مقاله پژوهشی در مورد سیستمهای طیف گسترده

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله پژوهشی در مورد سیستمهای طیف گسترده دارای ۷۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله پژوهشی در مورد سیستمهای طیف گسترده  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله پژوهشی در مورد سیستمهای طیف گسترده،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله پژوهشی در مورد سیستمهای طیف گسترده :

پژوهشی در مورد سیستمهای طیف گسترده
فصل اول
تاریخچه و مقدمه
طراحان سیستمهای مخاراتی درگذشته و حال همواره به دنبال دستیابی به تکنیکهای مدولاسیون ودمدولاسیونی هستند که نیازهای مخابراتی و ملاحظاتی مورد نظر آنهارا به بهترین صورت مرتفع سازند. اکثر این تکنیکها سعی در بهینه سازی استفاده از یک یا هر دو پارامتر مخابرات یعنی قدرت و پهنای باند داشته، هدف اصلی آنها کم کردن احتمال خطای بین در ارسال سیگنال از یک محل به محل دیگر، با فرض حضور نویز گوسی سفید جمع شونده می‎باشد.

با این وجود گاهی نیاز به تکنیکهای مدولاسیونی که نیازهایی غیر از موارد مذکور را برآورده کنند به چشم می خورد. به عنوان مثال علاوه برکانالهای AWGN کانالهای دیگری وجود دارند که از این مدل تبعیت نمی کنند.

مثلا یک سیستم مخابرات نظامی که تحت تاثیر تداخل عمدی «اختلال» قرار می گیرد، یا کانال چند مسیره که به خاطر انتشار سیگنال از چند مسیر ایجاد میشود نمونه هایی از این کانالها می باشند،

لذا امروزه استفاده از تکنیکهای مدولاسیون با خواصی نظیر مقاومت در برابر اختلال، عملکرد در طیف انرژی پایین، دسترسی چندگانه بدون کنترل خارجی ایجاد کانالهای سری بدون امکان شنود خارجی و … به سرعت ر و به افزایش است. یک روش مدولاسیون و دمدولاسیون که می‎تواند در اینگونه موارد مناسب باشد تکنیک طیف گسترده می‎باشد.

۶۰ سال پیش در‌آگوست ۱۹۴۲ هدی لامار جرج آنیل با ثبت سند سیستم مخابرات مخفی در اداره ثبت اختراعات ایالات متحده دریچه ای به فضای دوردست «سیستم های طیف گسترده» گشودند. تکنیکهای طیف گسترده در ابتدا برای اهداف نظامی ایجاد و مورد استفاده قرار گرفتند.

اما با پیشرفت های فراوانی که در عرصه VLSI تکنیکهای پیشرفته پردازش سیگنال و ساخت میکروپروسسورهای سریع و ارزان قیمت صورت گرفت امکان توسعه تجهیزات طیف گسترده برای استفاده های شخصی فراهم شد.

ازمشخصات بارز یک سیستم طیف گسترده می‎توان به گسترش طیف سیگنال ارسالی در پهنای باند مستقل و بسیار وسیعتر از باند پیام، حذف گسترش و حصول مجدد طیف توان درگیرنده و بکارگیری یک دنباله شبه تصادفی غیر از دنباله پیام در فرستنده و گیرنده اشاره نمود.

دو شرط عمده زیر باعث تمایز سیستم های طیف گسترده باز مدولاسیون های نظیر FM باند وسیع که در آنها نیز از پهنای باند سیگنال پیام استفاده می‎شود شده است .

۱- د ریک سیتم طیف گسترده پهنا باند ارسالی بسیار بزرگتر پهنای باند سیگنال پیام می‎باشد.
۲- گسترش طیف توسط دنباله شبه تصافدی دیگری که از سیگنال پیام مستقل و برای گیرنده کاملاً مشخص است، انجام می‎شود. شکل ۱-۱ دیاگرام کلی سیستم طیف گسترده را نشان می‎دهد.

دراین دیاگرام منظور از کد گسترش دهنده یک دنباله باینری شبه تصادفی با نرخ بسیار بالاتر از نرخ سیگنال پیام و لذا طیف فرکانسی وسیعی می‎باشد. شکل ۲-۱ نمونه ای از این دنباله را نشان می دهند.

