همزیستی سیستم­های UWB با سیستم ­های باند باریک موجود

چالش ­ها
با ظهور سیستم­های UWB برای مخابرات بی­سیم، چالش­های زیادی نیز به همراه خود به وجود آوردند. بعضی از این آیتم­ها در زیر لیست شده است[۲، ۴-۷].

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱- طراحی آنتن­های با چندین پهنای باند زیاد
۲- جلوگیری از تداخل با دیگر سیستم­های باند باریک موجود
۳- آشکارسازی و حذف تداخل­های باند باریک قوی
۴-دشوار بودن مسأله همزمان­سازی به علت وجود پالس­های بسیار باریک
۵- تخمین پارامتر­های کانال مانند ضرایب و تاخیر کانال چندمسیرگی
۶- امکان دست­یابی چند کاربره، طراحی کد چند کاربره و حذف تداخل چند کاربره
۷- طراحی وفقی، ساده، کم هزینه و کم توان فرستنده و گیرنده
۸- محدودیت­های عملی تبدیل کننده­ های آنالوگ به دیجیتال

کاربرد­ها
کاربرد­های مختلف از وسایل راداری تا مخابرات بی­سیم در تکنولوژی UWB پیشنهاد شده است. توانایی نفوذ مواد UWB، آنها را برای حضور در حوزه پزشکی و رادار­های زمین نفوذ، سیستم­های جستجو­یابی و صنعت معدن هموار می­سازد. پیدا کردن موقعیت، کاربرد مهم دیگر تکنولوژی UWB می­باشد، هم­چنین در کاربرد­های مخابرات بی­سیم نیز به طور گسترده می­توانند به کار روند.
اخیرا دو نوع استاندارد IEEE برای سیستم­های UWB وجود دارد. در کنار کاربرد­های با برد کم و نرخ داده بسیار زیاد (HDR[5]) که برای مخابرات UWB پیشنهاد شده است (IEEE 802.15.3a)[8]، کاربرد­هایی نیز با برد بیشتر و نرخ ارسال کمتر (LDR[6]) در نظر گرفته شده است (IEEE 802.15.4a) [9]. یک نوع مثال برای دسته نوع اول می تواند ارسال دیتا بین کامپیوتر شخصی و وسایل آن همانند موس، پرینتر و مانیتور باشد. به طور خلاصه کاربرد­های IEEE 802.15.3a می ­تواند برای شبکه ­های شخصی بی­سیم (WPAN[7]) با نرخ دیتای بیش از Gbps 2 به کار روند. کاربرد دیگر UWB برای شبکه ­های سنسور نیازمند به نرخ دیتای ارسال Kbps 5 به Mbps 1 در حدود رنج­های m 100 با دقت حدود سانتیمتر در موقعیت­یابی شامل می­ شود. کاربرد­های IEEE 802.15.4a می توانند محدوده جدیدی از کاربرد­ها مانند صنایع نفت و پترولیوم، صنایع پزشکی، مخابرات خانوار و استفاده­های نظامی را شامل شود.
کاربرد­های UWB در مخابرات را می­توان به دسته­های عمده زیر تقسیم بندی کرد: ۱. شبکه­هایAd hoc 2 . شبکه ­های سنسور بی سیم ۳. شناسایی فرکانس رادیویی[۸] ۴. کامپیوتر­های شخصی و لوازم الکتریکی ۵ .کاربرد­های موقعیت یابی ۶ . کاربرد­های پزشکی[۱۵]. حال به طور خلاصه این کاربرد­ها را توضیح می دهیم. شبکه ­های Ad hoc، شبکه­ ای از گره­های سیار هستند که به صورت دایمی نمی­باشند. در شبکه ­های Ad hoc از چندین گره برای مسیریابی استفاده می شود و به دلیل موقعیت متحرک، محدودیت مصرف توان و تداخل چند مسیرگی از تکنولوژی UWB می تواند استفاده شود.
شبکه ­های سنسور بی سیم شامل گره­های سنسور منحصر بفردی هستند که بر روی یک ناحیه توزیع شده ­اند که این سنسور­ها برای نظارت کردن پدیده فیزیکی در محیط (مثل دما، رطوبت، موقعیت، سرعت و…) به کار می­روند. تکنولوژی UWB به دلیل دستگاه­های کم توان و کوچک می ­تواند با دستگاه­های مخابرات بی­سیم ترکیب شوند، فرستنده، گیرنده­ و آنتن­های آنها کوچک، کم توان و کم هزینه هستند. کاربرد دیگر آن در آرایش فضایی بزرگ­راه­های هوشمند است.
RFID یک تکنولوژی شناسایی خودکار است که از امواج رادیویی برای مخابره کردن با علامت اهداف استفاده می شود. در تکنولوژیRFID نیاز به ارتباط بین علامت­ها، تعیین موقعیت دقیق و مطمئن از مخابره کردن وضعیت­های سنسور در صورت نیاز است. تکنولوژی UWB این ویژگی­ها رو دارد و می ­تواند به کار رود. چالش مهم RFID امنیت اطلاعات آن است، که سیستم­های UWB به دلیل سطح توان پایین احتمال آشکارسازی آنها کم است، در نتیجه امنیت بیشتری نسبت به مخابرات باند باریک دارد. کاربرد دیگر آن در بیمارستان­ها است که قادر هستند وضعیت و مکان­های دقیق بیمار­ها و کارکنان بیمارستان­ را تعیین کنند.
کاربرد دیگر تکنولوژی UWB در نواحی رایانه­های شخصی و لوازم الکتریکی است. خاصیت سرعت بالا در برد کوتاه، اهمیت زیادی در لوازم الکتریکی مثل DVD playerها، دوربین­های دجیتال، Mp3 player ها و تلویزیون دجیتال دارد که تکنولوژی UWB این قابلیت­ها را دارد. سیستم­های UWB می توانند برای شناسایی موقعیت دقیق یک شیء نیز به کار رونند.
کاربرد­های UWB می تواند در بیمارستان­ها و کاربرد­های حفاظتی، مراقبت بهداشتی ساختمان­ها ، مراقبت از دستگاه­ها و درمانگاه­ها و همچنین در عمل نجات بیمار­ها به کار رود. در مکان­های قرنطینه که نباید هیچ ارتباطی با بیرون داشته باشد و همچنین باید از سیستم­های مخابراتی استفاده شود که بر روی سیستم­های دیگر ایجاد تداخل نکند، از تکنولوژی UWB می تواند استفاده شود. پالس­های UWB الکترومغناطیس می تواند در بدن اشخاص نفوذ کند و به وضوح مشاهده شود، که می تواند برای عکس­برداری پزشکی به­کار رود. چون بافت­ها و توده­های مختلف بدن اثر­های متفاوتی روی پالس­ها دارند و سیگنال­های UWB به دلیل ارسال پالس­های خیلی کوتاه تفاوت اثر هر کدام از آنها را به آسانی تشخیص می دهند و باعث دادن یک عکس دقیق­تری از اعضاء بدن می شوند. همچنین تکنولوژی UWB می تواند برای کنترل بیمار از راه­ دور نیز مناسب باشد. به عنوان مثال می تواند برای مراقبت مادر از کودک از راه دور و بدون تماس انجام شود. به دلیل کم توان و کم هزینه بودن می تواند در تولیدات پزشکی نیز به کار رود.

مطالب ارائه شده در این پایان نامه
در این پایان نامه و در فصل­های۲ تا ۵ مطالبی در جهت آشنایی با سیستم­های UWB، نوع مدولاسیون به کار رفته برای آنها و مدل ­های کانال پیشنهاد شده برای آنها و در نهایت به شرح مساله آشکارسازی در آنها خواهیم پرداخت و سپس در ادامه پایان نامه چگونگی استخراج و عملکرد گیرنده چندسمبولی برای مدولاسیون موقعیت پالس ([۹]PPM) سیگنال­های UWB را مورد بررسی قرار می­دهیم.
در ابتدا و در فصل دوم به معرفی اطلاعات پیش­زمینه برای سیستم­های UWB را بیان می­کنیم. دو شبکه معمول برای ارسال UWB را معرفی می­کنیم. سپس پالس­های عملی UWB مختلف و تکنیک­های مدولاسیون مختلف را بیان می­کنیم. در نهایت تکنیک­های دسترسی چندگانه مثل پرش زمانی ([۱۰]TH) و روش دنباله مستقیم[۱۱] در سیستم­های UWB ضربه­های رادیویی (IR[12]) را مورد مطالعه قرار می­دهیم.
در فصل سوم مدل­های کانال UWB را بر طبق دو استاندارد IEEE 802.15.3a و IEEE 802.15.4a را مورد بررسی قرار می­دهیم، سپس نتایچ شبیه سازی های انجام شده توسط نرم افزار MATLAB را بیان می­کنیم.
در فصل چهارم نگاهی گذرا بر روش­های آشکارسازی همدوس و ناهمدوس سیگنال­های UWB خواهیم پرداخت. سپس روش­های آشکارسازی ناهمدوس مختلف به همراه نتایچ شبیه سازی های انجام شده توسط نرم افزار MATLAB به منظور ارزیابی عملکرد نرخ خطای بیت (BER[13]) را مورد بررسی قرار خواهیم داد.
در فصل پنجم به چگونگی استخراج و عملکرد دو روش آشکارسازی ناهمدوس چندسمبولی سیگنال­های PPM-UWB براساس روش GLR خواهیم پرداخت. سپس نتایچ شبیه سازی به منظور ارزیابی کارایی BER آنها را مورد بررسی قرار خواهیم داد و با روش­های متداول مقایسه خواهد شد و در فصل ششم، نتیجه ­گیری­ها انجام خواهد شد و پیشنهاداتی برای ادامه کار بیان می­کنیم.
فصل دوم
مدل سیستم UWB
در این فصل به معرفی اطلاعات پیش­زمینه برای سیستم­های UWB می­پردازیم. دو شبکه معمول برای ارسال UWB را معرفی می­کنیم. سپس پالس­های عملی UWB مختلف و تکنیک­های مدولاسیون مختلف را بیان می­کنیم. در نهایت تکنیک­های دسترسی چندگانه مثل پرش زمانی و روش دنباله مستقیم به روش ضربه­های رادیویی UWB مورد مطالعه قرار می­دهیم.

شبکه ­های ارسال UWB
روش­های بسیار متفاوتی برای معرفی سیستم­های مخابراتی UWB به شرط رعایت محدودیت­های شدید بر طبق FCC وجود دارد. به هر حال، دو شبکه متداول برای سیستم­های UWB پیشنهاد شده است: ۱- چند بانده ۲- IR. روش چند بانده، طیف فرکانسی را به باند­هایی با پهنای باند بیش از MHz 500 که هم­پوشانی ندارند، تقسیم می­ کند. این تکنیک، برای استفاده از طیف UWB برای ارسال چندین سیگنال UWB، در زمان یکسان که با یکدیگر تداخل ندارند، استفاده می­ شود. برای اینکه به طور تقریبا کامل، کل طیف مربوط به خود را در بر بگیرند، چندین باند فرکانسی انرژی، باید در فرکانس­های مرکزی مختلف تولید شوند و در کل طیف قرار گیرند[۵]. بنابراین فرستنده توانایی جلوگیری از تداخل با کاربرهای دیگر را دارد و با این عمل، از تداخل بر روی باند­های خاصی مثل IEEE 802.11a در GHz 5 را جلوگیری می­ کند. چندین روش مختلف مثل CDMA[14]، OFDM[15] و DSSS[16] برای شبکه های­ مدولاسیون چند بانده پیشنهاد شده است. از روش متداول مدولاسیون OFDM بیشتر در استاندارد IEEE 802.15.3a استفاده شده است[۱۶]. مهم­ترین چالش در شبکه OFDM-UWB پیچیدگی آن در به کار بردن بلوک­های تبدیل فوریه سریع (FFT[17]) می­باشد.
شبکه ارسالی مهم دیگر، IR-UWB است. روش اساسی این تکنیک، تولید دنباله­ای از پالس­های بسیار باریک برای ارسال بیت­های اطلاعاتی می­باشد. ویژگی مهم IR-UWB خاصیت ذاتی باند پایه بودن این تکنیک می­باشد که باعث سادگی ساختار فرستنده و گیرنده خواهد شد. مهم­ترین چالش آن نسبت به مدولاسیون OFDM تداخل آنها با دیگر سیستم­های باند باریک می­باشد. یکی از سیستم­های متداول در شبکه IR-UWB تکنیک تصادفی TH می­باشد.

شبکه چند بانده
مدولاسیون چند بانده، یکی از روش­های مدولاسیون دیتا با تکنولوژی UWB می­باشد. GHz5/7 از طیف UWB به چندین باند با پهنای باند­های بزرگتر از MHz 500 تقسیم می­ شود. در این روش پالس­های UWB به باریکی پالس­های IR-UWB نمی ­باشد. بنابراین ضروریت­های همزمان­سازی کاهش پیدا می­ کند. چندین روش برای شبکه چند بانده UWB پیشنهاد می­ شود. در اینجا، ما به کاربرد­های OFDM در UWB خواهیم پرداخت. OFDM حالت خاصی از ارسال چند حامل می­باشد، که زیر حامل­ها بدون تداخل با یکدیگر می­توانند در حوزه فرکانسی با یکدیگر هم­پوشانی داشته باشند و با این عمل کارایی فرکانسی آنها افزایش پیدا می­ کند. هم­چنین OFDM در مقابل تداخل مالتی پس مقاوم می­باشد. به هر حال، OFDM عملکرد مناسبی برای کاربرد­های با نرخ دیتای بالا دارد. برخلاف OFDM باند باریک، طیف OFDM-UWB بین زیر حامل­ها شکاف دارد[۴].

مدولاسیون و پالس ­های IR
مدل اساسی برای سیگنال ارسالی در شبکه IR-UWB به صورت زیر بیان می­ شود:

شکل پالس UWB ، دامنه پالس و طول سمبول است. یک پالس IR-UWB به گونه­ های مختلف انتخاب می­ شود، مثل گوسی، لاپلاسی[۱۸]، چریپ[۱۹]، هرمیشن[۲۰]، موجک[۲۱] یا رایلی[۲۲]. رایج ترین شکل پالس برای سیستم­های مخابراتی IR- UWB، پالس گوسی و مشتقات آن می­باشد. یک پالس گوسی به صورت زیر توصیف می­ شود:

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...