneysel bilgilerin analizi, davranışındeğerlendirilmesi ve kolayca görülemeyenmekanizmaların anlaşılmasına izin verenaraştırmalarda büyük gelişmeler olmuştur[2].

Gizliliğin önemli olduğu iletişim ortamlarındakaotik işaretlerin kullanılması, oldukça ilgi duyulanyeni bir yaklaşımdır. Bu tür sistemler; genel olarakiletilecek olan bilgileri verici katında geniş-bandlı,gürültü benzeri ve kestirimleri olanaksız olan kaotikişaretler ile değiştirerek yollama ve alıcıda bilgiyi geriçözme tekniğine dayanır[3].

Bilgi iletiminde, kaotik iletişim tekniklerininkullanılmasına ait en basit teknik, parametremodülasyonu veya kaotik anahtarlamadır. İkinciteknik, bir Chua devresinden elde edilen işaretin'maskeleyici' olarak kullanıldığı " Kaotik Maskeleme"tekniğidir. Üçüncü teknik, kaosun modülasyonu ileoluşturulan yayılmış-spektrum haberleşmesidir

KAOTİK İŞARET ÜRETECİ

Chua Devresi: Chua devresi, kaosun matematikselolarak ispat edildiği dikkate değer tek fizikselsistemdir. Bu devre, standart elektronik elemanlarınkullanılmasıyla oluşturulmuştur ve kaotik davranış-ların oluşumunu sağlar.

Şekil-1.(a) da gösterilen devre; bir lineerindüktör L, bir lineer direnç R. iki lineer C, ve C2

kapasitörü ve bir nonlineer NR direncinden

oluşmuştur. Bu sisteme ait devre eşitlikleri aşağıdakigibi yazılabilir

dv c±_ J°1 dt ~ R

dVr

d t

di,

dt

R

'c,

c(D

Burada g(-), eşitlik (2) ile tanımlanan bir lineer-parçalı fonksiyondur. Bu fonksiyon, şekil-1.(b) degösterilmektedir

Spj (2)

Burada Bp ; kırılma noktalarını. Ga ve Gh ise

sırasıyla iç ve dış bölgelerin eğimlerini göstermektedir

[4].


-I!

I «V

(h)

ŞEKİL:1. (a)" Chua Devresi"(b)" Nonlineer direncin V-l karakteristiği"

Bu çalışmada incelenen kaotik iletişimtekniklerinin tümünde, kaotik osilasyonlarınüretiminde bu devreden faydalanılacaktır.

UYGULAMALAR

1. Kaotik Anahtarlama

Bu teknikteki temel işlem; binary bilgiişaretini, sistem içerisinde ( Chua devresi ) farklıparametre değerlerine karşı gelen farklı çekerlerin(attractor) oluşturulmasıyla yapılan bir kodlamaişlemidir. Örneğin binary olarak 1 değeri; (.ı, parametre

değerine ve Aı kaotik çekerine karşı gelirken, binaryolarak 0 değerine, f.ı2 parametre değeri ve A2 kaotikçekeri karşı gelir. Kaotik sistemin davranışı, A1 ve /Av-arasında değişecek şekilde anahtarlanır ve böylecesistemin cevabı, parametre değişimleri ile modüleedilir.

incelenen sisteminin blok diyagramı, şekil-2de görülmektedir. Yapılan deneylerde, aşağıdabelirtilen parametre değerleri üzerinde herhangi birdeğişiklik yapılmamıştır.

R =1001Q

G, = -1.139 mS0 = 20 Li

= -0.711 mS

--W

Diğer parametreler, binary giriş işareti bın (t)'ye bağlı olarak değiştirilir Sistem; bjn(t)=\ içinL= 12 ınH ,C, = 17 nF ve C?= 178 nF iken bın(t)= 0

için L= 13 3 mH . C,= 18.8 nF ve C2=197 nF olarakseçimine imkan sağlayan bir anahtar ile kontroledilmiştir

Senkronizasyonun oluşumunu sağlayacakalıcı; Pecora & Carroll prensibine göre dizaynedildiğinde, verici katını oluşturan Chua devresininbütünüyle bir kobyesi niteliğindedir

Yencı

I ,

ŞEKİL2. " Kaotik Anahtarlama Sisteminin BlokDiyagramı "

Sonuç olarak; alıcı kısmından elde edilen bolll(t)işareti , küçük bir zaman gecikmesiyle orjinal girişişareti bin (t) olacaktır[5],

2. Kaotik Maskeleme

Güvenli iletişimin deneysel olarakincelenmesindeki temel yapı bloğu, Chua devresidir.Chua devresinden elde edilen ve gürültüye benzerolan vC| işareti, " maskeleme " işareti olarak

kullanılmaktadır. s(t) bilgi işaretini göstermek üzere,iletilen işaret r(t) = vc (t) + s(t) şeklindedir. Burada,

işaretin verimli bir şekilde gızlenebılmesi için s(t)işaretinin güç seviyesi. vc işaretinin seviyesinden

oldukça küçük tutulmalıdır.Alıcı, Pecora A: Carroll sürücü-cevap

prensibine dayanacak şekilde iki altsistemdenoluşmaktadır ( Şekil-3 ).

ŞEKİL:3. " Pratik Olarak Alıcının Gerçekleştirilmesi "


ilk altsistem (vCj,iL) -sistemidir ve bu sistem, iletilen

işaret r (t) ile sürülür:

di (V

dt(V (3)

ikinci altsistem ( v c ) -altsistemidir ve vc

<v işareti ile

sürülür. v

Burada;

Sonuçta s(t) , aşağıdaki şekilde tekrar elde edilir.

= r(t)-vca>

(4)

(5)

(6)

r ( t ) V ( t i -• « M

L'hua Devrerf' .

ŞEKİL:4." Kaotik Maskeleme İşleminin DeneyselKuruluşu ".

Bu iletişim tekniği ile oluşturulmış sistemin deneyselolarak kuruluşu şekil-4 de görülmektedir [6].

3. Kaotik Modülasyon : Yayılmış- Spektrum İletimi

Bu teknikte, bir güvenli iletişiminyapılandırılmasında Chua devresinden faydalanma ileilgili yeni bir yaklaşım önerilmektedir. Burada; Chuadevresi ile üretilen kaotik işaret, bir kodlayıcı olarakkullanılmaktadr. Kodlama, ya zamanda çarpma ya dazamanda bölmeden herhangi birinin uygulanmasıylabaşarılın Kodlama işleminin çözülmesi için bu işlemintersi uygulanır.

iletişim için kullanılan temel sistem, şekil-5 degörülmektedir. Verici ve alıcı sisteminin herbiri için birChua devresi kullanılmıştır.

Verici sisteminde; bir it(t) akım işareti Chuadevresine enjekte edilir. Daha sonra, bu Chuadevresinden elde edilen v, = v1 voltaj işareti iletilir.Alıcı sistemi; iletilen bu voltaj işaretini, dedekte edilenakım işareti id(t) yi elde etmede kullanır.

Verici Sistemi Alıcı Sistemi

ŞEKİL5. " Temel iletişim Sisteminin ŞematikDiyagramı"

iletilmek istenilen bilgi, voltaj işareti biçimindebir vs(t) giriş bilgisidir.vs(t) işareti, bir tersinir(invertible) kodlama fonksiyonuyla, enjekte edilenakım işareti i,(t) olarak kodlanmaktadır,

ii(t) = c(vs(t)). Dedekte edilen işaret id(t) ,daha

sonra vr(t)=c ^( id(t)) şeklinde işleme tabi tutularak

kod çözülür. Sistemin uygun işlemi için vr(t)*vs(t)

olması istenir.

Nonlineer dirençler NR ve NR , eşitlik (7)ile verilen üç-parçadan oluşan parçalı-lineer v-ikarakteristiklerine sahiptir.

iR = -

ĞR vR +-(Ğa-Ğb)(7)

vR+BP \-vR-Bp

Durum eşitlikleri aşağıdaki gibidir.

_ dv, 1 . . . ,(8)

(9)


dt

dt

(10)

(11)

(12)

(13)

Şimdi, verici sistem ve alıcı sistem arasındaki devreelemanlarının tümünün tamamen uyuştuğu (matched)

kabul edilsin (R = R,C = C v.s.j Voltaj buffer nedeniyle

7, = ^ dir ve eşitlik (9) dan eşitlik (12) ve eşitlik (10)dan eşitlik (13) çıkarılarak aşağıdaki değerler eldeedilir.

d(v2-v2) -1= - (14)

(15)

Sonuçta, sistemin asimptotik bir yaklaşımla kararlıolduğu ve t-*» iken ( v 2 - v 2 ) - > 0 olduğu görülür.

Eşitlik (8) den eşitlik (11) çıkarılarakaşağıdaki ifade elde edilir.

(16)

Böylece, t-«c iken id(t)^>ii(t) ve vr(t)->vs(t)

olacaktır.

Bu düzenlemenin temel fikri şu şekildedir: C,kapasitörü uçlarındaki voltajı modifiye eden bir akım,Chua devresine enjekte edilir. Oluşan v: voltajı daha

sonra ikinci Chua devresindeki C, kapasitörüuçlarında bir zorlayıcı voltaj etkisinde bulunur. Eğeriki Chua devreside eşlenmiş ise; C2,L,R den oluşanaltdevre üzerinde dolaşan akım ile, ilk Chuadevresindeki aynı bölüm üzerinde dolaşan akım

uyuşmak zorunda kalır ve C, ve NR üzerinden geçenakım, v, ile belirlenir. Böylece, ikinci Chua devresinedoğru akan akım, ilk Chua devresine enjekte edilen(bilgi işareti) akım ile eşit olmak durumundadır.

Bu sayede bilgiler, kaosun yayılmış-spektrumözelliğinden faydalanılarak iletilmiş olmaktadır[7].

