BİLİŞSEL RADYODA SPEKTRUM SEZME İŞLEMİNE YÖNELİK YAKLAŞIMLAR Rami URFALIOĞLU, Metin ÇİÇEK, K.Kaya PAÇAÇI Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu ANKARA

Gündem Bilişsel Radyo Kavramı Spektrum Sezme Kullanılan Boyutlar Spektrum Sezmede Karşılaşılan Problemler Sonuç ve Öneriler

BİLİŞSEL RADYO KAVRAMI BR Kavramı ilk olarak 1999 yılında Mitola tarafından ortaya atılmıştır. BR’de statik spektrum yönetimi anlayışından dinamik spektrum yönetimi anlayışına geçiş vardır. Dünyada yapılan çalışmalar spektrumun aslında kıt olmadığını, yeterince verimli kullanılamadığını ortaya koymuştur. İçerisinde zeka kavramı barındırması bu teknolojinin algılama, öğrenme ve optimizasyon yapabilmesi ve sahip olduğu bu yetenekler ile spektrumu dinamik olarak kullanabilmesi anlamına gelmektedir. Spektrumu dinamik olarak kullanabilmesi için, - spektrumu sezme - spektrumu yönetme - spektrumu değiştirme - spektrumu paylaşma fonksiyonlarının yerine getirebilmelidir.

BİLİŞSEL RADYO KAVRAMI BR kavramının geliştirilmesinde 2 temel amaç vardır. Frekans spektrumunun etkin kullanabilmek. Yüksek güvenilirlikle her zaman ve her yerde haberleşme yapabilmek. BR sisteminde, bir frekans bandında lisans haklarına sahip birincil kullanıcılar ile lisanslı kullanıcıların frekans bandını kullanmadığı zamanlarda bu bandın ikincil kullanıcılar tarafından kullanıma olanak sağlayan otonom bir yapı mevcuttur. Burada esas nokta lisans sahibi birincil kullanıcıların frekans bandının kullanmaya başlaması durumunda, ikincil kullanıcıların kullandıkları frekans bandını derhal boşaltmasının sağlanmasıdır. Buradan ikincil kullanıcının, birincil kullanıcının spektrum bandının ilgili kısmını ne ölçüde kullandığını algılaması ve gerekliyse çalışma parametrelerini değiştirerek başka bir frekans bandını kullanmasına olanak tanıyacak BR yeteneklerine sahip olması gerektiği sonucu çıkarılabilir .

BR NIN DİĞER RADYO TEKNOLOJİLERİNDEN FARKI Klasik Radyo Teknolojisi Sabit sayıda sistemi destekler Sistemin yapısına tasarım aşamasında karar verilir. Çoklu servisleri destekleyebilir fakat buna tasarım aşamasında karar verilir. Tasarımında klasik RF tasarım yöntemleri kullanılır. Yazılım Tanımlı Radyo(SDR) Çoklu değişken arayüz, protokol ve sistemleri dinamik olarak destekleyebilme. Değişken hizmet kalitesi anlayışıyla geniş bir alanda hizmet verebilme. Klasik radyonun gelişmişi Yazılım mimarisi üzerine kurulmuştur. Yeniden konfigure edilebilme yeteneğine sahip. Kolay güncellenebilme Bilişsel Radyo Yazılım tanımlı radyonun gelişmişi RF ortamından haberdar olma. Yapay zekaya sahip olma Öğrenme ve karar verme yetisine sahip olma. Yeni arayüzlere kolay uyum sağlayabilme. Kullanılan bandın hizmet kalitesi gereksinimlerini karşılayabilmek için işletim parametrelerini ayarlayabilme.

BİLİŞSEL RADYO NEDEN GEREKLİ? Bilişsel radyo iki ana problemin çözümünde önemli rol oynamaktadır. Spektruma Erişim( spektrumdaki boşlukların belirlenmesi ve bunların kullanımı) 2) Birlikte çalışabilirlik.

