بررسی وشبیه سازی الگوریتم های سنکرونیزاسیون در سیستم های OFDM – برق

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی برق
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:227
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

بررسی وشبیه سازی الگوریتم های سنکرونیزاسیون در سیستم های OFDM – برق

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

» فهرست مطالب«

چکیده
مقدمه

فصل اول-کلیات

مقدمه
-٢- پارامترهای انتشار رادیویی
١-٢-١- تضعیف
١-٢-٢- پدیده فیدینگ ریلی
١-٢-٣- فیدینگ ناشی از انتخاب فرکانس
١-٢-۴- گسترش تأخیر
۱- ٢-۵- شیفت داپلر

٢-٢- اصول اساسی OFDM
۲- – مدولاتور و دمدولاتور OFDM
٢-۴- پیاده سازی OFDM با استفاده از تبدیل فوریه گسسته
٢-۵- فاصله زمانی محافظ
٢-۶- پنجره بندی
٢-٧- همزمانی ٣۵
٢-٨- فرستنده و گیرنده سیستم OFDM ٧۵
٢-٩- تخمین کانال ٩۵

۲-۱۰- مقایسه OFDM با سیستم های تک حاملی
۲-۱۰-۱- مزایای OFDM
۲-۱۰-۲- معایب OFDM

فصل سوم- سنکرونیزاسیون در OFDM
٣-١- مقدمه
۳-۳-۲- سنکرونیزاسیون زمانی دقیق سمبل در سیستم پیوسته
۳-۳-۳- سنکرونیزاسیون زمانی سمبل در سیستم بسته ای
٣-٣- – مدل کنترلی سنکرونیزاسیون زمانی سمبل
۳- – سنکرونیزاسیون فرکانسی حامل
٣-۴-١- الگوریتم های بازیافت فرکانسی حامل
٣-۴-٢- اجزاء انحراف فرکانسی حامل
٣-۴-٢-١- قسمت صحیح انحراف فرکانسی حامل
٣-۴-٢-٢- قسمت اعشاری نیمه دقیق انحراف فرکانسی حامل
٣-۴-٢-٣- قسمت اعشاری دقیق انحراف فرکانسی حامل
٣-۴-٢-۴- قسمت کنترلی انحراف فرکانسی حامل
٣-۴-٢-۵- انحراف فرکانسی حامل در سیستم انتقال بسته ای
٣-۵- سنکرونیزاسیون کلاک نمونه برداری
٣-۶- الگوریتم های تخمین توأم

فصل چهارم- مقدمات شبیه سازی یک سیستم OFDM

۴-۴- شبیه سازی کانال فیدینگ ریلی
فصل پنجم- شبیه سازی سیستم OFDM و بررسی سنکرونیزاسیون
۵-١- مقدمه
۵-٢- پارامتر های شبیه سازی
۵-٣- الگوریتم تخمین همزمانی سمبل با استفاده از پیشوند تناوبی وشبیه سازی آن
۵-۴- الگوریتم تخمین همزمانی سمبل با استفاده از سمبل آموزشی وشبیه سازی آن
۵-۵- روش بهبود یافته تخمین همزمانی سمبل با استفاده از سمبل آموزشی ویژه وشبیه سازی آن