SONUÇ

Kaotik sistemler; klasik lineer haberleşmesistemlerinin tersine, başlangıç koşullarına hassasbağlılık gösteren ve parametre uyumsuzluğuna sonderece duyarlı olan sistemler olarak tanımlanırlar. Bugerçeklerden hareketle, bu çalışma ile incelenenkaotik iletişim sistemlerinde bilginin güvenilirliğinikorumaya yönelik en büyük faktör , parametreuyumunun sağlanması problemidir. Bir kaotik vericitarafından kodlanan bilgilerin .parametre değerlerinitam olarak bilen bir alıcı noktası için avantajsağlarken, alıcının hangi elemanlardan oluştuğunubildiği halde, parametre değerlerini bilmeyen ve bilgiyielde etmek isteyen bir alıcı noktası için çok büyük birdezavantaj oluşturur.Örneğin; vericideki R ve

alıcıdaki R parametreleri arasında %1'lik biruyumsuzluğun gerçekleşmesi durumunda, alıcınoktasından alınan işaret ile gönderilen işaret ilişkisizolacaklardır[5].

En son incelenen kaotik modülasyontekniğinde parametre değişimlerine olan duyarlılık,kaotik maskeleme tekniğine nazaran daha da duyarlıhale getirilmiştir.Böylece, sistemin güvenilirliğiarttırılmıştır.

KAYNAKLAR

[1] James Gleick ; "Kaos" , Tübitak Popüler BilimKitapları, sayfa:62, Mayıs 1995.

[2] Maciej J.Ogorzalek, " Taming Chaos- Part 1:Synchronization " , IEEE Trans. Circuits andSystems, vol. 40, pp.693, 1993.

[3] A.Okşaşoğlu, T.Akgül, R.Şeker, M.Mak,"Kaotik İletişimde Yeni Bir Yaklaşım: İletinin DoğrusalSistemlerle Geri Alınmasın " , sayfa:404.

[4] L.O.Chua , M.ltoh , L.Kocarev , K.Eckert" Chaos Syncronization İn Chua 's Circuit ", Journalof Circuits, Systems, and Computers, Vol.3, No.1,pp.93-108 , 1993.

[5] Maciej J.Ogorzalek, " Taming Chaos- Part 1:" Synchronization " , IEEE Trans. Circuits andSystems, vol. 40, pp.698, 1993.

[6] L.J.Kocarev, K.S.Halle, K.Eckert and LO.Chua ,"Experimantal Demonstration Of SecureCommunications Via Chaotic Synchronization " Int.J.Bifurcation Chaos , vol.2 , No.3 , 709-713, 1992.

[7] K.Sean Halle, C.W.Wu, M.ltoh and LO.Chua"Spread Spectrum Communication ThroughModulation Of Chaos ", Int.J. Bifurcation Chaos ,vol.3 , No.2 , 469-477, 1993.


ANAHTARLAMA UYGULAMALARI İÇİN ÖZEL BİR

İŞLETİM SİSTEMİA.SEVER

Simko Ticaret ve Sanayi AŞ.Yazılım Geliştirme Bölümü

ANKARA

Novvadays. expected features from the publicswitching exchanges are gradually increasing.Therefore the software to do that jobs getting moreand more complicated. Many features are gettingrealized by software instead of hardware. Theincreasing complexity of the exchange software andneed of handling various resources at the same timenecessitate a customized operating system. Operatingsystem controls ali the resources of the system andseıves them according to user (process) requests.Also it shoııld handle ali the exceptions to achieve arobust system. Under these circumstances wedesigned an operating system for a PBX to handle ourspecıal features.

Like ali the operating systems designed for telephoneswitching systems, our operating system intended tobe:

• Real time• Concurrent, multitaskingm Event-drivenm Message based

Operating system senses the events that are comingfrom the penpherals and sends them as messages tousers. Users are Finite State Machines (FSM). Anymessage depending on the state of the user isprocessed and after this process, the state of the usermay change These changes are called as transition.During a transition, the control of the CPU is given tothat user. After transition, the control is given back toOperating System. İt can give service up to 3840users at the same time depending on the systemresources.

Although it was designed for PBX's, it can be used inany Event-driven Message Based system.

Günümüzde telefon sandallarından istenen özelliklerartmaktadır. Dolayısı ile bu santrallar için geliştirilenyazılımlar yeni isteklere yanıt verebilmek amacıylakarmaşıklaşmaktadır. Zaman içinde santrallardasunulan özelliklerin ve sağlanan hizmetlerin kotarılmasıişlemleri donanım ağırlıklı olmaktan çıkıp, yazılımağırlıklı duruma geçmiştir. Yönetilmesi gerekenkaynakların çokluğu, santralın gerçek zamanlı (realtime) bir yapıya sahip olması ve aynı anda çeşitliişlemlerin yapılması gerekliliği, yazılımın çekirdeğinde

bir işletim sisteminin bulunmasını gerekli kılmaktadır.Tüm bir santral yazılımı, bu işletim sistemi altındaçalışan, temel işlevleri ve üst düzey santral servislerinigerçekleştiren, gerektiği zamanda etken hale geçen,aralarında bilgi alışverişi yapan "görevlerden (task)oluşur. Bir "görev" etkin durumdayken, yapacağıişlemler için gerekli sistem kaynaklarının sağlanmasını,diğer görevlerle haberleşme (messaging) işini, hattagörevin başlatılıp bitirilmesi işini işletim sistemigerçekleştirir.

Anahtarlama (switching) yazılımı uygulamalarının,özelde santral yazılımlarının doğası gereği işletimsisteminden beklenecek belirgin özellikler şunlarolmaktadır:

-Gerçek zamanlılık-Eşzamanlılık (concurrency). çok görevlilik

(multitasking)Olası yaklaşımlar arasında bu iki özelliği

gerçekleştirmek üzere işletim sistemimiz.

-Olay-güdümlü (event-driven) ve-ileti tabanlı (message based)

olacak şekilde tasarlanmıştır, işletim sistemi, çevreselbirimlerden (peripherals) gelen "olayları" algılayarakbunları ileti (message) şeklinde ilgili görevleregönderir(Şekil 1). Günümüzde tüm bu özellikleri birarada sağlayan ticari bir işletim sistemibulunmamaktadır. Ayrıca bir başka amaç veya genelamaçlarla yazılmış işletim sistemleri üzerine uygulamayapmak oldukça büyük sıkıntılar yaratmaktadır. Tümbu nedenlerden dolayı yeni bir işletim sistemi yazmaihtiyacı duyduk.

Geliştirdiğimiz işletim sistemi, saydığımız bu genelözellikler dışında, anahtarlama uygulamalarındaçokça kullanılan bir modelleme olan "Finite StateMachine"-Sonlu Durum Makinası(SDM) yaklaşımınadoğrudan izin verecek şekilde tasarlanmıştır. SDMyaklaşımında, belirli "olaylara" verilecek yanıtlar veyapılacak işler, aynı zamanda bulunulan "duruma" dasıkı sıkıya bağlıdır. SDM tabanlı modelleme. işletimsisteminden bağımsız olarak gerçekleştirilebilir, ancaktüm bir sistem bu model temelinde kurulacaksa,işletim sistemi desteği önemli tasarım kolaylıklıkları veperformans artışı sağlayacaktır. Bir diğer avantaj daSDM tabanlı akış şemalarından (SDL based) "kaynakkod" üretiminin otomatikleştirilmesi işleminin dahakolay gerçekleştirilmesidir. Tersi bir dönüşüm debenzer şekilde görece daha kolaydır. Yazılım


geliştirmede önemli konulardan olan "kod bakımı"nda(maintenance, debugging) da kolaylıklarsağlanmaktadır. Her ne kadar SDM tabanlı kullanıcı(user) programları için tasarlanmış ise de, ileti tabanlıolmak kaydıyla her hangi bir modellemeye dayanankullanıcı programlarıyla çalışabilme özelliğine sahiptir.

Donanım Koşullama

A : _•Başlangıç

Değerlerinin BelleğeKopyalanması

: I.. :işletim Sistemine

Ait Alt SistemlerinKoşulanması

Hayır

KullanıcıProgramlarınınKoşullanması

Bekleyen İleti Varmı?

EvetKullanıcı

Programı Canlımı?

HayırI Evet

KullanıcıProgramını Yarat

1T

Görevi KullanıcıProgramına Ver

Görevi işletimSistemine Ver

Şekil: 1 Genel Akış

Şu andaki uygulamamızda ana işlemci (mainprocessor) kartı üzerindeki görevler SDM mantığıyla,ISDN telefon hizmeti sunan kart üzerinde ki görevlerise sıradan ileti tabanlı olarak başarıyla çalışmaktadır.Ancak SDM yaklaşımıyla tasarlanmış görevler daha

hızlı ve güvenilir bir şekilde işletim sistemi tarafındankotarılmaktadır.

Diğer bir çok işletim sisteminde olduğu gibi, bu işletimsistemi aşağıdaki bölümlerdan oluşmaktadır:

• Yükleyici (loader).• Koşullandırıcı (initializer).• Bellek Yöneticisi (memory manager).• Çekirdek (kernel),• Süreç Yöneticisi (process manager),• ileti Yöneticisi (message manager),• Alet Kotarıcı (device handler).• Zamanlayıcı (timer).

Her bir bölüm birbirinden bağımsız olarak tasarlanıp,daha sonra birleştirilmiştir(Şekil 2).

Bu yönüyle bakıldığında işletim sistemi tam bir

Koşullandırıcı

Çekirdek Ğve

BellekYöneticisi

Alet Kotarıcı

Şekil:2 İşletim Sistemi Yapısı

esneklik kazanmaktadır. Gelebilecek herhangi birdeğişiklik kolayca sisteme eklenebilmektedir. Ayrıcayapılacak küçük ve birbirinden bağımsız değişiklerle,farklı işler için tasarlanmış donanımlarla çalışabilmeözelliği kazanmaktadır.

