Bilis ¸sel ˙ Iletis ¸im Sistemleri ˙ Ic ¸in Zaman-Frekans Tabanlı Mod¨ ulasyon Sezimi Time-Frequency Based Modulation Detection for Cognitive Communication Systems Yes ¸im Hekim Tanc ¸ ve Aydın Akan Elektrik-Elektronik M ¨ uhendisli˘ gi B ¨ ol¨ um¨ u ˙ Istanbul ¨ Universitesi, 34320, Avcılar, ˙ Istanbul. {yhekim, akan}@istanbul.edu.tr ¨ Ozetc ¸e Bu c ¸alıs ¸mada, kablosuz iletis ¸im d¨ u˘ g¨ umlerinin alıcı ve verici parametrelerini, en etkin bant genis ¸li˘ gini sa˘ glayacak ve kul- lanıcılar arasında giris ¸im olus ¸turmayacak s ¸ekilde ayarlaya- bilen bilis ¸sel iletis ¸im sistemlerinde ¨ onemli bir adım olan ge- len is ¸aretin mod¨ ulasyon tipinin g¨ ur¨ ult¨ ul¨ u ortamda algılanması ic ¸in zaman-frekans tabanlı bir y¨ ontem ¨ onerilmektedir. ¨ Oneri- len bu y ¨ ontemin bas ¸arımı literat¨ urdeki benzer y¨ ontemlerden bi- riyle kars ¸ılas ¸tırılmıs ¸ ve ¨ onerilen y¨ ontemin ¨ ust¨ unl¨ ukleri benzetim sonuc ¸larıyla ortaya konulmus ¸tur. Abstract In this paper, we present a time-frequency based method for the detection of modulation type in the presence of noise, in cog- nitive radio communication systems. Cognitive radio communi- cation systems can adapt their receiving and transmitting pa- rameters in order to provide the most efficient bandwidth and prevent inter user aliasing. The performance of the proposed method is compared with that of the existing methods in the li- terature. Simulation results confirmed the virtue of the proposed method. 1. G ˙ IR ˙ IS ¸ Bilis ¸sel radyolar, iletis ¸im ortamını akıllıca sezip ardından yo- rumlayıp mevcut iletis ¸im altyapısına en uygun s ¸ekilde sistem cevabını adapte edebilen yapılardır [1]. Bir bas ¸ka deyis ¸le kablo- suz iletis ¸im d¨ u˘ g¨ umlerinin alıcı ve verici parametrelerini, en et- kin bant genis ¸li˘ gini sa˘ glayacak ve kullanıcılar arasında giris ¸im olus ¸turmayacak s ¸ekilde ayarlayabilen sistemlerdir. Bilis ¸sel rad- yoların ¨ uc ¸ kritik g¨ orevi vardır: Frekans algılama, mod¨ ulas- yon sezimi ve iletis ¸im protok¨ ul¨ un analizi. ˙ Iletis ¸im sistem- lerinde sinyal ve mod¨ ulasyon c ¸es ¸itlili˘ ginin artması, alıcının demod¨ ulasyon is ¸lemini mod¨ uleli is ¸arete ait ¨ onsel bir bil- giye ihtiyac ¸ duymadan yapması gereklili˘ gini ortaya koymus ¸tur. Mod¨ ulasyon t¨ ur¨ u sezimi, alıcıda is ¸aret sezimi ve demod¨ ulas- yon is ¸lemleri arasında bir basamak olup, is ¸aretin mod¨ ulas- yon t¨ ur¨ un¨ un m¨ umk¨ un olan en az ¨ onsel bilgiyle belirlenmeye Bu c ¸alıs ¸ma ˙ Istanbul ¨ Universitesi Bilimsel Aras ¸tırma Projeleri Bi- rimi tarafından 3898, 4358 ve BYP-11714 nolu projeler kapsamında desteklenmektedir. c ¸alıs ¸ılmasıdır. Yazılım Tanımlı Radyo’da [2] t¨ um mod¨ ulas- yon, demod¨ ulasyon ve kodlama is ¸lemlerinin yazılımsal ola- rak yapıldı˘ gı d¨ us ¸¨ un¨ ulecek olursa, c ¸ok kipli iletis ¸im protokolle- rinde mod ¨ ulasyon sezimi hem demod ¨ ulasyon is ¸leminin s¨ uresini kısaltmakta hem de tasarım kolaylı ˘ gı sa ˘ glamaktadır. Analog mod¨ ulasyon t¨ urlerinin (Genlik Mod¨ ulasyonu, Fre- kans Mod¨ ulasyonu vs.) birbirinden ayrıs ¸tırılması, sayısal mod¨ ulasyon t¨ urlerinin birbirinden ayrıs ¸tırılmasına g¨ ore daha basit bir s¨ urec ¸tir. Mod¨ uleli is ¸aretin zarfının varyansı bu iki mod¨ ulasyon t¨ ur¨ un¨ u ayırt etmek ic ¸in kullanılabilir [3]. Sayısal mod¨ ulasyon sınıflandırma teknikleri iki ana katego- riye ayrılmıs ¸tır. Bunlardan ilki olabilirlik temelli yaklas ¸ımlardır [4]. Bu algoritmalar, mod¨ ulasyon t¨ urlerini sınıflandırmak ic ¸in daha ¨ onceden tanımlanmıs ¸ olabilirlik fonksiyonun oranının be- lirli bir es ¸ik de˘ geri ile kars ¸ılas ¸tırılması prensibine dayanırlar. Bu tip sınıflandırıcılar istatiksel anlamda optimum olsalar da is ¸arete ait olasılık fonksiyonun ¨ onceden bilinmesine ihtiyac ¸ du- yarlar ve yo˘ gun is ¸lem y¨ uk¨ u gerektirler. ˙ Ikinci yaklas ¸ım ise, alınan is ¸aretin ayırt edici ¨ ozniteliklerini c ¸ıkartıp, elde edilen ¨ oznitelikleri alınan is ¸aretin mod¨ ulasyon t¨ ur¨ un¨ un belirlenme- sinde kullanan, dolayısıyla is ¸arete ait herhangi bir ¨ onsel bil- giye ihtiyac ¸ duymayan ¨ oznitelik temelli algoritmalardır [5]. Farklı mod¨ ulasyon t¨ urlerine sahip is ¸aretlerin anlık genlik, faz ve frekans gec ¸is ¸leri zaman-frekans spektrumunda farklı spektral karakteristikler olus ¸turacaktır. [5]’de bu fikirden yola c ¸ıkarak sayısal mod¨ uleli is ¸aretlerin sınıflandırılmasında Dal- gacık D¨ on¨ us ¸¨ um¨ u kullanılmıs ¸tır. Dura˘ gan olmayan is ¸aretlerin zaman-frekans analiz y¨ ontemlerinden biri olan evrimsel izge (E ˙ I) yaklas ¸ımı [6] ayrık zamanlı sonlu uzunluktaki is ¸aretler ic ¸in [7, 8, 9]’de ele alınmıs ¸tır. ˙ Is ¸aretin genlik, faz veya fre- kans biles ¸enlerinin zamanla de˘ gis ¸ti˘ gi durumlarda bu yaklas ¸ım oldukc ¸a y¨ uksek bir zaman-frekans c ¸¨ oz¨ un¨ url¨ u˘ g¨ u sa˘ glar. Bu c ¸alıs ¸mada Evrimsel ˙ Izge kullanılarak y ¨ uksek do ˘ grulukla ve is ¸arete ait ¨ onsel bir bilgi kullanmadan Frekans Kaydırmalı Anahtarlama (Frequency Shift Keying, FSK) ve Faz Kaydırmalı Anahtarlama (Phase Shift Keying, PSK) mod¨ uleli is ¸aretleri sınıflandıran bir y¨ ontem ¨ onerilmis ¸tir. ¨ Onerilen bu y¨ onte- min bas ¸arımı [5]’ deki y¨ ontemle kars ¸ılas ¸tırılmıs ¸ ve ¨ oneri- len y¨ ontemin aynı benzetim kos ¸ullarındaki ¨ ust¨ unl¨ ukleri ortaya konulmus ¸tur. 2011 IEEE 19th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU 2011) 892 978-1-4577-0463-511/11/$26.00 ©2011 IEEE