مهندسی برق

پایان نامه برق (مخابرات):بررسی روش های حذف سیگنال های تداخلی در کانال مراقبت در رادارهای پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T

 
متن پایان نامه :
چکیده
 
 
بررسی روش­های حذف سیگنال­های تداخلی در کانال مراقبت در رادارهای پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T
 
به کوشش
 
آناهیتا اسدی­پویا
 
 
در این پایان ­نامه عملکرد روش­های وفقی در تضعیف سیگنال­های تداخای شامل سیگنال مسیرمستقیم و کلاتر و میزان پیچیدگی محاسباتی روش­ها بررسی و پارامترهای مناسب هر روش در رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T استخراج شده است. در این پایان ­نامه فیلترهای وفقی مورد استفاده جهت حذف سیگنال­های تداخلی فیلترهای مبنی بر الگوریتم­های LMS، NLMS، VSLMS، VSNLMS، RLS و FT-RLS می­باشد. نتایج نشان می­دهد که الگوریتم­های LMS و NLMS با انتخاب مناسب پارامترها با وجود آن­که پیچیدگی محاسباتی چندانی ندارند، اما رفتار مناسبی از جهت تضعیف کلاتر و آشکارسازی صرف نخواهند داشت. الگوریتم­های VSLMS و VSNLMS عملکرد بهتری از الگوریتم­های LMS و NLMS دارند اما میزان افت عملکرد این دو الگوریتم نیز از نقطه­نظر آشکارسازی هدف بیش از الگوریتم­های RLS و FT-RLS می­باشد. الگوریتم­های RLS و FT-RLS از جهت حذف سیگنال­های تداخلی و از نقطه­نظر آشکارسازی هدف رفتار مناسب­تر و بهتری نسبت به الگوریتم­های خانواده LMS دارند. البته الگوریتم FT-RLS نیز نسبت به الگوریتم RLS دارای افت عملکرد می­باشد اما زمانی که برد کلاتر و متناسب با آن طول فیلتر وفقی مورد نیاز زیاد باشد پیاده­سازی الگوریتم RLS به علت پیچیدگی محاسباتی زیاد، حجم بالایی از محاسبات را به سیستم تحمیل می­ کند و در این حالت استفاده از الگوریتم FT-RLS که حجم محاسباتی بسیار کم­تری دارد با وجود افت عملکرد راه حل مناسبی به نظر می­رسد.

 
 
 
 
فهرست مطالب
 
 

عنوان صفحه
   
فصل اول: مقدمه­ای بر رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T.۱
    1-1- مقدمه.۱
    1-2- بررسی رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T.۳
    1-3- ساختار پایان ­نامه.۵
فصل دوم: آشنایی با سیگنالینگDVB-T و تابع ابهام آن۶
    2-1- مقدمه­ای بر سیگنالینگ DVB-T۶
    2-2- بررسی لایه فیزیکی DVB-T.۸
        2-2-1- MPEG و مالتی­پلکس کانال­ها۹
        2-2-2- Splitter.۱۰
        2-2-3- Scrambler.۱۱
        2-2-4- کدینگ و اینترلیوینگ خارجی۱۲
        2-2-5- کدینگ داخلی.۱۴
        2-2-6- اینترلیوینگ داخلی.۱۵
            2-2-6-1- اینترلیوینگ داخلی روی بیت­ها۱۵
            2-2-6-2- اینترلیوینگ داخلی روی سمبل­ها۱۹
        2-2-7- Signal Constellation۲۰
        2-2-8- ساختار فریم OFDM.۲۲
    2-3- نحوه پوشش DVB-T۳۳
    2-4- توان فرستنده­های DVB-T.۳۵
    2-5- بررسی تابع ابهام سیگنال DVB-T۳۵
        2-5-1- تابع ابهام DVB-T۳۶
فصل سوم: معرفی روش­های وفقی حذف تداخل در رادارهای پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T و چگونگی آشکارسازی هدف در آن­ها.۴۲
    3-1- مقدمه.۴۲
    3-2- جایگاه و عملکرد فیلترهای وفقی در رادارهای پسیو.۴۳
    3-3- معرفی روش­های وفقی حذف تداخل.۴۷
        3-3-1- فیلتر وینر.۴۷
        3-3-2- الگوریتم LMS.۴۹
        3-3-3- الگوریتم NLMS.۵۲
        3-3-4- الگوریتم VSLMS و VSNLMS.۵۳
        3-3-5- الگوریتم RLS.۵۵
        3-3-6- الگوریتم Fast-RLS.۵۶
    3-4- مقایسه پیچیدگی محاسباتی روش­های وفقی.۶۰
    3-5- آشکارساز GLR۶۱
فصل چهارم: نتایج شبیه­سازی در بررسی عملکرد فیلترهای وفقی در حذف تداخل و آشکارسازی هدف در رادارهای پسیو مبتنی بر سیگنال.۶۴
    4-1- مقدمه.۶۴
    4-2- تنظیم مناسب پارامترهای فیلترهای وفقی۶۶
        4-2-1- تنظیم­مناسب پارامترهای فیلترهای وفقی خانواده LMS.۶۶
        4-2-2- تنظیم­مناسب پارامترهای فیلترهای وفقی خانواده RLS.۷۲
    4-3- بررسی و مقایسه عملکرد فیلترهای وفقی در حذف تداخل۷۴
    4-4- آشکارسازی هدف۸۲
فصل پنجم: نتیجه و پیشنهاد برای پژوهش­های آتی۹۳
    5-1- نتیجه.۹۳
    5-2- پیشنهاد برای پژوهش­های آتی.۹۵
– فهرست منابع.۹۶
– چکیده به زبان انگلیسی.۱۰۱
                               

