Kişisel araçlar
Buradasınız: Ana Sayfa
Gir


Parolanızı unuttunuz mu?
 

Kavramsal Radyo [Cognitive Radio]

İTÜ'de "Kavramsal Radyo" hakkındaki çalışmaları topladığımız ve birikimlerimizi paylaştığımız sitemize hoşgeldiniz.

Kavramsal Radyo

Milli Spektrum KullanımıGünümüze kadar olan kablosuz iletişim teknolojileri, her birine yeni bir sabit spektrum atama ilkesiyle hazırlanmış ve kullanılmıştır. Bunun sonucunda, kulanılabilir spektrumun büyük bir çoğunluğu atanmış ve boş spektrum bulmada zorluklar yaşanmaya başlamıştır. Buna rağmen; farklı zamanlarda ve farklı yerlerde atanmış olan spektrumlar incelendiğinde, atanan frekans aralıklarının başarılı ve etkili bir şekilde kullanılmadığı, genellikle boş kaldığı görülmektedir.

İlk defa 1999 yılında Joseph Mitola III tarafından ortaya atılan Kavramsal Radyo [Cognitive Radio] ifadesiyle yukarıda anlatılan problemlere çözüm bulunması amaçlanmıştır. Sonradan Gelecek Nesil [NeXt Generation] Ağlar veya Dinamik Spektrum Erişimi [Dynamic Spectrum Access] olarak da adlandırılan bu yeni kavram, bilimsel çalışmalarda büyük ilgi görmüş ve bu konuda birçok çalışma başlatılmıştır.

Tanımlamalar

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

Kavramsal 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]: Kavramsal 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]: Kavramsal yeteneği olan sabit altyapı birimidir. Tek sekme uzaklıktaki ikincil kullanıcılara hizmet verir.

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

...

Kavramsal Radyo Hakkında Bilgi

Dinamik spektrum erişimi teknikleri, kavramsal radyonun en uygun kanalı seçmesine olanak sağlamaktadır. Bunun yapılabilmesi için kavramsal radyoda aşağıdaki işlevlerin yerine getirilebilmesi gerekir:

  1. Spektrum Sezme: Kullanılmayan spektrumu saptayabilmeli ve bu spektrumu zararlı çakışmalara sebep olmadan diğer kullanıcılarla paylaşabilmeli.
  2. Spektrum Yönetimi: Kullanıcı iletişim gereksinimlerini karşılamak için en uygun spektrumu ele geçirebilmeli.
  3. Spektrum Değiştirme: Daha iyi iletişim sağlayabilmek için gerektiğinde çalışma spektrumunu değiştirebilmeli.
  4. Spektrum Paylaşma: Aynı spektrum bandını kullanan ikincil kulllanıcılar arasında adil bir paylaşım sağlanabilmeli.

Yukarıda anlatılanların ışığında kavramsal radyo, bulunduğu farklı ortamlarla etkileşim içinde olabilen ve iletim parametrelerini değiştirebilen radyodur. Bu tanımdan yararlanarak kavramsal radyonun iki temel karakteristiği aşağıdaki gibi verilebilir:

  1. Kavramsal Yeteneği: Spektrum ÇevrimiDinamik radyo ortamına adapte olabilmek için ortamını gerçek zamanlı olarak takip edebilme ve uygun iletişim parametrelerine karar verebilme yeteneğidir. Spektrum çevriminin temel adımları aşağıdaki gibi verilebilir:
    • Sezme: Kavramsal radyo uygun spektrum bandlarını izleyebilmeli, bu bandlardan bilgi edinebilmeli ve böylece spektrum boşluklarını yakalayabilmeli.
    • Analiz: Spektrum sezme aşamasında elde edilen spektrum boşluklarının karakteristikleri değerlendirilir.
    • Karar: Sonuçta, spektrumların karakteristiklerine ve kullanıcıların ihtiyaçlarına göre en uygun spektruma karar verilir.
  2. Yeniden Ayarlanabilirliği: Donanım elemanlarında herhangi bir değişim gerçekleştirmeden farklı frekanslara geçildiğinde çalışma parametrelerini otomatik olarak ayarlayabilme yeteneğidir. Yeniden ayarlanabilecek parametreler şunlardır:
    • Çalışma frekansı: Kavramsal radyolar bulundukları radyo ortamlarına göre en uygun frekans kanalını seçebilir ve çalışma frekanslarını değiştirebilirler.
    • Modülasyon: Kullanıcı gereksinimleri ve kanal durumuna göre kullandıkları modülasyon tekniğini değiştirebilirler. Böylece daha yüksek spektral verim sağlayacak ve daha az bit hata oranı verecek tekniği seçebilirler.
    • İletim Gücü: İzin verilen güç aralığında, iletim gücü belli güç kısıtları dahilinde ayarlanabilir. Daha düşük gücün yeterli olduğu ortamlarda; spektrumu diğer kullanıcılarla paylaşmak ve çakışma (girişim) olasılığını azaltmak için iletim gücü azaltılabilir.
    • İletişim Teknolojisi: Son olarak, kavramsal ürünler farklı iletişim sistemleriyle müşterek ve uyumlu çalışabilmelidirler.

