SPEKTRUM SEZME TEKNİKLERİ VE BİLİŞSEL RADYO TEKNOLOJİSİ

1. Cebrail ÇİFLİKLİ (a) , A.Turgut TUNCER (b) , A. Tuncay ÖZŞAHİN (c) SPEKTRUM SEZME TEKNİKLERİ VE BİLİŞSEL RADYO TEKNOLOJİSİ (a) Prof. Dr. Erciyes Üniversitesi , EEM. Böl., 38039, Kayseri, (b) Öğr.Gör. Başkent Üniversitesi , TBMYO, 06530, Ankara, (c) Okutman, Erciyes Üniversitesi , KMYO., 38039, Kayseri, HABTEKUS08 22-24 Ekim 2008 İSTANBUL

2. İçerik • Bilişsel Radyoya Giriş • Neden Bilişsel Radyo? • Bilişsel Radyo Türleri • Spektrum Sezmeli Bilişsel Radyo • Spektrum Sezme Teknikleri • Sonuç

3. Giriş • Sivil, askeri ve kamu güvenliği alanında, gezgin uygulamalara olan talebin gün geçtikçe artması ve buna bağlı olarak gezgin uygulama alanlarının geliştirilmesi, mevcut hali ile yetersiz olan frekans spektrumunun artan talebi karşılayamayacağını ortaya çıkarmıştır. • Radyo spektrumu için oluşan aşırı talep nedeniyle frekans bantları sadece bir değil birçok değişik uygulama için atanmaktadır. Buna rağmen spektrum azlığı aşılamıyormuş gibi gözüken bir sorun olarak sürekli hissedilmektedir.

4. Bilişsel Radyo • Bu olguya karşılık, çeşitli araştırmaların spektrum kullanımının bazı bantlarda çok düşük olduğunu işaret etmesi, yaşanılan sorunun asıl nedeninin spekrumun kendisi değil spektrumun verimli ve iyi bir şekilde yönetilememesi olduğunu göstermektedir. • Mevcut spektrumun daha verimli kullanılabilmesi için spektrum ortamının sürekli olarak sezilmesiyle boş ya da yoğunluğu az olan kanalların belirlenmesi ve uygun kanalların ikincil kullanıcılara tahsisi bu yaklaşımlardan biridir. • Bu nedenle, aşırı kalabalık ve verimsiz spektrum kullanımıyla mücadele edebilmek için daha “akıllı” spektrum kullanımını sağlayan Bilişsel Radyo (BR) kavramı düşünülmüştür.

5. Neden Bilişsel Radyo? Bilişsel Radyo 2 ana problemin çözümünde güçlü bir araçtır: • Spektrum erişimi (frekans bulma ve kullanma), • Birlikte çalışabilirlik (birbiri ile uyumsuz çeşitli radyolarla konuşabilme)

6. RF Modulasyon Kodlama Çerçeveleme İşleme Sayısal Radyo DONANIM YAZILIM RF Modulasyon Kodlama Çerçeveleme İşleme YTR DONANIM YAZILIM RF Modulasyon Kodlama Çerçeveleme İşleme Bilişsel Radyo Zeka (Algılama, Öğrenme, Optimizasyon) DONANIM YAZILIM Radyonun Evrimi ve Yapısı

7. Bilişsel Radyo Teknolojisi • Genişband frekans ortamınısezme, • Ortamda lisanslı kullanıcı olup/olmadığınıalgılama, • Lisanslı kullanıcının spektrumu kullanmadığı anlardailetişimde bulunma, • Herhangi bir lisanslı kullanıcıyla girişim oluşturmaktan kaçınmak amacıyla güç seviyesini ve iletişim band genişliğini kendi kendine değiştirebilme yeteneklerine sahiptir.

8. Bilişsel Radyo Türleri • İki temel yaklaşım vardır: • Tam Bilişsel Radyo (“Mitolla Radyosu”) • Muhtemel her parametre hesaba katılır. • Spektrum Sezmeli Bilişsel Radyo • Sadece radyo frekans spektrumu dikkate alınır.

9. Spektrum Sezmeli Bilişsel Radyo • Günümüzdeki çalışmaları birçoğu bu yaklaşım üzerine odaklanmaktadır. • Bu konuda en önemli problem yüksek kaliteli spektrum sezme cihazlarının ve spektrum sezme verisinin düğümler arasındaki paylaşımının sağlanmasına yönelik algoritmaların tasarlanmasıdır.