 
 
 
 
 
فهرست جدول­ها
 
 

عنوان و شمارهصفحه
۱-۱: قابلیت رزولوشن در برد برای چند سیگنالینگ مختلف۴
۲-۱: اطلاعات کد کانولوشن با نرخ­های متفاوت۱۴
۲-۲-الف: حاصل نگاشت بیت در مدولاسیون QPSK۱۶
۲-۲-ب: حاصل نگاشت بیت در مدولاسیون ۱۶-QAM۱۶
۲-۲-ج: حاصل نگاشت بیت در مدولاسیون ۶۴-QAM۱۶
۲-۳: مشخصات فریم OFDM و مقادیر ممکن برای Tu و ∆ در فریم OFDM۲۲
۲-۴-الف: مقادیر ممکن برای طول سمبل و زمان محافظ در پهنای باند ۶ مگاهرتز۲۳
۲-۴-ب: مقادیر ممکن برای طول سمبل و زمان محافظ در پهنای باند ۷ مگاهرتز۲۳
۲-۴-ج: مقادیر ممکن برای طول سمبل و زمان محافظ در پهنای باند ۸ مگاهرتز۲۳
۲-۵: محل پایلوت­های پیوسته در هر سمبل OFDM۲۵
۲-۶: شماره حامل­های TPS در هر سمبل OFDM۲۶
۲-۷: سیگنالینگ و فرمت TPS۲۷
۲-۸: تشخیص شماره فریم در سوپر فریم۲۸
۲-۹: تشخیص نوع مدولاسیون مورد استفاده۲۸
۲-۱۰: تشخیص نرخ کدینگ داخلی۲۸
۲-۱۱: تشخیص زمان محافظ۲۹
۲-۱۲: تشخیص نوع مود ارسالی۲۹
۲-۱۳: نگاشت بیت­های cell_info۲۹
۲-۱۴: اطلاعات مربوط به نرخ بیت ارسالی (Mbits/sec) بر حسب اطلاعات مدولاسیون­ها و نرخ کدینگ متفاوت۳۲
۲-۱۵: نسبت C/N مورد نیاز برحسب نوع کانال و اطلاعات مدولاسیون و نرخ کدینگ۳۲
۲-۱۶: شهرهای تحت پوشش DVB-T در ایران۳۴
۲-۱۷: پارامترهای سیگنال انتخابی در رسم تابع ابهام۳۷
۳-۱: طول فیلتر وفقی مورد نیاز و حجم محاسبات در الگوریتم­های RLS و FTF-RLS۶۱
۴-۱: میزان تضعیف کلاتر بر حسب پارامتر μ در الگوریتم LMS۶۷
۴-۲: میزان تضغیف کلاتر بر حسب پارامتر μx در الگوریتم NLMS۶۸
۴-۳: میزان تضعیف کلاتر بر حسب پارامترهای ρ و μmin در الگوریتم VSLMS در حالت کلاتر با داپلر صفر، ۵/۰ و ۱۰ هرتز۷۰
۴-۴: میزان تضعیف کلاتر بر حسب پارامترهای ρ و μmin در الگوریتم VSNLMS در حالت کلاتر با فرکانس داپلر صفر، ۵/۰ و ۱۰ هرتز۷۱
۴-۵: میزان تضعیف کلاتر بر حسب پارامتر λ در الگوریتم RLS۷۳
۴-۶: میزان تضعیف کلاتر بر حسب پارامتر λ در الگوریتم FT-RLS۷۳
   

