مهندسی برق

پایان نامه برق (مخابرات-سیستم): حذف تداخل در کانال مرجع رادار پسیو مبتنی بر سیگنال پخش تلویزیون دیجیتال توسط فرستنده های زمینی با …

دکتر عباس شیخی
 
 
 
بهمن ماه ۱۳۹۲
متن پایان نامه :
چکیده
 
حذف تداخل در کانال مرجع رادار پسیو مبتنی بر سیگنال پخش تلویزیون دیجیتال توسط فرستنده­های زمینی با رویکرد بازتولید
 
به کوشش
زهره اسدسنگابی
 
در این پایان ­نامه یک گیرنده­ی دیجیتال جهت پردازش سیگنال در گیرنده­ی مرجع رادار پسیو مبتنی بر مدولاسیون تقسیم فرکانسی متعامد(OFDM) پخش زمینی تلویزیون دیجیتال(DVB-T) ارائه شده است. این گیرنده شامل بلوک­های هم­زمان­سازی، تخمین آفست فرکانسی و تخمین­گر کانال می­باشد. پس از همزمان­سازی، به تخمین و جبران آفست فرکانسی که هر دو با بهره گرفتن از تشخیص موقعیت زیرسمبل­های پایلوت انجام می­شود، می­پردازیم. سپس با بهره گرفتن از دو روش درون­یابی خطی و کمترین مربع خطا ( LS) تخمین کانال انجام می­شود. پس از اینکه کانال تخمین زده شد، به همسانسازی کانال خواهیم پرداخت و نهایتا نسخه­ی بازتولید سیگنال ارسالی ساخته می­شود. جهت بررسی کارایی گیرنده موردنظر منحنی احتمال خطای آشکارسازی سمبل­ها را بر حسب نسبت توان سیگنال­ به توان نویز برای روش­های مختلف تخمین کانال ترسیم نموده­ایم. همچنین برای بررسی دقیق­تر کارایی الگوریتم­های پیشنهادی منحنی اتلاف تضعیف کلاتر در گیرنده­ی مراقبت رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T ترسیم کرده­ایم تا مشخص نماییم که اگر با بهره گرفتن از سیگنال بازتولید شده در گیرنده­ی پیشنهادی، کلاتر را در گیرنده­ی مراقبت تضعیف نماییم این مقدار تضعیف نسبت به وضعیتی که سعی کنیم در گیرنده­ی مراقبت با بهره گرفتن از نسخه­ی ایده­آل از سیگنال ارسالی، کلاتر را حذف نماییم، دچار اتلاف خواهد شد.

کلید واژگان: همزمان سازی، همسان سازی، بازتولید
 
 
فهرست مطالب
 
 
عنوان                                                                                                                   صفحه
 
فصل اول: مقدمه .   1
 
۱-۱- مقدمه­ای بر رادار پسیو .   2
۱-۲- بر سیستم DVB_T . 5
۱-۳- ساختار پایان ­نامه . ۷
فصل دوم: ساختار فریم OFDM 9
 
۲-۱- مقدمه­ای بر OFDM 10
۲-۲- ساختار فرستنده و گیرنده­ی OFDM 15
۲-۲-۱- پریود سمبل، فواصل و فضای حامل . ۱۶

