Yüksek Hızlı Sayısal Hat Sistemi (HDSL)

Telekomünikasyon altyapısı, fiber kablo kullanımına doğru bir gelişme içine girmiştir. Artan bir şekilde de, birçok kullanıcı yüksek hızlı veri transferi için kolay uygulanabilir, taşınabilir nitelikli transmisyon ortamlarına gereksinim duymaktadır. Elektronik posta, kaliteli ses, görüntü, videokonferans, yerel bilgisayar ağları ve mühendislik çalışmalarında bilgisayar destekli tasarım ve grafik uygulamarına gün geçtikçe talep artmaktadır. Bu talepleri karşılamak için en iyi çözüm fiber kablo gözükmektedir. Ancak yeni gelişmekte olan yerleşim alanlarında fiber kablo ile transmisyon altyapısı kurmak daha akılcı çüzüm olmaktadır. Şu anki yerleşim alanlarında, geniş bant kullanıcıları için altyapıda mevcut bakır kabloların kapasitesini arttırmak oralara yeni fiber kablo altyapısı kurmaktan daha hesaplı olacaktır.

Günümüzde, abonelere (müşterilere) kadar yaygın bir şekilde döşenmiş bakır kablolar vardır. Dünyada ve özellikle ülkemizde yerel abonelerin büyük bir bölümü bakır kablolar (twisted pair) üzerinden iletişim yapmaktadır. Bu mevcut döşenmiş bakır kabloları bir tarafa atıp, fiber kabloya geçmek ekonomik bir tercih olmamaktadır. Evlere ve küçük işyerlerine fiber kablo çekmek günümüzde ekonomik değildir ve ekonomik olması yakın zaman içinde beklenmemektedir.

Bununla birlikte, abonelerin multimedya talepleri artmakta, geniş bant servisleri gelişmektedir. Müşterilerin geniş bant servislerine erişim kolaylığı istekleri, bu hizmeti sağlayan telekomünikasyon şirketlerini düşük maliyetle yüksek kalitede hizmet sağlamaya itmektedir. Simetrik kablo çifti (twisted pair) kabloların performansının iyileştirilmesi geniş bant servislerinin gelişimini hızlandıracak ve yaygınlaştıracaktır. Müşterilerin, yüksek hızlardaki veri iletişim isteğinin mevcut döşenmiş bakır kablolar üzerinden karşılamak için yeni bir teknoloji geliştirilmiştir. Bu teknoloji, HDSL (High-bit-rate Digital Subcriber Line) sistemidir ve 90'lı yılların başlarında geliştirilmeye başlanmıştır.

Geniş bant hizmetlerinde HDSL kullanılması ile aşağıdaki hususlar belirtilebilir;

Yerleşimin yoğun olduğu bölgelerde, geniş bant servislerine olan talep fazladır. HDSL kapasite arttırımı sağlar.

Bir çok müşteri sabırsızdır. E1 (2.048Mbit/s) transmisyonu için müşteri günümüzde uzun sayılabilecek bir süre beklemek zorunda kalmaktadır. HDSL'in kurulması ve işletime verilmesi çok kısa bir zaman almaktadır.

Bu müşterilerin büyük bir kısmının geniş bant servislerine gereksinimi vardır. HDSL bu gereksinimi sağlar

Servis işleticileri, bütçe tasarrufu ve işletim kolaylığı ister. HDSL'in kullanımı kolaydır.

Mevcut şebekede bakır kullanılmaktadır ve bunların kullanım süreleri ile kapsiteleri arttırılmış olacaktır.

Bakır kabloların kullanılması, fiber kabloya göre çok daha ekonomiktir.

Bir müşteri fiber kablo yanında, bakır kablo kullanımıyla da servis hizmetinden yararlanma kapasitesini arttıracaktır.

HDSL, tipik E1 (2.048Mbit/s) transmisyonu yerine kullanılabilir ve E1'de var olan sorunları ortadan kaldırır. E1 transmisyonunda bir kaç repetör kullanılarak elde edilen mesafeye, HDSL ile repetöre gereksinim olmadan ulaşılabilir.