Gelecek nesil ağlarda önerilen üç farklı erişim yöntemi mevcuttur:

  1. Kavramsal (xG) Ağ Erişimi: İkincil kullanıcılar kendi baz istasyonlarına lisanslı ve lisanssız bandlardan erişebilirler.
  2. xG Ad-hoc Erişimi: İkincil kullanıcılar, ad-hoc (MANET) bir ağda lisanslı ve lisanssız spektrum bandlarını kullanarak iletişim kurabilir ve birbirlerine erişebilirler.
  3. Birincil Ağ Erişimi: Lisanssız kullanıcılar lisanslı bandları kullanarak birincil baz istasyonlarına da erişebilirler.

Kavramsal Mimari

...

Günümüzdeki Kavramsal Radyo Problemleri

Günümüzde kavramsal radyo ile ilgili yapılan çalışmalar 5 alt başlıkta toplanabilir.

  1. Spektrum Sezme: Kavramsal ağların en önemli gereksinimlerinden biri spektrum boşluklarının sezilmesidir. Boşlukları belirlemede en etkili yöntem birincil kullanıcıların iletişimini tamamen takip etmektir. Oysa vericilerle alıcılar arasındaki tüm iletişimi dinlemek oldukça zor ve uygulanabilir değildir. Bu sebeple çalışmaların büyük bir çoğunlu spektrumdaki birincil vericileri belirleme üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu konudaki çalışma alanları şunlardır:
    • İleteni belirleme (müşterek olmayan çalışma) [Transmitter detection (non-cooperative detection)]
      • Eşleşen filtreli belirleme [Matched filter detection]
      • Enerji yardımıyla belirleme [Energy detection]
      • Çevrimsel salınımından yararlanarak belirleme [Cyclostationary feature detection]
    • Müşterek çalışma [Cooperative detection]
    • Girişim tabanlı belirleme [Interference-based detection]
  2. Fiziksel Katmanın Yapısı: Fiziksel katmandaki metriklerin belirlenmeye çalışıldığı; senkronizasyon işlemi, başarımın artılırılması, servis kalitesinin korunması, kaynak atamanın geliştirilmesi ve iletim protokollerinin hazırlanması gibi araştırma konuları olan problemlerdir.
  3. MAC Katmanı: Bir sekme uzaklıktaki kavramsal radyolar arası performansın nasıl iyileştirilebileceği üzerinde gerçekleştirilen çalışmalardır.
  4. Ağ Oluşturma ve Yönlendirme: Genelde ad-hoc ağlarda kullanılan ve mesh yapıların oluşturulduğu, sekme sayısının fazla olduğu durumlarda yönlendirmenin de uygun şekilde gerçekleştirilmeye çalışıldığı çalışmalardır.
  5. Oyun Teorisi: Birincil baz istasyonlarının gelirlerini arttırmak için boşta olan kanalları ikincil kullanıcılara kiralamaya çalışılan ve sonuçta Nash dengesine yakınsayan çalışmalardır. Birincil kullanıcıların yanı sıra, ikincil kullanıcılar da maliyeti düşürerek dah uygun bir baz istasyonuyla anlaşmaya çalışırlar. Sonuçta, bu sistemler genelde arz-talep dengesine göre hareket ederler.
Belge İşlemleri