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«

چكيده
مقدمه

فصل اول-كليات

مقدمه
-٢- پارامترهاي انتشار راديويي
١-٢-١- تضعيف
١-٢-٢- پديده فيدينگ ريلي
١-٢-٣- فيدينگ ناشي از انتخاب فركانس
١-٢-۴- گسترش تأخير
1- ٢-۵- شيفت داپلر

٢-٢- اصول اساسي OFDM
2- – مدولاتور و دمدولاتور OFDM
٢-۴- پياده سازي OFDM با استفاده از تبديل فوريه گسسته
٢-۵- فاصله زماني محافظ
٢-۶- پنجره بندي
٢-٧- همزماني ٣۵
٢-٨- فرستنده و گيرنده سيستم OFDM ٧۵
٢-٩- تخمين كانال ٩۵

2-10- مقايسه OFDM با سيستم هاي تك حاملي
2-10-1- مزاياي OFDM
2-10-2- معايب OFDM

فصل سوم- سنكرونيزاسيون در OFDM
٣-١- مقدمه
3-3-2- سنكرونيزاسيون زماني دقيق سمبل در سيستم پيوسته
3-3-3- سنكرونيزاسيون زماني سمبل در سيستم بسته اي
٣-٣- – مدل كنترلي سنكرونيزاسيون زماني سمبل
3- – سنكرونيزاسيون فركانسي حامل
٣-۴-١- الگوريتم هاي بازيافت فركانسي حامل
٣-۴-٢- اجزاء انحراف فركانسي حامل
٣-۴-٢-١- قسمت صحيح انحراف فركانسي حامل
٣-۴-٢-٢- قسمت اعشاري نيمه دقيق انحراف فركانسي حامل
٣-۴-٢-٣- قسمت اعشاري دقيق انحراف فركانسي حامل
٣-۴-٢-۴- قسمت كنترلي انحراف فركانسي حامل
٣-۴-٢-۵- انحراف فركانسي حامل در سيستم انتقال بسته اي
٣-۵- سنكرونيزاسيون كلاك نمونه برداري
٣-۶- الگوريتم هاي تخمين توأم

فصل چهارم- مقدمات شبيه سازي يك سيستم OFDM

۴-۴- شبيه سازي كانال فيدينگ ريلي
فصل پنجم- شبيه سازي سيستم OFDM و بررسي سنكرونيزاسيون
۵-١- مقدمه
۵-٢- پارامتر هاي شبيه سازي
۵-٣- الگوريتم تخمين همزماني سمبل با استفاده از پيشوند تناوبي وشبيه سازي آن
۵-۴- الگوريتم تخمين همزماني سمبل با استفاده از سمبل آموزشي وشبيه سازي آن
۵-۵- روش بهبود يافته تخمين همزماني سمبل با استفاده از سمبل آموزشي ويژه وشبيه سازي آن

فصل ششم- نتيجه گيري و پيشنهادها

۶-١- نتيجه گيري
۶-٢- پيشنهادها

علائم اختصاري

منابع فارسي

منابع لاتين

چكيده انگليسي

چكيده
انتشار چند مسيره از مهمترين عوامل محدود كننده ارسال اطلاعات با نرخ بيت بالاست. OFDM يكي از مناسبترين تكنيك هاي ارسال با نرخ بيت بالا از طريق كانال هاي انتخابگر فركانسي است كه با تقسيم سمبل هاي ارسالي بين چندين زير حامل وارسال همزمان آنها در مقابله با انتشار چند مسيره بسيار مقاوم وكاراست. با رشد روز افزون سيستم هاي پرظرفيت، كاربردهاي اين تكنيك روز به روز افزايش مي يابد. با اين حال روش OFDM مشكلاتي از قبيل حساسسيت به خطاهاي همزماني فركانسي و زماني و نويز فاز و بزرگي نسبت حداكثرتوان به توان متوسط(PAPR) را نيز به همراه دارد.
سنكرونيزاسيون مهمترين موضوع در تمام سيستمهاي مخابرات ديجيتال خصوصاً در سـيسـتم هاي OFDM است. خطاهاي ســنكرونيزاسيون نه تنها باعث تداخل بين ســمبلها(ISI) مي شود بلكه باعث تداخل بين حاملها(ICI) نيز مي شود. در اين پروژه ابتدا به معرفي سيستم OFDM مي پردازيم سپس مشكلات عدم همزماني در OFDM و انواع سنكرونيزاسيون در OFDM را بيان مي كنيم. در نهايت به بررسي و شبيه سازي الگوريتم تخمين همزماني سمبل بااستفاده از پيشوند تناوبي مي پردازيم و بعد الگوريتم تخمين همزماني سمبل با استفاده از سمبل آموزشي ويژه را شبيه سازي مي كنيم. براي اين كار ابتدا به معرفي يك متريك زماني براي سمبل آموزشي ويژه مي پردازيم و با اسـتفاده از آن نقطه شــروع ســمبل OFDM را به دسـت مي آوريم. سپس با اصلاح متريك زماني كه منجر به تعريف متريك زماني دوم مي شود سطح نامشخص تخمين انحراف زماني را كاهش مي دهيم. همچنين عملكرد بهتر روش ســنكرونيزاسـيون زماني دوم نسبت به روش اول با نمودارهايBER وSER برحسب SNR هاي مختلف بررسي شده است.

مقدمه
دورنماي مخابرات نايل شدن به تكنيك هايي است كه نرخ انتقال بالاي اطلاعات را در محيط هاي مختلف بي سيم فراهم آورد. اين محيط ها مي توانند شامل مشخصه هاي چند مسيرگي، فيدينگ، نويز جمع شونده، و بالاخره تغييرات زماني كانال و يا به عبارتي شيفت داپلر باشند. امواج الكترومغناطيسي با مشخصه هاي مناسب انتشار در فضا، امكان ايجاد ارتباط بي سيم را تا مسافتهاي چندين كيلومتري با سرعت و پهناي باند مختلف فراهم مي كنند. سيستمهاي پخش گسترده راديويي و تلويزيوني با برد بالا نمونه هايي از كاربرد چنين سيستم هايي هستند. نسل اول سيستمهاي بي سيم (بخصوص مخابرات سيار) تا سال ١٩٩٠، به منظور ايجاد ارتباط صوتي و ارسال داده با حداكثر نرخ بيت kbps 2.4 استفاده مي شد. درچند سال اخير مخابرات بي سيم رشد چشم گيري داشته است. نرخ رو به رشد فناوريهاي تلفنهاي سيار، شبكه هاي WLAN١ و اينترنت موجب افزايش تقاضا جهت كسب ظرفيت بالا در شبكه هاي بي سيم گشته است[١].
در حال حاضر اكثر سيستم هايWLAN از استاندارد 802.11IEEE استفاده مي كنند كه حداكثر نـــرخ داده اي به انـــدازه Mbps 11 را ارائـــه مي دهند. اســتاندارد هاي جديــدترWLAN مثلIEEE 802.11. a كه مبتني بر فناوري OFDM2 هستند نرخ داده هاي بالاتر از Mbps 54 را حمايت مي كنند. درآينده نه چندان دور سيستم هاي WLAN به پهناي باندي بيشتر از Mbps 100 نيازمند خواهند بود. بنابراين اصلاح طيفي و افزايش ظرفيت داده در سيستم هاي OFDM در كاربردهاي WLAN بسيار با اهميت است.
همگرايي سرويس هاي دسترسي به اينترنت و فناوري مخابرات سيار با كاربردهاي چند رسانه اي صوت و تصويركيفيت بالا در آينده نزديك ديده مي شود. مخابرات سيار نسل دوم(G2) مانند GSM3 سرعت هاي خيلي پاييني براي ارسـال داده (kbps 14.4- 9.6) فراهم آورد ه و هزينه بالايي در بر دارند كه در نتيجه،
سودمندي اين سرويس را كاهش مي دهد. هدف مخابرات سيار نسل سوم و چهارم فراهم آوردن محدودهوسيعي از سرويس ها با نرخ داده بالا از قبيل ارائه سرويس هاي صوتي و تصويري باكيفيت بالا رويمخابرات سيار ، تلفن هاي تصويري و دسترسي پرسرعت به اينترنت است. سيستم هاي مخابرات سيار نسل سوم(G3) مانند UMTS 1 نرخ داده بالاتري (kbps-2Mbps64) نسبت به مخابرات سيار هاي نسل دوم مانند 95-IS وGSM ارائه مي دهند. همچنين سيستم مخابرات سيار نسل دوم فقط جهت سرويس هاي صوتي منظور شده است در حالي كه سيستم مخابرات سيار نسل سوم به سرويس هاي داده علاوه بر صوت تمايل دارد. سيستم مخابرات سيار نسل سوم از W-CDMA 2به عنوان روش مدولاسيون استفاده ميكند. اين مدولاسيون مقاومت خوبي در برابر اثرات چند مسيري داشته و همچنين نرخ داده انعطاف پذير و راندمان طيف بالائي را داراست. نرخ داده بالاتر سبب ايجاد سرويس هاي جديدتر از قبيل ارتباط بي سيم كامپيوترها، گزارش گيري از راه دور، دوربين هاي بيسيم مبتني برWeb و سيستم هاي هدايتگر اتومبيل روي اتصال دائمي شبكه، شده است.
تقاضاي استفاده از طيف راديويي به شدت در حال افزايش است و سيستم هاي مخابرات سيار زميني فقط يكي از چند كاربرد رقيب براي پهناي باند مقتضي هستند. اين كاربردها نيازمند بودند كه سيستم راديويي مربوطه به صورت مطمئن محيط هاي با ديد غيرمستقيم (NLOS)3 با فاصله انتشارKm 30- 0.5 و سرعتي حدود km/hr100 يا بيشتر را حمايت كند و چنانچه در فركانسي بالاي فركانس مربوطه عمل شود افت مسير زيادي خواهيم داشت و همچنين شيفت داپلر بالاتر، در سرعت هاي بالا نيز اضافه خواهد شد. از محدوديت هاي مهم سيستم مخابرات سيار نسل سوم ارائه سرويس با نرخ بيت بالا ولي با هزينه بالاست.
OFDMكانديداي لايه فيزيكي سيستمهاي مخابرات سيار نسل چهارم(G4) است. در حال حاضر تحقيقات زيادي روي سيستمهاي مخابرات سيار نسل چهارم در حال انجام است. اين سيستمها احتمالاً بين سال هاي ٢٠١٢-٢٠٠٨ گسترش خواهن د يافت و جايگزين نسل سوم خواهند شد. تا به حال تعدادكمي ازاهداف شبكه هاي نسل چهارم منتشر شده است گرچه كاربردها و قابليت هاي نسل سوم را گسترشخواهند داد و دسترسي جهاني بهبود يافته اي را ارائه خواهند داد.كاربردهاي شبكه هاي نسل چهارم مثل ١Mbps) HDTV20- 4) و شبكه هاي بي سيم كامپيوتري (Mbps100- 1) است. البته جهت پوشش دادن اين سرويس ها بايد هزينه هاي سرويس دهي نسبت به نسل سوم كاهش يابد. علاوه بر نرخ داده بالا بايدكيفيت سرويس دهي(QoS)٢ بالا نيز نسبت به سيستم هاي سلولي رايج انجام شود. درسيستم هاي سلولي نسل سوم ايـن درصـد بين۵٩-٩٠ درصد پوشش است[٢] يعني ارتباط شبكه مي تواند روي ۵٩-٩٠ درصد سطح سلول حاصل شود. اين مقدار براي شبكه هاي WLAN كافي نيست. براي شبكه هاي نسل چهارم اين درصد به محدوده ۵/٩٩- ٩٨رسيده است. جهت دستيابي به اين سطح از سرويس دهي نيازمنديم تا سيستم مخابراتي بسيار منعطف و انطباق پذير باشد. در بسياري از كاربردها، حفظ اتصال شبكه از دستيابي به نرخ داده واقعي، مهمتر است. هرچند محيط انتقال در بهترين شرايط مي تواند تا نرخ بيتهاي Mbps20 را حمايت كند ولي اگر مسير انتقال خيلي ضعيف باشد، براي مثال در يك زير زمين از ساختمان، جهت حفظ و پايداري لينك بايد نرخ داده كاهش يابد. بنابراين براي شرايط حساس و محدود، نرخ داده ممكن است تا kbps1 هم كاهش يابد. به عنوان يك پيشنهاد جهت كاربردهايي كه نيازمند نرخ داده ثابت هستند كيفيت سرويس دهي مي تواند توسط تخصيص منابع اضافي به كاربران در ازاي مسير انتقال ضعيف اصلاح شود. به طور كلي براي شبكه هاي بي سيم پرظرفيت يك گزينه بسيار مناسب، مدولاسيون چند حاملي3 و ب ه ويژه تكنيك تقسيم فركانسي متعامدOFDM است[١].
يكي از مناسبترين تكنيك هاي ارسال پرسرعت و مطمئن4 از طريق كانال هاي با فيدينگ چندمسيري استفاده از مدولاسيون OFDM است كه در دهه اخير مورد توجه فراواني قرار گرفته است. اين  مدولاسيون چندحاملي، يك جريان داده با نرخ بالا را به چندين جريان با نرخ پايين تر تبديل مي كند كه بهصورت همزمان توسط چند زيرحامل ارسال مي شوند. به اين ترتيب پهن شدگي در زمان، كه ناشي ازتأخير چند مسيري كانال است، تقليل مي يابد و امكان بالا بردن نرخ داده فراهم مي گردد. اگر چه معايبي هم در سيستم هاي OFDM ظاهر شده است كه مهمترين آنها حساسيت به خطاهاي همزماني است.
خــطاهــاي سـنكرونـيـزاسـيون نه تنهــــا باعث تداخـل بين ســـمبل ها(ISI) مي شود بلكه باعث تداخل بين حامل ها (ICI) نيز مي شود. بنابراين در اين تحقيق بر روي موضوع سـنكرونـيـزاسـيون در سيستم هاي OFDM متمركز مي شويم. سنكرونيزاسيون در سيستم هاي OFDM شامل سنكرونيزاسيون زماني سمبل، سنكرونيزاسيون فركانسي حامل و سنكرونيزاسيون كلاك نمونه برداري است. الگوريتم هاي سنكرونيزاسيون به دو دسته تقسيم مي شوند:
1- بر مبناي همبستگي (استفاده از پيشوند تناوبي) كه در سرعت هاي زياد به علت گسترش تاخير زياد باعث كاهش عملكرد سيستم مي شود[١٣]
2- بر مبناي سمبل هاي آموزشي كه به دليل انتقال اطلاعات آموزشي پهناي باند هدر مي رود.
مقالات زيادي پيرامون ســنكرونيزاسـيونOFDM ارائه شده است. Van de Beek [۶١] در سال ١٩٩٧روشي را با استفاده از خاصيت پيشوند تناوبي سمبلOFDM ارسالي ارائه كرد كه مي تواند انحراف زماني و فركانسي را از سيگنال باند پايه دريافتي در گيرنده قبل از بلاك FFT تخمين بزند. اين روش نيازي به استفاده از سمبل هاي آموزشي و همچنين پهناي باند اضافي ندارد اما رنج تخمين آن كمتر از نصف فاصله زيرحامل ها از هم است. اين تكنيك بسيار وابسته به طول پيشوند تناوبي است ولازم است كه طول پيشوند تناوبي بزرگتر از پاسخ ضربه كانال باشد. T. M. Schmidl and D. C. Cox، [١٧] در سال ١٩٩٧روش ديگري براي تخمين انحراف فركانسي سنكرونيزاسيون زماني سمبل ارائه دادند كه نياز به دو سمبل آموزشي دارد. او با استفاده از يك سمبل ويژه كه در نصف پريود سمبل تكرار مي شود روشي جهت همزماني سمبل و انحراف فركانسي حامل ارائه داد. در سال ۵٢٠٠ توسط J. Kim, J. Noh and K. Chang ، ۶
[٢٩,٢٨] يك روش بهبود يافته T. M. Schmidl and D. C. Cox بيان شد كه فقط از يك سمبل آموزشي باچهار بخش مشخص از هم تشكيل شده است و سطح نامشخص تخمين انحراف زماني را كاهش مي دهد.
همچنين عملكرد بهتري نسبت به روش هاي قبلي دارد.
البته روش ديگري هم به نام روش كور يا Blind وجود داردكه تخمين انحراف فركانسي را بدون استفاده از سمبل هاي آموزشي انجام مي دهد وصرفاً با استفاده از اطلاعات آماري سيگنال وكانال و يك سري محاسبات پيچيده تخمين را بهبود مي بخشد.اين روش به دليل عدم استفاده از پهناي باند اضافي جهت سنكرونيزاسيون وصرفاً استفاده از يك سري محاسبات پيچيده داراي نتايج زياد جالبي نيست.
ما در اين پايان نامه بعد از معرفي OFDM وسنكرونيزاسيون آن به بررسي و شبيه سازي الگوريتم هاي سنكرونيزاسيون زماني سمبل پرداخته ايم. ساختار پايان نامه به اين صورت است كه فصل اول اختصاص به كلياتي در مورد پارامترهاي انتشار راديويي و ساختار سيستم هاي چند حاملي و مشخصات كانال هاي چند مســيره دارد. در فصل دوم به معرفي يك سيستم OFDM و اجزاي آن پرداخته ايم. همچنين در اين فصل اشاره مختصري به مزايا و معايب اين تكنيك خواهد شد. در فصل سوم سنكرونيزاسيون در OFDM و انواع آن بحث شده است. مقدمات شبيه سازي يك سيستم OFDM در فصل چهارم ارائه خواهد شد. در فصل پنجم ضمن انجام شبيه سازي سيستم OFDM به بررسي سنكرونيزاسيون زماني نيمه دقيق سمبل و سنكرونيزاسيون زماني دقيق سمبل پرداخته شده است. بالاخره در فصل شـشم نتيجه گيري و موارد قابل تحقيق در جهت رسيدن به سنكرونيزاسيون زماني دقيق سمبل پيشنهاد مي گردد.