 
 
 
 
 
فهرست شکل­ها
 

عنوانصفحه
۱-۱: هندسه دو پایه رادار پسیو۳
۱-۲: مدلی از کانال مراقبت در رادار پسیو۵
۲-۱: ساختار کلی فرستنده DVB-T۸
۲-۲: جزییات ساختار فرستنده DVB-T۹
۲-۳: دنباله خروجی MPEG-2۱۰
۲-۴: ساختار scrambler در DVB-T۱۱
۲-۵: فرمت دنباله خروجی scrambler۱۲
۲-۶: دنباله ارسالی بعد از کدینگ خارجی۱۳
۲-۷: بلوک دیاگرام اینترلیوینگ خارجی و دی­اینترلیوینگ۱۳
۲-۸: دنباله ارسالی بعد از اینترلیوینگ خارجی۱۳
۲-۹: ساختار کد کانولوشن مادر با نرخ ۲/۱۱۴
۲-۱۰-الف: اینترلیوینگ داخلی در حالت غیر سلسله مراتبی برای مدولاسیون QPSK۱۶
۲-۱۰-ب: اینترلیوینگ داخلی در حالت غیر سلسله مراتبی برای مدولاسیون ۱۶-QAM۱۷
۲-۱۰-ج: اینترلیوینگ داخلی در حالت غیر سلسله مراتبی برای مدولاسیون ۶۴-QAM۱۷
۲-۱۱-الف: اینترلیوینگ داخلی در حالت سلسله مراتبی برای مدولاسیون ۱۶-QAM۱۸
۲-۱۱-ب: اینترلیوینگ داخلی در حالت سلسله مراتبی برای مدولاسیون ۶۴-QAM۱۹
۲-۱۲-الف: مدولاسیون QPSK با کد گری۲۱
۲-۱۲-ب: مدولاسیون ۱۶-QAM با کد گری۲۱
۲-۱۲-ج: مدولاسیون ۶۴-QAM با کد گری۲۱
۲-۱۳: ساختار فریم OFDM و محل پایلوت­ها۲۴
۲-۱۴: نحوه پوشش استاندارد DVB-T روی کره زمین۳۳
۲-۱۵: تابع ابهام سیگنال DVB-T۳۷
۲-۱۶: تابع ابهام در حالت دوبعدی بر حسب زمان۳۹
۲-۱۷: بلوک دیاگرام حذف پیک­های اضافی در سیگنالینگ DVB-T۳۹
۲-۱۸-الف: حذف پیک­های بین سمبلی از تابع ابهام۴۰
۲-۱۸-ب: حذف پیک­های درون سمبلی از تابع ابهام۴۰
۲-۱۸-ج: حذف تمام پیک­های اضافی از تابع ابهام۴۱
۳-۱: سیگنال­های دریافتی در کانال مرجع و مراقبت در رادار پسیو۴۲
۳-۲-الف: ترکیب کننده خطی وفقی۴۴
۳-۲-ب: ساختار فیلتر Transversal۴۵
۳-۳: ساختار فیلتر Transversal در رادار پسیو۴۵
۳-۴: ساختار وفقی در رادار پسیو۴۶
۳-۵: بلوک دیاگرام فیلتر Fast-RLS۵۷
