جهت یابی سیگنال¬های پهن باند در سیستم های مخابراتی

پايان نامه كارشناسي ارشد
موضوع:
جهت یابی سیگنالهای پهن باند در سیستم های مخابراتی
DOA Estimation For Wideband Signals In Communication Sys–s
توسط:
روزبه خلیلی
استاد راهنما:
دکتر مهرزاد بیغش
دکتر عباس شیخی
اساتید مشاور:
دکتر محمود کریمی
دکتر مصطفی درختیان

سپاسگزاری
در اینجا برخود لازم می‌دانم که از کلیه افرادی که به نحوی مرا در انجام این پایان نامه یاری رساندند، تشکر و قدردانی نمایم. به خصوص اساتید گرامی، جناب آقای دکتر بیغش دکتر شیخی و دکتر درختیان و دکتر کریمی که در تمامی مراحل انجام این پروژه به اینجانب یاری رساندند و در نهایت تمامی دوستانی که در طول انجام این پایان نامه همراه و راهنمای من بوده‌اند، سپاسگزاری می‌کنم.

تقدیم به:

فهرست مطالب
عنوان صفحه
TOC o “1-3” h z u چکیده PAGEREF _Toc367954319 h 1مقدمه PAGEREF _Toc367954320 h 2
فصل اول : اصول انتشار امواج1-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954323 h 41-2- انتشار امواج PAGEREF _Toc367954324 h 41-3-سنسورهای آرایه ای PAGEREF _Toc367954326 h 61-4- پردازش سیگنال آرایه خطی PAGEREF _Toc367954327 h 71-4-1- فرضیات پایه PAGEREF _Toc367954328 h 71-4-1-1- میدان دور PAGEREF _Toc367954329 h 71-4-1-2- سیگنال باند باریک PAGEREF _Toc367954330 h 71-4-1-3- ایستائی PAGEREF _Toc367954331 h 81-4-1-4- سیگنال های چندگانه PAGEREF _Toc367954332 h 81-4-1-5- نویز (Noise) PAGEREF _Toc367954333 h 81-5- تبدیل مکان – زمان PAGEREF _Toc367954334 h 91-6- سیگنال های تصادفی PAGEREF _Toc367954335 h 10فصل دوم: روش های پردازش سیگنال های باند باریک2-1-مقدمه PAGEREF _Toc367954341 h 152-2-روش های مبتنی بر پایه طیف PAGEREF _Toc367954342 h 152-3-روش های شکل دهی پرتو PAGEREF _Toc367954343 h 152-3-1-روش شکل دهی پرتو متعارف PAGEREF _Toc367954344 h 152-3-2- روش کاپون PAGEREF _Toc367954345 h 172-3-3- روش های مبتنی بر زیر فضا PAGEREF _Toc367954346 h 192-3-4-معرفی روش MUSIC PAGEREF _Toc367954347 h 202-3-5- الگوریتم MUSIC PAGEREF _Toc367954348 h 212-3-6- معرفی روش ESPIRIT PAGEREF _Toc367954349 h 232-3-7-مدل داده ها PAGEREF _Toc367954354 h 252-3-8- الگوریتم ESPIRIT PAGEREF _Toc367954355 h 282-4-آنتن های آرایه ای PAGEREF _Toc367954358 h 312-5- مدل سیگنال PAGEREF _Toc367954361 h 352-6- ماتریس کوواریانس PAGEREF _Toc367954362 h 36فصل سوم: جهت یابی سیگنال های پهن باند3-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954366 h 393-2- معرفی سیگنال های باند پهن PAGEREF _Toc367954367 h 393-3- معرفی تکنیک های مختلف جهت یابی سیگنال های باند پهن PAGEREF _Toc367954368 h 413-3-1- مدلسازی داده های باند پهن PAGEREF _Toc367954369 h 413-3-2- معرفی اجمالی روش های جهت یابی سیگنال های باند پهن با استفاده از بانک فیلتر PAGEREF _Toc367954370 h 423-3-3- مدل فرکانسی سیگنال باند پهن PAGEREF _Toc367954371 h 443-3-4- الگوریتم های