Yayılmış Frekans Spektrum Teknikleri

Bu çoğullama tekniği frekans bölmeli çoğullama(Frequency Division Multiple Access) ve zaman bölmeli çoğullama tekniklerinden çok daha iyi bir çoğullama tekniğidir.CDMA yayılmış frekans spektrumu (spread spectrum) mantığına dayanmaktadır. Yayılmış frekans spektrumu tekniği II.Dünya Savaşında, düşmanın iki uç birim arasında konuşulanları dinleyememesi için geliştirilmiş bir veri iletim yöntemidir. Geniş ya da yayılmış spektrum yöntemi mantıksal olarak 2 tanedir.Bunlar Frekans atlamalı yayılmış spektrum (Frequency Hopping Spread Spectrum)ve değişik bit gönderimlerine dayanan yönmetlerdir(Direct Sequence Spread Spectrum[DSSS] ve Code Division Multiple Access[CDMA])

Frekans Atlamalı Yayılmış spektrum(FHSS): Bu yöntemde verici yollayacağı bilgiyi geniş frekans aralığının bölünmesiyle oluşmuş birçok alt frekans aralığından yollar.Bu yollama işi dinamik olarak gerçekleşir.Yani verici her yollayacağı veriyi farklı bir frekans aralığından yollar, böylece düşman bir frekans aralığını dinlese bile anlamlı bir veri elde edemez.Elde ettiği veri sadece konuşmamızın çok küçük anlamsız parçalarıdır.Ayrıca veriyi ele geçirmek isteyen kişi hangi frekans aralığında ne kadar süre veri iletimi yaptığımızı bilemez.Bu da davetsiz misafirimizin amacına ulaşmasını engellemiş olur.

Vericinin dinamik olarak farklı frekans aralığından veriyi yolladığı söyledim;fakat nasıl oluyor da, alıcı vericinin veri yolladığı bu farklı frekans kanallarını biliyor.Cevap olarak şu söylenebilir.Verici her defasında verisini farklı frekans kanallarından yolluyor;fakat bunun da bir kuralı var.Verinin hangi kanaldan yollanacağı bir parametre ile belirleniyor ve vericinin frekans aralığını seçmede kullandığı bu parametre alıcı tarafta da biliniyor ve bu sayede haberleşme sağlanıyor.Eğer, düşman bu parametreyi ele geçirirse yapılan konuşmaları dinleyebileceği şüphesiz;fakat iletilen verinin tümüne sahip olmadığı için ele geçirdiği veriden bu parametreyi çıkarması oldukça zor. Aşağıda sistemin çalışma mantığını anlatan şekil verilmiştir.

Direct Sequence Spread Spectrum[DSSS]: Bu iletim yönteminde vericinin verisi, rasgele olarak belirlenmiş bir bit dizisi ile XOR(Özel-veya)* işlemine tabi tutulur.

Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi vericide kullanıcı verisi rasgele(PN=Pseudorandom) üretilen bit dizisi ile XOR işlemine sokulmuştur.Rasgele bit dizisini birim zamana düşen bit sayısı(Data Rate) daha fazladır yani bit oranı daha fazladır.Bu nedenle XOR işlemi sonucunda üretilen verinin de bit oranı daha fazla olur ve bu da gönderilecek olan işaretin band genişliğini artırır, yani gönderilmek istenen işareti daha geniş bir frekans aralığına yayar(frequency spreading).Alıcıda gönderilen verinin anlamlı olarak elde edilmesi için vericide kullanılan aynı rasgele bit dizisi kullanılır ve alıcıda veri elde edilir.

