Baz istasyonu sistemi (BSS – Base Station Subsystem)

____________________________________________________________________

Bir sisteminde genellikle üç temel donanım bulunur. Bunlar:
1. Baz istasyonu (BTS: Base Transceiver Station)
2. Baz istasyonu kontrol birimi (BSC: Base Station Controller)
3. Transcoder (TC)

Bunların bir kısmı baz istasyonlarının altında veya anten kısımlarından ayrı bulunan kabinlerde yer alır, bir kısmı da kabin dışında yer alır. Bi kabin dışındaki BTS elemanlarına göz atalım, bunlar genel olarak en görünür elemanlar olduğundan en çok dikkat çeken elemanlardır.

Baz istasyonları genellikle ya kafes şeklinde kuleler, ya metal direkler, ya bina çatılarında ya da çeşitli şekillerde kamufle edilmiş yapılarda bulunur.

Aşağıdaki resimde kafes biçimi bir kuledeki baz istasyonunu görüyorsunuz.

Kafes biçimi baz istasyonu direği (Vodafone)

Kafes biçimi baz istasyonu direği (Vodafone)

Bu resimde bir kafes, bir de metal direk biçimi iki kulede baz istasyonu antenlerini görüyorsunuz.

Kafes ve direk biçimi baz istasyonu kuleleri. (Turkcell ve Vodafone)

Kafes ve direk biçimi baz istasyonu kuleleri. (Turkcell ve Vodafone)

Bu resimde bina üzerine yerleştirilmiş baz istasyonu antenini görüyorsunuz.

Çatıda baz istasyonları.

Çatıda baz istasyonları.

Kamufle edilmiş baz istasyonları ise çok çeşitli şekillerde bulunabiliyor. Örneğin ağaç şeklinde baz istasyonları var. Baz istasyonu direği kahverengi boyalı ve üzerine dal şeklinde çıkıntılar eklenmiş. Açıkta belli olsa da ormanlık alanlarda anlaşılmayabiliyor. Bina çatılarında baca şeklinde bulunabiliyorlar. Antenler duvara monte edilip, duvar ile aynı renkte ve hatta desenlerde boyanabiliyor. Trafo binalarına havalandırma çıkıntısı adında takılabiliyorlar. 🙂

Baz istasyonları radyo sinyallerini antenleri ile yayıp toplarlar, zaten kuleler de bu antenleri taşımak için vardır.

Çok yönlü, omni directional denen antenler, cep telefonlarıyla iletişimde nadir kullanılan antenlerdir, yapıları gereği sadece belli boyuttaki küçük alanların kapsama ihtiyacını karşılamak için kullanılırlar. Hücre olarak yan yana kullanıldıklarında, oluşturdukları hücrelerde kapsama alanı dışında kalan alan fazladır, ayrıca panel antenlerde üç panele verilmesi gereken güç de tek antene verilmesi gerekmektedir.

Panel antenler, baz istasyonlarında cep telefonuyla iletişim için en çok kullanılan antenlerdir. Bu antenlerin belirli açıları vardır ve sadece bu açılara sinyal yayar ya da bu açılardan sinyal alırlar. Bu paneller içlerindeki daha ufak antenlerin sinyalini yönlendirerek sadece panelin baktığı yöne sinyal verilmesini sağlarlar. Baz istasyonunda da açılarına göre birkaç panel bulunur ve bunların her biri farklı yönlere bakarlar. Mesela 360 derecelik bir kapsama elde etmek için üç adet 120 derece açılı anten kullanılır ve her biri farklı yönlere yönlendirilir. Panel antenlerle her sektöre sadece bir panel hizmet verdiğinden çok yönlü antene göre daha az güçle kapsama elde edilir ve üç kat daha fazla kişiye hizmet verilebilir. Panel antenler sinyali yansıtarak yönlendirdiğinden, sadece bir yönde ve belli açılarla hizmet verirler. Panelin arkasında, üzerinde ya da altında ölçülecek sinyal gücü tam karşısında ölçülecek sinyal gücünün çok çok altındadır. Ki bu sebeple çatısında baz istasyonu bulunan binaların içinde baz istasyonunu işleten operatörün sinyalinin zayıf olduğu durumlar olabilmektedir.

Panel antenler. (Avea)

Panel antenler. (Avea)

Panel antenler genellikle dikey olarak kullanılırlar. Bu şekilde baz istasyonlarından 360 derece daha geniş alan daha iyi kapsanabilir. Ancak yüksek binaların olduğu bölgelerde kurulan antenler belli binaları veya alanları hedefliyorsa yatay olarak da kullanılabilirler ki bu şekilde sinyale dikey kalan binada daha yüksekteki katlar kapsanabilir.

