Sinyal Kaynağı Yerinin Tespitinde TDOA Teknolojisi

Kıt kaynak olan ancak kullanıldıkça tükenmeyen frekans spektrumun izlenmesi, frekansın etkin ve verimli kullanılması amacıyla izinli/lisanslı vericileri olumsuz etkileyen (girişime sebep olan) veya izinsiz frekans kullanan vericilerin tespiti açısından önem arz etmektedir. Bu vericilerin yerinin tespiti klasik DF (Direction Finding)  yöntemi olan yayının ölçüm istasyonuna varış açısı ile tespit edilmektedir. AOA (Angle of Arrival/Varış Açısı) olarak adlandırılan sinyalin geliş açısını belirlemede genlik duyarlı sistem, faz farkı duyarlı sistem ve hem faz hem genlik duyarlı sistem gibi birden fazla teknik bulunmaktadır. Bunlar; dönen anten (rotating antenna), Doppler ve pseudo-Doppler, adcock/Watson-Watt, faz interferometre (phase interferometer), korelatif interferometre (correlative interferometer) ve süper çözünürlük (advanced resolution)’dür. AOA yöntemlerinde antenlerin tasarımı daha ayrıntılı olmakla beraber DF sisteminde çok daha yüksek doğruluk sağlamaktadırlar. Ancak, bu istasyonlarda kullanılan almaç, anten ve diğer ekipmanlar oldukça maliyetli ve ebat olarak ta büyüktür.

Şekil 1: Klasik 3 AOA kabiliyetli DF ile yapılan yer belirleme

Bir yayının geliş açısını bulmak için tek bir sabit veya mobil AOA kabiliyetli istasyon yeterlidir. Ancak, yayının yerinin tespit edilmesi için üçgenleme (triangulation) yapılması gerekmektedir. Bunun için 3 adet AOA  kabiliyetli istasyon (sabit veya mobil) veya bir AOA kabiliyetli mobil istasyon olması gerekmektedir. Mobil istasyonun en az üç ayrı noktadan yön belirleyerek üçgeni oluşturması halinde yer tespiti yapılabilmektedir.

Şekil 2: Sabit ve Mobil AOA kabiliyetli (DF Özellikli) İstasyonlar

Son yıllarda, yer belirleme teknolojilerinde gelişmelerle birlikte kullanılan cihazların maliyetlerinin düşüşler olmuş ve sinyalin ölçüm cihazlarına geliş zaman farkı kullanılmaya başlanmıştır. TDOA (Time Difference of Arrival/ Varış Zaman Farkı) ile sinyal kaynağından farklı noktalarda bulunan 3 ya da daha  fazla alıcı cihazın uzaklıklarından dolayı sinyali alma zamanındaki fark (iki alıcı istasyon arasındaki zaman farkı) hesaplanarak haritada bir hiperbol çizilmektedir. Daha sonra 3 istasyonun kendi arasında çizilen hiperbollerin kesiştiği yer sinyal kaynağının olduğu yer olarak değerlendirilmektedir. Ancak, istasyonlara sinyalin ulaşmasındaki zaman farkının hesaplanması için TDAO kabiliyetine sahip istasyonların merkez bir sunucuya irtibatlı (yüksek veri hızı ile) olması  gerekmekte olup, algoritma merkez sunucuda çalışmaktadır.

Şekil 3: TDOA kabiliyetli 3 istasyon ile yapılan yer belirleme

TDOA’nın AOA ya göre bazı avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. TDOA’nın avantajları;

• Basit anten teçhizatı
• Kurulum maliyetinin ucuz olması
• Genişbantta düşük sinyal gürültü oranı olan ve kısa süreli sinyallerin tespitinde iyi olma
• Çoklu yansımalardaki etkiye karşı daha iyi olma
• Yerleşim yoğunluğu olan ortamlarda yakın mesafe’deki yayılmaları daha iyi tespit etme
• Kalibrasyon ihtiyacı çok az veya hiç yoktur

olarak sayılabilir.

Şekil 4: TDOA Sabit/Taşınabilir İstasyonlar

Ancak AOA’ya karşı TDOA’nın şu dezavantajları da vardır.  TDOA’nın Dezavantajları;

• Yer belirleme için en az 3 adet zaman ve konum sağlayan GPS’li ve hızlı bir ağ sisteminde çalışan sensor istasyon olmalı
• Zaman doğruluğu çok önemli
• Yüksek veri aktarım hızına sahip geniş bant ağ olmalı
• Sadece istasyonlar arasında kalan kapsama alanındaki sinyalin yerini tespit edibilir, ve kapsanan alan dışındaki sinyallerin yerini tespit edemez
• Çok geniş alanlar için üç istasyondan daha fazlası gerekir
• Sinyal karıştırıcıların (jammerların) yerini tespit edemezler
• Dar bandda olan sinyaller için iyi sonuç vermezler
• Modüle edilmemiş sinyallerin yeri tespit edilemez

olarak sayılabilir.

Yukarıda bahsedilen dezavantajları ortadan kaldırmak için her iki kabiliyete sahip istasyonlar birlikte kullanılmaktadır. Burada bir istasyon TDOA ve diğer istasyon hibrit AOA/TDOA olmalıdır ya da hepsi AOA/TDOA olmalıdır. Sistemin çalışması;  TDOA’lı istasyon diğer istasyonun TDOA kabiliyeti ile bir hiperbol üretirken, diğer istasyon ise AOA kabiliyeti ile sinyalin geliş yönü çizgisini oluşturmakta ve kesişme noktası sinyalin konumu olarak gösterilmektedir.

Şekil 5: Bir adet AOA/TDOA ve bir adet TDOA kabiliyetli 2 istasyon ile yapılan yer belirleme

TDOA kabiliyetli istasyonlar, şehir merkezlerinde, büyük spor organizasyonlarının yapıldığı alanlarda (Stadyum, Formula1 pisti, Olimpiyat Köyleri vb.), ülke (sınır bölgesine yakın yerleşim olan ülkeler) sınırlarında, geniş bandlı ve sayısal sinyallerin takip edildiği alanlarda, bia içlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

TDOA teknolojisindeki gelişmeler, iletişim ortamının hızlanması, maliyetlerin efektifliği, kurulum kolaylığı nedenleriyle yer belirleme de TDOA’nı tek başına kullanılmasının yanısıra  TDOA ve AOA/TDOA’nın hibrit kullanımını daha da yaygınlaşacaktır.

Bilişim Başuzmanı Osman ATEŞ

Kaynak:

• ITU, 2011, Spectrum Monitoring Handbook,
• ITU, 2014, Report  ITU-R  SM.2211-1 (06/2014) Comparison of time-difference-of-arrival and angle-of-arrival methods of signal geolocation,
• YAVUZARSAN, Hüseyin Avni, 2015, Spektrumun İzlenmesi ve Denetiminde, Günümüz Teknolojisi Mobil ve Taşınabilir İzleme İstasyonlarının Kullanımı ve Mevcut Sistem İle Karşılaştırmalı Analizi, Bilgi Teknolojileri Ve İletişim Kurumu Uzmanlık Tezi, Ankara
• rohde-scwarz
• spxcom
• uk.crfs