۲-۲-۲- پیاده سازی با بهره گرفتن از FFT و IFFT . 18

۲-۳- مزایا و معایب سیستم­های OFDM 20

۲-۴- ساختار فریم OFDM در گیرنده­ی DVB-T 21
۲-۴-۱- نقاط منظومه­ای.۳۰
فصل سوم: آشنایی با پخش زمینی تلویزیون دیجیتال . ۳۲
۳-۱- معایب انتقال آنالوگ ۳۳
۳-۲- مزایای سیستم دیجیتال . ۳۵
۳-۲-۱- کیفیت تصاویر ارسالی دیجیتال و آنالوگ ۳۷
۳-۳- اجزای یک سیستم تلویزیون . ۳۸
۳-۳-۱- طراحی تلویزیون . ۴۰
۳-۳-۲- تلویزیون همراه (DVB_T MOBILE) 41
۳-۴- گسترش جهانی تلویزیون دیجیتال ۴۲
۳-۴-۱- تلویزیون دیجیتال در ایالات متحده . ۴۲
۳-۴-۲- تلویزیون دیجیتال در اروپا ۴۳
۳-۴-۳- تلویزیون دیجیتال در ژاپن ۴۳
۳-۴-۴- نحوه­ی پوشش DVB_T در ایران . ۴۴
۳-۵- سازمان­ها و استانداردهای عمومی تلویزیون دیجیتال ۴۶
۳-۶- فرستنده­های تلویزیون دیجیتال . ۴۹
۳-۶-۱- لزوم فشرده سازی به روش MPEG-2 . 51
۳-۶-۲- کدهای درونی(کد کانولوشنال) ۵۴
۳-۶-۳- مدولاسیون درونی(داخلی) ۵۵
۳-۶-۴- کدگذاری خارجی ۵۶
۳-۶-۵- مدولاسیون درونی(داخلی) . ۵۷
۳-۷- باند ارسال ۵۸
۳-۸- منطقه­ی پوشش فرستنده ۵۸
۳-۹- دریافت سیگنال دیجیتال . ۵۹
۳-۱۰- اصطلاحات دیجیتالی ۶۱
فصل چهارم: شبیه­سازی گیرنده­ی سیگنال DVB_T . 63
۴-۱- گیرنده­ی سیگنال DVB_T . 64
۴-۱-۱- مشخصات سیستم DVB_T 65
۴-۱-۲- گیرنده­ی پیشنهادی ۶۶
۴-۲- همزمان­سازی ۶۷
۴-۳- تخمین آفست فرکانسی   70
۴-۴- تخمین کانال ۷۶
۴-۴-۱- روش درون یابی خطی . ۷۶
۴-۴-۲- روش کمترین مربعات (LS) . 78
۴-۴-۳- تخمین کانال متغیر با زمان ۸۱
۴-۵- همسان­سازی . ۸۲
۴-۶- دی­مدولاسیون ۸۳
۴-۷- روش بازتولید . ۸۳
۴-۸- حساسیت سنجی روش بازتولید ۸۴
فصل پنجم: نتایج . ۹۶
 
– فهرست منابع .۱۰۰
– چکیده به زبان انگلیسی .۱۰۳
 
 
 
 
 
فهرست جدول­ها
 
عنوان و شماره                                                                                                     صفحه
۱-۱: قابلیت رزولوشن در برد برای چند سیگنالینگ مختلف                                          7
۲-۱: پارامترهای اساسی در استاندارد a 802.11 OFDM IEEE                               14
۲-۲: اطلاعات مربوط به نرخ بیت ارسالی(Mbits/sec) بر حسب اطلاعات مدولاسیون­ها و نرخ کدینگ متفاوت                                                                                                  17
۲-۳: پارامترهای مودهای ۲k و ۸k                                                23
۲-۴: مشخصات فریم OFDM و مقادیر ممکن برای Tu و ∆ در فریم OFDM                     24
۲-۵: مقادیر ممکن برای طول سمبل و زمان محافظ در پهنای باند۸ مگاهرتز                     25
۲-۶: فاصله­ی محافظ و نرخ کد مدولاسیون­های QPSK، ۱۶QAM، ۶۴QAM                     25
۲-۷: محل پایلوت­های پیوسته در هر سمبل OFDM                                                       28
۲-۸: شماره حامل­های TPS در هر سمبل OFDM                                                             29
۳-۱: شهرهای تحت پوشش DVB-T در ایران                                                         45
۳-۲: استانداردهای تلویزیون دیجیتال                                                                     46
۳-۳: استانداردهای MPEG                                                                                             47
۳-۴: استانداردهای DVB                                                                                                        47
۳-۵: مقایسه­ استانداردهای مختلف                                                                       49
۳-۶: مشخصات DVB_T در ایران                                                                          51
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل­ها
 