Dual bant panel antenler, birbirinden tamamen farklı iki farklı frekansta yayın yapabilen panel antenlerdir. Panellerin içindeki küçük antenlerin birbirinden bağlantıları farklıdır veya frekansları da farklı ise boyutları da farklıdır. Bu mesela bir antende hem Turkcell hem de Vodafone operatörünün hizmet vermesini sağlayabilir. Ya da ilçede bulunan Turkcell antenleri bu şekilde, hem 900MHZ sinyali veriliyor antenlerden hem de 3G UMTS2100 frekansı; yani bir antenten hem 2G hem de 3G kapsaması sağlanabiliyor.

Aşağıdaki resimde bir dual bant panel anten görünüyor. İlk resim antenin ön kısmını gösteriyor. Ön kısımda antenin içindeki o kare benzeri şekildeki yapılar sinyal alma verme işini yapan esas anten kısımları. Bunların bazıları diğerlerine göre daha küçük. Bunun sebebi frekans farklılıkları. Büyük antenler 900MHZ için, küçük antenler ise anladığımız kadarıyla 1800 MHz için ki daha yüksek frekanslı olduklarından daha düşük dalga boyu yayıyorlar ve bundan dolayı boyları da daha küçük.

Dual bant anten ön kısmı.

Dual bant anten ön kısmı.

Alttaki de içi açılmış bir antenin arka kısmı. Burası yakalanan ya da gönderilecek sinyalin anten kablolarına bağlandığı kısmı. Detaylı bilgim yok bu konuda. Yalnız yandaki uzun plastik çubuk antene uzaktan müdahale edilerek yukarı aşağı eğim ayarı yapılabilmesini sağlıyor olmalı. Bu işlemde merkezi bir yerden sinyal verilerek alttaki motor çalıştırılır ve çubuk iç kısımda bazı parçaları yukarı aşağı oynatarak istenilen açıyı sağlar. Tabi her baz istasyonu bu şekilde değildir. Genellikle bir görevli elle baz istasyonunu komple aşağı yukarı oynatır. Zaten bir kez iyi ayarlandığında da bir daha bu işlem gerekli değildir.

Dual bant anten içi, arka kısmı.

Dual bant anten içi, arka kısmı.

Panel antenler baz istasyonunda farklı sayılarda olabiliyorlar. Mesela aynı yöne yani aynı sektöre bir anten bakıyorsa bu tek 2G anteni olabilir, ya da 2G ve 3G hizmeti veren dual bant anten olabilir. Aynı yöne bakan iki anten varsa bunlardan biri 2G biri de 3G olabilir. Yurtdışında, özellikle Amerika’da, biraz farklı bir sistem kullanılıyor. Aynı yöne bakan üç anten varsa biri ses/veri gönderme, ikincisi sinyalleşme ve kontrol, üçüncüsü de ses/veri alma görevindeki anten olabiliyor. Tabi bunlar daha fazla aletten dolayı daha pahalı olduğundan ülkemizde yok sanırım bu tiplerden.

Mikrodalga radyo link antenleri, baz istasyonunu diğer baz istasyonlarına ya da şebekenin daha üst ve merkezi kısımlarına bağlayan mikrodalga frekanslarında çalışan alıcı verici radyo antenleridir. Bu antenler baz istasyonlarında gördüğümüz çanak anten ya da davul benzeri yuvarlak antenlerdir. Boyları kapasitelerine ya da sinyal verecekleri mesafeye göre değişebilir. Bu tür antenlerden her birinin tam karşısında da bir tane benzer mikrodalga radyo link anteni bulunur. Bu iki anten birbirleriyle yüksek frekanslı mikrodalgalarla iletişim kurar. Bu dalgalar frekans olarak genelde kaç kullanılıyor bilmiyorum ama 10 ile 60 GHz arasındaki frekanslarda çalışıyorlar. Yüksek frekansla çalıştıklarından birbirlerini tamamen görmeleri gerekli ve aralarında herhangi bir engel bulunmamalı. Hatta görüş açılarının %60’ının bina vs. engellerle kapanmaması gerekli. Yağmur, kar ve sis gibi hava koşullarından etkilenir bu antenler. Bant genişlikleri genel olarak 2G antenlerde 2mbit/s düzeyinden 3G sistemlerde 700mbit’s düzeylere kadar çıkabilir bulundukları bölgeye göre. Mesela aşağıdaki görüntü Tekirdağ’da şehir içindeki Turkcell baz istasyonlarına mikrodalga rayolink sinyali verip alan şehre göre yüksekçe bir tepedeki baz istasyonu kulesi. Şehir içindeki antenler bu antendeki yuvarlak antenlerlesinyalleşiyor. Büyük antenler de bu antenlerle olan veri iletişiminin toplanıp farklı bir noktaya gönderildiği antenler olabilir.