فصل ششم- نتیجه گیری و پیشنهادها

۶-١- نتیجه گیری
۶-٢- پیشنهادها

علائم اختصاری

منابع فارسی

منابع لاتین

چکیده انگلیسی

چکیده
انتشار چند مسیره از مهمترین عوامل محدود کننده ارسال اطلاعات با نرخ بیت بالاست. OFDM یکی از مناسبترین تکنیک های ارسال با نرخ بیت بالا از طریق کانال های انتخابگر فرکانسی است که با تقسیم سمبل های ارسالی بین چندین زیر حامل وارسال همزمان آنها در مقابله با انتشار چند مسیره بسیار مقاوم وکاراست. با رشد روز افزون سیستم های پرظرفیت، کاربردهای این تکنیک روز به روز افزایش می یابد. با این حال روش OFDM مشکلاتی از قبیل حساسسیت به خطاهای همزمانی فرکانسی و زمانی و نویز فاز و بزرگی نسبت حداکثرتوان به توان متوسط(PAPR) را نیز به همراه دارد.
سنکرونیزاسیون مهمترین موضوع در تمام سیستمهای مخابرات دیجیتال خصوصاً در سـیسـتم های OFDM است. خطاهای ســنکرونیزاسیون نه تنها باعث تداخل بین ســمبلها(ISI) می شود بلکه باعث تداخل بین حاملها(ICI) نیز می شود. در این پروژه ابتدا به معرفی سیستم OFDM می پردازیم سپس مشکلات عدم همزمانی در OFDM و انواع سنکرونیزاسیون در OFDM را بیان می کنیم. در نهایت به بررسی و شبیه سازی الگوریتم تخمین همزمانی سمبل بااستفاده از پیشوند تناوبی می پردازیم و بعد الگوریتم تخمین همزمانی سمبل با استفاده از سمبل آموزشی ویژه را شبیه سازی می کنیم. برای این کار ابتدا به معرفی یک متریک زمانی برای سمبل آموزشی ویژه می پردازیم و با اسـتفاده از آن نقطه شــروع ســمبل OFDM را به دسـت می آوریم. سپس با اصلاح متریک زمانی که منجر به تعریف متریک زمانی دوم می شود سطح نامشخص تخمین انحراف زمانی را کاهش می دهیم. همچنین عملکرد بهتر روش ســنکرونیزاسـیون زمانی دوم نسبت به روش اول با نمودارهایBER وSER برحسب SNR های مختلف بررسی شده است.

