Kritik Altyapı için Spektrum İzleme
Yazan Brandon Malatest, Per Vices Corporation
Kablosuz iletişim, genişleme bankalarını aşarken, nispeten parazitsiz sağlam ağlara olan ihtiyaç artmaya devam ediyor. Gerekli iletimlere müdahale eden yasa dışı veya lisanssız sinyallerin varlığı bu kapasiteyi düşürür. Sinyaller periyodik olabileceğinden veya zaman içinde farklı frekanslarda bulunabileceğinden, bu parazit kaynaklarının keşfi ve ortadan kaldırılması önemli bir zorluk teşkil etmektedir. Bu nedenle havaalanları ve mobil ağlar gibi altyapı sistemlerinin faaliyet gösterdiği spektral bantların kesintisiz kalması kritik öneme sahiptir.
Bu makale, Hava Trafik Kontrolü ve Mobil Ağ altyapılarındaki sinyal parazitlerini belirlemek için spektrum izlemede Yazılım Tanımlı Radyonun (SDR) kullanımını tartışmaktadır. Geniş ayar aralıklarına ve yüksek anlık bant genişliklerine sahip çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) ile donatılmış bazı SDR’ler ile bu kritik altyapılardaki sinyal parazitlerini önlemek mümkündür.
Spektrum izleme nedir?
Spektrum izleme, geniş bir frekans aralığında elektromanyetik emisyonları tespit etme, analiz etme ve ölçme sürecidir. Spektrum izleme, potansiyel parazit kaynaklarını tanımlar, iletişim sistemlerini optimize eder, elektromanyetik spektrumun yetkisiz kullanımına karşı korur ve aşağıdakiler de dahil olmak üzere diğer birçok işlev; RF emisyonlarını karakterize etme, spektrum kullanılabilirliğini belirleme, düzenlenmiş spektrumu yönetme ve yasa dışı iletimleri tespit etme.
Neden spektrum izleme?
Spektrum izlemenin kullanıma bağlı olarak farklı uygulamaları vardır. Lisanslı bant hizmetlerinde, lisanslı kullanıcıları ve ücretsiz bantları yasa dışı kullanıcılardan korumak için spektrum izleme kullanılır. Spektrum izleme, spektrumun gerçek kullanımını gösterir ve verimliliğini sağlar. Bu, kullanıcıların ulusal ve uluslararası kurallara uymasını sağlar.
Havaalanı altyapısında spektrum izleme
Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU), radyo spektrumunun tahsisini ve belirli bir hizmete bir frekans kullanımını belirler. Hava Trafik Kontrol sektöründe muhabere seyrüseferi ve gözetleme için birkaç ITU tahsisi vardır.
Havadan yere radyo spektrumu, hava trafik kontrol sesli iletişimlerini, ikincil gözetleme radarını (SSR) ve veri bağlantısı iletişimlerini içerir. Kullanılan yaygın frekans bantları arasında Yönsüz İşaretler (NBD’ler), HF İletişimleri, VHF çok yönlü menzil (VOR), Aletli İniş Sistemi (ILS) ve ILS süzülme yolu/eğimi, Hava Trafik Kontrol Radarı İşaret Modu S/TCAS/ADS-B yer alır. , Hava Yolu Gözetleme Radarı GPS/GLONASS, Havaalanı Gözetleme ve Hava Durumu Radarı.
NBD’ler 190 – 535 kHz aralığında çalışır ve kerterizleri belirlemek için havacılık navigasyonunda kullanılır. VOR’lar, 108.0 – 117.95 MHz frekansında, kendilerine tahsis edilen çalışma alanı içinde kapsama alanı sağlayan bir güç çıkışıyla çalışır, ancak görüş hattı kısıtlamalarına tabidirler. ILS, 328,6 – 335,4 MHz arasında çalışır ve bir piste yaklaşan ve iniş yapan bir uçağa hassas yanal ve dikey kılavuzluk sağlar. Uçağın optimal alçalma yolundan dikey sapması, süzülme yolu/eğimi ile gösterilir. Çarpışmadan kaçınma, menzil, irtifa ve diğer uçuş parametreleri için, uçak ve hava trafik kontrolü arasında bilgi sağladığı için S/TCAS/ADS-B Modu kullanılır. ADS-B, 1090 MHz radyo frekansı kullanır, ancak mesajları 978 MHz bandında bir Evrensel Erişim Alıcı-Vericisi (UAT) üzerinde de taşınır. Son olarak, Uçak navigasyonu ve konumu, L1 ve L2 bantlarını kullanan GPS/GLONASS’ı kullanır.
