چکیده
در این پایان نامه جنبه های مختلف مخابرات UWB را مدنظر قرار می دهیم. در ابتدا تعریف سیگنال UWB را مورد برسی قرار میدهیم و شرایط اینکه سیگنال UWB تلقی شود را برسی میکنیم. سپس سیگنال UWB را با مدولاسیون PPM (pulse position modulation) و پرش زمانی (Time Hopping) ایجاد می نماییم. بدلیل برسی تداخل سیگنال های UWB با دیگر سیگنال های مخابراتی، چگالی طیفی توان (Power Spectral Density(PSD) سیگنال UWB و به ویژه سیگنال TH-PPM را مورد برسی قرار میدهیم و راهکارهای مختلف تغییر آن را به منظور عدم تداخل با دیگر سیگنالها مورد برسی قرار میدهیم. سپس بدلیل اینکه سیگنالهای منتشر شده باید محدودیت های نقاب های انتشار را برآورده کنند، روش بکار بستن نقاب های انتشار و محدودیت های آنها را روی فاصله ممکن انتشار با توجه به نرخ خطا، برسی می نماییم. سپس بدلیل حداکثر تقریب به نقاب های انتشار، شکل پالسهای ارسالی را مورد برسی قرار میدهیم و بویژه توجه خود را به شکل پالس گوسی معطوف میکنیم. سپس انتشار سیگنال UWB را روی کانال مورد برسی قرار میدهیم. اثر تأخیر کانال و تأثیر نویز روی سیگنال و همچنین چند مسیره گی (Multi Path) را روی سیگنال بررسی می کنیم. سپس ساختار گیرنده بهینه برای دریافت و آشکارسازی سیگنال های تأخیریافته و متاثر از نویز و چند مسیره گی را معرفی و بررسی می نماییم. تمام مراحل فوق را با شبیه سازی در سطح سیستم مستقل از پیاده سازی های مختلف آنالوگ یا دیجیتال یا مخلوطی از این دو با استفاده از نرم افزار MATLAB انجام می دهیم. سرانجام یک توصیف دیجیتال با استفاده از VHDL برای بخش دیجیتال گیرنده ارایه و بررسی می نماییم.
مقدمه
در سالهای اخیر با پیشرفت فن آوری چند رسانه ای ها (multi media) به تدریج نیاز به ارتباطات بیسیم بطور فزاینده ای افزایش یافته است. از اینرو نیاز به فن آوری های جدید در زمینه مخابرات الکترونیکی احساس میشود. از این رو تحقیقات زیادی روی ایجاد لایه فیزیکی جدید برای شبکه های انتقال داده بیسیم در دست انجام میباشد. شاید در حال حاضر و پس از اینکه فن آوری Bluetooth بدلیل نرخ داده پایین و مصرف توان بالا نتوانست جوابگوی خوبی برای مخابرات داخلی (indoor) با فاصله کم (در حد چند متر) و با نرخ داده بالا باشد، تقریبا بیشترین توجه در مراکز دانشگاهی و صنایع مخابرات الکترونیکی روی مخابرات فرا پهن باند ((Ultra Wide Band(UWB) متمرکز شده است. اساس این نوع مخابرت بر انتقال پالسهای کوتاه (در حد چند صد پیکو ثانیه) مدوله شده بدونه حضور حامل استوار است. در یک نگاه کلی مصرف توان کم، بخاطر عدم حضور حامل و نرخ داده بالا بخاطر زمان کوتاه پالسها از مزایای این نوع مخابراتی میباشد. اولین باری که از پالس برای مخابره داده استفاده شد توسط مارکونی در اوایل قرن بیستم بود. پالس ایجاد شده توسط مارکونی بوسیله قوس الکتریکی در یک شکاف بین دو الکترود با فاصله کم ایجاد شد. بدلیل محدودیت های فن آوری ایجاد پالسهای با زمان کوتاه و هزینه بالای تا همین سالهای اخیر روش مخابرات پالسی فقط به کاربردهای خاصی مثل رادار محدود شد. ولی اخیرا با پیشرفتهای فن آوری VLSI و کاهش هزینه ادوات نیمه هادی با سرعت بالا، ایجاد و انقال و دریافت پالسهای کوتاه با ادوات نیمه هادی ارزان مثل فن آوری CMOS ممکن و مقرون به صرفه شده است. از این رو برای نخستین بار در سال 2002 در ایالات متحده امریکا و توسط FCC قوانینی برای انتشار سیگنال های UWB منتشر شد که بر خلاف قوانینی که قبلا توسط DARPA به صورت خیلی محطاطانه وضع شده بود، امکان استفاده از این سیگنالها را برای انتقال داده فراهم کرد. از این رو در این پایان نامه، سیگنال UWB را از لحاظ تعریف، ایجاد، چگالی طیفی توان، برآورده کردن نقاب انتشار، شکل پالس، انتشار روی کانال، دریافت و آشکار سازی به طور مفصل مورد برسی قرار داده و ساختارهای گیرنده های ممکن برای دریافت و آشکار سازی این سیگنال را مورد مقایسه و برسی قرار خواهیم داد.
فصل اول
تعریف سیستم رادیوئی فراپهن باند
1-1- پهنای باند کسری
اولین کاربرد واژه فراپهن باند در دانش مربوط به رادار بوده است و در مورد امواج الکترومغناطیسی با پهنای باند انرژی کسری تقریبا بزرگتر از 0/25 – 0/2 بکار می رفته است. برای فهم بهتر این تعریف ابتدا باید پهنای باند انرژی شکل موج را تعریف کرد. اگر E را انرژی لحظه ای شکل موج فرض کنیم، می توان پهنای باند انرژی را به وسیله فرکانس های fH و fL مشخص کرد. fH و fL به ترتیب حد بالایی و پایینی فاصله ای هستند که عمده انرژی لحظه ای E (تقریبا بیش از 90%) در داخل آن قرار گرفته است. عرض این فاصله یعنی fH – fL را پهنای باند انرژی می نامند.
در علوم مربوط به رادارهای UWB اساس بر انتشار امواجی است که از دنباله هایی از پالسهای خیلی کوتاه تشکیل شده اند. منظور از خیلی کوتاه مدت زمان پالس ها است که حدود چند صد پیکو ثانیه است. این اصول انتقال پالسی رادارها را میتوان در زمینه های مخابراتی انتقال داده بکار برد.
با فرض اینکه اطلاعاتی که بوسیله سیستم مخابراتی باید منتقل شود به فرم دیجیتال و بصورت دنباله ای از اعداد دو دویی باشد، می توان اطلاعات هر بیت (0 یا 1) را به وسیله یک پالس یا چند پالس در حالت تکرار کد منتقل کرد. تکرار پالس برای ارائه یک تک بیت موجب افزایش صحت برای هر بیت می شود به همین جهت اخیرا (2002) نخستین قوانین در این مورد در ایالات متحده آمریکا توسط FCC منتشر شد. که مفاهیم UWB را به تکنیک های انتقال پیوسته گسترش می دهد. در بخش های بعدی مفصل در این باره بحث خواهد شد. در اینجا بیشتر به مسائل انتقال پالسی می پردازیم. قابل ذکر است که E به عنوان انرژی لحظه ای باید روی فاصله ای که با مدت زمان پالس مطابقت دارد محاسبه شود. اگر تصمیم در مورد یک تک بیت مستلزم پردازش چندین پالس باشد، که معمولا هم همینطور است، E مربوط می شود به انرژی کلی همه پالسهای پردازش شده که در تصمیم روی یک بیت درگیر هستند زیرا تاثیر نویز در گیرنده باید با توجه به انرژی سیگنال مورد استفاده محاسبه شود.
تعداد صفحه : 249
طراحی گیرنده اولتراواید بند با مدولاسیون پ.پ.ام براساس کورلیتور دیجیتال