• Yükleyici:Bu birim mikro işfemci yongasını (chip) donanımauygun olarak koşullandırdıktan sonra, sistembelleğinin işlevselliğini doğrulayıp, işletim sistemi içingerekli olan ön bilgileri salt okunur bellekten (ROM)rastgele erişimli belleğe (RAM) kopyaladıktan sonragörevini bitirir.

• Koşullandırıcı:Yükleyici dışındaki diğer işletim sistemi birimlerini ilkçalışma konumuna getirir. Bu birim ayrıca kullanıcı


programlardan gelen istekler üzerine gereklikoşullamaları yapıp, sistemde sürekli canlı kalacakkullanıcı programlarını tetikler. Daha sonra göreviSüreç Yöneticisine devreder.

• Bellek Yöneticisi:Sistem başlatıldığında belleğin büyüklüğüne göre,kullanım haritasını (memory map), bellek kullanımtablosunda tutar. Kullanıcı programlarından veya diğerişletim sistemi birimlerinden gelecek bellek isteklerinikarşılayıp, bellek kullanım tablosuna işler. Belleku/ennde yapılan bütün işlerden bu birim sorumludur.Bellek üzerinde yapılan işlerin tek bir birim aracılığı ileyapılması, sistemin güvenirliği açısından çok önemtaşımaktadır.

• Çekirdek:İşletim sistemi ile kullanıcı programları arasındakigecısı sağlayan birimdir (Task Switching). Kullanıcıprogramlarına gelen iletiler bu birim aracılığıyla teslimedilip isletilmesi sağlanır. Aynı şekilde kullanıcıprogramları işlerini bitirdikten sonra denetimi, bu birimaracılığıyla işletim sistemine devrederler, işleviitibariyle işletim sisteminin en önemli birimidir. Bunedenle hızlı ve güvenilir olmak zorundadır.

olduğu gibi- bu iletiler bekleyen ileti kuyruğuna

2

1

O

2

1

2

O

0

1

1

o

1

2

0

• Süreç Yöneticisi:Süreçlere gelen iletiler, süreçlerin öncelik (priority)değerlerine göre ileti kuyruğunda tutulur. Bu birimöncelik değeri yüksek olan süreçlerden başlayarak,gelen iletileri teslim edip işletmelerini sağlar, iletileribekleyen yüksek öncelikli süreçler bitmeden, dahadüşük öncelikli süreçlerin iletilerini teslim etmez.Süreçler görevlerinin bitiminde denetimi işletimsistemine devrederken bir sonraki durumlarınıbildirirler. Böylece işletim sistemi bu süreçleri yaöldürür, yada ileti gelene kadar bekleme sırasınasokar Her süreç bir anda bir iletiyi değerlendirebilir.Bu SDM programlama tekniğinin getirdiği birzorunluluktur Her ileti bir durumdan bir duruma geçişeyol açarak, işletim sistemine süreçler arasındaçizelgeleme(scheduling) yapma özelliği sağlar.Bundan dolayıdır ki işletim sistemi zaman ayarlı birçizelgelerine yapmaya gerek duymaz. Böyle birçızelgeleme yöntemi işletim sistemimizin getirdiği biryenilik olarak ele alınmaktadır. Dolayısı ile kullanıcıprogramlarının da bu mantıkla yazılması zorunluolmaktadır. Sistemde herhangi bekleyen bir iletiyoksa, yeni bir iletiyi sistem bu birim içerisinde bekler.

• İleti Yöneticisi:Kullanıcı programlarına gelen iletiler, çeşitlikaynaklardan olabilir ve bu kaynakların çeşitliliğinedeni ile yapıları doğal olarak bir birlerine uymazlar:fakat sistemin yapı birliğini korumak amacıyla bunlarıntek bir biçimde olması gerekir. Bu ileti yöneticisininçevre birimlerinin ve kullanıcı programların birbirlerinegönderdiği iletileri kontrol eden alt yordamlar aracılığıile sağlanır. Sonunda -hemen her işletim sisteminde

O önceliklikullanıcı

programlarıileti kuyruğu

1 önceliklikullanıcı


2 önceliklikullanıcı


0. önceliklimesaj var

mı?

Evet

Hayır

T


mı?

Evet

HayırT


mi? Hayır

Evet

ileti Sahibini SüreçYöneticisine Bildir

Şekil:3 ileti Kuyruğu Yapısı


eklenirler. Sistemde tek bir ileti kuyruğu olmasınarağmen, iletiler, işlenecekleri kullanıcı programlarınınöncelik düzeylerine göre ayrı imleçlerde tutulur vesüıeç yöneticisine en öncelikli kullanıcı programınagelmiş olan ve kuyruğun önünde olan iletibildirilii"(Şekil 3). Kullanıcılara sunulan bu iletiler, buprogramların isteği doğrultusunda istenirsebozulmadan veya değiştirilerek ileti kuyruğuna tekraratılabilirler, işletim sistemine hız kazandırmakamacıyla iletiler gönderildiği birimler tarafındandoğrudan ileti kuyruğu üzerinde kendilerine verilmişolan bellek bölgesinde hazırlanırlar ve bunlarıişleyecek olan kullanıcı programlarına yanlızca bubellek bölgesinin iletisi sunulur. Bu yöntemle bellektenbelleğe veri taşımanın yaratacağı ek zaman kayıplarıve bu aktarımdan kaynaklanacak veri güvenliğidüşümleri önlenir. Sunulan ileti paketinde, bu iletininkimden geldiği, kime gitmesi gerektiği, gelen kaynağıntipi. ileti numarası ve bu numaraya özel biçimdedizilmiş olan gerekli bilgiler bulunur. Sistemin iletikuyruğunda bulunan boş yerlerin sayısı belli bir eşikdeğerinin altına düştükten sonra, süreç yöneticisitarafından o anda çalışmakta olan kullanıcıprogramlarının işlerini güvenle bitirmelerini sağlamakamacıyla yeni kullanıcı programlarının yaratılmasıengellenir. Eğer bu işleme rağmen ileti kuyruğunda hiçyer kalmamışsa yeni isteklere kuyruk dışında olan birkoruma bölgesinden yer verilir, fakat bu iletilergidecekleri yerlere ulaşmazlar. Bu duruma girenkullanıcı programlara işletim sistemi tarafındankullandığı kaynakları bırakarak kendilerini öldürmesigerektiği bildirilir.

• Alet Kotana:İşletim sisteminin, kullanıcı programlarıyla sistemdonanım kaynakları arasında çalışan parçasınıoluşturur. Kullanıcı programları, düşük seviyeligiriş/çıkış veya donanım kaynağı kullanımı gerektirenişlemleri alet kotana arayüz yordam çağrılarıaracılığıyla gerçekleştirebililirler. Donanıma bağımlıservislerin detayları kullanıcı programlardangizlenmiştir. Belli bir anda istenen servisingerçekleştirilebilirliği kontrol edildikten sonra, işlemsonucu kullanıcı programa bildirilir. Herhangi . birkaynak ayrımı durumunda bu, kullanıcı programınınkullanılan kaynaklar listesine eklenir. Sistemkaynaklarının serbest bırakılması, kullanıcı tarafındangerektiği gibi yapılmasa bile, "güvenli" bir zamanda,tekrar kullanım amacıyla otomatik olarak yapılır.Donanım kaynaklı servis gerektiren olaylar, gerekkesinti gerekse periyodik çağrılan yordamlararacılığıyla uygun işletim sistemi iletilerinedönüştürülerek ilgili kullanıcı programlarına bildirilirler.

Zamanlayıcı:Kullanıcı programlarının gereksinim duyduğuzamanları tutarak, bu süre dolduğunda ilgili

programlara ileti Yöneticisi aracılığıyla bildirir. Onmilisaniyelik çözünürlükte çalıştığı için kullanıcıprogramları en kısa 10 milisaniyelik zaman tutabilirler.En fazla ise 24 saatlik süreler tutabilirler Kullanıcıprogramlarından gelen süre o andaki zamandanitibaren tutulmaya başlanır. Tutulan süreleı tekseferliktir yani çevrımsel değildir, kullanıcı programlarıböyle bir durumda aynı süreyi tekrar kurmakzorundadır. Ayrıca kullanıcı programları kurduğu birsürenin gelmesine ne kadar kaldığını öğrenebilir.silebilir, tekrar aynı veya başka bir sureye kurabilirler.Bir kullanıcı programı başka bir kullanıcı programınaait zamanlar üzerinde işlem yapamaz. Bir kullanacıprogramı kendisine ait en fazla 255 adet zamantutabilir.

Sonuç:Geliştiren işletim sistemi, uygulama yazılımlarınınsürekli artan ve farklı kategorilerdeki taleplerine yanıtverebilmek ve farklı donanım platformlarındakullanılabilmek için olabildiğince açık bir mimaridetasarlanmıştır. Çeşitli birimler arasındaki bağımlılıklaren aza indirilmeye çalışılmıştır. Böylece, örneğinbellek yönetici, "protected mode" desteği olan bumikroişlemcide, başka hiç bir birimde temel değişiklikyapmadan değiştirilebilecektir. Güvenilirlik açısındandeğerlendirildiğinde,beklenen zamanda bitmeyen görevler emin biçimdesonlandırılmakta, sistem kaynakları serbestbırakılmaktadır. Ayrıca, SDM yaklaşımında, ölü birdurumda belli bir süreden fazla kalan görevlerindurumu sorgulanmakta, gerekirse bu görevlersonlandırılmaktadır.

Kullanıcı programlarının geliştirme dili için her hangibir sınırlama olmamakla birlikte C'den farklı birderleyici kullanıldığında, işletim sisteminin görevlerhakkında kimi bilgileri edinebilmesi için uygun birönişleyici gerekmektedir.