HDSL Sistemi ve Transmisyon Tekniği :

HDSL mevcut bakır kablolar kullanılarak E1 sinyalini repetör kullanmadan 0.40mm'lik kablolarla 4km., 0.50mm'lik kablolarla 5km. mesafeye kadar transmisyon sağlar. HDSL repetörü kullanılarakta bu transmisyon mesafeleri iki katına kadar çıkartılabilmektedir. HDSL sistemi iki nokta arasında çalışan karşılıklı iki HDSL transmisyon ünitesinden (HDSLTransmission Units - HTUs) oluşur (Şekil 1.). HTU-C (central unit), genelde santral tarafına yerleştirilir (enerjisini santraldan alacaktır). HTU-R (remote unit) abone tarafına yerleştirilir. HTU-R'nin konfigürasyonu ya da uzdenetimi merkezdeki HTU-C tarafından yapılır.

Normal çalışma koşulları altında, HTU-C standart E1 sinyalini (2.048Mbit/s) santraldan alır. HTU-C ünitesi senkronizasyonu ve zamanlamayı sağlayarak E1 sinyalini iki ayrı çift bakır kablo (loop1 ve loop2) üzerinden 1168kbit/s'lik HDSL sinyali olarak gönderir ve alır. HTU-R 'de HDSL sinyalleri E1 sinyaline dönüştürülür ve abonenin kullanımına hazır duruma getirilir. HDSL sinyalleri her bir çift kablo üzerinde full-duplex olarak çalışır. Her bir çift kablo üzerinde 1168kbit/s hızında gönderir ve alıcı tarafında sinyaller uygun olarak tekrar birleştirilir. Bu transmisyon işlemine "dual-duplex" denir.

Şekil 1. HDSL sistem yapısı

HDSL, hat tarafında 2B1Q (2 Binary symbols to 1 Quaternary symbol) kodlama tekniğini kullanır. Avrupa'da ETSI Dijital Çalışma Grubu WT11, HDSL'de 2B1Q kodlama tekniğinin kullanılmasına karar vermiştir. 2B1Q kodlamasında iki bit dört farklı sinyal seviyeleri ile kodlanır ve bu hat üzerinde bir puls'a karşılık gelir (Tablo-1).

Tablo-1 2B1Q kodlama tekniği

Avrupa ve ABD'de çeşitli firmaların geliştirmeye başladığı CAP (Carrierless Amplitude/Phase Modulation) ve DMT (Discrete Multitone) kodlama teknikleri de vardır.

2.048Mbit/s iletiminde HDB3 (High-density Bipolar code of order 3) kodlaması kullanılmaktadır ve en fazla 1 km'lik mesafeye iletilebilmektedir (Şekil 2.). Simetrik kablo çifti abone hattı üzerinde sinyalin zayıflama karakteristiği çalışma frekansında belirlenir. Düşük frekanslarda sinyal kaybı daha az olur. Temel transmisyon teorisinde; bir sinyalin Nyquist ya da merkez frekansı ne kadar küçük olursa gideceği mesafe o kadar artar. 2B1Q kodlamasında sinyal düşük frekans alanına kaydırılmaktadır. HDSL sisteminde ise bir simetik kablo çifti üzerinde giden sinyalin hızı 584kbaud/s, merkez frekansı 292kHz'dir.

Şekil 2. HDB3 ve HDSL'nin karşılaştırılması

Şekil 3.'de HDSL sistemlerinde kullanılan alıcı/verici (transceiver) genel yapısı verilmiştir. E1 sinyali ikiye bölünmekte ve gerekli durum bitleri eklendikten sonra vericiye (transmitter) gönderilir, scrambled edilir (bit dizisinde bitişik bitler arasındaki ilişkiyi azaltmak), kodlanır ve hibrid devresi ile hat trafosu üzerinden hatta (HDSL line) verilir. HDSL hattından gelen sinyal hibrid devresi ile A/D (Analog/Dijital) dönüştürücü devresine verilir. Burada yankı bastırıcı (echo canceller) devresinden gelen sinyalle karşılaştırılarak alıcı (receiver) devresine alınır. Receiver devresinde; sinyal karar detektörü (decision detector), decoder ve descrambler devreleri vardır.

