Basit Bir Yazılım Tanımlı Radyo Sistemi

Yukarıda SDR sistemlerinden bahsederken işin önemli bir kısmının yazılım tarafından gerçekleştirildiğinden bahsetmiştik, bu sistemlerin donanım tarafı ise şekil 7.1'de görüleceği üzere, tipik olarak RF işaretlerini analog IF işaretlerine dönüştüren bir super heterodin ön yüz (supersonic heterodyn front-end) katı, analog IF işaretlerini sayısala ve sayısal olanları yeniden analoga dönüştüren bir analog-dijital- analog (ADC) dönüştürücü katlarından ve tabii ki alıcı yada verici bir antenden oluşmaktadır. Yine sistemin alıcı, verici yada alıcı-verici olmasına göre de uygun mikrofon, ses yükselticisi (AF Amplifikatör), hoparlör gibi kat ve parçalar da kullanılmaktadır.

ekil 7.1: Tipik bir yazılım tanımlı radyo sistemi

Yazılım tanımlı radyo teknolojisi, askeri ve ticari alanlar ile birlikte artık araştırma geliştirmeciler tarafından da fark edilerek kullanılmaya başlanmıştır. SDR sayesinde tipik bir kullanıcının ihtiyacı olan Mors, SSB, FM, paket radyo ve SSTV uygulamalarının yanında COFDM (Coded Ortoghonal Frequency Divsion Multiplexing ) gibi yeni, yüksek hızlarda, girişime daha az duyarlı veri taşımayı sağlayan teknolojiler de gelişmeye başlamıştır.

Bir çok araştırma geliştirmeci bu sistemler üzerine çalışmakta, kullanmakta yada gelişimini takip ederek, katkıda bulunmaktadır. Araştırma geliştirmeciler geliştirilmesine katkıda bulunduğu bir serbest yazılım projesi GNU Software Radio iyi bir örnek olarak verilebilir. GNU Software Radio, yazılım tanımlı radyonun yapması gerekenleri serbest yazılım (free software) mantığı içerisinde değerlendiren ve sıradan insanların da elektro manyetik spektrum ve radyo tekniğini kolayca anlayıp, uygulamalarını sağlamayı amaçlamaktadır [16]. Uygulamada serbest dağıtılan bir yazılım, kişisel bilgisayara takılı olan ve analog, sayısal dönüştürücü olarak kullanılan bir ses kartı ve uygun bir ön yüz (front-end) sağlayabilecek donanımdan oluşmaktadır.

Yazılım Tanımlı Radyo uygulamalarının girdiği bir radyo istasyonunda çok az yer kaplayan, birkaç bant ve modülasyon türünde aynı anda işlem yapabilen, fonksiyonları bilgisayar ile uzaktan yada yakından kontrol edilebilen ve dilediğiniz zamanda yenilerini ekleyip çıkarabileceğiniz bir sisteme sahip olduğunuzu düşünebilirsiniz. ekil 7.2'de böyle bir sistemin kurulmuş hali görülmektedir[6].

ekil 7.2: Yazılım tanımlı radyo uygulaması

Günümüzün kablosuz ağları belirli spektrum atama politikalarına göre ayarlanmaktadır. Örneğin geniş coğrafik bölgeler için spektrum atama politikalarına göre ayarlanır ve lisans sahiplerine atanır. Ayrıca atanmış spektrumun geniş bir bölümü tek tük kullanılmaktadır, şekil 7.3’de işaret şiddetinin kablosuz spektrumun geniş bir bölümünde nasıl dağıldığı gösterilmektedir [17].

Başlıca tanımlara bakacak olursak:

Yazılımsal Radyo [Software Defined Radio]: Frekans aralığı, modülasyon şekli, maksimum çıkış gücü ve herhangi bir donanımsal değişmeye ihtiyaç duymadan, yazılımsal olarak her türlü iletişim parametresini değiştirebilen radyodur.

Bilişsel Radyo [Cognitive Radio]: Etrafındaki spektrum kullanımını sezebilen, çalışma ortamını algılayabilen, bunlarla birlikte dinamik bir yapıda ve otomatik olarak radyo çalışma parametrelerini ayarlayabilen bir radyodur (donanımsal da olabilir). İlke Temelli Radyo [Policy-based Radio]: Davranışlarını önceden belirlenmiş kurallara göre belirleyen radyo türüdür.

Yazılımsal Olarak Ayarlanabilen Radyo [Software Reconfigurable Radio]: Yazılım kontrollü anten filtrelerini ayarlayabilen ve dinamik olarak çalışma frekanslarını belirleyebilen, ayrıca güncelleştirmeleri yükleyip kurabilen ve kendi kendini ayarlayabilen yazılımsal radyodur.

Dinamik Frekans Seçme [Dynamic Frequency Selection = DFS]: En uygun çalışma ortamını belirleyebilmek için yakınındaki vericilerin sinyallerini sezebilme yeteneğidir. (Belirleme ve diğer sistemlerle çakışmayı önleme işlevleri için kolaylaştırmayı sağlayacak tekniklerin genel adıdır.)

Akıllı Anten [Smart Antenna]: Vericisinin enerjisini gönderdiği yönde yükselten diğer yönlerde azaltan veya alıcısının sadece iletişim beklenen yönde veri almasını sağlayıp diğer yönleri dinlememesini sağlayabilen antenlerdir.