مقدمه
دورنمای مخابرات نایل شدن به تکنیک هایی است که نرخ انتقال بالای اطلاعات را در محیط های مختلف بی سیم فراهم آورد. این محیط ها می توانند شامل مشخصه های چند مسیرگی، فیدینگ، نویز جمع شونده، و بالاخره تغییرات زمانی کانال و یا به عبارتی شیفت داپلر باشند. امواج الکترومغناطیسی با مشخصه های مناسب انتشار در فضا، امکان ایجاد ارتباط بی سیم را تا مسافتهای چندین کیلومتری با سرعت و پهنای باند مختلف فراهم می کنند. سیستمهای پخش گسترده رادیویی و تلویزیونی با برد بالا نمونه هایی از کاربرد چنین سیستم هایی هستند. نسل اول سیستمهای بی سیم (بخصوص مخابرات سیار) تا سال ١٩٩٠، به منظور ایجاد ارتباط صوتی و ارسال داده با حداکثر نرخ بیت kbps 2.4 استفاده می شد. درچند سال اخیر مخابرات بی سیم رشد چشم گیری داشته است. نرخ رو به رشد فناوریهای تلفنهای سیار، شبکه های WLAN١ و اینترنت موجب افزایش تقاضا جهت کسب ظرفیت بالا در شبکه های بی سیم گشته است[١].
در حال حاضر اکثر سیستم هایWLAN از استاندارد ۸۰۲٫۱۱IEEE استفاده می کنند که حداکثر نـــرخ داده ای به انـــدازه Mbps 11 را ارائـــه می دهند. اســتاندارد های جدیــدترWLAN مثلIEEE 802.11. a که مبتنی بر فناوری OFDM2 هستند نرخ داده های بالاتر از Mbps 54 را حمایت می کنند. درآینده نه چندان دور سیستم های WLAN به پهنای باندی بیشتر از Mbps 100 نیازمند خواهند بود. بنابراین اصلاح طیفی و افزایش ظرفیت داده در سیستم های OFDM در کاربردهای WLAN بسیار با اهمیت است.
همگرایی سرویس های دسترسی به اینترنت و فناوری مخابرات سیار با کاربردهای چند رسانه ای صوت و تصویرکیفیت بالا در آینده نزدیک دیده می شود. مخابرات سیار نسل دوم(G2) مانند GSM3 سرعت های خیلی پایینی برای ارسـال داده (kbps 14.4- 9.6) فراهم آورد ه و هزینه بالایی در بر دارند که در نتیجه،
سودمندی این سرویس را کاهش می دهد. هدف مخابرات سیار نسل سوم و چهارم فراهم آوردن محدودهوسیعی از سرویس ها با نرخ داده بالا از قبیل ارائه سرویس های صوتی و تصویری باکیفیت بالا رویمخابرات سیار ، تلفن های تصویری و دسترسی پرسرعت به اینترنت است. سیستم های مخابرات سیار نسل سوم(G3) مانند UMTS 1 نرخ داده بالاتری (kbps-2Mbps64) نسبت به مخابرات سیار های نسل دوم مانند ۹۵-IS وGSM ارائه می دهند. همچنین سیستم مخابرات سیار نسل دوم فقط جهت سرویس های صوتی منظور شده است در حالی که سیستم مخابرات سیار نسل سوم به سرویس های داده علاوه بر صوت تمایل دارد. سیستم مخابرات سیار نسل سوم از W-CDMA 2به عنوان روش مدولاسیون استفاده میکند. این مدولاسیون مقاومت خوبی در برابر اثرات چند مسیری داشته و همچنین نرخ داده انعطاف پذیر و راندمان طیف بالائی را داراست. نرخ داده بالاتر سبب ایجاد سرویس های جدیدتر از قبیل ارتباط بی سیم کامپیوترها، گزارش گیری از راه دور، دوربین های بیسیم مبتنی برWeb و سیستم های هدایتگر اتومبیل روی اتصال دائمی شبکه، شده است.
تقاضای استفاده از طیف رادیویی به شدت در حال افزایش است و سیستم های مخابرات سیار زمینی فقط یکی از چند کاربرد رقیب برای پهنای باند مقتضی هستند. این کاربردها نیازمند بودند که سیستم رادیویی مربوطه به صورت مطمئن محیط های با دید غیرمستقیم (NLOS)3 با فاصله انتشارKm 30- 0.5 و سرعتی حدود km/hr100 یا بیشتر را حمایت کند و چنانچه در فرکانسی بالای فرکانس مربوطه عمل شود افت مسیر زیادی خواهیم داشت و همچنین شیفت داپلر بالاتر، در سرعت های بالا نیز اضافه خواهد شد. از محدودیت های مهم سیستم مخابرات سیار نسل سوم ارائه سرویس با نرخ بیت بالا ولی با هزینه بالاست.
OFDMکاندیدای لایه فیزیکی سیستمهای مخابرات سیار نسل چهارم(G4) است. در حال حاضر تحقیقات زیادی روی سیستمهای مخابرات سیار نسل چهارم در حال انجام است. این سیستمها احتمالاً بین سال های ٢٠١٢-٢٠٠٨ گسترش خواهن د یافت و جایگزین نسل سوم خواهند شد. تا به حال تعدادکمی ازاهداف شبکه های نسل چهارم منتشر شده است گرچه کاربردها و قابلیت های نسل سوم را گسترشخواهند داد و دسترسی جهانی بهبود یافته ای را ارائه خواهند داد.