نتيجه گيري
ما در اين پايان نامه به معرفي سيستم OFDMپرداختيم و مباحث مختلف آن شامل فاصله زماني محافظ، به كارگيري تبديل فــوريه، مسائل مربوط به همزماني و تخمين كانال را بيان كرديم. در مجموع م ي توان گفت، OFDM براي ارسال نرخ بيت بالاي اطلاعات در كانالهاي چند مسيره بسيار كاراست.
خصوصيت ممتاز راندمان طيفيOFDM، اي ن تكنيك را انتخابي ممتاز براي نسل آينده ارتباطات بي سيم قرار داده است. با اين حال، OFDM مشكلاتي مانند بزرگي نسبت حداكثر توان به توان متوسط (PAPR)، حساسيت به لرزش فركانس و خطاي زماني را نيز به همراه دارد.
مـــا در ا يـــن تحقيـــق بـــر روي موضـــوعات عمـــدة سنكرونيزاســـيون در سيـــستم هـــايOFDM متمركـــز شـــديم . انـــواع سنكرونيزاســـيون ماننـــد سنكرونيزاســـيون زمـــاني ســـمبل، سنكرونيزاســـيونفركانـ سي حامـ ل و سنكرونيزاسـ يون كـ لاك نمونـ ه بـ رداري بـ ا تأكيـ د هـ اي ويـ ژه اي در اخـ تلاف انتخ اب فن اوري ه اي سنكرونيزاس يون ب ين سي ستم ه اي انتق ال پيوس ته و انتق ال ب سته اي بح ث ش دند.
س پس الگ وريتم ه اي سنكرونيزاس يون زم اني س مبل ب ه ط ور خ اص ارائ ه ش دند. هم ان ط ور ك ه ق بلاً گفتيم الگوريتم هاي همزماني سمبل به دو دسته تقسيم مي شوند:
– ب ر مبن اي همب ستگي: اي ن روش از س اختار ذات ي ســــ ـمبل ه اي OFDM مثـل پي شوند تن اوبي استفاده مـي كنـد. ايـن روش در نبـود گـسترش تـاخير كانـال خـوب كـار مـي كنـد ولـي در سـرعت هـايزي اد ب ه عل ت گ سترش ت اخير زي اد، پي شوند تن اوبي تح ت ت اثير س مبل OFDM قبل ي ق رار م ي گي رد وباع ث ك اهش عملك رد سي ستم م ي ش ود. دراي ن الگ وريتم اطلاع ات ب ه كـار رفت ـه جه ت تخم ـينممكن است با ISI آلوده شود كه باعث تخمين غير دقيق مي شود.
٢- بر مبناي سمبل هاي آموزشي(انتقال دو نيمه سمبل يكسان) كه در سرعت زياد باعث افزايش سربار1 آموزشي مي شود و به دليل انتقال اطلاعات آموزشي پهناي باند هدر مي 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