 

صفحهعنوان
۳شکل شماره­ی ۱-۱- هندسه­ی رادار پسیو
۱۳شکل شماره­ی ۲-۱- مقایسه­ ذخیره­ی پهنای باند در سیستم OFDM و FDM
۱۵شکل شماره­ی ۲-۲- ساختار فرستنده و گیرنده­ی OFDM
۱۶شکل شماره­ی ۲-۳- استفاده از پیشوند پرخشی برای جلوگیری از ISI بین سمبل­های OFDM
۱۸شکل شماره­ی ۲-۴- نمای ساده­ای از فرستنده و گیرنده­ی OFDM
۱۹شکل شماره­ی ۲-۵- بلوک دیاگرام فرستنده OFDM
۱۹شکل شماره­ی ۲-۶- بلوک دیاگرام گیرنده OFDM
۲۲شکل شماره­ی ۲-۷- ساختار فریم OFDM و محل پایلوت­ها
۳۰شکل شماره­ی ۲-۸-الف- مدولاسیون QPSK با کد گری
۳۱شکل شماره­ی ۲-۸-ب- مدولاسیون ۱۶-QAM با کد گری
۳۱شکل شماره­ی ۲-۸-ج- مدولاسیون ۶۴-QAM با کد گری
۴۵شکل شماره­ی ۳-۱- نحوه پوشش استاندارد DVB-T روی کره زمین
۵۰شکل شماره­ی ۳-۲- ساختار کلی فرستنده DVB-T
۵۱شکل شماره­ی ۳-۳- دیاگرام عملکرد فرستنده تلویزیون دیجیتال
۵۵شکل شماره­ی ۳-۴- دنباله ارسالی بعد از کدینگ خارجی
۶۱شکل شماره­ی ۳-۵- دیاگرام عملی گیرنده­ی زمینی تلویزیون دیجیتال
۶۴شکل شماره­ی ۴-۱- ساختار گیرنده­ی مرجع
۶۶شکل شماره­ی ۴-۲- الگوی درج پایلوت در سیستمDVB_T
۶۷شکل شماره­ی ۴-۳- همزمان سازی
۶۸شکل شماره­ی ۴-۴- نمایی از همزمان سازی با بهره گرفتن از تابع همبستگی سیگنال دریافتی
۶۹شکل شماره­ی ۴-۵- تأخیر سیگنال دریافتی
۷۰شکل شماره­ی ۴-۶- مراحل دقیق تخمین و جبران آفست فرکانسی
۷۱شکل شماره­ی ۴-۷- یک واحد شیفت در اثر ایجاد قسمت صحیح آفست فرکانسی
۷۲شکل شماره­ی ۴-۸- نمایش از محاسبه­ی قسمت صحیح آفست فرکانسی بر اساس کورلیشن بین زیرحامل­های پایلوت پیوسته
۷۷شکل شماره­ی ۴-۹- تخمین بهره­ی کانال به ازای هر ۳ زیرحامل در هر سمبل
۸۰شکل شماره­ی ۴-۱۰- منحنی Pe بر حسب SNR برای تخمین کانال به روش درون­یابی خطی و کمترین مربع خطا
۸۰شکل شماره ی ۴ -۱۱- منحنی Pe بر حسب SNR برای تخمین کانال به روش درون­یابی خطی و کمترین مربع خطا و درون­یابی nearest، درون­یابی spline، درون­یابی cubic و درون­یابی sinc
۸۱شکل شماره­ی ۴-۱۲- منحنی Pe بر حسب SNR برای درون­یابی خطی و کمترین مربع خطا
۸۳شکل شماره­ی ۴-۱۳- بلوک­های مرحله­ی بازتولید
۸۴شکل شماره­ی۴-۱۴-الف- منحنی Pe بر حسب SNR برای عدم تعادل در دامنه­یI و Q برابر با ۰۵٫۰
۸۴شکل شماره­ی ۴-۱۴-ب- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم تعادل در دامنه­یI و Q برابر با ۰۵٫۰
۸۴شکل شماره­ی ۴-۱۵-الف- منحنی Pe بر حسب SNR برای عدم تعادل در دامنه­یI و Q برابر با ۱٫۰
۸۵شکل شماره­ی ۴-۱۵-ب- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم تعادل در دامنه­یI و Q برابر با ۱٫۰
۸۵شکل شماره­ی ۴-۱۶-الف- منحنی Pe بر حسب SNR برای عدم تعادل در دامنه­یI و Q برابر با ۲٫۰
۸۵شکل شماره­ی ۴-۱۶-ب- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم تعادل در دامنه­یI و Q برابر با ۲٫۰
۸۶شکل شماره­ی ۴-۱۷-الف- منحنی Pe بر حسب SNR برای عدم تعادل در فازI و Q برابر با ۰۲٫۰
 