Sistemin genel blok diyagramı;

Gönderilen işaretin geniş frekans bölgesine yayılması işaretin birim band genişliğine düşen enerjisini azaltır ve gönderilen işaret sistemde mevcut olan gürültünün gerilim seviyesinin bile altına düşer ve vericiden yollanan işaret’e bakıldığında sanki bir gürültüymüş gibi görülür.Bu da davetsiz misafirlerin verimizi ele geçirememesini önleyen ve yayılmış frekans spektrum mantığıyla gelen ayrı bir özelliktir.
Kod Bölmeli Çoğullama(CDMA): CDMA da bir çeşit geniş spektrum tekniği kullanır.Bu yöntemi en iyi şu şekilde anlatabilirim.Bir odada 2 Türkçe, 2 İngilizce ve 2 Almanca bilen 6 kişi düşünün, ve bu kişilerden hiçbiri diğer ikisinin dilini bilmesin.Biri Türkçe konuştuğunda sadece Türkçe bilen anlayabilecek, biri İngilizce konuştuğunda sadece İngilizce bilen anlayabilecek ve aynı şekilde biri almanca konuştuğunda sadece almanca bilen anlayabilecek.3 farklı dil bilen kişi aynı anda konuştuğunda ise yine kendi dillerini bilen diğer 3 kişiden birisiyle anlaşabilecekler.
CDMA’da da aynı mantık geçerlidir.Aynı bölgede veri iletimi yapan kullanıcıların hepsine farklı bir kod sözcüğü atanır.Yani bir kullanıcı 1 göndermek isterse önceden sistem tarafından kendisine atanan farklı bir bit dizisi gönderecek(mesela 1000 diyelim), 0 göndermek istediğinde ise kendisine atanmış bu bit dizisinin 1’e tümleyenini gönderecek.Aynı bölgede iletim yapan 10 kullanıcı varsa hepsine farklı bir kod sözcüğü(10 tane) verilmektedir.Bu tekniğin bir özelliği bütün kullanıcı verisini aynı zamanda mevcut frekans bandı üzerinden göndermesidir.Şimdi aklınıza şöyle bir soru gelebilir.Aynı anda aynı frekans bandı üzerinden yollandığında bu veriler üst üste binmez mi?

Evet gönderilen bu veriler üst üste biner, işte bu sayede alıcıda hangi kullanıcının hangi biti gönderdiği anlaşılır.Aşağıdaki örnek incelendiğinde konu daha iyi anlaşılabilir.Bu örnekte aynı anda veri iletimi yapan 3 kullanıcı olduğu kabul edilmiştir.

Bu örnekte her bir kullanıcıya 4 bitten oluşan bir kod kelimesi atanmıştır.Her kullanıcıya atanan bu kod kelimeleri alıcı tarafından da bilinmektedir. A kullanıcısının “1” bitini iletmek istediğini kabul edelim.İletilmek istenen bit “1” ise kullanıcıya atanan kod kelimesinin iletileceğini söylemiştik.O halde A kullanıcısı 1 biti iletmek istediğinde hatta 1010 bit dizisini yollayacak.Bu örnekte 1 biti fiziksel olarak 1V ile 0 biti ise –1V olarak gösterilmiştir.A,B ve C kullanıcıları aynı anda , aynı frekans aralığı üzerinden iletim yaptığından yukarıda T sembolüyle gösterilen bit toplamı oluşacaktır.Veri iletim ortamında bu toplam veri bulunacaktır.Alıcı da aldığı bu toplam verisini her bir kullanıcıya atanan kod kelimesi(dikkat edilirse kod kelimelerinin fiziksel karşılığı ile işlem yapılmaktadır; çünkü başlangıçta 1 biti yerine 1V, 0 biti yerine –1V kullanılmıştır.Bu bir çeşit hat kodlamasıdır.Hat kodlaması vericiden gönderilmek istenen bitlerin hatta fiziksel olarak nasıl temsil edileceğini söyleyen kuraldır.) ile çarpar ve sonuçta bir sayı elde eder.Bu sayı 1 ise o kullanıcının 1 biti gönderdiğini, -1 ise o kullanıcının 0 biti gönderdiğini anlar.

*Hatırlatma: XOR işlemi,

Volkan SEVİNDİK
vsevindik@yahoo.com