در فصول بعد این بخش ابتدا به معرفی بیشتر سیستم های طیف گسترده پرداخته انواع ، خصوصیت ها و کاربردهای این سیستم ها را بیان می کنیم.

فصل دوم
سیستم های طیف گسترده
استفاده از سیستم های طیف گسترده باعث بهبود کیفیت انتقال اطلاعات در سیستم های مخابراتی می‎شود. بطور کلی مقدار بهبود کیفیتی را که دراثر استفاده از یک سیستم طیف گسترده بدست می‎آید بهره پردازش می گوییم. بعبارت دیگر آن را می‎توان تفاوت میان عملکرد سیستمی که از طیف گسترده استفاده می‎کند

و عملکرد سیستمی که از این تکنیک استفاده نمی کنند، هنگامی که بقیه شرایط برای دو سیستم یکسان باشد تعریف نمود، بنابراین بهره پردازش پارامتری است که با آن می‎توان کیفیت سیستم طیف گسترده را نشان داد.

سه رابطه رایج برای بهره پردازش درنظر گرفته شده است.
۱- نسبت SNR خروجی به SNR وردی بعد از فیلتر کردن نهایی
(۱-۲)
۲- نسبت پهنای باند سیگنال گسترده شده به نرخ ارسال اطلاعات.
(۲-۲)
۳- نسبت پهنای باند سیگنال گسترده شده به پهنای باند پیام (مدوله شده)

(۳-۲)
رابطه اول یک رابطه تئوری کلی است و روابط بعدی را می‎توان به ترتیب برای دو نوع سیستم طیف گسترده FH و DS از آن نتیجه گرفت.

بهره پردازش امروزه درسیستم های طیف گسترده تجاری ۱۰ تا ۱۰۰ ( Db 20-10) و در سیستم های طیف گسترده نظامی ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰۰ (Db 60-30) می‎باشد.
۱-۲- انواع سیستم های طیف گسترده
انواع سیستم های طیف گسترده عبارتند از:
۱- سیستم طیف گسترده دنباله مستقیم یا شبه نویز (DS) / (PN)
۲- سیستم طیف گسترده پرش فرکانسی (FH)
۳- سیستم طیف گسترده پرش زمانی (TH)

۴- سیستم طیف گسترده جاروب فرکانسی (CHIRP)
۵- سیستم طیف گسترده با ترکیب روش های فوق (HYBRID)
در ادامه به بررسی اجمالی انواع سیستم های طیف گسترده می‎پردازیم.
۱-۱-۲- سیستم طیف گسترده دنباله مستقیم یا شبه نویز (DS) / (PN)
شکل ۱-۲ بلوک دیاگرام یک مدولاتور طیف گسترده DS را نشان می‎دهد.

شکل ۱-۲: دیاگرام بلوکی فرستنده DS.
دراین روش همانطور که مشاهده می‎شود عمل گسترش طیف با ضرب مستقیم کد گسترش دهنده C(T) در موج مدوله شدن انجام می‎شود. چون کد گسترش دهنده یک دنباله باینری شبه تصادفی با نرخ بسیار بالاتر از نرخ اطلاعات می‎باشد از نظر فرکانسی طیفی با پهنای باند وسیع و شبیه نویز دارد که باعث گسترش طیف سیگنال مدوله شده در حوزه فرکانس می‎شود.

سیگنالهای ایجاد شده با این تکنیک در حوزه فرکانسی بصورت نویز ظاهر شده طبیعت آنها چنین می نماید که تصادفی هستند در صورتی که الا تصادفی نبوده و توان سیگنال به زیر سطح نویز کاهش می یابد. در این تکنکی هیچ گونه اطلاعاتی از بین نمی ورد و اطلاعات درگیرنده مجددا قابل بازیابی است.

در این گونه سیستمها می‎توان حتی گسترش طیف را قبل از مدولاسیون حامل انجام داد. در این حالت ابتدا کد گسترش دهنده در سیگنال پیام ضرب شده، سپس سیگنال گسترده حامل را مدوله می‎کند.

