فهرست مطالبفصل اول: مقدمه11-1- تعریف31-2- مزایای سیستم هایUWB31-3- چالش ها61-4- کاربردها71-5- مطالب ارایه شده در این پایان نامه9فصل دوم: مدل سیستم UWB112-1- شبکه های ارسال UWB122-2- شبکه چند بانده132-3- مدولاسیون و پالس های IR132-3-1- PPM152-3-2- PAM و OOK162-3-3- OPM162-3-4- روش TRM172-4- تفاوت بین سیستم های UWB و پخش شدگی طیفی(SS)182-4-1- SS دنباله مستقیم (DS)182-4-2- تفاوت مهم بین تکنولوژی های SS و UWB192-5- روش های SS در سیستم های UWB192-5-1- DS-UWB212-5-2- TH-UWB22فصل سوم: مدل کانال UWB253-1- مدل کانال بر طبق استاندارد IEEE 802.15.3a273-2- مدل کانال بر طبق استاندارد IEEE 802.15.4a303-3- نتایج شبیه سازی (IEEE 802.15.3a)363-4- نتایج شبیه سازی (IEEE 802.15.4a)55فصل چهارم: روش های آشکارسازی متداول سیگنال های UWB644-1- روش آشکارسازی همدوس654-2- گیرنده فیلتر منطبق کلاسیک654-3- گیرنده های Rake664-3-1- گیرنده های Rake ایده ال(I-Rake)674-3-2- گیرنده های Rake انتخابی (S-Rake)674-3-3- گیرنده های Rake نسبی (P-Rake)674-3-4- تکنیک های ترکیب دایورسیتی برای گیرنده های Rake684-4- روش های آشکارسازی ناهمدوس694-5- آشکارسازی سیگنالینگPPM بر اساس آماره های مرتبه چهارم[18]714-6- آشکارسازی سیگنالیگ PPM بر اساس وزن دهی فاصله های انرژی [19]734-7- آشکارسازی انرژی سیگنالینگ PPM با چندین اندازه گیری[20]744-8- آشکارسازی سیگنالینگ PAM بر اساس سیستم های مرجع انتقالی(TR)[21]784-9- آشکارسازی بر اساس توابع ویژه[23،29]794-10- آشکارسازی سیگنالینگ PPM براساس تخمین کوواریانس شکل موج دریافتی[25]824-10-1- گیرندة بهینه برای کانال با پخش کننده های ناهمبسته854-10-2- گیرندة بهینه برای کانال با پخش کننده های همبسته864-10-3- روش مرتبه-1 ماکزیمم واگرایی864-11- نتایج شبیه سازی88فصل پنجم: آشکارساز چندسمبولی پیشنهادی براساس روش GLR975-1- مدل سیگنال1005-2- فرمولاسیون مسأله واستخراج آشکارساز GLR1015-2-1- آشکارسازی GLR براساس تکنیک SDR1035-3- آشکارسازی GLR-SDR بهبود یافته1065-4- نتایج شبیه سازی110فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات1206-1- نتیجه گیری1216-2- پیشنهادات123 فهرست جداولجدول (2-1) بیت های ارسالی و دنباله های شبه تصادفی 3 کاربر24جدول (3-1) پارامترهای مربوط به مدل (IEEE 802.15.3a)29جدول (3-2) پارامترهای مربوط به یک محیط مسکونی در 2 حالت LOS و NLOS33جدول (3-3) پارامترهای مربوط به محیط اداری داخلی در 2 حالت LOS و NLOS34جدول (3-4) پارامترهای مربوط به محیط بیرونی در 2 حالت LOS و NLOS35جدول (3-5) پارامترهای مربوط به یک محیط بیرونی باز36 فهرست شکل هاشكل (1-1) باند طیفی اختصاص یافته FCC5شكل (1-2) همزیستی سیستمهای UWB با سیستم های باند باریک موجود6شكل (2-1) مقایسه سیگنال های مدوله شده با تکنیک های مختلف مدولاسیون به همراه سیگنال غیر مدوله شده17شكل (2-2) مثالی از سیگنال ارسالی با تکنیک DSSS19شكل (2-3) مقایسه طیف دنباله پالس UWB با و بدون تکنیک تصادفی21شكل (2-4) پریودهای زمانی مختلف در سیستمهای TH-UWB23شكل (2-5) مستطیلهای قرمز، سبز و آبی نشاندهنده پالسهای ارسالی برای 3 کاربر1، 2 و 3 برای حمل 3 بیت ارسالی24شكل (3-1) پاسخ ضربه 100کانال مدل (CM1)37شكل (3-2) متوسط 100 پاسخ ضربه کانال (CM1)38شكل (3-3) Exsees delay برای 100 کانال مختلف CM138شكل (3-4) RMS delay spread برای 100 کانال مختلف CM139شكل (3-5) تعداد مسیرهای با dB 10 تضعیف نسبت به پیک (CM1)39شكل (3-6) تعداد مسیرهای % 85 انرژی کل (CM1)40شكل (3-7) پروفایل نزولی توان (CM1)40شكل (3-8) انرژی کانال به همراه متوسط و انحراف استاندارد آن (CM1)41شكل (3-9) 100 پاسخ ضربه کانال (CM2)42شكل (3-10) متوسط 100 پاسخ ضربه کانال (CM2)42شكل (3-11) Exsess delay برای 100 کانال مختلف CM243شكل (3-12) RMS delay spread برای 100 کانال مختلف CM243شكل (3-13) تعداد مسیرهای با dB 10 تضعیف نسبت به پیک (CM2)44شكل (3-14) تعداد مسیرهای % 85 انرژی کل (CM2)44شكل (3-15) پروفایل تاخیر نزولی توان (CM2)45شكل (3-16) انرژی کانال به همراه متوسط و انحراف استاندارد آن(CM2)45شكل (3-17) پاسخ ضربه 100کانال مدل(CM1)46شكل (3-18) متوسط 100پاسخ ضربه کانال (CM1)47شكل (3-19) Exess delay برای 100 کانال مختلف CM147شكل (3-20) RMS delay spared برای 100 کانال مختلف CM148شكل (3-21) تعداد مسیرهای با dB 10 تضعیف نسبت به پیک (CM1)48شكل (3-22) تعداد مسیرهای % 85 انرژی کل (CM1)49شكل (3-23) پروفایل تاخیر نزولی توان (CM1)49شكل (3-24) انرژی کانال به همراه متوسط و انحراف استاندارد آن(CM1)50شكل (3-25) پاسخ ضربه 100کانال مدل (CM1)51شكل (3-26) متوسط100 پاسخ ضربه کانال (CM1)51شكل (3-27) Exess delay برای 100 کانال مختلف CM152شكل (3-28) RMS delay spread برای 100 کانال مختلف CM152شكل (3-29) تعداد مسیرهای با dB 10 تضعیف نسبت به پیک (CM1)53شكل (3-30) تعداد مسیرهای % 85 انرژی کل (CM1)53شكل (3-31) پروفایل تاخیر نزولی کانال (CM1)54شكل (3-32) انرژی کانال به همراه متوسط و انحراف استاندارد آن (CM1)54شكل (3-33) قدر مطلق پاسخ ضربه 100کانال مدل (CM1)56شكل (3-34) متوسط پاسخ ضربه 100 کانال (CM1)56شكل (3-35) Exsess delay برای 100 کانال مختلف CM157شكل (3-36) RMS delay spread برای 100 کانال مختلف CM157شكل (3-37) تعداد مسیرهای با dB 10 تضعیف نسبت به پیک (CM1)58شكل (3-38) تعداد مسیرهای بیش از % 85 انرژی کل (CM1)58شكل (3-39) پروفایل تاخیر نزولی توان (CM1)59شكل (3-40) قدر مطلق پاسخ ضربه 100 کانال (CM2)60شكل (3-41) متوسط پاسخ ضربه حقیقی 100 کانال (CM2)60شكل (3-42) Exsess delay برای 100 کانال مختلف CM261شكل (3-43) RMS delay spread برای 100 کانال مختلف CM261شكل (3-44) تعداد مسیرهای با dB 10 تضعیف نسبت به پیک (CM2)62شكل (3-45) تعداد مسیرهای % 85 انرژی کل (CM2)62شكل (3-46) پروفایل تاخیر نزولی توان (CM2)63شكل (4-1) ساختار گیرنده فیلتر منطبق66شكل (4-2) پالس ارسالی با فرض بیت 0 در مدولاسیون PPM و یک نمونه سیگنال دریافتی پس از عبور از کانال UWB69شكل (4-3) پالس ارسالی با فرض بیت 1 در مدولاسیون PPM و یک نمونه سیگنال دریافتی پس از عبور از کانال UWB70شكل (4-4) مقایسه آشکارساز کورتسیس با آشکارساز انرژی براساس کانال CM188شكل (4-5) مقایسه آشکارساز کورتسیس با آشکارساز انرژی براساس کانال AWGN89شكل (4-6) مقایسه آشکارساز انرژی وزن بهینه، زیر بهینه و آشکار انرژی معمولی براساس کانال CM190شكل (4-7) مقایسه آشکارساز انرژی با چندین اندازهگیری بهینه و زیر بهینه و آشکارساز انرژی معمولی براساس کانال CM191شكل (4-8) مقایسه آشکارساز TR کلاسیک و TR متوسط گیری شده براساس کانال CM192شكل (4-9) کارایی گیرنده eigen برای تعداد مختلف93شكل (4-10) عملکرد BER برای مدل کانالIEEE 802.15.3a CM194شكل (4-11) عملکرد BER برای مدل کانال IEEE 802.15.3a CM895شكل (4-12) بهترین فیلتر گیرنده معین برای کانال CM1 مطابق بهینه سازی تکراری معیار J-div rank-196شكل (5-1) عملکرد BER آشکارساز GLR و GLR-SDR با تعداد مراحل تصادفی مختلف در حالت .... 