Anahtarlama sistemleri uygulamalarında çağrı işlemeve diğer kullanıcı programlarının doğrudan sonludurum makinası tipinde yazılamak zorundaolmasından dolayı bu işletim sisteminin kullanılması,programların yazılma zamanını oldukça kısaltmaktave bu programlardaki hata bulma işlemlerini de kolayhale getirmektedir. Ayrıca kullanılan donanım bir seriçıkışa izin veriyorsa bu programlara gelen iletilerin vebu iletilerin geldiği anda programın ne durumdaolduğu, bu iletiyle gelen bilgilerin değerleriizlenebilmektedir. Var olan belli başlı işletimsistemlerinden daha hızlı ileti işleme kapasitesinesahip olması, oldukça karışık işlemler gerektirenuygulamalarda büyük kolaylıklar ve performans artışısağlamaktadır.


TELEKOMÜNİKASYON ŞEBEKELERİNDE MOBİLİTE veİN TABANLI MOBİL ŞEBEKELER

ERHAN YENİGÜNSIMKO ON Tl

ABSTRACT

İN fixed telecommunication networks,users/subscribers are associated with the networkaccess point of the terminal, the attachment (networkaccess identification). For example in the PSTN thedialed digits by the calling party addresses the calledparty subscriber loop. İn the ISDN, the sameprinciples applies with some expansions like morethan one terminal at the same local loop namely the Sand U-interfaces. İn first generation mobiletelecommunication netvvorks, users/subscribers areassociated with the terminal in use (terminalidentification).

Breaking this static connection betvveen theuser/subscriber identity and terminal/local loopidentity, and addressing, service provisioning andcharging independent from the underline network isprovided with the Intelligent Netvvork (İN) services likePN (Personal Number), UN (Universal Number), VCC(Virtual Card Calling) and UPT (Universal PersonalTelecommunication).

This paper will discuss the mobility aspectsand the İN based mobile networks in 3 parts. The firstpart will give the definitions of terminal mobility andpersonal mobility and the Intelligent Network conceptwith an emphasis on the mobility services. Thesecond part will provide the informatiön about theeffects and relations of ISDN, DECT and PLMNs withthe mentioned mobility concept. The last part willinvestigate the situation in Turkey for İN basedmobility and propose some implementation items.

I) MOBİLİTE VE İN SERVİSLERİ

ETSI ETR3091 da tanımlı 2 ayrı mobilite kavramıbulunmaktadır.Terminal Mobilitesi : Bir teminalin hareket halindeiken ve/veya değişik lokasyonlardan,telekomünikasyon sistemlerince sunulan servislerekullanıcıdan bağımsız olarak ulaşması ve şebekeninbu terminalin yerini bulabilme özelliğidir. MevcutDECT, PLMN, MSN (Karasal veya uydu mobilşebekeleri) ve RITL sistemleri, terminalden terminalebağlantı gerçekleştirdikleri için terminal mobilitesininörneklerini oluştururlar.Kişisel Mobilite : Bir abonenin hareket halinde ikenve/veya değişik lokasyonlardan, telekomünikasyonsistemlerince sunulan servislere, kullanılanterminalden bağımsız olarak (kişiseltelekomünikasyon kimliğini kullanarak) ulaşması,şebekenin ise bu servisleri kullanıcının servis profilinegöre sunması ve kullanıcının yerini adresleme,

yönlendirme ve ücretlendirme amacı ile bulabilmeözelliğidir.

Kişisel mobilite ile terminal mobilitesininbirleştirilip hareket halindeki abonelere akıllı şebekemimarisi ile yeni servislerin sunulmasına yönelikçalışmalar ETSI içinde değişik teknik komitelertarafından başlatılmıştır. Kişisel KomünikasyonSistemleri, Evrensel Kişisel Haberleşme gibi isimleraltında yürütülen bu çalışmaların ana hedefiabonelerine bulunulan lokasyondan,kullanılanterminal tipinden,kullanılan transmisyonsisteminden,kullanılan şebeke teknolojisinden,bağımsız servis sunumudur.

Bu hedefler bir anlamda, sabit ve mobilşebekelerin entegrasyonu sonucu, aboneye uçtan ucagörünmez bir altyapı üzerinden servis sunumuanlamına gelmektedir. İkinci nesil mobil şebekelerinsabit-hareketli şebeke yakınlaşması (FMC Fixed-Mobile Convergence) hariç bu hedefleri tutturduğusöylenebilir. Bildirinin ikinci bölümünde buçalışmalardan daha ayrıntılı olarak bahsedilecektir.

AKILLI ŞEBEKELER (İN -Intelligent Netvvorks}Akıllı şebeke kavramı tüm telekomünikasyon

şebekelerine eklenebilecek ve "intelligence" oluşturanbir mimariyi belirtir. Dolayısı ile İN kendi içinde birşebeke olmayıp, mevcut telekomünikasyonşebekelerine (PSTN/ISDN/MN ve Coorp.Netvvork)ilave edilen akıl/zekayı da kapsayacak şekildeoluşturulan yeni yapıyı sembolize eden bir kavramdır.Uygulanan yöntem şebekelerdeki servis sunumunumevcut anahtarlarına birimlerinden (telefon santralları)ayırıp, farklı bir katmana (servis yaratma, yönetme vekontrol katmanı) taşımaktır. Böylece, İN mimarisişebekeye servis girişinin kolaylaştırılmasını (hızlı,etkin, ucuz servis sunumu) ve şebeke kaynaklarınınverimli kullanılmasını sağlar.

İN ile ilgili detaylı bir tanıtım Kaynakça-2 deverilmiştir. Burada karşılaştırma amacıyla sadecemimari özellikler ve mobilite sunan servislertanıtılacaktır.

AKILLI ŞEBEKE MİMARİSİTelekomünikasyon şebekesinin her

noktasındaki abonelerin IN-servislerine ulaşımı SSP(Service Svvitching Point) adı verilen birimleraracılığı ile gerçekleştirilir. Bu birimler santral benzerisistemler olup en önemli görevi arayan abonelerceçevrilen İN numaralarını algılayarak, yönlendirmebilgilerini almak amacı ile SCP (Service ControlPoint) 'de bulunan veri tabanı ile soru cevap ilişkisinegeçmektir. SSP ayrıca, A ve B abonelerinindevreanahtarlamalı bağlantısını ve servis mantığına


uygun olarak her iki abonenin de ücretlendirilmesinisağlar.

Yukarıda adı geçen SCP birimleri akıllışebekenin merkezi veri tabanını oluşturur. Bunlaryüksek performansa ve geniş bellek kapasitesinesahip iş istasyonları/bilgisayarlardır. SSP' lerlebağlantıları, ayrıntıları ITU-T ve ETSI'de tanımlıCCS7 sinyalleşme linkleri üzerinden INAP (İNApplication Protocol) protokolü ile sağlanır. SunulanIN-servislerine ait servis mantığı ve abonelere ait tümveri tabanı bu birimlerde bulunur. Aktif servismantığının sorgulandığı ve kullanıcıların bu servislereeriştiği sistemlerdir.

İN mimarisinde kullanılan son birim ise SMP(Service Management Point) adı verilen yönetimbirimidir. Bu birim, şebekeye ulaşan kullanıcılarınerişim haklarını tutmasının yanında her türlü kullanıcıverisini, servis verisini, ücretlendirme verisini ve trafikölçüm verilerini saklar, ilave olarak istemci-sunucuyapısında çalışan SCE (Service CreationEnvironment)'lere hizmet eder. SCE'ler akıllışebekelerde sunulması planlanan servislerin, temelyapı taşları kullanılarak oluşturulduğu ve gerçekşebekelerde aktivasyon öncesi, simulasyonyazılımları aracılığı ile test edildiği ortamlardır, işistasyonları ve/veya PC'Ier üzerinde gerçekleştirilir.

ivtetk-iKİİı-,Merkez,

Seni*k.mıml Uı

H £

Şekil 1: İN Mimarisi

IN'DE KİŞİSEL MOBİLİTE SERVİSLERİ

IN'in VCC servisi arayan aboneye, UAN/PNservisi ise aranan aboneye dar kapsamda da olsamobilite imkanı sunar. Ancak en geniş anlamdamobilite sunan İN servisi UPT dir. Bu servisler kısacaaşağıda tanıtılmıştır.a) Sanal kartlı arama (VCC Virtual Card Calling) :

Abonelerine herhangi bir özel veya kamuşebekesine bağlı telefondan arama yapma ve bugörüşmenin bedelini VCC hesabından ödemeimkanı tanır. Arama yapılan telefon açısındanücretsiz bir çağrıdır. VCC abonesi seviş erişimkodunu çevirdikten sonra şebekeye kendisini,hesap numarası ve PIN girerek tanıtır. Gerekli

güvenlik kontrolü işlemlerinden sonra abonegörüşmek istediği telefon numarasını çevirir.

b) Evrensel erişim numarası (UAN Universal AccessNumber) : Bu servis ile servis abonesi, şebekeninherhangi bir yerinden, şebekeden bağımsız tek birdireetory numarası ile ulaşılabilir özellik kazanır.Akıllı şebeke mimarisi içinde bu sanal dijitler,arayan abonenin bulunduğu yere ve/veyazamana göre yönlendirilebilir gerçek direetorynumaralarına çevrilir. Bu servis çoğunlukla birdenfazla coğrafi bölgede ofisi bulunan ticarikuruluşlar için uygundur. Aynı servis PN servisiolarak kişilere de sunulabilir. Bu durumda servisabonesi herhangi bir DTMF telefonu kullanarakbulunduğu yeri şebekeye bildirip, kendisine gelençağrıları toplar.

c) Evrensel Kişisel Haberleşme (UPT UniversalPersonal Telecommunication) : UPT'nin temelelementi kişisel mobilitedir. Bu serviste terminalveya şebeke erişim noktası ile abone kimliğiarasındaki sabit ilişki kaldırılmaktadır. BöyleceUPT servis kullanıcıları kullandıkları terminaldenveya şebeke-erişim noktasından bağımsız olaraktanınır. Bu işlem her UPT kullanıcısı içinşebekeden bağımsız tanımlanan biricik olan UPTnumarası ile gerçekleştirilir. Abone, herhangi birşebekeden UPT seviş erişim kodundan sonra bunumarayı kullanarak kendisini tanıtır ve çağrıbaşlatır. Gelen çağrılar ise yine doğrudan bunumara ile ilişkilendirilmiş terminale bağlanır.Ayrıca her UPT abonesine, abonelik işlemlerisırasında bir servis profili tanımlanır. Bu profildahilinde bulunan tüm özellikler aboneyekullanılan terminal ve şebekeden bağımsız olaraksunulur.

UPT servisi için ETSI'de 3 aşamalı bir uygulama planıöngörülmüştür.3

UPT Faz 1: (Restricted short term UPT servicescenario) Bu senaryo da sadece telefon servislerigerçekleştirilecek olup mevcut kısıtlamalarına rağmenPSTN ve ISDN şebekelerinde uygulanabilecektir.Kısıtlamalar servisler, güvenlik ve özelliklerinkullanımı seviyelerinde olmaktadır. Servis set 1 hedefolarak sabit şebekelerde sınırlı mobilite imkanısunumunu içermektedir.UPT Faz 2: (Basic UPT service scenario) Telefon'ailave olarak veri aramalarını da birden fazla şebekededestekleyebilecek olan bu senaryo kullanıcıya ilaveservisler ve kullanılan terminallerden bağımsızlıksağlayacaktır. PSTN/ISDN ile birlikte GSM ve DATAşebekelerini de içermektedir. Güvenlik fonksiyonlarıchip kart kullanımı ile arttırılmıştır.UPT Faz 3: (Enhanced UPT service scenario) Uzundönemli bir senaryo olup, çekirdek özelliklerinarttırılmasını, ilk iki senaryoda desteklenmeyen tümşebekelerin desteklenmesini ve sabit şebekelerdekiterminallere ilave özelliklerin eklenmesiniiçermektedir.


II) SABİT ve MOBİL ŞEBEKELERDE İN TABANLIMOBİLİTE UYGULAMALARI

2) ISDNISDN, abonelerine doğrudan mobilite

sunmasa da (Terminal Portability servisi hariç), abonedöngüsünde getirdiği sayısal haberleşme ve abone-santral arası sinyalleşme protokolü DSS1 ile UPTabonelerine sunulabilecek taşıyıcı ve tamamlayıcıservisleri (bearer and supplementary services)standartlaştırmaktadır. Ancak, UPT abonesincekullanılan terminalin kayıt olduğu tamamlayıcıservislerle (line or terminal based supplementaryservices) UPT abonesinin servis profilinde yer alantamamlayıcı servisler (UPT supplementary services)arası etkileşimin taraflar açısından sorunyaratmaması amacıyla şebekenin yukarıda anlatılanİN fonksiyonları ile desteklenmesi kaçınılmazolmaktadır.

UPT abonelerine sunulabilecek tamamlayıcıservislerin bir çoğu ISDN 'in tamamlayıcı servislerireferans alınarak tanımlanmıştır. Bu servislerindetayları Kaynakça 4 da bulunabilir.2) Cordless Terminal Mobility (CTM)5

İN özelliklerinin DECT standartları ilebirleştirilmesi CTM 'i doğurmuştur. CTM, radyokaplama alanı içerisinde olmak şartı ile, aynı andahem terminal mobilitesi hem de kişisel mobilite sunanbir teknoloji olmayı hedeflemektedir. İlave olarak buteknoloji özel ve kamu şebekelerindekullanılabilecektir. Desteklediği temel özelliklergiren/çıkan arama, acil arama, terminal ve şebekedoğrulama, handover ve roaming dir. ETSI CTMçalışmaları faz 1 için sadece speech ve 3.1 KHzaudio taşıyıcı servislerini desteklemektedir. İNmimarisi ile desteklenen CTM'in içerdiği şebekefonksiyonları için ETSI NA6 alt teknik komitesince birön rapor hazırlanmıştır. Bu fonksiyonların fizikselşebeke elemanları ile uyumunu içeren bir çalışmaKaynakça. 6 da verilmiştir.

İN açısından bakıldığında çalışmalar İN CS-2içerisinde sürdürülmektedir.7 Bu çalışmalar içinde:CTM için kullanılacak fonksiyonel modelinbelirlenmesi, CTM ihtiyaçlarının desteklenmesineyönelik olarak Core INAP'ın geliştirilmesi, CTM datamodeli, gibi konular bulunmaktadır.3) Public Land Mobile Netvvorks (PLMN)Bilindiği üzere şu anda 3 ayrı bölgesel ikinci nesilmobil şebeke sistemi/standardı bulunmaktadır. BunlarAvrupa için GSM900/DSC1800, Kuzey Amerika içinPCS1900.NADC ve Japonya için PDC dir. Üçüncünesil şebekelerde ise ITU içinde FPLMTS (yeni adı ileIMT2000)'in ETSI içinde UMTS'in, ve Kuzey Amerikaiçin PCS'in, standardizasyon çalışmaları devametmektedir.İkinci nesil Mobil Şebekeler: Sadece Avrupa'da değiltüm dünya çapında kabul gören GSM sistemi, ikincinesil klasik mobil haberleşme şebekelerinin güzel birörneğini oluşturur. GSM mimarisi Şekil 2 de verilmişolup bu şebekenin en önemli özelliği, "gerekli tüm

fonksiyonları içeren bağımsız (complete stand-alone)"bir şebeke olmasıdır. Bu, mobil abonelere servissunumu için gerekli tüm zekanın (intelligence) ve ilgiliverilerin şebeke dahilindeki birimlerde bulunduğuanlamına gelir. Öyle ki sabit şebeke aboneleriniiçeren bir çağrı kombinasyonu (MOC, MTC,CalITransfer to PSTN, CalIForvvarding to PSTN vb.)GSM ile PSTN/ISDN arası birlikte çalışılırlığıgerektirmektedir

AutJıı»tııMi<nrrn

Haırl ruıcnvrr SI;

Şekil 2: GSM Mimarisi

GSM abonelerinin mobilite ve servis imkanlarınınarttırılması yönelik çalışmalar sürdürülmektedir. Buçalışmalar üç ana başlık altında toplanabilir.• Multi-band çalışma : mevcut GSM terminal ve

şebekelerin aynı anda 900/1800/1900 MHz.frekanslarında çalışabildiğinin sağlanması,

• Dual-mode çalışma : mevcut GSM terminallerininDECT, INMARSAT, IRIDIUM vb. şebekelere deulaşabildiğinin sağlanması,

• Yeni servis imkanları : ASCI (Advanced SpeechCali Items), GPRS (General Packet RadioServices), HSCSD (High Speed Circuit SvvitchedData), V42bis tabanlı veri sıkıştırma imkanı veCAMEL (Customized Application for MobileNetvvorks Enhanced Logic)

Bu çalışmalardan CAMEL hariç tümüdoğrudan aboneye sunulan servisler olup, CAMEL iseoperatörlere ait bir özellik olması açısından ayrı birbaşlık olarak aşağıda incelenmiştir.

Öte yandan GSM'de kısıtlı kişisel mobiliteSİM kartı ile sağlanmaktadır. Ancak aynı terminaleaynı anda birden fazla kullanıcının kendisini tanıtması(SİM kartları değişimi ile) konusunda standartlardaeksiklik bulunmaktadır.

Ancak yinede mevcut GSM mimarisi, İNmimarisinin güzel bir örneğini teşkil eder. ŞöylekiGSM şebekesinde aranan abonenin bulunduğuhücre, ana veri tabanlarında (HLR/VLR) tutulur. Birmobil sonlanan çağrıda (Mobile Terminating Cali) buveri tabanları sorgulanarak aranan aboneye ulaşabilir.Fakat "intelligent" fonksiyonu bununla bitmez. İlaveolarak çağrı boyunca aranan abonenin hareketi


sürekli gözlenerek hücre değişimlerinde gereklitimeslot ve frekans değişiklikleri gerçekleştirilir.CAMEL Customized Application for Mobile NetvvorkEnhanced Logic: CAMEL sayısal hücresel şebekeabonelerine, şebekeden bağımsız servis sunumu içinönerilen bir mekanizmadır. Bu mekanizma normalGSM servislerine ilave olarak, operatöre özelservislerin (OSS: Operatör Specific Services)sunumunda HPLMN, VPLMN ve CSE (CAMELService Environment) birimleri arasındaki bilgideğişimi ihtiyaçlarını desteklemek üzerekullanılmaktadır. Böylece mobil şebeke aboneleriabonesi oldukları operatöre özel servisleri HPLMNdışında da aynen kullanabilirler. CAMEL prosedürleriacil çağrı dışındaki bütün devre anahtarlamalı temelservislere uygulanabilmektedir. Burada vurgulanmasıgereken CAMEL'ın bir tamamlayıcı servis olmadığıama bir şebeke özelliği olduğudur. Konu ile ilgili 1.Faz çalışmaları ETSI SMG'de başlatılmış ve Stage 1tanımları GSM 02.78 de yayınlanmıştır.Üçüncü nesil Mobil Şebekeler :Üçüncü nesil mobilşebekelerde üç ana amaç bulunmaktadır. Bunlar;

• Mevcut radyo iletişim sistemlerini (ERMES, GSM,DSC1800, DECT vb.) tek bir şemsiye altındabirleştirmek,• Tüm dünya çapında gerçek roaming ve• N-ISDN servisleri de dahil olmak üzere bir çokyeni servis içermektir.