Şekil 3. HDSL Transceiver blok şeması

HDSL Çerçeve Yapısı

HDSL'de iki loop (loop1 ve loop2) ve her bir loop'da 1168 kbit/s hızına sahip çerçeve yapısı vardır. Bir HDSL çerçevesi 6ms'dir (Şekil 4. ve Tablo-2). İki loop'lu sistemde çerçeve uzunluğu 3504 quat'dır. Her bir çerçeveye, çerçeve süresini 6ms'ye denk getirmek için stuffing (boşluk doldurma) quat eklenir ya da eklenmez. Çerçeve 4 gruptan oluşur. İlk grup 7 sembollük senkronizasyon kelimesi ile başlar ve bir tanede HDSL overhead (HOH) quat'ı içerir. Ardından 12 adet HDSL payload bloğu gelir. Her bir payload bloğunda; 1 adet Z biti ve 18 byte (E1'den alınan time slot'lar) bulunur (toplam 1+18*8=145bit). Bir HDSL çerçevesi 48 adet payload bloğu içerir, dolayısı ile de payload sayısı kadar Z biti çerçeve içinde yer alır (48 Z bit). 48 adet Z biti de 8 kbit'lik kanal oluşturur. İlk grubu takip eden üç grup aynı yapıya sahiptir. Bu üç grup, 5 adet HDSL overhead ve 12 HDSL payload bloğu içerir. Böylece çerçeve içerisinde 7 quat'lık (14 bit) senkronizasyon kelimesi, 16 HDSL overhead quat'ı ( 32 bit ), 48 Z biti ve 12 payload x 18 byte x 4 grup = 864byte (E1 time slot'ları) bulunur. Sonuçta HDSL'in toplam transmisyon kapasitesi 2.304Mbit/s olmaktadır.

Overhead (HOH) bitleri, HTU-C ve HTU-R arasında oluşabilecek arızaları, sistemin izlenmesi ve bakımı için çeşitli komut ve mesajları içerir. Overhead (HOH) bitlerinde; 13 adet EOC (Embedded operations channel) biti , indicator biti ve 6 CRC (Cyclic redundancy check) biti vardır. EOC bitleri uzdenetimde, loopback işlemlerinde, hat kontrolunda ve alınan sinyallerin gürültü payının (noise margin) kontrolunda kullanılır. Indicator bitleri durum gösterge bitleridir. HDSL çerçevesinin doğru gelip gelmediğini kontrol amacıyla CRC bitleri kullanılır. CRC'nin hesaplanmasında senkronizasyon kelimesi, 6 CRC biti ve stuffing bitleri hariç diğer bitler kullanılır.

Tablo-2 HDSL Çerçeve yapısında bulunan semboller ve işlevleri

Şekil 4. İki loop'lu sistemde HDSL Çerçeve yapısı

HDSL teknik özellikleri ve arabağ (interface) bilgileri Tablo-3'de verilmiştir. HDSL, E1 tarafı G.703'ü destekler. Santral tarafındaki HTU-C beslemesini santraldan alır. Abone tarafındaki HTU-R beslemesini ya yerel beslemeden yada uzak hat beslemesi (remote power feeding) ile merkezdeki HDSL cihazından alır.

Tablo-3 HDSL teknik özellikleri

HDSL Uygulamaları:

Başlıca uygulama alanları şunlardır:

Santrallar arasında PCM trunk hatlarında,

Tüm 2Mbit/s transmisyon gereksinimlerinde,

Videokonferans hizmetinin sunulmasında,

Voice extension gereksinimlerinde,

GSM baz istasyonlarında,

Internet erişimlerinde,

Kampüs bölgelerinde,

Askeri bölgelerde,

İş merkezlerinin yada büyük firmaların kendi birimlerine yüksek hızda bağlanmalarında.

Şekil- 5 Santrallar arasındaki uygulama

Şekil- 6 Abonelerin 2 Mbit/s gereksinimlerini karşılamaya yönelik uygulama

Şekil 7. Multimedia ve LAN bağlantılarındaki uygulama

Şekil 8. GSM Baz İstasyonları arasındaki uygulama

Türk Telekom AR-GE'de Yapılan Çalışmalar:

HDSL teknolojisinin Türk Telekom'un alt yapısında kullanılmak üzere AR-GE Müdürlüğünde HDSL cihazlarının gerçekleştirilmesine yönelik bir proje başlatılmıştır. Bu proje çerçevesinde yazılım ve donanım tasarımı gerçekleşmiştir ve HDSL prototip cihazı ile ilgili çalışmalar son aşamaya gelmiştir.