مختلف جهت یابی سیگنال های پهن باند PAGEREF _Toc367954374 h 473-3-5- روش های جهت یابی ناهمبسته PAGEREF _Toc367954375 h 473-3-6- روش های ناهمبسته فرکانسی PAGEREF _Toc367954376 h 483-3-7- فرم دهنده بیم به روش کاپون PAGEREF _Toc367954377 h 483-3-8- میانگین گیری حسابی PAGEREF _Toc367954380 h 513-3-9- روش میانگین گیری هندسی PAGEREF _Toc367954381 h 523-3-10- روش میانگین گیری هارمونیک PAGEREF _Toc367954382 h 533-3-11- الگوریتم موزیک پهن باند PAGEREF _Toc367954383 h 533-3-12- الگوریتم وزن دهی مناسب زیرفضاها PAGEREF _Toc367954384 h 553-3-13- محاسبه تخمین به روش WSF PAGEREF _Toc367954385 h 583-3-14- ملاحظات عملی در روش WSF PAGEREF _Toc367954386 h 603-3-15- روش های جهت یابی همبسته زیرفضایی(CSSM) PAGEREF _Toc367954388 h 623-3-16- روش ماتریس تمرکز قطری PAGEREF _Toc367954389 h 623-3-17- روش زیرفضای چرخشی سیگنال PAGEREF _Toc367954391 h 643-3-18- استفاده از ماتریس کانونی در روش WSF PAGEREF _Toc367954392 h 663-3-19– روش وزن دهی متوسط به زیر فضاهای سیگنال(WAVES) PAGEREF _Toc367954393 h 67فصل چهارم:‌الگوریتم TOPS4-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954397 h 704-2- مفاهیم پایه PAGEREF _Toc367954398 h 704-3- ارائه یک مدل ریاضی PAGEREF _Toc367954399 h 714-4- توسعه الگوریتم TOPS به فضای چند بعدی PAGEREF _Toc367954400 h 764-5- تصویر در راستای زیرفضای سیگنال PAGEREF _Toc367954401 h 784-6- الگوریتم محاسبه PAGEREF _Toc367954402 h 804-6-1- پیچیدگی محاسبات PAGEREF _Toc367954403 h 81فصل پنجم:‌شبیه سازی الگوریتم های تخمین DOAبرای آرایه های خطی PAGEREF _Toc367954406 h 835-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954408 h 845-2- الگوریتم های تخمین DOA PAGEREF _Toc367954409 h 845-2-1- معرفی اجمالی الگوریتم های به کار رفته در شبیه سازی PAGEREF _Toc367954410 h 845-2-1-1- بررسی الگوریتم MUSIC و Capon PAGEREF _Toc367954411 h 855-2-1-2- الگوریتم همبستگی زیرفضای سیگنال(CSSM) PAGEREF _Toc367954412 h 865-2-1-3- ماتریس زیرفضای کانونی سیگنال (SSF) PAGEREF _Toc367954413 h 885-2-1-3-1- الگوریتم محاسبه روش SSF PAGEREF _Toc367954414 h 895-2-1-3-2-نکات مهم در محاسبه تخمین به روش SSF PAGEREF _Toc367954415 h 905-3- مدل سازی داده ها PAGEREF _Toc367954416 h 915-3-1- خصوصیات منبع سیگنال ارسالی PAGEREF _Toc367954417 h 915-3-2- مفروضات داده های دریافتی توسط آرایه آنتن PAGEREF _Toc367954418 h 925-4- سناریوهای شبیه سازی شده PAGEREF _Toc367954420 h 925-4-1- سناریوی شماره 1 PAGEREF _Toc367954421 h 92فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
6-1- نتیجه‌گیری122
6-2- پیشنهادات 123
مراجع PAGEREF _Toc367954470 h 121

فهرست جداول
عنوان صفحه
TOC o “1-3” h z u
جدول شماره (5-1)– مبنای شبیه سازی PAGEREF _Toc367954419 h 92جدول شماره (5-2) – خلاصه اطلاعات شبیه سازی در سناریوی اول PAGEREF _Toc367954422 h 93

فهرست تصاویر
عنوان صفحه
TOC o “1-3” h z u
شکل 1-1- مختصات کروی PAGEREF _Toc367954325 h 6شکل 1- 4- پردازش سیگنال در آرایه ای ازآنتن ها شامل p آنتن PAGEREF _Toc367954337 h 13شکل 2-1- هندسه آرایه ESPIRIT PAGEREF _Toc367954352 h 24شکل 2-2- نمایش آرایه ها برای الگوریتم ESPIRIT PAGEREF _Toc367954353 h 25شکل 2-3- الگوریتم ESPIRIT استاندارد با دو زیر آرایه غیر هم پوش و هرکدام شامل M2 سنسور PAGEREF _Toc367954356 h 29شکل 2-4- الگوریتم ESPIRIT استاندارد با دو زیر آرایه با هم پوشانی حداکثر و هرکدام شامل M-1 سنسور PAGEREF _Toc367954357 h 29شکل 2-5- آرایه خطی PAGEREF _Toc367954359 h 32شکل 2-6- نمونه برداری فضایی از سیگنال ارسالی توسط آرایه خطی از آنتن ها PAGEREF _Toc367954360 h 33شکل 3-1- الف – آرایه خطی PAGEREF _Toc367954372 h 45شکل 3-1- ب آرایه دایره ای PAGEREF _Toc367954373 h 46شکل 3-2- الگوی پرتودهی در روش کاپون به ازای منبع ارسالی 0db در بین فرکانسی 150 هرتز و دریافتی توسط آرایه ای از 20 سنسور PAGEREF _Toc367954378 h 49شکل 3-3- ضرب اسکالر بردار هدایت در بردار ویژه umfj PAGEREF _Toc367954379 h 50شکل (5- 1) – خروجی الگوریتم MUSIC در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954423 h 94شکل (5- 2) – خروجی الگوریتم SSF در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954424 h 94شکل (5-3 ) – خروجی الگوریتم WAVES در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954425 h 95شکل (5- 4) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954426 h 96شکل (5- 5) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954427 h 97شکل (5- 6) – خروجی الگوریتم Capon Geometric در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954428 h 97شکل (5- 7) – خروجی الگوریتم MUSIC در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954429 h 98شکل (5- 8) – خروجی الگوریتم SSF در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954430 h 98شکل (5- 9) – خروجی الگوریتم WAVES در SNR=10db و زوایای θ=10 و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954431 h 99شکل (5- 10) – خروجی الگوریتمCapon Arithmetic در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954432 h 99شکل (5- 11) – خروجی الگوریتمCapon Harmonic در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954433 h 100شکل (5- 12) – خروجی الگوریتمCapon Geometric در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954434 h 100شکل (5- 13) – خروجی الگوریتم MUSICدر SNR=2db و زوایای θ=10 و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954435 h 101شکل (5- 14) – خروجی الگوریتم SSFدر SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954436 h 101شکل (5- 15) – خروجی الگوریتم WAVESدر SNR=2db و زوایای θ=10 و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954437 h 102شکل (5- 16) – خروجی الگوریتم Capon Arithmeticدر SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954438 h 102شکل (5- 17) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954439 h 103شکل (5- 18) – خروجی الگوریتم Capon Geometric SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954440 h 103شکل (5- 19) – خروجی الگوریتم MUSIC برای SNR=5db و زوایای θ=10 و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954441 h 104شکل (5- 20) – خروجی الگوریتم WAVES برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954442 h 104شکل (5- 21) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954443 h 105شکل (5- 22) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954444 h 105شکل (5- 23) – خروجی الگوریتم Capon Geometric برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954446 h 106شکل (5- 24) – خروجی الگوریتم MUSIC برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954448 h 106شکل (5- 25) – خروجی الگوریتم SSF برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954450 h 107شکل (5- 26) – خروجی الگوریتم WAVES برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954451 h 107شکل (5- 27) – خروجی الگوریتم Capon Arthimetic برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954452 h 108شکل (5- 28) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954453 h 108شکل (5- 29) – خروجی الگوریتمCapon Geometrics برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954454 h 1095-4-2- سناریو 2 PAGEREF _Toc367954455 h 109شکل (5-30) مقایسه 5 الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 360 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128) PAGEREF _Toc367954456 h 110شکل (5-31)محاسبه میزان خطا به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 PAGEREF _Toc367954457 h 110شکل (5-32) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 PAGEREF _Toc367954458 h 111شکل (5-33) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 390 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 PAGEREF _Toc367954459 h 111شکل (5-34) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 340 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 4 PAGEREF _Toc367954460 h 114شکل (5-35) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 1024 و تعداد بین فرکانسی 16 PAGEREF _Toc367954461 h 115شکل (5-36) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 8 PAGEREF _Toc367954462 h 115شکل (5-37) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 PAGEREF _Toc367954463 h 116شکل (5-38) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 PAGEREF _Toc367954464 h 116شکل (39-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=2 و تعداد‌ لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 PAGEREF _Toc367954465
h 117شکل (40-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=5 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 PAGEREF _Toc367954466 h 117شکل (41-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

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