Şekil 1: ATC/havaalanları/uçak için kullanılan çeşitli radyo sinyallerinin görüntüsü
Havalimanlarında/ATC’de spektrum izleme nedenleri
Havaalanları/ATC bunları iletişim, seyrüsefer ve gözetleme için kullandığından, ITU tarafından tahsis edilen bir frekans bandında faaliyet göstermek genellikle yasa dışıdır. Uçaklardan ve diğer kaynaklardan gelen radyo yayınlarının birbirini etkilememesini sağlamak için kanallar arasındaki bant genişliği aralığı için frekans bantları izlenir. Havacılığın tehlike sinyalleri (VHF Guard), acil durum işlevleri için kullanıldığından engellenmemelidir. Spektrum izleme, örneğin GPS navigasyonu bozulursa VOR veya diğer frekans bantlarının kullanımı gibi bazı güvenli önlemlerde kullanılır. Son olarak, spektrum izleme, potansiyel güvenlik tehditlerini, yetkisiz aktarımları belirlemeye ve hava aracı performansını ve hava koşullarını izlemeye yardımcı olabilir.
Mobil Ağ Altyapısı için Spektrum İzleme
Mobil ağlarda kullanılan RF teknolojileri, Global Mobil İletişim Sistemi (GSM), Evrensel Mobil Telekomünikasyon Sistemi (UMTS) ve (Uzun Süreli Evrim) LTE’yi içerir.
Cep telefonları, düşük güçlü radyo sinyalleri gönderip alarak çalışır. Sinyaller, radyo vericilerine ve alıcılarına (cep telefonu baz istasyonları) ve Radyo Erişim Ağı’nın (RAN) hücreler adı verilen bir parçasına bağlı antenlere gönderilir ve bunlardan alınır. Baz istasyonları mobil ve sabit telefon şebekesinin geri kalanına bağlıdır ve sinyali/çağrıyı bu şebekelere iletir. Radyo sinyallerinin telefondan iletilmesi ve baz istasyonunda kesintisiz olarak alınabilmesi için Mobil şebekelerin net bir görüş hattı sağlaması gerekmektedir.
Mobil ağların farklı hücre türleri vardır, örneğin geniş coğrafi alanları kapsayan Makro Hücreler; Çok katlı ofis binaları, alışveriş merkezleri, apartmanlar, yer altı raylı sistemler gibi yapı içlerinde kapsama sağlayan bina içi hücreler; Küçük hücreler, küçük bir coğrafi alana mobil cihaz kapsamı veya ek ağ kapasitesi sağlar.
Şekil 2: Mobil ağlarda kullanılan RF teknolojileri
Mobil ağlarda spektrum izlemenin nedenleri
Spektrum izleme, düzenleyicilerin spektrum kullanıcılarının mevcut düzenlemelere uygunluğunu sağlamasını, girişim sorunlarını belirleyip ele almasını ve farklı frekans bantlarının kullanımını ölçmesini sağlar.
Spektrum izleme, ağın lisanslı spektrumunda çalışmasını sağlar ve ağın spektrumunda çalışan lisanssız veya müdahalecileri tespit ederek ağı optimize eder. Bu, bağlantı sorunları, arama kesintileri, yavaş veri hızları, ses/ses kalitesi vb. için yeterlidir.
Spektrum izleme için SDR’ler
Yazılım Tanımlı Radyo, sinyalleri işlemek için yazılım kullanan bir radyodur. SDR’ler, tek bir birimde birleştirilen bir Radyo Ön Uç (RFE) ve Dijital Arka Uç (DEB) içerir. RFE, alıcı radyo yolunu içerir ve DEB, dijital sinyal işlemeyi (DSP) içerir.
Alma yolu bir anten, bir Düşük Gürültülü Amplifikatör (LNA), bir mikser ve bir Analog-Dijital Dönüştürücü (ADC) içerir. Anten, daha sonra düşük gürültülü amplifikatör tarafından yükseltilen radyo sinyalini alır. Güçlendirilmiş sinyal, bir Ara Frekans (IF) sinyaline dönüştürülür ve ADC, IF sinyalini sayısallaştırır.
Dijital sinyal işleme, bir dijital alıcı, bir dijital demodülatör ve bir dijital sinyal işlemci içerir. Dijital alıcı, ADC’den dijitalleştirilmiş IF sinyalini alır. Dijital demodülatör, bir dijital temel bant sinyali üretmek için sayısallaştırılmış IF sinyalini demodüle eder. Dijital sinyal işlemcisi, bir dijital çıkış sinyali üretmek için dijital temel bant sinyalini işler.
Dijital çıkış sinyali, bir dijital numune akışıdır. Dijital örnekler, zamanın belirli bir anında radyo sinyalinin genliğini temsil eder. Dijital numuneler, radyo sinyaline modüle edilen bilgiyi çıkarmak için işlenir.
En yüksek bant genişliğine sahip SDR’ler, her biri 1 GHz bant genişliği veya 3 GHz bant genişliği sunan çok sayıda bağımsız radyo zinciri sunabilir. Bu SDR’ler tipik olarak DC’ye yakın ve 18 GHz arasında çalışabilir.
Havaalanı/ATC ve mobil ağlar için SDR spektrum izleme
SDR spektrum izleme, hem havalimanlarında/ATC’de hem de mobil ağlarda çeşitli kullanımlara sahiptir.
Havalimanlarında, kötü amaçlı baz istasyonlarını tespit etmek için MIMO kanallarını kullanan birden fazla anten bağlanabilir. Pasif dinleme cihazı olarak kullanılan SDR’ler, radyo trafiğini potansiyel parazit veya acil durum yayınlarına karşı denetlerken, aktif tarama aracı olarak kullanılan SDR’ler, uçaklar tarafından kullanılan radyo frekanslarını tespit eder. Bu, acil bir durumda hava trafik kontrolünü ve uçakların izlenmesini koordine etmede kritik öneme sahiptir.