AR-GE 'de yapılmakta olan prototipte amaçlanan sistem şu şekilde yapılmıştır (Şekil 9.): Santralda 19 inch'lik rack içinde 1 adet "management kartı (m1)" ve 9 adet "HDSL kartı (HTU-C kartları h1,h2,...,h9)" vardır. Rack enerjisini santraldan -48V. DC'den sağlar. Her bir kartın üzerinde DC/DC konvertör (-48V/+5V,-5V) vardır ve kartların çalışma voltajları +5V ve -5V'dur. Abone tarafındaki HDSL kartının(HTU-R) beslemesi yerel olacaktır. Management kartı RS232 portu ile bir PC'ye bağlıdır. Management kartı PC ile HDSL kartları arasındaki protokolü ve iletişimi sağlar. Sistemin konfigurasyonu, işletilmesi ve izlenmesi yine AR-GE'de yazılan bilgisayar programı ile yapılır. Sistemin izlenmesi ayrıca management kartı üzerinde yer alan 4-dijitlik dot-matris display ve kartların üzerinde yer alan çeşitli led göstergelerle de yapılabilir. Sistem bu yapısıyla 9 aboneye hizmet verir. Her bir HDSL kartı (karşısında HTU-R ile birlikte olmak üzere) bir birinden bağımsız çalışır. Sistem, abonelerin gereksinimi olan 2.048Mbit/s PCM'i, 2 simetrik kablo çifti kablo üzerinden sağlar.

Şekil 9. AR-GE'de yapılan prototip HDSL sistem yapısı - Şekli daha yakından görmek için üzerine tıklayınız...

PC'deki HDSL uzdenetim yazılımı vasıtası ile, HDSL rack'ında yer alan 9 adet HDSL kartının ve abone taraflarının (HTU-R) merkezden kontrolü ve konfigürasyonu gerçekleştirilir. Bu çerçevede, tüm HDSL hatlarında, izleme amaçlı olarak, hatta sinyalin varlığını gösteren bilgi, HDSL loop'larının senkronizasyon bilgileri, sinyalin kalite bilgisi ve sistemin E1 transmisyonuna hazır olduğuna dair bilgiler ile HDSL loop'larındaki CRC hataları PC ekranından görülebilmektedir. Ayrıca HDSL hatlarının analog karakteristikleri yankı oranı (echo ratio), döngü kaybı (loop loss), gürültü payı (noise margin) ve sinyal gürültü oranı (signal to noise ratio-SNR) değerleri hesaplanıp PC ekranından izlenebilmektedir. Denetim amaçlı olarakta, HDSL cihazlarında kanallı E1 ve kanalsız E1 modları seçilebilmekte analog ve dijital loopback'ler yapılabilmektedir. Merkezi ünite ile abone birimi arasında kontrol ve test amaçlı EOC (Embedded operational channel) protokolü geliştirilmiştir. Bu protokol ile HTU-R cihazında loopback'ler yapılabilmekte bunun yanısıra abone tarafında PRBS (Pseudo-Random Binary Sequence) jeneratörü, merkezi ünitede de BER (Bit hata oranı) metre çalıştırılarak BER ölçümü gerçekleştirilmektedir. BER değeri hesaplanıp PC'den izlenmektedir.

Sonuç:

HDSL teknolojisi, bakır kabloların yüksek hızlardaki veri iletiminden yararlanılmasını yaygınlaştıracaktır. HDSL teknolojisi, voice extension uygulamalarından internete, GSM baz istasyonlarının şebekeye bağlanmasından, askeri bölgelerdeki 2Mbit/s hat ihtiyaçlarına kadar bir çok alanda kullanılabilecektir. Günümüzde hızla artan yüksek hızda veri iletişimine olan gereksinim, HDSL teknolojisi ile en ekonomik şekilde karşılanır. Bu teknolojinin yanısıra geliştirilen diğer DSL (Digital Subscriber Line) teknolojileri (ADSL Asymmetric DSL, VHDSL Very High-bit-rate DSL) ile bakır kablolar üzerinden 8Mbit/s, 100Mbit/s data iletişimi gerçekleştirilecektir. HDSL sisteminin kurulma ve işletim maliyeti, fiber kabloya ve diğer haberleşme alternatiflerine göre daha düşüktür. HDSL cihazlarının şebekeye montajının yapılması ve hizmete verilmesi çok kısa sürede gerçekleştirilir.

Abone hatlarına yönelik fiber optik kablo kullanımının zaman alacağı tahmin edilmektedir. Bu süre zarfında, yüksek hızda sayısal veri iletişim talebinin karşılanması için HDSL teknolojisi ve diğer DSL teknolojilerinin kullanılması kaçınılmaz olacaktır.