کاربردهای شبکه های نسل چهارم مثل ١Mbps) HDTV20- 4) و شبکه های بی سیم کامپیوتری (Mbps100- 1) است. البته جهت پوشش دادن این سرویس ها باید هزینه های سرویس دهی نسبت به نسل سوم کاهش یابد. علاوه بر نرخ داده بالا بایدکیفیت سرویس دهی(QoS)٢ بالا نیز نسبت به سیستم های سلولی رایج انجام شود. درسیستم های سلولی نسل سوم ایـن درصـد بین۵٩-٩٠ درصد پوشش است[٢] یعنی ارتباط شبکه می تواند روی ۵٩-٩٠ درصد سطح سلول حاصل شود. این مقدار برای شبکه های WLAN کافی نیست. برای شبکه های نسل چهارم این درصد به محدوده ۵/٩٩- ٩٨رسیده است. جهت دستیابی به این سطح از سرویس دهی نیازمندیم تا سیستم مخابراتی بسیار منعطف و انطباق پذیر باشد. در بسیاری از کاربردها، حفظ اتصال شبکه از دستیابی به نرخ داده واقعی، مهمتر است. هرچند محیط انتقال در بهترین شرایط می تواند تا نرخ بیتهای Mbps20 را حمایت کند ولی اگر مسیر انتقال خیلی ضعیف باشد، برای مثال در یک زیر زمین از ساختمان، جهت حفظ و پایداری لینک باید نرخ داده کاهش یابد. بنابراین برای شرایط حساس و محدود، نرخ داده ممکن است تا kbps1 هم کاهش یابد. به عنوان یک پیشنهاد جهت کاربردهایی که نیازمند نرخ داده ثابت هستند کیفیت سرویس دهی می تواند توسط تخصیص منابع اضافی به کاربران در ازای مسیر انتقال ضعیف اصلاح شود. به طور کلی برای شبکه های بی سیم پرظرفیت یک گزینه بسیار مناسب، مدولاسیون چند حاملی۳ و ب ه ویژه تکنیک تقسیم فرکانسی متعامدOFDM است[١].
یکی از مناسبترین تکنیک های ارسال پرسرعت و مطمئن۴ از طریق کانال های با فیدینگ چندمسیری استفاده از مدولاسیون OFDM است که در دهه اخیر مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. این  مدولاسیون چندحاملی، یک جریان داده با نرخ بالا را به چندین جریان با نرخ پایین تر تبدیل می کند که بهصورت همزمان توسط چند زیرحامل ارسال می شوند. به این ترتیب پهن شدگی در زمان، که ناشی ازتأخیر چند مسیری کانال است، تقلیل می یابد و امکان بالا بردن نرخ داده فراهم می گردد. اگر چه معایبی هم در سیستم های OFDM ظاهر شده است که مهمترین آنها حساسیت به خطاهای همزمانی است.
خــطاهــای سـنکرونـیـزاسـیون نه تنهــــا باعث تداخـل بین ســـمبل ها(ISI) می شود بلکه باعث تداخل بین حامل ها (ICI) نیز می شود. بنابراین در این تحقیق بر روی موضوع سـنکرونـیـزاسـیون در سیستم های OFDM متمرکز می شویم. سنکرونیزاسیون در سیستم های OFDM شامل سنکرونیزاسیون زمانی سمبل، سنکرونیزاسیون فرکانسی حامل و سنکرونیزاسیون کلاک نمونه برداری است. الگوریتم های سنکرونیزاسیون به دو دسته تقسیم می شوند:
۱- بر مبنای همبستگی (استفاده از پیشوند تناوبی) که در سرعت های زیاد به علت گسترش تاخیر زیاد باعث کاهش عملکرد سیستم می شود[١٣]
۲- بر مبنای سمبل های آموزشی که به دلیل انتقال اطلاعات آموزشی پهنای باند هدر می رود.
مقالات زیادی پیرامون ســنکرونیزاسـیونOFDM ارائه شده است. Van de Beek [۶١] در سال ١٩٩٧روشی را با استفاده از خاصیت پیشوند تناوبی سمبلOFDM ارسالی ارائه کرد که می تواند انحراف زمانی و فرکانسی را از سیگنال باند پایه دریافتی در گیرنده قبل از بلاک FFT تخمین بزند. این روش نیازی به استفاده از سمبل های آموزشی و همچنین پهنای باند اضافی ندارد اما رنج تخمین آن کمتر از نصف فاصله زیرحامل ها از هم است. این تکنیک بسیار وابسته به طول پیشوند تناوبی است ولازم است که طول پیشوند تناوبی بزرگتر از پاسخ ضربه کانال باشد. T. M. Schmidl and D. C. Cox، [١٧] در سال ١٩٩٧روش دیگری برای تخمین انحراف فرکانسی سنکرونیزاسیون زمانی سمبل ارائه دادند که نیاز به دو سمبل آموزشی دارد. او با استفاده از یک سمبل ویژه که در نصف پریود سمبل تکرار می شود روشی جهت همزمانی سمبل و انحراف فرکانسی حامل ارائه داد. در سال ۵٢٠٠ توسط J. Kim, J. Noh and K. Chang ، ۶
[٢٩,٢٨] یک روش بهبود یافته T. M. Schmidl and D. C. Cox بیان شد که فقط از یک سمبل آموزشی باچهار بخش مشخص از هم تشکیل شده است و سطح نامشخص تخمین انحراف زمانی را کاهش می دهد.
همچنین عملکرد بهتری نسبت به روش های قبلی دارد.
البته روش دیگری هم به نام روش کور یا Blind وجود داردکه تخمین انحراف فرکانسی را بدون استفاده از سمبل های آموزشی انجام می دهد وصرفاً با استفاده از اطلاعات آماری سیگنال وکانال و یک سری محاسبات پیچیده تخمین را بهبود می بخشد.این روش به دلیل عدم استفاده از پهنای باند اضافی جهت سنکرونیزاسیون وصرفاً استفاده از یک سری محاسبات پیچیده دارای نتایج زیاد جالبی نیست.
ما در این پایان نامه بعد از معرفی OFDM وسنکرونیزاسیون آن به بررسی و شبیه سازی الگوریتم های سنکرونیزاسیون زمانی سمبل پرداخته ایم. ساختار پایان نامه به این صورت است که فصل اول اختصاص به کلیاتی در مورد پارامترهای انتشار رادیویی و ساختار سیستم های چند حاملی و مشخصات کانال های چند مســیره دارد. در فصل دوم به معرفی یک سیستم OFDM و اجزای آن پرداخته ایم. همچنین در این فصل اشاره مختصری به مزایا و معایب این تکنیک خواهد شد. در فصل سوم سنکرونیزاسیون در OFDM و انواع آن بحث شده است. مقدمات شبیه سازی یک سیستم OFDM در فصل چهارم ارائه خواهد شد. در فصل پنجم ضمن انجام شبیه سازی سیستم OFDM به بررسی سنکرونیزاسیون زمانی نیمه دقیق سمبل و سنکرونیزاسیون زمانی دقیق سمبل پرداخته شده است. بالاخره در فصل شـشم نتیجه گیری و موارد قابل تحقیق در جهت رسیدن به سنکرونیزاسیون زمانی دقیق سمبل پیشنهاد می گردد.