111شكل (5-2) مقایسه عملکرد آشکارساز GLR-SDR و ED و گیرنده ideal Rake با اندازه بلوک های مختلفدر حالت کانال CM1112شكل (5-3) مقایسه عملکرد آشکارساز GLR-SDR و ED و گیرنده ideal Rake با اندازه بلوک های مختلفدر حالت کانال CM2113شكل (5-4) عملکرد BER آشکارساز IGLR-SDR با مختلف برای و 114شكل (5-5) عملکرد BER آشکارساز IGLR-SDR با مختلف برای و 115شكل (5-6) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR، ED و KD برای ، و در حالت کانال CM1116شكل (5-7) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR، ED و KD برای ، و در حالت کانال CM2117شكل (5-8) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR و ED برای ، و در حالت کانال CM1118شكل (5-9) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR و ED برای ، و در حالت کانال CM2119 فصل اول مقدمه ظهور سیستمهای مخابراتی با عرض پالس بسیار باریک و پهنای باند بسیار وسیع و پیداش کاربردهای متنوع برای آنها، در سالیان اخیر زمینه ساز تحقیقات گستردهای در جنبههای گوناگون نظری و پیادهسازی عملی چنین سیستمهایی گشته است. سیستمهای فراپهن باند (UWB) از حدود 20 سال قبل در مخابرات نظامی، موقعیت یابی و رادار مورد استفاده قرار گرفته است و اخیرا بر روی الکترونیکهای مصرفی و مخابراتی توجه شده است. لیکن با افزایش تقاضا برای کاربرد تجاری این تکنیک و با تلاشهایی که از اواخر دهه 1990 آغاز شد، در نهایت مجوز استفاده از گستره فرکانسی حدود GHz 10-3، به شرط رعایت محدودیتهای شدید بر سقف توان ارسالی، صادر شد.. در واقع، بسیاری از سیستمهای مخابراتی بی سیم از فرکانسهای باند باریک مجزا به منظور جلوگیری از تداخل با یکدیگر استفاده میکنند. به هر حال، برای سیستمهای UWB به منظور جلوگیری از تداخل با دیگر سیستمها، به شرط رعایت محدودیتهای شدید بر سقف توان ارسالی و طیف تعریف بر طبق FCC میتوانند به کار روند.سیستمهای UWB ویژگیهای منحصر به فردی نسبت به سیستمهای مخابراتی دیگر دارند. دو ویژگی منحصر به فرد سیستمهای UWB، پهنای باند بسیار وسیع و Duty Cycle پایین آن میباشد. پهنای باند بسیار وسیع منجر به انتقال پالسهای بسیار باریک که بیتهای اطلاعاتی را حمل میکنند، میشود. در واقع سیستمهای UWB، به جای استفاده از توان بسیار بالا در رنج فرکانسهای مجزا، از سیگنالهای با توان پایین و در رنج فرکانسی بسیار زیاد استفاده میکنند. بنابراین ارسال سیگنالهای UWBبه عنوان یک سیگنال نویزی برای سیستمهای مخابراتی دیگر ظاهر شد. سیستمهای UWB برای کاربردهای داخلی که نیاز به نرخ دیتای بالا دارند و در رنج فاصله کوتاه 1 تا 10 متر، میتوانند مورد استفاده قرار گیرند. Duty Cycle به عنوان نسبتی از زمانی که یک پالس در یک دوره تناوب قرار میگیرد، تعریف میشود که در سیستمهای UWB مقدار آن بسیار کم و در حدود 0.005 میباشد.