۴-۱: همگرایی وزن مربوط به سیگنال مسیر مستقیم در الگوریتم­های خانواده LMS۷۵
۴-۲: همگرایی وزن کلاتر در الگوریتم­های خانواده LMS۷۵
۴-۳: همگرایی وزن مسیر مستقیم در الگوریتم­های RLS و FT-RLS۷۶
۴-۴: همگرایی وزن کلاتر در الگوریتم­های RLS و FT-RLS۷۶
۴-۵: همگرایی وزن کلاتر برای تمام الگوریتم­های وفقی مورد نظر۷۷
۴-۶: میزان تضعیف در الگوریتم­های وفقی بر حسب فرکانس داپلر۷۹
۴-۷: مقاسیه میزان تضغیف تداخل بر حسب فرکانس داپلر در دو الگوریتم RLS و FT-RLS۸۰
۴-۸: میزان تضغیف تداخل بر حسب فرکانس داپلر برای داده با طول ۲۰ میلی­ثانیه۸۲
۴-۹: تابع ابهام سه بعدی سیگنالینگ DVB-T پیش از حذف پیک­های مزاحم۸۳
۴-۱۰: تابع ابهام دو بعدی سیگنالینگ DVB-T، تابع ابهام بر حسب زمان۸۳
۴-۱۱: تابع ابهام سه بعدی سیگنالینگ DVB-T پس از حذف پیک­های مزاحم۸۴
۴-۱۲: تابع ابهام دو بعدی پس از حذف و کاهش پیک­های ناخواسته۸۵
۴-۱۳-الف: خروجی فیلتر منطبق اعمالی بر سیگنالینگ DVB-T بدون ایجاد بهبود در تابع ابهام۸۵
۴-۱۳-ب: خروجی فیلتر منطبق بر سیگنالینگ DVB-T پس از ایجاد بهبود در تابع ابهام۸۶
۴-۱۴: خروجی فیلتر منطبق پس از اعمال الگوریتم RLS و بدون بهبود در تابع ابهام۸۷
۴-۱۵: خروجی فیلتر غیرمنطبق پس از اعمال الگوریتم RLS در حالت ایجاد بهبود در تابع ابهام۸۸
۴-۱۶: نمودار احتمال آشکارسازی هدف بر حسب SNR برای الگوریتم RLS۹۰
۴-۱۷: نمودار احتمال آشکارسازی هدف بر حسب SNR برای الگوریتم FT-RLS۹۱
۴-۱۸: مقایسه عملکرد آشکارسازی دو الگوریتم RLS و FT-RLS برای هدفی با داپلر ۲۰۰ هرتز۹۱
۴-۱۹: مقایسه عملکرد آشکارسازی دو الگوریتم RLS و FT-RLS برای هدفی با داپلر ۱۰۰ هرتز۹۲
۴-۲۰: مقایسه عملکرد آشکارسازی دو الگوریتم RLS و FT-RLS برای هدفی با داپلر ۵۰ هرتز۹۲
   