نتیجه گیری
ما در این پایان نامه به معرفی سیستم OFDMپرداختیم و مباحث مختلف آن شامل فاصله زمانی محافظ، به کارگیری تبدیل فــوریه، مسائل مربوط به همزمانی و تخمین کانال را بیان کردیم. در مجموع م ی توان گفت، OFDM برای ارسال نرخ بیت بالای اطلاعات در کانالهای چند مسیره بسیار کاراست.
خصوصیت ممتاز راندمان طیفیOFDM، ای ن تکنیک را انتخابی ممتاز برای نسل آینده ارتباطات بی سیم قرار داده است. با این حال، OFDM مشکلاتی مانند بزرگی نسبت حداکثر توان به توان متوسط (PAPR)، حساسیت به لرزش فرکانس و خطای زمانی را نیز به همراه دارد.
مـــا در ا یـــن تحقیـــق بـــر روی موضـــوعات عمـــده سنکرونیزاســـیون در سیـــستم هـــایOFDM متمرکـــز شـــدیم . انـــواع سنکرونیزاســـیون ماننـــد سنکرونیزاســـیون زمـــانی ســـمبل، سنکرونیزاســـیونفرکانـ سی حامـ ل و سنکرونیزاسـ یون کـ لاک نمونـ ه بـ رداری بـ ا تأکیـ د هـ ای ویـ ژه ای در اخـ تلاف انتخ اب فن اوری ه ای سنکرونیزاس یون ب ین سی ستم ه ای انتق ال پیوس ته و انتق ال ب سته ای بح ث ش دند.
س پس الگ وریتم ه ای سنکرونیزاس یون زم انی س مبل ب ه ط ور خ اص ارائ ه ش دند. هم ان ط ور ک ه ق بلاً گفتیم الگوریتم های همزمانی سمبل به دو دسته تقسیم می شوند:
– ب ر مبن ای همب ستگی: ای ن روش از س اختار ذات ی ســــ ـمبل ه ای OFDM مثـل پی شوند تن اوبی استفاده مـی کنـد. ایـن روش در نبـود گـسترش تـاخیر کانـال خـوب کـار مـی کنـد ولـی در سـرعت هـایزی اد ب ه عل ت گ سترش ت اخیر زی اد، پی شوند تن اوبی تح ت ت اثیر س مبل OFDM قبل ی ق رار م ی گی رد وباع ث ک اهش عملک رد سی ستم م ی ش ود. درای ن الگ وریتم اطلاع ات ب ه کـار رفت ـه جه ت تخم ـینممکن است با ISI آلوده شود که باعث تخمین غیر دقیق می شود.
٢- بر مبنای سمبل های آموزشی(انتقال دو نیمه سمبل یکسان) که در سرعت زیاد باعث افزایش سربار۱ آموزشی می شود و به دلیل انتقال اطلاعات آموزشی پهنای باند هدر می رود.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط