تعیین مشخصه ها و مدل سازی کانال UWB در داخل ساختمان – برق

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی برق
نوع ارائه:تحقیق
تعداد صفحات:23
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

تعیین مشخصه ها و مدل سازی کانال UWB در داخل ساختمان – 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 ……………………………………. ۱
مقدمه …………………….۲
۴ فصل اول – کلیات

۱-۱ مدل اتلاف مسیر …………………..۷
۲-۱ مدل پاسخ ضربه چند مسیری گسسته زمان…………………… ۱۱
۳-۱ تعریف پروژه و اهمیت آن ………………… ۶۱
فصل دوم – سیگنال دهی، اجزا و کانال در سیستم های فوق باند وسیع …….۲۰
۱-۲ شکل موج سیستم های فوق باند وسیع……………..۲۱
۱ -۱-۲ شکل موج گوسی………………۲۲
۲ -۱-۲ شکل موج های متعامد و پالس های هرمتین………….۲۳
۳ -۱-۲ شکل موج های کروی دراز…………….۲۴
۴ -۱-۲ طراحی موج با طیف خاص…………..۲۸
۲-۲ مخابرات سیستم های فوق باند وسیع………………………۳۰
۱ -۲-۲ روش های مدولاسیون…………..۳۰
۲ -۲-۲ قطار پالس……………….۳۴
۳ -۲-۲ فرستنده UWB…….ا…….۳۴
۲-۲- ۴ گیرنده UWB ………..ا……………….۳۵
۵ -۲-۲ روش های دستیابی چندگانه در UWB…………..ا……………….۳۶
۳۷………………………ا………….DSSS و FHSS با UWB مقایسه ۶ -۲-۲
۷ -۲-۲ تداخل……………….۴۰
۳-۲ مدل سازی کانال…………………………..۴۲
۱ -۳-۲ پارامتر های اولیه توصیف کانال………………………..۴۲
۲-۳-۱- ۱ تعداد مؤلفههای چند مسیری………………………….۴۲
۲-۳-۱- ۲ تأخیر چند مسیری………………………۴۳
۲-۳- ۱- ۳ فیدینگ دامنه مؤلفه های چند مسیری……………………………..۴۴
۲-۳- ۱- ۴ زمان ورود مؤلفه های چند مسیری………………..۴۴
۲ -۳-۲ مدل اتلاف مسیر………………………..۴۶
۲-۳- ۲- ۱ تلفات فضای آزاد……………………۴۷
۲-۳- ۲- ۲ انعکاس……………………۴۷
۲-۳- ۲- ۳ شکست ……………………….۴۷
۲-۳- ۲- ۴ در هم ریختگی ………………………..۴۷
۲-۳- ۲- ۵ جذب…………………………………۴۸
۳-۳ -۲ مدلی ساده برای اتلاف مسیر فضای آزاد……………………………۴۸
۴-۳ -۲ مدل اتلاف مسیر براساس انتشار دو شعاعی UWB………ا………………..۴۹
۲-۳- ۴- ۱ تأثیر اتلاف مسیرِ فرکانس انتخابی در انتقال UWB ………………ا………….۵۳
فصل سوم – اندازه گیری و شبیــه سازی الگوریتم کلین و مدل S-V……………ا………… ۵۵
۱-۳ اندازه گیری……………………۵۶
۲-۳ الگوریتم کلین………………………………..۶۱
۳-۳ سه پارامتر کلیدی…………………………..۶۵
۴-۳ مدل شناخته شده S-V………….ا………….۶۸
فصل چهارم – شبیــه سازی مدل پیشنهادی و بهبود آن……………………. ۷۵
۱-۴ مدل پارامتر ها…………………………………………..۷۶
۴-۱- ۱ بخش یقینی مدل……………………….۷۶
۲-۱ -۴ بخش آماری مدل………………………………۷۷
۲-۴ توصیف متوسط پروفایل توان تأخیر با استفاده از تابع توانی……………………۸۰
۴-۳ مقایسه نتایج شبیه سازی ها …………………………..۸۲
فصل پنجم- نتیجه گیری و پیشنهادها………۸۷

۱-۵ نتیجه گیری و جمع بندی…………………….۸۸
۵-۲ پیشنهادها…………………………………..۹۰
فهرست منابع انگلیسی………………………۹۱
چکیده انگلیسی ……………………………. ۹۷

چکیده
در سال های اخیر سیستم های فوق باند وسیع (فرا پهن باند) به دلیل مزیت های بسیاری که در مقایسه بـاسایر سیستم های مخابراتی دارد، مورد توجه قرار گرفته است. کمیسیـــــــــــــون مخـابرات فـدرال پهنـای بانـدGHz1/3تا GHz6/01 را به سیستم های فوق باند وسیع اختصاص داده است. به منظور استفاده بهینه از ایـن پهنـایباند، شناخت دقیق کانال UWB ضروری است. سیگنال های UWB متشکل از یک سری پالس هـای فـوق کوتـاه بـاچگالی طیفی توان کم است. بنابراین سیگنال دریافتی ترکیبی از مؤلفه های چند مسـیری اسـت کـه شـکل تخریـبشده ای نسبت به سیگنال ارسالی دارد. این مؤلفه های چند مسیری متفاوت، بـه وسـیله تـأخیر، فـاز و دامنـه هـایمختلفی مشخص می شوند که مدل کردن این سه پارامتر توصیف کننده چند مسیری (یعنـی تـأخیر، فـاز و دامنـه)، همان مدل کردن کانال است. دستیابی به مدل دقیقی از کانال لازمه طراحی ایـن گونـه سیسـتم هـا اسـت. در ایـنتحقیق با استفاده از الگوریتم کلین پاسخ کانال را از داده های حاصل از آزمایش تجربی استخراج نمـوده ایـم. سـپستابع توزیع تجمعی سه پـارامتر کلیدی کانـال را برای این دادهـا، مدل شناخته شده S-V، مـدل دو دسته ای و مدل دودسته ای اصلاح شده به دست می آوریم. سرانجام توابع توزیع تجمعی به دست آمده برای سه مـدل را بـا یکـدیگرمقایسه نموده و خواهیم دید که توابع توزیع تجمعی مربوط به مدل دودسته ای اصلاح شده نسـبت بـه مـدلS-V و مدل دودسته ای در حالت داخل ساختمان، که فرستنده و گیرنده در دید مستقیم هم قـرار دارنـد، بـه توابـع توزیـع تجمعی حاصل از مقادیر آزمایش تجربی نزدیک تر است به گونه ای که در مـدل دو دسـته ای اصـلاح شـده، خطـاینسبی متـوسط پـارامتر های تأخیر اضافی میانگین و گستره تأخیر مؤثر و “”NP10dB در قیاس با مدل دودسته ای بـهترتیب ۲/۴ درصد ،۵۴/۰ درصـد، ۱۱/۱۴ درصـد و در مقایسـه بـا مـدلS-V بـه ترتیـب۵/۹ درصـد،۶۹/۶ درصـدو۸۳/۱۴درصد کاهش می یابد و درنتیجه پاسخ ضربه مدل دودسته ای اصلاح شده برای توصیف کانال سیسـتم هـایفوق باند وسیع در حالت LOS نسبت به مدل S-V و مدل دودسته ای مناسب تر است.
کلید واژه ها: سیستم های فوق باند وسیع، انتشار کانال، مدل S-V، پروفایل توان تأخیر.

مقدمه
محیط انتشاری که سیگنال از فرستنده تا گیرنده از آن می گذرد، کانال نامیده می شود. هرچه این محیط دقیق تر شناخته شود، بهتر می توان سیستم را طراحی کرد و در نتیجه به عملکرد مناسب تری رسید.
محیط انتشار سیستم های UWB معمولاً محیط داخل ساختمان و شلوغ است و در نتیجه سیگنال ارسالی در این کانال مانند سایر کانال های بی سیم از مسیرهای مختلفی به گیرنده می رسد که بر این اساس با پدیده چند مسیری روبه رو می شود. اگر یک تک پالس به کانال دارای فیدینگ وارد شود، قطاری از پالس از آن خارج خواهد شد که هر کدام یک مؤلفه چند مسیری است. اگر تأخیر زمانی بین مؤلفه ها از عکس پهنای باند کانال بزرگ تر باشد، مؤلفه ها قابل تفکیک اند. پهنای باند وسیع سیستم های UWB به گیرنده این امکان را می دهد کـــــه مؤلفه های مختلف را از هم تفکیک کند.
یکی از پارامترهای مهم کانال دارای فیدینگ، مجموع تأخیر انتشار آن است که تعریف آن اختلاف بین
اولین و آخرین پالس دریافتی از کانال در اثر تحریک تک پالس است. پاسخ ضربه کانال به طور تصادفی با زمان تغییر می کند. بنابراین تأخیر کانال هم متغیری تصادفی است. یکی دیگر از پارامترهای توصیف کانال پروفایل توان تأخیر است. از روی این پروفایل پارامترهای کلیــــدی: تأخیر اضافی میانگین و گستره تأخیر مؤثر و “”NP10dB بـــه دست می آید. مدل های مختلفی برای توصیف کانال سیستم هـای فوق بـانـد وسیع پیشنهاد شده است کــه کـمیــــته IEEE 802.15.3a”” پس از بررسی آنها و مقایسه با اندازه گیری های انجام شده در مورد این کانال، مدلی که اولین بار توسط “Saleh – Valenzuela” معرفی شده را پذیرفته است. مدل ارایه شده در این تحقیق مانند اکثر کارهای انجام شده در مقالات بر اساس همان تعریف مدل S-V از کانال سیستم های فوق باند وسیع با پاره ای از تغییرات است. در این تحقیق با تمرکز برای حالت LOS و در داخل ساختمان به دنبال آن هستیم تا هم دقت را بهبود بخشیم و هم برخی نقص های مدل S-V را کم اثر کنیم.
در فصل اول درمورد کانال سیستم های فوق باند وسیع و چند نمونه از کارهایی که در این مورد انجام شده است بحث می شود بعد از آن تعریف وضرورت پروژه توضیح داده خواهد شد. در بخش اول از فصل دوم در مورد تئوری سیستم های فوق باند وسیع، شامل سیگنال دهی، طراحی موج با طیف خاص، روش های مدولاسیـــون بحث می شود و نیز اشاره ای به فرستنده ،گیرنده، روش های دستیابی چندگانه و تـداخـل در ایـن سیـستـم هـا می شود. بخش دوم از این فصل به کانال سیستم های فوق باند وسیع اختصاص دارد. فصـل سـوم درباره شرایط اندازه گیری، شرح و شبیه سازی الگوریتم کلین برای استخراجِ پاسخ کانال از مقادیر اندازه گیری شـده و تحقق مدل S-Vاست. در چهارمین فصل از مدل دو دسته ای و اصلاح آن و شبیه سازی های مربوط به آن ها و مقایسه آن ها با مدل S-V سخن می گوییم. سرانجام در آخرین فصل به نتیجه گیری و ارایه پیشنهادات می پردازیم. خاطر نشان می شود که تمام شبیه سازی ها در محیط “MATLAB” انجام شده است.

نتیجه گیری و جمع بندی
همان طور که پیشتر آمد، سیستم های فوق باند وسیع دارای مزیت های منحصر به فردی هستند. استفاده بهینه از این مزیت ها بدون شناخت دقیق از کانال امکان پذیر نیست. منظور از شناخت کانال، شناخت تخریب ها ،تغییر ها، تضعیف ها، تهاجم ناشی از سایر امواج الکترومغناطیسی و سایر عوامل است. وقتی به این شنـــــاخت دست یابیم، می توانیم کانال و اثرات آن را با مدل دقیق بیان کنیم. مدل دقیق هم مدلی است که تمامی خصوصیات و مشخصات مهم کانال را در بر گیرد. بدون داشتن مدل دقیق کانال نمی توان سیستم را به طور بهینه طراحی کرد.
کارهای زیادی برای مدل کردن کانال سیستم های فوق باند وسیع انجام شده است. عمده ی این کارها بر اساس مدل اتلاف مسیر و مدل پاسخ ضربه چند مسیری گسسته زمان است. البته این مدل ها فقط مختص به سیستم های فوق باند وسیع نیستند.
در سیستم های باند باریک مدل اتلاف مسیر با یک قانون توانی وابسته به مسافت بین فرستنده تا گیرنده LI = ³Žè مدل میشود، این رابطه با آزمون و خطا و از روی دادههای جمـــع آوری شده از طریـــق آزمایش
تجربی به دست آمده است. در انتشار کانال UWB، وابستگی فرکانسی یک مانع برای استفاده از مدل های مشـابه کانال های باند باریک است. به عبارتی مدل هایی که در آن اثر فرکانس نادیده گرفته شده است، قابل استفاده در سیستم های باند پهن نیستند. بهترین و کامل ترین مدلی که بر اساس مدل پاسخ ضربه چند مسیری گسسته زمان بیان شده، مدل S-V است. این مدل نشان داد که مؤلفه های چند مسیری به شکل دستـــه ای وارد می شوند ،دسته هایی کـــــــــه هرکدام متشکل از چندین پرتو هستند. نا گفته نماند که این مدل توسط کمیتــــــــــه
IEEE 802.15.3a”” به عنوان استاندارد برای توصیف کانال سیستم های فوق باند وسیع پذیرفته شده است.
مدل S-V مدلی است که برای توصیف کانال بر اساس آن، نیازمند به ۴ پارامتر Γ, Λ, γ, λ هستیم. این مقادیر بر اساس مقایسه با داده های اندازه گیری شده در شرایط مختلف، مثل اتاق مسکونی، اتاق اداری، محیط بیرون و… استاندارد سازی و با جدول هایی گزارش شده است. بنابراین برای کار کردن با مدل، چاره ای جز رجوع به این جدول ها نداریم. وابستگی به این جدول ها در شرایطی می تواند مشکل ساز باشد. به عنوان مثال قرار گرفتن شیئی مانند یک ورقه فلز در گوشه ای از اتاق که ابعاد آن در مقایسه با ابعاد اتاق قابل ملاحظه باشد، می تواند
پارامتر های جدول را بی دقت کند و یا اینکه بخواهیم از این مدل برای مکانی که اندازه گیری برای آن انجام نشده ،استفاده کنیم. همچنین این مدل برای توصیف انتشار در کانال های NLOS در محیط داخل مناسب تر است. و نیز یکی دیگر از مشکلات به کار گیری مدل S-V، تعیین دسته هاست. این کار الگوریتم های خاص به خود را می طلبد.