۸۶شکل شماره­ی ۴-۱۷-ب- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم تعادل در فازI و Q برابر با ۰۲٫۰
۸۷شکل شماره­ی ۴-۱۸-الف- منحنی Pe بر حسب SNR برای عدم تعادل در فازI و Q برابر با ۰۳٫۰
۸۷شکل شماره­ی ۴-۱۸-ب- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم تعادل در فازI و Q برابر با ۰۳٫۰
۸۷شکل شماره­ی ۴-۱۹-الف- منحنی Pe بر حسب SNR برای عدم تعادل در فازI و Q برابر با ۰۵٫۰
۸۸شکل شماره­ی ۴-۱۹-ب- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم تعادل در فازI و Q برابر با ۰۵٫۰
۸۹شکل شماره­ی ۴-۲۰- طیف فرکانسی OFDM
۸۹شکل شماره­ی ۴-۲۱- فیلتر باترورث مورد استفاده
۸۹شکل شماره­ی ۴-۲۲- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم یکنواختی پاسخ فرکانسی در فرستنده برای حالت فیلتر باترورث
۹۰شکل شماره­ی ۴-۲۳-: فیلتر مورد استفاده با dB0.5 ریپل در باند عبور
۹۰شکل شماره­ی ۴-۲۴- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم یکنواختی پاسخ فرکانسی در فرستنده برای فیلتر با dB0.5ریپل در باند عبور
۹۰شکل شماره­ی ۴-۲۵- فیلتر مورد استفاده با dB1 ریپل در باند عبور
۹۱شکل شماره­ی ۴-۲۶- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم یکنواختی پاسخ فرکانسی در فرستنده برای فیلتر با dB1ریپل در باند عبور
۹۱شکل شماره­ی ۴-۲۷- فیلتر مورد استفاده با dB2 ریپل در باند عبور
۹۱شکل شماره­ی ۴-۲۸- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای عدم یکنواختی پاسخ فرکانسی در فرستنده برای فیلتر با dB2 ریپل در باند عبور
۹۲شکل شماره­ی ۴-۲۹- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای آفست فرکانسی دقیق
۹۳شکل شماره­ی ۴-۳۰- منحنی Pe بر حسب SNR بدون جبران f=4Hz∆ ۰٫۰۰۱ آفست فرکانسی
۹۳شکل شماره­ی ۴-۳۱- منحنی Pe بر حسب SNR بدون جبران f=24Hz∆ ۰٫۰۰۶ آفست فرکانسی
۹۳شکل شماره­ی ۴-۳۲- منحنی Pe بر حسب SNR بدون جبران f=40Hz∆ ۰٫۰۱ آفست فرکانسی
۹۴شکل شماره­ی ۴-۳۳- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای آفست فرکانسی دقیق و یک واحد اختلاف در آفست فرکانسی
۹۵شکل شماره­ی ۴-۳۴-الف- منحنی Pe بر حسب SNR برای برای سنجش SER
۹۵شکل شماره­ی ۴-۳۴-ب- منحنی CA-Loss بر حسب SNR برای برای سنجش SER

 
 
 
فصل اول
 
 
۱- مقدمه
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
۱-۱- مقدمه­ای بر رادار پسیو
 
فضای اطراف ما آکنده از امواج رادیویی است که در تمام جهات در حال انتشار می­باشد. امواج رادیویی، امواج مغناطیسی می­باشند که معمولا توسط آنتن منتشر می­شوند. واژه­ی رادار (Radar)[1] از حروف اول چند کلمه­ی انگلیسی به معنای آشکارسازی و فاصله­یابی با بهره گرفتن از امواج رادیویی، ساخته شده است. این واژه که امروزه در سرتاسر دنیا کاربرد دارد، همانند رادیو و تلویزیون یک اصطلاح بین ­المللی شده است. با رادار می­توان درون محیطی را که برای چشم، غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریکی، باران، مه، برف، غبار و . . امواج رادیویی برد زیادی دارند، توسط انسان­ها قابل حس نیستند و کشف و دریافت آن­ها حتی هنگامی که ضعیف هم شده ­اند به­ راحتی امکان­پذیر است. بنابراین رادار دستگاهی است که به وسیله­ی امواج رادیویی می ­تواند وجود شیئی را کشف و فاصله­ی آن را تعیین نماید. سیستم­های راداری متداول از یک بخش فرستنده و گیرنده تشکیل می­شوند که اغلب از یک آنتن برای ارسال و دریافت استفاده می­ کنند. اولین تجربه در مورد بازتابش امواج رادیویی توسط هرتز آلمانی در سال ۱۸۸۶ به­دست آمد. در سال­های ۱۹۲۰ تا ۱۹۳۰ پیشرفت­هایی در جهت ساخت رادار با قابلیت­های تعیین فاصله­ی اهداف صورت گرفت. در سال ۱۹۶۰ استفاده از رادارهای هوایی و فضایی توسعه یافت و علاوه بر کاربرد نظامی، جهت نقشه­برداری جغرافیایی و اکتشافات علمی و . مورد استفاده قرار گرفتند. رادارها براساس محل قرار گرفتن فرستنده و گیرنده به رادارهای تک­پایه[۲]، دو­پایه[۳] و یا چند­پایه تقسیم می­شوند. رادارهای اولیه همگی دو­پایه بودند. با پیشرفت تکنولوژی آنتن­هایی ساخته شدند، که قادر بودند از فرستندگی به گیرندگی سوییچ نمایند. در سال ۱۹۳۶ رادارهای دوپایه جای خود را به رادارهای تک­پایه دادند. اجزاء تشکیل دهنده سیستم رادار فرستنده، گیرنده آنتن وسیستم­های الکتریکی جهت ثبت و پردازش اطلاعات می­باشد.
از انواع رادارها، رادارهای پسیو می­باشند. رادار پسیو را با نام­هایPCL[4] و PBR[5] می­شناسند]۱[. رادار پسیو راداری دو ­پایه است که می ­تواند با بهره گرفتن از انواع فرستنده­های مغتنم بدون اینکه خود مورد شناسایی قرارگیرد، به آشکارسازی اهداف بپردازد و اختلاف زمان بین سیگنالی که مستقیما از فرستنده دریافت می­شود و سیگنال­هایی را که در اثر تشعشع دریافت می­شود را اندازه می­گیرد این کار اجازه می­دهد تا وضعیت هدف و تحرک آن مشخص گردد. فرستنده­های متعدد آنالوگ و دیجیتال VHF رادیویی و UHF تلویزیونی موجود هستند که رادار پسیو می ­تواند از آنها به عنوان فرستنده­های مغتنم استفاده کند.
از مزایای رادارهای PBR می­توان به موارد زیر اشاره کرد:
پایین بودن هزینه­ نگه­داری به دلیل نداشتن فرستنده، پایین بودن هزینه­ ساخت، پنهان­کاری راداری به علت نداشتن امواج ارسالی، اندازه­ کوچک­تر نسبت به رادارهای اکتیو، امکان ردیابی و مقابله با جنگنده­های پنهان­کار، غیرقابل ردیابی در مقابل موشک­های ضد تشعشع.
رادارهای پسیو که از فرستنده­های مغتنم بهره ­برداری می­ کنند، دارای ساختار دوپایه مطابق شکل ۱-۱ می­باشند. در این صورت به سیگنالی که بین فرستنده­ی مغتنم و گیرنده­ی رادار دوپایه مبادله می­شود، سیگنال مسیرمستقیم می­گویند و به سیگنالی که بین هدف و گیرنده­ی رادار دوپایه مبادله می­شود، سیگنال هدف گفته­ می­شود]۲-۳ [.
شکل ۱-۱: هندسه­ی رادار پسیو
 
ایده­ی بنیادین رادار پسیو این است که سیگنال­های چند مسیره شامل سیگنال مرجع، سیگنال­های کلاتر و اهداف در کانال مراقبت را گرفته و به تفکیک آن­ها می ­پردازد. برای تفکیک مناسب این سیگنال­ها نیازمند آن هستیم که یک نسخه­ی خالص از سیگنال کانال مرجع را در اختیار داشته باشیم، معمولا این نسخه­ی­ خالص دراختیار نیست و با انجام پیش­پردازش­هایی روی سیگنال دریافتی، این سیگنال خالص به دست می­آید. یکی از روش­­های دست­یابی به نسخه­ی اصلی سیگنال کانال مرجع، بازتولید[۶] می­باشد.
در رادارهای معمولی، زمان ارسال پالس و دریافت آن کاملا شناخته شده است و به رادار این اجازه را می­دهد تا فاصله هدف به راحتی محاسبه شود و توسط یک فیلتر تطابق درصد سیگنال به نویز را مشخص نماید. یک رادار پسیو هیچ اطلاعاتی را به طور مستقیم دریافت نمی­نماید، از این رو باید از یک کانال اختصاصی (که کانال منبع نامیده می شود) استفاده نماید.
یک رادار پسیو برای آشکارسازی اهداف از مراحل زیر استفاده می­نماید:

  • جستجوی منطقه تحت پوشش برای دریافت امواج توسط دریافت­کننده­های دیجیتالی بدون نویز
  • تولید امواج دیجیتال برای تشخیص جهت دریافت امواج و فاصله ارسال شده و قدرت منبع ارسال کننده
  • فیلترینگ انطباقی برای جداسازی هر سیگنال مستقیم ناخواسته در محدوده تجسس
  • آماده­سازی سیگنال مشخص شده برای ارسال کننده
  • رابطه ضربدری برای کانال منبع با کانال­های تجسسبرای مشخص­کردن رنج بای­استاتیک و داپلر هدف
  • آشکار سازی با بهره گرفتن از میزان هشدار کاذب[۷] ( (CFAR
  • ارتباط و پیگیری هدف در فضای داپلر تحت پوشش که به نام پیگیری خطی[۸] شناخته شده است.
  • ارتباط و ترکیب پیگیری خطی از هر ارسال کننده به شکل ارزیابی نهایی از موقعیت و سمت و سرعت یک هدف به نمایش در می­آید]۳[.

 
[۱] Radio Detection And Ranging
۲ Monostatic
۳ Bistatic

۴ Passive Coherent Location
۵ Passive Bistatic Radar

[۶] Regeneration
[۷] Constant false alarm ratio
[۸] line tracking
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

99