Mikrodalga radyolink antenleri.

Mikrodalga radyolink antenleri.

TMA (Tower Mounted Amplifier) amfiler panellerden gelen sinyallerini kuvvetlendiren, böylelikle cep telefonundan gelen sinyale karşı baz istasyonunu daha duyarlı hale getiren. Genellikle antenlere yakın konumda direkte bulunurlar ki sinyal kabloda katettiği mesafede fazla zayıflayamasın. Her panel antende bulunmayabiliyor bunlar, benim farkettiğim özellikle 3G antenlere takıldıkları.

RRH (remote radio head) her baz istasyonunda bulunmayabiliyor. Çıkış sinyalini güçlendiren kabin dışı amfilerdir.

Kabinler, baz istasyonundaki tüm antenlerden gelen kabloların toplandığı yerlerdir. Burada her tür antenden gelen sinyal için ayrı makineler ve devreler bulunur, BTS, BSC ve transcoder sistemleri bulunur. Genel olarak yapılan cep telefonlarından antenlere gelen sinyale göre antene sinyal vererek cep telefonu ile iletişim kurup, radyolink vs. üzerinden sinyal gönderip alarak cep telefonunu şebekeye bağlamak. Tabi kullanım amacına göre her kabinde farklı makineler bulunabiliyor.

Turkcell baz istasyonu kabinleri.

Turkcell baz istasyonu kabinleri.

BTS görevleri çeşitlidir. Radyo frekans kanalları yönetilir ve konuşma yapmak için gerekli radyo kanalı tahsisini yapıp konuşmayı başlatırlar. Antenlerden gelen ve giden sinyal için RF modülasyonu, kanal kodlama, harmanlama, şifreleme vs. işlemleri burada yapılır. Radyo frekansları gönderilir ve alınır.

Baz İstasyon Denetleyicisi (BSC), baz istasyonu sisteminin akıllı yönetim kısmıdır. Bir BSC emri altında birden fazla BTS kontrol edebilir. Görevi BTS ile transcoder ve işletme bakım sistemini (OMC) birbirine bağlayıp, radyo frekansı tahsisi ve frekans yönetimi yapmaktır.

Transcoder, GSM’de kullanılan veri iletim biçimi ile diğer telekomünikasyon sistemlerindeki iletim biçimleri arasında dönüşüm yapar. GSM’de hava üzerinden iletim nedeniyle veri 13 Kbit/s değerde iletilir. Karasal PSTN hattında ise 64 Kbit/s ile iletilir. Transcoder bu iki farklı biçim arasındaki dönüşümü sağlar. Ayrıca PCM 8-bit verinin GSM 20 ms trafik bloklarına kodlanmasında da tampon (buffer) görevi görür. Standartlarda görevi baz istasyonunda olsa da MSC santrallerine de yerleştirilebiyorlar.

Her kabinin boyu farklı olabiliyor. Bazı yerlerde direğin yanında belimize kadar gelen boyda bir kutu olurken, bazı yerlerde de prefabrik paneller, daha merkezi ve özel görevli yerler de zaten binalarda bulunuyor.

Genel olarak ülkemizdeki üç operatörün kabinlerini ve dolayısıyla baz istasyonlarını kabin renklerinden bir miktar tanıyabiliyoruz. Vodafone’un kabinleri en belirgin olanlardır ki, yeni kurulan baz istasyonlarının hepsinde kırmızı çerçeveli prefabrik yapıda beyaz duvarlar şeklindedir. Mavi çerçeveli ve beyaz duvarlı prefabrik yapılar genelde Turkcell’e aittir. Avea’nın prefabrik kabinleri ise bir yeşil tonunda genelde ve üzerindeki güvenlik sertifikalarında da Aycell yazıyor (Bkz. Alttaki ikinci resim). Tabi bunlar bölgeye, kuruluş zamanına ve yerine göre de değişebiliyor. Mesela görevlilerin sağlık endişesi nedeniyle zor baz istasyonu kurabileceği ve çok çabuk kurmaları gereken şehir içindeki çatılarda genelde gördüğüm renk beyazdır. Kimse dayak tehlikesi varken kabin rengine önem vermiyor sanırım, ya da operatörü anlamasınlar diye renkli kabin kullanmayabiliyorlar sanırım.

Vodafone baz istasyonu kabini.

Vodafone baz istasyonu kabini.

Ayrıca kabin kapılarında o baz istasyonunun güvenlik sertifikası da bulunuyor. Buralardan antenlerin güvenlik mesafesini ya da hangi operatöre ait olduğunu, 2G, 3G desteği vs. bilgileri öğrenebilirsiniz.

Avea baz istasyonu kabininde güvenlik sertifikası (Eskişehir, Şirintepe, Asilzade Sk.)

Avea baz istasyonu kabininde güvenlik sertifikası (Eskişehir, Şirintepe, Asilzade Sk.)

Çok sayıda ve kalın siyah kablolar da antenlerle kabin arasında bulunan ve dikkat çeken diğer elemanlar. Bunlar genelde bakır koaksiyel kablo oluyorlar. Bazıları panel antenlerle bazıları da radyolink antenleri ile kabin arasındaki iletişimi sağlıyor. Son zamanlarda ülkemizde bilmiyorum ama yurtdışında kullanılan bir sistemde kabin ile antenlerin olduğu kulenin yüksek kısmı arasında tek bir kablo kullanılması. Bu tipte veri iki yer arasında bu kablonun içindeki fiber optik kablo ile iletiliyor, enerji de aynı kablodaki elektrik hattından sağlanıyor. Bu şekilde kablo, direğin üstüne ulaşınca kablo bir devre elektrik hattından aldığı elektriği kullanarak fiberoptik kablosundan gelen sinyali işleyip, amfilere yükselttirip antenlere gönderiyor, antenlerden gelen sinyali de işleyip fiber optik hatta veriyor. Bu şekilde az kablo ile daha sade bir görüntü elde ediliyor. Ekonomik durumunu bilmiyorum.

Kabinlerden baz istasyonu antenlerine giden kablolar.

Kabinlerden baz istasyonu antenlerine giden kablolar.

Şimdi bu kurduğumuz baz istasyonunun çalışmasını bir hayal edelim. Baz istasyonundaki panel antenlere cep telefonlarından çok sayıda sinyal geliyor. Gelen sinyal antende yakalanıp amfiyle iletiliyor. Amfi gelen zayıf sinyali yükselterek daha uzaktaki cep telefonlarından gelen zayıf sinyali de güçlendirip iletilebilir hale getirip uzun siyah kablolara veriyor. Kablolar sinyali kabindeki BTS devrelerine taşıyor. Burada sinyalin bilgi olarak işlenmesinden, zaman aralıklarına bölünmesine, transcoder devresinde biçiminin değiştirilmesine kadar farklı şeyler yapılıyor. Gelen sinyal burada işleniyor ve ne yapılacağına karar veriliyor. Örneğin bir çağrı BTS’ye gelince, BTS BSC’ye iletiliyor, radyolink antenlerle şebekenin daha üst hiyerarşisindeki MSC’ye gönderiliyor. MSC’de görevini yapıp aramayı başlatıyor ya da gerekli hata sinyalini bildiriyor.

Burada baz istasyonunun şebeke ile sadece radyolink üzerinden iletişim kurmasından bahsettim ancak tek yöntem o değil. Baz istasyonu yerel telekom şebekesinden G.SHDSL veya fiberoptik bağlantısıyla da şebeke hiyerarşisindeki üst kısımlara bağlanabilir. Bu tür bağlantılarda kabine dışarıdan bir kablo gelir ve bu kablo uygun G.SHDSL veya fiberoptik modem ve router gibi cihazlarla diğer sisteme bağlanır.

Genel olarak bir baz istasyonunun yapısı böyle. Bunlardan başka kulelerde baz istasyonunu yıldırımdan koruma amaçlı paratonerler de oluyor. Ayrıca karanlıkta uçak vs. çarpma tehlikesini önlemek için de kulelerin tepelerinde yanıp sönen kırmızı uyarı ışıkları oluyor. Elektrik kesintisi durumunda baz istasyonunun hizmet vermeye devam edebilmesini sağlamak için de akülü güç kaynağı ya da dizel jeneratörü gibi elemanlar bulunuyor. Bir de baz istasyonu kabini içinde 24 saat çalışan elemanların yaydığı ısı da klimalar vasıtasıyla dışarı atılıyor. baz istasyonlarında bir de GPS anteni de oluyor, antenin tam olarak ne amaçla konduğunu bilmiyorum. Ayrıca mesela Turkcell ile Kandilli Rasathanesi anlaşması gereği, Turkcell’in bazı baz istasyonlarında da sismograf bulunacak.

Baz istasyonu sisteminde (BSS) yapılan çağrı vs. BTS ve BSC üzerinden Şebeke Anahtarlama Sistemi ( NSS ) üzerindeki MSC’ye iletilir. Bkz. Şebeke Anahtarlama Sistemi (NSS)>>>