منبع تحقیق با موضوع شبیه سازی، ارزیابی عملکرد، نقطه مرجع، امنیت اطلاعات

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 ارایه شده در این پایان نامه
در این پایان نامه و در فصلهای2 تا 5 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 پایاننامه چگونگی استخراج و عملکرد گیرنده چندسمبولی برای مدولاسیون موقعیت پالس (9PPM) 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 (10TH) و روش دنباله مستقیم11 در سیستمهای UWB ضربههای رادیویی (IR12) 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 (BER13) 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، نتیجهگیریها 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: 1- چند بانده 2- IR. روش چند بانده، طیف فرکانسی را به باندهایی با پهنای باند بیش از MHz 500 که همپوشانی ندارند، تقسیم میکند. این تکنیک، برای استفاده از طیف UWB برای ارسال چندین سیگنال UWB، در زمان یکسان که با یکدیگر تداخل ندارند، استفاده میشود. 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[5]. 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 میکند. چندین روش مختلف مثل CDMA14، OFDM15 و DSSS16 برای شبکه های مدولاسیون چند بانده پیشنهاد شده است. از روش متداول مدولاسیون OFDM بیشتر در استاندارد IEEE 802.15.3a استفاده شده است[16]. مهمترین چالش در شبکه OFDM-UWB پیچیدگی آن در به کار بردن بلوکهای تبدیل فوریه سریع (FFT17) 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 میشود. در این روش پالسهای UWB به باریکی پالسهای IR-UWB نمیباشد. بنابراین ضروریتهای همزمانسازی کاهش پیدا میکند. چندین روش برای شبکه چند بانده UWB پیشنهاد میشود. 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 میکند. 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[4].
مدولاسیون و پالس های IR
مدل اساسی برای سیگنال ارسالی در شبکه IR-UWB به صورت زیر بیان میشود:
شکل پالس UWB ، دامنه پالس و طول سمبول است. یک پالس IR-UWB به گونههای مختلف انتخاب میشود، مثل گوسی، لاپلاسی18، چریپ19، هرمیشن20، موجک21 یا رایلی22. رایج ترین شکل پالس برای سیستمهای مخابراتی IR- UWB، پالس گوسی و مشتقات آن میباشد. یک پالس گوسی به صورت زیر توصیف میشود:
انحراف استاندارد پالس گوسی به ثانیه میباشد. توجه شود که طول پالس میباشد. مونوسیکل گوسی، اولین مرتبه پالس گوسی به صورت زیر بیان میشود:
ثابت تعیین کننده طول پالس است. دومین مرتبه پالس گوسی معرفی شده در[10] به صورت زیر میباشد:
در واقع، اگر مشتقهای بیشتری از پالس گوسی گرفته شود، به نسبتی که پهنای باند کاهش پیدا میکند، فرکانس مرکزی افزایش پیدا میکند. شکل پالس UWB دیگر، مونوسیکل رایلی میباشد[11] و به صورت زیر بیان میشود:
پالسهای هرمیت تغییریافته برای مخابرات UWB نیز به کار میرود[12]. مرتبه ام پالسهای هرمیت تغییریافته به صورت زیر بیان میشود:
گروه جدید دیگر، پالسهای UWB محدود شده با مقادیر DC صفر، در[13] پیشنهاد شده است. پالسهای زوج[13] به صورت زیر بیان شده است:
پالس واحد، فرکانس مرکزی و باید یک مقدار حقیقی داشته باشد و یک پالس با جز DC صفر تولید کند. همچنین پارامترهای شکل موج پالس به گونهای انتخاب میشوند که کمترین طول زمانی ممکن را بر طبق FCC داشته باشند.
برای ارسال اطلاعات در سیستمهای مخابراتی IR-UWB، لازم به مدولاسیون کردن دنباله پالسها میباشد. چندین شبکه مدولاسیون در سیستمهای IR-UWB شامل PPM، PAM23، OOK24، OPM25 و TRM26وجود دارد. در ادامه هر کدام از این مدولاسیونها به طور خلاصه معرفی میشود.
PPM
در PPM، موقعیت هر پالس به نسبت موقعیت زمان مرجع و مطابق بیتی که ارسال میشود، تغییر میکند. بدین معنی که برای مدولاسیون PPM باینری با توجه به اینکه مقدار بیت ارسالی 0 یا 1 باشد شکل موج پالس با یک شیفت زمانی نسبت به نقطه مرجع مقایسه میشود. موقعیتهای بیشتر به منظور افزایش تعداد بیتهای ارسالی به کار میرود که مدولاسیون M-arry گفته میشود. سیگنال PPM باینری به صورت زیر بیان میشود:
شیفت زمانی، بیت ارسالی که مقادیر 0 یا 1 میگیرد. به منظور داشتن پالسهای متعامد در حوزه زمان و برای رسیدن به یک عملکرد BER بهتر طوری انتخاب میشود که شرط برقرار باشد.
PAM و OOK
در PAM، بیتهای اطلاعاتی، دامنه دنبالههای ارسالی را حمل میکنند. مدولاسیون PAM باینری، مهمترین فرم مدولاسیون PAM در UWB میباشد که پالسهای مثبت و منفی برای مقادیر بیتهای 0 و 1 ارسال میشود. در مدولاسیون OOK یا سیگنالینگ تک قطبی برای بیت 1 یک پالس ارسال میشود و برای بیت 0 پالسی ارسال نمیشود، گرچه OOK یک تکنیک مدولاسیون پالس ساده است ولی معایب زیادی دارد. به علت عدم وجود پالس برای ارسال بیت 0، همزمانسازی زمانی ممکن است از دست برود و برای یک مقدار توان داده شده عملکرد BER، OOK بدتر از BPAM خواهد بود. سیگنال ارسالی برای مدولاسیون OOK و BPAM به صورت زیر بیان میشود:
برای OOK مقادیر و برای BPAM مقادیر میگیرد[1،4،5].