با استفاده از روابط در نظر گرفته شده برای محاسبه بهره پردازش مشاهده می‎شود که درسیستم طیف گسترده دنباله مستقیم (DS) هر چه نرخ دنباله کد گسترش دهنده بیشتر از نرخ سیگنال پیام باشد (دوره پالس دنباله گسترش دهنده کمتر از دوره پالس دنباله پیام باشد) بهره پردزاش بزرگتر، پهنای باند سیگنال گسترش یافته وسیعتر و کارایی سیستم بیشتر خواهد بود. بعبارت دیگر:

(۴-۲)
که در آن K یک ضریب ثابت، نرخ (دوره پالس) دنباله شبه نویز، نرخ (دوره پالس) سیگنال پیام و S توان می‎باشد.

دراینجا نگاهی اجمالی به چگونگی گسترش طیف در یک مدولاسیون DSSS بدون توجه به نوع مدولاسیون دیجیتال سیستم می کنیم. بطور کلی ثابت می‎شود که طیف فرکانسی یک دنباله شبه نویز با دور پالس و پریود N ، دنباله ای از ضربه ها با پوش تابع SINC2(0) می‎باشد.

همانطور که شکل ۲-۲ نشان می دهده برای طیف توان یک دنباله شبه نویز خواهیم داشت:
(۵-۲)
که درآن:
(۶-۲)
با توجه به بالا بودن نرخ کد گسترش دهنده مقدار بسیار کوچک و لذا پهنای باند طیف توان مقدار بزرگی خواهد بود. از طرف دیگر درسیستم DSSS پس از ضرب سیگنال پیام در دنباله کد گسترش دهنده، نرخ سیگنال نهایی نیز تقریبا برابر نرخ PN خواهد بود

و با این تفسیر طیف سیگنال شبه تصادفی یعنی شکل ۲-۲ خواهد شد. شکل ۳-۲ شمای طیف توان سیگنال پیام قبل و بعد از گسترش را نشان می‎دهد.

شکل ۳-۲: پوش توان سیگنال DSSS
درگیرنده برای بدست آودرن اطلاعات از سیگنال دریافت شده، باید همان کد گسترش دهنده به طور همزمان تولید و آنرا در سیگنال دریافتی ضرب نماییم. این عمل را اصطلاحا حذف گسترش گویند. شکل ۴-۲ بلوک دیاگرام یک فرستنده- گیرنده طیف گسترده دنباله مستقیم را نشان می‎دهد.

شکل ۴-۲: دیاگرام بلوکی فرستنده- گیرنده DSSS
مسئله مهم درگیرنده تولید کد گسترش دهنده بصورت کاملاً هم زمان با فرستنده است، به همین دلیل درگیرنده، حجم اصلی مدارات شامل مدارات تولید و همزمانی کد می باشد. اهمیت این همزمانی را می‎توان بصورت زیر نشان داد. در این روابط از اثرات نویز، نوع مدولاسیون ، تداخل و… صرفنظر شده است.

مشاهده می‎شود برای دریافت سیگنال مدوله شده درگیرنده باید شرط:

دقیقا برقرار باشد و با توجه به اینکه C(T) تنها مقادیر ۱+ و ۱- را اختیار می کند، برای برقراری این شرط خواهیم داشت:

واضح است اگر همزمانی کامل بین کدهای تولید شده درگیرنده و فرستنده وجود نداشته باشد، سیگنال گسترش یافته بار دیگر گسترش طیف می یابد. همزمانی در طی دو مرحله انجام می‎شود.

مرحله اول رهگیری (همزمانی اولیه) و مرحله دوم ردگیری (همزمانی دقیق) ابتدا در مرحله رهگیری کد تولید شده درگیرنده با اختلاف حداقل یک یا دو چیپ نسبت به کد دریافت شده همزمان می‎شود. سپس در مرحله درگیری حلقه همزمانی، همزمانی دقیق را بین دنباله ها برقرار کرده، روی انی وضعیت قفل می‎شود.

درشکل ۴-۲ سه قسمت مولد کد، همزمان ساز اولیه و حلقه همزمانی که حجم اصلی ساختمان گیرنده را تشکیل می دهند نشان داده شده است.