Birincil (Lisanslı) Kullanıcı [Primary = Licenced Users]: Kullandığı spektrum bandını lisanslı olarak kullanan ve maliyetinin büyük bir kısmını karşılayan kullanıcılardır. İkincil (Lisanssız) Kullanıcı [Secondary = Unlicenced Users]: Lisanslı kullanıcıların kullandığı spektrum bandlarındaki boşluklardan yararlanıp, birincil kullanıcıları rahatsız etmeden kullanmaya çalışan kullanıcılardır.

Spektrum Boşluğu [Spektrum Hole = White Space]: Geçici olarak kullanılmayan spektrum boşluklarıdır.

Spektrum Çevrimi [Spektrum Cycle]: Bilişsel radyonun ortamındaki değişimlere göre, iletişim parametrelerini ayarladığı ve dinamik radyo ortamına adapte olduğu çevrimdir.

Birincil İstasyon [Primary Base-Station]: Spektrum lisansı olan ve çevresindeki kullanıcılara hizmet veren altyapıda kullanılan sabit ağ birimidir.

İkincil İstasyon [Secondary = xG Base-Station]: Bilişsel yeteneği olan sabit altyapı birimidir. Tek sekme uzaklıktaki ikincil kullanıcılara hizmet verir.

Spektrum Simsarı [Spektrum Broker]: Spektrum kaynaklarını farklı bilişsel ağlar arasında paylaştırmakla görevli merkezi ağ birimidir.

(FCC) dünyasal ve coğrafi değişmeler sonucunda %15'den %85'e tayin edilen spektrum sahasının faydalanılmasından görevlidir.mevcut spektrum tayin politikasının genellikle, geçmişte iyi hizmet etmesine rağmen, sınırlı spektruma erişimde oldukça fazla bir artış vardır. Bu artış, mevcut spektrum politikalarının etkililiğinin üzerinde baskı yaratmaktadır.spektrum kullanımının sınırlı olması ve verimsizliği mevcut kablosuz spektrum için yeni yöntemler aranmasına yol açmıştır. Dinamik spektrum erişimi , bu güncel spektrum verimsizlik problemi için ortaya atılmış bir çözüm yöntemidir. DARPA dinamik spektrum erişim ağını kullanarak XG adlı bilişsel radyo tekniğini uygulamaya dayalı politikasını ortaya koymuştur.(XG) gelecek nesil iletişim ağını (DSANs) dinamik spektrum erişim ağı olarak hem de bilişsel radyo ağı olarak kabul edersek, bu yapının heterojen kablosuz mimari yoluyla ve dinamik spektrum erişim tekniği sayesinde gezgin kullanıcılara yüksek band genişliği sağlayacağı bir gerçektir.Mevcut spektrumun verimsiz kullanımı, mevcut kullanıcıları etkilemeden lisanslı bantlara erişim imkanını sayesinde iyileştirilmiş olacaktır.XG ağının anahtar teknolojisi bilişsel radyodur.Bilişsel radyo teknikleri spektrumu elverişli bir şekilde kullanma ve paylaşma yeteneği sağlar. DSA (Dynamic Spectrum Access)Dinamik Spektrum Erişim teknikleri bilişsel radyonun en uygun kanalda çalışmasına izin verir. BR teknolojisi, kullanıcıların spektrumun hangi bölümlerinin erişilebilir olduğunu belirlemelerine ve lisanlı kullanıcıları tespit etmelerine(1-spektrum algılama), en uygun kanalı seçmelerine(2-spektrum yönetimi), diğer kullanıcılarla birlikte bu kanala erişimi düzenlemelerine(3-spektrum paylaşımı), ve lisanslı kullanıcılar tespit edildiğinde bu kanalı boşaltmalarına(4- spektrum mobilitesi) olanak sağlar. Bilişsel radyoların esas fonksiyonları aşağıdaki gibi özetlenebilir:

• Spektrum algılama: kullanılmayan spektrumu tespit etmek ve diğer kullanıcılarla girişime girmeden spektrumu paylaşmak

• Spektrum yönetimi: kullanıcı haberleşme ihtiyaçlarını karşılamak için en uygun kanalı yakalamak

• Spektrum mobilitesi: en iyi spektruma geçişte kesintisiz haberleşmeyi korumak • Spektrum paylaşımı: BR kullanıcıları arasında adil bir spektrum planlaması

sağlamak

XG ağının bu özellikleri sayesinde spektrumdan haberdar olmayı sağlayan protokoller etkin hale getirilmiştir.Yine de, spektrumun dinamik kullanımı, iletişim için tutturulmuş bir frekans bandını düşünmek için geliştirilen geleneksel iletişim protokollerinin performansında ters etkilere sebep olur.imdiye kadar, xG ağında, ağın yapılanışı keşfedilmemiş bir konudur. Bu konuda yapılan birkaç plana değiniceğiz. Ağa ulaşım protokolleri, spektrum paylaşımı …gibi

XG ağının iletişim bileşenleri ve birbirleriyle etkileşimleri şekil 7.4’de gösterilmektedir. Çapraz tabakasının oldukça önemli olduğu açıktır. Özellikle daha çok spektrum algılama ve spektrum paylaşımında birbirleriyle işbirliği yaparak spektrum verimliliğini artırmaktadırlar. Spektrum yönetimi ve spektrum hareketlilik özellikleri, uygulama, yönlendirme, orta katman ve fiziksel katman özellikleri birlikte spektrumu temel yapısını oluştururlar.

ekil 7.4 : Bilişsel ağ haberleşme fonksiyonu[17]