OPM
یک حالت خاصی از مدولاسیون پالسی OPM می باشد که مجموعهای از شکلموجهای متعامد را برای ارسال سمبولها استفاده میکند. این مدولاسیون، زیرساختی برای رسیدن به روشهای دسترسی چندگانه را فراهم میکند، ولی توجه داشته باشید که چنانچه پالسهای OPM تحت پرش زمانی قرار گیرند باعث میشود که دیگر متعامد نباشند. سیگنال ارسالی برای باینری OPM به صورت زیر بیان میشود:
و دو شکل پالس متعامد را نشان میدهد و مقادیر را میگیرد [1،5،7].
سیگنالها با تکنیکهای مختلفی مثل PPM، BPAM، OOK و OPM در ‏شكل (2-1) مدوله شدهاند. دنباله بیتهای ارسالی است. همچنین سیگنال غیر مدوله شده نیز برای مقایسه به کار رفته است.
روش TRM
اخیرا TRM نیز در حوزه مخابرات UWB معرفی شده است. این شبکه نیازی به همزمانسازی خیلی محکمی ندارد و در کانالهای مالتی پس مقاوم میباشد. TRM به صو رت ارسال یک جفت پالس مجزا شده در زمان تعریف میشود. پالسهای اول و دوم در یک جفت، پالسهای مرجع و دیتا گفته میشود. پالس مرجع غیر مدوله میباشد، و بیتی را حمل نمیکند. پالس مدوله شده دیتا با BPAM، پالس مرجع را با یک فاصله زمانی دنبال میکند. مدل سیگنال مدوله شده TRM برای BPAMبه صورت زیراست: مقایسه سیگنال های مدوله شده با تکنیک های مختلف مدولاسیون به همراه سیگنال غیر مدوله شده
در رابطه بالا، مقادیر 1 و 1- را میگیرد، طول هر فریم و فاصله زمانی بین پالس دیتا و پالس مرجع می باشد.
تفاوت بین سیستم های UWB و پخش شدگی طیفی(SS27)
تصورهای غلطی به سیستمهای UWB اختصاص داده میشود، بسیاری از مردم تفاوت بین تکنولوژی SS و UWB را نمیدانند. گرچه هر دو روش در ابتدا در کاربردهای نظامی مورد استفاده قرار گرفتند، ولی تفاوت اساسی بین آنها وجود دارد. بنابراین، ما ابتدا خلاصهای از سیستمهای SS را برای واضح شدن تفاوت آنها با تکنولوژی UWB بیان میکنیم.
SS دنباله مستقیم (28DS)
در سیستمهای DSSS، پالسهای ارسالی توسط یک سیگنال نویزی ضرب میشوند. سیگنال نویزی یک کد شبه تصادفی با مقادیر 0 و 1 که برای پخش شدن هر پالس به تعداد زیادی چیپ با پهنای باند بزرگتر که برای ارسال سیگنال اصلی مورد نیاز است استفاده میکند. توجه کنید که فاصله زمانی چیپ خیلی کمتر از فاصله زمانی پالس میباشد. ‏شكل (2-2) یک سیستم DSSS را نشان میدهد. فاصله زمانی چیپ یک چهارم فاصله زمانی پالس میباشد. دنباله ضرب شده توسط بیت 0، 0110 است و دنباله ضرب شده توسط بیت 1، 1001 میباشد. ضرب پالسها با چیپهای با طول زمانی کوتاهتر در حوزه زمان، باعث پخش توان در حوزه فرکانس خواهد شد. اگر سیستمهای DSSS به طور مناسب طراحی شده باشد، سطح توان پخشی آنها میتواند اندازه سطح نویز گیرندههای باند باریک باشد که آشکارسازی آنها دشوار میباشد و میتواند برای کاربردهای نظامی به کار رود. به منظور ارسال دیتا، هر کدام از چیپها در سیگنال ارسالی با تکنیکهای باند باریک کلاسیک مدوله میشود[1،2،5].
مثالی از سیگنال ارسالی با تکنیک DSSS تفاوت مهم بین تکنولوژی های SS و UWB
تکنولوژیهای SS و UWB هر دو باعث پخششدگی در حوزه فرکانس خواهند شد که باعث مزایایی نسبت به سیستمهای باند باریک کلاسیک خواهد شد. اما تفاوت در چگونگی رسیدن به پهنای باند بزرگ خواهد بود. در تکنولوژیهای SS سیگنالها با فرکانس حامل مدوله میشوند، اما پالسهای UWB با طول پالس کم، پهنای باند بزرگ دارند و نیازی به مدوله شدن با فرکانس حامل ندارند. پالسهای UWB با داشتن پهنای باند چندین گیگا هرتز 10 مرتبه بزرگتر از پهنای باند سیگنالهای SS هستند. به عبارت دیگر، تکنولوژی SS توان ارسالی بیشتری نسبت به تکنولوژی UWB استفاده میکنند. بنابراین سیستمهای SS برای ارسال فواصل زیاد مناسبتر میباشند[2،4].
روش های SS در سیستم های UWB
تولید پالسهای بسیار باریک باعث ایجاد خطوط قوی در چگالی طیف توان (PSD29) سیگنال ارسالی خواهد شد. که باعث تداخل با دیگر سیستمهای مخابراتی خواهد شد، بنابراین تکنیکهای تصادفی مانند TH و DS به سیستمهای IR-UWB اعمال میشود که باعث کاهش توان خطو]]>

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *