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

چكيده ……………………………………. 1
مقدمه …………………….2
4 فصل اول – كليات

1-1 مدل اتلاف مسير …………………..7
2-1 مدل پاسخ ضربه چند مسيري گسسته زمان…………………… 11
3-1 تعريف پروژه و اهميت آن ………………… 61
فصل دوم – سيگنال دهي، اجزا و كانال در سيستم هاي فوق باند وسيع …….20
1-2 شكل موج سيستم هاي فوق باند وسيع……………..21
1 -1-2 شكل موج گوسي………………22
2 -1-2 شكل موج هاي متعامد و پالس هاي هرمتين………….23
3 -1-2 شكل موج هاي كروي دراز…………….24
4 -1-2 طراحي موج با طيف خاص…………..28
2-2 مخابرات سيستم هاي فوق باند وسيع………………………30
1 -2-2 روش هاي مدولاسيون…………..30
2 -2-2 قطار پالس……………….34
3 -2-2 فرستنده UWB…….ا…….34
2-2- 4 گيرنده UWB ………..ا……………….35
5 -2-2 روش هاي دستيابي چندگانه در UWB…………..ا……………….36
37………………………ا………….DSSS و FHSS با UWB مقايسه 6 -2-2
7 -2-2 تداخل……………….40
3-2 مدل سازي كانال…………………………..42
1 -3-2 پارامتر هاي اوليه توصيف كانال………………………..42
2-3-1- 1 تعداد مؤلفههاي چند مسيري………………………….42
2-3-1- 2 تأخير چند مسيري………………………43
2-3- 1- 3 فيدينگ دامنه مؤلفه هاي چند مسيري……………………………..44
2-3- 1- 4 زمان ورود مؤلفه هاي چند مسيري………………..44
2 -3-2 مدل اتلاف مسير………………………..46
2-3- 2- 1 تلفات فضاي آزاد……………………47
2-3- 2- 2 انعكاس……………………47
2-3- 2- 3 شكست ……………………….47
2-3- 2- 4 در هم ريختگي ………………………..47
2-3- 2- 5 جذب…………………………………48
3-3 -2 مدلي ساده براي اتلاف مسير فضاي آزاد……………………………48
4-3 -2 مدل اتلاف مسير براساس انتشار دو شعاعي UWB………ا………………..49
2-3- 4- 1 تأثير اتلاف مسيرِ فركانس انتخابي در انتقال UWB ………………ا………….53
فصل سوم – اندازه گيري و شبيــه سازي الگوريتم كلين و مدل S-V……………ا………… 55
1-3 اندازه گيري……………………56
2-3 الگوريتم كلين………………………………..61
3-3 سه پارامتر كليدي…………………………..65
4-3 مدل شناخته شده S-V………….ا………….68
فصل چهارم – شبيــه سازي مدل پيشنهادي و بهبود آن……………………. 75
1-4 مدل پارامتر ها…………………………………………..76
4-1- 1 بخش يقيني مدل……………………….76
2-1 -4 بخش آماري مدل………………………………77
2-4 توصيف متوسط پروفايل توان تأخير با استفاده از تابع تواني……………………80
4-3 مقايسه نتايج شبيه سازي ها …………………………..82
فصل پنجم- نتيجه گيري و پيشنهادها………87

1-5 نتيجه گيري و جمع بندي…………………….88
5-2 پيشنهادها…………………………………..90
فهرست منابع انگليسي………………………91
چكيده انگليسي ……………………………. 97

چكيده
در سال هاي اخير سيستم هاي فوق باند وسيع (فرا پهن باند) به دليل مزيت هاي بسياري كه در مقايسه بـاساير سيستم هاي مخابراتي دارد، مورد توجه قرار گرفته است. كميسيـــــــــــــون مخـابرات فـدرال پهنـاي بانـدGHz1/3تا GHz6/01 را به سيستم هاي فوق باند وسيع اختصاص داده است. به منظور استفاده بهينه از ايـن پهنـايباند، شناخت دقيق كانال UWB ضروري است. سيگنال هاي UWB متشكل از يك سري پالس هـاي فـوق كوتـاه بـاچگالي طيفي توان كم است. بنابراين سيگنال دريافتي تركيبي از مؤلفه هاي چند مسـيري اسـت كـه شـكل تخريـبشده اي نسبت به سيگنال ارسالي دارد. اين مؤلفه هاي چند مسيري متفاوت، بـه وسـيله تـأخير، فـاز و دامنـه هـايمختلفي مشخص مي شوند كه مدل كردن اين سه پارامتر توصيف كننده چند مسيري (يعنـي تـأخير، فـاز و دامنـه)، همان مدل كردن كانال است. دستيابي به مدل دقيقي از كانال لازمه طراحي ايـن گونـه سيسـتم هـا اسـت. در ايـنتحقيق با استفاده از الگوريتم كلين پاسخ كانال را از داده هاي حاصل از آزمايش تجربي استخراج نمـوده ايـم. سـپستابع توزيع تجمعي سه پـارامتر كليدي كانـال را براي اين دادهـا، مدل شناخته شده S-V، مـدل دو دسته اي و مدل دودسته اي اصلاح شده به دست مي آوريم. سرانجام توابع توزيع تجمعي به دست آمده براي سه مـدل را بـا يكـديگرمقايسه نموده و خواهيم ديد كه توابع توزيع تجمعي مربوط به مدل دودسته اي اصلاح شده نسـبت بـه مـدلS-V و مدل دودسته اي در حالت داخل ساختمان، كه فرستنده و گيرنده در ديد مستقيم هم قـرار دارنـد، بـه توابـع توزيـع تجمعي حاصل از مقادير آزمايش تجربي نزديك تر است به گونه اي كه در مـدل دو دسـته اي اصـلاح شـده، خطـاينسبي متـوسط پـارامتر هاي تأخير اضافي ميانگين و گستره تأخير مؤثر و “”NP10dB در قياس با مدل دودسته اي بـهترتيب 2/4 درصد ،54/0 درصـد، 11/14 درصـد و در مقايسـه بـا مـدلS-V بـه ترتيـب5/9 درصـد،69/6 درصـدو83/14درصد كاهش مي يابد و درنتيجه پاسخ ضربه مدل دودسته اي اصلاح شده براي توصيف كانال سيسـتم هـايفوق باند وسيع در حالت LOS نسبت به مدل S-V و مدل دودسته اي مناسب تر است.
كليد واژه ها: سيستم هاي فوق باند وسيع، انتشار كانال، مدل S-V، پروفايل توان تأخير.

مقدمه
محيط انتشاري كه سيگنال از فرستنده تا گيرنده از آن مي گذرد، كانال ناميده مي شود. هرچه اين محيط دقيق تر شناخته شود، بهتر مي توان سيستم را طراحي كرد و در نتيجه به عملكرد مناسب تري رسيد.
محيط انتشار سيستم هاي UWB معمولاً محيط داخل ساختمان و شلوغ است و در نتيجه سيگنال ارسالي در اين كانال مانند ساير كانال هاي بي سيم از مسيرهاي مختلفي به گيرنده مي رسد كه بر اين اساس با پديده چند مسيري روبه رو مي شود. اگر يك تك پالس به كانال داراي فيدينگ وارد شود، قطاري از پالس از آن خارج خواهد شد كه هر كدام يك مؤلفه چند مسيري است. اگر تأخير زماني بين مؤلفه ها از عكس پهناي باند كانال بزرگ تر باشد، مؤلفه ها قابل تفكيك اند. پهناي باند وسيع سيستم هاي UWB به گيرنده اين امكان را مي دهد كـــــه مؤلفه هاي مختلف را از هم تفكيك كند.
يكي از پارامترهاي مهم كانال داراي فيدينگ، مجموع تأخير انتشار آن است كه تعريف آن اختلاف بين
اولين و آخرين پالس دريافتي از كانال در اثر تحريك تك پالس است. پاسخ ضربه كانال به طور تصادفي با زمان تغيير مي كند. بنابراين تأخير كانال هم متغيري تصادفي است. يكي ديگر از پارامترهاي توصيف كانال پروفايل توان تأخير است. از روي اين پروفايل پارامترهاي كليــــدي: تأخير اضافي ميانگين و گستره تأخير مؤثر و “”NP10dB بـــه دست مي آيد. مدل هاي مختلفي براي توصيف كانال سيستم هـاي فوق بـانـد وسيع پيشنهاد شده است كــه كـميــــته IEEE 802.15.3a”” پس از بررسي آنها و مقايسه با اندازه گيري هاي انجام شده در مورد اين كانال، مدلي كه اولين بار توسط “Saleh – Valenzuela” معرفي شده را پذيرفته است. مدل ارايه شده در اين تحقيق مانند اكثر كارهاي انجام شده در مقالات بر اساس همان تعريف مدل S-V از كانال سيستم هاي فوق باند وسيع با پاره اي از تغييرات است. در اين تحقيق با تمركز براي حالت LOS و در داخل ساختمان به دنبال آن هستيم تا هم دقت را بهبود بخشيم و هم برخي نقص هاي مدل S-V را كم اثر كنيم.
در فصل اول درمورد كانال سيستم هاي فوق باند وسيع و چند نمونه از كارهايي كه در اين مورد انجام شده است بحث مي شود بعد از آن تعريف وضرورت پروژه توضيح داده خواهد شد. در بخش اول از فصل دوم در مورد تئوري سيستم هاي فوق باند وسيع، شامل سيگنال دهي، طراحي موج با طيف خاص، روش هاي مدولاسيـــون بحث مي شود و نيز اشاره اي به فرستنده ،گيرنده، روش هاي دستيابي چندگانه و تـداخـل در ايـن سيـستـم هـا مي شود. بخش دوم از اين فصل به كانال سيستم هاي فوق باند وسيع اختصاص دارد. فصـل سـوم درباره شرايط اندازه گيري، شرح و شبيه سازي الگوريتم كلين براي استخراجِ پاسخ كانال از مقادير اندازه گيري شـده و تحقق مدل S-Vاست. در چهارمين فصل از مدل دو دسته اي و اصلاح آن و شبيه سازي هاي مربوط به آن ها و مقايسه آن ها با مدل S-V سخن مي گوييم. سرانجام در آخرين فصل به نتيجه گيري و ارايه پيشنهادات مي پردازيم. خاطر نشان مي شود كه تمام شبيه سازي ها در محيط “MATLAB” انجام شده است.

نتيجه گيري و جمع بندي
همان طور كه پيشتر آمد، سيستم هاي فوق باند وسيع داراي مزيت هاي منحصر به فردي هستند. استفاده بهينه از اين مزيت ها بدون شناخت دقيق از كانال امكان پذير نيست. منظور از شناخت كانال، شناخت تخريب ها ،تغيير ها، تضعيف ها، تهاجم ناشي از ساير امواج الكترومغناطيسي و ساير عوامل است. وقتي به اين شنـــــاخت دست يابيم، مي توانيم كانال و اثرات آن را با مدل دقيق بيان كنيم. مدل دقيق هم مدلي است كه تمامي خصوصيات و مشخصات مهم كانال را در بر گيرد. بدون داشتن مدل دقيق كانال نمي توان سيستم را به طور بهينه طراحي كرد.
كارهاي زيادي براي مدل كردن كانال سيستم هاي فوق باند وسيع انجام شده است. عمده ي اين كارها بر اساس مدل اتلاف مسير و مدل پاسخ ضربه چند مسيري گسسته زمان است. البته اين مدل ها فقط مختص به سيستم هاي فوق باند وسيع نيستند.
در سيستم هاي باند باريك مدل اتلاف مسير با يك قانون تواني وابسته به مسافت بين فرستنده تا گيرنده LI = ³Žè مدل ميشود، اين رابطه با آزمون و خطا و از روي دادههاي جمـــع آوري شده از طريـــق آزمايش
تجربي به دست آمده است. در انتشار كانال UWB، وابستگي فركانسي يك مانع براي استفاده از مدل هاي مشـابه كانال هاي باند باريك است. به عبارتي مدل هايي كه در آن اثر فركانس ناديده گرفته شده است، قابل استفاده در سيستم هاي باند پهن نيستند. بهترين و كامل ترين مدلي كه بر اساس مدل پاسخ ضربه چند مسيري گسسته زمان بيان شده، مدل S-V است. اين مدل نشان داد كه مؤلفه هاي چند مسيري به شكل دستـــه اي وارد مي شوند ،دسته هايي كـــــــــه هركدام متشكل از چندين پرتو هستند. نا گفته نماند كه اين مدل توسط كميتــــــــــه
IEEE 802.15.3a”” به عنوان استاندارد براي توصيف كانال سيستم هاي فوق باند وسيع پذيرفته شده است.
مدل S-V مدلي است كه براي توصيف كانال بر اساس آن، نيازمند به 4 پارامتر Γ, Λ, γ, λ هستيم. اين مقادير بر اساس مقايسه با داده هاي اندازه گيري شده در شرايط مختلف، مثل اتاق مسكوني، اتاق اداري، محيط بيرون و… استاندارد سازي و با جدول هايي گزارش شده است. بنابراين براي كار كردن با مدل، چاره اي جز رجوع به اين جدول ها نداريم. وابستگي به اين جدول ها در شرايطي مي تواند مشكل ساز باشد. به عنوان مثال قرار گرفتن شيئي مانند يك ورقه فلز در گوشه اي از اتاق كه ابعاد آن در مقايسه با ابعاد اتاق قابل ملاحظه باشد، مي تواند
پارامتر هاي جدول را بي دقت كند و يا اينكه بخواهيم از اين مدل براي مكاني كه اندازه گيري براي آن انجام نشده ،استفاده كنيم. همچنين اين مدل براي توصيف انتشار در كانال هاي NLOS در محيط داخل مناسب تر است. و نيز يكي ديگر از مشكلات به كار گيري مدل S-V، تعيين دسته هاست. اين كار الگوريتم هاي خاص به خود را مي طلبد.
يكي از اين الگوريتم ها به اختصار در ذيل مي آيد[48]:
1- گذاشتن يك سطح آستانه و حذف پرتو هاي زير سطح آستانه
2- تعيين محل بزرگترين پرتو در هر دسته
3- فيلتر كردن دسته هاي جعلي
4- تعين محل دسته ها
براي مرتفع كردن مشكلات فوق مدل دودسته اي را در اين تحقيق ارايه كرديم. مدلـــي كه مانند عمده كارهاي انجام شده در مقالات بر اساس همان تعريف مدل S-V از كانال سيستم هاي فوق باند وسيع است. در اين مدل فقط دو دسته داريم. بنابراين ديگر نيازي به توصيف دسته ها و به دنبال آن نيازي به داشتن پارامترهايي مثل Γ, Λ نداريم. اين بدان معناست كه وابستگي به پارامترهاي جدول، به نصف كاهش يافته است. همچنين به جاي اين كه مانند مدل S-V بهره اولين پرتو از هر دسته را با مقدار متوسط تقريب بزنيم، آن را با استفاده از قوانين فيزيكي به دست آورده و در مدل جايگذاري مي كنيم. به جاي توليد زمان ورود چندين دسته با استفاده از توزيع هاي آماري ،به آساني و با استفاده از قوانين فيزيكي زمان ورود فقط دو دسته را به دست مي آوريم. در مدل دودسته اي متوسط پروفايل توان تأخير با استفاده از تابع نمايي توصيف شد. با نمودار و محاسبات نشان داديم كه متوسط پروفايل توان تأخير به طور دقيق تر با تابع تواني توصيف مي شود. مدل را با استفاده از اين نظر تغيير داديم. همچنين پهناي زماني بين زمان ورود پرتوها را با توزيع نمايي اصلاح شده مدل كرديم. براي مقايسه نياز به معيار داشتيم. مقادير اندازه گيري شده توسط مواي وين را به عنوان ملاك قرار داديم. دقت توليد زمــان مدل ها را از نقطه نظر تأخير اضافي ميانگين و گستره تأخير مؤثر در مقايسه با معيار سنجيديم و نيز دقت توليد دامنه مدل ها را از نقطه نظر “”NP10dB در قياس با معيار بررسي كرديم. شبيه سازي هاي انجام شده در اين تحقيق نشان مي دهد كه تابع توزيع تجمعي پارامتر “”NP10dB براي مدل دو دسته اي تقريباً مشابه مدل S-V بود. اما تابع توزيـــع تجمـــعي مربوط به تأخير اضافي ميانگين و گستره تأخير مؤثر در اين مدل وضعيت بهتري نسبت به مدل S-V دارد. ولي به وضوح از نمودارهاي حاصل از شبيه سازي ها پيداست كه تابع توزيع تجمعي هر سه پارامترِ مدل اصلاح شده دو دسته اي در مقايســــه با مدلS-V بـه معيــار نزديك تر است. به طوري كه در مدل دودسته اي اصلاح شده، خطاي نسبي متـوسط پـارامتر هاي تأخير اضافي ميانگين و گستره تأخير مؤثر و “”NP10dB در قياس با مدل دودسته اي به ترتيب 2/4 درصد ،54/0 درصد ،11/14درصد و در مقايسه با مدل S-V به ترتيب 5/9 درصد ،69/6 درصد و83/14درصد كاهش مي يابد و درنتيجه پاسخ ضربه مدل دودسته اي اصلاح شده براي توصيف كانال سيستم هاي فوق باند وسيع در حالت ديد مستقيم نسبت به مدل S-V و مدل دودسته اي مناسب تر است به عبارت واضح تر در اين تحقيق مدلي براي كانال ديد مستقيم داخل ساختمان مخابرات فراپهنباند ارائه شد كه هم برازش مناسبتري به داده هـا دارد و هم داراي واريانس كمتري است. ناگفته نماند در مدل دوسته اي و دو دسته اي اصلاح شده، حالت دسته ايِ مؤلفه هاي چند مسيري كم رنگ تر ديده شد. بنابراين ممكن است در صورتي كه ارزيابي از نقطه نظر پارامترهايي غير از سه پارامتر كليدي تأخير اضافي ميانگين، گستره تأخير مؤثر و “”NP10dB انجام شود اين دو مدل نسبت به مدل S-V دقت كمتري داشته باشند. به هر حال باتوجه به پروفايل تـوان تـأخـيـر حـاصـل از داده هاي اندازه گيري و نيز نتايج شبيه سازي هـا ونيز توجه به اين نكته كه مقايسه عمدتـاً از نقطه نظر اين سـه پـارامـتر كـليـدي انجام مي شود، مي تـوان گفت كـه فرض دودسته اي بودن براي حالت LOS فرض دقيق و قابل قبولي است. البته درحــالت NLOS كه مؤلفه مستقيــم نداريم، اين فرض دقيق نيست 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