10. Spektrum Sezme • Spektrum sezme işlemi için literatürde önerilen birçok teknik mevcuttur. Sonraki yansılarda bu tekniklerden en yaygın olarak çalışılanları açıklanacaktır.

11. Uyumlu Filtreleme Üstünlükleri; • İletilen işaret biliniyorsa birincil işaretin sezilmesindeki en iyi metot olarak bilinmektedir. • Bu tekniği temel üstünlüğü, “hata alarm” olasılığının belirlenmesinin kısa sürede gerçekleşmesidir. Eksiklikleri; • İşaretin alıcıda demodüle edilmesi gerektiğinden bant genişliği, çalışma frekansı, modülasyon türü ve derecesi, darbe şekli, çerçeve yapısı gibi birincil kullanıcıya ait işaretleşme bilgilerinin bilinmesi gerekir. • BR’nin bütün işaret türlerini alabilecek bir alıcısı olmalıdır. • Güç tüketiminin fazladır.

12. Dalga Şekli Tabanlı Sezme • Bu metot sadece bilinen örüntülere (örneğin pilot işaret) sahip sistemlere uygulanabilir ve dalga şekli tabanlı sezme olarak adlandırılır. Üstünlüğü; • Bu teknik, güvenilirlik ve yakınsama zamanı açısından enerji sezici tabanlı sezme algoritmalarından daha üstündür. • Bu algoritmanın performansı bilinen işaretin uzunluğu arttıkça artmaktadır. Eksikliği; • Eşzamanlama hatalarına karşı oldukça hassas olmasıdır.

13. Döngüsel Durağanlık Tabanlı Sezme • Döngüsel durağanlık özelliği sezme, alınan işaretin döngüsel durağanlık özelliği kullanılarak birincil kullanıcının sezilmesini sağlayan bir metottur. Üstünlüğü; • Döngüsel durağanlık tabanlı sezme algoritmaları gürültüyü birincil kullanıcı işaretinden ayırabilir.

14. Enerji Sezici Tabanlı Sezme • Radyometri veya peryodogram olarak da bilinir. Üstünlükleri; • Hesaplama yükünün ve uygulama karmaşıklığının düşük olması nedeniyle spektrum sezmedeki en yaygın metottur. • Alıcıda birincil kullanıcı işaretini bilmesine gerek yoktur. Eksiklikleri; • İşaretin sezilmesi, enerji sezicinin çıkışı ile gürültü seviyesine bağlı olarak belirlenen bir eşik değerinin karşılaştırılması yoluyla gerçekleştirilir. • Enerji sezici tabanlı yaklaşım yayılı spektrum işaretlerinin sezilmesinde etkin bir teknik değildir.

15. Radyo Tanıma • Spektrum karakteristiğini belirlemenin en iyi yolu birincil kullanıcının kullandığı iletim teknolojisini tanımayla olur. Bu tür bir tanıma bilişsel radyonun oldukça yüksek doğrulukta çalışmasını sağlar. Bu alanda TRUST adı altıda bir proje yürütülmektedir. Projenin amacı bazı bilinen teknolojilerin varlığının tanınması ve bu teknikler üzerinden iletim yapılabilmesidir.

16. Diğer Sezme Teknikleri • Diğer alternatif sezme teknikleri çokludal spektral kestirim, dalgacık tabanlı kestirim, Hough dönüşümü ve zaman-frekans analizidir. Çokludal algoritması geniş bantlı işaretler için maksimum olabilirlikli güç spektral yoğunluğu kestirimcisine yaklaşmaktadır. Ayrıca bu metodun karmaşıklığı maksimum olabilirlik kestirimcisine göre daha azdır. Alınan işaretin rasgele Hough dönüşümü radar dalgalarının varlığının belirlenmesi için kullanılmıştır. Bu metot periyodik örüntüleri olan herhangi bir işaretin sezilmesi için uygulanabilir. Geniş bant bir kanalda güç spekral yoğunluğunun kenarlarının belirlenmesi için dalgacık dönüşümü içinse kullanılmıştır.

17. Sonuç • Bu bildiride, hızlı ve büyük bir gelişme göstermesi yanında telekomünikasyon teknolojisinin bir çok alanını birleştirerek gelecekte yeni bir devrim yapmaya aday olan BR teknolojisi tanıtılmıştır. • Ayrıca, bilişsel radyo teknolojisinin ilk görevlerinden biri olan spektrum sezme tekniklerinin literatürde en yaygın kullanılanları kısaca açıklanmıştır.

18. Sorularınız … TEŞEKKÜRLER ….