Bu açılardan bakıldığında UMTS, B-ISDN'ekablosuz bir erişim olarak görülebilir.Aşağıda birörnek olması bakımından UMTS mimari, sunulanservisler ve İN açısından incelenmiştir. Yukarıda dabelirtildiği üzere UMTS, N-ISDN servisleri de dahilolmak üzere bir çok yeni servisi desteklemektedir.Ancak asıl hedef genişband uygulamaları da içerenservislerin sunumudur.MİMARİ. Aşağıdaki şekil UMTS'in hedef mimarisinivermektedir. ..

Radio Access B-ISDN

Şekil 3: UMTS Hedef MimarisiGörüldüğü gibi UMTS GŞM'in aksine ayrı bir

overlay şebeke olmayıp sabit ve hareketli

(mobil&fixed) şebekelerin tam entegrasyonunuiçermektedir. Bu entegrasyon, mimari ile birlikteservisleri ve protokolleri de kapsamaktadır.

SERVİSLER ve İNUMTS'de tüm mobilite fonksiyonlarının

(MOC, MTC, Routing, terminal paging, handover) veservis sunumunun İN mimarisi ile. sağlanmasıhedeflenmektedir. Özellikle katma değerli servislerinyaratılmasında, abonelere özel olarakdeğiştirilmesinde ve kontrolünde (Service Creation &Customization) İN dahilinde tanımlı araçlarınkullanılması planlanmaktadır. Böylece harekethalindeki aboneler diğer operatörlerin şebekeleridahilinde iken de (roaming) kendi şebekeleri ile aynıses kalitesini, veri haberleşme kapasitesini, temel vetamamlaycı servisleri (basic and supplementaryservices), katma değerli servisleri, aboneye veyaoperatöre özel servisleri, güvenlik ve hesap yönetimi(account management) özelliklerinikullanabileceklerdir.

Ancak İN CS-1 de bu fonksiyonlardesteklenemez çünkü CS-1 sabit şebekeuygulamalarına yönelik olarak geliştirilmiştir. ITU-TSG11 terminal mobilitesini içeren kimi fonksiyonlarıCS-2'ye ilave etmiştir. Kişisel ve terminal mobilitesineyönelik tüm fonksiyonlarla anılan UMTSfonksiyonlarının desteklenmesi ise CS-3'ebırakılmıştır.

III) SONUÇISDN' de ilk test çalışmaları Ekim 1996

tarihinde Ankara'daki Esat ve istanbul'daki LeventEVVSD telefon santralları arasında başlatılmıştır. 1997yılı içerisinde de DMS ve S-12 santralları devreyeverilecektir.8 IŞDN'in ülke çapında yaygınlaşmasısonrasında, DSS1 sinyalleşmesi ile arayan abonekimliğinin (CLI) tüm şebeke boyunca ve şebekelerarası taşınması mümkün olacaktır. Böylece kişiselmobilite özelliğine sahip abonelerin değişikşebekelerce tanınması ve N-ISDN dahilinde tanımlıtamamlayıcı servislerin bu abonelere sunumukolaylaşacak ayrıca yukarıda anlatılan ortak servisprofili sunumu mümkün olacaktır.

İN uygulamalarına yönelik çalışmalarınTTAŞ. Genel Müdürlüğünce geçtiğimiz aylardabaşlatılmıştır. 1997 yılı yaz aylarından itibaren buçalışmaların hızlanmıştır. Türkiye de İN uygulamastratejisi önerilerimiz ayrı bir bildiri konusu olarakhazırlanmaktadır.

GSM konusunda ise, TELSİM ve TURKCELLfirmalarınca işletilen şebekeler arasında dolaşım(roaming) anlaşması bulunmaması UPT'nin en genişanlamda uygulanmasını engellemektedir, ilave olarakher iki şebekenin de İN mimarisini ve İN servislerinisağlamadıkları gözlenmektedir. Önümüzdeki günlerdeoperatörlerin çalışmalarını bu yönde yoğunlaştırmalarıbeklenmektedir.

ILEKTRİK, IIİKTRONİK, IİLGİSAYAR M O N E M İ S L İ Ğ İ 7. ULUSAL KONOIISİ

Enformasyon ToplumununTelekomünikasyon Şebekesi ve Türkiye

Mete KAVUNCUSimko A.Ş.

AbstractMost significant trend of the current decade isprobably the clear steps taken in transition fromindustrial age to information age. Industrializedcountries have planned their informationinfrastructures (which is considered to be the basicand most important tool of an information society),initiated actions for the realization of this concept andalso determined the evolution path for the awarenessand effective usage by the community. İn this text,planning process of the information infrastructures inthe world will be summarized, studies being carried onthe internatiıonal bodies (with a special emphasis onthe European Union) will be outlined, evolution offuture telecommunication networks will be discussedin light of ETSI's studies, and proposals to keepTurkey close with this development/change proccesswill be presented.

Enformasyon Toplumuna Geçiş SüreciBugün yaşadığımız süreci inceleyecek

olursak sanayileşmiş toplumların Fordist üretimörgütlenmelerinin girdiği çıkmazı aşmak, üretkenliğiarttırmak, işsizliği azaltmak, ekonomik sorunlarıçözmek yolundaki arayışlarının dünya ölçeğindeyapısal ve ekonomik bir değişimi yönlendirdiğinigörürüz. 1970'lerden itibaren sermaye ve kitle üretimiulusal olmaktan çıkmış küresel boyuta yayılmayabaşlamıştır. Bu sebeple gümrükler indirilmeye,uluslararası ticaretin yolunu tıkayan tarife dışı engellerkaldırılmaya başlanmıştır. Hizmet sektöründe devlettekelleri kaldırılarak hizmetin serbest ticaretine yolaçılmaya başlanmış, araştırma, danışmanlık, eğitim,sağlık gibi hizmetlerin önemi ve maddi değeri eskiyegöre artmıştır. Küreselleşme kavramı ve sürecidoğrultusunda bölgesel ekonomik örgütlenmeleroluşmaya başlamış, bu örgütlenmelerin taraflarıarasındaki işbirliği ve koordinasyonun sağlanması içinde eğitim, iletişim ve araştırma gibi hizmetlere verilenönem belirgin bir şekilde artmıştır.

Sanayileşmiş ülkeler tarafından yönlendirilenbu değişim GATT (General Aggreement on Tariffsand Trade - Tarifeler ve Ticaret Genel Anlaşması) veGATS (General Agreement on Trade in Services -Hizmetler Ticareti Genel Anlaşması) ile küreselboyuta yayılmıştır.

GATT anlaşmaları ile gümrükler ortalama%35 oranında düşürülmüş, çeşitli ulusal korumacılıkyöntemlerine kısıtlama getirilmiş ve uluslararasıticareti bu yönlerden denetlemek üzere WTO (VVorld

Dünya Ticaret Örgütü)Trade Organizationkurulmuştur.

Bütün bu değişimler sanayi toplumundanenformasyon toplumuna geçişin hazırlıklarıdır. Sanayitoplumları üretim sisteminin tabanını mal üretimindenteknoloji üretimine taşıyarak içinde bulunduklarıtıkanıklığı aşmayı hedeflemekte, bunu başarmak içinde gerekli eğitim ve araştırma sistemlerini sürdürecekaltyapısal, kurumsal, politik, ekonomik ve toplumsaldönüşümleri sağlamaya çalışmaktadırlar. Budönüşümlerin sonunda varılacak yapı 'EnformasyonToplumu (İnformation Society)' kavramıylaadlandırılmaktadır. Tabi böyle bir dönüşüm öncelikleçok güçlü bir enformasyon altyapısının kurulmasınıgerekli kılmaktadır.

Enformasyon Altyapısı Kavramıİlk kez OECD bünyesinde dile getirilen

enformasyon altyapısı kavramı, Amerika BirleşikDevletlerinde Clinton başkanlığının ilk dönemindeyardımcısı AlGore tarafından ülke ekonomisinidüzeltmek amacıyla uygulamaya konulan(enformasyon süper otoyollarının kurulması ile yeni işalanları açılarak otomasyon ve özelleştirmenin deetkisiyle artan işsizliğe çözüm getirecek ve üretkenliğiarttıracak) bir teknolojik planın açıklanmasıyla bütündünyanın ilgisini çekti.

Daha sonra Nll (National İnformationInfrastructure - Ulusal Enformasyon Altyapısı) olarakterminolojiye yerleşen bu kavram başta G7 ülkelerinin(ABD, Kanada, İngiltere, Fransa, Almanya, italya,Japonya) ve Avrupa Topluluğu üyelerinin degündemine girdi ve bu ülkeler kendi ulusalenformasyon altyapısı planlarını hazırlayarakyürürlüğe koydular. Bundan sonra ise ulusal vebölgesel altyapıların birleştirilerek bir Gll (Globalİnformation Infrastructure - Küresel EnformasyonAltyapısı) kurulması gereği ortaya çıktı.

Avrupa Topluluğu Komisyonu'nun 5 Aralık1993 tarihli bildirisinde (White Paper on grovvth,competitivenes, and employment - The challengesand ways into the 21 st century - Büyüme, rekabetedebilirlik, ve istihdam üzerine Beyaz Bildiri - 21inciyüzyıla girerken karşımıza çıkan zorluklar ve bunlarıaşma yöntemleri) ekonomiyi büyütmek, uluslararasıpazarda rekabet edebilmek ve istihdamı arttırmak içinAvrupa ölçeğinde enformasyon şebekeleri ileulaştırma ve enerji şebekelerinin geliştirilmesi vebunun kamu-özel sektör işbirliğiyle gerçekleştirilmesigerektiği belirtilmiştir.