 
 
 
 
 
۱- مقدمه­ای بر رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T
 
 
۱- ۱- مقدمه
 
رادار سیستمی الکترومغناطیسی است که در حالت ساده متشکل از یک فرستنده و یک گیرنده می­باشد. از سیگنالینگ­های متفاوتی در فرستنده رادار می­توان استفاده کرد، سیگنالینگ مورد استفاده بنا به ماموریت و نوع رادار انتخاب می­شود. در گیرنده رادار با دریافت اکوهای بازگشتی از اهداف، آشکارسازی و استخراج پارامترهای آن­ها انجام می­شود. رادارها را بر اساس محل قرار گرفتن گیرنده و فرستنده به رادارهای تک پایه، دو پایه و یا چند پایه تقسیم­بندی می­ کنند. از آن­جایی که در سیستم­های راداری اولیه امکان جداسازی سیگنال ارسالی و دریافتی وجود نداشت، فرستنده و گیرنده را در مکان­های متفاوتی قرار می­دادند. با پیدایش سیرکولاتور و داپلکسر و امکان ارسال سیگنال به صورت پالسی، رادارهای دو پایه جای خود را به رادارهای تک پایه با پیچیدگی کم­تر دادند اما در اوایل دهه ۱۹۵۰ میلادی وقتی خاصیت جالب انرژی بازگشتی امواج در رادارهای دو پایه کشف شد این رادارها جایگاه اسبق خود را به دست آوردند [۱-۲].
بنا به اهمیت نقش رادار در جنگ­ها و با پیشرفت در مسائل جنگ الکترونیک تلاش­های گسترده­ای برای کاهش احتمال آشکارسازی رادار توسط ایستگاه شناسایی دشمن انجام شده است. یکی از نتایج این تلاش­ها استفاده از رادار پسیو می­باشد. سیستم راداری پسیو را با نام­های PCL و PBR می­شناسند. رادار پسیو در حقیقت نوعی رادار دو پایه است که دارای پیچیدگی­های بیش­تری نسبت به رادار تک پایه می­باشد. این رادارها در واقع از فرستنده­های غیر راداری، که اصطلاحاً با نام فرستنده­های مغتنم شناخته می­شوند، استفاده می­ کنند و این امر کمک بزرگی جهت مخفی ماندن از گیرنده­های شنود دشمن می­باشد. ایده استفاده از فرستنده­های غیر راداری به سال ۱۹۳۵ باز می­گردد، زمانی که اولین آزمایش­ها در زمینه رادارهای PBR در انگلستان انجام شد و به دلیل عدم وجود پردازنده­های مناسب، تلاش برای پیاده­سازی الگوریتم­های پیچیده برای بهبود عملکرد آشکارسازی در رادارهای PBR ناکام ماند و این امکان به دهه ۱۹۸۰ که با پیشرفت­های قابل توجه در پردازنده­های دیجیتال و دست­یابی به مبدل­های آنالوگ به دیجیتال ارزان و پرسرعت همراه بود موکول شد [۱-۳-۴].
از مزایای رادارهای PBR می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • نداشتن فرستنده خاص راداری این سیستم­ها را به سیستم­هایی ارزان­تر، ساده­تر، کم حجم­تر و غیر قابل شناسایی تبدیل کرده است.
  • به علت چند پایه بودن، این سیستم­ها قابلیت آشکارسازی اهداف در ارتفاع پایین را دارند.
  • در این رادارها به علت استفاده از فرستنده­های مغتنم نیازی به بحث تخصیص باند فرکانسی نیست.
  • بحث ابهام در برد و سرعت در رادارهای PBR نسبت به رادارهای اکتیو تک پایه کم­تر مطرح است [۳-۵].

در شکل ۱-۱ مدلی از ساختار دو پایه رادارهای پسیو رسم شده است [۶]. همان طور که در شکل مشخص است سیگنال مسیر مستقیم، سیگنال مبادله شده مابین فرستنده مغتنم و گیرنده رادار دو پایه و سیگنال هدف، سیگنال مبادله شده مابین هدف و گیرنده رادار دو پایه می­باشد.
شکل ۱-۱: هندسه دو پایه رادار پسیو
فرستنده­های مختلف آنالوگ و دیجیتال مانند سیگنال FM، سیگنال آنالوگ تلویزیون، DAB[4]، DVB [5] و سیگنال موبایل می­توانند نقش فرستنده مغتنم را برای رادار پسیو ایفا کنند. مناسب بودن شکل موج برای استفاده در رادار پسیو به عواملی از جمله رزولوشن در برد و داپلر و سطح لوب­های کناری در تابع ابهام بستگی دارد [۷-۸-۹]. در این پایان ­نامه هدف بررسی سیگنال تلویزیونی دیجیتال زمینی (DVB-T) به عنوان فرستنده مغتنم برای رادار پسیو و حل مسأله حذف تداخل در این رادارها و چگونگی آشکارسازی هدف می­باشد.
[۱]- Passive Coherent Location
[۲]- Passive Bistatic Radar
[۳]- Illuminator of Opportunity
[۴]- Digital Audio Broadcasting
[۵]- Digital Video Broadcasting

99