Bilişsel Döngünün Fonksiyonları Bilişsel Radyo Döngüsü Bilişsel Döngünün Fonksiyonları Çevresini algılamak çevresiyle etkileşim halinde olmak. Değişiklikleri izlemek. Değişikliklere karşı strateji geliştirmek. Dinamik ve otomatik olarak çalışma parametrelerinin değiştirilmesini sağlamak.

BİLİŞSEL DÖNGÜ BR nin etkileşimsel yeteneğindeki temel adımlar. Spektrumu sezme: frekans bandlarındanki boşlukları belirleme ve bunlara yönelik istatistiki bilgileri çıkarmak. Spektrum analizi: Belirlenen boşluklara ait karakteristiklerin çıkarılması. Spektruma karar verme: karakteristiklere ve kullanıcı ihtiyaçlarına göre kullanılacak frekans bandına karar verme. BR nin değiştirilebilen çalışma parametreleri. Çalışma Frekansı. Modülasyon. Çıkış gücü.

SPEKTRUM SEZMEDE BOYUT KAVRAMI Spektrumdaki Fırsatlar: birincil kullanıcının belirli bir zaman ve mekanda spektrum bandını kullanmaması durumunda spektrumun frekans, zaman ve uzay boyutunda kullanımını ifade eder. Burada spektrum sezmede kullanılan üç boyuttan bahsedilmiştir. Yeni fırsatlar yaratabilmek için daha fazla boyuta ihtiyaç vardır. Örneğin kod boyutu henüz derinlemesine incelenmemiştir. Klasik sezme algoritmaları yayılı spektrum haberleşme tekniğini kullanan sinyalleri belirlemede yetersiz kalmaktadır. Benzer şekilde açı boyutu da spektrum sezmede henüz yeterince kullanılmamaktadır. Açı boyutu bakımından birincil ve/veya ikincil kullanıcıların her yönde yayın yaptıkları varsayılmaktadır. Akıllı anten sistemlerindeki gelişmeler ile çoklu kullanıcılar aynı coğrafik alan içinde aynı zamanda ve aynı haberleşme kanalında çoğullanabilmektedir. Bu durum spektral uzayda yeni bir boyut olarak kullanılabilir. Konumsal boyut ile açısal boyutun birbirinden farklı kavramlar olduğu dikkat edilmesi gereken bir husustur.

SPEKTRUM SEZMEDE KARŞILAŞILAN PROBLEMLER Etkin bir spektrum sezim işlemi için kullanılan donanım belli özelliklere sahip olmalıdır. Örneğin; yüksek örnekleme hızı, yüksek ayrıştırma özelliği ve geniş bir spektrum bandını hızlı bir şekilde tarama gibi… BR sistemler frekans spektrumundaki boşlukları tespit edebilmek için çok geniş bir spektrum bandını yakalayıp analiz etmek zorundadır. Böyle bir işin üstesinden gelmek donanımsal olarak BR sistemlere ilave yükler getirmektedir. BR sistemlerde sezme işlemi tek yönlü ve çift yönlü olmak üzere iki şekilde yapılabilir. Tek-Yönlü Radyo Çift Yönlü Radyo Avantajlar *Basitlik *Düşük Maliyet *Yüksek Spektral verimlilik *Yüksek sezme performansı Dezavantajlar *Düşük sezme performansı *Düşük spektral verimlilik *Yüksek maliyet *Yüksek güç tüketimi *Yüksek donanımsal ve matematiksel karmaşıklık

SPEKTRUM SEZMEDE KARŞILAŞILAN PROBLEMLER Birincil Kullanıcının Bastırılması: Bu problem ikincil kullanıcının, RF ortamında lisanslı yayın parametreleri hakkında bilgi edinmeye çalışması sırasında veya çoklu yollu sönümleme etkisiyle birincil kullanıcı üzerinde oluşan bozucu etkiler şeklinde ifade edilebilir. Aynı şekilde birincil kullanıcının haberleşme kanalındaki iletim gücünün algılama eşiğinin altında kalması da birincil kullanıcının iletimini tehlikeye atan bir unsurdur. Yayılı Spektrum Sinyallerinin Sezilmesi Veri iletimi klasik modülasyon teknikleri ile dar band bir frekans spektrumu içinde yapılabileceği gibi, yayılı spektrum haberleşme tekniği ile alıcı ve verici kısım tarafından bilinen rastgele bir kod dizisi ile çarpılıp daha geniş bir spektruma yayılarak iletilebilir. Verinin geniş banda yayılması birincil kullanıcıya ait gücün sezilmesini zorlaştıran bir etkendir.

SPEKTRUM SEZMEDE KARŞILAŞILAN PROBLEMLER Sezme Süresi ve Sezme Frekansı BR sisteminde ilk şart, ikincil kullanıcının iletimde olup olmadığına bakmasızın birincil kullanıcının ilgili bandı her an aynı kalitede kullanabilmesidir. İkincil kullanıcı için spektrumu sezme hızı ve süresi çok önemlidir. BR sistemlerin tasarımında spektrum sezme hızı ve güvenilirliğini önemli birer parametredir. Sezme süresinin belirlenmesinde birincil kullanıcının iletim karakteristiklerinin bilinmesi önem arz etmektedir. IEEE 802.22 taslak standardında sezme süresi 30 saniye olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte sezme frekansı, kanal sezme periyodu, kanal atlama periyodu ve diğer önemli birçok parametre standart içinde tanımlanmıştır.

IEEE 802.22 STANDARDI IEEE 802.22 standardı taşıdığı bilişsel özelliklerden dolayı bilişselsel radyo standardı olarak bilinmektedir. Bu standardın en ayırt edici özelliği spektrum sezmeye duyduğu ihtiyaçtır. WRAN temelli cihazlar TV kanallarındaki boşlukları inceleyerek fırsatlar yaratmayı çalışır. Bu işlemi doğru yapabilmesi için TV sinyallerinde -116 dBm lik bir sinyal seviyesi üstünde en %90 doğru algılama yapabilmelidir. IEEE 802.22 standardı enerji algılama, dalga formu tabanlı sezme, çevrimsel-durağan(cyclostationary) sezme ve uyumlu filtre tabanlı sezme gibi bir çok sezme algoritması tarafından referans alınmıştır. IEEE 802.22 standardına göre üretilen cihazlarda, spektrum yönetim için kullanılabilecek diğer bir yaklaşımı da merkezi kontrol yöntemini kullanan yapıdır. IEEE 802.22 WRAN hizmet modelinin temel özelliklerini; tipik olarak 33 km maksimum 100 km ye kadar servis verebilme aralığı, noktadan çok noktaya radyo ara yüzü sağlayabilme, 41Mhz-910Mhz VHF/UHF frekans bandında çalışabilme şeklinde sıralayabiliriz. IEEE 802.22 standardında TV banlarının kullanılmak istemesinin bir çok nedeni vardır. -Özellikle kırsal alanlarda TV bandlarındaki boşluklar. -TV yayıncılığında sayısala geçişle oluşacak boşluklar. - Bu frekans bandının propagasyon karakteristiği açısından üstünlükleri.

Spektrum doluluğu örneği:470-860Mhz (İSTANBUL)

Spektrum doluluğu örneği:470-860Mhz (İZMİR)

Spektrum doluluğu örneği:470-860Mhz (Bursa-Gemlik)

Spektrum doluluğu örneği:470-860Mhz (Samsun)

SONUÇ VE ÖNERİLER Bu çalışmada Bilişsel Radyo kavramı ve BR de spektrum sezmede karşılaşılan problemler ele alınmıştır. Ayrıca spektrum sezmede yeni fırsatların neler olabileceği üzerinde durulmuştur. Belirtilen sezme problemlerinin ortadan kaldırılması veya kabul edilebilir düzeylere indirilmesi önem arz etmektedir. BR kavramının, hem spektrum yönetimine getirmiş olduğu dinamik yönetim yaklaşımıyla hem de özellikle spektrum kullanım ihtiyacının yüksek olduğu yerlerde spektrumun daha etkin kullanılmasına imkan tanımasından dolayı, üzerinde hassasiyetle durulması gereken bir konudur.

Dinlediğiniz İçin Teşekkür ederim. Sorular?