Bu bildirinin üzerine Avrupa Konseyi, MartinBangemann başkanlığında konunun uzmanlarından


oluşan bir üst düzey grup kurarak, enformasyontoplumuna geçiş için alınması gerekli önlemleriincelemesini ve bir rapor halinde sunmasını istedi.Mayıs 1994'te tamamlanan bu rapor (Europe and theglobal information society - Recommendations to theEuropean Council - Avrupa ve küresel enformasyontoplumu - Avrupa Konseyi'ne tavsiyeler) konseyinalması gerekli önlemler ve eylem planı üzerinetavsiyeler ve enformasyon toplumuna geçiş için 10uygulama önerisi içeriyordu.

Raporda önerilen uygulamalarınfinansmanının ise kamu yerine özel sektör pazargüçleri tarafından sağlanması öngörülüyordu.Raporun bir önemli tavsiyesi de ortak görüşünoluşturulması, genel kavramın gerçekleştirilmesi veuygun standartların seçimi ve üretilmesinindenetlenmesi için bir kurul oluşturulması idi. Buraporla küresel enformasyon toplumunun gerekduyduğu temel altyapı ve servisler için birleşik,uyumlu standartların üretilmesi için ilk uyarı dayapılmıştır.

Bugün G7 ülkeleri bu raporlar ve önerilerdoğrultusunda gerçekleştirilmesi gerekli pilot projeleriçin 11 tema belirlemiş, ve uygulamaya koymuşdurumdadır. Bu temalar dahilindeki pilot projelerKüresel Enformasyon Altyapısı Komisyonunundenetiminde yürütülmektedir.

G7 ülkeleri ve Avrupa Birliği üyelerininyanısıra Avustralya ve Güney Kore gibi ülkeler de21 inci yüzyıla girerken önemli bir avantaja sahip olmayolunda somut adımlar atmışlar, ulusal enformasyonşebekelerini oluşturmak için planlarını hazırlamış veuygulamaya koymuşlardır. Bu ülkelerin eylemlerindekiortak nokta, bu şebekelerin oluşturulması vetoplumun dönüştürülmesinin planlı ve bilinçli birdevlet politikası olarak ortaya konulması, devlettarafından sahiplenilmesi ve başlangıçta finanseedilmesi, sonra ise özerk düzenleyici kurumlardenetiminde serbest pazar koşulları çerçevesindeyürütülerek ekonomiye katkıda bulunmasınınbeklenmesidir.

Türkiye'deki ÇalışmalarTürkiye'de ise bu gelişmeler karşısında henüz

atılmış somut bir adım gözlenmemektedir. Yukarıdaaçıklanan örneklerde görülen devletlerin veya siyasiotoritelerin sürükleyici ve yönlendirici rolü ülkemizdeoluşmamış, konu Türk Telekom A.Ş. ninözelleştirilerek bütçeye gelir aktarılmasıtartışmalarının dar çerçevesine hapsedilmiştir.

Başbakan başkanlığında toplanan (3 Şubat1993) Bilim ve Teknoloji Yüksek Kurulu'nun bilgiteknolojilerini ülkemizin geleceği için öncelikli alanolarak saptaması da bu konuda devlet tarafındansomut adımlar atılmadığından bir saptama olarakkalmıştır. VII.Beş Yıllık Plan Çalışmaları ElektronikSanayii Özel İhtisas Komisyonu Elektronik SanayiiRaporu'nun Telekomünikasyon Alt SektörüKomisyonunun PTT'nin özelleştirilmesinde

yapılmaması gerekenler ve geleceğin bilgi ağınınplanlanması konusundaki yerinde önerileri, VII. beşyıllık plana da yansıdığı halde gerçekleşme zeminibulamamıştır.

Enformasyon toplumu ve Türkiye'nindünyadaki bu gelişmelerin gerisinde kalmaması içinyapılması gerekenler, özellikle TUBA (TürkiyeBilimler Akademisi), TÜBİTAK (Türkiye Bilimsel veTeknik Araştırma Kurumu) ve TTGV (Türk TeknolojiGeliştirme Vakfı) oluşturduğu BTSTP (Bilim-Teknoloji-Sanayi Tartışmaları Platformunda sıklıklagündeme gelmiştir.

Hatta bu platformun insiyatifi ile oluşturulanEnformatik Alanına Yönelik Bilim-Teknoloji ve SanayiPolitikaları Çalışma Grubu'nun raporunda; ulusal veuluslararası ekonomik düzende yaşanan değişiklikler,bu bağlamda sanayileşmiş ülkelerin enformasyonteknolojileri alanında izledikleri politikalar vebeklentileri, Türkiye için enformasyon teknolojilerialanında benzeri bir atılımın gerekliliği ve getiri-götürüleri, son olarak da böyle bir atılım için gereklihukuksal - yönetsel - ekonomik altyapınınoluşturulabilmesi için gerekli kurumsal yapılanmalarayrıntılı olarak tartışılmıştır.

Aynı grubun Enformatik Alanında DüzenleyiciKuruluşlar ve Yeni Politikalar başlıklı raporunda isedünyada enformatik ve telekomünikasyon alanındakidüzenleme kurul ve kuralları irdelenmiş, ülkemizinaynı alandaki yasal durumu ile düzenleyici kuruluşlarıincelenmiş ve enformasyon toplumunda bir üreticiolarak yer alma evresinde düzenleyici kuruluşa düşengörevler tartışılmıştır.

Yine BTSTP'nun insiyatifi ile oluşturulan Bilimve Teknolojide Atılım Stratejisi Çalışma Grubu'nunhazırladığı raporda saptanan 7 öncelikli atılımalanından ilki Türkiye'yi geleceğin enformasyontoplumuna taşıyacak olan Ulusal EnformasyonŞebekesi ile bu şebeke üzerinden sunulabilecekTelematik Hizmetler Ağının Kurulması olarakbelirlenmiş ve her bir atılım alanı için ayrı bir AnaPlan hazırlanması gerektiğinin altı çizilmiştir.

Bütün bu çabaların aldığı yanıt geneTÜBİTAK bünyesindeki BİLTEN (Bilgi Teknolojileri veElektronik Araştırma Enstitüsü)'nün hazırladığı UlusalEnformasyon Altyapısı Anaplan Hazırlama Önerisiolmuştur. Bu metinde küresel enformasyon altyapısı,çeşitli ülkelerdeki gelişmeler, Türkiye için hedefönerileri ve bir ulusal enformasyon altyapısı anaplanının hangi sorulara cevap vermesi gerektiğisaptanmıştır. Hatta bu planın iş adımları, iş gücügereksinimi ve bütçesi de ek olarak sunulmuştur.

Bu raporun hazırlanmasından yaklaşık bir yılsonra Ulaştırma Bakanlığı anaplan çalışmalarınıdesteklemek üzere bir protokol imzalamış ve kaynakayrılmasını sağlamak üzere çalışmalar başlatmıştır.TTAŞ, TTGV ve TESİD de (Türkiye ElektronikSanayicileri Derneği) anaplan çalışmalarına destekolma taahhüdünde bulunmuşlardır. Böylece ülkemizingeleceği için 1993 yılının başında öncelikli alan olarak


saptanan bilgi teknolojileri konusunda bir plançalışmasının başlatılması için ilk adımlar ancak 1997yılı ortalarında atılmaya başlanmıştır.

Enformasyon Altyapısı StandarlarıG7 ülkelerinin ve Avrupa Birliği'nin kurmayı

hedeflediği Nll, EH ve Gll gibi altyapılar, var olan vegelecekte kurulması beklenen çok çeşitli şebekelerinuyum içinde çalışması ve hizmetlerin bu yapıüzerinde büyük bir çoğunluğa sunulması, ilk bakıştaütopik olarak değerlendirilmekle birlikte, doğru vezamanında standartlaştırma ile sağlanabilirgörülmektedir ITU (International TelecommunicationUnion - Uluslarası Telekomünikasyon Birliği) ve ETSI(European Telecommunications Standards Institute -Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü) bustandartlaştırmanın yapılacağı kuruluşlar olacaktır.Bunun yanı sıra Gl İnin bir ön modeli olarak algılananInternet'in pazar koşullarının zorladığı fiilistandartlarını dokümante eden IETF (InternetEngineering Task Force) da, Gll standartlarınınhazırlanmasında izlenecek yolun ipuçlarınısunmaktadır.

Standartlaştırma konusunda Türkiye kamu veözel telekomünikasyon sektörünün de üye olduğuETSI'nin çalışmaları dikkat çekicidir. Bangemannraporundan sonra Avrupa Birliği'nin verdiği görevlekonu üzerinde çalışmaya başlayan ETSI stratejikinceleme komitelerinden birinin (SRC6) hazırladığıraporla Eli standartları konusundaki ilk adımı atmıştır.

SRC6'nın Avrupa enformasyon alt yapısıüzerine raporu, telekomünikasyon pazarı iletelekomünikasyon uygulama ve hizmetleri arasındakidengenin uygulama ve hizmetler lehine değişeceğivarsayımını yapmaktadır. Bu yüzden rapor içindepazar, kültür ve teknoloji ortamının bir analiziyapılmış, enformasyon endüstrisinin çerçevesi ve buendüstride yer alan gruplar ile bunların arasındakiilişkiler belirlenmiştir. Pazarın ihtiyaçlarına göreöncelikle standartlaştırma yapılması gereken alanlarbelirlenmiş, hizmet ve uygulamalar üzerindedurulmuş, yasal ve düzenleme ile ilgili gereksinimlerbelirlenmiş ve bir dizi öneri sunulmuştur.

Raporun bir önemli özelliği de AvrupaEnformasyon Altyapısının tanımlanmış olmasıdır. Butanıma göre Avrupa Enformasyon Altyapısı:• bireylerin birbirleri ile her zaman ve her yerde

kabul edilebilir bir fiyat ve kalite ile güvenliiletişim kurmasını sağlar

• her türdeki bilginin üretilmesini kullanılmasını vetaşınmasını kolay kullanılabilir ve açıkuygulamalar ile sağlayan iletişim servisleri sunar

• kesintisiz olarak birbirine bağlanabilen ve birlikteçalışabilen iletişim şebekeleri, bilgi işlemecihazları, veri tabanları ve terminaller üzerinekurulmuştur

• enformasyon endüstrisindeki bilişim, iletişim veyayıncılık sektörleri arasındaki rekabete olanaksağlar

• Avrupa'nın farklı kültür, dil, enformasyon yapısı,yasal altyapı, telekomünikasyon altyapısı ve parabirimi gibi unsurlara sahip uluslardan meydanagelen bir birliktelik olduğunu dikkate alır.

Büyük çeşitlilik gösteren mevcut vegelecekteki şebekelerin birlikte çalışmalarınısağlayacak standartların üretilebilmesi için Internetprotokollerini de destekleyen EBTN (EurepeanBackbone Telecommunications Netvvork - AvrupaOmurga Telekomünikasyon Şebekesi) kavramınıngeliştirilmesi ve uygulanması komitenin önerileriarasındadır. Komite raporunda ayrıcatelekomünikasyon teknolojisi henüz yeterincegelişmemiş olan gelişmekte olan ülkelerin deuluslararası standartlara kavuşmuş birGM'nı izleyerekgelişmiş ülkelerle aralarındaki farkı kapatmak içinuygun yolları seçebileceğini öngörmüş, diğerülkelerdeki Nll çalışmalarını da destekleyerek EM'nınGll'na bütünleşmesinin her tarafa ortak faydalargetireceği saptamasını yapmış ve dünyadaki diğer Gllstandartlaştırma çalışmalarının bir özetini vermiştir.

Enformasyon Toplumunda TelekomünikasyonHizmetleri

Bugün telekomünikasyon pazarında gelinennokta yeni ve eski birçok oyuncunun kıyasıya rekabetettiği, büyük yatırımlar gerektiren altyapının kimizaman kendini amorti edemeden demode olduğu, buyüzden eski sistemleri de kullanan ancak yenişebekelerin önünü tıkamayan uygulamaların gözdeolduğu, kullanıcıların daha yetenekli kolaykullanılabilen kesintisiz terminal ve hizmet talepleri,gelecekteki satndartlaştırma çalışmalarını eskiye göredaha farklı bir strateji doğrultusunda yapmayı gereklikılmaktadır. Bu bağlamda ETSI PAC (ProgrammeAdvisory Committee) enformasyon toplumununihtiyaçlarına cevap verecek standartlaştırmaçalışmalarına çerçeve oluşturmak üzere bir raporkaleme almıştır. GMM (Global Multimedia Mobility)başlığını taşıyan ve daha önce yapılmış olan EII/GIIçalışmalarını bütünleyici nitelikte olan bu rapor,geleceğin enformasyon toplumunu vetelekomünikasyonun bu yapı içerisindeki gelişiminianlamak, bu alanda yatırım yapma planı ve ihtiyacıolan her kişi ve kurum için çok yararlı bir kaynakniteliği taşımaktadır.

GMM hedeflerine ulaşılması doğrultusundabaşlangıçta serbest rekabet ortamının yaratılmasınsağlamak üzere yapılan düzenlemelerin zaman içindeazalması, hatta kamu-özel, sabit-hareketli, ses-veribenzeri ayrımların ortadan kalkmasına yol açmasıbeklenmektedir. Şimdilik lisans verme, hizmetsağlama, birlikte çalışma, altyapı, frekans,numaralandırma ve gelişme politikaları gibi alanlardauygulanan düzenlemeler çoğunlukla kalkmaeğilimindedir. Bu düzenleme alanlarından frekanstahsisi, ülkelerin her birinin farklı frekanslarayerleştirdikleri sistemler sebebiyle kritik öneminikorumaktadır. Ancak terminal cihazları üzerindeki


düzenlemeler minimuma inecek, lisanslar teknolojiyerine sadece hizmetlere yönelik olarak verilmeyebaşlanacaktır.

GMM kavramı ile hareketli ve kişiseltekomünikasyon hizmetlerinin standartlaştırılmasına,çeşitli terminal cihazlarıyla farklı hizmetlereulaşılabilmesine, Ell'ın öngördüğü kesintisiz hizmete,sabit ve hareketli şebekelerin hizmetlerinin birbirlerineyaklaşmasına ve telekomünikasyon alanında rekabetile gelişmeye izin veren bir yapının çerçevesiçizilmiştir. Uygulamaların yeni sistemlerin yanı sıravarolan sistemler üzerinde de çalışabilirliği deöngörülerek yatırımları koruyucu bir evrim mantığıiçinde gelişme çizgisi çizilmiştir. Frekans bandınınverimli ve uyumlu kullanımı GMM hizmetlerininçizilen çerçevede sunulabilmesi için bir ön koşulolarak ortaya çıkmaktadır.

Sonuç - Türkiye İçin Öneriler:Sanayileşmiş ülkeler bugün sahip oldukları

ekonomik gücü korumak, büyümelerini sürdürmek veküresel boyuta yayılan rekabette üstünlük sağlamakamacıyla enformasyon toplumuna geçiş sürecinibaşlatmış, bunun ilk aracı olarak da ulusalenformasyon altyapılarını kurmak için somut adımlaratmışlardır. Bu süreç er ya da geç dünya üzerindekibütün ülkeleri etkileyecek, enformasyonteknolojilerine sahip olmayan uluslar, yaşamlarınıidame ettirebilmek için bu teknolojileri ithal etmekdurumunda kalacaklar, enformasyon toplumlarınınsunacağı hizmetleri ağır bedeller ödeyerek satınalacaklardır. Ayrıca enformasyon toplumunun temelaltyapısını oluşturan telekomünikasyon hizmetleri, busektördeki koruma duvarlarının tamamen ortadankalkması ile ancak bu konudaki gelişiminitamamlamış ülkeler tarafından diğer toplumlarasunulacak, bu büyük pazardan sadece gelişiminitamamlamış rekabet gücü olan ülkeler payalabilecektir. Yetişmiş insan gücüne,telekomünikasyon pazarında deneyim ve yeniteknolojilerle uyumlu bir altyapıya sahip gelişmekteolan ülkeler eğer zaman kaybetmeden doğru alanlarayatırım yaparlar ise bu pazardan pay alma şansınasahip olabileceklerdir.

Türkiye'nin bu gelişme/değişim süreciningerisinde kalmaması için şunlar önerilebilir:• Devlet enformasyon toplumuna geçiş sürecini

başlatma kararını almalı, bu kararı uygulamakiçin gerekli kurumlarını seferber etmelidir.

• Devlet dünya örneklerinde görüldüğü gibi ulusalenformasyon altyapısını oluşturmak üzere birplanın oluşturulmasını sağlamalıdır.

• Bu plan dahilinde kullanılması gerekliteknolojilerin uygun olan durumlarda, mümkün

olan en yüksek düzeyde ulusal katkı ileüretilmesini sağlanmalıdır.

• Ulusal altyapı en kısa zamanda kurularak, bundantoplumun en yüksek düzeyde yararlanmasınısağlayacak uygulamalar kullanıma açılmalıdır.

• Şebeke üzerindeki uygulamaların kullanacağıulusal içeriğin kalitesi, çeşitliliği ve zenginliğininsağlanması için düzenleyici önlemler alınmalıdır.

• Türk Telekom'un özelleştirilmesinden dahaöncelikli konu, uluslararası pazarlarda rekabetedebilme gücünü kazanmasıdır. bu gücükazandırmak için Türk Telekom'a yatırım vepersonel planlaması gibi konularda özerk bir statüsağlanmalıdır.

• Yakın bir gelecekte ülkemiz telekomünikasyonpazarının da serbest rekabete açılacağıöngörülerek bu rekabeti düzenleyici bir özerkkurum kurulmalıdır.

• Geleceğin telekomünikasyon şebekelerininçerçevesi aşağı yukarı belli olduğundan, bualanda yatırım yapacak kuruluşlar yatırımlarınıdaha uzun vadeli planlar dahilinde gelişmeye açıkteknolojilere yönlendirmelidir.

• Frekans alanındaki verimlilik ve uyumungelecekte karşılaşılacak önemli problemlerdenbiri olduğu göz önüne alınarak bu konudakidüzenlemelere başlanmalıdır.

• Ulusal enformasyon altyapısından faydalanacakkuruluşlar, elemanlarını eğitmeye başlamalı,eğitim kurumları tarafından gerekli olanaklarsağlanmalıdır.

• Telekomünikasyon sektörü üreticileri uluslararasıstandart kurumlarının etkinliklerini izleyerek,gelecekte önemli bir pazar vaadeden teknoloji veürünleri geliştirmek üzere ar-ge çalışmalarınabaşlamalıdır.

• Teknolojik altyapının kurulması, onu kullanmayanfaydalarını, anlamayan bir toplum için herhangibir kazanım getirmeyeceğinden kamuoyununbilinçlendirilmesi ve desteğinin sağlanmasıgereklidir.

Bu metinde anlatılanlar ve sunulan önerilerdaha önce de bir çok platformda konunun önemini vesorumluluğunu hisseden kişilerce dile getirilmiş, böylebüyük bir atılım çalışmasının sahibi olması gerekendevletin ilgili mekanizma ve kurumlarının dikkatiçekilmeye çalışılmış idi. Bu metin onların emeğinesaygının bir ifadesi ve kurmaya çalıştıkları temelekonulan bir kürek harç olmak üzere kaleme alınmıştır.Türkiye için verdikleri emeğin boşa gitmemesidileğiyle.

Not: Kongre kitapçığındaki yer kısıtlamaları nedeniyle bu bildirinin bir kısmı ve kaynakça bölümünün tamamıbasılamamıştır. Bildiri tam metni ve kaynakça için lütfen yazara başvurunuz.

ELEKTRİK/ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ

tmmob elektrİk mÜhendİslerİ odasİ · olduğunda, multipath (çokyollu) dalgalar oluşur. bu...

Documents