یکی از این الگوریتم ها به اختصار در ذیل می آید[۴۸]:
۱- گذاشتن یک سطح آستانه و حذف پرتو های زیر سطح آستانه
۲- تعیین محل بزرگترین پرتو در هر دسته
۳- فیلتر کردن دسته های جعلی
۴- تعین محل دسته ها
برای مرتفع کردن مشکلات فوق مدل دودسته ای را در این تحقیق ارایه کردیم. مدلـــی که مانند عمده کارهای انجام شده در مقالات بر اساس همان تعریف مدل S-V از کانال سیستم های فوق باند وسیع است. در این مدل فقط دو دسته داریم. بنابراین دیگر نیازی به توصیف دسته ها و به دنبال آن نیازی به داشتن پارامترهایی مثل Γ, Λ نداریم. این بدان معناست که وابستگی به پارامترهای جدول، به نصف کاهش یافته است. همچنین به جای این که مانند مدل S-V بهره اولین پرتو از هر دسته را با مقدار متوسط تقریب بزنیم، آن را با استفاده از قوانین فیزیکی به دست آورده و در مدل جایگذاری می کنیم. به جای تولید زمان ورود چندین دسته با استفاده از توزیع های آماری ،به آسانی و با استفاده از قوانین فیزیکی زمان ورود فقط دو دسته را به دست می آوریم. در مدل دودسته ای متوسط پروفایل توان تأخیر با استفاده از تابع نمایی توصیف شد. با نمودار و محاسبات نشان دادیم که متوسط پروفایل توان تأخیر به طور دقیق تر با تابع توانی توصیف می شود. مدل را با استفاده از این نظر تغییر دادیم. همچنین پهنای زمانی بین زمان ورود پرتوها را با توزیع نمایی اصلاح شده مدل کردیم. برای مقایسه نیاز به معیار داشتیم. مقادیر اندازه گیری شده توسط موای وین را به عنوان ملاک قرار دادیم. دقت تولید زمــان مدل ها را از نقطه نظر تأخیر اضافی میانگین و گستره تأخیر مؤثر در مقایسه با معیار سنجیدیم و نیز دقت تولید دامنه مدل ها را از نقطه نظر “”NP10dB در قیاس با معیار بررسی کردیم. شبیه سازی های انجام شده در این تحقیق نشان می دهد که تابع توزیع تجمعی پارامتر “”NP10dB برای مدل دو دسته ای تقریباً مشابه مدل S-V بود. اما تابع توزیـــع تجمـــعی مربوط به تأخیر اضافی میانگین و گستره تأخیر مؤثر در این مدل وضعیت بهتری نسبت به مدل S-V دارد. ولی به وضوح از نمودارهای حاصل از شبیه سازی ها پیداست که تابع توزیع تجمعی هر سه پارامترِ مدل اصلاح شده دو دسته ای در مقایســــه با مدلS-V بـه معیــار نزدیک تر است. به طوری که در مدل دودسته ای اصلاح شده، خطای نسبی متـوسط پـارامتر های تأخیر اضافی میانگین و گستره تأخیر مؤثر و “”NP10dB در قیاس با مدل دودسته ای به ترتیب ۲/۴ درصد ،۵۴/۰ درصد ،۱۱/۱۴درصد و در مقایسه با مدل S-V به ترتیب ۵/۹ درصد ،۶۹/۶ درصد و۸۳/۱۴درصد کاهش می یابد و درنتیجه پاسخ ضربه مدل دودسته ای اصلاح شده برای توصیف کانال سیستم های فوق باند وسیع در حالت دید مستقیم نسبت به مدل S-V و مدل دودسته ای مناسب تر است به عبارت واضح تر در این تحقیق مدلی برای کانال دید مستقیم داخل ساختمان مخابرات فراپهنباند ارائه شد که هم برازش مناسبتری به داده هـا دارد و هم دارای واریانس کمتری است. ناگفته نماند در مدل دوسته ای و دو دسته ای اصلاح شده، حالت دسته ایِ مؤلفه های چند مسیری کم رنگ تر دیده شد. بنابراین ممکن است در صورتی که ارزیابی از نقطه نظر پارامترهایی غیر از سه پارامتر کلیدی تأخیر اضافی میانگین، گستره تأخیر مؤثر و “”NP10dB انجام شود این دو مدل نسبت به مدل S-V دقت کمتری داشته باشند. به هر حال باتوجه به پروفایل تـوان تـأخـیـر حـاصـل از داده های اندازه گیری و نیز نتایج شبیه سازی هـا ونیز توجه به این نکته که مقایسه عمدتـاً از نقطه نظر این سـه پـارامـتر کـلیـدی انجام می شود، می تـوان گفت کـه فرض دودسته ای بودن برای حالت LOS فرض دقیق و قابل قبولی است. البته درحــالت NLOS که مؤلفه مستقیــم نداریم، این فرض دقیق نیست و همان مدل S-V مناسب تر است.

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