SDR spektrum izleme, diğer cihazlardan veya hizmetlerden kaynaklanan olası parazitlere karşı spektrumu izlemek için mobil ağlarda kullanılabilir. SDR spektrum izleme ayrıca spektrum olaylarını tanımlamak, karakterize etmek ve konumlandırmak için radyo frekansı (RF) spektrumunun sürekli ve gerçek zamanlı bir genel görünümünü sağlar.
Spektrum izleme için SDR’lerin faydaları
SDR cihazları, ilgilenilen tüm frekansları gerçek zamanlı olarak izleyebilen ve çok sayıda sensörle iletişim kurabilen geniş ayar aralıkları ve bant genişlikleri sunan birden fazla kanala sahiptir. SDR cihazlarının yüksek düzeyde birlikte çalışabilirliği, mevcut eski sistemlerle ve en son teknolojilerle çalışmalarını sağlar. Bu, onları hem Hizmet Ömrü Uzatma Programlarında (SLEP) hem de havaalanı trafik kontrol sistemleri ve mobil ağ altyapısı gibi uygulamalardaki yeni dağıtımlarda kullanıma uygun hale getirir.
SDR sistemleri, karışan veya karışan sinyallerin kaynaklarını tespit etmeye uygun, düşük gürültülü bir rakam ve yüksek Sahtesiz Dinamik Aralık (SFDR) sunar. Sahada Programlanabilir Kapı Dizilerinde (FPGA’lar) bulunan yerleşik DSP kaynakları, filtreleme, Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT), sıkıştırma ve güç ölçümleri dahil olmak üzere çok çeşitli işlemlerin gerçekleştirilmesine olanak tanır.
SDR platformlarının yükseltilebilirliği ve yeniden yapılandırılabilirliği, tek bir birimin farklı izleme işlevleri için kullanılabileceği anlamına gelir. Bu esneklik, yeni kablosuz iletişim standartlarının ve sensörlerin kolaylıkla eklenmesini sağlar.
Çözüm
Bu makale, spektrum izleme için SDR’lerin kullanımını özetlemektedir. Spektrum izlemenin, navigasyon, iletişim ve gözetlemede kullanıldığı hem havacılık hem de mobil endüstrisinde çok önemli olduğu kanıtlanmıştır. SDR’lerin iyi bir SFDR’si ve istenmeyen, karışan veya karışan sinyalleri algılamak için önemli olan gürültü değeri vardır. Mevcut sistemleri birleştirme yeteneği ile, SDR’lerin farklı izleme işlevlerini yerine getirebildiği kanıtlanmıştır.
Per Vices Hakkında
Per Vices, çeşitli spektrum izleme ve kayıt uygulamalarında çeşitli uygulamalar için SDR’leri tasarlama, geliştirme, oluşturma ve entegre etme konusunda geniş deneyime sahiptir.
SDR ihtiyaçlarınız konusunda size nasıl yardımcı olabileceğimizi görmek için bugün pervices.com adresinden sitemizi ziyaret edin veya [email protected] ile iletişime geçin.
Referanslar
- https://digitalregulation.org/spectrum-management-key-applications-and-regulatory-considerations-driving-the-future-use-of-spectrum/#:~:text=Spectrum%20monitoring%20enables%20regulators%20to, %20of%20farklı%20frekans%20bantlarını kullanın.
- https://www.pervices.com/spectrum-monitoring/
- https://www.crfs.com/spectrum-management/
- https://anritsu.typepad.com/interferencehunting/spectrum-monitoring/
- https://thinkrf.com/solutions/spectrum-monitoring/
- https://www.anritsu.com/en-us/test-measurement/technologies/remote-spectrum-monitoring#:~:text=A%20spectrum%20monitoring%20system%20will,onlar%20occur%20in%20real%20time .
- https://www.rfpage.com/applications-of-radio-frequency-technology-in-aviation/
- https://www.rrmediagroup.com/Features/FeaturesDetails/FID/1135
- https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/safety_ops_support/spec_management/engineering_office/rfb.cfm
- https://www.rohde-schwarz.com/tr/solutions/test-and-measurement/wireless-communication/mobile-network-infrastructure-testing/overview/mobile-network-infrastructure-testing_253912.html
- https://www.eetimes.eu/software-defined-radio-in-test-measurement-markets/
- https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/ir/2017/NIST.IR.8195.pdf
yazar hakkında
Brandon Malatest, Per Vices’in Kurucularından ve COO’sundan biridir. Per Vices, CEMA operasyonları için yazılım tanımlı telsizleri geliştirme, oluşturma ve entegre etme konusunda geniş deneyime sahiptir. Brandon, Waterloo Üniversitesi’nden fizik derecesine sahiptir. Brandon’a çevrimiçi olarak [email protected] adresinden ve şirketimizin http://www.pervices.com/ web sitesinden ulaşılabilir.